創新熔鹽反應爐燃料：核能新紀元的關鍵突破

經過五年的不懈努力，愛達荷國家實驗室（INL）的科學家們終於找到了完美配方，為全球首座臨界快譜熔鹽反應爐（MCRE）提供燃料。這項突破性的進展，將徹底改變核能領域的遊戲規則。

MCRE實驗將測試一種新型核反應爐，該反應爐使用熔融氯化鹽和鈾的混合物作為燃料和冷卻劑。這項實驗旨在評估南方公司和泰拉能源計劃建造的熔融氯化鹽快反應爐的安全性和物理特性。這種先進反應爐具有多項優勢，包括更高的運作溫度、提升的能源效率、潛在的廢料減量，以及液態燃料設計帶來的固有安全性。

製造這種特殊鹽類的關鍵原料是鈾。科學家們需要將金屬鈾轉化為可溶於熔鹽的化合物，形成燃料。MCRE技術負責人比爾·菲利普斯形容這個過程就像「烤蛋糕」，最大的挑戰在於效率——將超過90%的金屬鈾原料轉化為可用的燃料鹽。菲利普斯指出：「從未有人製造過如此大量的氯化鈾，我們必須從零開始開發整個製程。」

這項艱鉅的任務始於2020年，菲利普斯和他的團隊在INL材料與燃料複合體的燃料與應用科學大樓開始開發鹽類合成所需的製程和裝置。MCRE專案主任尼克·史密斯表示：「起初我們浪費了太多鈾金屬，無法製造足夠的燃料鹽讓反應爐達到臨界狀態。經過多年的實驗和改進，我們終於找到了達到完美產率的正確製程。」

團隊面臨了眾多技術挑戰，包括開發客製化的原型爐和專用裝置以確保安全。菲利普斯解釋道：「我們用不同的食物名稱來幫助理解製程，像是天使蛋糕或石頭湯，甚至參考了法式濾壓壺的咖啡製作方法。」為了克服這些障礙，團隊使用貧鈾進行實驗，在不浪費濃縮材料的情況下測試和完善製程。

研究科學家兼燃料鹽技術開發關鍵人物雅各布·英林回憶道：「當我加入專案時，我們一次只能成功製造2-3盎司的燃料，在大規模生產方面遇到了嚴重困難。現在我們可以一次製造超過12磅的反應爐燃料。」

INL的其他專案也在進行中，旨在建立全面的熔鹽反應爐能力，包括熔鹽特性分析設施和燃料鹽輻照。2023年，菲利普斯在熔鹽研究溫度控制輻照實驗中合成並輻照了濃縮鈾燃料的熔融氯化鹽，進一步瞭解了這種燃料在商業反應爐中的表現。

最近投入運作的熔鹽流動迴路測試平臺，能夠進行連續的即時監測和分析，大幅提升了熔鹽燃料研究的效率和效果。隨著INL持續引領核能技術的發展，MCRE氯化鈾燃料鹽的開發標誌著一個重要的里程碑，可能為未來的能源需求提供解決方案。

目前，專案已進入關鍵階段。菲利普斯表示：「我們幾乎到了可以『烤蛋糕』的時刻。」這意味著團隊已經掌握了所有原料，並瞭解所需的精確條件和方法。下一個目標是在2025年10月之前展示濃縮燃料MCRE鹽的全規模生產，並完成五批次的製造。

MCRE預計將於2028年投入運作，與美國運作和測試實驗室（LOTUS）測試平臺的開發並行，MCRE將成為該平臺的首個反應爐實驗。英林強調：「我們被熔融氯化鹽反應爐能做到而其他能源技術無法做到的事情所激勵。參與MCRE的每個人都以使命為驅動力，致力於部署這項改變世界的技術。」