مینی مارول: آماده‌سازی اولین راکتور هسته‌ای ایالات متحده در ۵۰ سال گذشته برای ارتقاء سیستم خنک‌کننده

در دو سال آینده، دولت ایالات متحده قصد دارد نخستین میکرو راکتور خود را راه‌اندازی کند که همچنین اولین راکتور جدید کشور در پنج دهه اخیر خواهد بود.

وزارت انرژی ایالات متحده به تازگی قراردادی با شرکت Carolina Fabricators مستقر در کارولینای جنوبی برای ساخت سیستم خنک‌کننده اولیه (PCS) برای میکرو راکتور منعقد کرد.

سیستم PCS به عنوان پیچیده‌ترین بخش توصیف شده زیرا وظیفه مدیریت و انتقال حرارت از هسته راکتور را بر عهده دارد که دما می‌تواند در مدت زمان کوتاهی به صدها درجه سانتیگراد برسد.

سیستم خنک‌کننده از عملکرد یک راکتور قدرتمند مبتنی بر سدیم-پتاسیم با توان تولید ۸۵ کیلووات انرژی حرارتی پشتیبانی خواهد کرد.

توانایی‌های ناشنیده مارول

دانشمندان در آزمایشگاه ملی آیداهو (INL) پروژه میکرو راکتور را رهبری می‌کنند. راکتور جدید عمدتاً برای تحقیق و آزمایش کاربردهای میکرو راکتور و حل چالش‌های کلیدی مرتبط با فناوری میکرو راکتور به کار خواهد رفت.

این راکتور به نام MARVEL (Microreactor Applications Research Validation and Evaluation) نام‌گذاری شده است. پس از تکمیل، MARVEL به مرکز مواد و سوخت در آزمایشگاه ملی آیداهو (INL) منتقل خواهد شد.

این راکتور در دماهای بین ۵۰۰ تا ۵۵۰ درجه سانتیگراد عمل خواهد کرد و از موتور استرلینگ برای تبدیل انرژی حرارتی به برق استفاده می‌کند. با استفاده از MARVEL، دانشمندان قادر خواهند بود چالش‌های واقعی مختلف مرتبط با نمک‌زدایی و تولید هیدروژن را شبیه‌سازی و بررسی کنند.

برخلاف راکتورهای معمولی که نیاز به ساخت در محل و سیستم خنک کننده غیر فعال دارند، میکرو راکتورها می‌توانند در کارخانه ساخته و بر حسب نیاز از یک مکان به مکان دیگر منتقل شوند. این امر باعث می‌شود که آن‌ها مناسب برای استفاده در صنایع مختلف بوده و به راحتی با شبکه‌های برق یکپارچه شوند.

میکرو راکتورها می‌توانند «برق و حرارت برای تولید غیرمتمرکز در بخش‌های انرژی غیرنظامی، صنعتی و دفاعی فراهم کنند» تیم MARVEL گفتند . با این فناوری، «هدف این است که اطمینان حاصل شود که مفاهیم میکرو راکتور می‌توانند توسط نهادهای تجاری اجازه‌نامه گرفته و براساس نیازهای خاص استفاده کنند» افزودند.

چه چیزی مایکرو راکتور MARVEL را تشکیل می‌دهد؟ @ENERGY 's

میکرو راکتور MARVEL یک راکتور مبتنی بر فلز مایع با موتورهای استرلینگ است که 100 کیلووات انرژی با استفاده از مقادیر کمی اورانیوم با غنی‌سازی پایین تولید خواهد کرد. pic.twitter.com/sYHWyy6hNp

— دفتر انرژی هسته‌ای | وزارت انرژی ایالات متحده (به زبان و تصویر) (@GovNuclear) July 31, 2023

سیستم PCS و دیگر ملزومات یک میکرو راکتور

شرکت Carolina Fabricators پیش‌تر وسیله نگهبان برای هسته راکتور مارول را توسعه داده بود. وسیله نگهبان بخش مهمی از اطمینان‌بخشی به عملکرد ایمن یک راکتور هسته‌ای است. این یک پوشش محافظتی است که دور هسته راکتور و سیستم خنک‌کننده اولیه قرار می‌گیرد.

این وسیله برای جمع‌آوری هر چیزی که ممکن است از احتوای اولیه نشت کند و جلوگیری از آسیب احتمالی طراحی شده است. در مورد MARVEL، وظیفه وسیله نگهبان آن است که در صورت نقص سیستم، سدیم-پتاسیم خنک‌کننده را مهار کند.

«پس از عملکرد ما در وسیله نگهبان، اعطای قرارداد سیستم خنک‌کننده اولیه اعتماد زیادی از طرف تیم BEA/INL به توانایی‌های CFI به عنوان یک سازنده کیفیت هسته‌ای نمایانگر است»، پاتریک هالیگان، نماینده شرکت Carolina Fabricators، گفت.

ساخت PCS از ابتدا بسیار پیچیده‌تر است زیرا وسیله نگهبان بیشتر شبیه یک مؤلفه غیرفعال است که در صورت اضطرار استفاده می‌شود، در حالی که PCS یک سیستم فعال عملکردی است که بایستی به صورت منظم با مسائل گرمایی مقابله کند. «سیستم خنک‌کننده اولیه عامل پیچیدگی را چندین مرحله بالا می‌برد»، هالیگان اضافه کرد.

دانشمندان INL به توانایی‌های CFI اطمینان دارند. آن‌ها امیدوارند که PCS به زودی تکمیل شود تا بتوانند به مرحله بعدی که شامل توسعه چارچوب پشتیبانی راکتور و سیستم کنترل واکنشپذیری است منتقل شوند.

پیش‌بینی می‌شود که MARVEL در سال 2027 عملیاتی شود و احتمالا به مدت دو سال کارایی داشته باشد.