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Sep 29, 2023

DOE: MARVEL マイクロリアクター プロトタイプが設置され、テストの準備が整いました

Prototipo di riscaldamento elettrico in scala reale del Dipartimento dell'Energia (DOE).

エネルギー省 (DOE) の 100 kW の MARVEL 原子核マイクロリアクターの実物大の電気加熱型プロトタイプが、ペンシルベニア州ニュー フリーダムの施設に正常に設置され、テストの準備が整いました。

アイダホ国立研究所（INL）は、一次冷却装置試験（PCAT）として知られる実物大の非核試作機を2022年1月に9か月以内に製造した。 その後、PCAT はトラックに積み込まれ、アイダホフォールズにある INL の材料・燃料コンプレックス (MFC) から、ペンシルベニア州にある専門エンジニアリング会社 Creative Engineers Inc. (CEI) が所有する製造施設に輸送されました。 DOEは5月22日、プロトタイプの2階建てフレームへの設置が完了したと発表した。

高さ12フィート、重さ約2,000ポンドのPCATは、DOEが2021年4月に開始したマイクロリアクター応用研究の検証と評価（MARVEL）プロジェクトにおける重要な開発ステップである。 INLが主導するMARVELプロジェクトの主な目的は、INLの過渡炉試験(TREAT)施設に100kWのナトリウム・カリウム冷却炉を建設し、安全に運転することである。 MARVEL は 2024 年末までに TREAT での運営を開始する予定です。

「来暦年にMARVEL原子炉が稼働すると、我々がこの敷地で新しい原子炉を運転してから50年が経つことになる」とINL所長のジョン・ワグナー博士は4月のINL現場訪問中にPOWERに語った。 「私たちがここで話していることは米国にとって歴史的なことであり、クリーンエネルギーの需要という点では緊急を要するものです。」

熱核分裂炉であるマーベルは、水素化ウランジルコニウム（U-ZrHx）燃料（19.75％のU235で濃縮された30～40重量％のウランを含む）を使用する。 この燃料は、よく知られているトレーニング、リサーチ、アイソトープ、ジェネラル アトミックス (TRIGA) 燃料物質に基づいています。 INLはウラン原料貯蔵所を利用して燃料を製造する予定である。 INLが燃料を製造できない場合、TRIGA InternationalはINLに保管されているDOE所有の原料からマイクロリアクター用の燃料を製造することになると、2021年6月に発行された最終環境評価が示唆している。

反応器は、熱伝達流体としてナトリウムとカリウムの共融物を使用し、自然循環を採用します。 500℃から550℃の温度で動作し、既製のスターリングエンジンを利用して約20 kWeの熱エネルギーを変換します。 DOEは、システムのコアは2年間継続的に動作するように設計されているが、原子炉は研究のニーズをサポートするために寿命中に何度もオン/オフされる可能性が高いと示唆しています。

一方、PCATは、核分裂の代わりに外部電源によって電力を供給される本格的なプロトタイプであり、システムの温度と冷却剤の流れに関する重要なデータを収集するのに役立ちます。 DOEによると、この情報はMARVELのモデリングおよびシミュレーションツールの精度を保証するものであり、これは「原子炉が期待どおりに動作することを保証するための重要なステップ」であると同局は述べている。

この取り組みは、最終的な原子炉が高度な信頼性と信頼性を持って動作することをより確実に提供することを目的としています。 MARVELのチーフデザイン兼プロジェクトリーダーであるヤシル・アラファト氏はこう述べた。 「我々の物理モデルの検証は、新たな原子炉開発プロジェクトにおける核の品質保証にとって極めて重要である」とアラファト大統領は語った。 「PCAT は、当社の熱水力学シミュレーション ツールを検証し、MARVEL のような液体金属熱反応器の不確実性を定量化するために、この他に例のないデータを生成します。」

DOE によれば、PCAT 試験は「早ければ 7 月に」開始される可能性がある。 PCATは「さらなるシミュレーションとテストを提供するためにMARVELの運用が開始されるまで、CEIに留まる可能性が高い」と同局は述べた。 2024年に予想通りMARVELマイクロリアクターが稼働したら、PCATはINLに返還され、マイクロリアクター技術の進歩を支援する追加研究に使用される可能性があると当局は付け加えた。

MARVEL の開発は、移動式マイクロリアクター技術を開発する国防総省の戦略的プロジェクト、プロジェクト ペレと並行して特に進んでおり、プロトタイプは 2024 年までに INL で実証される予定です。最低 3 年間の全出力運転に対応する出力 5 MWe は、高分析低濃縮ウラン (HALEU) 三重構造等方性 (TRISO) 燃料を使用する高温ガス原子炉となります。

しかし、MARVEL の使命は業界の進歩に向けられています。 このプログラムは、マイクロリアクターのテスト、開発、実証において極めて重要な手段となる予定です。

MARVEL は、この種のものとしては初のインスタレーションとして、製造、組み立て、迅速な設置、展開、認可、運用に関連する問題や課題についての洞察を提供します。 これには、マイクロリアクターの設置場所や環境審査など、規制当局の承認プロセスを促進する可能性のある洞察が含まれます。

運用開始時には、MARVEL は自律運用技術も研究し、INL の原子力マイクログリッドの一部として不可欠な役割を果たすことになります。 研究開発の取り組みでは、負荷追従、プロセス熱、水素製造、水浄化などの用途を探求するとDOEは述べた。

—ソナル・パテルPOWER 上級副編集者 (@sonalcpatel、@POWERmagazine) です。

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