美国爱达荷国家实验室INL研发微型反应堆MARVEL高精度控制鼓系统

爱达荷国家实验室的工程师在MARVEL微型反应堆项目上取得重要进展,成功组装并测试了一套新型反应性控制系统,以高精度旋转控制鼓取代传统核控制棒。

INL机电一体化小组研究员安东尼·克劳福德表示:“控制鼓和控制棒的基本功能相同——一个平移,一个旋转。但由于惯性、轴承和旋转动力学因素,控制鼓更具挑战性,因此工业应用并不广泛。”

核电站长期以来依赖垂直移动的控制棒调节功率,这些系统虽可靠但占用大量空间。MARVEL反应堆高仅15英尺、宽4英尺,设计紧凑便于快速部署,传统控制棒无法适应其尺寸要求。

为保持小型化设计,研究团队开发了四个旋转控制鼓。这些鼓位于堆芯外围,两侧分别采用反射材料和吸收材料:反射面将中子反弹回堆芯提升功率,吸收面则吸收中子减缓或停止反应。通过精确旋转,操作人员可精细调节反应堆输出。

紧急情况下,系统通过释放离合器使弹簧瞬间将鼓弹至吸收位置,实现快速停堆。原型测试中发现实际摩擦力高于预期,团队通过改进齿轮头和阻尼器解决了这一问题,并特别处理了机械啮合中的反向间隙问题。

目前五个执行器已按核质量NQA-1标准组装完成,进入测试台集成鉴定阶段。MARVEL反应堆不仅能提供85千瓦电力,还可作为偏远社区供电、工业无碳供热及化学品生产的试验平台。

克劳福德总结道:“RCS参数随反应堆演变,系统具有可调谐性以适应燃料消耗和材料变化。这种适应性不仅适用于MARVEL,也为其他反应堆设计提供了参考。”

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