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Sep 29, 2023

DOE: MARVEL 마이크로리액터 프로토타입 설치, 테스트 준비 중

에너지부(DOE)의 실물 크기 전기 가열식 프로토타입

에너지부(DOE)의 100kWth MARVEL 원자로 마이크로리액터의 실물 크기 전기 가열식 프로토타입이 펜실베니아주 뉴프리덤에 있는 시설에 성공적으로 설치되었으며 테스트 준비 중입니다.

아이다호 국립 연구소(INL)는 2022년 1월 9개월 만에 PCAT(1차 냉각수 장치 테스트)로 알려진 실물 크기 비핵 프로토타입을 제작했습니다. 그런 다음 PCAT를 트럭에 싣고 아이다호 폴스에 있는 INL의 재료 및 연료 단지(MFC)에서 펜실베이니아에 있는 전문 엔지니어링 회사인 Creative Engineers Inc.(CEI)가 소유한 제조 시설로 운송했습니다. 2층 프레임에 프로토타입 설치가 완료되었다고 DOE가 5월 22일에 밝혔습니다.

높이가 12피트이고 무게가 약 2,000파운드인 PCAT는 DOE가 2021년 4월에 시작한 마이크로리액터 응용 연구 검증 및 평가(MARVEL) 프로젝트의 중요한 개발 단계입니다. INL이 주도하는 MARVEL의 프로젝트 주요 목표는 INL의 과도 원자로 테스트(TREAT) 시설에 100kW 나트륨-칼륨 냉각 원자로를 건설하고 안전하게 운영하는 것입니다. MARVEL은 2024년 말까지 TREAT에서 운영을 시작할 예정입니다.

INL 이사 Dr. John Wagner는 지난 4월 INL 현장 방문 중 POWER에 "내년에 MARVEL 원자로가 가동되면 이 현장에서 새로운 원자로를 운영한 지 50년이 되는 것입니다"라고 말했습니다. "여기서 우리가 이야기하고 있는 것은 미국에서 역사적이며 청정 에너지 수요 측면에서 시급한 것입니다."

열분열 원자로인 MARVEL은 우라늄 지르코늄 수소화물(U-ZrHx) 연료(U235 19.75%로 농축된 우라늄 30~40wt% 함유)를 사용할 예정입니다. 연료는 잘 알려진 TRIGA(Training, Research, Isotopes, General Atomics) 연료 물질을 기반으로 합니다. INL은 우라늄 공급원료 저장소를 사용하여 연료를 제조할 계획입니다. INL이 연료를 제조할 수 없는 경우 TRIGA International은 2021년 6월에 발표된 최종 환경 평가에 따르면 INL에 저장된 DOE 소유 공급 원료로 마이크로반응기용 연료를 제조할 것이라고 합니다.

원자로는 나트륨-칼륨 공융을 열 전달 유체로 사용하는 자연 순환을 사용합니다. 이 시스템은 500C~550C 사이의 온도에서 작동하며 기성품 스털링 엔진을 활용하여 약 20kWe의 열 에너지를 변환합니다. DOE는 시스템의 코어가 2년 동안 지속적으로 작동하도록 설계되었지만 원자로는 연구 요구를 지원하기 위해 수명 동안 여러 번 켜지고 꺼질 가능성이 높다고 제안했습니다.

한편, PCAT는 핵분열 대신 외부 전력 공급 장치에 의해 전력을 공급받고 시스템 온도 및 냉각수 흐름에 대한 중요한 데이터를 수집하는 실물 크기 프로토타입입니다. DOE에 따르면 이 정보는 MARVEL의 모델링 및 시뮬레이션 도구의 정확성을 보장할 것이며 이는 "원자로가 예상대로 작동하는지 확인하는 데 중요한 단계"라고 밝혔습니다.

이러한 노력은 최종 원자로가 높은 수준의 신뢰성과 자신감을 발휘할 것이라는 확신을 더 주기 위해 맞춰졌습니다. MARVEL의 수석 디자인 및 프로젝트 리더인 Yasir Arafat는 이렇게 말했습니다. Arafat는 "물리학 모델의 검증은 새로운 원자로 개발 프로젝트의 원자력 품질 보증에 매우 중요합니다."라고 말했습니다. "PCAT는 열수력 시뮬레이션 도구를 검증하고 MARVEL과 같은 액체 금속 열 반응기에 대한 불확실성을 정량화하기 위한 최초의 데이터를 생성할 것입니다."

DOE에 따르면 PCAT 시험은 이르면 7월부터 시작될 수 있습니다. PCAT는 "MARVEL의 운영이 추가 시뮬레이션과 테스트를 제공하기 시작할 때까지 CEI에 남을 가능성이 높습니다"라고 기관은 밝혔습니다. MARVEL 마이크로리액터가 2024년에 예상대로 활성화되면 PCAT는 마이크로리액터 기술 발전을 돕기 위한 추가 연구에 사용될 수 있도록 INL로 반환될 수 있다고 덧붙였습니다.

MARVEL의 개발은 2024년까지 INL에서 시연될 프로토타입을 통해 국방부의 모바일 마이크로리액터 기술 개발 전략 프로젝트인 프로젝트 펠레(Project Pele)와 함께 눈에 띄게 진행되고 있습니다. 최소 3년 동안 최대 출력으로 작동하는 5MWe 규모의 고분석 저농축 우라늄(HALEU) 삼중구조 등방성(TRISO) 연료를 사용하는 고온 가스 원자로가 될 것입니다.