美国正在研发小型核反应堆，装到车上就能走，这真的安全吗

TRISO核燃料颗粒的示意图。图片来源：Department of Energy

撰文 | 王昱

审校 | 二七

2026年6月，美国核能公司Antares宣布，他们的试验核反应堆Mark-0在爱达荷国家实验室（INL）进入了临界状态。这意味着核反应堆内部的链式反应已经可以自我维持，Antares表示，他们计划在2027年实现发电。

设计完成的反应堆预计会命名为R1微型反应堆（R1 Microreactor），计划能实现100kW～1MW的对外放电功率，并持续工作6年以上。和动辄数百MW的传统核电站相比，这个功率小得可怜，在中国这个功率等级大概可以给一个中等小区供电，在美国大概可以给几百户家庭供电。这个核反应堆的关键在于，它足够小型化，可以快速移动。

美国近年来一直在开发小型核反应堆，最核心目的是给军事基地供电，从而摆脱电网的限制，还能减轻后勤负担。2019年，美国发起了Project Pele，目标是设计、建造并演示原型移动核反应堆。

根据美国能源部的介绍，不论燃料形式和冷却剂选型，微型核反应堆都具有三大核心特质：工厂预制、方便运输、自我调节。近年来，随着AI数据中心扩张，电力短缺进一步加速了这一领域的发展。

TRISO燃料

根据Antares的描述，他们研发的反应堆具有集成屏蔽和运输托架两个关键特质。在Antares的宣传画面上，这套核电站的核心反应堆，可以直接装在一台特制的挂车上公路运输。

图片来源：Antares

为了在实现快速运输、快速部署的同时保证安全性，这台反应堆用到了几项关键的技术：TRISO颗粒燃料、钠热管和氮气闭式布雷顿循环。

我们知道，核电站整体的工作原理是，反应堆通过裂变反应放热，工作介质通过分级传热获得热量，并驱动发电机发电。而这三种技术分别分别对应了这三个阶段。

TRISO颗粒燃料是一种耐高温的球形燃料元件。最内层是氧化铀核心，核心被数层碳包裹，这些碳能够调节裂变反应释放的中子和较轻原子核的能量。在最外层是一个坚硬的陶瓷盔甲外壳，能够承受极高的温度。TRISO颗粒燃料还会被嵌入到石墨堆芯中，由石墨承担慢化中子和高温结构支撑的作用。

TRISO颗粒的设计目的是在核反应堆发生极端事故时，能凭借外壳抗高温的特性，将危险的放射性元素限制在核燃料内部，从而避免核泄漏。

目前已进入商业运行、使用TRISO球形燃料元件的代表性反应堆，是中国石岛湾高温气冷堆示范工程。研究团队曾在《核装置科学与技术》（Science and Technology of Nuclear Installations）上发表论文，假设了一种极端场景——减压失去强迫冷却事故（DLOFC）。这种事故指的是反应堆压力容器管道破裂，反应堆内部快速减压，几分钟内几乎失去全部冷却剂，只能靠辐射和热传导向外散热。论文通过模拟发现，就算是在这种极端的场景下，反应堆中的最大燃料温度均值也只有1493℃。而石岛湾高温气冷堆使用的球形燃料元件，可以承受1620℃，在这种极端的环境下也能保证安全。

图片来源：清华大学

被动与封闭

Antares公司此次实验只涉及核反应堆本身，不涉及传热和发电系统。为了实现可移动、可快速部署、维护简单的核反应堆，传热和发电系统同样重要。

图片来源：Antares

Antares公司的反应堆还用了钠热管传热，这是一种纯被动的散热方式，能在最大程度上避免散热系统失效带来的风险。在传统的核电站中，会依靠泵驱动冷却剂循环，不断把反应堆裂变反应产生的热量带到反应堆外发电。

例如用高压水作冷却剂的压水堆，用液态钠作冷却剂的钠冷快堆，用高温气体（如氦气）作冷却剂的高温气冷堆。在多数传统动力堆中，正常运行时都需要某种主动循环设备：水冷堆依靠主泵，钠冷堆依靠钠泵，气冷堆则依靠气体循环机或鼓风机。

相比之下，热管是纯被动的散热方式。热管是一根封闭的金属导热棒，内部装有少量导热介质，比如钠。正常工作时，反应堆会加热热管的一端，钠蒸发后流向较冷端，在那里冷凝放热，液态钠会通过毛细结构或重力回流到热端。如此循环往复，就能将热量从热端搬运到冷端。

热管本身没有任何控制部件，可以被动工作。不过随着功率上升，热管的设计方案会迅速复杂化。所以大型商用核电站很少使用热管散热，但对于100kW～1MW的超小型反应堆来说，使用热管散热是一个不错的方案。

在Antares R1的设计图中，钠热管先把堆芯热量导出，再通过换热器传给封闭回路中的氮气。这些高温高压氮气随后进入涡轮膨胀做功，带动发电机输出电力。做功后的氮气仍保留一部分余热，因此系统会通过回热器把这部分热量转移给即将被反应堆加热的冷氮气，从而减少堆芯需要补充的热量、提高整体效率——这是经典的闭式布雷顿循环。相比传统蒸汽循环，这种闭式布雷顿循环更紧凑、用水需求更低，维护也更简单。

在Mark-0阶段，Antares只完成了零功率临界验证，完整的热管传热和布雷顿循环发电仍需后续Mark-1或全功率演示来证明。