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Sep 29, 2023

DOE: installato il prototipo del microreattore MARVEL, pronti per i test

A full-scale electrically heated prototype of the Department of Energy’s (DOE’s)

Un prototipo in scala reale riscaldato elettricamente del microreattore nucleare MARVEL da 100 kWh del Dipartimento dell'Energia (DOE) è stato installato con successo in una struttura a New Freedom, Pennsylvania, ed è pronto per i test.

L'Idaho National Laboratory (INL) ha fabbricato il prototipo non nucleare su vasta scala, noto come test dell'apparato di raffreddamento primario (PCAT), nel gennaio 2022 in nove mesi. Il PCAT è stato quindi caricato su un camion e trasportato dal Materials and Fuels Complex (MFC) della INL a Idaho Falls a un impianto di produzione di proprietà della società di ingegneria specializzata Creative Engineers Inc. (CEI) in Pennsylvania. L'installazione del prototipo in una struttura a due piani è stata ora completata, ha dichiarato il DOE il 22 maggio.

PCAT, che misura 12 piedi di altezza e pesa circa 2.000 libbre, rappresenta un passo di sviluppo significativo nel progetto MARVEL (Microreactor Applications Research Validation and Evaluation) lanciato dal DOE nell'aprile 2021. Guidato da INL, l'obiettivo chiave del progetto MARVEL è costruire e far funzionare in sicurezza un reattore raffreddato a sodio-potassio da 100 kW presso la struttura TREAT (Transient Reactor Test) dell'INL. MARVEL è sulla buona strada per iniziare a operare al TREAT entro la fine del 2024.

"Quando il reattore MARVEL sarà operativo il prossimo anno solare, saranno trascorsi 50 anni da quando abbiamo gestito un nuovo reattore in questo sito", ha dichiarato a POWER il direttore dell'INL, Dr. John Wagner, durante una visita al sito dell'INL in aprile. "Ciò di cui stiamo parlando è storico negli Stati Uniti e urgente in termini di domanda di energia pulita."

MARVEL, un reattore a fissione termica, utilizzerà un combustibile di uranio e zirconio idruro (U-ZrHx) (contenente il 30-40% in peso di uranio arricchito con il 19,75% di U235). Il carburante si basa su un noto materiale combustibile TRIGA (Training, Research, Isotopes, General Atomics). INL intende produrre il combustibile utilizzando depositi di materie prime di uranio. Se INL non può produrre il carburante, TRIGA International produrrà carburante per il microreattore da materie prime di proprietà del DOE immagazzinate presso INL, suggerisce una valutazione ambientale finale, pubblicata nel giugno 2021.

Il reattore utilizzerà la circolazione naturale, utilizzando l'eutettico sodio-potassio come fluido di trasferimento del calore. Funzionerà a temperature comprese tra 500°C e 550°C e utilizzerà motori Stirling standard per convertire l'energia termica per circa 20 kWe. Il DOE suggerisce che il nucleo del sistema è progettato per funzionare ininterrottamente per due anni, ma il reattore verrà probabilmente acceso e spento numerose volte durante la sua vita per supportare le esigenze della ricerca.

PCAT, invece, è un prototipo in scala reale che sarà alimentato da un alimentatore elettrico esterno anziché dalla fissione e che servirà a raccogliere dati cruciali sulle temperature del sistema e sul flusso del refrigerante. Secondo il DOE, le informazioni garantiranno l'accuratezza degli strumenti di modellazione e simulazione della MARVEL, che è "un passo importante per garantire che il reattore funzionerà come previsto", ha affermato l'agenzia.

Lo sforzo è volto a fornire maggiore certezza che il reattore finale funzionerà con un elevato grado di affidabilità e sicurezza. ha osservato Yasir Arafat, capo design e responsabile del progetto MARVEL. "La validazione dei nostri modelli fisici è fondamentale per garantire la qualità nucleare di qualsiasi progetto di sviluppo di un nuovo reattore", ha affermato Arafat. "PCAT genererà questi dati unici per convalidare i nostri strumenti di simulazione termoidraulica e quantificare l'incertezza per i reattori termici a metallo liquido, come MARVEL."

Secondo il DOE, i test PCAT potrebbero iniziare “già a luglio”. PCAT "rimarrà probabilmente al CEI fino a quando l'attività di MARVEL non inizierà a fornire ulteriori simulazioni e test", ha osservato l'agenzia. Una volta che il microreattore MARVEL sarà attivo come previsto nel 2024, PCAT potrà essere restituito all’INL per essere utilizzato per ulteriori ricerche per aiutare a far avanzare le tecnologie dei microreattori, ha aggiunto l’agenzia.

Lo sviluppo di MARVEL sta procedendo in particolare insieme al Progetto Pele, il progetto strategico del Dipartimento della Difesa per sviluppare una tecnologia di microreattore mobile, con un prototipo che sarà dimostrato all'INL entro il 2024. Progetto Pele, un "prototipo unico" progettato per fornire 1 MWe a 5 MWe per un minimo di tre anni di funzionamento a piena potenza, sarà un reattore a gas ad alta temperatura che utilizzerà combustibile isotropico tristrutturale (TRISO) con uranio a basso arricchimento ad alto dosaggio (HALEU).