美国首座私营新一代模块化微堆实现临界运行

美国核能行业再迎关键进展：首座由私营企业开发、且采用非轻水堆技术的新一代反应堆，于40多年来首次在美国实现临界运行，并在爱达荷国家实验室（Idaho National Laboratory）完成“点火”这一重要里程碑。 这座名为 Antares Nuclear Mark-0 的测试微堆标志着西方核能发展迈出新一步，也是在美国能源部“反应堆试点项目”（Reactor Pilot Program）框架下率先达成临界目标的先进堆之一。

根据介绍，Mark-0 微堆于 2026 年 6 月 4 日实现所谓的“初始临界”（initial criticality）或“零功率燃料临界”（zero-power fueled criticality）。 这意味着反应堆被控制在刚刚足以维持核链式反应的最低功率水平，不以发电或输出热功率为目的，而是用于验证反应堆的计算物理模型、堆芯几何结构、控制棒性能以及初始中子学行为等关键参数，无需显著热功率输出和主动冷却流动。 业内人士将这一环节比作“首次让汽车发动机顺利点火”，虽功率不高，但对后续全面运行具有基础性意义。

这一进展直接呼应了美国能源部在“反应堆试点项目”中提出的目标——在 2026 年 7 月 4 日前，使至少三种先进反应堆设计完成临界运行验证。 该项目于 2025 年启动，旨在为长期停滞的美国核电产业“解套”。自 20 世纪 70 年代以来，由于公众舆论变化、政治压力以及对安全性的极致追求，美国核电审批监管程序日益复杂、成本高企，商业项目难以承受，由此导致新项目近乎停摆。 反应堆试点项目通过在联邦实验室园区采用能源部独立的安全授权与监督流程，对早期技术原型进行验证，从而绕开传统 NRC（核管会）商业许可路径的部分前期负担，加速一批新一代堆型走向实用化。

在这一项目候选方案中，由 Antares 公司研发的 R1 反应堆及其零功率前置测试堆 Mark-0，定位为高温固态微堆，设计发电功率区间在 100 千瓦至 1 兆瓦之间。 其模块化设计思路是：反应堆模块在工厂完成标准化制造，再整体运输至用电现场安装投运，并可通过叠加多个模块，按需扩展供电能力。 此类微堆瞄准的是偏远设施、军事基地以及对能源安全性和连续性要求极高的场景。

在燃料技术路径上，Antares 采用高丰度低浓铀（HALEU）与 TRISO（三重同轴各向同性）燃料颗粒组合。 单颗粒大小约似“粟米”，内部为富集至 19.75% 的铀-235，以铀氧碳化物（uranium oxycarbide）形式存在，外部包覆多层碳和陶瓷涂层，然后被压制成圆柱形燃料压块，装填入堆芯块体中。 这种燃料结构天然具备高温下保持包壳完整的能力，提升堆芯自稳特性和抗堆芯熔毁能力。

报道指出，这种配置有助于实现反应堆的“固有自我调节”，在极端高温条件下仍显著降低熔毁风险。 此外，设计允许类似“料斗”的堆芯结构，从顶部持续投放燃料小球或燃料块，并在底部排出已燃尽燃料，从而使换料过程相对简洁、连续化。

Antares 堆型另一大技术亮点在于其冷却系统。该反应堆采用液钠热管冷却：一系列封闭的钢质热管内部充填液态钠，无需泵或任何机械运动部件。 当堆芯发热时，热管内钠被汽化并向上输送至换热器，在那里冷凝放热后，再通过内壁毛细结构“吸回”堆芯区域，形成被动循环。 根据公司披露信息，即便在外部电力完全中断的情况下，这一被动式热管冷却系统仍可持续带走堆芯余热，为失电工况下的安全性提供额外冗余。

与此同时，Antares 的设计从一开始就针对美国陆军与空军的部署需求进行强化，因此在坚固性、机动部署能力与运维要求方面均满足严格的军用标准。 目前，该反应堆已被选定于 2028 年前后部署于德克萨斯州圣安东尼奥联合基地（Joint Base San Antonio），用于为军事设施提供高可靠能源保障。

美国能源部长 Chris Wright 在声明中称：“今天的成就是美国核能发展史上的重要时刻。通过让 40 多年来首座由私营部门开发的、非轻水技术的美国反应堆实现临界，Antares 展现了在释放美国创新潜力后可以做到什么。” 他还强调，特朗普政府将持续支持美国核工业的“重生”，以确保美国民众在未来数代都能获得可负担、可靠且安全的能源供应。

此次 Mark-0 在爱达荷国家实验室的成功临界，被视为美国推进小型模块化核反应堆与新一代先进堆型商业化进程中的关键信号，也为后续 R1 商用机组乃至更多私营先进核能技术的放大验证提供了现实范例。