在美国各地的核反应堆中心，一种新型铬涂层燃料正在投入使用，使反应堆更加高效且更能抵抗事故。这种燃料只是麻省理工学院(MIT)与爱达荷国家实验室(INL)合作产生的众多创新之一——这种合作关系已经改变了美国核能行业的发展轨迹。
在美国核能领域重新焕发活力的背景下，MIT的研究社区正在进一步开发下一代燃料，加速小型模块化反应堆(SMR)的部署，并实现首个太空核反应堆。
长期合作的基础
MIT和INL的研究人员已紧密合作数十年，这种合作形式多样，包括联合研究、学生和博士后实习，以及一项长期协议，允许INL员工在MIT校园进行研究和教学。MIT也是巴特尔能源联盟的创始成员，该联盟自2005年以来一直为能源部管理爱达荷国家实验室。
这种合作为MIT的研究人员提供了解决美国核能行业面临的最大问题的机会，同时增强了INL的研究基础设施。
"爱达荷国家实验室是美国目前核能技术的领先实验室——这就是为什么MIT必须与INL携手并进，"MIT核科学与工程系的巴特尔能源联盟教授雅科波·布翁焦尔诺说。"多年来，无数MIT学生和博士后在INL实习，2019年加强MIT与INL合作的谅解备忘录已经两次延长。"
MIT负责研究的副校长伊恩·韦茨补充道："MIT与爱达荷国家实验室之间的长期合作历史使我们能够共同为促进清洁、安全的核能增长提供实用技术。这清楚地展示了如何通过跨部门以及国家顶级研究机构之间的严格合作来促进美国的经济繁荣、健康和福祉。"
影响深远的研究
MIT与INL的大部分联合研究涉及新型核材料、燃料和仪器的测试和模拟。其中最大的合作之一是在2011年日本福岛地震和海啸引发的核事故后，全球推动开发更具事故容错燃料的背景下进行的。
在一项涉及INL和核能行业成员的研究中，MIT研究人员帮助确定并评估了可以近期部署的合金材料，这些材料不仅能够提高安全性，还能提供更高的燃料密度。
"这些新型合金能够在异常情况下承受更具挑战性的条件，而不会与蒸汽发生化学反应，这可能在事故期间导致氢气爆炸，"布翁焦尔诺解释道，他也是MIT核反应堆实验室的科学与技术主任以及MIT先进核能系统中心主任。"这些燃料能够承受更多的滥用而不会在反应堆中破裂，从而带来更高的安全裕度。"
在MIT测试的燃料最终被美国各地的发电厂采用，始于伊利诺伊州奥格尔县的拜伦清洁能源中心。
"我们还在开发新材料、燃料和仪器，"布翁焦尔诺说。"人们不会仅仅来到MIT说，'我有个想法，帮我评估一下。'我们与工业界和国家实验室合作共同开发新想法，然后将它们付诸测试，重现这些材料和燃料在商用发电反应堆中运行的环境。这种能力相当独特。"
另一项重大合作由MIT的大西洋里奇菲尔德职业发展教授、能源研究专家科鲁什·希尔万领导。希尔万的团队分析了不同反应堆设计相关的成本，最终开发了一个开源工具，帮助行业领导者评估不同方法的可行性。
"目前美国没有建造任何核反应堆的原因是成本和财务风险，"希尔万说。"这些项目的预算超出了两倍，时间延长了1.5倍，所以我们做了大量工作来评估风险驱动因素。此外，还提出了许多不同类型的反应堆，因此我们也研究了它们的成本潜力，以及如果能够大规模生产，这些成本会如何变化。"
希尔万的其他INL支持研究涉及探索核燃料的新型制造方法，以及测试用于月球表面核反应堆的材料。
"对于这些太空核反应堆，你希望材料轻质，因为必须将它们送往太空，但这些轻质材料在核环境中的性能数据很少，"希尔万说。
人才培养与进步
每年夏天，各个级别的MIT学生都会前往爱达荷州，在INL实验室作为实习生进行研究。
"这是我们学生接触前沿研究设施的例子，"希尔万说。
两个机构之间还有几项联合研究任命。其中一项任命由INL的杰出科学家萨西特·塞蒂纳持有，他目前还管理着MIT核反应堆实验室的MIT和INL联合反应堆仪器与传感器物理中心(CRISP)。
CRISP专注于仪器和控制领域的关键技术领域，这些领域长期以来一直阻碍着核电的盈利能力。
"对于当前的轻水反应堆舰队，运营和维护支出构成了单位发电成本的相当一部分，"塞蒂纳说。"为了使先进反应堆具有经济竞争力，在设计阶段解决预期的运营问题要合理得多。此类关键技术领域之一是远程和自主运营。直接与INL合作，该实验室在多个联邦计划下管理着几个先进反应堆的设计和测试项目，为我们的学生、教职员工和研究人员提供了产生真正影响的机会。"
专家的交流有助于加强MIT和国家的核能劳动力队伍。
"MIT在推进国家核能行业方面发挥着至关重要的作用，无论是测试和开发新技术还是评估新核能设计的经济可行性，"布翁焦尔诺说。
未来展望
MIT与INL的合作代表了学术界与国家实验室之间合作的典范。通过将麻省理工学院的学术专长与爱达荷国家实验室的实际应用能力相结合，双方能够应对核能领域最复杂的技术和经济挑战。
随着全球对清洁能源解决方案的需求不断增长，这种合作的重要性只会增加。新型燃料、先进反应堆设计和创新的制造方法不仅能够提高核能的安全性和效率，还能降低成本，使核能在能源转型中发挥更重要的作用。
此外，通过培养下一代核能专家，MIT-INL联盟确保了美国在核能领域的领导地位，同时为应对气候变化和能源安全等全球挑战提供了技术解决方案。
太空核反应堆的发展代表了合作的另一个前沿，这些系统有潜力彻底改变太空探索和长期太空任务，为人类在太阳系内更远的区域建立前哨站提供动力。
随着合作的继续深化，我们可以期待更多创新的出现，这些创新将进一步巩固核能作为清洁、可靠能源来源的地位，同时为美国能源行业的持续发展做出贡献。
