第一情报 ---能源与环境

美国能源部投资支持下一代核能技术发展

供稿人:董瑞青  供稿时间:2013-10-30   关键字:DOE  下一代核能技术  核能大学计划  核能使能技术计划    
2013年9月20日,基于奥巴马政府气候行动计划和维持美国在清洁能源创新领域的领导地位,美国能源部宣布为核能研究以及改进大学研究堆和基础设施提供6100万美元的经费支持。当天宣布的91个奖项将旨在保持美国核工业在全球的领导者地位,同时也为从研究堆材料到创新传感器,从仪器仪表到更加高效的工业制造等新的先进核技术提供支持。通过为美国的大学、国家实验室和工业界的前沿核科学与工程研究提供经费资助,可以为核能在美国未来低碳发展中发挥更加重要的作用奠定基础,同时对保持美国在高效安全利用核能方面的世界领先地位,培训教育下一代核能劳动力具有重要的意义。
 
据业内人士估计,到2015年,美国电力行业将有近10万名工人退休,其中在核工业工作的超过2.5万人。为未来的几年中,美国核能产业大约30%的工人将有资格退休,他们中的很多人是在20世纪60年代-70年代步入该领域的。自2009年以来,美国能源部的“核能大学计划”(NEUP)已经为近90所高校和大学提供约2.9亿美元的资金支持,以培养美国下一代的核能工程师和科学家,并确保美国在清洁能源领域创新的领导地位。
 
作为今天公告的一部分,美国能源部授予专项资金近4200万美元,以支持61项美国相关大学领导的核能研究和开发项目。这些项目开发的创新技术和解决方案将横跨三个领域:燃料循环技术;核反应堆概念的研究、开发和示范;核能高级建模与仿真。这些项目由分布在美国28个州和哥伦比亚特区的38所美国大学和学院所领导。例如,由南卡罗来纳大学领导的一个项目将开发一种可以在较低的温度环境下工作并存储更少能源的先进核燃料,这有助于进一步提高核反应堆的安全性和效率;由爱荷华州立大学领导的一个项目将帮助支持先进的小型模块化核反应堆的设计和组件性能验证。
 
通过其“核能大学计划”(NEUP),美国能源部还对15所学院和大学给予500万美元的资助,以支持它们核反应堆的研究和基础设施的改进,这可以显著提升目前美国核反应堆研究机构的水平,并使它们更加高效并紧跟核能行业发展趋势。这些资助也将确保美国的大学有最好的设备和工具来教育和培养下一代核能产业领导者。此外,美国能源部今天还宣布了一个资助金额为500万美元的“多边核能研究项目”,以测试先进核反应堆材料在辐射环境下的长期行为。该项目由美国密歇根大学联合其他6个美国大学、行业及国家实验室,以及英国和法国的国际合作伙伴。除了能源部的投资之外,英国政府也将提供150万美元的专项资金以支持该项目。
 
今天,美国能源部还宣布,通过其“核能使能技术计划”(Nuclear Energy Enabling Technologies Program),投资927.5658万美元以支持13个研究和开发项目,以帮助解决整个核工业和提高反应堆安全性、性能和成本竞争力所面临的共同挑战。这些项目主要分为三类:一是先进的制造方法(投资总额为120万美元,包括3个项目),以提高核电厂组件(包括可用于小型模块化反应堆制造的先进混凝土施工方法和添加流程)的生产和设计效率;二是反应堆材料(投资总额为700万美元,包括7个项目),这主要包括横跨核反应堆和燃料循环中的管道材料、线路覆层和其他相关结构材料;三是先进的传感器和仪器仪表(投资总额为120万美元,包括3个项目),以从核反应堆内部开发数据分析软件以及数据收集和测量的电子传感器和仪器(见表1)。
 
表1  美国能源部“核能使能技术计划”13个项目一览表
 
 
项目名称
领导研究机构
资助金额
项目描述
1
在核反应堆材料中使用原位高能X射线开发微观结构的属性关联。
阿贡国家实验室
100万美元
研究人员将展示带有原位热机械负载(In-situ thermal mechanical loading)的高能量X射线的测度应用,以理解微观结构与性能的关系。该研究预计将获得的主要成果包括准确预测极端环境下核反应堆材料的机械性能,并进一步促进新材料的设计和开发。
2
恶劣核反应堆环境下的抗辐射电子。
亚利桑那州立大学
39.9674万美元
研究人员将采用现成(COTS)设备和目前的电路制造技术,开发抗辐射设计(RHBD)电子。该项目将提高那些更为敏刚的电子产品的辐射弹性,从而可以在事故后监测和检测以及长期的检查和去污任务中使用机器人。
3
反应堆压力容器钢的自动同步X射线衍射。
布鲁克海文国家实验室
97.92万美元
研究人员将开发一个自动化系统从而能够快速、安全地获取放射性样品的同步数据。数据将在反应堆压力容器钢、奥氏体不锈钢和铁素林—马氏体钢中获得,这将提高对这些材料在核反应堆环境的理解和性能预测。
4
自密实混凝土施工模块化单元。
佐治亚理工学院
40万美元
研究人员将开发自密实混凝土(SCC)混合物,从而使得混凝土浇筑可以制成复合钢板的模块化结构,而不需要连续浇筑混凝土。SCC的混合物将被开发和使用验证,以确保足够的跨冷缝抗剪切能力,同时最大限度地减少在固化过程中的收缩和温度的提高,从而显著提高钢板与混凝土的结合度。
5
通过供应链优化和经验借鉴,改进SMR模块化建设。
佐治亚理工学院
40万美元
研究人员将开发小型模块化反应堆(SMR)的先进制造方法,提高模块化建筑技术,并利用这些技术发展供应链设计和操作的最佳方法。这些研究将识别、处理和解决目前模块化施工方法所遇到的各种挑战和不足,从而提高小型模块化反应堆(SMR)的经济吸引力。
6
反应堆材料的先进3D特性与重建。
爱达荷国家工程和环境实验室
100万美元
研究人员将试图把先进材料的表征方法和计算机建模方法结合起来,以更好地了解和预测在极端条件下核反应堆材料的行为特征。该项目将解决目前材料特性的限制,并加强反应堆材料的先进特性和重建能力,以便更有效地表征反应堆微观结构重建与数值模拟。
7
通过脉冲离子束照射测度辐射损伤的动力学。
劳伦斯·利弗莫尔国家实验室
100万美元
研究人员将开发展示一种新型的实验方法来获取核材料的辐射损伤形成过程。缺陷相互作用的动力学实验数据是构建描述稳定辐射缺陷模型中必不可少的。如果成功,该项目将利用脉冲离子束方法来研究核材料的缺陷相互作用动力学。
8
通过球形压痕,来测定辐射金属材料的应力和应变响应。
洛斯阿拉莫斯国家实验室
100万美元
研究人员将通过球形压痕的应力应变分析确定离子照射材料的反应弹性和弹塑性过渡,并比较其在未照射状态下的相对机械行为。本项目将基于物理学对材料的微观结构和相关联的力学性能在辐射条件下的状态变化给予更深的解释,这可以大幅提升改变核材料的力学性能测试的研究水平。
9
在极端环境下,反应堆材料老化和退化的预测表征。
西北大学
99.9812万美元
研究人员将通过一个宽度适中的计算框架,开发一套独特的实验技术,以理解和预测辐射、温度和应力对材料微观结构和宏观行为的长期影响。
10
使用掩膜可编程模拟阵列的抗辐射电路。
橡树岭国家实验室
40万美元
研究人员将开发并展示一种通用的数据采集系统以构建商业或接近商业辐射的模拟阵列和数字阵列。该项目的最终结果将是开发构建一个抗辐射数据采集系统,以证明商业化技术的抗辐射能力。
11
核电厂的基于软件的安全重要仪表和控制系统的可靠性属性量化方法。
俄亥俄州立大学
39.999万美元
研究人员将针对基于软件的核电厂安全重要仪表和控制系统,开发一种可靠性属性的量化方法。
12
使用微型和中尺度磁表征方法研究反应堆结构材料的降解。
太平洋西北国家实验室
89.6983万美元
研究人员将使用微观尺度和中尺度磁特性方法,以评估极端条件下的反应堆材料的降解。该研究将在使用微观尺度的磁性测量诊断信息材料方面取得重要突破。
13
超高性能混凝土和模块化施工的先进制造方法。
休斯顿大学
39.9999万美元
研究人员将开发具有成本效益的超高性能混凝土产品。该产品无需特殊温度和压力处理,具有高耐用性、大规模的过程与质量控制能力,可以迅速地用于模块化建造新的核电厂。
注:上面项目已经列入计划支持,但最终的资助金额可能会有所不同。
资料来源:FY2013 Nuclear Energy Enabling Technologies Research and Development Awards。
 
参考资料:
“FY2013 Nuclear Energy Enabling Technologies Research and Development Awards”,U.S.Department of Energy,September,20,2013.

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