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Sep 29, 2023

DOE : Prototype de microréacteur MARVEL installé, préparation pour les tests

Un prototype à grande échelle chauffé électriquement du ministère de l'Énergie (DOE)

Un prototype à grande échelle chauffé électriquement du microréacteur nucléaire MARVEL de 100 kWth du Département de l'énergie (DOE) a été installé avec succès dans une installation de New Freedom, en Pennsylvanie, et est prêt à être testé.

Le laboratoire national de l'Idaho (INL) a fabriqué le prototype non nucléaire à grande échelle - connu sous le nom de test d'appareil de refroidissement primaire (PCAT) - en janvier 2022 en neuf mois. Le PCAT a ensuite été chargé sur un camion et transporté du complexe de matériaux et de carburants (MFC) de l'INL à Idaho Falls vers une usine de fabrication appartenant à la société d'ingénierie spécialisée Creative Engineers Inc. (CEI) en Pennsylvanie. L'installation du prototype dans un cadre à deux étages est maintenant terminée, a annoncé le DOE le 22 mai.

Le PCAT, qui mesure 12 pieds de haut et pèse environ 2 000 livres, est une étape de développement importante dans le projet MARVEL (Microreactor Applications Research Validation and Evaluation) lancé par le DOE en avril 2021. Dirigé par l'INL, l'objectif principal du projet MARVEL est de construire et d'exploiter en toute sécurité un réacteur refroidi au sodium-potassium de 100 kW dans l'installation TREAT (Transient Reactor Test) de l'INL. MARVEL est sur la bonne voie pour commencer à fonctionner à TREAT d'ici la fin de 2024.

"Lorsque le réacteur MARVEL sera mis en service l'année prochaine, cela fera 50 ans que nous n'avons pas exploité un nouveau réacteur sur ce site", a déclaré le directeur de l'INL, le Dr John Wagner, à POWER lors d'une visite sur le site de l'INL en avril. "Ce dont nous parlons ici est historique aux États-Unis et urgent en termes de demande d'énergie propre."

MARVEL, un réacteur à fission thermique, utilisera un combustible à base d'hydrure d'uranium et de zirconium (U-ZrHx) (contenant 30 à 40 % en poids d'uranium enrichi à 19,75 % d'U235). Le carburant est basé sur un matériau combustible bien connu pour la formation, la recherche, les isotopes et l'atome général (TRIGA). INL a l'intention de fabriquer le combustible en utilisant des réserves de matières premières d'uranium. Si INL ne peut pas fabriquer le carburant, TRIGA International fabriquera du carburant pour le microréacteur à partir de matières premières appartenant au DOE stockées à INL, suggère une évaluation environnementale finale, publiée en juin 2021.

Le réacteur utilisera la circulation naturelle, utilisant un eutectique sodium-potassium comme fluide caloporteur. Il fonctionnera à des températures comprises entre 500 °C et 550 °C et utilisera des moteurs Stirling prêts à l'emploi pour convertir l'énergie thermique d'environ 20 kWe. Le DOE suggère que le cœur du système est conçu pour fonctionner en continu pendant deux ans, mais le réacteur sera probablement allumé et éteint plusieurs fois au cours de sa durée de vie pour répondre aux besoins de recherche.

PCAT, quant à lui, est un prototype à grande échelle qui sera alimenté par une alimentation électrique externe au lieu de la fission, et qui servira à collecter des données cruciales sur les températures du système et le débit de liquide de refroidissement. Selon le DOE, les informations garantiront l'exactitude des outils de modélisation et de simulation de MARVEL, ce qui est "une étape importante pour garantir que le réacteur fonctionnera comme prévu", a déclaré l'agence.

L'effort vise à fournir plus de certitude que le réacteur final fonctionnera à un degré élevé de fiabilité et de confiance. a noté Yasir Arafat, responsable de la conception et du projet chez MARVEL. "La validation de nos modèles physiques est essentielle à l'assurance de la qualité nucléaire pour tout nouveau projet de développement de réacteur", a déclaré Arafat. "PCAT générera ces données inédites pour valider nos outils de simulation thermohydraulique et quantifier l'incertitude pour les réacteurs thermiques à métal liquide, comme MARVEL."

Selon le DOE, les tests PCAT pourraient commencer "dès juillet". PCAT "restera probablement à CEI jusqu'à ce que l'exploitation de MARVEL commence à fournir des simulations et des tests supplémentaires", a noté l'agence. Une fois que le microréacteur MARVEL sera actif comme prévu en 2024, le PCAT pourra être renvoyé à l'INL pour être utilisé pour des recherches supplémentaires afin de faire progresser les technologies des microréacteurs, a ajouté l'agence.

Le développement de MARVEL progresse notamment aux côtés du projet Pele, le projet stratégique du ministère de la Défense visant à développer une technologie de microréacteur mobile, avec un prototype devant être démontré à l'INL d'ici 2024. Le projet Pele, un "prototype unique" conçu pour fournir 1 MWe à 5 MWe pour un minimum de trois ans de fonctionnement à pleine puissance, sera un réacteur à gaz à haute température qui utilisera du combustible tristructural isotrope (TRISO) à teneur élevée en uranium faiblement enrichi (HALEU).

La mission de MARVEL, cependant, est orientée vers le progrès de l'industrie. Le programme devrait être un instrument essentiel dans les tests, le développement et la démonstration des microréacteurs.

En tant qu'installation unique en son genre, MARVEL fournira un aperçu des problèmes et des défis liés à la fabrication, à l'assemblage, à l'installation rapide, au déploiement, à l'autorisation et à l'exploitation. Cela inclura des informations qui pourraient stimuler les processus d'approbation réglementaire, tels que l'emplacement des microréacteurs et les examens environnementaux.

Lorsqu'il sera opérationnel, MARVEL explorera également les technologies de fonctionnement autonome et jouera un rôle essentiel dans le cadre du micro-réseau nucléaire de l'INL. Les efforts de R&D exploreront des applications telles que le suivi de charge, la chaleur de procédé, la production d'hydrogène et la purification de l'eau, a déclaré le DOE.

—Sonal Patelest rédacteur en chef adjoint de POWER (@sonalcpatel, @POWERmagazine).

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