瑞士研究所首次收集小型模块化反应堆被动冷却系统高分辨率实验数据

瑞士保罗·谢勒研究所(PSI)研究人员在PANDA测试设施中，首次在实际条件下对小型模块化反应堆(SMR)的被动冷却系统进行了实验研究，并收集了高分辨率测量数据。研究结果已发表在《核工程与设计》期刊上，相关国际基准测试计划已正式启动。

PANDA 中的 80 个阀门能够分析不同的气体混合物(图片：PSI)

与传统反应堆依赖泵和阀门等主动安全措施不同，许多SMR采用被动冷却理念，依靠冷凝、重力和密度差等物理效应在紧急情况下保障安全。但PSI指出，目前用于验证此类系统模拟结果的实验数据仍然有限。

PANDA测试设施共五层、高25米，由多个容器组成，总容积约500立方米，不含任何放射性物质。设施内配备80多个阀门，可在不同位置提取气体混合物并使用质谱仪分析，并安装了约1450个传感器。蒸汽由一台1.5兆瓦电加热器产生，温度最高可达200摄氏度，压力最高可达10巴。

在此次实验中，PSI项目团队测试了一种闭式冷却回路，由一根约六米高的垂直管道组成。若事故发生时蒸汽泄漏至安全壳内，蒸汽会撞击管道冷表面凝结成水滴，以液态水形式滴回反应堆。释放的热量传递给管道内的水后，热水因密度较小自然上升并将热量释放至储水箱，冷却后的水再向下流动，形成完全基于密度差的自然循环，无需任何泵或电力。

研究人员利用高速摄像机详细记录了管道表面凝结的微小水滴，首次观察到安全壳内部气体的分离情况：下部聚集更多空气，上部残留更多蒸汽。PSI指出，若忽略这一效应，系统散热效率将会降低。此外，研究人员追踪了气体中的微小颗粒，证实其在管道附近移动速度非常缓慢，冷却过程并非由较大气流决定，而主要由扩散作用驱动，这意味着冷却过程高度依赖于局部条件。

波兰科学研究所核工程与科学中心的亚戈·里维拉·杜兰表示："此前，研究人员在开发模拟程序时无法确定计算结果是否与实际情况相符，我们正在通过PANDA缩小这一差距。"

PSI表示，最新发布的报告标志着一项基于PANDA数据的国际基准测试计划正式启动，目前已有25家机构参与，利用实验结果验证并改进其仿真方法。后续项目PANDA-2将在此基础上进一步研究复杂场景及被动安全系统的长期自主运行。该国际项目预计将持续到2030年，各国和欧盟的相关项目也已规划至2030年代。