相关研究成果由清华大学核能与新能源技术研究院(INET)研究人员发表在2024年7月的Joule杂志。

此次验证值得注意的是在备受关注的高温气冷堆示范项目上进行的，该项目于2023年12月开始商业运行。HTR-PM由实验球床堆项目发展而来，如1967年至1988年间运行的德国46 MWt试验高温堆AVR，以及1985年至1991年间运行的300 MWe钍基高温堆(Thorium Hoch Temperatur-Racktor，THTR)。自2000年以来，中国在INET厂址自2000年以来运行一个10 MWt的试验高温堆(HTM-10)。

研究人员解释道，“模块式高温堆基于限制模块功率、功率密度和堆芯直径的原则，从传统高温堆演变而来。衰变热是核裂变反应堆堆芯熔化的主要原因，它可以通过热传导、辐射和自然对流自然消散到环境中，而无需采用紧急堆芯冷却系统。”。

HTR-PM包括两个200 MWt氦气冷却反应堆，驱动一个共用蒸汽轮机。每个模块都包括一个球床堆芯，该堆芯使用石墨作为慢化剂和结构材料。HTR-PM反应堆采用MEhrfach DUrchLauf(MEDUL，多次通过堆芯)燃耗循环，循环率为规定燃耗的15倍。作为一项关键的安全特性，HTR-PM燃料元件将12000个三层结构各向同性(TRISO)涂层颗粒嵌入球形或棱柱形基体中，每个TRISO颗粒都是通过在氧化铀内核上涂覆多层聚碳酸酯和碳化硅制成。该特点能够防止裂变产物泄漏，而不会超过已证实的燃料温度极限，例如1620摄氏度。

HTR-PM设计的功率密度约为3.2 MW/立方米，是商用压水堆(PWR)功率密度的约1/30，保证了衰变热可以通过传热机制(如导热、辐射和自然循环)有效地转移到反应堆压力容器(RPV)外的反应堆腔室冷却系统(RCCS)中。

不过，正如研究人员所强调的，此次试验此前，在高温堆中实现固有安全性，即将反应堆功率自稳定在极低水平以及在发生事故时非能动去除衰变热和余热的可行性仅限于试验堆，如德国的AVR和中国的HTM-10。衰变热去除的主要瓶颈是功率水平的管理。2023年8月在中国HTR-PM示范项目1号机组和2023年9月在2号机组进行的安全试验首次展示了商业规模HTR的固有安全性。在整个试验过程中，反应堆模块都是自然冷却的，没有紧急堆芯冷却系统，也没有任何由电力驱动的冷却系统。

也即直到此次通过对世界上第一座高温模块化球床堆核电站的两个反应堆进行失去冷却剂试验，商业规模的固有安全性才首次得到验证。

此项验证是HTGR技术的一次重大飞跃，并显示出与需要专用安全系统的传统轻水反应堆(LWR)设计相比的潜在优势。尽管HTGR已有超过半个世纪的发展史，但由于其在工业应用中的灵活性，人们对这种先进核能技术的热情一直在不断高涨。特别是，它们能够为从制氢到化学制造等各种工艺提供高温热量，这使它们成为寻求脱碳和提高能效的行业一个极具吸引力的选择。

除中国的高温堆示范项目外，X-energy公司和Ultra Safe Nuclear Corp.公司(USNC)也在牵头进行商业高温气冷堆的开发，X-energy正与Dow公司和美国能源部合作，在Texas州推进320 MW的Xe-100示范项目，USNC正在开发5 MWe(15 MWt)的微型模块化反应堆，预计首座反应堆将于2027年开始在加拿大Ontario省的Chalk River实验室运行。

然而，HTGR技术仍在努力应对市场挑战，包括经济不确定性和高浓度低富集度铀(HALEU)供应链的不成熟。文章中也已指出，HTR-PM的发电成本仍比商业压水堆电站高出约20%。尽管如此，研究人员还是指出了其设计优势，包括模块化、可扩展性和应用灵活性。他们指出，经济性可以通过热电联产计划和反应堆模块的大规模生产来实现。

研究人员表示，他们与行业合作伙伴一起相信，在大规模供应链建立之后，成本效益将得以实现。目前中国的商业化高温气冷堆项目已经逐步启动。