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以理想主义和实用主义为动力

当他们2012年作为研究生第一次见面时,Samuel Shaner SM'14、PhD'18和Math.Ellis PhD'17意识到他们有共同的激情。

埃利斯回忆说:“萨姆比我早了一年,在毕业典礼的周末,作为我的正式伙伴,他带我去了麻省理工学院的能源会议。”“第一天晚上,我们开始分享关于我们希望在核工业中看到什么的想法。”

沙纳补充道:“我们双方都对核反应堆行业的创新方面非常感兴趣,并且都致力于发展核反应堆。”

在他们相识开始时引发的联系现在正在产生红利。今年6月,由这两家公司于2016年推出的黄石能源公司从能源部高级研究计划署(ARPA-E)获得了260万美元。这是ARPA-E项目“建模强化创新开拓核能再生”(MEITNER)刚刚颁发的10个奖项之一,该项目旨在确定和开发新技术,以推进更安全和成本效益更高的核反应堆。

“这是我们最好的日子之一,对我们来说是一个非常重要的时刻,”埃利斯说。在努力研究使能技术之后,通过有选择和严格的过程赢得拨款是一项伟大的成就。

沙纳说,收到这样一个“对我们提出的想法的重大验证是非常令人满意的”。

这个想法是Shaner和Ellis几年独立研究的成果,是一个先进、模块化的核反应堆的设计,它集成了一系列常识但具有前瞻性的特征。黄石能源公司的反应堆使用传统的、商业上可获得的二氧化铀燃料(UO2),在近环境压力下操作,并部署熔融硝酸盐冷却剂,使反应堆达到比现有水冷核反应堆更高的操作温度。这种设计的核心在于一种新颖的控制装置,目前正在专利审查中,并处于橡树岭国家实验室测试的第一阶段。

共同愿景的共同挫折

沙纳说,黄石能源及其创新方法产生于“对将新技术引入市场的政策、监管和供应链挑战的挫折感”。他说:“仅仅为了进行一个小小的调整,比如给当前的反应堆提供更多的高浓缩燃料,就需要数千万美元和多年的时间。”

“山姆和我是梦想家和实用主义者的完美组合,”埃利斯说。“我们意识到,许多先进的反应堆概念在进入核物理学之外的市场时遇到了障碍,所以我们开始考虑如何解决这个问题。”

这对夫妇着手确定一系列反应堆特性,以跨越障碍。

“我们需要一种建造和运行成本低的反应堆设计和技术,并考虑到建造新反应堆的风险,这种设计将保证一条时间和资金有效的通往市场的途径,”Shaner说。

埃利斯说:“我们发现,我们利用的技术越多,许可反应堆就越容易。”

他们的第一个决定是使用沙纳所谓的“现成”燃料:UO2,行业标准。但是,为了提高这种燃料的运行效率,它们将需要与当前发电反应堆中循环的传热流体不同的传热流体。其他先进的反应器设计建议使用氟化物和氯化物盐,但是这些流体在技术上证明对于可靠的、商业规模的系统工程师具有挑战性。这导致另一项重大设计决定:部署熔融硝酸盐,一种已经在化学和集中太阳能工业中广泛使用的高温、环境压力传热流体。

沙纳说,接下来的挑战是将目前的燃料和熔融硝酸盐冷却剂结合在一起。作为与Ben Forget教授和Kord Smith教授一起在核科学和工程领域工作的研究生,Ellis和Shaner已经发展了分析、建模和计算反应堆系统物理学的专门知识。在短短几个月的时间里,他们设计了一个新颖的控制装置,有可能使其UO2和熔融硝酸盐基反应器发挥作用。

创业者的成长

在2016秋季,该团队申请并获得了来自麻省理工学院沙盒创新基金的25000美元赠款。有了这些钱,他们就以他们的核心使能技术应用知识产权保护。但他们也得到了宝贵的非财政援助。

埃利斯说:“麻省理工学院是为数不多的地方之一,它鼓励像核反应堆启动这样宏大雄心勃勃的想法。”麻省理工学院的创业生态系统,特别是通过沙箱进行的辅导,对我们来说是一个很大的转折点,使我们能够走出困境,继续我们的想法,并最终使它成为一个企业。

今天,该小组设在田纳西州的诺克斯维尔,在能源部的一个孵化器支持下工作,在核工业和公用事业伙伴的帮助下,在橡树岭实验室准备第一轮模拟。他们的合作风和日丽。

埃利斯说:“山姆和我非常赞同我们想做的事情,以及我们想要产生的影响,但我们总是愿意相互挑战以改善我们的想法。”“我们在麻省理工学院一起工作了五年,学到了彼此的能力、长处和怪癖,这使得我们能够真正有效地工作。”

他们面临着挑战。沙纳说:“最难的部分是不确定性,这会让事情变得像过山车一样。”“比如,当我们完成研究生课程时,我们不知道我们是否能获得资金来继续研究我们的想法。”

在能源部的支持和财政支持下,他们花了一点时间来体味他们的成就。但他们永远不会忘记前方的道路。

埃利斯说:“核能技术比大多数技术具有更长的时间范围,所以我们必须相信我们的使命——清洁能源和减少二氧化碳排放——才能达到终点。”“如果我们在十年后来到这里,那将是因为人们认识到我们的方法根本不同,我们的技术成功地降低了许多风险,而且我们能够在短期内对能源市场产生重大影响。”

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