密歇根大学完成2300小时熔盐反应堆轴封测试

密歇根大学工程学院研究人员完成了一项持续约2300小时的熔盐反应堆工况模拟实验，对一种商用环形石墨衬套轴封进行了长期测试。结果显示，该轴封在高温熔盐蒸气环境下运行稳定，试验后未发现明显腐蚀或密封性能退化。相关研究成果已发表于《核能进展》期刊，并得到美国能源部核能办公室核能大学计划支持。

熔盐反应堆可在高温、低压条件下运行，相比传统水冷反应堆具有更高热效率潜力，并有助于降低压力驱动事故风险。但熔盐具有较强腐蚀性，运行过程中还可能产生放射性或有毒气体。泵和轴封等部件能否长期可靠工作，是熔盐反应堆工程化部署必须解决的问题之一。

为模拟熔盐反应堆运行环境，研究团队搭建了一套专用轴封试验装置。该装置由两个高强度不锈钢储罐及连接管道组成，底部辅助储罐储存32公斤FLiNaK盐，即氟化锂、氟化钠和氟化钾组成的混合盐。该类盐可较好模拟反应堆堆芯熔盐行为，同时不带来实际辐射风险。实验中，压差将熔盐输送至主储罐，长轴穿过密封腔并与电机连接，轴周围安装商用石墨衬套密封件，以测试其在盐蒸气、高温和高速旋转条件下的性能。

实验条件包括最高550℃运行温度和最高1500转/分轴转速。研究发现，该轴封在最初约10天内经历磨合期，旋转轴与密封件之间的摩擦形成微小径向间隙，随后系统压力趋于平衡，密封件进入较稳定运行状态。测试结果表明，径向间隙是影响轴封性能的主要因素，而转速和温度对密封表现影响相对有限。

研究团队还比较了不同惰性覆盖气体的效果。熔盐反应堆通常在熔盐上方空间持续注入惰性气体，用于置换氧气和水分，并将有害气体导入处理系统。实验显示，在相同气体流量下，氩气比氦气和氮气更能维持较高储罐压力，综合表现最佳。

密歇根大学核工程与放射科学教授孙晓东表示，可靠的泵和密封性能对于熔盐反应堆技术的安全实用部署至关重要，这项研究在接近实际运行的条件下提供了实验数据，有助于填补未来反应堆设计中的关键知识空白。该研究主要作者、密歇根大学核工程与放射科学博士毕业生车帅表示，相关结果有助于将长期缺乏研究的泵密封部件转化为可量化的工程问题，并为熔盐反应堆及其他先进能源系统的密封设计、优化和放大提供依据。

研究人员指出，涉及高温氟化物熔盐的大规模长时实验较为罕见，尤其是在学术实验室中。此次试验使用超过10公斤高温氟化物盐并持续运行超过100小时，规模和时长均具有参考价值。随着第四代熔盐反应堆示范项目推进，这类长期部件试验可为下一代熔盐反应堆的泵轴密封设计提供工程数据。