2026年6月1日，在美国科罗拉多州丹佛市举行的美国核学会（ANS）年会上，爱达荷国家实验室（INL）团队作题为《MARVEL反应堆制造经验总结》（Lessons Learned from MARVEL Reactor Fabrication）的报告。报告梳理了项目从设计转入制造与组装阶段遭遇的各类难题，内容涵盖反应堆部件制造、斯特林发动机安装，以及反应性控制系统开发三大板块。
项目概况
MARVEL全称为“微堆应用研究、验证与评估”（Microreactor Applications Research, Validation and Evaluation），是一座电功率10~15 kWe，热功率85 kWth的微堆，堆芯冷却剂采用钠钾自然循环，搭配改良型TRIGA燃料元件。该微堆设计寿期为两年，美国能源部（DOE）微堆项目国家技术总监约翰·杰克逊（John Jackson）表示，现有技术手段可实现反应堆延寿。作为能源部50多年来首个自主开发的反应堆，杰克逊预计MARVEL将作为试验平台，验证微堆的运行特性和多元应用场景，同时为商用微堆企业提供技术探路标杆。MARVEL项目近期取得的里程碑进展包括：已选定五支合作团队开展试验；项目初步文件化安全分析报告获能源部批准。杰克逊透露项目进度可控，计划2026年12月实现干临界（dry criticality）。团队梳理出几条宏观层面的经验教训：单一环节优化往往会造成其他环节性能下降；使用成熟标准化成品部件，不代表整机集成难度更低；设计规范里看似微小的改动，都可能造成工程实施出现重大延误。MARVEL最初定位为一体化独立机组，依靠内置斯特林发动机完成发电。沃尔什工程服务公司（Walsh Engineering Services）设计师查德·瑞安（Chad Ryan）表示，一体化斯特林机组是本方案的核心，旨在使其成为一座独立的发电厂，可以运往任何地方部署并直接输出电力。斯特林发动机属于技术成熟的标准化部件，已验证可在极端严苛工况稳定运行，项目原本计划利用它简化整体设计。MARVEL项目负责人贾斯汀·约翰逊（Justin Johnson）表示，当时团队认为斯特林发动机无需额外测试，可直接装配、即插即用。但随后在尝试调整冷却系统时，却接连遭遇流量计故障、铅铋共晶合金泄漏、氦气起泡等一系列问题。后续试验还发现，发动机直接固定在反应堆上会产生剧烈振动。最终方案保留斯特林发动机，但改为分体解耦布置：发动机放回原厂配套带橡胶减震缓冲垫的包装箱底座；全新设计在反应堆与斯特林机组之间增设两台换热器。在提升设计复杂度的同时又要压缩反应堆整体尺寸，带来的直接后果是加工公差要求极度严苛；例如燃料元件芯体部件加工尺寸误差必须控制在0.0005英寸（约合0.0127毫米）以内。瑞安表示，这项高精度要求从始至终给MARVEL设计制造带来巨大挑战。团队虽最终攻克加工难题，但复盘指出，若前期优化设计结构，该类问题本可以规避。MARVEL团队在机械加工与制造阶段不断摸索替代工艺，逐一突破突发技术障碍。MARVEL项目负责人里斯·甘农（Reese Gannon）介绍，燃料芯筒在机械加工过程中出现变形，团队最初采用高温退火工艺矫正，结果反而加剧变形，还产生氧化皮。最终，团队推翻原有加工流程，全程采用低温热处理工艺重新制造芯筒。同理，团队自主开发钨极惰性气体保护焊（TIG）与熔化极气体保护焊（MIG）复合焊接工艺，在保证焊缝质量的同时杜绝构件表面变形。此外，氧化铍作为反应堆反射层核心材料，采购渠道有限，且难以加工成设计所需高精度外形；团队只能在设计中预留余量，抵消加工产生的裂纹、崩缺缺陷。MARVEL运行期间依靠四根控制鼓完成调控，控制鼓通过旋转角度变化，利用中子反射或吸收效应调节堆内中子水平。爱达荷国家实验室研究员安东尼·克劳福德（Anthony Crawford）表示，反应堆设计中采用控制鼓结构的案例十分罕见。克劳福德称，他仅知晓太空核辅助动力计划中的SNAP 10A反应堆采用过带紧急停堆功能的控制鼓，该反应堆曾在太空运行43天；但业内尚不确定其是否按照陆基反应堆严苛标准，完成安全设备级别的全套安全验证。克劳福德指出，MARVEL的创新亮点在于兼顾快速可靠紧急停堆，以及低速高精度稳态功率调节两大需求。团队逐一核验轴承、弹簧、电机、开关等全部零部件关键性能指标，其中绝大多数没有现成核级商用型号。部件齐备后，团队还专门为分层堆叠结构开发一套标准化装配流程。MARVEL团队已于2026年5月提交干临界安全分析报告，计划8月启动反应堆组装，10月接收燃料，10~11月开展投运前准备工作，12月达到干临界状态。
