修·韦瑟雷德 (Matthew Weathered) 的 THETA 实验为阿贡国家实验室 METL 的一个直径 71 厘米的测试容器内的核反应堆计算机代码开发提供了高保真数据。

随着全球对清洁能源需求的日益增长，美国科学专家、政策制定者和私营企业成员正积极探索各种反应堆设计，以期在提高能源安全性的同时，优化效率和成本。目前，美国所有核反应堆均为第一代或第二代轻水反应堆，占全国无碳电力的一半以上。然而，面对清洁能源的迫切需求，新一代核反应堆——“第四代”反应堆的研发显得尤为重要。

其中，钠冷快堆(SFR)作为第四代反应堆设计之一，因其内在的被动安全性和能够产生比消耗更多的核燃料材料而备受瞩目。这一特性有助于减少反应堆使用寿命期间产生的废物量，符合环保和可持续发展的要求。

在美国能源部(DOE)的阿贡国家实验室，快堆技术的研究历史悠久。该实验室曾设计、建造并运行了全尺寸实验性增殖反应堆II(EBR-II)，并测试和验证了熔融钠技术长达30年。至今，EBR-II的运行和测试数据仍对全球核工业验证反应堆设计以及美国工业进行许可证申请和获得核管理委员会批准产生着深远影响。

如今，阿贡国家实验室的主要钠快堆实验和组件测试均在机械工程测试环路(METL)设施中进行。该设施位于芝加哥郊外，致力于测试和验证新一代钠冷快堆设计。首席核工程师马修·韦瑟雷德等科学家与联邦赞助商和行业合作伙伴携手，共同追求这一目标。

韦瑟雷德拥有核工程博士学位，并积累了近十年的工作经验。在阿贡国家实验室，他与其他资深工程师如厄尔·费尔德曼一同致力于热工水力学的研究。热工水力学是研究热传递的学科，旨在将核裂变产生的热量高效地转移到发电设备上。在第四代反应堆中，优化系统组件如泵、热交换器和反应堆堆芯，以实现高效热传递和最佳投资回报，是研究的重点之一。

为了验证核反应堆设计软件，韦瑟雷德团队开发了热工水力实验测试品(THETA)。这是一个500升的池式钠设施，可提供高保真数据，用于核反应堆计算机代码的开发和验证。THETA拥有典型SFR中的所有主要组件，能够模拟全尺寸SFR在稳定状态运行或事故条件下发生的情况。这一功能受到商业核工业的青睐，因为它允许利益相关者实时了解应执行哪些测试以满足其需求。

费尔德曼表示，EBR-II反应堆上的全功率无保护失流测试证明了其本质被动安全性，这一创新为当今的SFR发展奠定了基础。THETA提供的功能将有助于未来SFR的发展，推动核能技术的持续创新。

韦瑟雷德团队还利用美国能源部为OKLO Inc.提供的“核能加速创新网关”计划凭证，在THETA的测试矩阵中完成了100多项不同的测试，以验证反应堆设计软件在多种模拟场景中的表现。此外，THETA还可以测试和验证其他新兴的SFR设计，为核能技术的多样化发展提供支持。

面对第四代反应堆技术的挑战，韦瑟雷德表示，设计和实施针对复杂快堆问题的解决方案是他对研究感兴趣的原因之一。他认为，现在是一个激动人心的时刻，核能作为一种清洁能源系统，将在未来几十年里发挥更加重要的作用。同时，人工智能对计算资源的需求也将推动核能技术的进一步发展，吸引更多年轻科学家投身核工程事业。