在AI浪潮席卷全球的心脏当下，传统电网负荷与可再生能源的打堆问不稳定性，迫使科技巨头争夺的印微核心资源从单纯的GPU算力，转向了稳定、型核廉价且全天候不间断的世AI算清洁能源。如今，力迎这一难题或许迎来了新的全新破局者。

近日，心脏美国核能初创公司 Ampera宣布，打堆问成功基于3D打印技术完成全球首个全尺寸核反应堆模块。印微该模块专为AI数据中心、型核国防设施、世AI算工业基地及偏远地区设计，力迎旨在提供零碳排放的全新清洁电力。

该模块隶属于Ampera的心脏钍基微型反应堆系统，具备高达30兆瓦的商业发电能力，设计寿命长达30年。其核心突破在于采用了全3D打印的碳化硅反应堆核心与压力容器，实现了无需中途换料、极少维护的长期运行，且几乎零碳排放。

这套系统究竟依托何种技术路线实现突破？

“这种新一代核反应堆堆芯和压力容器为核能的工厂化、大规模生产奠定了基础，” Ampera CEO Brian Matthews 指出，“其采用的先进技术与增材制造工艺，为新型核技术加速商业化铺平了道路。”

图丨Ampera公司CEO Brian Matthews进行技术展示（来源：Ampera）

次临界架构：更安全、更灵活的“核心脏”

Ampera开发的是一种次临界、固态、工厂预制的钍基核反应堆。

• 本质安全：所谓“次临界”，指燃料本身无法维持核链式反应，必须依赖外部中子源才能维持裂变。这种物理机制从根本上杜绝了功率失控飙升的风险。
• 动态调节优势：相比传统反应堆受氙中毒等瞬态效应影响导致重启困难，Ampera的次临界架构可即时重启，具备更快的功率爬升速率和变化能力。

这一特性使其在野外军事作业、船舶供电及数据中心可变负荷调节等领域拥有广阔前景。

集装箱式部署：模块化与高效能

据公开信息，Ampera设备可装入标准40英尺集装箱，支持卡车、铁路、轮船及军用运输机等多种运输方式。

这种模块化能力源于系统的高度集成设计：
1. 结构紧凑：堆芯位于容器内，周围环绕多层屏蔽层，集成热交换器、涡轮机和发电机。
2. 先进冷却与发电：
* 冷却剂：使用氦气将堆芯热量传递至热交换器，而非传统的水冷系统。
* 发电循环：热能传递给超临界二氧化碳（sCO₂），驱动闭式布雷顿循环涡轮机发电。
* 冷凝方式：依靠空冷冷凝器，无需大量水资源。

得益于sCO₂循环的高性能，单个堆芯输出30兆瓦热能，经转化后稳定输出15兆瓦电能，能量转化效率接近50%。其30兆瓦商业配置采用双堆芯并联，系统占地仅约86立方米。

（来源：Ampera）

图丨Ampera钍基微型反应堆工作流程（来源：Ampera）

钍基燃料：储量丰富，扩散风险低

在燃料方面，Ampera采用了独特的固态TRISO燃料颗粒设计：
* 结构：由钍燃料核心包裹多层陶瓷和碳层组成。
* 工艺：基于专有喷射技术生产高质量TRISO颗粒，拥有60多项核燃料制造专利。
* 优势：
* 储量丰富：地壳中钍含量是铀的3倍以上。
* 无需浓缩：天然钍直接使用，简化供应链，降低核扩散风险。
* 高效利用：钍燃料循环有望实现比传统铀循环更高的燃料利用率。

工作原理：
钍-232本身不可裂变，需通过中子轰击“增殖”为铀-233（需20-30天）。增殖后的铀-233维持裂变产电。一旦关闭中子发生器，反应即刻停止。Ampera自主研发了专有中子驱动系统以启动并维持反应。

“钍是未来超安全、清洁能源的发展方向，” Matthews 表示，“通过在美国本土生产TRISO钍核，我们能在扩大规模的同时确保供应充足，并规避价格波动风险。”

为保障供应链，Ampera于今年2月在澳大利亚成立子公司 Ampera Australia Pty Ltd，计划自行生产TRISO燃料芯核。

（来源：Ampera）

3D打印碳化硅：突破制造瓶颈

除了燃料创新，Ampera的另一大核心突破在于反应堆本体的制造方式。

• 设计挑战：反应堆核心采用球形回旋体结构，以最大化中子效率和热性能。传统制造工艺难以实现此类复杂结构。
• 解决方案：采用增材制造（3D打印）技术。
• 材料选择：选用碳化硅，因其能承受约3,000摄氏度的高温，完全覆盖反应堆运行温度范围。

目前，Ampera已利用其姊妹公司（运营一台3米*3米小型打印机）的增材制造能力，完成了塑料概念验证及碳化硅核心的小规模生产。

（来源：Ampera）

展望：让核能像服务器一样标准化

当前，全球先进核能初创公司已超100家。Ampera CEO Matthews 强调，公司目标是成为首批实现核反应堆工厂化制造和规模化部署的企业。

• 时间表：发电系统预计最早于2027年投入使用；核模块将在2030年左右根据监管批准情况交付。
• 战略意义：通过工厂化生产和模块化设计，大幅降低建造成本与时间，以应对AI数据中心爆炸式的用电需求。

尽管技术尚处早期阶段，但Ampera的真正愿景不仅是制造新型反应堆，而是实现核能的标准化、模块化部署——让核能像服务器一样即插即用。未来数据中心的竞争，将不仅是算力的比拼，更是稳定、长期电力获取能力的较量。

参考资料：

1. The Register
2. PR Newswire: Ampera Marks Major Nuclear Milestone
3. PowerMag: Inside Ampera's Bet on Subcritical Thorium Microreactors
4. PR Newswire: Ampera Establishes Australian Subsidiary
5. IAEA: Thorium's Long-Term Potential in Nuclear Energy

排版：胡莉花
注：封面/首图由 AI 辅助生成