作為美國能源部(DOE)核能辦公室加速核能創新通道(GAIN)計劃的一部分，DOE Argonne國家實驗室將與三家公司合作，幫助工業界開發一系列新的反應堆和燃料循環概念，這些概念超越了當今傳統的大型水冷反應堆。

Argonne正在與工業界合作，支持下述三種不同類型的核反應堆研發。

Radiant Industries

Argonne將與總部位于California州的初創企業Radiant Industries合作，針對Radiant的1.2 MWe、1.9 MWt先進高溫氣冷(HTGR)微堆概念，對熱量產生和排出進行數值模擬。氦氣從堆芯傳遞熱量，空氣夾套通過驅動自然循環的風扇以非能動的方式冷卻堆芯。反應堆設計為采用TRISO燃料。

根據該公司網站的信息，反應堆將能夠通過卡車運至廠址，并放置在混凝土基板上，電廠無需開挖。這種名為Kaleidos的微堆的主要優點是采用移動式設計，可用于替代柴油發電機。

Argonne核能工程師April Novak是該實驗室的Maria Goepert Mayer研究員之一，他說：“這種類型的反應堆因其體積很小，所以與傳統反應堆有很大不同。它針對的是核能的多樣化應用，例如偏遠社區和電動汽車充電。”

Novak將幫助建立停堆狀態下微堆的高仿真計算流體動力學模型，包括其非能動余熱排出系統。其中一個余熱排出系統稱為空氣夾套，它由反應堆和屏蔽層之間的一層薄薄的環境空氣組成。Novak表示：“空氣夾套設計用于非能動導出衰變熱，提高核電生產的安全性。”。

Radiant首席執行官Doug Bernauer表示：“與Argonne合作的空氣夾套建模工作將是真正地對非能動冷卻獨特優勢的創新和關鍵要求。”。“我們計劃成為50多年來第一個實現裝料試驗的新型商業化反應堆設計。先進反應堆的全面商業化需要與DOE和幾個國家實驗室(如Argonne和Idaho國家實驗室)之間的合作。”

Novak說，該項目還將幫助研究人員根據燃料的燃燒方式識別反應堆中的熱源。

Argonne通過GAIN計劃對Kaleidos進行的工作是通過核能先進建模和仿真項目進行的早期工作的延伸。核能先進建模和仿真(NEAMS)項目是美國能源部核能辦公室(DOE-NE)的項目，旨在開發先進建模與仿真工具和能力，以加快先進核能技術的部署，包括輕水反應堆(LWR)、非輕水反應堆和先進燃料。

該項目利用美國的科學人才，專注于核能目標，涉及六個技術領域：燃料性能、反應堆物理、結構材料和化學、熱流體、多項物理學和應用驅動。

Oklo Aurora微堆

在另一個GAIN資助項目中，Argonne核能工程師Darius Lisowski將領導一個研究團隊與Oklo合作，Oklo是一家同樣位于California州的核能公司，從事小型快堆的研發。該項目將測量一些反應堆設備的傳熱。

這是Oklo和DOE國家實驗室之間的最新合作。2022年11月，Oklo、Argonne國家實驗室、Deep Isolation和Case Western Reserve大學獲得610萬美元(約4180萬人民幣)的資金，用于將當前輕水反應堆中的乏燃料回收為先進反應堆燃料。

2022年，Oklo被美國能源部選中參與四個成本分擔項目，總金額超過1500萬美元(約1億人民幣)，用于從壓水堆乏燃料制備先進反應堆燃料的商業化。Oklo的CURIE項目將專注于從現有反應堆中回收乏燃料的一個關鍵步驟，即將使用過的氧化物燃料轉化為金屬，以便使用Oklo正在商業化的工藝進行回收。

Oklo的聯合創始人兼首席執行官Jacob DeWitte表示：“燃料回收將影響我們脫碳的速度。由于乏燃料約95%是可回收的，從而可以將廢物轉化為一種可用的資源。”。“目前乏燃料中含有足夠的能量，可以滿足全美國100多年的電力需求，而且不會產生碳排放。此外，某些長壽命放射性同位素將在發電過程中被消耗，這減少并改變了乏燃料的處置負擔。”

Flibe Energy

獲得GAIN資助的第三個項目涉及Argonne核能工程師Melissa Rose領導的團隊，研究由熔鹽混合物驅動和冷卻的反應堆。雖然目前沒有熔鹽反應堆投入商業使用，但Rose表示，熔鹽反應堆有助于通過高溫處理回收核燃料，這也是Argonne開發的技術。

Rose說：“理論上大約97%的核燃料可以使用，它只是被必須分離出來的裂變產物污染了。”。“熔鹽反應堆可以讓我們更接近閉式燃料循環，在這個循環中，核燃料被反復使用。”

在熔鹽反應堆中，燃料溶解在熔鹽中，熔鹽液體流過反應堆。在GAIN資助的項目中，Rose與位于Alabama州的Flibe Energy合作。Flibe正在研發一種氟化物熔融反應堆，該反應堆既可以用于發電，也可以制備醫用同位素用于癌癥治療。

氟化鋰釷基反應堆(LFTR)是一個基于釷燃料循環運行的熱譜熔鹽反應堆。

Argonne開發并維護了專用設備，Rose和她的同事將使用這些設備測量熔融鹽的特性。從熔點到相行為，再到熱容和熱擴散率，Argonne對這些特性的分析將有助于Flibe使他們的反應堆更接近建設。