AI 时代，面对传统电网瓶颈与可再生能源的不稳定性，科技巨头争夺的焦点已从 GPU 延伸至稳定、低价且全天候的清洁能源。近日，美国核能初创公司 Ampera 宣布，已成功利用 3D 打印技术完成全球首个全尺寸核反应堆模块。该系统旨在为 AI 数据中心、国防设施、工业园区及偏远地区提供清洁电力。
全球首个 3D 打印钍基微堆：30 年免换料
该模块是 Ampera 钍基微型反应堆系统的核心，商业发电能力最高可达 30 兆瓦，设计连续运行寿命长达 30 年。其最大创新在于反应器核心和压力容器均采用完全 3D 打印的碳化硅材料制成。这种设计不仅无需中途更换燃料和频繁维护，更实现了近乎零碳排放。
Ampera CEO Brian Matthews 表示：“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。先进的增材制造工艺为新型核技术加速商业化提供了清晰路径。”
图丨Ampera 公司 CEO Brian Matthews 进行技术展示（来源：Ampera）
次临界架构：本质安全与灵活调节
Ampera 开发的是一种次临界、固态、工厂预制的钍基核反应堆。所谓“次临界”，指燃料本身无法维持自持链式反应，必须依赖持续的外部中子源才能维持裂变。这一物理特性从本质上杜绝了功率失控飙升的风险。
快速启停与动态响应
与传统临界反应堆停机后需长时间等待消除“氙中毒”效应不同，Ampera 的次临界架构基于外部中子源控制，具备即时重启、稳定功率爬升及快速功率变化的能力。这种优异的动态调节性能，使其特别适用于野外军事作业、船舶供电以及需要应对可变负荷的数据中心园区。
高度集成的模块化运输
整套系统可装入标准 40 英尺集装箱，支持卡车、铁路、轮船或军用运输机等多种运输方式。系统内部高度集成，堆芯位于多层屏蔽层内，并包含热交换器、涡轮机和发电机。
（来源：Ampera）
高效能量转化：氦气冷却与超临界二氧化碳循环
该系统采用氦气作为主要冷却剂，将堆芯热量传递至热交换器，进而加热超临界二氧化碳（sCO₂）。sCO₂驱动闭式布雷顿循环涡轮机发电。由于不使用水冷却，而是依靠氦气和空冷冷凝器，该系统极大降低了对水资源的依赖。
得益于超临界二氧化碳循环的高效率，单个堆芯可输出 30 兆瓦热能，转化为约 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，整个系统占地仅约 86 立方米。
图丨Ampera 钍基微型反应堆工作流程（来源：Ampera）
燃料创新：钍资源与专有中子驱动
TRISO 燃料颗粒技术
Ampera 采用独特的固态燃料设计，由钍燃料核心及包裹其外的多层陶瓷和碳层组成。该技术基于 60 多项专利及专有工艺，包括用于生产高质量三结构各向同性（TRISO）燃料颗粒的喷射技术。
钍在地壳中的储量是铀的三倍多，且天然钍无需浓缩，既简化了供应链又降低了扩散风险。国际原子能机构（IAEA）报告指出，钍有望成为人类能源需求的长期解决方案。
增殖机制与中子源
钍 -232 不具备裂变性，需在堆芯内经 20 至 30 天的中子轰击“增殖”为铀 -233，随后维持裂变产能。一旦关闭外部中子发生器，反应即刻停止。为此，Ampera 自主研发了专有中子驱动系统，用于启动并持续维持裂变反应。
为保障燃料供应，Ampera 于今年 2 月在澳大利亚成立子公司，计划自行生产 TRISO 燃料芯核，以应对规模化生产需求并平抑价格波动。
图丨独居石晶体是为 Ampera 公司内部核燃料生产提供原料的主要含钍矿物（来源：Ampera）
制造革命：3D 打印碳化硅核心
除燃料体系外，Ampera 的另一大核心创新在于制造方式。反应堆核心采用球形回旋体设计，以最大化中子效率和热性能。鉴于传统工艺难以制备此类复杂结构，Ampera 利用增材制造技术，成功生产出耐受 3000 摄氏度高温的碳化硅核心。
该制造能力由其姊妹公司提供支持，目前拥有一台面积约 9 平方米的大型打印机，已服务于航运业等多个商业领域。
（来源：Ampera）
商业化前景：像服务器一样部署核能
当前先进核能领域初创企业已超过百家，但单件定制模式难以降低成本。Ampera 的目标是实现核反应堆的工厂化制造与规模化部署。据评估，其发电系统最早将于 2027 年投入使用，核模块预计于 2030 年左右交付客户。
尽管技术尚处早期阶段，但 Ampera 试图解决的不仅是制造新反应堆，更是推动核能像服务器一样实现标准化、模块化部署。未来数据中心的竞争，或许不仅关乎算力，更取决于谁能更快获得稳定、长期的电力供应。
参考资料：
- https://www.theregister.com/systems/2026/07/03/startup-targets-datacenters-with-3d-printed-nuclear-reactor-module/5266480
- https://www.prnewswire.com/news-releases/ampera-marks-major-nuclear-milestone-863473352.html
- https://www.powermag.com/inside-amperas-bet-on-subcritical-thorium-microreactors
- https://www.prnewswire.com/news-releases/ampera-establishes-australian-subsidiary-to-secure-thorium-supply-and-support-us-advanced-nuclear-fuel-production-302794237.html
- https://www.iaea.org/bulletin/thoriums-long-term-potential-in-nuclear-energy
排版：胡莉花
注：封面/首图由 AI 辅助生成