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俄羅斯新型 VVER 核燃料:技術(shù)突破與核電效益革新

2025-01-01 09:52  瀏覽:  

在核能技術(shù)蓬勃發(fā)展的當下,俄羅斯國家原子能公司在核燃料領(lǐng)域取得了重大進展,其正在測試的含有中子吸收劑鉺和鈾(鈾的濃縮度約為 5%)的 VVER 核燃料,有望重塑核電站的經(jīng)濟效益與運行模式。

一、測試背景與目標

全球核電站運營長期受困于燃料更換周期短、成本高昂等問題。傳統(tǒng)核燃料濃縮度多在 3% - 4.95%區(qū)間,這使得機組需頻繁停機加注燃料,造成電力中斷、運維成本飆升。俄羅斯國家原子能公司直擊痛點,力求以新型核燃料打破僵局,開啟核電高效運營新篇章。

此次測試選定季米特洛夫格勒核反應堆研究所的 MIR.M1 研究反應堆作為試驗場。這座 1967 年啟用的反應堆,采用鈹慢化劑和反射器的通道型構(gòu)造,配備不同冷卻劑的回路設(shè)施,為精準測試提供了穩(wěn)定環(huán)境,是驗證高濃縮核燃料的理想平臺。

二、燃料組件與制造

公司燃料部門 TVEL 擔綱重任,制造了 12 個 VVER - 1000 尺寸的燃料元件。其基質(zhì)為創(chuàng)新性的鈾 - 鉺混合物,這一突破是在汲取為 RBMK 型反應堆制造鈾 - 鉺燃料經(jīng)驗的基礎(chǔ)上達成的,也是首次將該 VVER 燃料混合物植入反應堆測試。

每個燃料元件都歷經(jīng)精密設(shè)計與嚴格工藝把控。從鈾礦選取、精煉到與鉺精準配比,再到成型加工,各環(huán)節(jié)遵循嚴苛的核安全標準。鈾作為核燃料的核心能量源,其濃縮度的精準調(diào)配至關(guān)重要;鉺作為中子吸收劑,其均勻分布與有效作用是保障反應堆穩(wěn)定運行的關(guān)鍵,二者協(xié)同構(gòu)建起燃料元件的高效能內(nèi)核。

三、中子吸收劑優(yōu)勢

在核反應堆運行原理中,中子吸收劑扮演關(guān)鍵角色,用以補償反應堆堆芯的反應性。相較于 VVER 反應堆傳統(tǒng)的吸收劑釓,鉺展現(xiàn)出卓越適配性。

在高濃縮(高于 5%)且長燃料周期(超 18 個月)的嚴苛運行條件下,鉺的原子結(jié)構(gòu)使其能夠更高效地捕捉中子。它憑借獨特的中子吸收截面特性,精準調(diào)控堆芯內(nèi)的中子通量,確保核反應平穩(wěn)、持續(xù)推進,為延長燃料更換周期、提升反應堆性能筑牢根基。

四、經(jīng)濟效益

1. 延長燃料更換周期:

新型核燃料有望將現(xiàn)有的 12 - 18 個月燃料更換周期顯著拉長至 24 個月。這意味著核電站機組停機次數(shù)大幅減少,電力供應穩(wěn)定性飆升。以一座百萬千瓦級核電站為例,每次停機損失電量可達數(shù)千萬度,減少停機不僅挽回巨額電費損失,還降低了設(shè)備頻繁啟停帶來的損耗風險,減少維修頻次與成本。

2. 優(yōu)化燃料組件使用:

減少每次重新裝載批次中的新燃料組件數(shù)量,也為經(jīng)濟效益添磚加瓦。燃料組件從生產(chǎn)到投入使用,需歷經(jīng)鈾礦開采、提煉、加工、運輸?shù)戎T多環(huán)節(jié),每一步都伴隨著高額成本。削減新燃料組件用量,能從源頭上削減開支,讓核電運營成本曲線持續(xù)下行。

TVEL 研發(fā)副總裁亞歷山大·烏格里莫夫表示:將鈾濃縮度提高到 6%,并長期邁向 7% - 8%,已是全球核電領(lǐng)域的大勢所趨。過往,行業(yè)多聚焦新設(shè)計與燃料組件改良,旨在擴充燃料元件富集鈾體積、提升單組件能量產(chǎn)出。如今,產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)鍵節(jié)點,要實現(xiàn)核電站性能的進階,突破 5%濃縮度閾值勢在必行。”

現(xiàn)代 VVER 反應堆堆芯含 163 個燃料組件,單個組件鈾含量超 500 公斤,看似微小的 1%濃縮度提升,實則能撬動巨大的能量釋放與經(jīng)濟效益,為全球核電產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展注入強勁動力。

當下 MIR.M1 研究反應堆中的試驗,是俄羅斯核電技術(shù)邁向新紀元的關(guān)鍵一步。試驗結(jié)果將精準指引 VVER 反應堆鈾 - 鉺燃料后續(xù)開發(fā)路徑,為俄羅斯自主設(shè)計核電站大規(guī)模應用筑牢技術(shù)根基。

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