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美國通用原子能公司開發(fā)新型核燃料包殼

2024-07-16 09:26  來源:中國核能行業(yè)協(xié)會  瀏覽:  

近日,美國通用原子能-電磁系統(tǒng)公司(GA-EMS)在美國能源部(DOE)的支持下,開發(fā)出了能夠承受極端溫度的碳化硅核燃料包殼管。美國能源部表示,這將徹底改變工業(yè)制造核燃料的方式。

目前,鋯合金因其機(jī)械性能和耐腐蝕性而被廣泛用作核燃料包殼。雖然鋯合金包殼已日益改進(jìn),但核工業(yè)仍在探索和開發(fā)新型包殼材料,以顯著提高輕水堆的運行業(yè)績、經(jīng)濟(jì)效率和安全性能。

GA-EMS正在開發(fā)一種名為SiGA的新型燃料包殼,該項目獲得了能源部事故容錯燃料計劃的資助,以及輻射測試和輻射后檢查方面的支持。SiGA包殼由碳化硅制成,后者是一種高溫陶瓷材料,由高純度晶體硅和碳制成。

碳化硅可以承受比熔融巖漿更高的溫度,但是純碳化硅易碎,從而限制了將其用作結(jié)構(gòu)材料。為解決這一問題,GA-EMS在包殼中加入碳化硅纖維,制成了一種堅韌耐用的工程碳化硅復(fù)合材料,可承受高達(dá)3800℉的高溫——比鋯合金的熔點高出約500℉。碳化硅纖維加固材料的方式與鋼筋加固混凝土的方式類似。

GA-EMS已經(jīng)制造出6英寸長的核級SiGA燃料棒和3英尺長的核級包殼樣品,并將在愛達(dá)荷國家實驗室進(jìn)行輻照測試。GA-EMS的最新進(jìn)展表明,可使用該工藝制造全長12英尺的燃料棒。

SiGA包殼包含固體燃料和運行過程中產(chǎn)生的任何氣體,并采用新型密封技術(shù),能夠承受遠(yuǎn)超輕水堆典型條件下的壓力。為實現(xiàn)SiGA包殼商用,GA-EMS將繼續(xù)提升相關(guān)制造技術(shù),并對輻照前后的SiGA進(jìn)行進(jìn)一步分析。目前,該公司正使用研究堆、商用堆以及建模和模擬來加速燃料鑒定方法。GA-EMS認(rèn)為,SiGA包殼可在2020年代本末通過驗證,2030年初實現(xiàn)商業(yè)化。GA-EMS還在開發(fā)SiGA的國內(nèi)制造能力。

通過事故容錯燃料計劃,美國最大的三家核供應(yīng)商正與能源部合作開發(fā)其他事故容錯燃料概念。能源部表示,這些新型燃料和包殼材料有助于提高核電廠的整體經(jīng)濟(jì)性和業(yè)績,并延長事故工況下的響應(yīng)時間。

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