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核燃料颠覆性技术创新|ATF事故容错燃料
浙江省核电关联产业协会(www.zjshedian.com)    2017-5-4
西屋电气公司与其合作伙伴正在开发颠覆性的ATF技术,这项技术将显著提升对严重事故的承受能力,大大改善核电站的安全性和可靠性,并帮助核电厂业主降低经济成本。
  为什么是事故容错燃料?

  Accident-tolerant Fuel,简称ATF,代表着安全性、可靠性和更低的运行成本。西屋计划在2016至2022年间进行长期的测试和取证,并制造ATF先导测试棒。

  尽管目前的燃料设计可以在正常电厂工况下良好的运行,但在发生超设计基准的工况下,现有的燃料设计可能会出现燃料包壳的破损和核裂变产物释放的情况,如三哩岛和福岛核事故。

  西屋电气公司与其合作伙伴正在开发颠覆性的ATF技术,这项技术将显著提升对严重事故的承受能力,大大改善核电站的安全性和可靠性,并帮助核电厂业主降低经济成本。

  西屋ATF的开发计划

  自2004年以来,西屋一直是ATF技术开发的行业领袖。该研发计划侧重于两方面:较为先进的包壳和燃料技术。

  先进的包壳技术

  在当前锆合金包壳上添加涂层,可中等程度地改善其在严重事故工况下的性能;

  碳化硅复合材料能够最大限度地改善包壳耐受温度(高达2000摄氏度),燃料循环成本和耐腐蚀性。

  先进的燃料技术

  硅化铀(U3Si2)能够增加17%的U235,热导率提高5倍;

  防水的U15N能够增加35%的U235,热导率提高10倍;

  燃料循环成本的改善将有效地提高经济效益。

  此外,西屋ATF的研发还得到了美国能源部(DOE)的研发支持。2004至2010年间,西屋利用内部资金在该领域取得了重大研究成果,并获得了美国能源部对ATF技术研发的三次重要专项拨款。

  关键任务

  评估ATF立项(2010年)——经济、可制造性和性能

  技术可行性评估(2012年至2015年)

  生产测试项目(2014年至2016年)

  在这些任务完成后,西屋与美国能源部将进行长期的先导测试棒的试验、取证和制造(2016年至2022年)。

  全球ATF项目的合作伙伴与角色

  为了完成这些关键任务,西屋召集了一支世界级的团队,包括:

  爱达荷国家实验室先进实验反应堆——辐照和测试

  阿贡国家实验室——锆合金包壳涂层(原子层沉积)

  陶瓷管状产品——碳化硅包覆涂层管

  EWI——锆合金包壳涂层(热喷涂)

  爱克斯龙(EXELON)——业主单位提供经济和取证支持

  通用原子公司(General Atomics)——碳化硅/碳化硅复合材料包壳的开发和制造

  哈尔登反应堆项目(Halden Reactor Project)(挪威)——辐照和测试

  爱达荷国家实验室——高密度燃料(U3Si2)

  洛斯阿拉莫斯国家实验室——高密度燃料(防水UN)

  麻省理工学院——辐照和氧化试验

  国家核能实验室(英国)——高密度燃料制造

  保罗谢勒研究所(瑞士)——辐照下碳化硅包壳性质

  南方核运营公司——面向经济和注册的公用事业单位

  德州农工大学——高密度燃料(防水UN)

  威斯康星大学——锆合金包壳涂层(冷喷涂)

  西屋电气公司——ATF设计、工程和取证

  CARAT

  CARAT的全称是Collaboration for Advanced Research on Accident-tolerant Fuel,即关于事故容错燃料先进研究的合作工作组。

  来自全球的30家自筹资金的组织成员,包括研究机构、大学、国家实验室和工业公司;

  关注基础研究;

  生成技术数据,支持ATF设计和技术创新。

  上述合作伙伴由开发下一代轻水反应堆燃料的世界级团队组成。

  西屋的角色

  西屋正在与世界级团队协作开发ATF,包括与全球CARAT工作小组合作提供基础研究;

  开发先进的燃料和包壳概念(碳化硅/碳化硅陶瓷基复合材料,带或不带碳化硅包覆的锆涂层,和U3Si2和防水UN);

  进行先进燃料和包壳的辐照测试。

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