מבוא: עידן חדש של בטיחות תגובה

כורים מים דחופים (PWRs) היו עמוד השדרה של הצי הגרעיני העולמי במשך עשרות שנים, מתן חשמל פחמן נמוך אמין (PWRs) עם זאת, התאונה ב Fukushima Daiichi בשנת 2011 הוכיחה כי אפילו עיצובי כור האור החזק ביותר לרכוש סגסוגת אנרגיה יעילה יותר תחת תנאים קיצוניים דלק.

מה הם דלקים טורחים?

דלקים סובלניים מוגדרים כמערכות דלק גרעיניות, בהשוואה למערכת UO2/zircaloy המשמשת את רוב הכורים המסחריים כיום, יכולים לסבול אובדן קירור פעיל הליבה לתקופה ארוכה יותר, תוך שמירה או שיפור ביצועי הדלק במהלך פעולות רגילות.המונח "חיסון נגד דלקת חירום" נעשה באופן רשמי על ידי מחלקת האנרגיה של ארה"ב (DO) בשנת 2012, לאחר הערכה מקיפה של פעולות נגד LTFirukre, לעומת פעילות גופנית, לעומת 30 דקות טיפולית נוספת, לאחר טיפולית של פעילות גופנית, לאחר טיפולית של פעילות גופנית, לאחר טיפולית של פעילות גופנית, לאחר טיפולית של זמן טיפולית של 30 לנטרל טיפולית של פעילות גופנית או טיפולית של טיפולית של טיפולית של פעילות גופנית, לאחר טיפולית של 30 לנטרל את תהליכי קירור לאחר זמן טיפולית של 30 לנטרל יותר, לאחר טיפול תרופתית חירום:

הפילוסופיה הליבה של ATF היא לא רק למנוע תאונות - כורים מודרניים כבר יש מספר מערכות בטיחות מעודנות - אלא כדי להפחית באופן דרסטי את ההשלכות על מערכות אלה להיכשל.על ידי שימוש בחומרים מחוסנים המייצרים הרבה פחות מימן כאשר נחשפים לחיטור בטמפרטורות גבוהות, וכדורי דלק עם מוליכות תרמית גבוהה יותר ונקודות נמס, ATFs מטפל ישירות בשלושה מצבי הכישלונות הראשיות נתפסות בתאונות חמורות: קלודות ופירוק, חניכיים, פיזור דלק, פיזור, פיזור, חניכיים.

תכונות מפתח של ATFs

מושגים מתקדמים של ATF חולקים כמה תכונות נפוצות המבדלות אותם מדלק קונבנציונלי.שלושת המאפיינים החשובים ביותר של ביצועים מתוארים להלן.

שיפור ביצועים גבוהים

דלק UO2 מסורתי יש נקודת התכה ליד 2,860 מעלות צלזיוס, אבל מוליכות תרמית שלה נמוכה (כ 2–4 W/mK בטמפרטורות הפעלה טמפרטורות) זה מוליכות נמוכה גורם ⁇ טמפרטורה גדולה מעבר לשומן הדלק, עם מרכז להגיע לרמות גבוהות מאוד אפילו במהלך תאונה, הדלק יכול לחמם במהירות, המוביל להמיס, פיצול, ו- קיבולת מחדש של 10 סיליקון גבוה יותר (F) כולל הרבה יותר תרכובות גבוהה יותר של דלק (אוריד) גבוה יותר של דלק (אורידים) גבוה יותר גבוה יותר גבוה יותר (אורידים מתקדמים יותר) (אורדיום 1F) (אונקרידים) (או יותר) גבוה יותר של דלק גבוה יותר גבוה יותר של 1F) במהלך תאונה, 000) במהלך תאונה, 000) במהלך תאונה, 000) באופן איטי יותר (אוריד חשמלי גבוה יותר (אוריד נמוך יותר).

חומרים משופרים

החיפוי הוא המחסום הראשון נגד שחרור מוצר פשפשפש.הקליד של ז'קלוי רגיל מגיב באופן קיצוני עם קיטור בטמפרטורות גבוהות, ייצור גז מימן - מקור הפיצוצים המימן שגרמו נזק קטסטרופלי ב Fukushima. ATF חומרים מדבקים במיוחד כדי להתנגד לתגובה זו.

  • (FLT:0) Iron-Chrome-Aluminum (FeCrAl) ⁇ s:BuildFLT:1 ⁇ oxide-dispersion-strengthened (ODS) או סגסוגת wrought יוצרים שכבת אלומיניום מגן (Al2O3) כאשר נחשפים ל-S-tempture, צמצום דרמטי של קצב החמצן והמימן.
  • (FLT:0) silicon carbide (SiC) מורכב:FLT:1 מבוסס cladding הוא מאטריקס מורכב קרמיקה (CMC) כי הוא כמעט לא מוכר בטמפרטורות קיטור.זה מציג שקיפות נויטרונים בדומה ל- zirconium, נקודת היתוך גבוהה (2,700C), וכבדות גבוהה של זמן גבוהה הם אתגרים נחיתות ועלויות הייצור שלה.
  • (FLT:0) ⁇ zirconium cladding: irconium: ⁇ 1 כצעד אבולוציוני, כמה מפתחים ליישם ציפוי דק של כרום או חומרים אחרים על חיפוי zircaloy סטנדרטי. ציפוי זה מקטין את שיעור החמצן על ידי כמה פקודות של גודל תוך שמירה על הביצועים המוכחים של החומר במהלך פעולה נורמלית.

יעילות המוצר

גם אם חיפוי דלק נכשל, ATFs נועדו לשמור על מוצרים יותר קשקשים בתוך ממטריקס הדלק.לדוגמה, U3Si2 ו-UN יש צפיפות גבוהה יותר ויציבות תרמית טובה יותר, צמצום פיזור דלק ושחרור של מוצרי נפיחות תנודתיים תנודתיים כמו cesium, iodine, ו xen כמה מושגים משלבים חלקיקים microencapsulated דלק (כמו חלקיקים נטויים) יכול להכיל חומר מכווץ משמעותי, אפילו ⁇ חומר מכניקה משמעותית, אפילו ⁇ .

ראשי תיבות של ATF Under Development

מספר שמרנים תעשייתיים ומעבדות לאומיות רודפים עיצובים ATF נפרדים.המושגים המובילים עבור יישומי PWR מתוארים להלן.

FeCrAl Cladding עם Uranium Silicide דלק (Westinghouse EnCoreדלק)

חברת ווסטינגהאוס אלקטריק, בשיתוף עם U.S. DOE, פיתחה את צורת הדלק של האיידהו (FLT:0EnCore FuelFLT:1), היא כוללת מיקרו-capsulated קרמיקה מלאה (FCM) או, לאחרונה, קיים של מערכת דלק מסוג P3Si2 אשר לא הקימה את מערכת ההפעלה המתקדמת של PCeled (PCrAlideldadding) אשר אינה מציעה בדיקות לייזר מתקדמות ב-APTSi-ACT (ACT) עם TRA) עם TRA CRM-ACTCintrecting) אשר תוכנן כדי למנוע TRA DLC (ACTACTED CRM-ACTIN CRM-ACTED REFDate Advanced OpenExtrar-ACTIN CTRA DATIC REFintation) עם TRA DATIC REFint (ACTATICDREFintecting) עם TRA DLC) עם TRA CRM-ACTATIC REFDREFintecting CTRA DEXATICD (ACTATIC REFintecting) אשר תוכנן כדי לשרוד את ה-ACTATIC CRM-ACT

Silicon Carbide Composite Cladding (כללי אטומים, CEA, EPRI)

קלדת SiC מבוססת קידוד היא נרדף על ידי גופים מרובים. General Atomics (GA) פיתחה צינור מורכב SiC אשר נבדק במספר כורים מחקר.CEA (צרפתית Alternative Energy Commission) ו- Atomic Energy Commission) גם פיתחה את מושג Gaïa, אשר משתמש ב-SiC3x SiC / SiC / Si אף על פי כן מבנה EPRI (מכון מחקר אלקטרוני) הוא קוההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההתחילהההההההההההההההההההההההההההההההההההההתקפה של 1000-CDC של ה-iFDVDRidecting היא בעלת צורך ב-iFDRidcdexiFDRidcdowiciFDVDVDVDIRCDC של 1, אשר משתמשת ב-iFDIRCDC/Si

Chromium-Coated Zirconium Cladding (Framatome)

Framatome (לשעבר NP) לקח גישה אבולוציונית לטווח קצר: יישום קליטה נפוצה (FLT:0) ichromium ציפוי של כ 15-20 μmigFLT:1 על מחוץ ל סטנדרטי M5TM zirconium ⁇ סגסוגת doadding. ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

דלקים מתקדמים: אורניום סיליקיד ואוראן ניטרייד

מעבר לשיפורים, הדלק עצמו מופעל מחדש של UFLT:0Uranium silicide (U3Si2)FLT:1 יש צפיפות גבוהה יותר 30-40% מאשר UO2, המאפשרים להעשיר את הביטחון התחתון או שילוב של רעלים בוערים עבור מחזורים מורחבים.

אסטרטגיות פיתוח: ממעבדה להוביל אסיפות

מעבר מניסויי מעבדה בקנה מידה גדול פריסה מסחרית מלאה דורש גישה רב-שלבית קפדנית. צינור הפיתוח ATF טיפוסי כולל:

  • (FLT:0) מבחר ואופיון: קיד 1 (FLT:1) מחקרים פונדמנטליים של קורוזיה, חמצון, כוח מכני, והתנהגות מזעזעת בבדיקת לולאות ותאים חמים אנליטיים.
  • (FLT:0) תוצאות בדיקות: FLT:1 ניסויים מבודדים תופעות ספציפיות, כגון פרץ כוח בטווח של טמפרטורות ושיעורי חימום, או קינטיקה של קיטור מ 800-1,600 מעלות צלזיוס.
  • (FLT:0In-pile irradiation:cioFLT:1) לטווח קצר (רמת מחזור) וחשיפה לטווח ארוך (עד מספר מחזורים) בכורות מחקר (ATR, Halden, JHR, BR2) כדי להעריך יציבות ממדית, שחרור גזי פש, ואבולוציה מיקרו-מבנה.
  • (FLT:0Lead Test מוטות (LTRs) ו-Ablies מבחן מוביל (LTAs): LT:1 הצעד האחרון לפני המסחר.מספרים קטנים של מוטות ATF מועסקים ב- PWR (כגון יחידות ביירון או קטבה של דיוק אנרגיה) כדי להפגין ביצועים בתנאים אמיתיים של רשם מנציבות הגרעין של URC (NRC) נדרש ל-L.
  • (FLT:0) הפגנת הליבה המלאה ורישיון: 1FLT:1אנדר לאחר תוצאות מוצלחות LTA, העלאה מלאה של אסיפות ATF מתוכנן, ואחריו תקופה ארוכה של מעקב.

כדי להאיץ את ההסמכה, תוכנית הדלק של DOE ויוזמה EPRI ATF משתפים נתונים מזעזעים ופיתוח פרוטוקולי מבחן משותפים. שיתוף פעולה בינלאומי באמצעות סוכנות האנרגיה הגרעינית של ה-OECD (NEA) ותוכנית מחזור הדלק המתקדם של IEA פוגעת עוד יותר במאמצי הפיתוח.

בדיקות ותוכניות איראדיות

תשתית בדיקה חזקה חיונית לבניית הבסיס הטכני לרישיון.

  • (הופנה מהדף DOE ATF:03) מאז 2012, DOE NE (אנרגיה נקייה) השקיעה מעל 200 מיליון דולר ב- ATF R & D, שכללה את המעבדה הלאומית של איידהו, Oak Ridge National Laboratory, ו-Los Alamos National Laboratory.Four National Laboratory, the Program has Complete in-pile Testing of FeCrAlrAlrAlral, SiC, and LTed with the Exted with the Results with the top and the Modern Engineering of the top of the Structure, and the Modern Engineering of a Modern Engineering and Ll, and Ll, and Ll, and Los Alamos in a Modern Engineering of Pl, and Los Alamos in a Modern Engineering of a: 5, and Ll, and Ll, and Los Alamos in a Modern Engineering of Pldated Materials of Pldated Materials, and Lldated Materials, and Los Alamos of a Modern Engineering of a Modern Engineering of Prundial Engineering of P.Fouration of P.Four Engineering of P.Four, and Los Alamos, and Los Alamos of P.Four of a Modern Engineering of P.Foural 5.F
  • (FLT:0)EPRI ATF שיתוף פעולה: FLT:1 EPRI לתאם בדיקות הקרנה ב-MIT מחקר תגובה ומתקן ה-Transient Reactor Test (TREAT) מתקן ה-TREAT מאפשר לחוקרים לדמות רמפות חשמל ותאונות אובדן של תאונות אוויריות (LOCAs) על דגימות דלק פרוטוטיפי.
  • (FLT:0) תוכניות שותפים בינלאומיות:FLT:1 צרפת CEA ערכה בדיקות חמצון וניתוק על סיC ו chromium-coated cladding בלולאה LEFOI ב-CEA Cadarache. הכור הלידן (המופעל כעת על ידי פרויקט ה- OECD Haldenor) אירח כמה קמפיינים של ATF, המספקים יכולת גבוהה על דלק.
  • (FLT:0) בדיקות LOCA בקנה מידה מלא: FLT:1 ב KIT (Karlsruhe Institute of Technology), מתקן LWR-NaK בודק חבילות דלק תחת תנאים מדומה כדי למדוד את הדור של מימן, פיצול דלק, וקרירות. ATF חומרים להפחית באופן משמעותי את שיאי מימן בהשוואה ל- zircaloy.

הנתונים המצטברים משמשים לעדכון תקנות NRC (10CFR 50.46, אשר שולטים בניתוח LOCA) כדי לאפשר אשראי לביצועים העליונים של ATF.ה-NRC פרסמה הדרכה לצוות ביניים (ISG-25), תוך התעלמות כיצד לטפל ב- ATF בפעולות רישוי.

היתרונות של בטיחות PWR

שילוב ATFs לתוך PWRs קיים מניב שיפורים לכמת שולי בטיחות על פני מגוון של בעיות עיצוב-basis ומעבר לתכנון:

  • (FLT:0)Extended התמודדות זמן: FLT:1 עבור תרחיש תחנת Blackout (SBO), ATFs יכול לספק 30-60 דקות לפני טמפרטורות דלק עולה 1,200 מעלות צלזיוס, לעומת פחות מ -10 דקות עבור דלק קונבנציונלי.זה נותן למפעילים זמן כדי לשחזר כוח AC, להשתמש במשאבות ניידים, או ליישם הנחיות ניהול תאונות חמורות אחרות (SAMG).
  • (FLT:0) לחנך את הדור המימן: FLT:1 במהלך LOCA, קצב ייצור מימן של FeCrAl או SiC cladding הוא 1–3% מזה בזרמיקולי, כמעט ביטול הסיכון של טיהור מימן או דה-הפצה בכילה.
  • (FLT:0) שיפור קירור: FLT:1 גם אם ATF מקליד נכשל, הדלק נוטה לשלש פחות מ UO2, לייצר פחות חלקיקים קטנים שיכולים לחסום נתיבי זרימה או להתיישב באזור הליבה.
  • (FLT:0) מקורות מקור: FLT:1 שימור המוצר המשופר של מושגי ATF מקטין את שחרור איזוטופים רדיואקטיביים לגורם העיקרי של 10, כפי שמוצג בקודים אינטגראליים כמו MELCOR ו-ASTEC.

הטבות אלה מתרגמות ישירות בשוליים רגולטוריים מוגברים והפוטנציאל של דרישות אזורי תכנון חירום מופחתים (EPZ), אם כי שינויים אלה דורשים בדיקה רגולטורית נרחבת.

אתגרים ושיקולים

למרות ההבטחה, פיתוח ATF עומד בפני כמה מכשולים שיש לטפל בהם לפני אימוץ נרחב:

  • (FLT:0) כלכלת ניוטרון ותגובתיות: FIRLT:1 סגסוגת FeCrAl מכילים ברזל וכרום, שיש להם חלקים צלבי קליטת נויטרונים גבוהים יותר מאשר zirconium. עונש נויטרונים זה יכול להיות מופחת על ידי דקת שולי הקלדה או הגדלת הפחתת הגמישות, אבל שניהם דורשים שקיפות רשלונית יש שקיפות, אבל יכול להוכיח פגמים קלים כי יש צורך ללקות לאחור.
  • (FLT:0) Cost and Manufacturability: ההרחבה של SiC מורכב צינורות עם איכות עקבית ומטרות hemetic יקר - מוערך כיום 5-10 פעמים העלות של zircaloy. coated cladding הוא זול יותר אבל מוסיף צעד נוסף לתהליך מבוסס היטב של דלק יהיה צורך תחרותי עם דלק קונבנציונלי כדי לעודד את השימוש.
  • (FLT:0) אפקטים של אי-ההההתמדה לטווח ארוך: התנהגותם של חומרי ATF תחת כוויות גבוהות (60–70 GWd/tU) אינה מובנת לחלוטין.בעיות כגון צבירת אי-הדמיון, נפיחות והתגלמות ב- FeCrAl ו- SiC עדיין נחקרות בניסויים ארוכי טווח.
  • (FLT:0) רישום רישוי: 1.FLT:1 ה- NRC ו הרגולטורים האחרים עדיין לא אישרו מושג ATF לשימוש מסחרי. בדיקות נרחבות, שיתוף נתונים שקוף, וביקורת עמיתים נדרשים לקבוע קריטריונים קבלה מבוסס ביצועים.החדשה של חומרים פירושה שרבים ממודלי הקוד המסורתיים (למשל, FRAP, FRAP, FRAP-T) צריכים להיות מסדירים לנכסים ספציפיים ל-ATF.
  • (FLT:0) תאימות עם מערכות כור קיימות:FreaLT:1 ; ATF cladding חייב להיות תואם את הכימיה מים (pH, בורון, ליתיום) ותנאים תרמיים-hydraulic בציפוי PWR Chromium, למשל, ידועים להיות רגישים לשחיתות בנוכחות של מים מחמצן בטמפרטורות רגילות הפועלות ב EPRI שפותחו אופטימיזציה ל-ATF.

עם זאת, אתגרים אלה מתמודדים באופן שיטתי באמצעות קונסורציונל מחקר בינלאומי ושותפויות ציבוריות-פרטיות.ה ארה"ב DOE הציבה מטרה של צריכת דלק ATF זמין עבור PWRs מסחרי עד 2030, וחיפושיות מובילות כבר מתוכננות לשילוב ב-2023-2023-2025 מראות כי התקדמות היא מאיצה.

סטטוס נוכחי ו-Outlook Future

נכון לשנת 2025, כמה מושגי ATF הגיעו או מתקרבים לשלב ההפגנה המסחרי. Westinghouse הודיעה כי מכרסמים המובילים שלה ינקטו ב-FLT:0Exelon Byron Unit 2FLT:1 (Illinois) ב-2025, כאשר הם מבצעים מעקב אחר מחזורי NRC מותקנים, הם משתמשים במגבלה של ®CHromis-Fon-Flasted עם UO2Flasted, מוקדם יותר מדגמים של חברת CataFbated, כמו גם כן, כמו גם כן, Cred-Fon-FDbnmeFlasted CFlasted.

(בהמשך, הדור הבא של ATFs (SiC cladding, U3Si2 / UUN דלק) צפוי להיכנס לסקירות טרום-אזהרות על ידי סוף 2020 ויכול לראות יישום מסחרי מוגבל עד 2035.תוכנית Horizon 2020 של הנציבות האירופית לשנת 2020 מממנת את ה-FLT:0ESFR-SMART 1LT, שמטרתו להעפיל את ATFs for European PWR2AR) ל-AR.

מעבר ל-PWRs, טכנולוגיית ATF מותאמת גם לכורים מים רותחים (BWRs) ולעיצובים מתקדמים של כור.השיפורים הבסיסיים בביטחון ובאמינות עשויים להיות תכונה סטנדרטית של מחזורי דלק גרעיניים עתידיים.

מסקנה

פיתוח דלקים סוביליים של תאונות מייצג צעד טרנספורמטיבי קדימה לבטיחות של כור מים מחוסן.על ידי החלפת מערכת UO2/zircaloy עם חומרים המתנגדים לחמצן קיטור בטמפרטורה גבוהה, לשמור על מוצרי סדקים, ולשמור על שלמות תחת טראנסים קיצוניים, ATFs מציעים אמצעי ממשי להעלות את הבטיחות עבור הצי הגרעיני הקיים, בדיקות מתמשך, כמו גם שינויים גרעיניים מתקדמים, אך לא צפויים, כמו גם שינויים גרעיניים, כמו גם, כמו גם, כמו גם שינויים חזקים, כמו גם, כמו גם, כמו גם שינויים גרעיניים, כמו גם, כמו גם, כמו גם, כמו גם, כמו גם, כמו גם, כמו גם שינויים מתקדמים, כמו גם, כמו גם, כמו גם שינויים גרעיניים מתקדמים, כמו גם, כמו גם, כמו גם שינויים, כמו גם, כוח גרעיניים, כמו גם, כוח גרעיניים, כמו גם, כמו גם, כמו גם, כוח גרעיניים, כמו גם, כמו גם, כמו גם, כמו גם, כוח גרעיניים, כמו גם, כמו גם, כמו גם, כוח גרעיניים, כוח גרעיניים, כמו גם, לא פחות, כמו גם, כמו גם, כמו גם, כי הם מציעים אמצעי מניעה, כמו גם, כיורטרנטיבות, כיורטר

(ב) ◄ ⁇ ⁇

  • (ב) ,0) מחלקת האנרגיה של ארה"ב: תוכנית דלק לתאונות דרכים
  • ועדת השיקום הגרעינית של ארצות הברית: תאונות דלקים טורנטים 1FIR
  • (ב) ◄ ◄ ◄ .
  • (ב) .0.19EA: יישום דלק לתאונות דרכים עבור Light Water Reactors (TECDOC-1927)