תרומתו של ארק לפיתוח של דלקים טורנטים

תפקידה של ועדת הפיקוח הגרעינית בתאונות דרכים

הפיתוח של דלקים סובלניים לתאונה (ATFs) מייצג את אחד החידושים המשמעותיים ביותר בתחום הבטיחות והביצועים באנרגיה גרעינית מסחרית מאז הקמתה של התעשייה.הנציבות לרישום גרעיני של ארה"ב (NRC) מילאה תפקיד מכריע בעיצוב נתיבי הרגולציה והטכניים המביאים את מושגי הדלק המתקדמים הללו מתחנות המחקר לתחנות הכוח המורשות.

מה הם דלקים טורחים?

דלקים סובלניים תאונות הם עיצובי דלק מתקדמים שיכולים לעמוד בתנאי תאונה חמורים לתקופות ארוכות יותר באופן משמעותי מאשר דו תחמוצת אורניום מסורתית (UO2) דלק clad ב ⁇ zirconium. תחת תרחישים קיצוניים - כגון אובדן קירור או תחנה שחור-out - דלק קונבנציונלי יכול במהירות degrade, ייצור מימן באמצעות התגובה של Zirconium-water ושחרור מוצרי סדקים. ATFs שואפים לחסל או להפחית מאוד את הכשל אלה:

• (FLT:0) חומרים מתפתלים: ⁇ 1 (Abide) ברזל-chromium-aluminum (FeCrAl) ⁇ , סיליקון carbide (SiC) חיפוי מורכב, ודבק ז'רקוניום דבקה נגד חמצון ומן הדור בטמפרטורות גבוהות.
• (FLT:0) pellets דלק מתקדמות:FLT:1 Doped UO2, עתודות גבוהה של אורניום סיליקריד (U3Si2), ומיקרו-פחמי לחלוטין (FCM) מציעים מוליכות תרמית משופרת, שימור מוצר נפיחות, וצמצום אינטראקציה מלוטשת.
• (ב) מחסומים:0 (Multilayer: FLT:1) מספר ספקים מפתחים מערכות קלדפליות דו-שכבות המשלבות התנגדות חמצון עם כוח מכני.

המטרה ההולכת וגוברת היא לספק למפעילי כור עם זמן התמודדות נוסף במהלך תאונות – שעות או אפילו ימים – ההשוואה לזרם – 30 דקות לשעה למשך כמה עיצובי דלק קיימים.

מסגרת ה-ATFs של NRC

אחת התרומות הקריטיות ביותר של NRC כבר הקמת סביבה רגולטורית צפויה, בעלת מודעות לסיכון המעודד חדשנות ללא מתן בטיחות לאספקת דלק מסורתית וקריטריונים רישוי פותחו במיוחד עבור מערכות UO2-zircaloy. ATFs דרש הנחיות חדשות לביצועי דלק, איכות ייצור וקריטריונים קבלה לתאונות.

פעילות מוקדמת וקידום

החל בתחילת 2010s, NRC יזמה אינטראקציות טרום הסתברות עם מפתחי ATF - כולל Westinghouse, GE Hitachi, Framatome ו- Ultra Safe Corporation - כדי להבין מושגי דלק מתעוררים וזיהוי פערים רגולטוריים פוטנציאליים.ה- NRC של NRC:0Office של מחקר גרעיני Regulatory ResearchFLT:1 פרסמו דוחות טכניים על קלדת חמצון קינטית, דלק מכני עבור דוחות של מועמדויות, ודיווחים עבור חומרים משפטיים טכניים.

בשנת 2016, NRC הוציאה את NRC:0 (RG) 1.224Felople: "Qualification of Advanced Cladding for Accident tolerant Fuels", אשר סיפק מתודולוגיה מובנית להצגת חומרים חדשים של cladding לעמוד בקריטריונים הבטיחות המפורטים ב 10 CFR חלק 50. עם זאת, המדריך עודכן מספר פעמים כדי לשלב שיעורים של ניסויים מוקדמים של Iadiation בניסוי מתקדם של תוכנית ההפעלה הלאומית של איידהו, וכן את תוכניות סטנדרטית של תוכנית ההפעלה.

דוחות ובקשות לאישור

עד 2020, NRC אישר מספר דוחות חשובים עבור מוטות מבחן ATF (LTRs) ו-Autos test Assemblies (LTAs) שהוכנסו לכורים מסחריים.לדוגמה, בשנת 2021 אישר הדו"ח של NRC לסגסוגת הנושאית של Westinghouse עבור ה- סגסוגת ה- סגסוגת ה- ⁇ Actions-coated שלה (Cr-coated Zcal-4oy) ו-TMTMTMTM מאפשר אישור לדלקתי של חברת דלק NFCARMARMIFUSFUSC.

אישורים אלה דרשו מ-NRC לפתח קריטריונים קבלה חדשים להתנגדות חמצון, לפענוח דוקטרינות ולהתנהגות קורוזיה בשריפה גבוהה.הצוות ביצע ביקורות נרחבות של נתונים של ספקים מקמפיינים ניסיוניים במעבדה הלאומית של אוק רידג', פרויקט התגובה הלידן, ו-Transient Reactor Testion Facility (TREAT) של NRC:0visory על מפגשים מאובטחים על פני שירות תקשורת (F) על פני כל אחד (R).

בדיקה ותובנות במהלך הכנס

לאחר ש-ATF LTAs הוכנסו לכורים מסחריים - החלישו עם יחידת קליפט קליפטה 1 ותחנות Callaway ב-2019 - ה-NRC הקימו נהלים מיוחדים של בדיקות לאחר הפסקת הריון, בדיקות קוליות נוספות של קלפטינג, ותיקון מחיקת ניכוי פרוטוקולים לייצור דלק.ה- NRC גם פיתח עבור הדרכה על איך לנהל את ATF (התיקים) ולבחון מחדש את העיכובים על פני תקופת דלק זה.

מחקר משותף ובדיקת תוכניות

ה-NRC מימן והשתתף ביוזמות מחקר רבות אשר תומכים ישירות בפיתוח ATF. מאמצים אלה לגשר על הפער בין מדע החומרים הבסיסיים לבין רישוי מעשי.

יוזמת DoE-NRC

(ב) באמצעות מזכר הבנה עם המחלקה לאנרגיה (DOE), NRC תרם מומחיות ל- (FLT:0Accident tolerant Fuel Program of Energy (DOE), החוקרים NRC תרמו במשותף מחקרים על איסוף חמצון תחת תנאי קיטור וטמפרטורה גבוהה, סימולציה של LOCA (התחילה של תאונה) וניסויים חמורים של זיהום חמצון: 1Credited to aration under aration under אדמיניסטרציה, ו-of-of-Fidupated, היה גורם משמעותי של שפעת, ו-of-of-Fidation, ו-of-Fidupated דלק, ו-of-Fidation, אשר היה גורם משמעותי, אשר היה נזק משמעותי של שפעת .

במקביל, NRC הקים את סדרת ה-FLT:0 (ATF Phenomena Identification and Ranking Table (PIRT) ,FLT:1), עריכת מומחים ממעבדות לאומיות, אוניברסיטאות ותעשייה כדי לאשר תופעות רלוונטיות בטיחות.תהליך ה- PIRT סייע להתמקד במחקר האישור של NRC על מנגנוני חיפוי, פיזור דלק, ויציבות של פיזור חומרים מטבוליים.

שיתוף פעולה בינלאומי

ה-NRC השתתף באופן פעיל במדד האנרגיה הגרעינית של הסוכנות לאנרגיה של הסוכנות לאנרגיה אטומית (NEA) במסגרת הניסויים של Irradiation FLT:1, שבו נבדקו חומרים מדבקים ATF בכור ה-Sintdsvik R2 בשוודיה ו- BR-2 בבלגיה, באמצעות פרויקטים אלה, NRC צבר גישה לנתונים גלובליים על צמיחה מזעזעת, קריפטציה, ולחצים בינלאומיים של הסוכנות לפיתוח קידוד ATF2, סייעה (FDR) להפעלה של הסוכנות לפיתוח אטומית של חברת DAP.

בנוסף, ל-NRC יש הסכמים דו-צדדיים עם הרגולטורים בקנדה, צרפת, יפן ודרום קוריאה. הסכמים אלה מאפשרים פגישות משותפות ברמה העליונה בגישות הרגולטוריות של ATF, כגון כיצד לטפל בקידודים דו-תכליתיים שהם מבניים ופונקציונליים.שיתוף שיטות הטובות ביותר הפחית את השכפול של ביקורת והפריסה העולמית מואצת.

השפעה על בטיחות תגובה וביצועים

המעורבות הפרואקטיבית של NRC בפיתוח ATF כבר מניבה את הבטיחות וההטבות התפעוליות של ממש, בעוד ש-ATF מובילי מבחן מבחן ה-ITF רק מזועזעים ממספר מחזורים, נתונים מבדיקה שלאחר-התאוששות מאשרים:

• התנגדות לזיהום היא לפחות 10 פעמים טוב יותר של LT:1 מאשר Zircaloy-4 קונבנציונלי בתנאי תאונה עשירה קיטור (על פי בדיקות טמפרטורות מוגדלות במעבדה הלאומית של אוק רידג').
• (FLT:0) דור היידרגן מופחת על ידי פקודות של גודל ראט"מ:1 במהלך תרחישים מדומים של תחנת שחור ללא תחנה, המקטין את הסיכון לפיצוצים מימן.
• (FLT:0) התנהגות צרבת גבוהה (FLT:1) (מעל 60 GWd / tU) מראה פחות אינטראקציה מלוטשת ושחרור גז נמוך יותר, המאפשר מחזורי דלק ארוכים יותר וצמצם את תדירות הזינוק.

שיפורים אלה מתרגמים לרווחי בטיחות משופרים עבור כורים קיימים.ניתוח של תרחישים אפשריים של מחזור דלק הראה כי השימוש ב- ATF יכול לאפשר שירותים לפעול עם מאגרי חשמל גבוהים יותר או אורך מחזור ארוך יותר ללא תדירות פגיעה משמעותית מוגברת. יתר על כן, היכולת של ATFs לשרוד אובדן מוחלט של קירור במשך כמה שעות - שהופעל במבחנים בלתי אינטגראליים במתקן LOFT - למנוע נזק ליבה מוקדם להוביל לחיזוי דלק מוקדם.

כיוונים עתידיים: מ- ATF ועד לדלקים מתקדמים

העבודה של NRC עם ATFs אינה רק על שיפור כורים מים אור הנוכחי, אלא גם על בניית בסיס רגולטורי עבור הדור הבא של כורים מתקדמים.רבים מחומרי החיפוי והדלק שפותחו עבור ATFs - כגון SiC מסובבים ו- אורניום - הם חלים ישירות על כורים גזים ממושכים, מלחים מלוטשים, וכורים מהירים.

הרחבת המסגרת ל- Non-LWR Designs

בשנת 2023 פרסמה NRC טיוטה:0 קידם דלק רגבטוריית דלק מילואיםFLT:1 אשר מרחיב את מתודולוגיית ההסמכה ATF לסוגים חדשים של כור: ההנחיות כוללות שיטות הערכת סיכונים פרוביביליסטיים ספציפיים לצורות דלק חלקיקים, כימיה מלח מלוטש, וחיפוי התחדשות של NRC פועל גם עם ספקים כמו Kairos Power ו-Power כדי להתאים את תהליך ה-ATF שלהם, אשר משמש שימוש חוזר.

המונחים: high-Throughput Qualification

כדי להאיץ את כישורי הדלק העתידיים ללא היערכות לבטיחות, ה-NRC חוקר <חזק>phenomena מבוסס קנה מידה ו <חזק>gate בדיקות שיטות.לדוגמה, הסוכנות מפתחת קודים כדי מודל התנהגות דלק על פני תנאים שונים של irradiation, צמצום הצורך בניסויים נוספים של שריפת חשמל.

ההרמוניה הבינלאומית

ההכרה בכך שדלק גרעיני הוא יותר ויותר סחורה גלובלית, ה-NRC הוביל מאמצים לפגוע ב-ATF ותקנות דלק מתקדמות עם איגוד הרגולטורים הגרעיניים הבינלאומי (INRA) ו-FLT:0Multinational Design Program (MDEP) ,FLT:1 .הסוכנות תומכת ב-RFS, אשר פרסמה מערכת משותפת של ATF קריטריונים אלה ב-2024 קריטריונים של , יכולה להפעיל לחץ על בסיס דלק.

אתגרים ולהישאר בעבודה

למרות התקדמות יוצאת דופן, כמה אתגרים נותרו לפני ATFs להיות תקן התעשייה.ה-NRC מטפל באופן פעיל בנושאים אלה באמצעות מחקר מתמשך ושלטון.

• (FLT:0) הסמכה גבוהה של צרבת בתנאים פרוטוציוציאליים: FLT:1 רוב קלדות ATF נבדקו רק כדי לשרוף 30-40 GWd / tU. תוספת ביצועים 60 GWd / tU או יותר דורש נתונים מפחידים נוספים ובדיקת קרע בטמפרטורות גבוהות.
• (FLT:0)Fuel ההתאגדות מבנית: 1FLT:1ish aTF claddings יש תכונות מכניות שונות (למשל, קשיחות נמוכה יותר של SiC) שיכול להשפיע על ייצור דלק משתחווה ומגע מוט-to-rod במהלך אירוע סיסמי.
• (FLT:0) שולי תשלום עבור תאונות דרכים שאינן מתוכננות: FLT:1 הנוכחי ATF נבדקים עד 1200 מעלות צלזיוס בהתאם לתקנות NRC, אבל כמה קלדות מתקדמות לשמור על שלמות ב 1400 מעלות צלזיוס או גבוה יותר.ה- NRC הוא הערכה מחדש אם שולי טמפרטורה גבוהים יותר יכולים להיות זכאים לצמצום נזק הליבה, אבל זה דורש פיצויי חירום של מערכת חירום (CS) .
• (FLT:0) ניהול איכות ובקרת איכות: ⁇ 1Feral Reddings ATF כרוכה לעתים קרובות תהליכי ייצור רב-שלב (למשל, תרסיס קר, פיזור כימי) המציגים סוגים חדשים של פגם.

NRC מתכנן גם הצהרה של השפעה סביבתית (GEIS) אנדרט 1 עבור ATFs כדי לטפל באפקטים מצטברים של פריסה נרחבת.זה יזרז את הרישוי של ATFs על פני צמחים מרובים ולהימנע מביקורות סביבתיות במקרה על ידי מזוודה.

מסקנות

התרומות של NRC לדלקים סובלניים לתאונה היו הכרחיות.על ידי הקמת מסגרת רגולטורית חזקה אך גמישה, ביצוע מימון מחקר ממוקד, וטיפוח שיתוף פעולה בינלאומי, הסוכנות אפשרה את ההקדמה הבטוחה של חומרים אשר משפרים באופן משמעותי את שולי הבטיחות הגרעיניים.השילוב המוקדם של מבחן מוביל ATF לתוך כורים מסחריים - ללא כל מקרי בטיחות - עדות לכך הגישה של NRC מוקדם של מעורבות ורישיון.

במבט קדימה, הלקחים של פיתוח ATF הם ישירות להודיע כיצד ה-NRC יסדיר דלקים עבור כורים מתקדמים.המחויבות של הסוכנות להחלטות המונעות על ידי נתונים, קבלת החלטות מבוססת סיכון נותרה מרכזית בבניית אמון הציבור בטכנולוגיות גרעין חדשות.כפי ש-ATFs נעים לעבר עומסי דלק מלאים באמצע 2030s, ה-NRC ימשיך לחדד את פרוטוקולי הבדיקות, לעדכן את המדריכים הניסוייים שלו, ולארגן את המשאיות הגרעיניות הדרושות לאספקת הדלקים.

מקור:0 (ב) 1

• (FLT:0) ,NRC תאונות דלקות בולטות ההרחבה 1 (FLT: 1) - דף NRC הרשמי עם מסמכים רגולטוריים ורשומות מפגש פומביות.
• (FLT:0)Idaho המעבדה הלאומית ATF Program FIRLT:1) , העדכונים של מחקר על ניסויים מובילים במבחן מוט.
• (FLT:0) דו"ח ה-OECD על תאונות דלקות טוררנטית 1:1 - נקודות מבט בינלאומיות על מוכנות רגולטורית של ATF.
• (FLT:0)World Association - תאונות דלקים לסובלנות (FLT:1) - סקירה תעשייתית של טכנולוגיות ATF והתקדמות מסחרית.