Giriş: Reaktör Güvenliğinin Yeni Bir Çağı

Basınlı su reaktörleri (PWRs) yıllardır küresel nükleer filosunun arka kemiğiydi, güvenilir düşük karbonlu elektrik sağlar. Ancak, 2011 yılında Fukushimaichi'da kaza, yüksek derecede yüksek oranda kaza senaryolarına dayanabilecek gelişmiş yakıt sistemleri, mevcut standarttan daha iyi durumdaydı.

Kaza Tolerant Yakıtları Nedir?

Kaza tolerant yakıtlar, ABD Enerji Bölümü (DOE) tarafından 2012 yılında kabul edilen nükleer yakıt sistemleri olarak tanımlanır ve normal operasyonlar sırasında yakıt performansını artırma veya geliştirme konusunda önemli ölçüde daha uzun süre boyunca aktif soğutma kaybına neden olabilir.

ATF'nin temel felsefesi sadece kazaları önlemek değildir - modern reaktörler zaten çok fazla miktarda güvenlik sistemi var - ancak sonuçları büyük ölçüde azaltıp, yüksek sıcaklıklara maruz kalan cladding malzemeleri kullanarak, yüksek ısı iletkenliği ve erime noktalarıyla yakıtlar üretmek için başarısız olur.

ATFs'in Anahtar Özellikleri

Gelişmiş ATF konseptleri, geleneksel yakıtlardan ayırt eden birkaç ortak özelliği paylaşıyor. En önemli üç performans özelliği aşağıda belirtilmiştir.

Improv High-Temperature Performansı

Geleneksel UO2 yakıtın 2,860 °C'ye yakın bir erime noktası var, ancak termal iletkenliği düşük (yaklaşık 2-4 W /m· işletim sıcaklıkları üzerinde) Bu düşük iletkenlik, yakıt dolumları boyunca büyük bir sıcaklık yüksekliğini sağlar, çünkü merkezin normal bir operasyon sırasında çok yüksek seviyelere ulaşır (U3Si) veya uranyumun eklediği yüksek çözünürlükte 10 binicilikte artış gösterir.

Geliştirilmiş Cladding Materials

Cladding, fission ürün salıvermeine karşı ilk bariyerdir. Standart zircaloy cladding, yüksek sıcaklıklarda buharla, hidrojen gazı üretiyor - Fukushima'da felaket hasara neden olan hidrojen patlamalarının kaynağı özellikle bu tepkiye direnmeyi tercih eder.

  • [FONT=0)Iron-Chrome-NT (FeCrAl) alaşımları: ), Bu oksit-dispersion-kırıklık (ODS) veya fikre sahip alaşımlar yüksek sıcaklık buharına maruz kaldığında koruyucu bir koruyucu oluştururlar, dramatik olarak oxidasyon oranını ve hidrojen nesillerini azaltır. FeCrAl0,400 °C felaketsiz sıcaklıklar 1,400 °C'nin üzerinde yıkıcı bir başarısızlık olmadan çalışır.
  • [FONT:0]Siliconsport (SiC) kompozitler: ) SiC tabanlı cladding, kaza sıcaklıklarında neredeyse buharda bulunan bir seramik matrix kompozit (CMC)dir.
  • [FONT:0]Koated zirconium cladding:[Dönetici:[Dönetici: 0 ) Bazı geliştiriciler standart zircaloy cladding üzerinde ince bir kromat kaplama uygularlar. Bu kaplama, normal operasyon sırasında temel malzemenin kanıtlanmış performansını korurken, birkaç büyüklük siparişini azaltır.

Daha İyi Fission Ürün Yeniden Yeniden

Yakıt sıkıştırması başarısız olsa bile, ATFs, yakıt matrisi içindeki daha fazla fission ürünü korumak için tasarlanmıştır. Örneğin, U3Si2 ve UN, daha yüksek yoğunluk ve daha iyi bir termal istikrara sahip, yakıt parçaları ve hatta eğimli fission ürünlerinin serbest bırakılması ihlal edilir. Net etki kaynağında önemli bir azalmadır - bu da bir SiC matrixinde bulunan radyoaktif madde miktarı - şiddetli bir yakıt miktarı - bir SiC matrixinde yerleştirilebilir.

Binbaşı ATF Kavramları Geliştirme Altında

Çeşitli endüstriyel eksitme ve ulusal laboratuvarlar farklı ATF tasarımları takip ediyor. PWR uygulamaları için önde gelen kavramlar aşağıda tarif ediliyor.

FeCrAl Cladding with Uranium Silicide Yakıt (Westinghouse EnCore Yakıtı)

Westinghouse Electric Company, ABD'nin ortaklığıyla, FeCrAl cladding ile bir araya geldi.The FeCrAl alaşım, ticaret adı altında bilinen mükemmel buharlı direnç sunuyor.In-pile testlerinde Gelişmiş Test Reaktör (ATR) tarafından yapılan bir ABD'de FeCrAl kriketleri, mevcut olan en az 17 × 17 hidroksitle yapılan yüksek yakıt kontrolleri için mükemmel bir şekilde tasarlanmış olan yüksek sıcaklık kontrolleri olan yüksek yakıt kontrolleri olan yüksek çözünürlükte bulundu.

Silikonul Kompozit Kaplama (General Atomlar, CEA, EPRI)

SiC tabanlı cladding, birden fazla varlık tarafından takip ediliyor. General Atomlar (GA) birkaç araştırma reaktöründe test edilen bir SiC kompozit tüpü geliştirdi. CEA (Fransız Alternatif Enerji Komisyonu) ayrıca üçlü bir SiC/SiC/SiC/SiC/SiC/SiC/SiC/SiC) ile birliktelikli bir programda SiC’nin SiC’ye uygun olmasını sağlamak için ortak bir programda bulundu.

Kromium-Coated Zirconium Cladding (Framatome)

Framatome (eski olarak AREVA NP) yakın vadeli bir evrimsel yaklaşım aldı: bir fildişi uygulamak:0) Yaklaşık 15-20 μm standart M5TM zirkonyumun dışında, normal bir işlem sırasında kanıtlanmış mekanik davranış sağlar.Bu kaplama ABD'de de yüksek oranda yüksek oranda yüksek oranda yüksek çözünürlükte test edilir.

Gelişmiş Yakıtlar: Uranium Silicide ve Uranium Nide

İyileştirmenin ötesinde, yakıtın kendisi yeniden düşünülmüş durumda.ETHFLT:0)Uranyum silisi (U3Si2)), UO2'den 3040 daha yüksek yoğunlukta, daha düşük zenginleştirici zehirler için izin veriyor (UN) [Döneticileri yüksek iletkenlik için) ve yüksek çözünürlükte yaklaşık 15 W /m·C'nin yüksek çözünürlükte yakıt merkezi sıcaklıkları azaltır.

Development Strategies: Lab'dan Assemblies'i Liderleştirmek

Laboratuvar ölçekli deneylerden tam ticari dağıtım için geçiş yapmak, titiz bir çok adım yaklaşımı gerektirir. Tipik ATF geliştirme boru hatları şunları içerir:

  • [FONT:0)Malzeme seçimi ve karakterizasyonu: korozyonun temel çalışmaları, oksidasyon, mekanik güç ve test döngüsü ve analitik sıcak hücrelerde irradiasyon davranışı.
  • [FONT:0)Separate etkileri testleri:[Döneticileri izole eden deneyler, çeşitli sıcaklıklar ve ısıtma oranlarında patlama gücü gibi veya 800-1,600 °C'den buhar oksidasyon kinetiği.
  • [FONT:0) In-pile irradiation: Kısa vadeli (kücretsiz) ve uzun vadeli (birkaç döngüye kadar) araştırma reaktörlerinde maruz kalmak (ATR, Halden, JHR, BR2), boyutsal stabiliteyi değerlendirmek için, fission gaz salıverme ve mikroyapısal evrim.
  • [FONT=0)Lead test çubukları (LTR) ve gerçek dünya koşullarında performans göstermek için (LTAs): ), ATF çubuklarının son adımı, LTA'lar için gerekli olan ticari bir PWR (Exelon'un Byron birimleri veya Duke Energy'nin Catawba gibi) tarafından belirlenir.
  • [FONT=0]Tam temel gösteri ve lisans: [DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD:0) Tam temel gösteri ve lisans: [DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD

Dereceyi hızlandırmak için, DOE'nun Kaza Tolerant Yakıt Programı ve EPRI ATF inisiyatifi, OECD Nükleer Enerji Ajansı (NEA) ve IAEA'nın Gelişmiş Yakıt Döngüsü programı aracılığıyla ortak test protokolleri paylaşıyor.

Test ve Irradiation Programları

Lisans için teknik temel oluşturmak için sağlam bir test altyapısı gereklidir. Anahtar programlar şunları içerir:

  • [FONT:0)U.S. DOE ATF Programı: [Dönetici 2012 yılından bu yana, DOE NE (Nuclear Energy) ATF R&D'de 200 milyondan fazla yatırım yaptı, SBF Ulusal Laboratuvarı ve Los Alamos Ulusal Laboratuvarı dahil, FeCrAl, SiC ve üst dergilerde yayınlanan sonuçlarla (Gazete) programı tamamlandı.
  • [FONT ATF İşbirliği: [Dönetici: [Dönetici] EPRI, MIT Araştırma Reaktör ve Transient Reaktör Testi (TREAT) tesisinde yapılan geri dönüşüm testlerini koordine eder.
  • [FONT:0]Uluslararası ortak programlar: Fransa'nın CEA'nın, SiC ve kromyum-kırık bağlantılarında yüksek hacimli veriler sağlayan birkaç ATF irradi kampanyası gerçekleştirdi.
  • [FONT:0) Tam ölçekli LOCA testleri: KIT (Karlsruhe Institute of Technology), LWR-NaK tesisi testleri, hidrojen nesli, yakıt parçaları ölçmek için yakıt çubuk paketlerini test eder ve zircaloy ile karşılaştırılır.

Birleşmiş Milletler'in üstün performansı için krediye izin vermek için NRC düzenlemeleri ( CFR 50.46) güncellemek için bir araya gelen bir veri, ATF'nin üstün performansı için krediye izin vermek için kullanılır. NRC, lisans eylemlerinde ATF'nin nasıl tedavi edileceğine dair bir araştırma yayınladı.

PWR Güvenlik Margins için Faydaları

ATF'leri mevcut PWR'lere entegre etmek, bir dizi tasarım-basi ve tasarım-basit kazaları boyunca güvenlik marjlarında doğrulanabilir iyileştirmeler verir:

  • [FONT:0) Zamanını Aşırı Sağlayan: [Dönetici: 0,8] Bir istasyon karaout (SBO) senaryosu için ATFs, yakıt sıcaklıklarının 1.200 °C'yi aşmasından 30-60 dakika daha önce, konvansiyonel yakıt için 10 dakikadan daha az bir süre ile karşılaştırıldığında, operatörler, AC güç geri yükleme zamanı verir veya diğer ciddi kaza yönetim kılavuzlarını uygulayabilir (SAMG).
  • [FONT=0)Dedüklenmiş hidrojen nesli: [Döntilmiş: [Döntilmiş: 1) Bir LOCA sırasında, FeCrAl veya SiC cladding'nin zirve hidrojen nesli oranı, zircaloy'dan% 1–3, neredeyse hidrojen defektasyonu veya kesinti riskini ortadan kaldırır.
  • [FONT:0] Geliştirilmiş serinlenebilirlik: [Dönetici:[Dönetici:0)) ATF cladding başarısız olsa bile, yakıt UO2'den daha az parçaya eğilimlidir, temel bölgede akış yollarını engelleyebilir veya yerleşmeye yardımcı olur. Bu yardımlar acil bir temel soğutma sistemleri.
  • [FONT=0) Düşük kaynak terimi: [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ:0) Düşük kaynak terimi: [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ: 0: 0: 0:0, MEL FÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ

Bu avantajlar doğrudan düzenleyici marjlara ve daha düşük acil planlama bölgesi (EPZ) gerekliliklerini azaltmak için potansiyele dönüşür, ancak bu değişiklikler kapsamlı düzenleyici inceleme gerektirir.

Meydanlar ve düşünceler

Sözcülüğe rağmen, ATF gelişimi yaygın kabul edilmeden önce ele alınması gereken birkaç engelle karşı karşıyadır:

  • [FONT:0]Neutron ekonomisi ve reaktivite: FeCrAl alaşımları demir ve kromat içerir, bu da zirkonyumdan daha yüksek nötron absoryonuna sahip. Bu nötron cezası, cladding veya artan zenginleştirme ile azaltılabilir, ancak her ikisi de re-licensing gerektirir. SiC kompozitleri kabul edilebilir bir nötron şeffaflığı sağlar, ancak üretim kusurları hafif bir parasitik absorpsiyona neden olabilir.
  • [FONT:0]Cost ve manufacturability: Fabricating SiC kompozit cladding tüpleri tutarlı kalitede ve hismetic sonları pahalı - şu anda 5-10 kez zircaloy maliyeti daha ucuzdur, ancak iyi kurulmuş bir süreçtir. Yakıt döngüsü maliyetleri, fayda kabul etmek için geleneksel yakıtlarla rekabet etmelidir.
  • [FONT:0]Uzun vadeli irradiasyon etkileri: Yüksek yanmış (60-70 GWd/tU) olan ATF materyallerin davranışı tamamen anlaşılmıyor.Düzme, şişlik ve embrittlement in FeCrAl ve SiC hala uzun süredir inceleniyor. Son veriler FeCrAlCrAl'nin yan yanaşlara kadar yüksek oranda yüksek oranda yüksek oranda yüksek oranda erişilebilirlik sağlar.
  • [FONT:0]Yönerge Lisans: [Dönergeli Lisans: [Dönergeler: 0) NRC ve diğer düzenleyiciler henüz ticari kullanım için ATF konseptini onaylamadılar.ATF-spicari veriler paylaşımı ve aranç incelemeler için şeffaf bir şekilde analiz edilmesi gerekiyor.
  • [FONT:0) Mevcut reaktör sistemleri ile uyumluluk: ATF cladding, su kimyası (pH, boron, lityum) ve PWR Chromium kaplamalarında termal-hydraulic koşulları ile uyumlu olmalıdır, örneğin, normal işletim sıcaklıklarında oksijenli su varlığında korozyona karşı hassas olarak bilinir.

Bununla birlikte, bu zorluklar, 2030 yılına kadar ticari PWR'ler için mevcut olan ATF yakıtına sahip olma hedefi belirledi ve 2023-2025'te ekleme için planlanan test toplantıları gerçekleştirdi.

Mevcut Durum ve Gelecek Bakış

2025 yılında, birkaç ATF konseptleri ulaştı veya ticari gösteri aşamasına yaklaşıyor. Westinghouse, EnCore'nun test çubuklarının UO2 dolumları ile yüklendiğini açıkladı - ATFelon Byron Unit 2) 2025 yılında, NRC onayını aldı.

Daha ileri bakmak, önümüzdeki ATFs (SiC cladding, U3Si2/UN yakıt) 2035 ile sınırlı ticari başvuruyu görmek için beklenen projedir.

PWR'lerin ötesinde, ATF teknolojisi de su reaktörleri (BWRs) ve gelişmiş reaktör tasarımları için de uyarılıyor. Güvenlik ve güvenilirlikte temel gelişmeler gelecekteki nükleer yakıt döngülerinin standart bir özelliği haline geliyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Kaza tolerant yakıtların gelişimi, yüksek sıcaklık buharı buharı azaltan malzemelerle dönüşüme karşı, aşırı geçici ürünlere sahip ve koruma altında bir dönüşüm aşamasını temsil ediyor, ATFs mevcut nükleer filo için güvenlik çubuğunu yükseltmek için somut bir şekilde bir anlam sunuyor.

[FONT=0)Dön Linkler:[Dönem:[Dönem: 1)

  • [0]U.S. Enerji Bölümü: Kaza Tolerant Yakıt Programı[Dönemli Yakıt Programı[[Düz: 1)
  • [FONT:0)U.S. Nükleer Düzenleme Komisyonu: Kaza Tolerant Yakıtlar[DÜT:1).
  • [FORI: ATF Test ve Kazanılan Derece Genel Bakış).
  • [0]IAEA: Işık Su Reaktörleri için Kaza Tolerant Yakıtı Uygulaması (TECDOC-1927)[[Dön 1: 1 )