18 октября 2019

Новое экструдированное металлическое топливо компании «TerraPower» готово к использованию в реакторе

НТЦ ЯРБ

Топливо для новой концепции ядерной энергетики компании «TerraPower» готово к использованию в реакторе. Топливо не будет использоваться в усовершенствованном реакторе «Бегущая волна» (Traveling Wave Reactor – TWR) компании «TerraPower», а вместо этого будет использоваться на экспериментальном испытательном стенде в Айдахской национальной лаборатории (INL), который раскроет ключевые подробности о новом экструдированном металлическом топливе, чтобы помочь процессу лицензирования.

Топливные стержни были изготовлены на комплексе материалов и топлива (Materials and Fuels Complex – MFC) лаборатории INL. В рамках испытания облучения топлива LDC-1A, которое началось в июле, на усовершенствованном испытательном реакторе (Advanced Test Reactor – ATR) лаборатории INL началась бомбардировка топливных стержней нейтронами в течение 300 дней. Испытание покажет, как новое топливо будет сравнимо с проверенными видами топлива.

Сотрудники лаборатории INL и компании «TerraPower» совместно с 2013 г. работают над проектированием и изготовлением приемлемого экструдированного испытательного ядерного топлива U10Zr (сплав урана и циркония) на установке экспериментального топлива (Experimental Fuels Facility – EFF) комплекса MFC. Группа остановилась на экструзии, процесс, доказанный в 1960-х годах, но он не использовался для изготовления топлива для современного быстрого реактора, такого как TWR.

Стадия испытаний с реактором ATR является важным этапом для лаборатории INL и ее корпоративного партнера, предоставляя ценные данные о том, как новое топливо сравнивается с его предшественниками. Испытание было разработано, чтобы обеспечить прямое сравнение между характеристиками исторического литого топлива и экструдированного топлива. Это сравнение имеет решающее значение для усилий по лицензированию экструдированного топлива, чтобы продемонстрировать, что историческая база данных о производительности ввода литого топлива применима к экструдированному топливу.

В течение последних пяти лет сотрудники лаборатории INL и компании «TerraPower» вместе работали над оснащением установки EFF, а затем провели серию сложных испытаний с использованием различных сплавов, которые позволили команде достичь своих технических целей. Сотрудники лаборатории INL и компании «TerraPower» выполнили более 100 испытаний экструзии, изучив сам процесс, а также экструзионные матрицы, инструментальные материалы, смазочные материалы, термообработку после экструзии и новую конструкцию капсулы для испытания на облучение.

Испытания с реактором ATR помогут показать, может ли процесс экструзии создавать топливные стержни, которые работают так же или даже лучше, чем те, которые ранее были получены методами литья, как топливо, используемое в экспериментальном реакторе-размножителе (Experimental Breeder Reactor-II – EBR-II). Вместо ввода расплавленного топливного материала в форму, как это было сделано для топлива реактора EBR-II, эти новые стержни были изготовлены путем нагревания цилиндрической заготовки из сплава с обедненным ураном до 800°С и проталкивания ее через фигурный мундштук, чтобы сделать длинный, цилиндрический кусок полезного материала. Смоделированные топливные стержни затем разрезаются по длине, подвергаются термообработке и проверяются. Процесс дает более тонкую, более длинную форму, пригодную для использования в качестве топливных стержней (топливные стержни становятся такими, когда они герметично закрыты оболочкой из нержавеющей стали) для дальнейших экспериментов и испытаний. Экструдированные стержни также дешевле и эффективнее в производстве, но есть и препятствия.

Стержни образуются в результате экструзии с ярко выраженной кристаллической текстурой, которая может влиять на характеристики топлива. Стержни подвергаются термической обработке для удаления текстуры.

Чтобы увидеть, как экструдированное топливо сравнивается с литым топливом, новые стержни будут испытаны наряду с устаревшим типом топлива реактора EBR-II. Существует множество данных о том, как топливо реактора EBR-II реагирует на облучение, и это поможет показать, работает ли экструдированная форма топлива так же или лучше, чем топливо реактора EBR-II. Изучив испытательные стержни из эксперимента, исследователи смогут собрать аналогичную информацию о новом топливе, чтобы провести такое сравнение.

После облучения смоделированные топливные стержни будут переданы на установки комплекса MFC для проверки после облучения (post-irradiation examination – PIE). Полученные данные помогут определить следующий этап по топливу. Данные о физическом и химическом состоянии топливных стержней будут использоваться для оценки того, ведет ли себя экструдированное топливо так же, как топливо, отлитое под давлением, и, при необходимости, для улучшения моделей производительности топлива.

Сотрудничество между лабораторией INL и компанией «TerraPower» направлено на создание более быстрого пути для продвижения промышленных методов изготовления, для квалификации и реализации инновационного дизайна топлива промышленного партнера, а также для создания универсального комплекса для проектирования, производства и тестирования нового топлива в работающем реакторе. Сотрудничество подчеркивает уникальные способности лаборатории INL.