15 ноября 2019

NRC готовится к лицензированию толерантного топлива с хромовым покрытием

NEI Ключевые события для программы по ATF в США NEI

Регуляторы США готовятся к внедрению одного из видов толерантного (ATF) топлива, а именно, топлива с хромированными оболочками.

Покрытие оболочек твэлов из циркониевых сплавов тонким слоем хрома - один из простейших способов сделать топливо более устойчивым к аварийным ситуациям.

Поэтому неудивительно, что поставщики топлива, работающие на американском рынке (в частности, "Framatome" и "Westinghouse"), уделяют хромированным оболочкам повышенное внимание в своих программах по ATF.

Конечно, хром нельзя называть единственным кандидатом. Так, компания "Westinghouse" ещё относительно недавно рассматривала в качестве варианта покрытия карбид титана-алюминия Ti2AlC и даже проводила совместно с Массачусетским технологическим институтом реакторные испытания образца из сплава ZIRLO с таким покрытием.

Но хром пока выигрывает у конкурентов. Считается, что именно хромовое покрытие лучше других умеет сохранять свои свойства как в нормальных условиях эксплуатации, так и при тяжёлых авариях, в том числе при LOCA.

Если говорить об АЭС США, то первая полная загрузка активной зоны толерантным топливом будет с наибольшей вероятностью состоять именно из топлива с хромированными оболочками. И произойти это событие должно по планам довольно скоро - в 2026 году.

В сентябре 2018 года в комиссии по ядерному регулированию (NRC) США был принят план по подготовке регуляторов к будущему лицензированию толерантного топлива. Спустя месяц в институте EPRI был выполнен так называемый gap analysis, или анализ несоответствий для оболочек с покрытием.

В январе 2019 года был выпущен первый отчёт по механизмам деградации и отказов оболочек с хромовым покрытием. А в апреле 2019 года была создана рабочая группа по методу PIRT (Phenomena Identification and Ranking Table, идентификация и ранжирование процессов и явлений), работа которой завершилась в июне 2019 года выпуском отчёта ML19172A154.

До конца 2019 года NRC должна подготовить и утвердить по хромированным оболочкам документ под названием Interim Staff Guidance.

В этом документе не будут вводиться новые требования или правила, его задача - указать техническому персоналу комиссии на важные для рассмотрения области, а подателям заявок на лицензии дать представление о том, с вопросами на какие темы они столкнутся при рассмотрении заявки.

Среди всех видов ATF топливо с хромированными оболочками менее всего отстоит от топлива, применяющегося сегодня на атомных станциях. Действительно, речь идёт всего лишь о небольшом (не более 20 микрон) дополнительном слое у оболочки, для нанесения которого будут использоваться освоенные методики - например, холодное распыление (cold spray) или вакуумное напыление (physical vapor deposition).

Однако технические эксперты NRC уже видят области, по которым к разработчикам топлива могут быть вопросы. Так, например, экспертов будут интересовать скорости окисления оболочек с покрытием, их наводораживание, а также поведение оболочек при высоких температурах.

Кроме того, с добавкой покрытия появляются новые деградационные механизмы, отсутствующие у используемого сегодня топлива. Например, это образование трещин в покрытии или его расслоение. Также придётся рассмотреть влияние интердиффузии хрома и циркония и возможного образования эвтектики в оболочке. Потребуется также понять, к чему могут привести радиационные эффекты в хромовом слое.

Первые обращения в NRC от разработчиков с описанием деталей выбранных технологий хромирования ожидаются в начале 2020 года. Эксперты NRC не исключают сюрпризов - например, будут ли предложены для рассмотрения покрытия, состоящие из хрома с добавками определённых материалов?