Патентные заявки на технические решения по MOX-топливу подавались в Соединённых Штатах в 2009-2010 годах, пишет в очередном обзоре атомных патентов профессиональное издание Nuclear Street.
MOX-кассеты при одновременном использовании с урановым топливом в активных зонах тепловых реакторов будут работать в условиях более высокой, чем в урановых сборках, температуры. Кроме этого, плутоний будет более активно поглощать нейтроны, чем уран, что может привести к нежелательным пикам энерговыделения в MOX-кассетах.
В патентной заявке №20100054389, опубликованной в США 4 марта 2010 года и поданной компанией "Westinghouse", предпринята попытка защитить концепцию MOX-твэла, позволяющую снизить остроту указанных проблем.
В концепции предусмотрено, что топливная таблетка имеет центральное отверстие для выхода осколков деления, а в нижней части твэла с той же целью размещается газовый объём. Часть MOX-таблеток в твэле заменена на таблетки, выполненные из материала-поглотителя, а именно, оксида гадолиния, в смеси с природным или обеднённым ураном. В дополнение к этому, частицы гадолиния подмешиваются в материал топливных таблеток.
Ещё одним элементом патентной заявки выступает радиальное профилирование топливной сборки по плутонию. Предлагается ввести три зоны с различным обогащением - центральную (72 твэла), промежуточную (128 твэлов) и внешнюю (64 твэла). Радиальный профиль распределения обогащения по плутонию от центра к периферии выглядит в относительных единицах следующим образом - 1,00/0,65/0,45.
В то время, как "Westinghouse" пытается защитить для MOX-топлива концепцию, слабо отличающуюся от традиционной (определённое новшество составляет только частичная замена по высоте твэла топливных таблеток на поглощающие), французский комиссариат по атомной энергии предполагает закрепить в своей интеллектуальной собственности на территории США вариант с применением эрбия в оболочке MOX-твэлов.
Соответствующая заявка на патент была опубликована в США под номером №20100040189 18 февраля 2010 года. В противоположность "Westinghouse", французские атомщики полагают, что прямое смешивание топлива и гадолиния в материале топливной таблетки приведёт к загрязнению технологических линий на производстве, и следовательно, к появлению нежелательных примесей гадолиния во всех выпускаемых топливных таблетках.
Французы выступают против гадолиния в MOX-топливе и по ещё одной причине. Теплофизические свойства гадолиния сильно отличаются от свойств топливной композиции, что приводит к локальным перегревам в таблетке вокруг добавленных в топливный материал частиц гадолиния.
Вместо гадолиния, французы в поданной заявке предлагают использовать эрбий, причём добавлять его следует не в топливо, а в оболочку. Дополнительный плюс от перехода на эрбий связан с тем, что после захвата нейтрона в нём образуется стабильный изотоп.
Предметом защиты в заявке комиссариата является концепция циркониевого сплава, содержащего эрбий, и использующегося для изготовления оболочек твэлов. Содержание эрбия в сплаве может варьироваться от 3 до 12% по весу. Под эрбием в заявке понимается изотопно чистый 167Er.
Использование MOX-топлива в легководных реакторах является новым опытом для Соединённых Штатов. В промышленных масштабах MOX-сборки начнут загружаться в активные зоны американских реакторов в 2018 году. При их изготовлении будет использоваться оружейный плутоний, признанный избыточным для нужд национальной безопасности страны.
Всего в период с 2018 по 2033 годы в США будет выпущено 1700 MOX-кассет. Их производство будет вестись на MOX-заводе MFFF в Саванна-Ривер, строящемся по французской технологии. Среди потенциальных покупателей MOX-топлива называется крупная компания TVA.