26 мая 2015

Четыре американских оператора АЭС поддержали новое металлическое топливо Lightbridge

Схематичное изображение топлива от "Lightbridge". В части (a) виден винтовой изгиб по твэлу

Четыре американских генерирующих компании обратились в комиссию по ядерному регулированию (NRC) США с формальным письмом в поддержку рассмотрения металлического топлива для легководных реакторов, разрабатываемого компанией "Lightbridge".

Компании, поддержавшие новую разработку - "Dominion Generation", "Duke Energy", "Exelon" и "Southern Company". По их мнению, в 2017 году "Lightbridge" может подать в NRC заявку на загрузку квалификационной партии нового топлива в один из реакторов PWR в начале 20-ых годов.

Топливный элемент разработки "Lightbridge" состоит из трёх основных компонентов:

  • центральный вытеснитель, выполненный из циркониевого сплава, служащий для снижения температуры в центре топлива, а также позволяющий размещать в топливном элементе выгорающий поглотитель;
  • собственно топливо, представляющее собой сплав UZr в дельта-фазе; весовая доля урана в топливе равна примерно 50%;
  • оболочка из сплава Zr-1%Nb.

По высоте твэл винтообразно изогнут - см. рисунок выше, часть (a). Твэлы касаются друг друга лопастями в определённых местах, следовательно, для данного топлива не нужны дистанционирующие решётки.

Принятая геометрия твэла с четырьмя лопастями позволяет увеличить поверхность теплообмена по сравнению с цилиндрической геометрией примерно на 35%. В свою очередь, это позволяет приблизительно на ту же величину поднять проектные пределы по линейной мощности твэла (разработчики говорят о 17,7 кВт/фут).

Среди других потенциальных преимуществ нового топлива отмечается снижение мобильности продуктов деления. В отличие от стандартного топлива, в новой конструкции газы, образовавшиеся при делении ядер, не будут стремиться сформировать большие (несколько микрон в диаметре) пузырьки внутри топлива, а будут оседать вблизи места своего рождения.

Последнее обстоятельство в сочетании с отсутствием газового зазора означает отсутствие свободного объёма в топливе, заполненного радиоактивными газами, которые немедленно выходят наружу (в теплоноситель) в случае дефекта оболочки.

Разработчики обещают также, что в металлическом топливе будет запасаться существенно меньше тепловой энергии по сравнению с диоксидным, что позволит значительно повысить безопасность эксплуатации реактора.

С нейтронно-физической точки зрения, топливо от "Lightbridge" примерно соответствует стандартному UO2-топливу, так как концентрации делящихся атомов в их топливных объёмах сравнимы.