Испытания, проведенные на топливе быстрого реактора с высокой степенью выгорания в рамках сотрудничества между США и Японией, являются первыми в своем роде, проведенными за более чем 20 лет, и предоставят важные новые данные для поддержки будущих разработок и квалификации топлива.
Переходные испытания на металлическом топливе с высокой степенью выгорания, которое было "заархивировано" с исторических испытаний облучения в реакторе EBR-II Национальной лаборатории Айдахо (INL), были проведены на установке для испытаний переходного реактора (TREAT) этой лаборатории с использованием новой специально разработанной испытательной капсулы с различными датчиками для контроля поведения топлива во время испытаний.
Закрытый быстрый исследовательский реактор EBR-IIИспытания являются частью сотрудничества между Министерством энергетики США (DOE) и Агентством по атомной энергии Японии (JAEA) по разработке и квалификации топлива для быстрых реакторов в рамках пятилетней инициативы по совместному использованию оборудования в рамках Рабочей группы по исследованиям и разработкам в области гражданской ядерной энергетики. Исследователи испытывают смешанное оксидное топливо, используемое в современных японских конструкциях быстрых реакторов, и металлическое сплавное топливо, которое разрабатывается в США и «представляет интерес для Японии».
Испытания в переходных режимах изучают пределы безопасности ядерного топлива в более экстремальных условиях, чем обычно встречаются при нормальной эксплуатации реакторов. TREAT, который был перезапущен в 2017 году после 23 лет в режиме ожидания, является одним из немногих реакторов в мире, которые могут производить импульсы энергии, необходимые для таких испытаний: кратковременные циклы мощности, которые могут быть более чем в десять раз выше, чем на коммерческой электростанции.
DOE и JAEA уже проводили подобные испытания топлива для быстрых реакторов с высокой степенью выгорания, но они прекратились в 1994 году, когда EBR-II — 62,5 МВт тепл., 20 МВт эл., охлаждаемый жидким натрием, быстрый реактор-размножитель, используемый для испытания топлива и материалов, а также являющийся демонстрационным быстрым реактором — был закрыт после 30 лет эксплуатации. С тех пор EBR-II был выведен из эксплуатации, хотя его знаковая защитная конструкция перепрофилируется для размещения испытательного стенда DOME Национального центра инноваций в области реакторов.
Установка TREATТехнический руководитель по переходным испытаниям INL Колби Дженсен сказал, что главная цель инициативы — испытать топливо для быстрых реакторов в самом слабом состоянии, чтобы лучше понять его пределы и предоставить информацию для разработки усовершенствованных конструкций.
«Конструкции топлива для быстрых реакторов в Соединенных Штатах не сделали большого скачка вперед с тех пор, как была закрыта программа EBR-II, поэтому данные этих испытаний устаревшего топлива сегодня очень ценны для современных разработчиков топлива», — сказал Дженсен.
Работы по пострадиационному исследованию будут проводиться в лаборатории INL Hot Fuel Examination Facility и Irradiated Materials Characterization Laboratory. Ожидается, что первоначальные эксперименты проекта будут завершены в конце этого года, а DOE и JAEA планируют провести несколько дополнительных испытаний безопасности «в течение следующих нескольких лет».
