客观日本

日本开发出可量产的高性能实用级高温气冷堆燃料

2019年09月20日 能源环境

国立研究开发法人日本原子能研究开发机构(以下简称“原子能机构”)与原子燃料工业公司共同开发了一种设计技术,利用该技术,能使未来的高温气冷堆使用的颗粒状铀燃料的包覆燃料颗粒,具备明显高于以往的高温工程试验研究堆(HTTR)燃料的铀燃烧性能(图1)。另外,已通过哈萨克斯坦共和国的中子辐照试验,确认这种新燃料具备高度的中子辐照稳定性,确立了高品质的量产技术。

日本开发出可量产的高性能实用级高温气冷堆燃料

图1:高温气冷堆的概要

高温气冷堆是安全性本来就非常优异的反应堆。不过,高温气冷堆要想实现实用化,与目前的HTTR使用的燃料(燃烧度为33GWd/t)相比,需要具备能安全提取其3倍(约100GWd/t)的铀燃烧能量的性能。

从密封铀的包覆燃料颗粒中提取的燃烧能量增加时,随着铀核裂变而产生的裂变气体等会使颗粒内的压力升高。开发抑制压力上升引起的陶瓷多层膜包覆层(图2)破损的设计技术一直是包覆燃料颗粒实现实用化面临的课题。另外,要想确立实用水平的包覆燃料颗粒量产技术,需要在高温和中子辐照环境下证明包覆燃料颗粒具备高度的稳定性。

日本开发出可量产的高性能实用级高温气冷堆燃料

图2:包覆燃料颗粒的断裂面照片和截面照片

此次,原子能机构开发出了仅通过控制铀球的直径和包覆层厚度,即使在100GWd/t规模下也能将包覆燃料颗粒的破损几乎降为零(破损率为100万分之1)的设计技术。另外,原子燃料工业公司以该设计技术为基础,利用量产设备,制造了新型包覆燃料颗粒。除此之外,还在国际科学技术中心(ISTC)的常规项目框架下,利用哈萨克斯坦共和国核物理研究所(INP)拥有的中子辐照堆(WWR-K堆),对新开发的燃料实施了高温中子辐照试验。确认新开发的燃料在高温和中子辐照环境下,具备极高的稳定性。由此,全球率先确立了未来的高温气冷堆用燃料的设计技术和高品质量产技术。

波兰等海外国家将来计划引进小型模块化反应堆的实用高温气冷堆。此次,日本确立的包覆燃料颗粒设计技术及量产化技术将成为其关键技术之一,有望为高温气冷堆用燃料的量产化技术在全球普及做出贡献。

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文:JST客观日本编辑部翻译整理

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