近日,俄羅斯國(guó)家原子能公司(Rosatom)旗下TVEL燃料公司正在開展研究,旨在對(duì)四代堆BN-1200的創(chuàng)新型核燃料進(jìn)行驗(yàn)證。BN-1200堆芯有兩種潛在選項(xiàng),采用不同類型的鈾钚核燃料,分別是混合氧化物(MOX)燃料和致密氮化物(SNUP)燃料,前者與BN-800反應(yīng)堆使用的燃料類似,后者則類似于Brest-OD-300鉛冷快堆使用燃料。
TVEL制造了一個(gè)OS-4輻照組件,并在別洛雅爾斯基(Beloyarsk)核電廠(BN-600)進(jìn)行試驗(yàn)。該組件帶有基于SNUP燃料的燃料棒,可提高核燃料的燃耗水平。該公司在燃料組件設(shè)計(jì)中采用了特殊的技術(shù)解決方案,以確保在反應(yīng)堆中測(cè)試的安全性。
此外,TVEL還制造了3個(gè)獨(dú)特的KETVCMAK實(shí)驗(yàn)組件,這些組件含有標(biāo)準(zhǔn)尺寸的BN-1200燃料元件,基于帶有軸向?qū)拥腗OX燃料。與傳統(tǒng)的MOX燃料相比,KETVCMAK實(shí)驗(yàn)組件在燃料柱中引入了增殖材料碎片。這些碎片共同在反應(yīng)堆內(nèi)形成一個(gè)水平層,將活性區(qū)軸向分割成兩部分,從而在保持所需燃料燃耗水平的同時(shí)顯著減少對(duì)燃料包殼的輻射損傷。
這一技術(shù)解決方案已在多個(gè)國(guó)家從理論上得到驗(yàn)證,但在俄羅斯BN-1200反應(yīng)堆中可能是首次實(shí)際應(yīng)用。在BN-600反應(yīng)堆中對(duì)這些元件進(jìn)行堆內(nèi)及堆后測(cè)試,將使科學(xué)家能夠測(cè)試核燃料的最大設(shè)計(jì)參數(shù),研究燃料中的變化過程,為后續(xù)的許可證申請(qǐng)工作提供支撐。
由西伯利亞化學(xué)聯(lián)合體公司制造的含有SNUP和MOX燃料的新燃料盒將在別洛雅爾斯基3號(hào)機(jī)組(BN-600)進(jìn)行循環(huán)測(cè)試,計(jì)劃2025年裝料。
BN-1200將成為全球首個(gè)系列化建設(shè)的快堆設(shè)計(jì),首堆擬于2027年開工。該設(shè)計(jì)延續(xù)了俄羅斯BN-600和BN-800快堆的發(fā)展路線。
TVEL科技活動(dòng)部門高級(jí)副總裁亞歷山大·烏格里莫夫(Alexander Ugryumov)表示,BN-1200可使用SNUP和MOX燃料中的任何一種。傳統(tǒng)MOX燃料在生產(chǎn)和運(yùn)行方面已經(jīng)積累了大量經(jīng)驗(yàn),而高密度SNUP燃料由于具有未來可能需要的額外中子優(yōu)勢(shì)而極具吸引力。目前正在開展深入研究,以便根據(jù)對(duì)許多不同參數(shù)的綜合評(píng)估來證明選擇堆芯設(shè)計(jì)的合理性。
如果選擇SNUP燃料,為證明BN-1200M反應(yīng)堆使用該燃料的合理性而進(jìn)行的長(zhǎng)期測(cè)試結(jié)果(在BN-600反應(yīng)堆中測(cè)試了十多個(gè)全尺寸燃料組件)將會(huì)對(duì)BN-1200M反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。