ATF в США - некоторые данные

AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 20.10.2020

Национальная лаборатория "Pacific Northwest" (США) выпустила в сентябре 2020 года отчёт PNNL-30451 по тематике толерантного топлива (ATF).

Хотя отчёт был посвящён вопросам транспортировки ATF и хранения ОЯТ ATF, первая часть документа носит обзорный характер по двум видам ATF - с хромированными оболочками и оболочками из фехраля (FeCrAl).

Полный текст отчёта доступен в телеграм-канале RealAtomInfo. Ниже приводится краткое изложение некоторых глав отчёта, имеющих обзорный характер.

Разработки в мире

"Westinghouse". На ближайшую перспективу компания рассматривает два варианта топлива с хромированными оболочками - с таблетками из UO₂ с добавкой Cr₂O₃+Al₂O₃ (ADOPT) и с таблетками из U₃Si₂.

Концепция хромирования оболочек была проверена на исследовательском реакторе MITR. Таблетки из U₃Si₂ испытывались на исследовательском реакторе ATR.

Утверждение про испытания таблеток на ATR может быть неточным. Подтверждения этой информации нет. Возможно, речь идёт об испытаниях образцов. - Прим. AtomInfo.Ru.

Опытная партия твэлов была загружена в активную зону реактора блока "Byron-2" в апреле 2019 года. В её состав входили 12 твэлов с хромированной оболочкой и стандартной таблеткой, 4 твэла со стандартной оболочкой и таблеткой с сегментированным U₃Si₂ и 4 твэла с хромированной оболочкой и таблеткой ADOPT.

Следующая опытная партия для испытаний в энергетическом реакторе в США будет загружена в 2022 году. К перечисленному выше набору добавятся твэлы с оболочками из карбида кремния.

Оболочки из фехраля компания "Westinghouse" не рассматривает.

"Framatome". На ближайшую перспективу компания рассматривает вариант с оболочкой из сплава M5 с хромовым покрытием и таблеткой из UO₂ с добавкой Cr₂O₃.

Концепция была проверена на нескольких исследовательских реакторах, включая ATR и "Halden".

Опытная партия из 16 твэлов (хромовое покрытие и топливо с добавкой) была загружена на "Vogtle-2" весной 2019 года. Опытная партия из 32 твэлов (хромовое покрытие) была загружена на ANO-1 осенью 2019 года. Две полных сборки с ATF-топливом (покрытие и добавка) будут загружены на АЭС "Calvert Cliffs" весной 2021 года.

В 2022 году компания планирует поставить для загрузки на одну из АЭС опытные твэлы с оболочками из карбида кремния.

Оболочки из фехраля компания "Framatome" не рассматривает.

GNF. Совместно с "General Electric" компания рассматривает на ближайшую перспективу два варианта оболочек - ARMOR (циркониевый сплав с покрытием) и "IronClad" (фехраль).

Обе концепции были проверены в исследовательском реакторе ATR.

Опытные сборки, содержащие стержни-имитаторы с оболочками обоих видов были загружены на блоке "Hatch-1" в 2018 году. В феврале 2020 года сборки были выгружены, однако известно, что один опытный стержень останется в активной зоне ещё на две кампании. Результаты постреакторных исследований станут известны в январе 2021 года.

Опытные сборки с твэлами (уже не имитаторами!) с оболочками ARMOR и тремя вариантами "IronClad" были в начале 2020 года загружены на блоке "Clinton-1".

Япония. В этой стране изучаются оболочки из дисперсноупрочнённого фехраля FeCrAl-ODS (усиленный за счёт диспергирования мелких оксидных частиц) и из карбида кремния (SiC/SiC composite).

Испытаний в энергетических реакторах не ведётся. Образцы изучаются на установках в Окридже (США).

Китай. НИОКР по толерантному топливу проводит корпорация CGN. Рассматривается широкий ряд вариантов - циркониевые оболочки с покрытием, оболочки из фехраля, оболочки из молибдена с покрытием, оболочки из карбида кремния, топливные таблетки с повышенной теплопроводностью.

Проводятся внереакторные исследования теплофизических и механических свойств ATF. Планы по проведению реакторных экспериментов не обозначены.

У авторов американского отчёта здесь ошибка. Испытания в исследовательских реакторах начались - так, в январе 2019 года был загружен первый толератный твэл. - Прим. AtomInfo.Ru.

Южная Корея. НИОКР по толерантному топливу проводят KAERI и KEPCO. Рассматриваются различные варианты оболочек - с хромовым покрытием, дисперсноупрочнённые, из карбида кремния, из сплавов на основе железа.

Фехраль рассматривается как один из вариантов покрытия циркониевых оболочек.

Также рассматриваются различные варианты топливных материалов - например, диоксид урана с добавками. Изучается даже вариант топлива TRISO-SiC composite. Ряд образцов оболочек и топлив прошёл реакторные испытания в Халдене.

ORNL. Нацлаборатория изучает ряд вариантов оболочек. В частности, большой объём оптимизационной работы в Окридже выполнен по фехралям.

По фехралям изучалось влияние содержания в сплаве хрома и алюминия, в том числе, с точки зрения влияния облучения на механические свойства сплава.

В лаборатории был разработан фехралевый сплав C26M. Он был использован компанией GNF в качестве одного из вариантов оболочки при испытаниях на "Hatch-1".

Известные данные по оболочкам с хромовым покрытием

В отчёте приводятся некоторые известные данные по испытываемым на АЭС США оболочкам с хромовым покрытием.

Следует отметить, что компания GNF не раскрывает состав своего покрытия ARMOR, но авторы отчёта относят его к хромовым покрытиям.

Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра

Как видно из таблицы, компания "Westinghouse" использует для нанесения хромового покрытия на твэльные трубы метод холодного распыления (cold spray).

Авторы отчёта характеризуют метод как относительно новый и привлекающий серьёзное внимание, так как он даёт возможность получить "уникальные свойства покрытия, недостижимые при обычном термическом напылении". Важно, что при нанесении покрытия материалы не подвергаются воздействию высоких температур, считают авторы.

В свою очередь, "Framatome" использует проверенную методику PVD (physical vapor deposition), сравнимую с магнетронным напылением.

Известные данные по фехралям

В отчёте также приводятся некоторые данные по фехралевым сплавам, изучаемым компанией GNF в рамках программы по разработке толерантного топлива, а именно, Kanthal APMT, C26M и MA956.

Компания GNF не публикует данных о том, какие конкретно сплавы были выбраны для оболочек "IronClad".

Авторы отчёта приводят собственные данные. На "Hatch-1" два загруженных имитатора имели оболочки из C26M. На "Clinton-1" восемь твэлов имели оболочки из C26M, а 16 стержней-имитаторов имели разные оболочки (были задействованы все три сплава).

Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра

Влияние концентраций хрома и алюминия на свойства фехралей.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра

Из диаграммы выше можно заключить, что сплавы Kanthal APMT и MA956 могут быть подвержены α'-охрупчиванию, в то время как у сплава C26M нет известных проблем.

Напомним, что C26M был разработан в Окриджской национальной лаборатории. Сплав является предметом постоянных исследований для определения влияния малых легирующих добавок - иттрий, цирконий, цезий, углерод, марганец и другие.

Сплав C26M изготавливается методом традиционной плавки. Трубы из сплава C26M для реакторных испытаний были изготовлены на предприятии компании GNF в Уилмингтоне (штат Северная Каролина).

Сплав поддаётся сварке обычным методом TIG (вольфрамовые электроды в среде защитного инертного газа) без трещин, пористости или внутреннего окисления в сварном шве и без сенсибилизации сплава под действием процесса сварки.

Полный текст отчёта доступен в телеграм-канале RealAtomInfo.

Ключевые слова: ЯТЦ, Толерантное топливо, Статьи

---

Другие новости:

На ЛАЭС-6 успешно выполнен пробный пуск турбины

Первый толчок турбины выполнен на мощности реактора 30%.

"Framatome" и "General Atomics" будут сотрудничать при разработке быстрого газоохлаждаемого модульного реактора FMR

Мощность 50 МВт(э), теплоноситель - гелий.

На первом энергоблоке БелАЭС успешно запущена цепная реакция - Минэнерго РБ

Реактор на МКУ.

---

---

---

---

Поиск по сайту: