
Rosatom 成功地繼續開展研究工作,以證實有前景的第四代快中子反應堆的創新核燃料。
對于BN-1200反應堆,正在同時開發兩種采用不同類型鈾钚核燃料的堆芯變體:采用氧化物MOX燃料,類似于前身反應堆BN-800,以及采用致密氮化物SNUP燃料,如采用鉛冷卻劑的第四代反應堆 BREST-OD-300,作為戰略工業項目的一部分而建造“突破。”
燃料部門的科學家在證實兩個活躍區域方面取得了新的重要里程碑。為了在別洛亞爾斯克核電站的“快”反應堆 BN-600 中進行測試,制造了帶有基于 SNUP 燃料的燃料棒的 OS-4 輻照組件。該實驗組件的特點是預期實現提高核燃料燃耗水平,這將在很大程度上滿足所開發的堆芯設計的需求。同時,在總裝設計中采用了特殊的技術方案,確保了運行動力堆測試的安全性。

此外,還制造了三個獨特的 KTVS-MAK 實驗組件,其燃料元件(燃料棒)為標準尺寸 BN-1200,基于帶有軸向層的 MOX 燃料。與傳統的 MOX 燃料相比,這些燃料棒的設計特點是將具有所謂的增殖材料的碎片引入燃料柱的成分中。這些碎片一起在反應器中形成水平層,將活性區軸向分為兩部分。這將顯著減少對燃料包殼的輻射損害,同時保持所需的燃料燃耗。該技術方案已在多個國家理論上得到驗證,但首次在俄羅斯BN-1200反應堆中得到實際應用。
西伯利亞化學聯合公司(西伯利亞化學聯合股份公司,托木斯克地區謝維爾斯克 Rosatom 燃料部門的一家企業)生產的采用 SNUP 和 MOX 燃料的新型燃料盒必須在別洛亞爾斯克核電站的 BN-600 反應堆中進行測試循環。計劃于 2025 年裝入核心。
BN-600 中這些組件的反應堆和反應堆后測試將使科學家能夠測試核燃料的最大設計參數,研究燃料棒中發生的過程,并隨后獲得燃料許可。

BN-1200應該成為世界上第一個串聯快中子反應堆。它延續了俄羅斯別洛亞爾斯克核電站采用鈉冷卻劑BN-600和BN-800的“快”反應堆的發展路線,并將在別洛亞爾斯克核電站的同一地點建造(計劃于2027年開工)。
“BN-1200 反應堆設計為使用兩種可能類型的燃料中的任何一種 - SNUP 和 MOX。傳統MOX燃料在生產和運行中已經積累了大量經驗,而高密度SNUP燃料由于未來可能需要的額外中子優勢而具有吸引力。目前正在進行大量工作,以根據對許多不同參數的綜合評估來證明核心設計選擇的合理性,”TVEL JSC 科學和技術活動高級副總裁 Alexander Ugryumov 指出。
如果選擇 SNUP 燃料,則為證明 BN-1200M 反應堆使用 SNUP 燃料的合理性而進行的長期測試結果(自 2014 年以來在 BN-600 反應堆中測試了十多個全尺寸燃料組件)也將用于證明燃料。
IV 代電力系統
根據國際原子能機構采用的分類,第四代核能系統涉及使用各種技術,這些技術具有共同的結果——更高的燃料效率、更高的安全性、能源效率、減少乏核燃料等。
第四代核能系統能夠從根本上改變核能,這主要是由于新的安全水平、燃料范圍的擴大以及放射性廢物的顯著減少。俄羅斯是第四代發電技術開發的領導者之一:在別洛亞爾斯克核電站,BN-1200M動力裝置的建造預設計工作已經開始,在托木斯克地區,這在世界實踐中尚屬首次,同一地點正在建造一座配備 BREST-OD-300 反應堆和現場封閉核燃料循環的核電站。
快堆
構成現代核能基礎的熱中子反應堆使用約 1% 的鈾,其余 99% 被送往臨時儲存或作為放射性廢物處置。快中子反應堆的優點是能夠有效利用燃料循環的二次產品(特別是钚)來生產能源。同時,由于具有高再生系數,“快”反應堆可以產生比其消耗更多的潛在燃料,以及“后燃”(即利用能源生產)高活性超鈾元素(錒系元素)。
快堆用 MOX 燃料
與核能傳統的濃縮鈾不同,生產 MOX 燃料芯塊的原材料是氧化钚(在傳統 VVER 反應堆乏燃料加工過程中獲得)和貧化鈾(通過貧化六氟化鈾脫氟獲得 - DUHF,即濃縮廠生產的所謂二次“尾料”)。 2020 年 1 月,串行 MOX-FA 首次加載到 BN-800 核心中。 BN-800 于 2021 年 1 月首次完成裝填 MOX 燃料,隨后所有燃料組件逐漸更換為創新型 MOX 燃料組件。 2024年在BN-800反應堆中開始了外部鏈接,在新選項卡中打開三個實驗性 MOX-FA 與次錒系元素的操作。
SNUP 燃料
混合氮化物鈾钚(MNUP)燃料是一種核燃料,其中裂變材料(鈾和钚的混合物)以氮化合物、一氮化物的形式存在,而不是標準的二氧化鈾。這種燃料尚未在工業中使用;它正在為采用鈉和鉛冷卻劑的先進快中子反應堆而開發。高密度確保了高燃料容量和燃料再生比,并使反應堆變得更加緊湊。高導熱性確保了燃料的可靠性和溫度穩定性。在反應堆運行期間,燃料的同位素組成是均勻的,這簡化了燃料的再制造。
自 2014 年以來,使用 SGChE JSC 生產的 SNUP 燃料的實驗燃料組件已在 BN-600 反應堆中進行了測試。在研究過程中,逐漸實現了核燃料燃耗越來越高。
平衡核燃料循環
平衡核燃料循環(NFC)是Rosatom國營公司的產品,基于閉式核燃料循環領域的創新實用解決方案,可實現輻照核燃料的高效后處理并確保后處理產品的合理處理,有用的(鈾、钚)和送去處置(裂變產物)。
平衡核燃料循環的主要目標是從根本上減少待處理放射性廢物的數量和活性。平衡的核燃料循環允許:
提高核廢料管理的安全性,降低環境風險;
解決子孫后代的問題并確保可持續的消費和生產模式;
最大限度地減少待處置廢物的數量和危險程度;
將有價值的原材料重新納入核燃料循環——回收核材料。
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