HALEU核燃料运输方式创新

随着对SMR燃料的需求预计将飙升，开发人员正在开发新型包装系统。对此，NAC International修改了其OPTIMUS®运输包装系统。

1、新型包装系统

为了满足SMR开发商对大量高含量低浓缩铀(HALEU)燃料运输的需求，供应商正在开发新型包装系统。

NAC International继续努力扩大其包装能力，这也表明了该领域的发展前景。

NAC最初开发了OPTImal模块化通用运输(OPTIMUS®)包装，为放射性材料运输活动提供了一种节约成本，操作效率高的替代方案，该活动依赖于现有的包装选项，如大型B型包装或更小B型包装。

OPTIMUS®包装物理属性

B类材料对公众或环境具有辐射危害，因此B类包装设计必须证明其能够承受正常运输条件，但也能承受严重事故条件而不会释放内含物。

这些B类材料包括中级废物(ILW)、超铀废物(TRU)、辐照燃料废物(IFW)、反应堆部件、实验废物、水池碎片和反应堆产品(例如，源、辐照材料等)。

该技术不断发展，公司已修改其OPTIMUS®运输包装系统的设计，以支持HALEU运输和其他燃料，这些燃料将为SMR革命提供动力。

2、多功能性

OPTIMUS®-L

OPTIMUS®系统的多功能性是其设计的本质基础。

OPTIMUS®-L和OPTIMUS®-H均采用相同的可互换容器安全壳(CCV)和屏蔽插件组件(SIA)。

两种类型的包装都可配置多个屏蔽插件，以最小的运输重量平衡辐射屏蔽需求。

OPTIMUS®-L包装配置用于低放射性含量，如接触处理的TRU废物、HALEU和低浓缩铀(LEU)。

OPTIMUS®-H配置用于高活性物质，如远程处理的TRU废物、LEU和裂变材料。

通过不断扩大研究和设计工作，NAC开发了各种特定内容的工程插件和容器，进一步改变了OPTIMUS®系统的灵活性和实用性。

OPTIMUS®包装能够运输各种放射性材料、设备、废物、新鲜燃料和各种活动的乏燃料。

屏蔽插件组件允许重新配置包装以执行不同的运输任务。

目前设计的插件能够安全有效地运输从密封源到裂变材料的所有材料，如中高浓度废物、高浓缩铀(HEU)和LEU，包括HALEU/TRISO燃料。

OPTIMUS®系统非常适合支持美国和国外正在进行的燃料卸载和退役工作，但更重要的是，它处于安全可靠运输的前沿，支持各种发展中的技术，包括美国的创新太空任务和HALEU开发项目。

这些小型、轻便的模块化包装易于搬运，是出入受限和/或起重机容量低的设施的理想选择。包装设计用于支持法定重型卡车(LWT)运输，可用于多种运输配置。

3、NAC的HALEU任务

OPTIMUS®-H包装组件

2020年，NEI预测2030年该国HALEU需求量为137吨，2035年为501吨。

美国能源部(DOE)最近承诺为部署先进反应堆的示范项目提供50亿美元的资金。

通过使用HALEU燃料，这些反应堆与我们目前的商用BWR和PWR LEU反应堆设计相比更小、效率更高、运行周期更长。

NAC资助了一个内部研发(R&D)项目，以便为HALEU内容物提供预先批准的认证包装配置。

NAC进行了研发，以积极支持开发计划和示范项目。

通过该技术的早期扩展，NAC将有助于缓解潜在的包装和运输进度延误，以确保燃料和燃料材料的安全有效运输，从而保持HALEU制造和计划的势头。

NAC最近完成了OPTIMUS®系统的插入件和吊篮的设计，以适应各种类型的裂变材料的运输，目前正在开发固体燃料材料的插入件，包括TRISO压块和卵石。

现有NAC工程系统可使每批法定重型卡车运输数千个TRISO压块，分析表明亚临界(keff+2σ≤0.95)在干燥和浸水条件下都有显著的裕度。

2022年6月，NAC International从美国专利和商标局获得了OPTIMUS®运输包装设计生产方法的专利。

这是对发展这一独特交通系统最初想法的认可。现已获得专利的B型运输包装产品线的持续发展，包括设计和开发该技术的附加设计、包装和内容配置，以适应更大的有效载荷，同时仍保持系统的适应性。

在最初和正在进行的OPTIMUS®项目开发、包装操作以及NAC敏锐工程和设计工作中吸取的经验教训，进行永久整合，不断优化技术，以实现所需材料和燃料的运输，从而支持行业的进一步发展。

OPTIMUS®-L和OPTIMUS®-H均经加拿大核安全委员会(CNSC)根据IAEA SSR-6认证，可在加拿大境内装运，以支持加拿大核实验室(CNL)任务。

OPTIMUS®-L还通过了美国核管理委员会(NRC)根据10 CFR 71的认证，而OPTIMUS®-H目前正由NRC审查。

如今，NAC还处于新开发的OPTIMUS®-XL的最终设计和许可阶段，以适应尺寸更大、活动和剂量率更高的有效载荷。

NAC还处于OPTIMUS®产品线的另一个包装的理论设计阶段，即OPTIMUS®-S，用于微型反应堆运输和其他中间有效载荷。

这两个开发中的系统，都将设计用于放射性材料和系统的法定重型卡车运输。

4、处理较轻包装的好处

OPTIMUS®-L包装体积小、重量轻，简化了设施内的搬运操作。

结合其相对较大的空腔尺寸、有效载荷重量容量以及在一次LWT装运中运输多个包装的能力，这意味着它适合作为运输不同形式的HALEU燃料的包装。

这包括UO2粉末形式的HALEU原料和由HALEU原料制成的TRISO压块。

通过爱达荷州国家实验室(INL)、太平洋西北国家实验室(PNNL)、橡树岭国家实验室(ORNL)(由DOE核技术研究与开发办公室(NE-4)资助)证实，与使用更传统的B(U)F型包装相比，OPTIMUS®-L型包装的单一法定重型卡车装运将运输250%的UO2 HALEU含量。

OPTIMUS®系统的吸引力在于其易于操作。

迄今为止，所有开发和建议的OPTIMUS®系统都是为任何标准48'-53'平板拖车上的LWT设计的，不需要超高或超宽许可，可由叉车轻松搬运，并可由一名技术人员安全轻松地操作。

在过去三年中，NAC制造并部署了超过26个OPTIMUS系统以及超过20个吊篮和插件组件。

NAC正在制造四个附加系统和两个屏蔽插件组件，将于2022年第四季度交付。

此外，两个新的OPTIMUS®包装设计和几个工程吊篮组件目前处于预批准规划和设计阶段，预计2024年部署窗口。

2022年9月，OPTIMUS®-L通过田纳西州橡树岭的Bionomics公司(全流程废物管理公司)成功地将其第一批国内废物运送至德克萨斯州安德鲁斯的废物控制专家(WCS)。

生物经济学副总裁约翰·麦考密克(John McCormick)表示，“在我们与SCATR(源收集和威胁减少)计划的合作中，使用OPTIMUS®的重要性是显而易见的。系统的易于处理和操作，以及与移动这些设备相关的较低成本将是未来最重要的。仅移动这一个设备，我们进行了大量的规划和思考，但这是值得的。”

如今，NAC正处于新开发的OPTIMUS®-XL的最终设计和许可阶段，以适应尺寸更大、活动和剂量率更高的有效载荷。

NAC还处于OPTIMUS®产品线的另一个包装的理论设计阶段，即OPTIMUS®-S，用于微型反应堆运输和其他中间有效载荷。

这两个开发中的系统都将设计用于放射性材料和系统的法定重型卡车运输。

(本文编译《HALEU fuel transport packaging》)