俄罗斯国家原子能公司(Rosatom)旗下TVEL核燃料公司下属俄罗斯无机材料研究院(VNIINM)研究人员与隶属于Rosatom的原子反应堆研究所(NIIAR)专家合作,在NIIAR BOR-60研究堆中共同完成碳化硅产品样品的初步测试。
该项研究对采用不同加固方法(双轴框架、三轴框架、纳米环烷)的壳体样品进行了暴露试验,主要目的是在俄罗斯首次获得碳化硅产品在反应堆暴露后关键物理和几何参数变化的实验数据。
此前,VNIINM科学家收到了由碳化硅(碳硅)复合材料制成的燃料棒实验包壳样品。样品暴露试验是事故容错燃料(ATF)开发计划的一部分,以获得新的数据来开发和论证轻水堆碳化硅包壳的工业化生产技术。
碳化硅基材料的特殊性在于具有较高的机械强度、耐磨性和导热性,以及耐腐蚀和耐辐射性能,同时脆性大、塑性低。VNIINM开发的碳化硅纤维,将载荷均匀地重新分布在增强型高强度编织纤维框架上,从而提高包壳的耐用性能。据Rosatom科学家称,碳化硅可能是ATF包壳最有前景的选择之一,但在技术上也最复杂(碳化硅纤维燃料棒不能使用已应用了数十年的金属技术来制造)。
VNIINM材料科学与技术部复合材料、磁性和特殊材料首席专家费奥多·马卡洛夫(Fyodor Makarov)解释称,理论上,碳化硅包壳不仅可以最大限度地降低风险,而且可以完全消除核电厂的蒸汽-锆反应。目前大多数燃料棒使用锆作为包壳。因此,随着碳化硅燃料棒的引入,核电厂将不再需要部分安全系统,从而降低建设成本。此外,使用碳化硅燃料棒,还可以提高燃料燃耗,延长燃料燃烧时间,从而提高现代反应堆的业绩。
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