爱达荷国家实验室 (INL) 的研究人员最近制造了大约两打商业级高含量低浓缩铀 (HALEU) 燃料芯块进行测试。另外 100-150 个颗粒将在先进测试反应堆中进行辐照测试。
HALEU 燃料颗粒(图片来源：INL)
HALEU——浓缩至 5% 至 20% 的铀 235——将用于目前正在开发的大多数下一代反应堆设计所需的先进核燃料。美国能源部 (DOE) 一直在支持采取措施，确保这些反应堆在需要时获得材料，并建立国内 HALEU 供应链。
冶金工程师兼 INL 先进制造小组负责人阿德里安·瓦格纳 (Adrian Wagner) 表示：“借助 HALEU，先进反应堆可以延长堆芯燃料寿命，因为浓缩度更高。” “简单来说，更高的浓缩度意味着每个弹丸中含有更多的铀 235 原子。”
INL 表示，INL 实验燃料设施生产的 HALEU 燃料芯块含有浓缩至 15% 的铀 235 燃料，是“测试和鉴定过程中的重要一步”。这些颗粒是使用传统的粉末冶金工艺在实验室规模制造的，这是一种无压烧结技术，类似于工业上制造轻水反应堆燃料的技术。
它指出，展示制造商业质量的二氧化铀 (UO2) HALEU 的能力为工业界和其他政府机构提供了在不影响现有运营许可证的情况下制造具有更广泛浓缩范围的燃料样品的选择。
研究人员正在进行测试，以进一步表征颗粒的特性并识别杂质。
与通用电气合作
INL 团队计划制造 100-150 个颗粒，并在高级测试反应堆中进行辐照。
这项工作与通用电气合作，将测试包壳材料原型的耐久性，该材料可以提高现有轻水反应堆和未来先进反应堆的性能。该项目由美国能源部的事故容忍燃料计划资助，该计划是一项由行业主导的努力，旨在在十年内将新燃料商业化。
瓦格纳说：“更大的前景是，它将有助于先进反应堆设计的许可，几乎所有反应堆都将使用某种形式的 HALEU 燃料。”
INL 表示，展示 UO2 HALEU 制造“为其他类型的 HALEU(金属和陶瓷)打开了大门，并凸显了 INL 根据客户和实验要求定制浓缩的能力”。报告指出，氮化物、硼化物、碳化物和硅化物燃料具有更高的铀密度，可以为先进反应堆提供更高水平的性能。
领导该项目的国际核实验室核燃料和材料科学家詹妮弗·沃特金斯 (Jennifer Watkins) 表示：“我们的合作者对结果感到满意。” “我们生产的颗粒密度极高。我们的初步表征工作表明它们将满足二氧化铀的所有商业标准。
“INL 是美国开发独特新颖燃料概念制造工艺的最佳场所。INL 拥有各种浓缩水平的最广泛的原料选择之一，以及极其灵活的基于 DOE 的浓缩许可证，可适应用户需求需要。”
本月早些时候，Centrus Energy 向美国能源部交付了其位于俄亥俄州皮克顿的美国离心机工厂生产的第一台 HALEU。根据与美国能源部的合同，拥有 16 台离心机的示范级联工厂于 2019 年开始建设。Centrus 向 DOE 交付了超过 20 公斤的 HALEU，这意味着合同第一阶段现已完成，Centrus 可以继续进行第二阶段：年产 900 公斤的工厂全年生产 HALEU。在此阶段的合同中，DOE 将以成本加激励费的形式向 Centrus 支付该公司生产的 HALEU。美国能源部已接收的 HALEU 将保留在皮克顿现场专门建造的存储设施中，直到需要为止。
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