通用原子公司开发出新型核燃料包层

SiGA 编织碳化硅核燃料包层(美国能源部提供)

通用原子公司电磁系统公司 (GA-EMS) 在美国能源部 (DOE) 的支持下开发出了可承受极端温度的碳化硅核燃料包覆管。能源部表示，这可能会彻底改变工业生产未来燃料的方式。

目前，锆合金因其机械性能和耐腐蚀性而被广泛用作核燃料包层。尽管锆合金包层随着时间的推移不断改进，但人们仍然有兴趣探索和开发新的包层材料，以显著提高轻水反应堆的运行性能、经济效率和安全性。

GA-EMS 正在开发一种名为 SiGA 的新型燃料包壳，该包壳获得了美国能源部事故容错燃料计划的资金、辐射测试和辐射后检查支持。SiGA 包壳由碳化硅制成，碳化硅是一种高温陶瓷材料，由高纯度晶体成分的硅和碳制成。

碳化硅可以承受比熔岩更高的温度，但纯碳化硅易碎，这在历史上限制了其作为结构材料的使用。GA-EMS 通过将碳化硅纤维加入包层解决了这个问题。纤维对材料的加固方式类似于钢筋加固混凝土的方式。

这种组合产生了一种坚韧耐用的工程碳化硅复合材料，可承受高达 3800°F 的温度——比锆合金的熔点高出约 500 度。

GA-EMS 已经制造出 6 英寸长的 SiGA 小棒和 3 英尺长的包层样品，这些样品符合严格的核电反应堆级要求，并将在美国能源部爱达荷国家实验室进行辐照测试。最近的工作表明，该工艺可扩展到全长 12 英尺的燃料棒。

SiGA 包层包含固体燃料和运行过程中产生的任何气体，并采用一种新型密封技术，能够承受远超轻水反应堆条件的压力。为了使 SiGA 包层成为现实，GA-EMS 将继续扩大其制造技术，并进一步分析辐照前后的 SiGA。正在使用研究反应堆、商用反应堆以及建模和模拟来加速燃料鉴定方法。GA-EMS 认为，SiGA 包层可在本十年末得到验证，并在 2030 年初实现商业化。GA-EMS 还在开发 SiGA 的国内制造能力。

通过事故容错燃料计划，美国最大的三家核供应商正在与能源部合作开发其他事故容错燃料概念。能源部表示，这些新燃料和包壳混合物可以帮助提高当今反应堆的整体经济性和性能，并延长事故情况下高温下的响应时间。