先進核燃料的發展與創新

(中廣核研究院，廣東 深圳 518031)

為了確保核燃料的安全,世界有關國家除了不斷優化整個核電站安全系統的設計外,也從加強核燃料本身的安全特性出發,不斷探索,不斷研究各種新設計、新材料、新工藝。經過多年的努力,壓水堆核燃料技術得到了很大的發展,平均卸料燃耗限值從24 GWd/t提高到57 GWd/t以上,燃料棒破損率已從20世紀70年代10-4水平到目前的10-6水平,循環長度從12個月提升至18個月以上,能力因子也從70年代的63%提高到目前的90%以上。福島核事故后燃料安全性要求不斷升級,各國積極開發各種性能更優、安全性更高的新型燃料,并提出了ATF燃料的概念,可以預見核燃料技術的發展將不斷推動核安全水平進一步提升。

1 當前商用壓水堆核燃料技術發展趨勢

1.1 包殼材料

高燃耗下的靈活運行需求對燃料棒包殼提出了更為苛刻的要求,是最新研究發現的新現象,比如實驗發現原LOCA準則在高燃耗下不夠保守,需要更嚴格考察高燃耗下包殼的塑性行為,為此,世界核電大國紛紛展開適用于高燃耗需求下的新型鋯合金研制。

合金成分多元化與成分微調及工藝優化相結合,不斷提升高燃耗下鋯合金的綜合性能是今后一段時間核燃料包殼的發展趨勢。

美國西屋在優化ZIRLO合金的基礎上,通過進一步降低Sn含量,調整與降低Nb含量,并通過合金成分多元化,添加Fe、Cu、V等合金元素,并配合進行相應的工藝優化,將AXIOM合金加工成具有部分再結晶態或者完全再結晶退火態來不斷提升新型鋯合金的綜合性能,使其關鍵的耐腐蝕及抗氫化性能得到了較大幅度的提升。……