美企將在橡樹嶺建設(shè)FCM燃料中試廠

【本刊2022年4月綜合報(bào)道】美國超安全核公司（USNC）2022年3月初宣布決定在田納西州橡樹嶺（Oak Ridge）建設(shè)一座全陶瓷微封裝（FCM）燃料中試廠，且該廠未來將使用3D打印技術(shù)制造燃料部件。

將在橡樹嶺建設(shè)燃料中試廠

該中試廠將位于橡樹嶺東田納西技術(shù)園區(qū)（ETTP）。該園區(qū)以前是“曼哈頓計(jì)劃”K-25鈾濃縮氣體擴(kuò)散廠廠址，毗鄰橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）和Y-12國家安全綜合體。如果能順利獲得相關(guān)方的許可，該廠將于2022年夏投運(yùn)，啟動(dòng)FCM燃料制造。

使用3D打印機(jī)制造核燃料部件

超安全核公司已從桌面金屬公司（Desktop Metal）采購兩臺(tái)3D打印機(jī)，用于制造FCM燃料的核級(jí)碳化硅部件。這兩臺(tái)打印機(jī)采用粘合劑噴射技術(shù)：將粘合劑噴射到粉末顆粒（如金屬或陶瓷）表面，一次噴涂薄薄一層，無需傳統(tǒng)陶瓷加工工藝需要使用的工具。此外，與在沉積過程中依賴高溫熔化金屬顆粒以使其相連的3D打印技術(shù)相比，粘合劑噴射的整個(gè)過程均在低溫下進(jìn)行。對(duì)于高熔點(diǎn)的碳化硅，這是一個(gè)重要考慮因素。

今年早些時(shí)候，超安全核公司批準(zhǔn)將一種3D打印工藝用于燃料制造。這種工藝將粘合劑噴射技術(shù)和橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的化學(xué)蒸汽滲透技術(shù)結(jié)合在一起，用于制造耐火陶瓷碳化物。

FCM燃料

FCM 燃料是新一代三元結(jié)構(gòu)各向同性（TRISO）燃料設(shè)計(jì)，使用具有耐高溫、耐輻照等特性的碳化硅取代傳統(tǒng)TRISO的石墨基體。碳化硅基體可為燃料顆粒提供一道致密的氣密屏障，即使燃料顆粒在運(yùn)行過程中發(fā)生破裂，也能防止裂變產(chǎn)物逸出。這一基體改善了燃料顆粒的結(jié)構(gòu)和封閉特性，能夠永久性捕集和封閉裂變產(chǎn)物，并在正常運(yùn)行期間和事故工況下實(shí)現(xiàn)裂變產(chǎn)物全面包封。FCM燃料具有更高的導(dǎo)熱性，燃料芯塊擁有更平坦的溫度分布曲線，使堆芯功率分布更加平穩(wěn)。

FCM燃料將首先用于超安全核公司正在研發(fā)的模塊化小堆MMR。這是一種熱功率1.5萬千瓦、電功率5000千瓦的小型高溫氣冷堆，可連續(xù)運(yùn)行20年不用換料；堆芯具有低功率密度和高熱容量等特點(diǎn)。

超安全核公司和加拿大安大略電力公司（ONR）的合資企業(yè)全球第一電力公司（GFP）已于2019年3月向加拿大核安全委員會(huì)（CNSC）提交在喬克河（Chalk River）建設(shè)MMR 的許可證申請(qǐng)，計(jì)劃于2026年建成首堆。這是核安委收到的首份小堆許可證申請(qǐng)。加拿大核實(shí)驗(yàn)室（CNL）與超安全核公司還研究在喬克河建設(shè)MMR燃料制造廠的可行性。加拿大核實(shí)驗(yàn)室2021 年4 月宣布，已制造出首批FCM燃料芯塊。這是加拿大首次制造TRISO燃料。