《DOE资助6400万美元用于先进核能技术研究》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2018-10-09
  • 6月18日,美国能源部(DOE)宣布资助6400万美元用于支持国家实验室、高校和企业联合开展核能基础研究、交叉技术开发和基础设施领域的创新核能技术研发项目 ,资助将通过核能大学计划、核科学用户设施计划和核能使能技术计划为核能相关研究提供支持,具体内容如下:

    1、核能大学计划

    资助5200万美元用于核能大学计划(NEUP),以支持29个州63个大学主导的核能研发项目,涉及4个技术主题领域:

    (1)核燃料循环研究

    - 开发和评估一套工具,用以修复和缓解不锈钢干燥的核燃料存储罐上氯化物引起的点腐蚀和应力腐蚀;

    - 研究冷喷涂对不锈钢干燥储存罐中由氯化物引起的应力腐蚀裂纹(SCC)和凹坑的修复和缓解作用;

    - 研究和开发有激光辅助冷喷涂、激光冲击强化(LSP)和超声波纳米表面改性的添加剂摩擦搅拌加工技术,以降低焊接/修复引起的拉伸应变,增强对氯化物引起的应力腐蚀裂纹(SCC)的抗性,并延长奥氏体不锈钢废核燃料储存罐的使用寿命。

    - 利用液态金属电极(如Bi、Sn电极)选择性地将稀土元素从裂变产物中分离出来,从而实现稀土元素的回收;

    - 研究镀银多孔固体材料吸附技术,评估其去除核燃料后处理厂溶解废气中放射性碘的性能;

    - 高放射性核废料硼硅酸盐玻璃固化体结构与化学稳定性研究;

    - 用于轻水堆水热腐蚀保护的碳化硅复合材料先进涂层和表面改性技术;

    - 高温化学再处理法回收辐照MOX燃料中的锕系元素工艺研究。

    (2)核能基础研究

    - 对现有的反应堆试验和运行数据进行计算机仿真分析,同时对反应堆运行的瞬态温度进行监测,以评估反应堆反应速率的潜在影响因素;

    - 对由中子驱动的先进核能反应堆(如气冷堆、熔盐堆等)的热能散射数据进行采集和评估;

    - 将Modelica公司开发的新型热能储存(TES)模型与正在进行的核能-可再生能源混合能源系统(NRHES)建模工作相结合,以对比新混合能源系统与单纯的核能基荷电力优劣势,评估新型混合能源系统的经济潜力;

    - 通过计算机仿真和实验相结合,开发和示范集成化学热泵的轻水堆和小型模块化反应堆混合系统性能;

    - 开发一个全新的软件工具包,用于核电厂的数字化和控制系统建模,以模拟研究核电厂的控制系统受到网络攻击产生的影响,以更好地应对网络攻击。

    (3)先进核能建模与仿真(NEAMS)

    - 通过实验数据和第一性原理模拟来验证核能模拟系统RELAP-7的合理性和完整性;

    - 通过先进的核能建模和仿真工具(如PROTEUS,Nek5000和BISON)应用,来改进核电站运行的安全性和性能;

    - 开发高准确度低成本的低阶模型,来提升液态金属反应堆系统模拟分析准确度和降低分析成本;

    - 开发增强型的MARMOT燃料微观结构演化模型,研究燃料物理性质变化与特定辐照诱发微观结构发生变化产生的特征。

    (4)反应堆概念原型的研发和示范

    - 为氟盐冷却的高温反应堆开发低铬含量合金,并对其进行基本的腐蚀测试;

    - 开发一种高性能的连续能量传输瞬态计算工具,以更好地模拟分析氟盐冷却高温反应堆瞬态行为;

    - 利用中子散射和X射线研究熔盐堆中熔融盐的分子结构和动力学行为;

    - 评估轻水反应堆(LWRs)中采用实用耐事故燃料(ATFs)经济效益;

    - 研究碳化硅和石墨材料在氧气和/或湿气中的氧化行为,准确测量氧化的动力学参数,挖掘与微结构相关的氧化机理,以确定辐照对氧化行为影响;

    - 采用耐事故燃料(ATF)和反应堆堆芯隔离冷却(RCIC)系统,提高沸水反应堆被动安全性;

    - 利用同步加速器、拉曼光谱等仪器来原位研究特定温度下氯化物燃料盐(NaCl、ZrCl等)相结构变化;

    - 针对熔盐堆开发耐高温耐腐蚀的反应堆涂层材料。

    2、核科学用户设施计划

    资助660万美元用于2个大学和1个企业主导的项目,旨在利用核科学用户设施(NSUF)能力来调研重要的核燃料和材料应用,主要研究内容包括:制造非侵入式和空间分辨的传感器;动力学和微结构硬化建模、多功能光纤传感器和增材制造学科的融合基础、试验中子和离子辐射测试、核设施材料辐照后检测、同步辐射高性能新型强光源设计开发,以及通过NSUF设计和分析实验的技术援助。

    3、核能使能技术计划

    通过核能使能技术(NEET)计划资助近500万美元用于由能源部国家实验室、工业部门和大学领导的5个交叉研究项目,以共同研究以解决交叉的核能挑战,主要研究内容包括:开发和演示一种新型脉冲热断层成像技术,用于无损检测3D打印制造的核反应堆部件材料;开展一套用于传感器分配和校准的数据分析方法,以解决如何在核设施中分配传感器组的问题;整合先进的传感器和数据科学的分析技术,推动核电站的在线监测和预测性维护,并提升核电厂的性能;利用两座大学研究堆构建和测试基于光纤的伽马温度计(OFBGT),并开发相应的方法来处理由OFBGT产生的数据;集成可溶性载体、拓扑优化和微结构设计等方法,以大幅降低激光粉末床融合的3D打印制造的核电站关键组件的生产和后处理成本。

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    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-03-01
    • 11月13日,美国能源部(DOE)宣布投入1800万美元用于支持先进核能技术研发 ,旨在整合联邦政府研究机构、大学与相关企业研究力量,加速新型反应堆系统概念设计和先进核能技术的研究突破,推进美国核电产业发展,提高核电技术的经济效益和安全性。本次资金将通过四种途径进行资助,包括:(1)核能首堆示范预备项目(FOAK),针对存在重大技术和许可证审批风险且到21世纪20年代中后期可能部署的核电厂,进行先进反应堆设计开发和先进技术升级;(2)早期先进反应堆开发项目,提出最能促进先进反应堆设计和技术发展以及商业化的概念和想法;(3)监管支持资助,为解决设计监管问题、监管审查许可证审批的专题报告或论文,以及为了获得先进反应堆设计和能力的认证和许可批准的其他工作提供直接支持。(4)“加速核能创新门户”(GAIN)资金援助。具体内容参见表1。 表1 先进核能技术研发项目具体内容 资助途径 项目描述 资助金额/ 万美元 核能首堆示范预备项目 小型模块化反应堆(SMR)被动安全系统性能集成/单独效果测试程序(第一阶段):开发一套可配置测试平台以测试SMR被动安全系统性能,加速SMR-160及其他SMR的商业化和获取美国核监管委员会(NRC)及国际监管机构许可 162 先进反应堆开发项目 •核设施电缆老化验收标准:制定机械、电气、热和化学状态监测测试验收标准用于电缆老化验收 •Exelon公司沸水反应堆(BWR)建模分析,以预测特征值和热限制:通过反应堆建模工具Virtual Environment for Reactor Applications(VERA)进一步了解Exelon公司的15个BWR堆芯行为,改进BWR堆芯性能(包括反应性和热裕量)预测以降低循环产能和燃料成本 •模块化室内电子束焊接:通过模块化室内电子束焊生产大型厚截面组件 •风险维护自动化平台:开发和运行风险维护自动化试点平台,显著降低核电站运营核维护成本 1430 监管支持资助 美国陆地能源公司-美国核监管委员会(TEUSA-USNRC)一体化熔盐反应堆(IMSR)的预审核 50 GAIN •用于铅基快堆的氧化铝成型奥氏体不锈钢的开发和测试:以解决铅基快堆的关键问题(高温下液体铅的腐蚀性);优化氧化铝成型奥氏体不锈钢用于铅基快堆关键部件材料,如燃料棒包层、热交换器、反应堆内部构件和反应堆容器,ORNL将进行液体铅测试 •评估Elysium公司熔盐快堆的燃料循环技术可行性,主要涉及闭式燃料循环和消除轻水堆废料的相关创新概念研究,包括50年以上无需净化或在不去除锕系元素情况下进行在线净化 •在核试验台上评估NexDefense公司现有核网络安全软件,为商业应用做准备 •在沸水堆和小规模压水堆燃料设计中采用浓缩钆,评估其等离子体分离工艺相关技术和设计改进,以用于钆-157商业浓缩的等离子体分离工艺设备 •进行混合能源系统设计和分析,用核电热电联产取代现有田纳西州金斯波特的电力设施 215
  • 《DOE投入4930万美元支持先进核能技术开发》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-09-18
    • 6月27日,美国能源部(DOE)宣布在“核能大学计划”(NEUP)、“核科学用户设施”(NSUF)计划和交叉领域研究计划框架下资助4930万美元 ,向美国25个州的58个先进核能技术项目提供资助,旨在推进核能技术的发展,用于未来清洁、可靠的电力系统。详细内容如下: 一、核能大学计划 1、核燃料循环研究和开发。DOE将资助750万美元支持10个研究项目,主要包括:镎和锆在先进核燃料分离过程中的形态和行为;捕获放射性有机碘的金属功能化膜;基于远程激光的事故容错型核燃料包层辐照后监测的无损评估;辐射引起先进核燃料的膨胀研究;纳米/显微压痕对先进核反应堆结构合金蠕变行为的高通量评估;中子辐照后的复合合金的蠕变测试仪;利用爱达荷国家实验室的瞬态反应堆试验设施(TREAT)测量辐照金属燃料的导热性能;中子辐照对锆(锆合金)与铬之间元素扩散行为的影响研究,以精确预测事故容错型核燃料寿命;熔盐反应堆核材料核算方法的建模与不确定性分析;大气环境中焊接不锈钢干燥储存罐的点蚀和应力腐蚀开裂的模型开发和实验验证。 2、评估、预测及控制等。DOE将资助400万美元支持7个研究项目,主要包括:先进反应堆中子热化积分基准的开发和评估;改进铅同位素核数据评估以支持下一代铅冷快堆;开发后分层分析模型促进新型核技术的选址匹配;开发网络攻击监测平台用于监控数字仪器和控制系统;核能混合能源系统的负荷预测软件推广;开发多时间尺度核能-可再生能源混合能源系统运营框架;通过积分基准实验结果评估核数据并提高建模和模拟工具的预测准确性。 3、反应堆概念研究、开发与示范。DOE将资助400万美元支持7个研究项目,主要包括:用于熔盐反应堆的镍基氧化物弥散强化合金;多尺度工具增强混凝土的矿物学表征;大区域全景拼接成像技术用于核反应堆环境模拟,以评估辐照后混凝土物理性质和化学耐久性变化;焊接辐照金属中氦气泡生长模型的仿真和实验验证;高温气冷堆专用的电抗器半自主无源控制系统的评估;利用石墨指数堆示范反应堆自主控制框架;利用激光粉末床熔融增材制造方法生产抗辐射通道/孔嵌入结构,用于极小模块化反应堆热交换器;基于机器学习的熔盐热力学、结构和动力学计算研究及实验验证;基于实验室和同步加速器结合预测模型,确定熔盐电解质的结构和形态;液态金属冷却快堆仪表技术开发;铅和铅-铋共晶的同步腐蚀/辐照测试;高温气冷堆建筑对主冷却剂边界破裂响应的研究;氟盐冷却高温堆卵石形燃料储存和处理;燃料盐采样和浓缩系统开发;熔融氯盐流动循环中316不锈钢的腐蚀和侵蚀的原位分析与量化;新型熔盐反应堆机械过滤器的设计研究;数字仪表与控制的故障触发设计评估方法;核反应堆设备和部件的自主或半自主破坏监测工具;开发综合概率风险评估决策算法和计算平台,为部署新型核技术制定安全且具有成本效益的决策;经济风险指引维护和资产管理;铅冷快堆用液态金属测试设备;通过微加工和显微镜拉伸测试表征三结构同向性型(TRISO)包覆颗粒和界面强度;高温气冷堆管道破裂后反应腔中氦气与空气的混合测试。 4、科学基础设施改进。DOE将资助135万美元支持5个项目,主要关注:NuScale小型模块化反应堆模拟器;高熵合金的高通量材料表征和辐照研究设施;高空间分辨率光致发光和拉曼光谱分析及成像系统。 5、反应堆升级。DOE将资助33万美元支持2个项目:更换俄亥俄州立大学反应堆控制棒驱动系统;里德学院反应堆基础设施升级。 二、核科学用户设施 该计划框架下,DOE将支持6个核燃料和材料应用项目。其中,2个大学主导项目和1个国家实验室主导项目将获得共计150万美元资助,重点关注:将蓝宝石光纤用于高温辐射环境分布式温度测量的测试和表征;用于先进核反应堆的激光光谱传感器光学元件辐射损伤对其性能的影响;电子束焊接粉末冶金-热等静压压力容器用钢的辐照研究。另外3个产业界主导项目(未公布资助金额)将进行如下研究:商业压水堆围板螺栓(中子辐照347型钢)的辐照促进应力腐蚀开裂研究;Nuscale电力公司小型模块化反应堆材料辐照和测试;高通量同位素反应堆微型燃料胶囊碳氧化铀(UCO)和二氧化铀(UO2)芯核的TRISO燃料颗粒的高功率辐照测试。上述6个项目还将获得超过1000万美元的设施接入资金支持,其中有2个项目将另外获得300万美元的资金支持。 三、交叉领域研究计划 该计划框架下为5个项目资助共450万美元,开展使能技术研究,主要包括:用于经济型核反应堆91级钢组件的激光增材制造;先进核反应堆风险指引自主运行设计;集成在线监控和诊断进行成本效益分析;声光智能多模态传感器用于先进反应堆监测和控制;现场工作人员的实时安全信息显示。