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《美国核燃料公司完成富集铀锆合金试样制造，用于开发下一代核燃料》

  • 来源专题：先进材料
  • 编译者： 李丹
  • 发布时间：2025-08-12

  • 转自全球技术地图

    据小堆观察8月5日消息，美国核燃料技术公司Lightbridge已成功采用富集铀锆合金制造出试样，这是该公司开发新一代Lightbridge燃料的关键一步。在制造过程中，Lightbridge公司使用了专有的制造方法，该方法之前在美国爱达荷国家实验室（INL）进行过示范。富集试样将被放入胶囊中，并在INL的先进试验反应堆（ATR）进行辐照试验。据悉，Lightbridge燃料采用螺旋多叶燃料棒，增加了燃料的表面积，同时减少了燃料棒中产生的热量到达水的距离，提高了燃料的冷却能力，从而提高反应堆的安全性、经济性和防扩散能力。

  • 原文来源：https://mp.weixin.qq.com/s/4BDZ7oecgO5ljL4mrpFyVg
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  • 《美国公司推进下一代先进核燃料技术发展》
    • 来源专题：能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2022-01-15
    • Centrus能源公司（核燃料供应商）和清洁堆芯钍能源公司（新型创新核燃料设计公司）根据上一年早些时候签署的谅解备忘录开始合作，以推广先进核燃料。 1、ANEEL的重要意义 最近，Centrus总裁兼CEO丹尼尔·波尼曼（Daniel B.Poneman）祝贺清洁堆芯公司（Clean Core）和德克萨斯A&M公司成功制造新一代核燃料的第一批样品芯块。 这种将钍（Th）与高含量、低浓缩铀（HALEU）结合在一起的燃料，被称为浓缩生命级先进核能（ANEEL）。 这批芯块的关键部件——HALEU——将由Centrus生产，对于美国来说，这一点至关重要，因为美国还没有商业供应的HALEU。 核工业一直专注于新的反应堆设计，以解决气候变化、可再生能源、用可靠的基本负荷替代品取代化石燃料等各种问题，而HALEU对这些反应堆的运行至关重要。 （来源：微信公众号“嘿嘿能源heypower”ID：heiheinengyuan 作者：heypower） 2、零碳能源的潜在选择 这种新反应堆和新燃料无论是对于美国还是世界，都具有重要意义。就在昨天，美国能源部发布了一份新闻稿，介绍了其制定的一项新的计划，该计划将确保美国高含量低浓缩铀燃料的供应。 HALEU可用性计划的建立，对于先进反应堆的示范和商业部署至关重要，目前已包括两个示范项目，该项目将通过两党基础设施法获得25亿美元的资金，以帮助支持国家的气候、国家安全和创造就业目标。 参议院能源和自然资源委员会主席、美国参议员乔·曼钦（Joe Manchin）说：“我很高兴能源部正在推进这一计划，美国国内将开始供应高含量低浓缩铀。”“长期以来，我一直支持将先进核技术商业化，将其作为零排放能源的基本负荷能源，并致力于资助《2020年能源法》授权的先进核燃料计划，以防止依赖俄罗斯或其他外国供应商为下一代核电提供燃料。” 先进的HALEU-钍ANEEL燃料尤其适用于现有和新的CANDU堆和其他加压重水反应堆（PHWR）。ANEEL可以将CANDU/PHWR中产生的废物量减少80%以上，最大限度地降低废物管理成本和安全问题，同时提供防扩散效益。 清洁堆芯公司CEO迈胡尔·沙阿（Mehul Shah）表示：“与Centrus能源公司合作推广我们的ANEEL先进核燃料，将有助于为需要的新兴国家带来清洁、可靠的电力。”“我们使用钍和HALEU的创新技术为CANDU/PHWR型核电厂节约了大量成本、同时对于安全和防扩散方面也有重要意义。” 3、梦幻组合 ANEEL是Th和HALEU的梦幻组合，其U-238远低于普通燃料——低20%，而轻水堆（LWR）中使用的U-238超过94%。HALEU本身的U-235含量在5%至20%之间。大部分燃料是Th基质，HALEU中的U-235作为裂变驱动，为持续裂变提供足够的中子。 Th-232捕获一个中子并转换成U-233，U-233也可裂变，并开始提供更多中子和更多能量。同时，U-238捕捉到一个中子，转化成钚-239，钚-239也会裂变，几乎和它产生的速度一样快。 随着所有这些裂变的进行，ANEEL燃料的燃耗率很高，用同样数量的燃料在反应堆中提供更多的能量。 事实上，ANEEL的燃耗率超过50 GWd/t，远远超过目前CANDU/PHWR天然铀燃料的7 GWd/t，因此反应堆在其使用寿命内只需要约七分之一的燃料，在运行、燃料和废物管理成本方面实现了显著效益提升。 ANEEL燃料在其整个生命周期内都具有防扩散的设计，因为更高的燃耗率会导致Pu快速深度燃烧。这也增加了生成燃料的钚-240和钚-242的数量——核武器中不受控制连锁反应的中子毒物。 因此，ANEEL乏燃料很难制成核武器。 最后，CANDU/PHWR使用天然铀也存在一个问题，因为它们反应过程中存在正冷却剂空隙反应（CVR），影响反应堆的安全。但使用ANEEL燃料会降低CVR，从而在产生更多能量的同时提高安全性。 4、不断深入商业化进程 根据世界核协会的数据，全世界在运CANDU/PHWR有48个，总发电能力为2400万千瓦。最大的反应堆群在加拿大，19个CANDU PHWR（容量近1400万千瓦）提供了该国15%的电力。 由于这些反应堆目前使用的是未浓缩的天然铀，因此它们也可能是Centrus以及清洁堆芯钍能源公司的潜在市场。 波尼曼说：“生产第一颗ANEEL试验芯块是开发这种新型先进核燃料的重要一步。随着大量PHWR反应堆已经在加拿大和其他地方运行，ANEEL可以在未来几年加速并扩大对HALEU的早期需求。”“我们重视与清洁堆芯公司的合作关系，以支持ANEEL的商业化，并期待有机会成为其长期HALEU供应商。” 清洁堆芯公司计划在2024年底前将燃料商业化。德克萨斯A&M大学核工程和科学中心在INL的质量要求和监督下成功制造了ANEEL燃料样品。 根据今年早些时候签署的谅解备忘录，清洁堆芯公司和Centrus正与其他PHWR合作，在世界各地的CANDU反应堆中推广使用ANEEL先进核燃料。 虽然德克萨斯A&M公司正在制造的初始试验芯块使用INL（爱达荷州国家实验室）提供的少量HALEU，但清洁堆芯钍能源公司计划使用Centrus公司的HALEU进行ANEEL燃料的商业规模生产。 根据2019年与美国能源部签署的一份为期三年的合同，Centrus正在俄亥俄州皮克顿建造第一条NRC许可的HALEU生产线。 到目前为止，Centrus已经完成了每一个合同里程碑，并将继续根据合同开展工作。
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  • 《我国新型核燃料研发获重大进展》
    • 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：2019-02-18
    • 中广核自主研发设计的S2F PI-A型事故容错燃料小棒顺利载入研究堆，正式开始辐照考验工作，这是我国首次实现ATF燃料堆内辐照。下一阶段，中广核将争取早日实现ATF燃料工程化应用，推动核能技术持续变革。　　 作为各国争夺核能技术话语权的关键环节，新型核燃料研发已进入竞跑模式。　　 近日，在西屋电气公司宣布获得美国能源部提供的9360万美元资金，用于事故容错燃料（以下简称ATF）计划—Encore燃料研发后不久，中广核自主研发设计的S2F PI-A型事故容错燃料小棒载入研究堆，正式开始辐照考验工作，这是中国首次实现ATF燃料堆内辐照。据了解，通过研究堆辐照试验，中方研究人员将获得ATF燃料在堆内辐照的宝贵数据，也将为后期计算建模和先导棒入堆工作提供有力支撑，具有重要价值。　　 事故容错燃料旨在优化传统的核燃料体系，进一步提高核燃料在正常工况下的经济性以及在严重事故工况下的安全性，是核能发展60年以来的重大变革，堪称目前国际核燃料技术研发的风向标。　 中广核研究院副总经理郝志坚透露，中广核于2013年率先在国内启动ATF研发工作。“中广核已完成了ATF概念设计、性能分析程序开发、候选材料工艺探索和样品试制等工作。”此外，依托深圳市ATF工程实验室，中广核建成了国内首个ATF堆外试验综合平台及4个联合试验室/研发中心。“下一阶段，中广核将争取早日实现ATF燃料的工程化应用，推动核能技术的持续变革。”　　 中核集团董事长、党组书记余剑锋去年11月曾公开表示，该集团在MOX燃料元件、环形燃料元件、耐事故燃料元件等新型燃料元件技术研发领域也取得重大进展。2018年11月20日，由中核集团自主研制、拥有自主知识产权的我国首套全尺寸压水堆环形燃料组件试验件成功下线。　　 公开信息显示，随着核电多路线、规模化发展，我国近年来进行了一系列新型核燃料相关研发的实践。据核燃料领域专家、中国工程院院士李冠兴此前介绍，国内首条AP1000核电燃料元件生产线已于2017年12月22日圆满完成三门核电站首炉换料燃料组件生产，并已与国核宝钛签订了为海阳核电站后续换料采用国产Zirlo锆合金包壳等锆材的合同。“这一点与从其他国家引进核燃料技术不同，AP1000核电燃料元件技术引进的同时，也引进锆合金的全套生产线。这标志着我国已掌握法国、俄罗斯、加拿大与美国的核电燃料元件生产技术。”　　 李冠兴表示，从1991年中国引进法国AFA2G核燃料元件制造技术开始，至2007年引进俄罗斯VVER核燃料元件制造技术和美国西屋AP1000核燃料元件制造技术，虽然我国核燃料元件制造技术已达到国际先进水平，但目前燃料元件的辐照和辐照后的检测领域仍然是明显短板。他还指出，核燃料产业要实现“走出去”，要搞好顶层设计。“由于核燃料元件研发周期长，资金投入大，更应加强统筹。如辐照与辐照后的检测、耐事故燃料元件研发、材料基因组计划等领域，减少不必要的重复投入，以便加快推进速度，争取在国际上取得更多的话语权。”　　 美国麻省理工学院日前发布的跨学科研究报告《核能在限碳排世界中的未来》指出，安全成本的不断增加，使经济性受到了挑战，成为其发挥脱碳作用的主要障碍。据资料显示，目前核电的成本中，建造成本占60%-80%，运维成本占15%-20%，燃料成本占5%-15%。　　 对于系统冗余和成本增加的问题，业内人士表示，可将不断叠加的外部防御转移到反应堆内部，让燃料变得更安全，减少相应的外部防御，核电站的建造成本降低。因此，全世界对于事故容错燃料的探索加快了脚步。　　 据了解，西屋电气公司Encore 燃料计划旨在加强燃料安全性能和经济优势的研发。该公司将提供高密度的adopt芯块, 以提高燃料的经济性。第二阶段将推出碳化硅包壳和高密度硅化铀芯块, 从而提高燃料的安全性和经济性。而且，该公司将与General Atomics、美国国家实验室和大学开展合作，计划于2022年将碳化硅包壳置于商业反应堆中进行辐照。同时该笔资金也将用于首个装有Encore燃料先导测试棒的测试，目前计划将于今年春季在Exelon Generation的拜伦2号机组实施。　　 此外，法国Orano（原阿海珐）也在进行新型核燃料的研发，主要包括ATRIUMTM11先进沸水堆燃料，以及GAIA和HTPTM压水堆燃料。该公司曾透露，从2020年将开始向4个不同的核电设施供应ATRIUMTM11以及GAIA和HTPTM。
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