俄羅斯國家核電公司Rosatom的核燃料子公司TVEL正在研究關閉核燃料循環(huán)的“雙組分”方法，以及VVER裝置的事故耐受燃料(ATF)和燃料創(chuàng)新。
TVEL的科學，技術和質(zhì)量高級副總裁Konstantin Vergazov 在接受世界核新聞專訪時解釋了這些領域的進展。Vergazov 于近日在俄羅斯索契舉行的XI國際論壇Atomexpo 2019期間與WNN進行了交談。
MOX和REMIX
去年，Rosatom采用了基于快中子反應堆和熱中子反應堆的100年戰(zhàn)略。為此，TVEL正在開發(fā)混合氧化物(MOX)燃料和REMIX燃料，兩者都使用回收鈾和钚。這是雙組分方法。
“我們非常積極地參與其中，現(xiàn)在它是成本密集型的??，”Vergazov說。“這只是第一階段，但在未來，一旦我們將钚和再生鈾納入燃料循環(huán)，那么電力生產(chǎn)的燃料成本將會降低。”
Rosatom計劃首先推出商用快中子反應堆。“沒有其他國家目前有這種技術在運作，”韋爾加佐夫說。“在Seversk的Siberian Chemical Combine [SCC]工廠，我們正在建造一個示范中心，一個反應堆裝置，一個回收廢舊核燃料的設施和一個用于制造快堆的核燃料的車間。研發(fā)投資項目，一旦我們獲得了結果，我們將把它們應用于全球核電市場，但我們將首先在俄羅斯開始。“
他說，該網(wǎng)站“處于高度準備階段”。“該燃料制造設施的所有必要設備已經(jīng)購買并交付給現(xiàn)場。下一階段將是建造快中子反應堆BREST-OD-300。”
BREST-OD-300鉛冷快中子反應堆是Rosatom的Proryv(突破)項目的一部分，該項目旨在實現(xiàn)封閉的核燃料循環(huán)。最終目標是消除核能發(fā)電產(chǎn)生的放射性廢物。突破項目包括一個燃料生產(chǎn)/再制造模塊，用于生產(chǎn)快堆的致密鈾钚(氮化物)燃料; 一座帶有BREST反應堆的核電廠; 和用過的燃料再處理模塊。
去年12月，TVEL開始批量生產(chǎn)用于BN-800快中子反應堆的MOX燃料組件 - 作為斯維爾德洛夫斯克地區(qū)Beloyarsk核電站的4號機組 - 于2016年10月投入商業(yè)運營.789 MWe機組的容量超過世界上第二大強大的快堆 - 560 MWe BN-600 Beloyarsk 3。
“但這是長途旅行的第一步，”韋爾加佐夫說。“建立商用快堆在全球核工業(yè)中是獨一無二的，為MOX燃料的批量生產(chǎn)建立一個新的車間意味著一定的投資。但是，由于我們的戰(zhàn)略看待未來50到100年，我們準備投資今天為了在未來取得成果。該戰(zhàn)略的基礎是節(jié)省核燃料成本，因為通過在核燃料循環(huán)中加入钚和再循環(huán)鈾，我們可以節(jié)省原材料并提高經(jīng)濟效率。我們還將對核廢料進行再加工來自熱中子反應堆 - 來自VVER裝置 - 為快中子反應堆提供燃料。“
當被問及vibropacked MOX是否仍被視為前進的方向，或者未來的生產(chǎn)是否可能是傳統(tǒng)的燒結MOX時，Vergazov說：“我們采取兩種方法并且不僅限于一種方法。” 他補充說：“雖然振動燃料在制造過程中存在一定的困難，但我們?nèi)匀徽J為這個方向是一個突出的方向。這種制造方法在技術上比用二氧化鈾制成的傳統(tǒng)陶瓷燃料芯塊更復雜。如果我們談論的話所謂的MNUP燃料 - 混合氮化鈾 - 钚燃料 - 然后這涉及硝酸鹽技術。我們已經(jīng)制造了許多這樣的燃料樣品，目前裝載在BN-600快堆中，我們也完成了可行性研究進入反應堆核心開采的安全性和可靠性。“
他說，TVEL位于Seversk的工廠正在開發(fā)MNUP燃料，但有一天它可能會產(chǎn)生MOX燃料。
2016年6月，在監(jiān)管機構Rostechnadzor頒發(fā)許可后，Rosatom將三個實驗性REMIX燃料組件裝載到薩拉托夫地區(qū)Balakovo核電站的VVER-1000動力裝置3中。
“這一切都很順利，”Vergazov說，“我們今年決定延長到第三個周期，每個周期為18個月。”
他補充說，TVEL仍然在Dimitrovgrad國家原子反應堆研究所的MIR研究反應堆中延長REMIX(來自再生混合物)燃料的輻照。“我們正在對此進行非常詳細的研究，項目尚未結束，但一旦我們將提供有關結果的官方信息。這對我們來說是一種全新的體驗，我們目前正在研究初步結果。 “
在報告目標日期為2027年的BN-1200反應堆的計劃中，Vergazov說：“在短期內(nèi)，我們將在Seversk的現(xiàn)場研究這個想法，我們正在建造示范中心和能源綜合體，但目前還沒有任何關于建造反應堆裝置的正式?jīng)Q定，也沒有任何正式的投資。在我們100年展望的戰(zhàn)略中，我們?nèi)匀挥袃煞N選擇來開發(fā)快中子反應堆技術，我們是否會有鈉或鉛冷卻劑。“
當被問及什么時候REMIX可以在市場上買到時，Vergazov說TVEL已經(jīng)完成了在熱單元的反應堆堆芯中使用混合鈾 - 钚燃料的所有必要研究，而不僅僅是快中子反應堆。“我們在巴拉科沃核電廠進行了輻射測試，以證明這些研究的結果，但我們應該明白，核燃料循環(huán)中的钚將對整個燃料循環(huán)產(chǎn)生影響，包括后端。這似乎很有吸引力使用再生鈾和钚，但在回收和儲存方面，這將需要不同的方法來處理鈾和钚核廢料和廢燃料。
“因此，我們尚未就REMIX燃料的生產(chǎn)做出最終決定。我們正處于研發(fā)工作的過程中。我們并不急于計劃REMIX的商業(yè)化。首先，我們想用俄語測試我們的想法 - 在俄羅斯設計的反應堆是因為為了將任何技術創(chuàng)新商業(yè)化，您需要能夠向客戶證明它是可操作的。并且钚跨境運輸也是一個需要解決的問題。不是這樣的這是不可能做到的，但這是一個需要特殊方法的微妙問題。“
他說，只要他們是“不擴散條約”的簽署國，其他國家有朝一日可以將這項技術與自己的钚一起使用。
他說，該技術可以在標準壓水反應堆中不加修改地使用，但首先我們必須在俄羅斯的研究和輻照和輻照后測試中非常準確和精確，并首先在我們的國內(nèi)市場進行測試。為了向國外客戶提供這項技術，我們必須首先提出100%的強大體驗。“
Vergazov說，中國決定建造一個快中子反應堆 - CFR 600，并希望這項技術源于中國，并補充說TVEL將為此制造燃料。“這種燃料目前正在開發(fā)中，一旦開發(fā)出TVEL將在Elektrostal的機械制造廠開始制造，”他說。“對于我們的中國合作伙伴來說，這是一次全新的體驗，我們祝愿他們?nèi)〉贸晒Α＿@意味著我們的快速反應堆戰(zhàn)略不僅適用于俄羅斯，也適用于全球。對于整個全球行業(yè)而言，中國項目將是一個很好的參考點證明了這種策略的有效性。“
容易燃燒的燃料
TVEL正同時為ATF制定四種方案，所有這些方案都在Dimitrovgrad的MIR反應堆進行輻照。Vergazov說，“最具革命性的”解決方案是非鋯包層。
四個是兩個用于包層 - 涂覆在鋯包層上; 和非鋯包層(鉻鎳合金) - 和兩個用于燃料基質(zhì) - 經(jīng)典二氧化鈾; 和鈾和鉬合金。Vergazov說，另一種可能的選擇是鈾和硅基質(zhì)。
“1月，我們將第一批實驗燃料循環(huán)加載到反應堆中。一個燃料組件用于傳統(tǒng)的VVER反應器，另一個用于PWR反應堆。每個燃料組件都有燃料棒，包括四種不同的包層材料和燃料基質(zhì)材料組合這就是為什么我們說所有四個選項現(xiàn)在都在被照射。我們正在使用不同的水循環(huán)同時測試它們，“他說。
當被問及他認為最有趣的外國ATF技術時，他說：“我們知道他們也在測試鈾和硅燃料，他們正在添加沒有鋯的涂層。與其他全球參與者一樣，我們正在努力制造硅碳燃料棒包層材料。”
每個燃料組件包含24個具有不同材料組合的燃料棒，這些燃料棒在MIR反應器中在盡可能接近運行狀態(tài)的條件下進行測試，包括VVER和PWR冷卻劑的參數(shù)。研究堆設計能夠在單獨的回路中進行并行研究，這對于俄羅斯和外國設計的反應堆的同時燃料測試尤為重要。
VVER-1000燃料
TVEL為VVER-1000反應堆開發(fā)了“第四代”燃料管線 - TVS-4。該公司表示，這些燃料組件具有更大的容量和更先進的設計，應該能夠顯著提高核電站的經(jīng)濟性能，同時保持相同的安全水平。因此，核電廠的電力成本中的燃料成分可以減少2-4%。第四代燃料組件正在歐洲擁有VVER反應堆的核電站引入 - 去年，第三批TVSA-12燃料被裝入保加利亞的Kozloduy反應堆，第一批TVSA-T.mod.2燃料箱是裝入捷克共和國的Temelín核反應堆。TVEL計劃向其他國家供應第四代燃料組件。
TVEL還準備推出燃料，濃度超過5%(目前為4.85%)。它將允許核電機組切換到24個月的燃料循環(huán) - 也就是說，關閉將新鮮燃料組件裝入反應堆的操作將每兩年進行一次，而不是像現(xiàn)在這樣每一年進行一次。
Roseatom的核電站運營商Rosenergoatom已經(jīng)將其VVER-1000從12個月的燃料循環(huán)轉(zhuǎn)移到18個月的燃料循環(huán)。計劃用于VVER-1200反應堆。
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