Enfission公司相信，其創新的螺旋扭曲金屬核燃料設計有可能提高反應堆安全性、增強抗擴散能力，并降低核電運行成本。

1、Enfission公司

當今核能行業，比以往任何時候都面臨著更大的壓力——不僅需要提高電站運行的有效性，還要增強公眾對其安全性的信心。

而先進燃料技術是最有希望實現這些目標的項目，該項目可以降低輕水堆(LWR)運行成本，也能提高反應堆的安全性。

 Enfission公司正開發這樣一種燃料：光橋燃料(Lightbridge Fuel)。我們相信這種燃料技術將迅速提高核電效益，包括：增加功率輸出;更長的燃料循環和電廠壽命;減少擴散風險;提高事故反應能力。

總部位于美國的Enfission公司成立于2018年1月，它將光橋公司(Lightbridge Corporation)多年的先進燃料研發和法馬通的核燃料工程與生產服務結合起來，開發創新燃料。

Enfission公司已經取得了巨大的進步，具有獨特螺旋形狀和金屬成分的“光橋燃料”推向市場之后，可以改變公用事業的發展方向，目前，他們團隊正努力在美國核電站進行首次示范開發燃料。

與任何新的燃料技術一樣，通過開發和示范，對反應堆輻照、測試、先進建模和模擬計算進行廣泛研究，確保反應堆的安全運行。這些開發活動還將產生鑒定和驗證數據，以確保燃料系統滿足客戶及其監管機構的嚴格要求。

2、新造型與新構圖

Enfission公司光橋燃料設計的獨創性在于，其新穎的形狀和冶金結合的金屬成分，這種結合，可大幅降低燃料工作溫度，改善其結構完整性，并增強其對異常事件的響應度。

光橋燃料結構(圖源：網絡)

燃料棒的形狀不同于任何其他商用核燃料技術。這種燃料棒是扭曲的，不需要復雜的燃料組件間隔棒和混合網格，因為燃料棒是本身自然存在隔柵，并提供固定的混合冷卻劑。

5 x 5 燃料組件(圖源：網絡)

如果沒有設計隔柵，就可以降低燃料組件設計的復雜性，并消除碎屑造成燃料故障問題。沒有隔柵還可以降低整個組件的冷卻液壓降，從而使自然循環的被動安全機制更加有效。

平放的5 x 5組件，中心元件為控制棒導管(圖源：網絡)

金屬光橋燃料棒由三部分組成：鈾鋯合金燃料芯、耐腐蝕鋯合金屏障和中央置換劑。這些部件在燃料制造過程中通過冶金結合形成復合固體金屬燃料棒。

金屬核燃料自核能發展初期就已成功使用，包括EBR-II和世界上許多研究堆。光橋燃料使用富鋯合金，設計用于商用LWR。

金屬棒的獨特形狀和高導熱性特點，使燃料能夠在明顯較低溫度下運行。 現代電廠中的常規燃料在1500℃以上環境溫度下運行，這比光橋燃料的峰值運行溫度高出近1000℃。

溫度降低是由于燃料的傳熱能力提高。它具有更大的冷卻劑作用面積，產生熱量的燃料棒與水之間的距離更小，冷卻劑混合更好，燃料導熱系數因此更高。

初步計算表明，這些熱特性極大提高了燃料從非正常狀態恢復的能力，我們預計，在設計基準事件期間，它將超過當前燃料的安全性能。

3、在現有和新反應堆設計中使用

光橋燃料的設計應與當下新商業堆設計的堆芯內構件和電廠操作程序相兼容，包括一些小型模塊堆(SMR)，使整個市場現有的新核設施能夠靈活滿足核電廠需求。

該種燃料能夠使電廠增加燃料循環長度和功率輸出，并且在不受當前燃料限制的情況下，提供經濟負荷跟蹤能力——這是全球提高可再生能源發電能力的一大優勢。 與傳統燃料相比，光橋燃料的線性功率密度更高，同時保持冷燃料的工作溫度。

這種燃料與高燃耗能力相結合，可以延長循環時間，使核電廠能夠在更長的時間內產生更多的電力。這種燃料可以使傳統的四回路壓水堆(PWR)在運行24個月的燃料循環時，將功率輸出提高到4000MWt，這是一個顯著的經濟改進。

為充分利用光橋燃料而設計的新型反應堆，可以實現更高的功率輸出。發電量和周期長度的增加意味著核電廠收益的增長。

這項創新技術的另一個特點：能將放射性限制在燃料棒內。金屬燃料的低工作溫度和復合結構是控制裂變產物釋放的天然屏障。由于燃料在平均溫度低于400℃的環境下運行，裂變產物擴散顯著減少，裂變氣體被困在燃料基質中。

燃料包是放射性釋放的第二道屏障。再加上冶金燃料包殼結合(沒有燃料包殼間隙和增壓室)，沒有將氣體裂變產物快速釋放到反應堆冷卻劑的機制。

反應堆負荷跟蹤部分是根據冶金結合而啟用的。它在燃料棒組件之間設計了一個結構鏈接，因此包殼不再是燃料棒的唯一結構元素，這降低了燃料包殼機械相互作用的影響。

與傳統燃料設計相比，這種燃料能夠更有效地承受反應堆功率的周期性變化(例如，由于反應堆啟動和關閉)，并實現更快、更頻繁的功率斜坡。

4、綜合實力

數十年來，Enfission公司的合作伙伴光橋公司和法馬通一直在開發新技術，以提高核電的安全性和性能。

Enfission公司的光橋燃料開發利用了近十年的設計工程、測試和改進，這些都源自光橋公司的釷基“種子-包層”燃料研發計劃。 由于該技術的種子組件需要高功率密度、高燃耗燃料，因此光橋公司發明了光橋燃料棒。

光橋公司于2010年宣布了新的燃料產品，以滿足市場的需求——能夠提高反應堆安全性和經濟性能的燃料系統。 多年來，燃料系統的設計在不斷前進，同時，在光橋核電站燃料咨詢委員會反饋的基礎上不斷發展，該委員會在美國50%以上的核電站都有代表。

LWR的早期燃料系統設計與釷基種子-包層技術有相似之處，在燃料組件的中心使用扭曲的金屬燃料棒，周圍有一排氧化物燃料棒。 根據光橋工業咨詢小組的反饋意見，設計方移除了外層的常規燃料棒，以消除氧化物燃料對新技術的操作限制。目前的燃料系統設計僅包括金屬燃料棒。

為了使設計更接近于一個準備部署在美國反應堆中的產品，Enfission公司將光橋設計概念與法馬通的燃料設計師網絡和最先進的工具相結合。

法馬通設計核電站和核燃料已有60年的歷史，在法國、德國和美國擁有全球專業技術網絡和燃料制造設施。在全球，大約有225000個法馬通燃料組件裝載100多個反應堆中。

法馬通ATRIUM 11燃料組件截面圖(圖源：網絡)

法馬通的最新產品包括用于BWR(沸水堆)的ATRIUM 11燃料和用于PWR的GAIA燃料，與以前的設計相比，它們提供了更好的性能和靈活性。

5、未來之路

Enfission合資公司于2016年3月宣布成立。自那時以來，公司的燃料開發取得了穩步進展，同時建立了公司治理和項目管理結構。

如今，Enfission公司擁有60多名工程師開發燃料及其先進制造工藝，也正在尋找更多的員工，與全世界分享創新的激情，并致力于質量和安全。

作為燃料示范計劃的一部分，Enfission公司計劃最快在2021年將光橋燃料的鉛測試棒裝入美國壓水堆，鉛測試組件計劃在2024年開始。該公司預計將宣布與美國公用事業公司達成協議，很快開始該測試。

NRC(美國核管理委員會)的許可準備工作也正在進行中。雖然Enfission最終完成了金屬燃料的商業設計，但它還將開發公用事業公司可與NRC一起使用的許可支持包。

了解當前NRC標準審查計劃后，Enfission針對常規核燃料進行了優化，廣泛聽取監管機構關于確認光橋燃料安全運行的適當方法的建議。 Enfission的監管參與計劃確定了工作計劃，在此計劃中，盡早并經常與NRC和核法規專家進行溝通，以確定正確的標準，最終符合NRC的安全標準。

6、大挑戰

各項清潔能源二氧化碳排放情況，光橋燃料平準化度電成本最低(圖源：網絡)

如光橋燃料的先進核燃料技術，將改變核電行業理念。

幾十年來，LWR成為主要的商業堆型。Enfission公司正在將先進燃料提升到一個新的水平，開發創新技術，并與供應商和各種合作伙伴合作貢獻一份力量。這項十分巨大的事業，也需要全行業的努力。

在高度監管的行業中成功部署此類創新技術，不僅需要市場需求，也要有政府支持。世界各地的電力公司和政府，必須充分變達他們的要求，并對先進技術表示支持。