近日,俄罗斯国家原子能公司(Rosatom)旗下TVEL燃料公司正在开展研究,旨在对四代堆BN-1200的创新型核燃料进行验证。BN-1200堆芯有两种潜在选项,采用不同类型的铀钚核燃料,分别是混合氧化物(MOX)燃料和致密氮化物(SNUP)燃料,前者与BN-800反应堆使用的燃料类似,后者则类似于Brest-OD-300铅冷快堆使用燃料。
TVEL制造了一个OS-4辐照组件,并在别洛雅尔斯基(Beloyarsk)核电厂(BN-600)进行试验。该组件带有基于SNUP燃料的燃料棒,可提高核燃料的燃耗水平。该公司在燃料组件设计中采用了特殊的技术解决方案,以确保在反应堆中测试的安全性。
此外,TVEL还制造了3个独特的KETVCMAK实验组件,这些组件含有标准尺寸的BN-1200燃料元件,基于带有轴向层的MOX燃料。与传统的MOX燃料相比,KETVCMAK实验组件在燃料柱中引入了增殖材料碎片。这些碎片共同在反应堆内形成一个水平层,将活性区轴向分割成两部分,从而在保持所需燃料燃耗水平的同时显著减少对燃料包壳的辐射损伤。
这一技术解决方案已在多个国家从理论上得到验证,但在俄罗斯BN-1200反应堆中可能是首次实际应用。在BN-600反应堆中对这些元件进行堆内及堆后测试,将使科学家能够测试核燃料的最大设计参数,研究燃料中的变化过程,为后续的许可证申请工作提供支撑。
由西伯利亚化学联合体公司制造的含有SNUP和MOX燃料的新燃料盒将在别洛雅尔斯基3号机组(BN-600)进行循环测试,计划2025年装料。
BN-1200将成为全球首个系列化建设的快堆设计,首堆拟于2027年开工。该设计延续了俄罗斯BN-600和BN-800快堆的发展路线。
TVEL科技活动部门高级副总裁亚历山大·乌格里莫夫(Alexander Ugryumov)表示,BN-1200可使用SNUP和MOX燃料中的任何一种。传统MOX燃料在生产和运行方面已经积累了大量经验,而高密度SNUP燃料由于具有未来可能需要的额外中子优势而极具吸引力。目前正在开展深入研究,以便根据对许多不同参数的综合评估来证明选择堆芯设计的合理性。
如果选择SNUP燃料,为证明BN-1200M反应堆使用该燃料的合理性而进行的长期测试结果(在BN-600反应堆中测试了十多个全尺寸燃料组件)将会对BN-1200M反应堆的设计产生影响。