作為各國(guó)爭(zhēng)奪核能技術(shù)話語權(quán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，新型核燃料研發(fā)已進(jìn)入競(jìng)跑模式。

近日，在西屋電氣公司宣布獲得美國(guó)能源部提供的9360萬美元資金，用于事故容錯(cuò)燃料(以下簡(jiǎn)稱ATF)計(jì)劃—Encore燃料研發(fā)后不久，中廣核自主研發(fā)設(shè)計(jì)的S2F PI-A型事故容錯(cuò)燃料小棒載入研究堆，正式開始輻照考驗(yàn)工作，這是中國(guó)首次實(shí)現(xiàn)ATF燃料堆內(nèi)輻照。據(jù)了解，通過研究堆輻照試驗(yàn)，中方研究人員將獲得ATF燃料在堆內(nèi)輻照的寶貴數(shù)據(jù)，也將為后期計(jì)算建模和先導(dǎo)棒入堆工作提供有力支撐，具有重要價(jià)值。

中國(guó)研發(fā)加速跑

事故容錯(cuò)燃料旨在優(yōu)化傳統(tǒng)的核燃料體系，進(jìn)一步提高核燃料在正常工況下的經(jīng)濟(jì)性以及在嚴(yán)重事故工況下的安全性，是核能發(fā)展60年以來的重大變革，堪稱目前國(guó)際核燃料技術(shù)研發(fā)的風(fēng)向標(biāo)。

中廣核研究院副總經(jīng)理郝志堅(jiān)透露，中廣核于2013年率先在國(guó)內(nèi)啟動(dòng)ATF研發(fā)工作。“中廣核已完成了ATF概念設(shè)計(jì)、性能分析程序開發(fā)、候選材料工藝探索和樣品試制等工作。”此外，依托深圳市ATF工程實(shí)驗(yàn)室，中廣核建成了國(guó)內(nèi)首個(gè)ATF堆外試驗(yàn)綜合平臺(tái)及4個(gè)聯(lián)合試驗(yàn)室/研發(fā)中心。“下一階段，中廣核將爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)ATF燃料的工程化應(yīng)用，推動(dòng)核能技術(shù)的持續(xù)變革。”

中核集團(tuán)董事長(zhǎng)、黨組書記余劍鋒去年11月曾公開表示，該集團(tuán)在MOX燃料元件、環(huán)形燃料元件、耐事故燃料元件等新型燃料元件技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域也取得重大進(jìn)展。2018年11月20日，由中核集團(tuán)自主研制、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的我國(guó)首套全尺寸壓水堆環(huán)形燃料組件試驗(yàn)件成功下線。

公開信息顯示，隨著核電多路線、規(guī)模化發(fā)展，我國(guó)近年來進(jìn)行了一系列新型核燃料相關(guān)研發(fā)的實(shí)踐。據(jù)核燃料領(lǐng)域?qū)＜?、中?guó)工程院院士李冠興此前介紹，國(guó)內(nèi)首條AP1000核電燃料元件生產(chǎn)線已于2017年12月22日?qǐng)A滿完成三門核電站首爐換料燃料組件生產(chǎn)，并已與國(guó)核寶鈦簽訂了為海陽(yáng)核電站后續(xù)換料采用國(guó)產(chǎn)Zirlo鋯合金包殼等鋯材的合同。“這一點(diǎn)與從其他國(guó)家引進(jìn)核燃料技術(shù)不同，AP1000核電燃料元件技術(shù)引進(jìn)的同時(shí)，也引進(jìn)鋯合金的全套生產(chǎn)線。這標(biāo)志著我國(guó)已掌握法國(guó)、俄羅斯、加拿大與美國(guó)的核電燃料元件生產(chǎn)技術(shù)。”

李冠興表示，從1991年中國(guó)引進(jìn)法國(guó)AFA2G核燃料元件制造技術(shù)開始，至2007年引進(jìn)俄羅斯VVER核燃料元件制造技術(shù)和美國(guó)西屋AP1000核燃料元件制造技術(shù)，雖然我國(guó)核燃料元件制造技術(shù)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但目前燃料元件的輻照和輻照后的檢測(cè)領(lǐng)域仍然是明顯短板。他還指出，核燃料產(chǎn)業(yè)要實(shí)現(xiàn)“走出去”，要搞好頂層設(shè)計(jì)。“由于核燃料元件研發(fā)周期長(zhǎng)，資金投入大，更應(yīng)加強(qiáng)統(tǒng)籌。如輻照與輻照后的檢測(cè)、耐事故燃料元件研發(fā)、材料基因組計(jì)劃等領(lǐng)域，減少不必要的重復(fù)投入，以便加快推進(jìn)速度，爭(zhēng)取在國(guó)際上取得更多的話語權(quán)。”

美法明確時(shí)間表

美國(guó)麻省理工學(xué)院日前發(fā)布的跨學(xué)科研究報(bào)告《核能在限碳排世界中的未來》指出，安全成本的不斷增加，使經(jīng)濟(jì)性受到了挑戰(zhàn)，成為其發(fā)揮脫碳作用的主要障礙。據(jù)資料顯示，目前核電的成本中，建造成本占60%-80%，運(yùn)維成本占15%-20%，燃料成本占5%-15%。

對(duì)于系統(tǒng)冗余和成本增加的問題，業(yè)內(nèi)人士表示，可將不斷疊加的外部防御轉(zhuǎn)移到反應(yīng)堆內(nèi)部，讓燃料變得更安全，減少相應(yīng)的外部防御，核電站的建造成本降低。因此，全世界對(duì)于事故容錯(cuò)燃料的探索加快了腳步。

據(jù)了解，西屋電氣公司Encore 燃料計(jì)劃旨在加強(qiáng)燃料安全性能和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的研發(fā)。該公司將提供高密度的adopt芯塊, 以提高燃料的經(jīng)濟(jì)性。第二階段將推出碳化硅包殼和高密度硅化鈾芯塊, 從而提高燃料的安全性和經(jīng)濟(jì)性。而且，該公司將與General Atomics、美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)開展合作，計(jì)劃于2022年將碳化硅包殼置于商業(yè)反應(yīng)堆中進(jìn)行輻照。同時(shí)該筆資金也將用于首個(gè)裝有Encore燃料先導(dǎo)測(cè)試棒的測(cè)試，目前計(jì)劃將于今年春季在Exelon Generation的拜倫2號(hào)機(jī)組實(shí)施。

此外，法國(guó)Orano(原阿?，m)也在進(jìn)行新型核燃料的研發(fā)，主要包括ATRIUMTM11先進(jìn)沸水堆燃料，以及GAIA和HTPTM壓水堆燃料。該公司曾透露，從2020年將開始向4個(gè)不同的核電設(shè)施供應(yīng)ATRIUMTM11以及GAIA和HTPTM。