第四代反应堆钠冷快堆(SFR)可使用由乏核燃料(TRU)制成的金属核燃料，但制造过程中容器(坩埚)与核材料间的异常反应会导致工艺损失。近日，韩国研究团队成功合成一种新材料，有望解决这一问题。
9月16日，韩国原子能研究院(KAERI)宣布，在科学技术信息通信部乏核燃料处理技术先进研究开发项目支持下，开发出一种可完全阻止钠冷快堆金属核燃料制造过程中容器与核材料异常反应的新材料。
钠冷快堆金属核燃料制造工艺是从乏核燃料中提取核材料，经高温熔化后挤压入容器。当前工艺下，挤压后约残留20%的核材料，冷却后这些材料会与容器反应形成氧化物，需进一步处理回收。为防止此情况，容器会涂上市售的氧化钇(Y2O3)基材料，但该涂层性能有限。
对此，先进核燃料技术开发部朴尚圭博士的研究团队发现，在氧化钇中添加镧系元素可显著降低反应性。经审查候选材料，他们开发出新型陶瓷材料——钕钇复合氧化物(Nd2YO3)，该材料将氧化钕(Nd2O3)和氧化钇以1:1比例混合，并在1600℃下加热30分钟。
为验证新材料性能，研究团队将金属核燃料材料(U-Zr-RE)和新材料在1500℃下加热10分钟(与实际核燃料制造过程相同)，然后冷却6小时并分析反应性。结果显示，未发生异常反应，未形成氧化物，仅观察到约10μm厚的稀土元素渗入，而现有商用材料在相同条件下会形成约150μm厚的反应层，表明新材料具有优异的异常反应阻断效果。
使用涂有该材料的金属核燃料制造容器，有望大幅减少因异常反应浪费的核材料数量，并允许直接使用而无需额外处理，从而提高金属核燃料制造工艺的效率。
该研究成果于12月发表在《自然》杂志旗下国际学术期刊《科学报告》上。未来，研究团队计划进一步推进该技术，使新材料不仅可用于防止金属核燃料反应，还可作为新型隔热涂层材料等有用功能材料。
韩国原子能研究院先进核燃料技术开发部部长金俊焕表示：“这项技术将革新性地提高金属核燃料制造工艺的效率，并为确保乏核燃料回收利用的可行性做出贡献。未来，我们将致力于将其应用于核电领域以外的各行各业。”
