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俄罗斯开发新型快堆燃料组件

2025-09-25 14:49     来源:俄罗斯原子能公司Rosatom     俄罗斯原子能公司 Rosatom 中子反应堆 核技术俄罗斯

俄罗斯研制开发采用液态金属衬层的创新型OS-5氮化物燃料组件,可提升快中子反应堆运行效率与安全性,为BN-1200M及闭式燃料循环奠定技术基础。

俄罗斯原子能公司Rosatom

 
俄罗斯原子能公司(Rosatom)的燃料部门制造并完成了独创的OS-5燃料组件,该组件采用混合氮化铀钚核燃料并具有液态金属衬层。另外,采矿与化学联合企业将作为铀钚混合氮化物(MOX)燃料工厂所在地,为BN-1200M快堆提供燃料。
 
据Rosatom表示,采用液态金属衬层将改善第四代快中子反应堆氮化物燃料元件的性能。预计在保持冷却剂参数不变的情况下,此类燃料的工作温度将降低,铀-钚芯块的膨胀率将减小,从而避免对燃料元件包壳造成可能导致密封失效的压力。该公司表示,这将同时提高燃料的经济性和运行可靠性。
 
OS-5辐照组件是在Tomsk地区Seversk的Siberian化工厂与Rosatom燃料部门、科学部门和机械制造部门合作制造的。经俄罗斯国家原子能机构Rostekhnadzor批准后,这种创新燃料将在Sverdlovsk地区的Beloyarsk核电站的BN-600反应堆中进行试点工业运行。

OS-5燃料组件的制造是一项大型工作计划的一部分,旨在提高BREST-OD-300快中子反应堆所用铀钚混合氮化物(SNUPP)核燃料的效率。自2014年以来,Rosatom一直在BN-600反应堆中进行SNUPP燃料的试点工业运行,并对辐照后的燃料元件进行堆后研究。

Bochvar研究所副所长Mikhail Skupov表示,“BREST-OD-300首炉燃料的第一代SNUPP燃料已通过验证,其燃耗可达重原子的6%。我们的目标是逐步将燃耗深度提高到平均值12%。为了在BN-600反应堆中试验SNUPP燃料的最大极限参数,我们的科学家已经应用了许多非标准的创新解决方案,例如辐照组件中的特殊可移动容器。带有液态金属衬层的OS-5燃料元件是一种革命性的技术解决方案,也是快堆氮化燃料发展的又一重要步骤。正是有了这种组件,我们才有望实现未来快堆燃料的设计目标指标。”。

BREST-OD-300快堆是Rosatom突破(Proryv)项目的组成部分,旨在实现闭式核燃料循环。这座30 MWe机组将成为Siberian化工联合园区试点示范能源综合体的核心设施。该综合体将通过铀钚混合氮化物核燃料制备/再制备装置及乏燃料后处理设施,在厂址示范闭式核燃料循环技术。

示范装置的初期运行将以性能为重点,约10年后以商业为导向。按照计划,如果300 MWe(700 MWt)机组取得成功,随后将推出1200 MWe(2800 MWt)的型号BN-1200,现在被称为BN-1200M。

与此同时,Rosatom宣布位于Krasnoyarsk Krai地区Zheleznogorsk的采矿与化学联合企业(MCC)已被确定为BN-1200M快中子反应堆MOX燃料工业生产的优先工厂。

选择MCC是由于该公司在确保Beloyarsk核电站运行的BN-800快中子反应堆的MOX燃料实现有节奏供应方面拥有成功经验。

BN-1200M反应堆的建设准备工作已在Beloyarsk核电站启动。2025年计划启动该厂MOX燃料生产新厂区建设的设计文件编制工作,预计于2026年开展设施许可认证。为确保反应堆的物理启动,首批满载反应堆初始装料量的MOX燃料组件计划于2033年交付使用。

钠冷BN系列快堆是Rosatom突破项目的一部分,该项目旨在开发具有闭式燃料循环的快堆,其混合氧化物(MOX)燃料将被后处理和循环利用。除了1980年开始运行的Beloyarsk 3号机组的BN-600反应堆外,Beloyarsk 4号机组789 MWe的BN-800快堆也于2016年10月投入商业运行。这些是为更大型的BN-1200反应堆提供燃料和设计特征的示范机组,BN-1200反应堆将成为Beloyarsk核电站的5号机组。



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