美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)正在受控条件下模拟设计基准事故，收集精确测量数据，以了解旨在提升运行反应堆性能的核燃料在最关键时刻的表现。该测试是国家加速推进轻水反应堆事故容错型和高燃耗燃料许可审批工作的一部分，旨在缩小不确定性，使美国核反应堆能够持续更长时间地产生更多电力。
核能为美国近20%的地区提供全天候电力供应，是家庭、企业及人工智能系统和数据中心等关键基础设施的主要基础负荷电力来源。为满足日益增长的电力需求，各地正在考虑新建核电站，同时电力公司也在寻求提高现有轻水反应堆的发电量。通过"功率提升"——即优化运行裕度、取消过于保守的指导原则使燃料在更高功率水平下运行——以及燃耗延长，可以从相同数量的燃料中提取更多能量。截至目前，美国核管理委员会(NRC)已批准171项功率提升计划，相当于在不动工的情况下为电网增加了8座新反应堆的发电量。
在SATS装置中，使用室外炉对未辐照的核燃料包壳样品进行加热。图片来源：Carlos Jones/ORNL，美国能源部。
然而，任何新型燃料和运行变更均需获得NRC许可，这需要提供充分的安全证明。ORNL凭借其严重事故测试站(SATS)——美国唯一能够模拟事故场景、测试商用辐照燃料和燃料包壳的半集成式测试平台——为这一过程提供关键实验数据。SATS可模拟冷却剂丧失事故(LOCA)，将燃料置于极高温度、不同加热速率和内部压力下，并使用先进实时诊断技术进行测试。研究团队还引入了数字图像相关技术，可实时捕捉和测量包层变形，这在LOCA测试中尚属首次。
在能源部核能办公室先进燃料计划支持下，ORNL与南方核能公司、星座公司及燃料制造商西屋公司、法马通公司、全球核燃料公司合作，过去四年中已完成16次LOCA测试，计划在未来几年将测试次数增加近一倍。西屋公司核燃料总工程师卡鲁塔斯表示，所获得的数据将用于加快新型燃料及相关规范的审查和批准。南方核能公司核燃料与分析总监查弗斯指出，提升核燃料性能的重要性前所未有，ORNL的测试和分析专长对于帮助电力公司优化运营至关重要。
ORNL核燃料元件性能小组负责人哈普表示，改进轻水反应堆燃料是从美国目前运行的94座核反应堆中生产充足且价格合理能源的直接途径。燃料包壳和堆芯内部组件研发部门高级研究员卡普斯指出，这些测试表明创新与安全可以齐头并进，每一项实验都有助于行业合作伙伴更高效地运营，并巩固美国作为全球先进核技术领域领导者的地位。
