作為各國爭奪核能技術(shù)話語權(quán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，新型核燃料研發(fā)已進入競跑模式。

近日，在西屋電氣公司宣布獲得美國能源部提供的9360萬美元資金，用于事故容錯燃料(以下簡稱ATF)計劃—Encore燃料研發(fā)后不久，中廣核自主研發(fā)設(shè)計的S2F PI-A型事故容錯燃料小棒載入研究堆，正式開始輻照考驗工作，這是中國首次實現(xiàn)ATF燃料堆內(nèi)輻照。據(jù)了解，通過研究堆輻照試驗，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)，也將為后期計算建模和先導(dǎo)棒入堆工作提供有力支撐，具有重要價值。

中國研發(fā)加速跑

事故容錯燃料旨在優(yōu)化傳統(tǒng)的核燃料體系，進一步提高核燃料在正常工況下的經(jīng)濟性以及在嚴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，堪稱目前國際核燃料技術(shù)研發(fā)的風(fēng)向標。

中廣核研究院副總經(jīng)理郝志堅透露，中廣核于2013年率先在國內(nèi)啟動ATF研發(fā)工作。“中廣核已完成了ATF概念設(shè)計、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工程實驗室，中廣核建成了國內(nèi)首個ATF堆外試驗綜合平臺及4個聯(lián)合試驗室/研發(fā)中心。“下一階段，中廣核將爭取早日實現(xiàn)ATF燃料的工程化應(yīng)用，推動核能技術(shù)的持續(xù)變革。”

中核集團董事長、黨組書記余劍鋒去年11月曾公開表示，該集團在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)域也取得重大進展。2018年11月20日，由中核集團自主研制、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的我國首套全尺寸壓水堆環(huán)形燃料組件試驗件成功下線。

公開信息顯示，隨著核電多路線、規(guī)模化發(fā)展，我國近年來進行了一系列新型核燃料相關(guān)研發(fā)的實踐。據(jù)核燃料領(lǐng)域?qū)＜摇⒅袊こ淘涸菏坷罟谂d此前介紹，國內(nèi)首條AP1000核電燃料元件生產(chǎn)線已于2017年12月22日圓滿完成三門核電站首爐換料燃料組件生產(chǎn)，并已與國核寶鈦簽訂了為海陽核電站后續(xù)換料采用國產(chǎn)Zirlo鋯合金包殼等鋯材的合同。“這一點與從其他國家引進核燃料技術(shù)不同，AP1000核電燃料元件技術(shù)引進的同時，也引進鋯合金的全套生產(chǎn)線。這標志著我國已掌握法國、俄羅斯、加拿大與美國的核電燃料元件生產(chǎn)技術(shù)。”

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

美法明確時間表

美國麻省理工學(xué)院日前發(fā)布的跨學(xué)科研究報告《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%，運維成本占15%-20%，燃料成本占5%-15%。

對于系統(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，全世界對于事故容錯燃料的探索加快了腳步。

據(jù)了解，西屋電氣公司Encore 燃料計劃旨在加強燃料安全性能和經(jīng)濟優(yōu)勢的研發(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)濟性。而且，該公司將與General Atomics、美國國家實驗室和大學(xué)開展合作，計劃于2022年將碳化硅包殼置于商業(yè)反應(yīng)堆中進行輻照。同時該筆資金也將用于首個裝有Encore燃料先導(dǎo)測試棒的測試，目前計劃將于今年春季在Exelon Generation的拜倫2號機組實施。

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