在核能技術(shù)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，俄羅斯國家原子能公司在核燃料領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，其正在測試的含有中子吸收劑鉺和鈾(鈾的濃縮度約為5%)的VVER核燃料，有望重塑核電站的經(jīng)濟(jì)效益與運行模式。
一、測試背景與目標(biāo)
全球核電站運營長期受困于燃料更換周期短、成本高昂等問題。傳統(tǒng)核燃料濃縮度多在3%-4.95%區(qū)間，這使得機(jī)組需頻繁停機(jī)加注燃料，造成電力中斷、運維成本飆升。俄羅斯國家原子能公司直擊痛點，力求以新型核燃料打破僵局，開啟核電高效運營新篇章。
此次測試選定季米特洛夫格勒核反應(yīng)堆研究所的MIR.M1研究反應(yīng)堆作為試驗場。這座1967年啟用的反應(yīng)堆，采用鈹慢化劑和反射器的通道型構(gòu)造，配備不同冷卻劑的回路設(shè)施，為精準(zhǔn)測試提供了穩(wěn)定環(huán)境，是驗證高濃縮核燃料的理想平臺。
二、燃料組件與制造
公司燃料部門TVEL擔(dān)綱重任，制造了12個VVER-1000尺寸的燃料元件。其基質(zhì)為創(chuàng)新性的鈾-鉺混合物，這一突破是在汲取為RBMK型反應(yīng)堆制造鈾-鉺燃料經(jīng)驗的基礎(chǔ)上達(dá)成的，也是首次將該VVER燃料混合物植入反應(yīng)堆測試。
每個燃料元件都?xì)v經(jīng)精密設(shè)計與嚴(yán)格工藝把控。從鈾礦選取、精煉到與鉺精準(zhǔn)配比，再到成型加工，各環(huán)節(jié)遵循嚴(yán)苛的核安全標(biāo)準(zhǔn)。鈾作為核燃料的核心能量源，其濃縮度的精準(zhǔn)調(diào)配至關(guān)重要;鉺作為中子吸收劑，其均勻分布與有效作用是保障反應(yīng)堆穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，二者協(xié)同構(gòu)建起燃料元件的高效能內(nèi)核。
三、中子吸收劑優(yōu)勢
在核反應(yīng)堆運行原理中，中子吸收劑扮演關(guān)鍵角色，用以補(bǔ)償反應(yīng)堆堆芯的反應(yīng)性。相較于VVER反應(yīng)堆傳統(tǒng)的吸收劑釓，鉺展現(xiàn)出卓越適配性。
在高濃縮(高于5%)且長燃料周期(超18個月)的嚴(yán)苛運行條件下，鉺的原子結(jié)構(gòu)使其能夠更高效地捕捉中子。它憑借獨特的中子吸收截面特性，精準(zhǔn)調(diào)控堆芯內(nèi)的中子通量，確保核反應(yīng)平穩(wěn)、持續(xù)推進(jìn)，為延長燃料更換周期、提升反應(yīng)堆性能筑牢根基。
四、經(jīng)濟(jì)效益
1.延長燃料更換周期：
新型核燃料有望將現(xiàn)有的12-18個月燃料更換周期顯著拉長至24個月。這意味著核電站機(jī)組停機(jī)次數(shù)大幅減少，電力供應(yīng)穩(wěn)定性飆升。以一座百萬千瓦級核電站為例，每次停機(jī)損失電量可達(dá)數(shù)千萬度，減少停機(jī)不僅挽回巨額電費損失，還降低了設(shè)備頻繁啟停帶來的損耗風(fēng)險，減少維修頻次與成本。
2.優(yōu)化燃料組件使用：
減少每次重新裝載批次中的新燃料組件數(shù)量，也為經(jīng)濟(jì)效益添磚加瓦。燃料組件從生產(chǎn)到投入使用，需歷經(jīng)鈾礦開采、提煉、加工、運輸?shù)戎T多環(huán)節(jié)，每一步都伴隨著高額成本。削減新燃料組件用量，能從源頭上削減開支，讓核電運營成本曲線持續(xù)下行。
TVEL研發(fā)副總裁亞歷山大·烏格里莫夫表示：將鈾濃縮度提高到6%，并長期邁向7%-8%，已是全球核電領(lǐng)域的大勢所趨。過往，行業(yè)多聚焦新設(shè)計與燃料組件改良，旨在擴(kuò)充燃料元件富集鈾體積、提升單組件能量產(chǎn)出。如今，產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)鍵節(jié)點，要實現(xiàn)核電站性能的進(jìn)階，突破5%濃縮度閾值勢在必行�！�
現(xiàn)代VVER反應(yīng)堆堆芯含163個燃料組件，單個組件鈾含量超500公斤，看似微小的1%濃縮度提升，實則能撬動巨大的能量釋放與經(jīng)濟(jì)效益，為全球核電產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展注入強(qiáng)勁動力。
當(dāng)下MIR.M1研究反應(yīng)堆中的試驗，是俄羅斯核電技術(shù)邁向新紀(jì)元的關(guān)鍵一步。試驗結(jié)果將精準(zhǔn)指引VVER反應(yīng)堆鈾-鉺燃料后續(xù)開發(fā)路徑，為俄羅斯自主設(shè)計核電站大規(guī)模應(yīng)用筑牢技術(shù)根基。
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