近期,由美國能源部橡樹嶺國家實驗室(ORNL)帶領的一個研究團隊,為核燃料棒研製了一種具有更高安全性能的保護層。

該保護層使用一種鐵、鉻及鋁合金的全新材料,當有事故發生時,比如全廠斷電,它能夠給反應堆的操作人員提供更多的應對時間。

事故發生保護層立即斷電 留出更多應對時間

在過去的60年中,民用核電站的燃料棒都被包裹在鋯合金製成的保護層中。將鋯作為首選的基礎金屬始於1950年代的海軍上將裏科夫(Hyman Rickover),他對核技術進行研究並用其給輪船和潛艇提供能源。他選擇的這種鍍層以及給船隻供電的輕水反應堆,後來被核能工業所採用,並在全球範圍內主導該行業。

鋯基本不吸收驅動核反應堆的中子,因而作為燃料的保護層是可以的,但前提是反應堆工作正常。如果反應堆失去了冷卻水,鋯卻只能雪上加霜。

ORNL核工程師泰若尼(Kurt Terrani)解釋道,在反應堆堆芯中,有20至40噸的鋯。在高溫下,鋯會與蒸汽發生反應,從而釋放大量的熱量和氫。

在通用電氣公司的資助下,泰若尼團隊的任務是研製一種不含鋯的合金保護層,當有事故發生時,只產生儘可能少的氫,但在性能上又不遜色於當前使用的核燃料棒保護層。

泰若尼的團隊由各路專家組成,涵蓋了核工程、材料科學、輻射效應、腐蝕、熱力學及合金加工等諸多領域。

新研製的保護層在ORNL的高通量同位素反應堆、愛達荷國家實驗室的改進型試驗反應堆以及挪威的哈爾登研究反應堆上都進行了測試。

泰若尼表示,其團隊在6年時間裏找到了這種合金並將其生產出來,這對於核工業而言簡直是閃電般的速度。而且其研究和開發工作都已經全部完成,這令團隊成員感到相當自豪。

目前,這種新的核燃料棒保護層已經交由該行業進行測試和評估。在今年2月,位於佐治亞州的南方核電公司Hatch核電站的一個反應堆已經使用了該保護層,相關人員後續還計劃在其它反應堆中進行安裝。◇