美国核电站耐事端燃料功能不断提高

耐事端燃料（ATF）是为了比传统的燃料更能接受反响堆堆芯冷却失灵而规划的，并在正常运转期间坚持和改进燃料和电厂功用。ATF是根据事端情况下，存在必定的安全裕度而规划，一起保证更有用的正常运转。规划中，也考虑了与可再生能源更好的协作，进步电厂的功用。

在2011年福岛核事端之后，美国国会、能源部和核工业界认识到，要优先展开ATF技能的研讨和开发。因而，能源部发动了一项为期10年的方案，方针是在2022年前将具有增强事端耐受性的实验棒应用于商业反响堆。

重大突破产生在2018年2月，全球核燃料公司（GNF）的Iron Clad和ARMOR ATF铅测验组件（LTA）在南边核运营公司的哈奇工厂投入运用。

经过运用分段棒装载ARMOR LTA，简化未来的燃料检查工作，一起也是在商业核电厂初次运用含颗粒的ATF。2019年3月，南边公司将世界上第一根全长ATF燃料棒选用Framatome公司的PRO tec规划装入Vogtle-2核电站。

此外，一些国家现现已过经合安排核能组织、世界原子能组织和欧洲原子能共同体（Euratom）拟定了ATF方案和世界ATF联合方案。为了保证这些新燃料的广泛适用性，美国核工业成立了ATF工作小组。在核能研讨所的协调下，该小组包含来自NEI、DOE、燃料供货商、电力研讨所（EPRI）、核电公司以及其他各种职业专家的代表。别的，核办理委员会现已发布了《高效耐事端燃料项目方案》，概述了为供货商供给的安全审查所做的预备。

为了促进职业的广泛选用，职业拟定了以下ATF规划的规范。

1.可接受的中子吸收截面，保证满意的运转和经济性。

2.适用于当时轻水反响堆。

3.有满意的原材料供应以满意全球轻水反响堆的需求。

4.在正常运转条件下与现在的轻水反响堆冷却剂相兼容。

5.满意现有的规划、运转、可靠性和答应要求。

正在开发中的ATF能够分为近期布置和远期布置两类。近期布置的ATF运用现在的结构、法规和监管规矩，估计将在20世纪20年代中期建造的核电站上完成商业布置。

远期布置的ATF仍在开发和测验中，或许需求拟定新的监管结构。因而，在运转中的商业反响堆中进行布置之前，或许需求花费许多时刻进行监管办法和答应规矩的拟定。

商业反响堆决议是否选用ATF，一个要害方针是ATF布置的时刻表。越早布置，其安全和经济效益就或许在现有电厂的剩下寿数内越早完成。抱负情况下，ATF能进步核电站的安全性，一起有或许下降运营本钱并进步工厂的功率。“安全效益”意味着安全性进步，这比规范的锆/二氧化铀（Zr/UO2）燃料的功用更有优势。

先进核燃料的研讨、开发、答应和布置意味着很多的出资，以及燃料供货商、运营公司、研讨组织、监管部门和政府组织之间的协作。任何新的燃料技能在经济上都是可行的，需求很多的安全和经济实践来证明选用这项技能的合理性。

其优势包含进步了安全系数、燃料可靠性、经济性，优化燃料循环操作战略、削减废物产生等。在曩昔的一年里，美国核工业一直在活跃开发ATF，方针是在2020年代前期到中期开端布置。因而，EPRI现已拟定了ATF技能的安全和经济效益评价规矩。

ATF的价值

在曩昔的30年里，EPRI一直在与政府、监管组织和商业利益相关者协作，研讨具有更高的可靠性、安全性、功率和功用的先进燃料。尽管EPRI没有开发详细的ATF技能，但供给了要害的安全、经济和运营技能剖析，以支撑施行ATF的战略决策。

商业反响堆业主和运营商选用ATF的条件是需求评价ATF的收益和本钱。2017年，EPRI对ATF预期功用进行了开始评价，量化了ATF所需的各种安全增强办法。在事端产生的假设下，EPRI对ATF的功用进行了评价，并将ATF的成果与运用现在Zr/UO2燃料规划进行了比较。在这一开始评价之后，EPRI根据更多的事端情形进行了剖析，进行了燃料循环优化评价（经过添加运转安全系数，一起供给更高的燃料可靠性、燃料循环优化和削减乏核燃料，添加浓缩的多功用功用，相对规范Zr/UO2燃料更有优势。）因而，研讨工作量大大添加，包含研讨严重事端处置战略，进行安全规范剖析，评价燃料循环优化等，EPRI的后续剖析得出以下定论。

ATF能够供给更多的时刻，以应对弛缓解事端。

关于有核态欢腾（DNB）约束的压水堆失流事端，带有二氧化铀的Zr-合金包壳和规范Zr/UO2燃料体系的剖析成果实际上是相同的。但是，这些成果也标明，假如现在的DNB检验规范被包层强度的失效机制所替代，就能够改动电厂运转战略、添加堆芯规划的灵活性，以进步经济收益。

压水堆冷却剂丢失事端（LOCA）评价显现，跟着涂层包壳和掺二氧化铀颗粒技能的运用，安全系数有所进步。额定的安全系数是经过运用具有更高导热性的颗粒来完成的，这使得颗粒的工作温度下降。此外，ATF包层大大削减了部分氧化。

包层—蒸汽氧化动力学。这些功用上的优点能够推迟紧迫中心冷却体系（ECCS）的发动，但还需求更多的研讨来证明这种或许性。

LOCA评价显现，经过削减氢气的产生量和氧化层的厚度，涂覆的Zr合金包壳能添加包壳在LOCA条件下的延展性和弹性。

涂层Zr—合金包壳能够支撑适度添加峰值因子，以满意压水堆燃料循环优化的需求。

沸水反响堆ATF满意答应欢腾过渡的安全剖析的答应要求。ATF进步了燃料安全性，使其能够接受产生欢腾过渡时的时间短干枯期，使得燃料循环本钱下降。

BWR ATF概念能够满意ECCS

满意LOCA的答应要求的一起，大幅削减了ECCCS的注入流量。ATF的安全裕度能够经过使用额定的CPR裕度，放宽scram要求，撤销周期结束时再循环泵的跳闸功用，答应在当时答应的运转约束内以较低的堆芯流量运转，然后完成运转和保护本钱的下降。