一、測(cè)試背景與目標(biāo)
全球核電站運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)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(yùn)維成本飆升。俄羅斯國家原子能公司直擊痛點(diǎn)，力求以新型核燃料打破僵局，開啟核電高效運(yùn)營(yíng)新篇章。
此次測(cè)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(yàn)場(chǎng)。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(cè)試提供了穩(wěn)定環(huán)境，是驗(yàn)證高濃縮核燃料的理想平臺(tái)。
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(gè) 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(yàn)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(cè)試。
每個(gè)燃料元件都?xì)v經(jīng)精密設(shè)計(jì)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(yùn)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(shì)
在核反應(yīng)堆運(yùn)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(zhǎng)燃料周期(超 18 個(gè)月)的嚴(yán)苛運(yùn)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(dú)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(zhǎng)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(zhǎng)燃料更換周期：
新型核燃料有望將現(xiàn)有的 12 - 18 個(gè)月燃料更換周期顯著拉長(zhǎng)至 24 個(gè)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(jí)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(fèi)損失，還降低了設(shè)備頻繁啟停帶來的損耗風(fēng)險(xiǎn)，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(yùn)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(yùn)營(yíng)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(zhǎng)期邁向 7% - 8%，已是全球核電領(lǐng)域的大勢(shì)所趨。過往，行業(yè)多聚焦新設(shè)計(jì)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(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)核電站性能的進(jìn)階，突破 5%濃縮度閾值勢(shì)在必行。”
現(xiàn)代 VVER 反應(yīng)堆堆芯含 163 個(gè)燃料組件，單個(gè)組件鈾含量超 500 公斤，看似微小的 1%濃縮度提升，實(shí)則能撬動(dòng)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(dòng)力。
當(dāng)下 MIR.M1 研究反應(yīng)堆中的試驗(yàn)，是俄羅斯核電技術(shù)邁向新紀(jì)元的關(guān)鍵一步。試驗(yàn)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(jì)核電站大規(guī)模應(yīng)用筑牢技術(shù)根基。
