在美國生產(chǎn)了幾十年之后，法國的一家升級(jí)后的工廠現(xiàn)在正生產(chǎn)TRIGA氫化鈾鋯燃料，用于研究反應(yīng)堆和新一代小型SMR。
1、TRIGA反應(yīng)堆
雖然產(chǎn)生了非常高的功率脈沖，TRIGA反應(yīng)堆是一種非常安全的設(shè)計(jì)。
(資料圖片僅供參考)
TRIGA——培訓(xùn)、研究、同位素、通用原子(Training，Research，Isotopes，General Atomics)——是通用原子公司設(shè)計(jì)的核反應(yīng)堆模型，用于科學(xué)機(jī)構(gòu)和大學(xué)的研究和培訓(xùn)活動(dòng)。
目前全世界有36個(gè)TRIGA反應(yīng)堆在運(yùn)行。
TRIGA反應(yīng)堆使用獨(dú)特的低濃縮、長壽命氫化鈾鋯(UZrH)燃料，該燃料有較大的負(fù)燃料溫度系數(shù)的理想特性。
這意味著，隨著溫度升高，反應(yīng)性迅速降低，雖然反應(yīng)堆可以短暫地脈沖產(chǎn)生非常高的能量輸出(據(jù)報(bào)道高達(dá)22 GW)，但這是一種非常安全的設(shè)計(jì)。
斯洛文尼亞TRIGA Ⅱ反應(yīng)堆平臺(tái)(圖片：Jo?ef Stefan Institute)
燃料是TRIGA系列反應(yīng)堆的基本特征，具有公認(rèn)的安全性、堅(jiān)固性、可靠性、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性以及在世界范圍內(nèi)的認(rèn)可度。
隨著正在進(jìn)行的研究計(jì)劃，反應(yīng)堆設(shè)計(jì)者受到TRIGA燃料設(shè)計(jì)和技術(shù)的啟發(fā)，目前正在探索小型反應(yīng)堆的應(yīng)用。其中包括美國能源部的MARVEL微型反應(yīng)堆項(xiàng)目。
MARVEL微型堆(圖源：網(wǎng)絡(luò))
MARVEL微型堆是一種鈉鉀冷卻堆，可產(chǎn)生100 kW的功率。
MARVEL燃料使用與TRIGA燃料相同的UZrH棒，也利用了現(xiàn)有的制造能力。它還得益于相同的安全優(yōu)勢(shì)和穩(wěn)健的監(jiān)管流程。
美國能源部最近同意在未來九年內(nèi)購買668個(gè)新燃料元件，用于INL新的MARVEL微型反應(yīng)堆項(xiàng)目。
2、移動(dòng)TRIGA燃料生產(chǎn)
馬里蘭大學(xué)的TRIGA反應(yīng)堆是美國大學(xué)正在運(yùn)行的12個(gè)TRIGA反應(yīng)堆之一(圖源：馬里蘭大學(xué))
從1958年到1995年，所有TRIGA燃料都在圣地亞哥的通用原子能公司(General Atomics)廠區(qū)制造，以支持美國研究反應(yīng)堆計(jì)劃，該計(jì)劃旨在培養(yǎng)訓(xùn)練有素的科學(xué)家，以支持未來的核工作人員。
由于燃料需求的減少和許可證要求的增加，通用原子公司有興趣搬遷其燃料制造設(shè)施，同時(shí)維持這些研究反應(yīng)堆的燃料供應(yīng)。
與此同時(shí)，美國能源部正在資助一項(xiàng)計(jì)劃，將仍使用高濃縮鈾(HEU)燃料的TRIGA反應(yīng)堆轉(zhuǎn)換為低濃縮鈾(LEU)燃料。
美國能源部的這一計(jì)劃確保了未來的業(yè)務(wù)，進(jìn)一步推動(dòng)了通用原子公司尋找合作伙伴的愿望，該合作伙伴可以在其他燃料制造活動(dòng)中制造TRIGA燃料，并使其更具成本效益。
與此同時(shí)，法馬通位于法國的CERCA燃料實(shí)體和制造設(shè)施正在探索新的商機(jī)，以利用其專業(yè)知識(shí)制造。
作為研究反應(yīng)堆金屬燃料的制造商，CERCA被選為通用原子公司的首選合作伙伴。
法馬通和通用原子公司于1995年成立了TRIGA國際SAS合資企業(yè)，以銷售CERCA制造的TRIGA燃料元件。
如今，法馬通CERCA是TRIGA型研究反應(yīng)堆中使用的氫化鈾鋯(UZrH)燃料的唯一供應(yīng)商。
2018年啟動(dòng)了一個(gè)翻新項(xiàng)目，以滿足美國TRIGA反應(yīng)堆的燃料需求，并使該設(shè)施達(dá)到現(xiàn)代最先進(jìn)的安全標(biāo)準(zhǔn)。
該項(xiàng)目是在美國能源部的資金和TRIGA國際的資本支持下實(shí)現(xiàn)的。美國能源部是一個(gè)催化劑，提供了近1600萬美元的資金支持法馬通公司資助的設(shè)施升級(jí)。
美國核安全局(National Nuclear Security Administration)提供了500萬美元的初始資金，用于進(jìn)行可行性研究，并協(xié)助設(shè)備的設(shè)計(jì)、安裝和拆除，而核能辦公室(Office of Nuclear Energy)提供了1000多萬美元，用于完成生產(chǎn)線的啟動(dòng)和運(yùn)行。2021年初完成了翻修。
為了生產(chǎn)TRIGA燃料元件，UZrH合金通過在石墨模具中熔化鈾和鋯來制造，以獲得具有所需化學(xué)成分的UZr棒。
然后進(jìn)行表面處理和氫化處理以獲得最終的UZrH棒。其中三個(gè)UZrH棒使用不銹鋼包殼管和最終燃料元件的端蓋組裝。
TRIGA燃料和MARVEL燃料的主要區(qū)別在于一個(gè)燃料元件中的桿數(shù)。
MARVEL燃料設(shè)計(jì)需要五個(gè)燃料棒，而TRIGA燃料使用三個(gè)。
在生產(chǎn)過程中，分幾個(gè)階段進(jìn)行檢查，以確?；瘜W(xué)成分的完整性和尺寸的準(zhǔn)確性。一旦確認(rèn)，在分發(fā)前對(duì)成品進(jìn)行最終泄漏測(cè)試。
3、提高產(chǎn)量并確保質(zhì)量
將部分輻照的TRIGA燃料裝入運(yùn)輸容器，以運(yùn)至研究反應(yīng)堆(圖源：EM)
自2018年以來，一個(gè)專門的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)工作，為現(xiàn)場(chǎng)的上游和下游工藝提供新設(shè)備。
憑借最新的技術(shù)和先進(jìn)的功能，升級(jí)包括車床、磨床、熔覆裝置、焊接設(shè)備、控制器以及熔化和氫化爐。
新設(shè)備配備了現(xiàn)代化的儀器和控制裝置，以更好地控制產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)過程中的產(chǎn)量，以及提高生產(chǎn)率的可靠設(shè)備。
此外，在TRIGA生產(chǎn)設(shè)施內(nèi)還可以找到許多專業(yè)的工業(yè)領(lǐng)域，如冶金、化學(xué)、機(jī)械加工和焊接。
對(duì)TRIGA燃料唯一來源的升級(jí)——加強(qiáng)了安全措施，確保了TRIGA燃料的供應(yīng)，以滿足客戶的長期需求。
這意味著該燃料也可用于小型模塊化反應(yīng)堆燃料設(shè)計(jì)升級(jí)和潛在的先進(jìn)反應(yīng)堆機(jī)會(huì)。
在獲得法國核管理局(ASN)的必要批準(zhǔn)后，TRIGA國際公司按計(jì)劃恢復(fù)了濃縮鋯鈾錠的制造業(yè)務(wù)。
首批新燃料元件預(yù)計(jì)將于2022年底完成。
嚴(yán)格的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制程序，確保TRIGA燃料符合美國標(biāo)準(zhǔn)和資格要求，如ASME核質(zhì)量保證(NAQ-1)認(rèn)證計(jì)劃。
目前，有36個(gè)正在運(yùn)行的TRIGA反應(yīng)堆支持美國和世界各地的研究計(jì)劃。
這些反應(yīng)堆為在核能領(lǐng)域工作的下一代科學(xué)家和工程師提供了核技術(shù)教育和經(jīng)驗(yàn)培訓(xùn)。
這些反應(yīng)堆對(duì)于現(xiàn)在和將來獲得和保持行業(yè)人員的專業(yè)能力至關(guān)重要。
隨著核工業(yè)的進(jìn)步，TRIGA核燃料為這些反應(yīng)堆的持續(xù)運(yùn)行和下一代重要清潔能源勞動(dòng)力的發(fā)展提供了支持。
(編譯自Nei，原文名稱《Uprating TRIGA fuel production》)
