分析 | 俄罗斯新开发的核燃料（上）

核电新闻

2016年，来自30多个组织的250多名专家出席了在俄罗斯举行的关于核电站新一代核燃料——开发、运行经验和未来方向的会议。这次会议由燃料公司Tvel(隶属于国家核公司Rosatom)组织，在俄罗斯领先的核燃料研究中心AA Bochvar无机材料研究所(VNIIMN)举行。会议报告涵盖了当前的发展情况，并建议了一系列新核燃料的研发方向。

会议商定了一系列改进核燃料的工作。它包括基于TVSA-PLUS和TVS-2M组件的VVER-1000反应堆的研发，以确保在高达107%额定功率的18个月燃料循环中可靠运行，并改进VVER-440和VVER-1000堆芯的计算中子物理参数，以证明燃料供应和运行安全。这项工作的大部分现已完成。

杜科瓦尼的新燃料

2020年6月，根据2019年与电力公司CEZ签订的合同，Rosatom的OKB Gidropress(Atomenergomash的一部分)开始测试为捷克共和国杜科瓦尼开发的VVER-440的第三代RK3+核燃料。新的设计改进了燃料的物理和热工水力特性。Tvel负责科学和技术活动的副总裁Alexander Ugryumov说：“RK3+的引入将为发电机组以更高的热功率运行创造机会，并延长杜科瓦尼核电站燃料循环的持续时间，这将提高核电站的经济效益。”。

RK3+具有更长的燃料棒间距，这降低了反应堆堆芯的水铀比，提高了燃料的效率。Tvel说，试验将研究燃料组件在热工水力和动态条件下的机械稳定性，尽可能接近全面运行。

ATFS进展

俄罗斯也在开发TVS-2M事故容限燃料(ATF)，用于VVER和西方设计压水堆。

2019年12月，VVER-1000反应堆的首批自动变速箱油组件在新西伯利亚化学精矿厂制造并通过验收测试。Rosatom计划将三个试验性的ATF组件于2020年装入罗斯托夫的其中一个反应堆。每种镍合金包壳含有两种不同的镍铬合金包壳。这两种选择都使包层更耐热。

Rosatom在2019年完成了第一阶段的反应堆试验。在位于Dimitrovgrad的原子反应堆研究所(NIIAR)的MIR反应堆的独立水回路中，对两个带有VVER和PWR燃料元件的实验燃料组件进行了辐照。每个燃料元件有24个燃料元件，有四种不同的包层材料和燃料成分组合。燃料芯块由传统的二氧化铀以及密度和热导率增加的铀钼合金制成。为了进行辐照后材料科学研究，从每个燃料组件中移除了几个燃料元件，并安装了新的非辐照样品。

全尺寸铬镍合金镀层由Elektrostal的Mashinostroitelny Zavod制造;国家研究大学-莫斯科电力工程学院的专家将镀铬应用于格拉佐夫Chepetsk机械厂生产的标准锆覆层。ATF的研发由VNINM进行和协调。

Tvel说，ATF的引入是提高核电系统安全性和可靠性的关键。Ugryumov说，Tvel已按时完成2019年容忍燃料计划的所有计划。

再混合和合成氧化物

在2016年的会议上，另外决定了制定和改进各种燃料元件和燃料组件以及结构材料、核燃料及其部件的技术文件。该决议特别注意开发有前途的新型燃料，包括混合燃料(再生混合燃料)、混合铀钚氧化物(混合铀钚氧化物)和MNUP(混合氮化物铀钚)燃料。

2014年，由圣彼得堡VG Khlopin镭研究所领导的俄罗斯多家企业(Rosenergoatom、Tvel、NIIAR、OKB Gidropress和Kurchatov Institute)参与的混合燃料计算和实验鉴定项目于2014年启动。

再混合使用的是再生铀和钚的混合物，这是在用过的核燃料后处理过程中形成的。在分离出的混合物中加入少量浓缩铀。这样，用过的燃料中的钚和未燃烧的铀235一起被重新利用。

它将用于VVERs，一旦广泛使用，有望减少核电工业中天然铀的消耗。

从安全的角度来看，再混合和最高浓缩5%的二氧化铀没有区别。战略目标是关闭核燃料循环。

2016年5月，位于塞韦尔斯克的西伯利亚化学联合收割机(部分Tvel)的化学和冶金厂制造了含有混合燃料的燃料棒，其中三个燃料棒随后被装载到Balakovo 3中进行延长试验。其他人则被送往NIIAR进行测试和进一步研究。SCC高密度燃料实验和试点工业生产项目负责人Evgeny Lachkanov证实，混合过程在提纯锕系元素和裂变产物后，将铀和钚从热反应堆使用的燃料中分离出来，并将其返回核燃料循环，同时添加铀的计算量。

2016年9月至2017年3月在NIIAR进行的试验旨在获得燃料元件运行参数的初步实验数据。需要这些数据来确认VVER-1000燃料组件设计标准的选择。

今年7月装载到Balakovo3的三个混合燃料组件各包含六个燃料元件。2020年继续试点。2021年，它们将被移走并转移到保存池中1.5年，然后在2023年交付给NIIAR进行进一步研究。

巴拉科沃核安全与可靠性部门负责人弗拉基米尔·德尔加切夫表示，混合燃料的中子能谱与普通铀燃料没有区别。“这意味着，它可以用于常规反应堆，而无需对其设计和额外的安全措施进行额外修改——这是这种新型燃料的另一个无可争辩的优势。”

2019年3月，克拉斯诺亚克矿业和化学联合公司的科学家开发了一种生产混合燃料和混合氧化物燃料的新技术。新的方法使获得适合于在后处理阶段进一步生产燃料芯块的主混合物成为可能。MCC说，混合物是以固溶体的形式获得的，这确保了最大程度的均匀化。这大大减少了通过回收母液处理的液体量，并大大降低了劳动力和能源成本。

这项新技术更简单、更快，也使在这一过程中放弃使用氢和氨成为可能。它也高度遵守不扩散制度。MCC指出：“这项技术可以根据客户的要求，获得化学计量的二氧化铀或铀和钚二氧化合物的混合物，达到任何核安全比。”该技术已用于在实验工业条件下制造mox燃料芯块。

“应该记得，mox燃料的出现是由于2000年与美国签署了一项关于处理军用钚的协议，”Proryv(突破)项目的科学主管Evgeny Adamov解释说，该项目旨在关闭俄罗斯的核燃料循环。“当时我们没有任何铀钚燃料，但它已经在世界上使用。法国自1967年以来就在他们的快堆中使用它。“我们认为，无论是用于热反应堆还是快堆的mox燃料都没有意义，但世界上没有其他混合燃料，协议必须得到执行。阿达莫夫说：“据推测，西方国家不仅会向美国转让技术，而且还会提供超过30亿美元的补贴。

阿达莫夫说，在那次事件中，补贴并没有到位，但俄罗斯仍然按照协议继续发展混合氧化物。当美国在2018年取消了自己的mox计划时，俄罗斯的mox发展已经取得了长足的进步。他说，俄罗斯的联邦目标计划“2010-2015年新一代核能技术以及2020年之前的展望”最初并没有优先考虑混合氧化物氧化物的开发或快堆。“直到2011年，他们才意识到，在关闭以快堆为基础的核燃料循环方面进行整合工作的好处。然后，鉴于BN-800计划发射，分配了大量资金来完成混合氧化物燃料的生产工作。”

2013年，Proryv项目的概念成为该项目的一部分。