Компания General Atomics изготовила первую партию полноразмерных композитных трубок из карбида кремния SiGA, предназначенных для реакторов с водой под давлением. Компания разрабатывает ядерные топливные стержни, способные выдерживать более высокие температуры, чем используемые в настоящее время материалы.

Компания General Atomics Electromagnetic Systems (GA-EMS) заключила контракт с Министерством энергетики США (DOE) в рамках программы Accident Tolerant Fuel на разработку технологии топливных оболочек из карбида кремния для повышения эффективности и безопасности парка ядерных реакторов США.

SiGA - это композитный материал на основе карбида кремния, который благодаря своей твердости и способности выдерживать экстремально высокие температуры уже несколько десятилетий используется в промышленных целях. В настоящее время он является основой для разработки топливных стержней ядерных реакторов, которые могут выдерживать температуры, намного превышающие температуры современных материалов, таких как циркониевый сплав.

Компания GA-EMS успешно создала трубки для оболочки ядерного топлива из карбида кремния. Технология компании включает волокно карбида кремния в составе оболочки. Эта комбинация создает невероятно прочный и долговечный композитный материал из карбида кремния, способный выдерживать температуру до 3800°F (2093°C) - примерно на 500 градусов выше температуры плавления циркониевого сплава.

GA-EMS уже создала стержни SiGA длиной 6 дюймов (15 см) и образцы оболочки длиной 3 фута (91 см), которые отвечают строгим требованиям, предъявляемым к ядерным реакторам. Образцы пройдут испытания на облучение в Национальной лаборатории Министерства энергетики США в Айдахо.

Недавние исследования показали, что процесс можно масштабировать до полноразмерных топливных стержней длиной 12 футов (3,6 м).

«Демонстрация производства оболочки SiGA длиной 12 футов является заметной вехой в наших усилиях по выводу этой инновационной технологии на рынок», - сказал президент GA-EMS Скотт Форни. «Мы выполняем стратегическую программу производства и испытаний, повышаем эффективность производства и масштабирования этого перспективного продукта, включая демонстрацию прочности облицовки в ходе совместных испытаний с национальными лабораториями».

«Оболочка SiGA разработана для повышения безопасности и доступности существующего парка ядерных реакторов», - добавила Кристина Бэк, вице-президент подразделения ядерных технологий и материалов GA-EMS. Стабильность материала в активной зоне может снизить частоту дозаправки активной зоны, что улучшит экономику атомных электростанций, одновременно обеспечивая дополнительную защиту топлива в маловероятном случае аварии».

«Этот этап производства продемонстрировал отличную однородность свойств по всей длине детали и всей производственной партии. Эти ключевые показатели, продемонстрированные на более коротких отрезках длиной от 6 до 3 футов, будут и в дальнейшем являться отличительной чертой технологии SiGA на полной длине».

Помимо масштабирования технологий изготовления и усовершенствования технологического процесса, GA-EMS заявила, что ее усилия сосредоточены на расширенном тестировании характеристик и разработке инструментов моделирования для топливных стержней SiGA.

Изначально GA разработала композит SiGA для проекта малого модульного реактора Energy Multiplier Module (EM2). EM2 является модифицированной версией проекта газотурбинного модульного гелиевого реактора (GT-MHR).

В феврале 2020 года Framatome и GA договорились оценить целесообразность использования SiGA в топливных стержнях путем проведения термомеханических и коррозионных испытаний. Долгосрочной целью является демонстрация облучения топливного стержня полной длины в поддержку лицензирования и коммерциализации.