Компания General Atomics Electromagnetic Systems (GA-EMS) объявила о завершении предварительной разработки четырех индивидуальных моделей производительности в поддержку технологии композитной оболочки ядерного топлива SiGA из карбида кремния.

Компания GA-EMS близка к завершению 30-месячного контракта с Министерством энергетики США (Department of Energy, DOE) на поставку индивидуальных моделей материалов SiGA ядерного класса для создания основы будущего цифрового двойника. Это возможность моделирования и симуляции, призванная помочь ускорить процесс квалификации и лицензирования ядерного топлива для нынешнего и следующего поколения реакторных материалов.

SiGA - это композитный материал на основе карбида кремния (SiC), 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 заявила, что разработанные ею четыре отдельные физически обоснованные модели отражают сложную механическую реакцию оболочки SiGA при облучении. Был использован многомасштабный подход к моделированию, при котором каждая отдельная модель охватывает различные масштабы - от микромасштабной модели, основанной на механизмах, до модели на уровне реакторной системы. В дальнейшей работе эти отдельные модели будут объединены в одну интегрированную модель, называемую цифровым двойником.

«Цифровой двойник - это виртуальное представление физического объекта или системы, в данном случае нашей ядерной топливной системы с оболочкой SiGA», - говорит президент GA-EMS Скотт Форни. «После завершения работы этот цифровой двойник позволит нам прогнозировать работу SiGA в активной зоне ядерного реактора, снижая затраты на разработку и испытания топлива и сокращая время, необходимое для получения разрешения регулирующих органов на использование этой революционной технологии, без ущерба для безопасности».

«Мы смогли ускорить разработку и проверку отдельных моделей, используя опыт Лос-Аламосской национальной лаборатории и Национальной лаборатории Айдахо», - говорит Кристина Бэк, вице-президент отдела ядерных технологий и материалов GA-EMS. «Наша работа включает в себя специальные лабораторные испытания по мере разработки каждой модели. Мы с нетерпением ждем следующего этапа, чтобы объединить эти отдельные модели и включить их в большую систему цифрового двойника. Использование этой структуры для правильного применения моделей с раздельными эффектами обеспечит новый уровень сложности и точности для эффективного прогнозирования характеристик топлива».

Компания GA-EMS успешно создала трубки для оболочки ядерного топлива из карбида кремния. Технология компании включает волокно карбида кремния в состав 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.

В июле компания General Atomics объявила о производстве первой партии 12-футовых (3,6 м) композитных труб из карбида кремния SiGA полной длины, предназначенных для реакторов с водой под давлением. Ранее компания создала стержни SiGA длиной 6 дюймов (15 см) и образцы оболочки длиной 3 фута (91 см), которые отвечают строгим требованиям, предъявляемым к реакторам на атомных электростанциях, и пройдут испытания на облучение в Национальной лаборатории Министерства энергетики США в Айдахо.

Изначально компания GA разработала композит SiGA для проекта малого модульного реактора Energy Multiplier Module (EM2). Это модифицированная версия проекта газотурбинного модульного гелиевого реактора (GT-MHR).