محققان آیداهو با شرکت آمریکایی همکاری می کنند تا سوخت های هسته ای جدیدی را برای حفظ ، بهبود راکتورهای امروز ایجاد کنند

NEUSSE – کارآفرینان پدر و پسر مهول و میلان شاه به طراحی جدیدی از سوخت هسته ای که می تواند زباله های هسته ای را کاهش دهد ، ایمنی و کاهش هزینه های راکتورهای فشار سنگین را کاهش می دهد.

شاه ها – مدیرعامل و رئیس بهره برداری ، به ترتیب ، انرژی هسته ای تمیز و همچنین مدیر فناوری پل چان – همراه با توریم با اورانیوم کم غنی شده ، که بین 5 تا 20 درصد غنی شده است. به عنوان یک قاعده کلی ، اورانیوم موجود در سوخت راکتور آب سنگین غنی نیست ، به این معنی که عنصر اورانیوم -235 شکافت قابل شکر کمتر از 0.72 ٪ از کل را نشان می دهد.

مهول شاه گفت: “لحظه Eureka ما زمانی پیش آمد که ما با موفقیت در طراحی سوخت در برابر تکثیر با استفاده از توریم و اورانیوم با آزمایش کم غنی شده بدون نیاز به اصلاح در راکتور یا هندسه خارجی پرتو سوخت ایجاد کردیم.”

با استفاده از انرژی هسته ای پیشرفته برای طول عمر غنی شده (ANEL) ، طراحی سوخت شاه می تواند در راکتورهای آب سنگین در جهان فعالیت کند.

اما قبل از اینکه سوخت آنل وارد بازار شود ، شاهس باید عملکرد و ایمنی خود را در صنعت و تنظیم کننده ها اثبات کند.

ظرفیت ها و تخصص های بی نظیر

پس از گذشت چند سال به دنبال مرکز تحقیقاتی مناسب ، شاهس به محققان آزمایشگاه ملی آیداهو (INL) ، یکی از معدود مکان های جهان با تخصص و ظرفیتی برای صلاحیت مناسب طراحی خود با سرعت شتاب وصل شده است.

INL و سایر آزمایشگاه های ملی منابع خود را در دسترس شرکت های خصوصی برای ارتقاء نوآوری در صنعت انرژی قرار می دهند. بدون آزمایشگاه های ملی ، شرکت های خصوصی نمی توانند این ظرفیت های اساسی را به خودی خود ایجاد کنند. این امر به ویژه در مورد صنعت هسته ای صادق است ، و Clean Core تنها یکی از بسیاری از شرکت های پشتیبانی شده در توسعه سوخت هسته ای است.

به طور خاص ، شاهس می خواست جریان زیاد نوترون ها و سوزاندن زیاد توسط راکتور پیشرفته (ATR) (ATR) از INL و ظرفیت های “تست برخورد” ارائه شده توسط راکتور تست انتقالی باشد.

مهول شاه گفت: “این چیزها در هیچ جای دیگر جهان یافت نمی شود.” “ATR Grail مقدس برای آزمایش های هسته ای است. صلاحیت سوخت ما برای آزمایش ها مانند تعمیر صندلی در تنها پرواز به ماه است.”

در بهار سال 2024 ، مهندسان ATR 216 لنت سوخت آنل را در هسته راکتور شکل ATR قرار دادند. پس از چهار ماه زمان تابش ، اولین دسته از گلوله های سوخت برای امتحان آماده است. پاستیل های باقیمانده تا بهار سال 2026 در ATR باقی خواهند ماند تا محققان بتوانند مطالعه کنند که سوختگی بیشتر بر سوخت تأثیر می گذارد.

برای شاهس ، این لحظه حقیقت است. داده های جمع آوری شده به لطف تلاش کارشناسان INL به اثبات مفهوم ANEL برای تنظیم کننده ها و سرمایه گذاران کمک می کند.

یک آزمایشگاه ملی ، دانشگاه و همکاری خصوصی

معاینه پس از تابش سوخت ANEL ، اوج همکاری چندین سال بین INL ، Clean Core و دانشگاه A&M تگزاس است. در حالی که بیشتر شرکت های خصوصی که سوخت های هسته ای را انجام می دهند ، نوعی بودجه دولت را برای کمک به پرداخت پروژه های خود در INL دریافت می کنند ، آزمایش های تابش هسته تمیز همه توسط خصوصی تأمین می شوند.

INL اکسید اورانیوم را به محققان A&M تگزاس فرستاد ، که آن را با اکسید تجاری توریم در یک مخلوط مالک مخلوط کرده و در برنامه بیمه کیفیت INL ، پاستیل سوخت تولید می کنند. برخلاف پاستیل های سوخت معمولی ، سوخت آنل حلقوی است ، به این معنی که با سوراخی در مرکز پاستیل ساخته شده است تا بهتر در انتشار سوختگی گاز شکافت قرار بگیرد. سپس پاستیل های سوخت برای کنترل کیفیت ، مونتاژ در کپسول سوخت و درج در ATR به INL بازگردانده شدند.

مایکل وورل ، محقق INL و محقق اصلی تجربه تابش هسته تمیز گفت: “کنترل کیفیت به خودی خود یک ماجراجویی بود.” وی گفت: “ما همه آنها را اندازه گیری کردیم ، آنها را وزن کردیم ، سپس چندین نمونه را به MFC (مواد INL و پیچیده سوخت) ارسال کردیم.

محققان 216 گلوله سوخت را که تگزاس A&M برای تجربیات ATR در 12 کپسول ساخته بود ، تقسیم کردند. آنها سپس کپسول ها را برای قرار دادن در هسته ATR به سه “سبد” تقسیم کردند. 12 کپسول دارای مخلوط های مختلف اورانیوم و توریم است ، از جمله کپسول با اکسید اورانیوم خالص به عنوان شاهد.

هر سبد تحت سطح متفاوتی از سوزش قرار می گیرد – زمان صرف شده با نوترون در هسته راکتور ATR. اولین سبد در نوامبر 2024 از هسته خارج شد و به احتراق سوخت تا 25 روز گیگاوات در هر تن رسید. پس از چهار ماه در استخر خنک کننده ATR و حمل و نقل ATR به MFC ، سوخت تا اواسط مارس 2025 برای امتحان آماده شد.

معاینه پس از تابش

مانند تلاش های تابش سوخت مشابه برای شرکت های خصوصی ، معاینه پس از تابش Clean Core شروع به بررسی سوخت داغ ، بزرگترین و مجهز ترین سلولهای مجهز به کشور برای درمان و بررسی مواد هسته ای و سوخت های تابش می کند.

پس از رسیدن به تأسیس ، مرحله ای از فرآیند معاینه پس از تابش ، انجام یک اشعه ایکس نوترون در سوخت برای ارزیابی تغییرات فیزیکی در سوخت در هنگام تابش است.

شکل 1 کپسول ها پس از تابش در ATR را نشان می دهد. این تصاویر اولیه هیچ شکاف آشکاری در سوخت ، بدون فروپاشی شکل سوخت حلقوی و تغییر شکل خام رودلت را نشان نمی دهد.

این نتایج اول حاکی از یکپارچگی ساختاری خوب و پایداری تابش برای سوخت تمیز هسته تمیز است. چان گفت: “پاستیل های تابش شده دقیقاً مانند تولید آنها هستند.” “این یک خبر مهم برای جامعه سوخت است. عالی است.”

پس از رادیوگرافی ، سوخت چندین معاینه غیر مخرب دیگر ، از جمله معاینه بصری را پشت سر می گذارد. مشخصات ، که سطح میله را در جستجوی تغییرات بعدی فیزیکی اندازه گیری می کند. و اسکن گاما مفصل ، که به دنبال توزیع تولید کنندگان شکافت در سوخت است. سرانجام ، میله های سوخت به گونه ای برچیده می شوند که گلوله های سوخت قابل بازرسی هستند. از آنجا که باید میله های سوخت برای دسترسی به پاستیل های سوخت باز شوند ، به این نوع امتحانات معاینات مخرب گفته می شود. معاینات مخرب شامل جمع آوری گاز شکافت در پین سوخت و استفاده از میکروسکوپ بر روی پاستیل های سوخت فردی برای بررسی تأثیر تابش در ریزساختار سوخت است.

ایتان اوبرگ ، مدیر تجربه INL ، گفت: “ما رشد دانه و ساختار دانه ها را بررسی خواهیم کرد تا ببینیم که او چگونه رفتار می کند.” “ما همچنین توزیع تخلخل و محصولات شکافت سوخت را بررسی خواهیم کرد.”

رهبری آمریکا را ایجاد کنید

این همکاری ها بین شرکت های خصوصی و INL به صنعت کمک می کند تا راکتورهای آینده را سوخت. میلان شاه گفت: “یکی از اهداف اصلی ما کمک به ایجاد رهبری هسته ای و در مورد ما ، رهبری سوخت در آمریکا است.”

INL نقش اساسی در دستیابی به این اهداف دارد. در ترکیب ، ظرفیت های تولید ، تابش و پس از تابش آزمایشگاه به این معنی است که شرکت ها می توانند با اعتماد به نفس در داده های حاصل ، سوخت های خود را اثبات کنند. مهول شاه گفت: “این سوخت واقعاً در سفری آغاز شده است که بدون متخصصان و توانایی های موجود در INL امکان پذیر نیست.”

درباره آزمایشگاه ملی آیداهو

Batchele Energy Alliance INL را برای دفتر انرژی هسته ای وزارت انرژی ایالات متحده مدیریت می کند. INL مرکز ملی تحقیقات و توسعه انرژی هسته ای و همچنین تحقیقات در هر یک از مناطق استراتژیک DOE است: انرژی ، امنیت ملی ، علوم و محیط زیست. برای اطلاعات بیشتر ، به www.inl.gov مراجعه کنید.

ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید: فیس بوک، اینستاگرام، بدیهی وت xبشر