ORNL中子散射研究揭示TRISO燃料性能机理
摘要
Oak Ridge美国国家实验室利用中子散射技术研究含HALEU的TRISO燃料颗粒，重点关注碳化铀内核如何吸收裂变释放的氧以避免二氧化碳生成和层间腐蚀。这项研究旨在量化辐照后碳化铀消耗与燃耗的关系，为改进TRISO燃料制造工艺的经济性和安全性提供科学基础，推动高温气冷堆燃料技术的发展。
Oak Ridge美国国家实验室报告了TRISO燃料研究方面的一项进展，该进展可能有助于评估高温气冷堆燃料。ORNL的研究人员利用该实验室散裂中子源中的散裂中子和压力衍射仪，对含有高浓度低富集度铀燃料(HALEU)的TRISO燃料颗粒进行了中子散射测量。
特殊内核：ORNL报告的这项研究是该实验室不同科学团队之间合作的一部分，这些团队正在研究专门为美国能源部核能办公室先进气冷堆燃料鉴定与开发计划开发的TRISO内核。根据ORNL的说法，这些TRISO内核包含铀氧化物和碳化铀的多相混合物，被多层结构包裹，旨在保持其结构完整性并“解决氧释放引起的有害行为”。
ORNL解释说，在典型的TRISO燃料中，铀氧化物裂变产生的氧“与碳层相互作用并形成二氧化碳，这可能会使TRISO颗粒的各层过度受压并腐蚀碳化硅层”。然而，在含有碳化铀的内核中，“碳化铀成分通过吸收释放的氧而被消耗，产生铀氧化物，而不是二氧化碳”。
ORNL的研究人员希望“弄清楚在辐照后有多少碳化铀被消耗了，并将其评估为燃料燃耗的函数”，该实验室颗粒燃料形式组的成员Will Cureton说。
脉冲中子束：为了深入了解这种燃料现象，研究人员将衍射仪产生的紧密聚焦的1毫米脉冲中子束对准来自AGR燃料鉴定与开发计划的未辐照含HALEU TRISO颗粒。当中子束穿过TRISO颗粒时，一些中子被铀吸收，另一些则被散射。中子面探测器收集了散射的中子，产生了关于TRISO性能和成分的数据。
ORNL认为这些数据是“早期测量结果，为使用中子散射技术研究反应堆辐照后的TRISO颗粒提供了途径”。使用这种中子散射技术的进一步研究将使研究人员能够“表征TRISO颗粒内发生的复杂相变，为新的科学见解和研究方向打开大门”。
经济效益改进：Cureton表示，这些“实验提供了宝贵的见解，并为TRISO燃料的更详细建模奠定了基础。更好地理解内核成分如何影响TRISO行为，最终能够改进TRISO制造方法的经济性，从而带来更安全、更高效和更具成本效益的燃料技术。”