Американская лаборатория совместно с компанией продвигает разработку TRISO-топлива на основе тория

Ливерморская национальная лаборатория имени Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL) совместно со стартапом по производству микроядерных реакторов AMPERA ведет сотрудничество, направленное на разработку топлива для реакторов следующего поколения с использованием новой технологии изготовления металлических частиц. Сотрудничество сосредоточено на триструктурном изотропном (TRISO) топливе с покрытием, целью которого является создание более устойчивого топливного решения для передовых реакторов с более высокими рабочими температурами и более длительным сроком службы.

Малые модульные реакторы деления рассматриваются как вариант распределенной энергетики, который может быть развернут в отдаленных районах, на военных объектах и промышленных площадках. По сравнению с традиционными легководными реакторами, некоторые передовые реакторы предъявляют более высокие требования к стабильности топлива в условиях высоких температур, нейтронного облучения, коррозии и окисления, что является важной причиной интереса к TRISO-топливу.

Частицы TRISO-топлива обычно имеют размер, близкий к маковому зерну, каждая частица содержит топливное ядро внутри, а снаружи покрыта слоями углеродных и керамических материалов. Такая структура действует как микроскопическая герметичная система, помогая удерживать радиоактивные продукты деления и повышая запас безопасности и структурную стабильность топлива в жестких условиях эксплуатации.

Данный совместный проект, получивший название “Проект ториевой одномодовой капельной инжекции для реакторов (THUNDER)”, направлен на производство ториевых частиц-предшественников, которые могут быть далее переработаны в TRISO-топливо. Торий как ядерный топливный материал характеризуется относительно большими запасами и более коротким сроком существования соответствующих потоков отходов. Торий-232 сам по себе не способен поддерживать цепную реакцию деления, но после поглощения нейтрона может превращаться в делящийся уран-233, поэтому ториевая топливная система обычно по-прежнему требует делящегося материала в качестве “затравки” для запуска и поддержания реакции.

Проект THUNDER основан на предыдущей лабораторной разработке LLNL “Порошковая инжекция (PowderJet)”. Данная технология использует метод капельной инжекции жидкого металла по требованию для производства металлических частиц с высокой сферичностью и контролируемым размером. Для TRISO-топлива размер, форма и состав центрального топливного ядра должны строго контролироваться, и данная технология способна достичь в масштабном производстве однородности, которую трудно обеспечить традиционными методами порошковой металлургии.

Виктор Сухоцкий (Viktor Sukhotskiy), инженер-исследователь LLNL и главный исследователь проекта, отметил, что данное сотрудничество демонстрирует ценность сочетания исследовательских возможностей национальной лаборатории с конкретными технологическими потребностями предприятия. Брайан Мэтьюз (Brian Matthews), основатель и генеральный директор AMPERA, отметил, что сотрудничество способствует ускорению создания технологической базы, необходимой для вертикально интегрированных поставок топлива, снижению затрат и рисков в цепочке поставок, а также поддержке развертывания его компактной подкритической ядерной энергетической системы.

Согласно плану проекта, работа сторон будет охватывать вычислительное моделирование, испытания совместимости материалов и сопел, разработку высокотемпературных процессов, характеризацию частиц, безопасную радиоактивную обработку, а также передачу масштабируемых процессов и проектных правил для будущей коммерциализации.