俄羅斯研制開(kāi)發(fā)采用液態(tài)金屬襯層的創(chuàng)新型OS-5氮化物燃料組件，可提升快中子反應(yīng)堆運(yùn)行效率與安全性，為BN-1200M及閉式燃料循環(huán)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

俄羅斯原子能公司(Rosatom)的燃料部門(mén)制造并完成了獨(dú)創(chuàng)的OS-5燃料組件，該組件采用混合氮化鈾钚核燃料并具有液態(tài)金屬襯層。另外，采礦與化學(xué)聯(lián)合企業(yè)將作為鈾钚混合氮化物(MOX)燃料工廠所在地，為BN-1200M快堆提供燃料。

據(jù)Rosatom表示，采用液態(tài)金屬襯層將改善第四代快中子反應(yīng)堆氮化物燃料元件的性能。預(yù)計(jì)在保持冷卻劑參數(shù)不變的情況下，此類燃料的工作溫度將降低，鈾-钚芯塊的膨脹率將減小，從而避免對(duì)燃料元件包殼造成可能導(dǎo)致密封失效的壓力。該公司表示，這將同時(shí)提高燃料的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行可靠性。

OS-5輻照組件是在Tomsk地區(qū)Seversk的Siberian化工廠與Rosatom燃料部門(mén)、科學(xué)部門(mén)和機(jī)械制造部門(mén)合作制造的。經(jīng)俄羅斯國(guó)家原子能機(jī)構(gòu)Rostekhnadzor批準(zhǔn)后，這種創(chuàng)新燃料將在Sverdlovsk地區(qū)的Beloyarsk核電站的BN-600反應(yīng)堆中進(jìn)行試點(diǎn)工業(yè)運(yùn)行。

OS-5燃料組件的制造是一項(xiàng)大型工作計(jì)劃的一部分，旨在提高BREST-OD-300快中子反應(yīng)堆所用鈾钚混合氮化物(SNUPP)核燃料的效率。自2014年以來(lái)，Rosatom一直在BN-600反應(yīng)堆中進(jìn)行SNUPP燃料的試點(diǎn)工業(yè)運(yùn)行，并對(duì)輻照后的燃料元件進(jìn)行堆后研究。

Bochvar研究所副所長(zhǎng)Mikhail Skupov表示，“BREST-OD-300首爐燃料的第一代SNUPP燃料已通過(guò)驗(yàn)證，其燃耗可達(dá)重原子的6%。我們的目標(biāo)是逐步將燃耗深度提高到平均值12%。為了在BN-600反應(yīng)堆中試驗(yàn)SNUPP燃料的最大極限參數(shù)，我們的科學(xué)家已經(jīng)應(yīng)用了許多非標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)新解決方案，例如輻照組件中的特殊可移動(dòng)容器。帶有液態(tài)金屬襯層的OS-5燃料元件是一種革命性的技術(shù)解決方案，也是快堆氮化燃料發(fā)展的又一重要步驟。正是有了這種組件，我們才有望實(shí)現(xiàn)未來(lái)快堆燃料的設(shè)計(jì)目標(biāo)指標(biāo)。”。

BREST-OD-300快堆是Rosatom突破(Proryv)項(xiàng)目的組成部分，旨在實(shí)現(xiàn)閉式核燃料循環(huán)。這座30 MWe機(jī)組將成為Siberian化工聯(lián)合園區(qū)試點(diǎn)示范能源綜合體的核心設(shè)施。該綜合體將通過(guò)鈾钚混合氮化物核燃料制備/再制備裝置及乏燃料后處理設(shè)施，在廠址示范閉式核燃料循環(huán)技術(shù)。

示范裝置的初期運(yùn)行將以性能為重點(diǎn)，約10年后以商業(yè)為導(dǎo)向。按照計(jì)劃，如果300 MWe(700 MWt)機(jī)組取得成功，隨后將推出1200 MWe(2800 MWt)的型號(hào)BN-1200，現(xiàn)在被稱為BN-1200M。

與此同時(shí)，Rosatom宣布位于Krasnoyarsk Krai地區(qū)Zheleznogorsk的采礦與化學(xué)聯(lián)合企業(yè)(MCC)已被確定為BN-1200M快中子反應(yīng)堆MOX燃料工業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)先工廠。

選擇MCC是由于該公司在確保Beloyarsk核電站運(yùn)行的BN-800快中子反應(yīng)堆的MOX燃料實(shí)現(xiàn)有節(jié)奏供應(yīng)方面擁有成功經(jīng)驗(yàn)。

BN-1200M反應(yīng)堆的建設(shè)準(zhǔn)備工作已在Beloyarsk核電站啟動(dòng)。2025年計(jì)劃啟動(dòng)該廠MOX燃料生產(chǎn)新廠區(qū)建設(shè)的設(shè)計(jì)文件編制工作，預(yù)計(jì)于2026年開(kāi)展設(shè)施許可認(rèn)證。為確保反應(yīng)堆的物理啟動(dòng)，首批滿載反應(yīng)堆初始裝料量的MOX燃料組件計(jì)劃于2033年交付使用。

鈉冷BN系列快堆是Rosatom突破項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)具有閉式燃料循環(huán)的快堆，其混合氧化物(MOX)燃料將被后處理和循環(huán)利用。除了1980年開(kāi)始運(yùn)行的Beloyarsk 3號(hào)機(jī)組的BN-600反應(yīng)堆外，Beloyarsk 4號(hào)機(jī)組789 MWe的BN-800快堆也于2016年10月投入商業(yè)運(yùn)行。這些是為更大型的BN-1200反應(yīng)堆提供燃料和設(shè)計(jì)特征的示范機(jī)組，BN-1200反應(yīng)堆將成為Beloyarsk核電站的5號(hào)機(jī)組。