美國橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory, ORNL)已與澳洲投資公司 Out The Back Ventures 正式簽署了一項研究許可協議,旨在加速一種變革性核燃料技術的發展。該實驗室在新聞稿中表示:「橡樹嶺國家實驗室開發的新型核燃料方法可提升新型輕水核反應堆的性能。」這些輕水反應堆在美國的運行核反應堆中佔大多數,並使用氧化鈾燃料顆粒發電。這項合作的目標是將氧化鈾液金屬懸浮(Uranium Dioxide Liquid Metal Suspension, ULIMES)概念從實驗室推向商業可行性。
這一突破的核心在於重新構想核反應堆內部化學的流動燃料系統。傳統的輕水反應堆(LWRs)依賴於固體的氧化鈾(UO2)顆粒,而ULIMES設計則使用懸浮在液金屬(LM)載體中的未燒結UO2顆粒。這種懸浮系統創造了一個在反應堆核心內流動的燃料系統。通過從固體顆粒轉向液金屬懸浮,燃料可以在高和低中子通量區域之間持續移動,從而實現均勻燃燒,並消除了通常會在標準燃料顆粒中心留下未利用能量的自屏蔽效應。
ULIMES概念相比傳統燃料提供了幾個關鍵優勢。液金屬載體顯著提高了熱導率,從而提高了冷卻效果,使反應堆能更有效地去除熱量並降低峰值燃料溫度。新聞稿中補充道:「這種設計改善了反應堆的自我冷卻能力,不僅在效率上取得重大進展,還帶來了顯著的安全增益和降低的維護成本。」此外,這種設計還減少了材料損壞,因為裂變氣體不會像傳統固體燃料那樣積聚,液金屬載體亦對碰撞級聯損傷保持免疫。
這項技術還允許與現有基礎設施無縫集成,因為ULIMES在化學上與當今的輕水反應堆所用材料相容。這有效避免了常常使新核設計停滯的龐大、耗時的材料認證程序。ORNL的伊恩·格林奎斯特(Ian Greenquist)表示:「ULIMES將當前的反應堆與未來的技術連接起來,利用成熟的材料提供下一代性能,而不需要下一代的建設成本。」
Out The Back Ventures的參與提供了必要的資金,以支持進一步研究維持懸浮所需的密度和黏度,無論是通過自然循環還是機械混合。由於該設計允許比純液體燃料更高的鈾濃度,因此對各種反應堆規模,從大型電廠到小型模塊化反應堆(SMRs),提供了高度的靈活性。通過改善冷卻和能量提取,同時降低維護成本,ULIMES有潛力延長現有核電艦隊的壽命,同時為下一代反應堆提供高性能的基礎。




