В рамках проекта Министерства обороны США по разработке мобильного реактора (проект Пеле, Project Pele) в 2023 г. планируются испытания мобильного реактора на полной мощности, с наружными мобильными испытаниями на установке Министерства энергетики (МЭ) в 2024 г. Это было озвучено на 33-й конференции по регулирующей информации Комиссии ядерного регулирования США.

Министерству обороны нужен мобильный, надежный, устойчивый и безотказный источник энергии, который не требует длинного логистического условия. Достижения в области ядерных технологий сделали возможным создание в значительной степени автономного, полностью безопасного реактора, который можно безопасно перемещать. Топливо TRISO (TRIstructural-ISOtropic) является элементом, который, по мнению Министерства обороны, сделает это возможным.

Урок истории

Это урок истории, о котором многие не знают: армия США делала это раньше. В общей сложности восемь реакторов электрической мощностью 1–10 МВт, различной конструкции и различного назначения были построены в рамках программы, которая действовала с 1954 по 1977 год. Первый, армейский реактор SM-1 был подключен к сети в 1958 г. Это были одни из первых ядерных реакторов, когда-либо построенных, и они были технологически сложными в эксплуатации, ненадежными и слишком дорогими по сравнению с многочисленными альтернативами использования ископаемого топлива.

В 2016 г. целевая группа Совета по оборонной науке признала критически растущие энергетические проблемы, с которыми сталкивается Министерство обороны, а также значительные технологические достижения в ядерной энергетике с 1960-х годов. Реакторы поколения III сейчас эксплуатируются во всем мире, а полностью безопасные конструкции позволяют автономно работать и снижать риски тяжелых аварий. Целевая группа пришла к выводу, что вооруженные силы США должны продолжить изучение развертывания ядерно-энергетических систем для удовлетворения своих потребностей в надежной, достаточной и автономной энергетике. С этой целью в марте 2020 г. Министерство обороны объявило двухлетний конкурс на проект реактора.

Топливо TRISO уже было разработано Министерством энергетики США, и это устранило необходимость для Министерства обороны США разрабатывать новое топливо. Топливо со слоями карбида кремния, окружающими топливный сердечник из обогащенного оксикарбида урана, которые удерживают продукты деления внутри частицы TRISO, делает его устойчивым к распространению, в то время как конструкция топлива в виде гранул сводит к минимуму последствия для окружающей среды и населения от внешних воздействий, которые могут повлиять на конструктивную целостность реактора.

Целостный подход

Проект Пеле (Project Pele) использует общегосударственный межведомственный подход, и это имеет решающее значение для успеха проекта. Министерство энергетики и Комиссия ядерного регулирования предоставляют техническую поддержку, рекомендации по проектированию и безопасности и рекомендации по снижению текущих и будущих рисков. Министерство энергетики обеспечивает надзор за безопасностью реактора и выдает соответствующее разрешение. Инженерный корпус армии является техническим руководителем при подготовке отчета о воздействии на окружающую среду. Национальное управление ядерной безопасности Министерства энергетики США предоставляет для проекта Пеле обогащенный уран из своих запасов. Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) и Министерство энергетики совместно с Офисом стратегических возможностей (Strategic Capabilities Office, SCO) разрабатывают промышленную установку для топлива TRISO.

Разработка проекта идет быстрыми темпами. Предварительный технический проект был завершен и рассмотрен в начале 2021 г., и вскоре ожидается объявление о выборе одной из трех компаний «BWX Technologies», «X-energy» и «Westinghouse», выбранных в 2020 г. для разработки предварительных проектов. Проект Отчета о воздействии на окружающую среду планируется выпустить в конце 2021 г.

Ожидается, что окончательные инженерные проекты будут завершены не позднее марта 2022 г., что позволит начать строительство реактора в середине 2022 г. Консультативный совет по армейским мобильным реакторам (Army Mobile Reactor Advisory Council – AMRAC) помогает в разработке технических требований. Группа продвигается вперед в области регулирования, ядерного топлива, Закона о национальной экологической политике (NEPA) и всего остального. Решение правительства о строительстве будет принято в 2022 г.

Огромная уязвимость

Ежедневная перевозка колоссального количества топлива, что Министерство обороны регулярно делает прямо сейчас, это не только дорого, это вредно для климата и является огромной уязвимостью и создает зависимость от электросети. Ядерная энергетика предлагает потенциальную смену парадигмы, предлагая устойчивую и надежную энергию для успеха миссии как в удаленных, так и в стратегически важных точках США, но сопряжена со своими проблемами, включая нормативные и экологические соображения, обеспечение цепочки поставок, в том числе военные, персонал, способный работать на заводах. Это также должно быть рентабельным.

Компании предстоит многое выяснить, и это действительно сложная часть ее программы. Проект Пеле может стать первопроходцем на пути к будущему строительству усовершенствованных нелегководных реакторов в коммерческом секторе, поскольку предшествующая разработка и строительство реактора Министерством обороны снизит нормативные и финансовые риски для последующего строительства коммерческих установок.

World Nuclear News, 19.3.2021

Компания «X-energy» (США) объединилась с японской компанией «Nuclear Fuel Industries» (NFI), чтобы стать эксклюзивным контрагентом в поставках топлива для японского высокотемпературного газоохлаждаемого реактора (high-temperature gas-cooled reactor, HTGR). Компания «X-energy» закупает у компании NFI компактное прессовое оборудование, на котором можно производить кольцевые топливные детали для активной зоны реактора HTGR «призменного типа».

Компания «X-energy» будет использовать установку для топлива TRISO-X и бывшее оборудование для компактного пресса компании NFI для формирования трёхструктурного изотропного топлива (tri-structural isotropic, TRISO), которое герметизирует частицы урана в защитном покрытии, устраняя риск расплавления, связанный с традиционными ядерными установками.

Компания X-energy продолжит расширение услуг для международных партнеров, включая компанию NFI. Это важный шаг к достижению миссии путем предоставления достаточного количества безуглеродной энергии для поддержания растущего спроса во всем мире.

Компания «X-energy» уже более трех лет производит запатентованное топливо TRISO-X, и в настоящее время это единственная в США компания, активно производящая топливо TRISO. В настоящее время компания взаимодействует с Министерством энергетики для дальнейшей разработки и проектирования своей установки для топлива TRISO-X. В последнее время компания «X-energy» добилась значительных успехов с топливом TRISO-X и может добавить еще одного важного клиента в растущий список.

С 2009 г. компания «X-energy» сосредоточилась на разработке современных ядерных систем и создании передовых возможностей по изготовлению топлива TRISO, которые имеют широкое применение, от крупных коммерческих установок до небольших, удаленных военных применений, до концепций ядерных тепловых космических силовых установок. Компания «X-energy» получила контракты Министерства энергетики, Министерства обороны и Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) на общую сумму более 100 млн долларов для разработки ядерного топлива и строительства инновационных концепций ядерных реакторов.

Nuclear Power Daily, 26.6.2020

Компания «BWX Technologies Inc» (BWXT) сообщила о возобновлении работ на заводе по производству топлива TRISO в Линчберге, штат Вирджиния. Работы продвигаются с опережением графика. На заводе завершена демонстрация процесса спекания топливного ядра и планируется запустить две дополнительные печи для удовлетворения прогнозируемого спроса на производство до завершения операций по повторному запуску.

Компания BWXT является единственным в США производителем испытанного на облучение трехкомпонентного изотропного оксикарбидного уранового топлива (TRISO) с использованием промышленного оборудования. В октябре 2019 г. компания объявила о планах по перезапуску и расширению существующей производственной линии для топлива TRISO, чтобы удовлетворить возникающие интересы клиентов в отношении микрореакторов Министерства обороны, космических реакторов и усовершенствованных гражданских реакторов.

Частицы топлива TRISO содержат сферическое ядро из оксикарбида обогащенного урана, окруженное слоями углерода и карбида кремния, которые удерживают продукты деления. Такое топливо может противостоять экстремальной жаре и имеет очень низкие проблемы распространения и экологические риски. Компания BWXT более 15 лет сотрудничает с Министерством энергетики США в разработке и квалификации топлива TRISO.

В конце 2019 г. компания BWXT объявила о начале производства урановых растворов, которые являются исходным материалом для формирования ядра. В настоящее время компания также продемонстрировала способность формировать и спекать топливные ядра из оксикарбида урана, на которые наносится покрытие. Спекание — это процесс применения тепла и давления для образования твердого ядра. После завершения этих работ компания BWXT в настоящее время сосредоточена на вводе в эксплуатацию двух дополнительных печей (дополнительная печь для спекания и печь для нанесения покрытия), чтобы удовлетворить прогнозируемый спрос на производство до завершения операций перезапуска.

В марте 2020 г. компания «BWXT Nuclear Operations Group, Inc» (NOG) получила контракт от Окриджской национальной лаборатории на производство ядерного топлива TRISO для поддержки дальнейшей разработки реактора с трансформационным испытанием, в котором будут использоваться частицы топлива из нитрида урана с покрытием из карбида кремния.

World Nuclear News, 22.04.2020

Компания «BWX Technologies» (BWXT) объявила, что ее деятельность по возобновлению производства ядерного топлива TRISO опережает график.

Специалисты компании BWXT в настоящее время производят растворы урана для топлива TRISO, поскольку компания продвигается вперед с объявленными ранее планами по возобновлению эксплуатации своей производственной линии и увеличению мощности на заводе в Линчберге. Раствор урана является одним из исходных материалов, необходимых для образования ядра с TRi-структурным изотропным покрытием (TRi-structural ISOtropic – TRISO). Раствор получают путем растворения урансодержащих материалов в водном растворе азотной кислоты. Компания BWXT сообщила, что партии раствора урана с любым уровнем обогащения (включая высокообогащенный уран) могут быть смешаны для достижения желаемого обогащения продукта.

Сотрудники компании работали, чтобы возобновить работу линии. Несмотря на то, что подавляющее большинство производственного оборудования уже установлено, компания проводит некоторую модернизацию оборудования для подготовки линии к будущему производственному процессу. Компания BWXT возобновляет свои существующие возможности по производству топлива TRISO и расширяет возможность позиционировать компанию для удовлетворения возникающих интересов клиентов в отношении микрореакторов Министерства обороны США, космических реакторов и усовершенствованных гражданских реакторов. Благодаря расположению производственной линии для топлива TRISO совместно с другими существующими возможностями по переработке урана, компания BWXT имеет вертикально интегрированную установку, способную обрабатывать все связанные с топливом TRISO потребности от подготовки сырья до извлечения и очистки урана.

Компания BWXT является единственной в США компанией, которая производит испытанное на облучение оксикарбидное урановое топливо TRISO с использованием промышленного оборудования. Уже более 15 лет, как участник программы Атомной энергетики нового поколения (Next Generation Nuclear Plant – NGNP) Управления по ядерной энергетике США, компания BWXT разработала опыт для производства сердечников с покрытием TRISO для этого уникального применения. Кроме того, в рамках программы разработки топлива для усовершенствованного реактора с газовым охлаждением (AGR) Министерства энергетики компания BWXT произвела и сертифицировала сердечники с покрытием TRISO и топливные брикеты в промышленных масштабах.

Источник: Nuclear Engineering International: News, 24.12.2019.

Компании «Global Nuclear Fuel» (GNF) и «X–energy» должны сотрудничать в производстве ядерного топлива с высоким содержанием низкообогащенного урана (HALEU), состоящего из трехструктурных изотропных частиц (TRISO), которое они рассчитывают производить по более низким ценам, чем другие потенциальные производители.

Две компании объявили о подписании группового соглашения о разработке топлива для его потенциальной поставки в Министерство обороны США для микрореакторов и в Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) для удовлетворения потребностей в ядерной тепловой энергии. С использованием действующего коммерческого производственного оборудования для производства частиц TRISO компания
«X-energy» и лицензированный завод по производству ядерного топлива компании GNF в Уилмингтоне (штат Северная Каролина), ожидается, что в соответствии с соглашением будут производить топливо с частицами TRISO значительно более высокого качества и по ценам, которые значительно ниже, чем у других потенциальных производителей.

Частицы TRISO являются надежной формой топлива, хорошо подходящей для военных и космических применений, но экономическая жизнеспособность топлива на рынке в прошлом была ограничена чрезвычайно высокой и ненужной стоимостью работы с ураном HALEU на объекте категории I. Объект классифицируется как высшая стратегическая значимость, используемая Комиссией ядерного регулирования США для специальных ядерных материалов и объектов, которыми она обладает. Требования физической безопасности различаются в зависимости от категории, при этом к средствам категории I применяются самые строгие требования.

Использование уже эксплуатируемого современного оборудования компанией «X-energy» на лицензионной установке компании GNF меняет динамику развертывания реактора на топливе TRISO.

В компании «GE Hitachi Nuclear Energy» сообщили, что объединение технических знаний и опыта компании «X-energy» в качестве единственного действующего производителя топлива TRISO и лицензированной операционной установки компании GNF, а также полувекового опыта и лидерства в области коммерческого топлива делают эту команду значительной.

Топливо TRISO с покрытием, которое используется в высокотемпературных реакторах (HTR), имеет ядро урана, покрытое тремя слоями пиролитического углерода и одним слоем карбида кремния. Эти покрытия заключают в капсулу все продукты деления, эффективно давая каждой частице TRISO свою собственную защитную оболочку. Компания «X-energy» производит частицы TRISO на экспериментальной топливной установке в Ок-риджской национальной лаборатории и продолжает использовать технологию топлива TRISO, разработанную в рамках Программы повышения квалификации топлива для усовершенствованных газовых реакторов Министерства энергетики США (МЭ) на основе двух действующих соглашений о сотрудничестве с МЭ. Компания также разрабатывает реактор Xe-100 тепловой мощностью 200 МВт (электрической мощностью 75 МВт), в котором будет использоваться шаровое топливо, содержащее топливные частицы TRISO, и ранее запросила гарантию займа Министерства энергетики для коммерциализации цепочки поставок топлива на основе TRISO.

По данным Всемирной ядерной ассоциации, основной завод по производству топлива для реакторов HTR находится в Баотоу (Китай) и производит 300 тыс. топливных шариков в год для строящегося реактора HTR-PM в Шидаоване. Японская компания «Nuclear Fuel Industries Ltd» (NFI) также имеет производство топлива для реакторов HTR мощностью 400 кг U/год в Токае. Ранее в этом году компания «X-energy» подписала меморандум о взаимопонимании с этой компанией, чтобы создать партнерство для поставки оборудования для производства ядерного топлива TRISO, планируя пересылку коммерческого оборудования с завода компании NFI (Tokai Works) на завод по производству топлива TRISO компании «X-energy» в Ок-Ридже. Ранее она также согласилась сотрудничать с корпорацией «Centrus Energy Corp.» по предварительному проектированию установки по производству топлива TRISO.

Компания «BWX Technologies» в октябре объявила о перезапуске и планах расширения существующей линии по производству топлива TRISO на своем предприятии в Линчбурге (штат Вирджиния).

Источник: World Nuclear News, 7.11.2019

Компания «BWX Technologies, Inc» (BWXT) перезапускает линию по производству топлива на основе трехкомпонентного изотропного оксикарбида урана (uranium oxycarbide tristructural isotropic – TRISO) на заводе в Линчберге, штат Вирджиния. Компания является единственным в США производителем такого топлива и планирует расширить свои производственные мощности.

Компания BWXT заявила, что расширение ее существующих возможностей по производству топлива TRISO позволит удовлетворить возникающие интересы клиентов в отношении микрореакторов Министерства обороны, космических реакторов и гражданских усовершенствованных реакторов. Компания заинтересована в перспективных заявках на топливо TRISO. Учитывая долгую историю успешного производства и испытаний этого типа топлива, компания рада расширению этой возможности.

Топливо TRISO содержит сферические частицы уранового топлива с тройным углеродным покрытием, которое эффективно обеспечивает каждой крошечной частице собственную первичную систему удержания. Такое топливо может противостоять экстремальным температурам и имеет очень низкие проблемы распространения и экологические риски. Топливо TRISO проходит проверку в серии экспериментов в Айдахской национальной лаборатории на усовершенствованном испытательном реакторе в рамках программы усовершенствованного газоохлаждаемого реактора Министерства энергетики.

Предприятие компании BWXT по производству топлива TRISO в Линчберге в настоящее время имеет лицензию на производство этого типа топлива с высоким содержанием низкообогащенного урана (high-assay low enriched uranium – HALEU). Компания BWXT сотрудничает с Министерством энергетики в разработке и аттестации топлива TRISO более 15 лет, демонстрируя и развивая коммерческие возможности для производства топлива TRISO.

Будет два этапа расширения производства компании BWXT. В течение следующих нескольких месяцев компания добавит дополнительное оборудование и персонал на существующем предприятии для возобновления производства. В течение 24–32 месяцев компания завершит модернизацию мощностей, чтобы начать увеличение производства топлива TRISO для удовлетворения возникающих потребностей клиентов.

Компания BWXT отметила, что для производства топлива TRISO с помощью топлива HALEU требуется как минимум лицензия категории 2 от Комиссии ядерного регулирования, на получение которой может потребоваться несколько лет и значительные инвестиции. В настоящее время компания имеет единственные частные лицензии категории 1 в США, которые также могут быть использованы для производства материалов категории 2. Существующая инфраструктура будет способствовать гораздо более низким начальным затратам по сравнению с созданием нового предприятия по производству топлива TRISO.

Источник: World Nuclear News, 2.10.2019