美企将在橡树岭建设FCM燃料中试厂

【本刊2022年4月综合报道】美国超安全核公司（USNC）2022年3月初宣布决定在田纳西州橡树岭（Oak Ridge）建设一座全陶瓷微封装（FCM）燃料中试厂，且该厂未来将使用3D打印技术制造燃料部件。

将在橡树岭建设燃料中试厂

该中试厂将位于橡树岭东田纳西技术园区（ETTP）。该园区以前是“曼哈顿计划”K-25铀浓缩气体扩散厂厂址，毗邻橡树岭国家实验室（ORNL）和Y-12国家安全综合体。如果能顺利获得相关方的许可，该厂将于2022年夏投运，启动FCM燃料制造。

使用3D打印机制造核燃料部件

超安全核公司已从桌面金属公司（Desktop Metal）采购两台3D打印机，用于制造FCM燃料的核级碳化硅部件。这两台打印机采用粘合剂喷射技术：将粘合剂喷射到粉末颗粒（如金属或陶瓷）表面，一次喷涂薄薄一层，无需传统陶瓷加工工艺需要使用的工具。此外，与在沉积过程中依赖高温熔化金属颗粒以使其相连的3D打印技术相比，粘合剂喷射的整个过程均在低温下进行。对于高熔点的碳化硅，这是一个重要考虑因素。

今年早些时候，超安全核公司批准将一种3D打印工艺用于燃料制造。这种工艺将粘合剂喷射技术和橡树岭国家实验室研发的化学蒸汽渗透技术结合在一起，用于制造耐火陶瓷碳化物。

FCM燃料

FCM 燃料是新一代三元结构各向同性（TRISO）燃料设计，使用具有耐高温、耐辐照等特性的碳化硅取代传统TRISO的石墨基体。碳化硅基体可为燃料颗粒提供一道致密的气密屏障，即使燃料颗粒在运行过程中发生破裂，也能防止裂变产物逸出。这一基体改善了燃料颗粒的结构和封闭特性，能够永久性捕集和封闭裂变产物，并在正常运行期间和事故工况下实现裂变产物全面包封。FCM燃料具有更高的导热性，燃料芯块拥有更平坦的温度分布曲线，使堆芯功率分布更加平稳。

FCM燃料将首先用于超安全核公司正在研发的模块化小堆MMR。这是一种热功率1.5万千瓦、电功率5000千瓦的小型高温气冷堆，可连续运行20年不用换料；堆芯具有低功率密度和高热容量等特点。

超安全核公司和加拿大安大略电力公司（ONR）的合资企业全球第一电力公司（GFP）已于2019年3月向加拿大核安全委员会（CNSC）提交在乔克河（Chalk River）建设MMR 的许可证申请，计划于2026年建成首堆。这是核安委收到的首份小堆许可证申请。加拿大核实验室（CNL）与超安全核公司还研究在乔克河建设MMR燃料制造厂的可行性。加拿大核实验室2021 年4 月宣布，已制造出首批FCM燃料芯块。这是加拿大首次制造TRISO燃料。