近日，美國(guó)通用原子能-電磁系統(tǒng)公司(GA-EMS)在美國(guó)能源部(DOE)的支持下，開(kāi)發(fā)出了能夠承受極端溫度的碳化硅核燃料包殼管。美國(guó)能源部表示，這將徹底改變工業(yè)制造核燃料的方式。

目前，鋯合金因其機(jī)械性能和耐腐蝕性而被廣泛用作核燃料包殼。雖然鋯合金包殼已日益改進(jìn)，但核工業(yè)仍在探索和開(kāi)發(fā)新型包殼材料，以顯著提高輕水堆的運(yùn)行業(yè)績(jī)、經(jīng)濟(jì)效率和安全性能。

GA-EMS正在開(kāi)發(fā)一種名為SiGA的新型燃料包殼，該項(xiàng)目獲得了能源部事故容錯(cuò)燃料計(jì)劃的資助，以及輻射測(cè)試和輻射后檢查方面的支持。SiGA包殼由碳化硅制成，后者是一種高溫陶瓷材料，由高純度晶體硅和碳制成。

碳化硅可以承受比熔融巖漿更高的溫度，但是純碳化硅易碎，從而限制了將其用作結(jié)構(gòu)材料。為解決這一問(wèn)題，GA-EMS在包殼中加入碳化硅纖維，制成了一種堅(jiān)韌耐用的工程碳化硅復(fù)合材料，可承受高達(dá)3800℉的高溫——比鋯合金的熔點(diǎn)高出約500℉。碳化硅纖維加固材料的方式與鋼筋加固混凝土的方式類似。

GA-EMS已經(jīng)制造出6英寸長(zhǎng)的核級(jí)SiGA燃料棒和3英尺長(zhǎng)的核級(jí)包殼樣品，并將在愛(ài)達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行輻照測(cè)試。GA-EMS的最新進(jìn)展表明，可使用該工藝制造全長(zhǎng)12英尺的燃料棒。

SiGA包殼包含固體燃料和運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的任何氣體，并采用新型密封技術(shù)，能夠承受遠(yuǎn)超輕水堆典型條件下的壓力。為實(shí)現(xiàn)SiGA包殼商用，GA-EMS將繼續(xù)提升相關(guān)制造技術(shù)，并對(duì)輻照前后的SiGA進(jìn)行進(jìn)一步分析。目前，該公司正使用研究堆、商用堆以及建模和模擬來(lái)加速燃料鑒定方法。GA-EMS認(rèn)為，SiGA包殼可在2020年代本末通過(guò)驗(yàn)證，2030年初實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。GA-EMS還在開(kāi)發(fā)SiGA的國(guó)內(nèi)制造能力。

通過(guò)事故容錯(cuò)燃料計(jì)劃，美國(guó)最大的三家核供應(yīng)商正與能源部合作開(kāi)發(fā)其他事故容錯(cuò)燃料概念。能源部表示，這些新型燃料和包殼材料有助于提高核電廠的整體經(jīng)濟(jì)性和業(yè)績(jī)，并延長(zhǎng)事故工況下的響應(yīng)時(shí)間。