GA がシリコンカーバイド燃料被覆材の開発を進める : ウランと燃料

2024年7月22日

ジェネラル・アトミックス社は、加圧水型原子炉用に設計された全長SiGAシリコンカーバイド複合管の最初のバッチを製造しました。同社は、現在使用されている材料よりも高い温度に耐えられる核燃料棒を開発しています。

SiGA織りシリコンカーバイド核燃料被覆材（画像：GA）

ジェネラル・アトミックス・エレクトロマグネティック・システムズ（GA-EMS）は、事故耐性燃料プログラムを通じて米国エネルギー省（DOE）と契約を結び、米国の原子炉群の効率と安全性を高めるため、シリコンカーバイド燃料被覆技術の進歩に取り組んでいます。

SiGA はシリコンカーバイド複合材料で、その硬さと超高温への耐性により、何十年も工業用途で使用されてきました。現在では、ジルコニウム合金などの現在の材料をはるかに超える温度に耐えられる原子炉燃料棒の開発の基礎となっています。

GA-EMS は、シリコンカーバイド核燃料被覆管の開発に成功しました。同社の技術では、被覆管にシリコンカーバイド繊維を組み込んでいます。この組み合わせにより、ジルコニウム合金の融点より約 500 度高い 3800°F (2093°C) までの温度に耐えられる、非常に強靭で耐久性の高い人工シリコンカーバイド複合材料が生まれます。

GA-EMS はすでに、厳格な原子力発電所グレードの要件を満たす長さ 6 インチ (15 cm) の SiGA ロッドレットと 3 フィート (91 cm) の被覆サンプルを作成しており、DOE のアイダホ国立研究所で照射試験を受ける予定です。

最近の研究では、このプロセスが全長12フィート（3.6メートル）の燃料棒にまで拡張可能であることが実証されています。

「長さ 12 フィートの SiGA 被覆材の製造デモンストレーションは、この革新的な技術を市場に投入するための当社の取り組みにおける重要なマイルストーンです」と、GA-EMS 社長のスコット フォーニーは述べています。「当社は、戦略的な製造およびテスト プログラムを実行し、国立研究所との共同テスト キャンペーンによる被覆材の堅牢性のデモンストレーションを含め、この実現可能な製品の製造効率とスケールアップを進めてきました。」

「SiGA 被覆材は、既存の原子炉群の安全性と経済性を高めるために設計されています」と、GA-EMS 原子力技術および材料担当副社長のクリスティーナ・バック氏は付け加えた。「この材料の炉心内安定性により、炉心燃料補給の頻度を減らすことができ、原子力発電所の経済性が向上するとともに、万が一の事故の際にも燃料をさらに保護することができます。」

「この製造のマイルストーンは、部品の全長にわたって、また生産バッチ全体にわたって優れた特性の均一性を示しました。スケールアップ作業の検証を継続する中で、6 インチから 3 フィートの短い長さで実証されたこれらの主要なパフォーマンス メトリックは、フル レングスでの SiGA テクノロジの特徴であり続けるでしょう。」

GA-EMSは、製造技術の拡大とプロセスの改善に加え、SiGA燃料棒の高度な性能テストとモデリングツールの開発に重点を置いていると述べた。

GA は当初、エネルギー増倍モジュール (EM2) の小型モジュール型原子炉設計用に SiGA 複合材料を開発しました。これは、ガスタービン モジュール型ヘリウム原子炉 (GT-MHR) 設計の改良版です。

2020 年 2 月、Framatome と GA は、熱機械試験および腐食試験を通じて、燃料チャネル用途での SiGA の使用可能性を評価することに合意しました。長期的な目標は、ライセンス取得と商業化をサポートするために、全長の燃料チャネルの照射を実証することです。

ワールド・ニュークリア・ニュースによる調査と執筆