SiGA 編織碳化硅核燃料包層(美國能源部提供)

通用原子公司電磁系統公司 (GA-EMS) 在美國能源部 (DOE) 的支持下開發出了可承受極端溫度的碳化硅核燃料包覆管。能源部表示，這可能會徹底改變工業生產未來燃料的方式。

目前，鋯合金因其機械性能和耐腐蝕性而被廣泛用作核燃料包層。盡管鋯合金包層隨著時間的推移不斷改進，但人們仍然有興趣探索和開發新的包層材料，以顯著提高輕水反應堆的運行性能、經濟效率和安全性。

GA-EMS 正在開發一種名為 SiGA 的新型燃料包殼，該包殼獲得了美國能源部事故容錯燃料計劃的資金、輻射測試和輻射后檢查支持。SiGA 包殼由碳化硅制成，碳化硅是一種高溫陶瓷材料，由高純度晶體成分的硅和碳制成。

碳化硅可以承受比熔巖更高的溫度，但純碳化硅易碎，這在歷史上限制了其作為結構材料的使用。GA-EMS 通過將碳化硅纖維加入包層解決了這個問題。纖維對材料的加固方式類似于鋼筋加固混凝土的方式。

這種組合產生了一種堅韌耐用的工程碳化硅復合材料，可承受高達 3800°F 的溫度——比鋯合金的熔點高出約 500 度。

GA-EMS 已經制造出 6 英寸長的 SiGA 小棒和 3 英尺長的包層樣品，這些樣品符合嚴格的核電反應堆級要求，并將在美國能源部愛達荷國家實驗室進行輻照測試。最近的工作表明，該工藝可擴展到全長 12 英尺的燃料棒。

SiGA 包層包含固體燃料和運行過程中產生的任何氣體，并采用一種新型密封技術，能夠承受遠超輕水反應堆條件的壓力。為了使 SiGA 包層成為現實，GA-EMS 將繼續擴大其制造技術，并進一步分析輻照前后的 SiGA。正在使用研究反應堆、商用反應堆以及建模和模擬來加速燃料鑒定方法。GA-EMS 認為，SiGA 包層可在本十年末得到驗證，并在 2030 年初實現商業化。GA-EMS 還在開發 SiGA 的國內制造能力。

通過事故容錯燃料計劃，美國最大的三家核供應商正在與能源部合作開發其他事故容錯燃料概念。能源部表示，這些新燃料和包殼混合物可以幫助提高當今反應堆的整體經濟性和性能，并延長事故情況下高溫下的響應時間。