近日，美國(guó)通用原子能電磁系統(tǒng)公司(GA-EMS)宣布已完成4個(gè)單獨(dú)性能模型的初步開(kāi)發(fā)，以支持SiGA碳化硅復(fù)合核燃料包殼技術(shù)。

此前，GA-EMS與美國(guó)能源部(DOE)簽訂了為期30個(gè)月的合同，為核級(jí)SiGA材料提供單獨(dú)的模型。該模型具有建模和仿真功能，旨在加快當(dāng)前和下一代反應(yīng)堆材料的核燃料鑒定和許可流程。

SiGA是一種碳化硅(SiC)復(fù)合材料，因硬度高、耐高溫等特點(diǎn)，幾十年來(lái)一直用于工業(yè)用途。SiGA燃料棒的耐高溫性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鋯合金等現(xiàn)有材料。

GA-EMS開(kāi)發(fā)的4個(gè)單獨(dú)物理信息模型捕捉到了SiGA包殼在暴露于輻照時(shí)的復(fù)雜機(jī)械響應(yīng)。該公司采用了多尺度建模方法，每個(gè)模型涵蓋不同的長(zhǎng)度尺度——從基于機(jī)制的微型模型到反應(yīng)堆系統(tǒng)級(jí)模型。未來(lái)，這些單獨(dú)的模型將被組合成一個(gè)一體化模型，即數(shù)字孿生模型。

數(shù)字孿生完成后，就可以預(yù)測(cè)SiGA在堆芯中的性能，從而降低燃料開(kāi)發(fā)和測(cè)試成本，并在保證安全性能的前提下，縮短該技術(shù)獲得監(jiān)管部門(mén)許可所需的時(shí)間。

GA-EMS通過(guò)在核燃料包殼中加入碳化硅纖維制造出碳化硅核燃料包殼管。該組合創(chuàng)造了一種非常堅(jiān)韌耐用的工程碳化硅復(fù)合材料，可承受3800°F(2093°C)的高溫，比鋯合金的熔點(diǎn)高出約500℃。

2024年7月，通用原子能公司(GeneralAtomics)宣布已為壓水堆制造出首批全長(zhǎng)12英尺(約合3.6米)的SiGA碳化硅復(fù)合材料管。此前，該公司曾制造出6英寸(約合15厘米)長(zhǎng)的SiGA棒材和3英尺(約合91厘米)的包殼樣品，這些樣品符合核級(jí)要求，并將在美國(guó)能源部愛(ài)達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(INL)進(jìn)行輻照測(cè)試。

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