Lightbridge se spojila s INL za účelem vývoje speciálního pokročilého jaderného paliva

Americká společnost Lightbridge se spojila s národními laboratořemi Idaho za účelem vývoje speciálního pokročilého jaderného paliva. První fáze prací dohodnutých ve smlouvách s INL a americkým ministerstvem energetiky vyvrcholí v ozařování vzorků speciálního paliva. To by do budoucna mohlo nabídnout zlepšení provozních vlastností tlakovodních reaktorů.

Společnosti  Lightbridge a Battelle Energy Alliance uzavřely dvě dohody definující spolupráci při výzkumu a vývoji pokročilého jaderného paliva. Dohody mají nyní platnost 7 let. Společnost Battelle Energy Alliance je generálním dodavatelem národních laboratoří Idaho (INL).

Technologie kovového jaderného paliva společnosti Lightbridge je vhodná jak pro malé modulární realtors, tak také pro stávající existující lehkovodní jaderné reaktory. Jeho vývoj probíhal s finanční podporou programu jaderných inovací amerického ministerstva energetiky.

Významným zlepšením provozních charakteristik paliva Lightbridge je teplota paliva, která je přibližně o 1000 °C nižší, než u standardních paliv. Díky tomu má toto palivo také mnohem větší bezpečnostní rezervy, jeho provoz by měl být ekonomičtější a odolnější vůči proliferaci.

Počáteční fáze prací vyústí v ozařování testovacích palivových vzorků v pokročilém testovacím reaktoru ATR, provozovaném národními laboratořemi Idaho. Získaná data z ozařování podpoří fázi simulací provozu paliva v reaktoru a stejně tak i snahu o jeho licencování, či zavedení do komerčního provozu.

Čerenkovovo záření v reaktoru ATR, ve kterém bude probíhat ozařování testovacích vzorků paliva Lightbridge Zdroj: INL

Následná fáze prací podle oboe dohod zahrnuje charakterizaci ozářených vzorků paliva, opakované ozařování a testování v reaktoru ATR, po-ozařovací hodnocení jednoho, či více konceptů paliva, stejně tak jako provádění experimentů přechodových stavů v zařízení TREAT. Testovací zařízení TREAT INL umožňuje provádění analýz přechodových stavů a výkonnosti paliva.

„Jedná se o významný milník jak pro společnost, tak i pro program vývoje pokročilých odolných jaderných paliv. Milník ukazuje také dlouhotrvající strategické partnerství při spolupráci s INL i DOE. Tato spolupráce vyvrcholí v jedinečné testování na zařízení TREAT v INL,“ sdělil, Seth Grae, prezident a generální ředitel společnosti Lightbridge.

Výhody speciálního paliva Lightbridge

Speciální palivo společnosti Lightbridge není standardním proutkovým palivem. Jeho odlišná geometrie slibuje mnohem lepší poměr teplosměnné plochy a objemu paliva. Pro lokalizaci plynných štěpných produktů je uvnitř paliva speciálně tvarovaný vytěsnitel. Díky lepšímu poměru objemu a plochy palivového proutku je teplota paliva mnohem nižší, než v případě paliva proutkového, a poskytuje tak mnohem větší rezervy v případě nehodových stavů.

Geometrie speciálního paliva Lightbridge Zdroj: Lightbridge

Společnost vyzdvihuje především nižší provozní teploty a možnost zvýšit výkon reaktoru až o 10 %. Při uvažování 15 až 20% obohacení obsahuje palivo mnohem menší množství Plutonia, a je tak mnohem méně atraktivní z hlediska možného zneužití. Vyšší obohacení může zajistit také delší palivovou kampaň o délce18 až 24 měsíců, čímž se ekonomie provozu ještě zlepší.

Významným problémem, který společnost musí ještě vyřešit, je stálost materiálů při ozáření paliva. Zde by mohlo toto palivo narážet na překážky související se swellingem (tečením) paliva a změnou tepelné vodivosti jak pokrytí, tak palivové výplně při vyhoření paliva.

Testovací zařízení ATR a TREAT

Jaderný reaktor ATR, popisovaný INL jako první světový testovací jaderný reaktor, je tlakovodní reaktor, který produkuje spíše neutrony, než teplo. Obvykle je využívaný pro ozařovací experimenty různých jaderných materiálů. Kromě experimentů je reaktor využíván k výrobě lékařského izotopu Co-60, či Pu-238 pro vesmírnou organizaci NASA.

Naproti tomu je zařízení TREAT chlazeno vzduchem a poskytuje tepelné spektrum neutronů. Zařízení se využívá pro analýzy nehodových stavů jaderného paliva. TREAT byl dočasně odstaven v roce 1994, ale v roce 2017 se rozhodlo o jeho znovuuvedení do provozu a od roku 2018 na něm probíhají experimenty.