通用原子公司的核反应堆模型

在美国生产了几十年之后，法国的一家升级后的工厂现在正生产TRIGA氢化铀锆燃料，用于研究反应堆和新一代小型SMR。

1、TRIGA反应堆

虽然产生了非常高的功率脉冲，TRIGA反应堆是一种非常安全的设计。

TRIGA——培训、研究、同位素、通用原子(Training，Research，Isotopes，General Atomics)——是通用原子公司设计的核反应堆模型，用于科学机构和大学的研究和培训活动。

目前全世界有36个TRIGA反应堆在运行。

TRIGA反应堆使用独特的低浓缩、长寿命氢化铀锆(UZrH)燃料，该燃料有较大的负燃料温度系数的理想特性。

这意味着，随着温度升高，反应性迅速降低，虽然反应堆可以短暂地脉冲产生非常高的能量输出(据报道高达22 GW)，但这是一种非常安全的设计。

斯洛文尼亚TRIGA Ⅱ反应堆平台(图片：Jožef Stefan Institute)

燃料是TRIGA系列反应堆的基本特征，具有公认的安全性、坚固性、可靠性、运行经济性以及在世界范围内的认可度。

随着正在进行的研究计划，反应堆设计者受到TRIGA燃料设计和技术的启发，目前正在探索小型反应堆的应用。其中包括美国能源部的MARVEL微型反应堆项目。

MARVEL微型堆(图源：网络)

MARVEL微型堆是一种钠钾冷却堆，可产生100 kW的功率。

MARVEL燃料使用与TRIGA燃料相同的UZrH棒，也利用了现有的制造能力。它还得益于相同的安全优势和稳健的监管流程。

美国能源部最近同意在未来九年内购买668个新燃料元件，用于INL新的MARVEL微型反应堆项目。

2、移动TRIGA燃料生产

马里兰大学的TRIGA反应堆是美国大学正在运行的12个TRIGA反应堆之一(图源：马里兰大学)

从1958年到1995年，所有TRIGA燃料都在圣地亚哥的通用原子能公司(General Atomics)厂区制造，以支持美国研究反应堆计划，该计划旨在培养训练有素的科学家，以支持未来的核工作人员。

由于燃料需求的减少和许可证要求的增加，通用原子公司有兴趣搬迁其燃料制造设施，同时维持这些研究反应堆的燃料供应。

与此同时，美国能源部正在资助一项计划，将仍使用高浓缩铀(HEU)燃料的TRIGA反应堆转换为低浓缩铀(LEU)燃料。

美国能源部的这一计划确保了未来的业务，进一步推动了通用原子公司寻找合作伙伴的愿望，该合作伙伴可以在其他燃料制造活动中制造TRIGA燃料，并使其更具成本效益。

与此同时，法马通位于法国的CERCA燃料实体和制造设施正在探索新的商机，以利用其专业知识制造。

作为研究反应堆金属燃料的制造商，CERCA被选为通用原子公司的首选合作伙伴。

法马通和通用原子公司于1995年成立了TRIGA国际SAS合资企业，以销售CERCA制造的TRIGA燃料元件。

如今，法马通CERCA是TRIGA型研究反应堆中使用的氢化铀锆(UZrH)燃料的唯一供应商。

2018年启动了一个翻新项目，以满足美国TRIGA反应堆的燃料需求，并使该设施达到现代最先进的安全标准。

该项目是在美国能源部的资金和TRIGA国际的资本支持下实现的。美国能源部是一个催化剂，提供了近1600万美元的资金支持法马通公司资助的设施升级。

美国核安全局(National Nuclear Security Administration)提供了500万美元的初始资金，用于进行可行性研究，并协助设备的设计、安装和拆除，而核能办公室(Office of Nuclear Energy)提供了1000多万美元，用于完成生产线的启动和运行。2021年初完成了翻修。

为了生产TRIGA燃料元件，UZrH合金通过在石墨模具中熔化铀和锆来制造，以获得具有所需化学成分的UZr棒。

然后进行表面处理和氢化处理以获得最终的UZrH棒。其中三个UZrH棒使用不锈钢包壳管和最终燃料元件的端盖组装。

TRIGA燃料和MARVEL燃料的主要区别在于一个燃料元件中的杆数。

MARVEL燃料设计需要五个燃料棒，而TRIGA燃料使用三个。

在生产过程中，分几个阶段进行检查，以确保化学成分的完整性和尺寸的准确性。一旦确认，在分发前对成品进行最终泄漏测试。

3、提高产量并确保质量

将部分辐照的TRIGA燃料装入运输容器，以运至研究反应堆(图源：EM)

自2018年以来，一个专门的项目团队领导工作，为现场的上游和下游工艺提供新设备。

凭借最新的技术和先进的功能，升级包括车床、磨床、熔覆装置、焊接设备、控制器以及熔化和氢化炉。

新设备配备了现代化的仪器和控制装置，以更好地控制产品质量，提高生产过程中的产量，以及提高生产率的可靠设备。

此外，在TRIGA生产设施内还可以找到许多专业的工业领域，如冶金、化学、机械加工和焊接。

对TRIGA燃料唯一来源的升级——加强了安全措施，确保了TRIGA燃料的供应，以满足客户的长期需求。

这意味着该燃料也可用于小型模块化反应堆燃料设计升级和潜在的先进反应堆机会。

在获得法国核管理局(ASN)的必要批准后，TRIGA国际公司按计划恢复了浓缩锆铀锭的制造业务。

首批新燃料元件预计将于2022年底完成。

严格的质量保证和质量控制程序，确保TRIGA燃料符合美国标准和资格要求，如ASME核质量保证(NAQ-1)认证计划。

目前，有36个正在运行的TRIGA反应堆支持美国和世界各地的研究计划。

这些反应堆为在核能领域工作的下一代科学家和工程师提供了核技术教育和经验培训。

这些反应堆对于现在和将来获得和保持行业人员的专业能力至关重要。

随着核工业的进步，TRIGA核燃料为这些反应堆的持续运行和下一代重要清洁能源劳动力的发展提供了支持。

(编译自Nei，原文名称《Uprating TRIGA fuel production》)