Firmy GE Vernova i Hitachi, działające wspólnie w ramach Global Nuclear Fuel (GNF), zaprezentowały paliwo GNF4 – konstrukcję, która może odmienić sposób, w jaki elektrownie jądrowe wytwarzają energię. Dzięki nowemu projektowi wiązki paliwowej o macierzy 11×11 prętów uranowych, reaktory wrzące (BWR) mają produkować więcej mocy przy mniejszych kosztach i wyższej stabilności pracy.
Czytaj też: Nowy reaktor jądrowy z Francji niszczy odpady, zamiast je produkować
Pierwsze zestawy testowe trafią do reaktorów w 2026 r., a pełne wdrożenie przewidziano na początek następnej dekady. Paliwo jest obecnie wytwarzane w zakładzie GNF w Wilmington w Karolinie Północnej – jednym z najbardziej zaawansowanych ośrodków tego typu na świecie.
Nowe paliwo zapewnia więcej ciepła z tego samego uranu
Największą zmianą konstrukcyjną w GNF4 jest układ 11×11 prętów paliwowych, który znacząco zwiększa powierzchnię generowania ciepła. Oznacza to, że z tej samej ilości uranu można uzyskać większą ilość energii, a proces spalania jądrowego przebiega efektywniej. Dla operatorów elektrowni przekłada się to na niższy koszt paliwa w przeliczeniu na megawatogodzinę, a dla całego sektora – na lepsze wykorzystanie zasobów uranu i mniejszą produkcję odpadów radioaktywnych.
Czytaj też: Zużyte paliwo jądrowe przestanie być problemem. Rosyjski projekt może wywrócić energetykę do góry nogami
Jak tłumaczy Craig Ranson, dyrektor GE Vernova Hitachi Nuclear Energy, celem nowego projektu jest połączenie zwiększonej wydajności z niezrównaną niezawodnością:
GNF4 zostało zaprojektowane, aby dostarczać więcej mocy przy mniejszej ilości paliwa, oferując jednocześnie najwyższy poziom bezpieczeństwa i odporności na zużycie.
Na technologicznym poziomie GNF4 różni się od swoich poprzedników niemal w każdym szczególe. Kluczową rolę odgrywa nowy stop osłony prętów paliwowych, nazwany Ziron Cladding, który zastępuje stosowany dotąd Zircaloy-2. Ziron zapewnia lepszą odporność na korozję i mniejsze pochłanianie wodoru, co chroni elementy paliwa przed degradacją podczas długich cykli pracy.
Wewnątrz prętów zastosowano natomiast granulki tlenku uranu z domieszką glinokrzemianu. Dzięki temu paliwo jest bardziej odporne na zjawisko PCI (pellet-clad interaction) – niebezpieczną interakcję pomiędzy rozgrzanym paliwem a jego metalową otoczką, która w skrajnych przypadkach może prowadzić do pęknięć.
Oba rozwiązania – Ziron i glinokrzemianowe granulki – zostały już zatwierdzone przez amerykańską Komisję Dozoru Jądrowego (NRC), co otwiera drogę do ich komercyjnego wykorzystania w reaktorach jądrowych w całym kraju.
Nowy projekt nie odcina się od przeszłości. GE Vernova wykorzystało doświadczenia z poprzednich generacji paliwa GNF2 i GNF3, łącząc innowacje z rozwiązaniami, które już sprawdziły się w praktyce. Konstrukcja obejmuje m.in. NSF Channel Material, stop cyrkonu o wysokiej odporności na odkształcenia termiczne, który pozwala utrzymać stabilną geometrię kanałów paliwowych nawet po latach pracy reaktora.
U podstaw każdego zestawu paliwowego znajduje się także Defender+ Debris Filter, który chroni rdzeń przed zanieczyszczeniami i mikroskopijnymi cząstkami metalu. To jeden z najbardziej sprawdzonych elementów GNF – z ponad 20 000 wdrożeń w różnych typach reaktorów i wyjątkowo niską awaryjnością.
Wdrożenie nowego paliwa wymaga wieloletnich testów i ścisłej współpracy z regulatorami. Pierwsze zestawy GNF4 zostaną zamontowane w wybranych amerykańskich reaktorach, gdzie przejdą dwa pełne cykle operacyjne – około 4 lat pracy w ekstremalnych warunkach ciśnienia i temperatury. Dopiero po ich zakończeniu, w 2030 roku, możliwe będzie uruchomienie pełnoskalowej produkcji.