General Atomics Electro Magnetic Systems (GA-EMS) объявила о завершении предварительного проекта по созданию четырех цифровых моделей с индивидуальными характеристиками в поддержку своей технологии оболочки ядерного топлива из композитного карбида кремния SiGA.
Компания GA-EMS близка к завершению 30-месячного контракта с Министерством энергетики США (DOE) на поставку отдельных моделей материалов SiGA ядерного класса, которые составят основу будущего цифрового двойника. Это призвано помочь ускорить процесс квалификации ядерного топлива и лицензирования материалов для реакторов текущего и следующего поколения.
SiGA – это композитный материал на основе карбида кремния (SiC), который благодаря своей твердости и способности выдерживать чрезвычайно высокие температуры на протяжении десятилетий использовался в промышленных целях. Теперь он формирует основу для разработки топливных стержней ядерных реакторов, которые могут выдерживать температуры, значительно превышающие уровни нынешних материалов, таких как циркониевый сплав.
В GA-EMS заявили, что разработанные четыре отдельные модели, основанные на физике, отражают сложную механическую реакцию оболочки SiGA при воздействии облучения. Был использован подход многомасштабного моделирования, при котором каждая отдельная модель охватывает различный масштаб длины – от микромасштабной модели, основанной на механизме, до модели уровня реакторной системы. В будущей работе эти отдельные модели будут объединены в одну интегрированную модель, называемую цифровым двойником.
«Цифровой двойник — это виртуальное представление физического объекта или системы — в данном случае нашей системы ядерного топлива с оболочкой SiGA», — сказал президент GA-EMS Скотт Форни. «После завершения этот цифровой двойник позволит нам прогнозировать характеристики SiGA в активной зоне ядерного реактора, сокращая затраты на разработку и испытания топлива, а также сокращая время, необходимое для получения одобрения регулирующих органов для этой революционной технологии, не жертвуя при этом безопасностью».
«Мы смогли ускорить разработку и проверку отдельных моделей, используя опыт Национальной лаборатории Лос-Аламоса и Национальной лаборатории Айдахо», — сказала Кристина Бэк, вице-президент GA-EMS Nuclear Technologies and Materials. «Наша работа в целом включает в себя специальные лабораторные испытания по мере разработки каждой модели. Мы с нетерпением ждем продолжения следующего этапа, чтобы объединить эти отдельные модели и включить их в более широкую структуру цифровых двойников».
GA-EMS ранее успешно создала оболочки ядерного топлива из карбида кремния. Технология компании включает в себя волокно карбида кремния в оболочке. В результате получается невероятно прочный и долговечный композитный материал на основе карбида кремния, который может выдерживать температуры до 3800°F (2093°C) – примерно на 500 градусов выше, чем температура плавления циркониевого сплава.
В июле General Atomics объявила, что изготовила первую партию полноразмерных 12-футовых (3,6 м) композитных твэлов SiGA из карбида кремния, предназначенных для реакторов с водой под давлением. Ранее компания создала топливные стержни SiGA длиной 6 дюймов (15 см) и образцы оболочки длиной 3 фута (91 см), которые соответствуют строгим требованиям, предъявляемым к ядерным энергетическим реакторам, и которые далее будут подвергнуты радиационным испытаниям в Национальной лаборатории Министерства энергетики США в Айдахо.
Первоначально компания GA разработала композит SiGA для конструкции малого модульного реактора с модулем умножения энергии (EM2). Это модифицированная версия конструкции газотурбинного модульного гелиевого реактора (GT-MHR).
В феврале 2020 года Framatome и GA договорились оценить возможность использования SiGA в топливных стержнях посредством термомеханических и коррозионных испытаний. Долгосрочная цель — продемонстрировать облучение топливного стержня во всю длину для поддержки лицензирования и коммерциализации.