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工程研究人员引领替代核废料储存的进步

核电站占该国电力生产的20%,并帮助减少化石燃料的依赖。在核反应堆的心脏或核心是燃料棒,这是核裂变发生的燃料棒。然而,大多数燃料杆仅在反应堆中占总六年,每两年更换了第三年,导致使用核燃料的不断增长的储存。

二手燃料棒通常置于深水水池10至20年之前,在足够冷却之前被安全地干燥并运输到长期储存。由于美国的池容量有限,以及建立长期储存库的连续延迟,越来越需要安全地存储国家的核废料。

希望解决这个问题,助理教授Brian Jaques的先进材料实验室,以及材料科学和工程博士生Kaelee Novich和Samuel Pederson与助理教授R.A.贝罗利和理查德·基督教在爱达荷大学核电工程部门,以及日本真空铸造公司,Sakae Casting Co.

爱达荷大学的Sakae Casting Co成员,博伊西州

“与Sakae的合作和我的U of我这个项目是如此美好的体验。私营部门的研究可能与学术界的研究不同,所以当所有三个合作共同努力时,良好的创新就会发生,“诺奇,十大学者和核武器2020年创新的十大学者和奖励者所说的良好创新技术研发奖。

通过支持近240,000名Idaho全球企业家特派团(IGEM)补助金,合作者的创新团队致力于推进干式桶核储存方法,可以采取可预防措施,拆除延长的传统池储存的燃料棒。

“以我们目前储存所用核燃料的方式创新的能力至关重要,以扩大和使用我国的核能。通过与爱达荷大学和Sakae Casting的合作制定的技术将材料科学和热传递与核物理和加工能力结合在一起。解决本文安全,长期和强大的燃料储存的解决方案是我们的指尖,“Jaques说。

Novich(蓝色衬衫)和Pederson(右侧)混合和铸造铝。

干式储物储存方法涉及储存在钢桶中的“冷却杆”(或池中包含的杆)涉及储存在钢桶中,并储存。该团队的创新正致力于消除对池遏制的需求,从而最大限度地减少与池容器,临界问题相关的风险,并且在具有有限容量的存储系统上绘制。

合作者一直在研究使用真空砂铸造的有效性,以产生与碳化硼颗粒混合的致密铝板(以屏蔽中子辐射),以及嵌入的水填充蛇形线圈,以使储料壳体混合(和被动地)。这种干桶储存的低成本方法提供了一种在水池中传统遏制的商业上可行的替代品。

新思路

“木桶面板是使用博伊西州工程创新工作室中提供的许多资源创建的,这为我提供了在工作室中大多数设备接受培训的机会,”诺奇说。“我们用炉子来熔化铝,并在熔炉进入砂模之前将碳化硼与铝混合到铝中。在为饼干或面包制作面团时,该过程类似于添加成分。“

凭借Sakae铸造的博伊斯状态,主要集中在铝砂铸件期间优化碳化硼颗粒的均匀分散。同时,由于二手燃料的衰减,爱达荷大学进行了传热计算和模拟中子磁通,这有助于决定桶设计的必要壁厚和几何形状,其与碳化硼浓度相连。

该团队的文章,标题为“通过机械搅拌铸造碳化硼加固铝铸件”,在复合材料杂志上发表,可以阅读https://doi.org/10.1177/0021998320987597

-by Kalee Novich,Sam Pedersen,Brian Jaques和Brianne Phillips