环形燃料和FCM 燃料是不错的思路。环形燃料由于采用了中空的结构,有效降低了芯块的中心温度,很好地解决了芯块中心的储能问题,缓解了锆水反应。FCM 燃料在UO2 燃料颗粒外包覆碳化硅,增加多层防御屏障,既提高芯块导热能力,又把燃料芯体限制在碳化硅包覆层中。事故工况下,确保锆包壳不熔,裂变产物不释放。FCM 燃料不改变现有燃料的结构,材料成熟,性能确定,与目前的商用堆完全兼容,现在只需做芯块性能设计、评价,要解决的技术问题是最少的。
其次,现有UO2-Zr 燃料芯块、包壳材料的改进性研究可作为ATF 燃料研发的中期目标,材料研究与工程化应用同步开展。
对于芯体材料,改进型研究的重点是提高其热导率和裂变气体的储存能力。例如高热导芯块或大晶粒UO2 芯块,与之相匹配的包壳可以为现有的锆合金或改进型锆合金。对于包壳材料,主要是目前正在开展的改进型锆合金或表面涂覆及其技术研究。
最后,新型芯体和包壳材料研究可作为ATF 燃料研发的远期目标,以材料预研为主。
在ATF 燃料研发上,要有长远的眼光,要有技术储备,因此,必须瞄准未来方向,在新材料开发方面开展技术预研,包括U3Si2、UN 等陶瓷芯体、UMo 合金等金属芯体、SiC、MAX 等复合陶瓷基包壳、FeCrAl 等金属包壳等新型材料的预研。材料筛选是一个非常庞大的工作,非短时间内能够完成,因此,即便是预研,也应该有非常清晰的思路,有清晰的材料设计和评价体系。
榆重视设计。充分从整体考虑,优选出芯块和包壳匹配综合效果最好的方案,才能有效降低材料研究的难度;在燃料研发上,要评估新开发的燃料系统相对于现有燃料系统的性能,评估其关键属性。要充分设计ATF 的具体参数,才能在包壳和芯块材料的研制中有明确的目标,定位准确,设计和制造工艺要紧密结合,相互迭代。以达到少走弯路,事半功倍,加快研发速度的目的。
虞在材料研究的同时,加强辐照性能的研究。可采用离子辐照、中子辐照等技术,至少可以判断趋势,因为对于反应堆材料而言,最终都要落脚到辐照性能上,这样可以避免走弯路,或走错方向。