Ett team som leds av forskare vid Department of Energy:s Oak Ridge National Laboratory har utvecklat en säkrare beklädnad för kärnbränslestavar.

Det nya materialet, en legering av järn, krom och aluminium, undviker zirkonium. Som ett resultat, det borde ge anläggningsoperatörer betydligt mer tid att reagera på incidenter, till exempel en stationsavbrott.

Bränslestavarna på civila kärnkraftverk har mantlats med en zirkoniumlegering som utvecklas under de senaste sex decennierna. Zirkonium som den föredragna basmetallen valdes på 1950 -talet av Hyman Rickover, sedan en kapten och senare en amiral, när han arbetade för att ta kärnteknik och använda den för att driva fartyg och ubåtar.

Hans val av beklädnad, liksom lättvattenreaktorerna som drev dessa kärl, anpassades av kärnkraftsindustrin och dominerar anläggningar över hela världen.

Zirkonium absorberar väldigt få av de neutroner som driver en kärnreaktor, så zirkoniumlegeringar var vettiga som bränslebeklädnad - så länge reaktorn fungerade som planerat. Om en reaktor tappar kylvatten, dock, zirkonium kan förvärra ett dåligt problem.

"Problemet är att du har någonstans mellan 20 och 40 ton zirkoniummetall i dessa reaktorkärnor, "förklarade ORNL -kärnteknikern Kurt Terrani, som leder projektet. "Zirkonium reagerar med ånga vid hög temperatur, och när den reagerar producerar den mycket värme och mycket väte. "

Jobbet för Terranis team, som innovationsmotorn i konsortiet som leds av General Electric, var att skapa en zirkoniumfri legering som skulle generera så lite väte som möjligt vid incidenter samtidigt som den matchade prestandan hos kärnbränslestavbeklädnaden som används idag.

Projektet var ovanligt av minst tre skäl, Terrani förklarade. För det första, laget var inte intresserad av att testa befintliga legeringar för att se om det kan vara lämpligt. Istället, den designade den nya legeringen från grunden med ett mångsidigt team som inkluderade experter på kärnteknik, materialvetenskap, strålningseffekter, korrosion, termomekanik och legeringstillverkning.

Tillvägagångssättet använde det stora utbudet av verktyg och expertis som finns på ORNL, DOE:s största vetenskapliga och energilaboratorium. Den nya beklädnaden genomgick också testning vid ORNL:s High Flux Isotope Reactor och Idaho National Laboratory's Advanced Test Reactor, samt Halden -forskningsreaktorn i Norge.

"Detta var ingalunda ett edisoniskt tillvägagångssätt, "Terrani sa, hänvisar till försök-och-fel-tillvägagångssättet som berömts av Thomas Edison. "Vi arbetade med kunskap och verktyg som inte var tillgängliga under Rickovers tid. Vi konstruerade en legering som vi visste skulle fungera. Jag är inte förvånad över att den här legeringen beter sig så bra under olika förhållanden; vi konstruerade den för att göra det."

För det andra, laget kunde identifiera och producera legeringen på sex år, som är blixtsnabb i kärnkraftsindustrin. Konventionell visdom säger att projektet borde ha tagit dubbelt så mycket tid, Sa Terrani.

För det tredje, han lade till, projektet är ovanligt eftersom forskningen och utvecklingen är klar.

"Det andra jag är väldigt stolt över är att vi är redo att sluta arbeta med det här, "sa han." Vi känner att vi levererade det, branschen driver med det. Vi vill lägga en stor fet röd rosett på den. "

Det har nu överlämnats till branschen för testning och utvärdering. Den nya beklädnaden placerades i en reaktor vid Southern Nuclear's Hatch Kärnkraftverk i Georgien för testning i februari, Terrani sa, och efterföljande installationer planeras.