锆合金作为核燃料包壳材料已经40多年,并经历了三代合金,而SiC是一种极具应用潜力的材料,有可能成为第4代核反应堆的包壳材料。
这种材料的优点是:
1、熔点高
熔点高达2730℃,所以在冷却剂丧失(LOCA)事故发生时也不会发生危险。
2、不会放热
由于SiC与水蒸气反应活性很低,发生失水事故,温度升高也不会产生大量氢气发生危险,并且避免反应放热。
3、换料周期长
SiC水侧腐蚀速率很低,可以大大延长换料周期。
4、节省燃料
相比锆合金,SiC具有更低的中子吸收截面,可以节省25%的燃料。
5、安全
高的机械强度降低磨损导致失效的几率。
6、功率高
得益于SiC可以在LOCA工况下工作,可以提高约30%的功率。
7、废料处理容易
核燃料燃烧更充分,提高功率,减少废料的放射性,降低废料处理的难度。
这种材料的缺点是:
1、价格昂贵。
2、工艺不成熟,不能达到包壳管要求。
3、作为包壳管材料,工程应用数据缺乏。
4、获得许可证尚需漫长时间。
5、换用SiC做包壳,很多规格标准、反应堆设计都需重新配套。
SiC复合材料包壳管一般有两种:一种是SiC金属复合层,包壳管形式为:金属层+整体致密SiC层+纤维层结构。另一种就是纯SiC型,分为内、外两层,内层为整体致密SiC层;外层为SiC/SiC复合材料层。虽然,SiC材料可能成为第4代核反应堆的包壳材料,但仍需投入大量研究。