2023年8月16日,法国核安全局(ASN)技术支持机构辐射防护与核安全研究所(IRSN)表示,尽管混合氧化物(MOX)燃料的成分长期存在异常,但仍接受了法国电力集团(EDF)在旗下部分核电机组中使用铀钚MOX燃料的安全论证。
EDF持续使用含有所谓“富钚岛”的MOX燃料芯块,即燃料中的钚浓度超出了技术参数要求,2023年5月15日,ASN要求IRSN评估与此相关的风险。该异常是制造问题引起的,EDF从2013年就知道存在该问题。
ASN还要求IRSN评估在机组正常运行期间,堆芯内中子通量增大或MOX燃料棒上下两端裂变反应强度增强的问题。EDF从2017年就知道存在这一现象。
MOX燃料由法国燃料公司欧安诺(Orano)用经过后处理的乏燃料制成,EDF旗下32台900 MWe级核电机组中有22台使用该燃料,这些机组的发电量约占法国核能总发电量的10%。使用经过后处理的乏燃料可以减少天然铀进口。
EDF开发了一个科学风险模型,根据钚岛大小和缺陷燃料样品中的钚含量,计算燃料芯块中存在钚岛的MOX燃料的线性裂变模式。该模型会引发安全裕度问题,目前,模型和裕度均未经过ASN验证。
EDF建议修改模型,将欧安诺在解决该问题方面的改进制造记录纳入考量。EDF称,希望减少所考虑的钚岛大小,减少安全裕度,同时保持原来的钚强度水平不变。
解决方案
为了解决中子通量问题,EDF提议从2024年开始使用新型燃料组件,该燃料组件燃料棒的上下两端安装有铪金属嵌件。铪是一种很好的中子吸收剂,其性质与锆的性质相似,传统上也有用铪来生产燃料棒。
IRSN在8月16日提出的意见中表示,EDF未能提出令人信服的案例来证明其科学模型能够正确预测MOX燃料行为。
IRSN认为,在存在富钚岛的情况下,确定MOX燃料线性聚变特性的科学模型没有得到验证。IRSN补充称,某些物理现象,如燃料颗粒在辐照期间的膨胀和密度增加,似乎没有被考虑在内。
尽管如此,IRSN仍认为EDF根据钚异常以及燃料芯块和燃料棒组件(包括护套、隔板和弹簧)之间的热传递,正确评估了MOX燃料可能熔化风险的不同安全裕度。
IRSN在其意见中表示,IRSN估计,这些保守裕度可弥补科学方法验证方面的差距。
2013年,欧安诺改用“干法”生产铀粉,即加热氧化铀高温去除杂质。该公司后来表示,为了解决燃料异常问题,将恢复“湿法”生产,即用硝酸溶解氧化铀。