แคนเฟล็กซ์

CANFLEXคือชุดเชื้อเพลิงขั้นสูงที่ออกแบบมาสำหรับ เครื่อง ปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แบบ CANDUชื่อของมันมาจากหน้าที่ของมัน: การเติมเชื้อเพลิงแบบยืดหยุ่นสำหรับ CANDU (CANDU FLEXible fueling) ได้รับการพัฒนาโดยบริษัทพลังงานปรมาณูแห่งแคนาดา ( AECL ) ร่วมกับสถาบันวิจัยพลังงานปรมาณูแห่งเกาหลี ( KAERI ) ผู้ออกแบบอ้างว่ามันจะให้ประโยชน์มากมายแก่เครื่องปฏิกรณ์ CANDU ในปัจจุบันและอนาคตที่ใช้ยูเรเนียมธรรมชาติหรือวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ขั้นสูงอื่นๆ ซึ่งรวมถึงขอบเขตการทำงานและความปลอดภัยที่มากขึ้น อายุการใช้งานของโรงงานที่ยาวนานขึ้น เศรษฐกิจที่ดีขึ้น และกำลังการผลิตที่เพิ่มขึ้น

ชุดเชื้อเพลิง CANFLEX ประกอบด้วยองค์ประกอบเชื้อเพลิง 43 ชิ้น โดยมีขนาดองค์ประกอบสองขนาด^{[ 1 ]}มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 ซม. (สี่นิ้ว) ยาว 0.5 ม. (20 นิ้ว) และหนักประมาณ 20 กก. (44 ปอนด์) และใช้แทนชุดเชื้อเพลิงมาตรฐาน 37 พิน ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเชื้อเพลิงโดยใช้เส้นผ่านศูนย์กลางพินที่แตกต่างกันสองขนาด ซึ่งจะช่วยลดกำลังไฟฟ้าของพินที่ร้อนที่สุดในชุดเชื้อเพลิง สำหรับกำลังไฟฟ้ารวมของชุดเชื้อเพลิงที่เท่ากัน นอกจากนี้ การออกแบบยังรวมถึงการปรับเปลี่ยนรูปทรงเรขาคณิตพิเศษที่ช่วยเพิ่มการถ่ายเทความร้อนระหว่างเชื้อเพลิงและสารหล่อเย็นโดยรอบ ชุดเชื้อเพลิงเหล่านี้จำนวน 24 ชุดได้รับการทดสอบในเครื่องปฏิกรณ์ Point Lepreau CANDU 6ในนิวบรันสวิก ประเทศแคนาดา และผลลัพธ์บ่งชี้ว่า CANFLEX ตรงตามความคาดหวังและข้อกำหนดด้านกฎระเบียบทั้งหมด

เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ ชุดแท่งเชื้อเพลิง CANFLEX ใช้แท่งขนาดเล็กกว่า (11.5 มม.) สองวงซ้อนกันล้อมรอบแกนกลางที่ประกอบด้วยแท่งขนาดใหญ่กว่าเล็กน้อย (13.5 มม.) ทำให้มีการกระจายกำลังในแนวรัศมีที่ราบเรียบกว่า และลดกำลังไฟฟ้าเชิงเส้นสูงสุดลงประมาณ 20% เมื่อเทียบกับการออกแบบที่มี 37 องค์ประกอบ รูปทรงเรขาคณิตประกอบด้วยส่วนต่อขยายเพื่อเพิ่มค่า CHF (อัตราการถ่ายเทความร้อนวิกฤต) การเคลือบกราไฟต์ CANLUB ที่ด้านในของปลอกเชื้อเพลิงเพื่อลดการปฏิสัมพันธ์ระหว่างเม็ดเชื้อเพลิงกับปลอกหุ้ม และการออกแบบตัวเว้นระยะและแผ่นรองรับที่เหมาะสมที่สุดเพื่อปรับปรุงการถ่ายเทความร้อนและความเสถียรทางไฮดรอลิก ผลลัพธ์ที่ได้คือการเพิ่มขึ้นของอัตราการถ่ายเทความร้อนวิกฤต (CHF) และกำลังไฟฟ้าในช่องวิกฤตที่สูงขึ้น 4-5% ซึ่งช่วยปรับปรุงขอบเขตการแห้งตัวและเพิ่มความปลอดภัยของเครื่องปฏิกรณ์

ชุด CANFLEX สามารถใช้งานร่วมกับช่องทางเครื่องปฏิกรณ์และเครื่องเติมเชื้อเพลิง CANDU ที่มีอยู่เดิมได้อย่างสมบูรณ์ โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงฮาร์ดแวร์ของเครื่องปฏิกรณ์หรือระบบเติมเชื้อเพลิง ทำให้สามารถใช้ทดแทนเชื้อเพลิงแบบเดิมได้อย่างแท้จริง ความยืดหยุ่นของชุดนี้ยังช่วยให้สามารถใช้งานได้กับเชื้อเพลิงหลากหลายประเภท ได้แก่ ยูเรเนียมธรรมชาติ (CANFLEX-NU), ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะเล็กน้อย (CANFLEX-SEU), ยูเรเนียมที่กู้คืนจากเชื้อเพลิงใช้แล้วของเครื่องปฏิกรณ์น้ำเบา (CANFLEX-RU) และเชื้อเพลิงที่มีปฏิกิริยาต่ำ (CANFLEX-LVRF)

• CANFLEX-NU: ใช้ UO₂ จากธรรมชาติ และใช้เป็นมาตรฐานการออกแบบพื้นฐาน ผ่านการรับรองและสาธิตการใช้งานในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ของแคนาดาและเกาหลีใต้
• CANFLEX-RU: ใช้ยูเรเนียมที่กู้คืนได้ (≈0.9% U-235) จากเชื้อเพลิงเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบน้ำเบา (LWR) ที่ผ่านการแปรรูปใหม่ ซึ่งช่วยให้สามารถรีไซเคิลและลดความต้องการยูเรเนียมได้
• CANFLEX-SEU: ใช้ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะเล็กน้อย (≈1.0–1.2% U-235) ซึ่งให้การเผาไหม้ที่สูงขึ้นและต้นทุนวงจรเชื้อเพลิงที่ต่ำกว่า
• CANFLEX-LVRF: ใช้ UO₂ ที่เสริมสมรรถนะประมาณ 1% ซึ่งได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับปฏิกิริยาช่องว่างเชิงลบ พัฒนาขึ้นสำหรับโครงการเชื้อเพลิงที่เน้นความปลอดภัยของ Bruce Power

จากการศึกษาพบว่าเชื้อเพลิง CANFLEX-RU หรือ CANFLEX-SEU สามารถเผาไหม้ได้สูงกว่าเชื้อเพลิงยูเรเนียมธรรมชาติมาตรฐานถึง 1.7 เท่า พร้อมทั้งมีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิและค่าสัมประสิทธิ์ช่องว่างที่เป็นลบมากขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยโดยรวม

การพัฒนาเริ่มต้นขึ้นในช่วงกลางทศวรรษ 1980 โดย AECL และKAERIเข้าร่วมในปี 1991 การออกแบบได้รับการสรุปและตรวจสอบความถูกต้องผ่านการทดสอบนอกเครื่องปฏิกรณ์อย่างครอบคลุม รวมถึงการทดสอบการเสียดสีเชิงกล การทดสอบการไหลของไฮดรอลิก และการทดลองหาค่าความร้อนวิกฤต

ในปี 1998 ได้มีการทดลองฉายรังสีชุดเชื้อเพลิง CANFLEX-NU จำนวน 24 ชุด ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ CANDU-6 ที่ Point Lepreau (นิวบรันสวิก ประเทศแคนาดา) ผลลัพธ์ยืนยันการคาดการณ์ด้านการออกแบบทั้งหมด โดยแสดงให้เห็นถึงความสมบูรณ์ของโครงสร้างที่ดีเยี่ยม โปรไฟล์การเผาไหม้ที่คาดหวัง และการปฏิบัติตามมาตรฐานข้อกำหนด

มีการทดสอบคู่ขนานในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์วอลซอง หน่วยที่ 1 (เกาหลีใต้) โดย KAERI ได้ทำการฉายรังสีชุดเชื้อเพลิง CANFLEX-NU จำนวน 24 ชุด เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพภายใต้สภาวะการใช้งานในเกาหลี ความสำเร็จของการทดสอบเหล่านี้ได้ยืนยันทั้งประสิทธิภาพเชิงกลและเชิงนิวเคลียร์ของเชื้อเพลิง CANFLEX ซึ่งปูทางไปสู่การนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์

ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 CANFLEX-NU ได้รับการรับรองอย่างสมบูรณ์สำหรับการใช้งานในเครื่องปฏิกรณ์ ต่อมา British Nuclear Fuels (BNFL) ได้เข้าร่วมความร่วมมือเพื่อสนับสนุนการผลิต CANFLEX-RU สำหรับการนำเชื้อเพลิงกลับมาใช้ใหม่ในรอบการผลิตขั้นสูง

ชุดเชื้อเพลิงดังกล่าวจำนวน 24 ชุดได้รับการทดสอบในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ Point Lepreau CANDU 6 ในรัฐนิวบรันสวิก ประเทศแคนาดา และผลการทดสอบบ่งชี้ว่า CANFLEX ตรงตามความคาดหวังและข้อกำหนดด้านกฎระเบียบทั้งหมด การทดสอบสาธิตที่คล้ายกันนี้ได้ดำเนินการที่เครื่องปฏิกรณ์ Wolsong Unit 1 ในประเทศเกาหลีใต้ ซึ่งยืนยันถึงความแข็งแรงเชิงกล การถ่ายเทความร้อนที่ดีขึ้น และขอบเขตความปลอดภัยที่ได้รับการปรับปรุงของ CANFLEX

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์บรูซประกาศเปลี่ยนมาใช้เชื้อเพลิง CANFLEX สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ในปี 2549[2] ในฐานะส่วนหนึ่งของโครงการริเริ่มนี้ บรูซพาวเวอร์ได้เปิดตัวโครงการเชื้อเพลิงที่มีปฏิกิริยาช่องว่างต่ำ (LVRF) โดยปรับรูปทรงเรขาคณิตของ CANFLEX สำหรับยูเรเนียมเสริมสมรรถนะเล็กน้อยเพื่อลดปฏิกิริยาช่องว่างที่เป็นบวกและเพิ่มความปลอดภัย ซึ่งรวมถึงการทดสอบนอกเครื่องปฏิกรณ์อย่างกว้างขวาง การฉายรังสีสาธิต และการตรวจสอบตามกฎระเบียบอย่างเต็มรูปแบบ

นอกจากนี้ CANFLEX ยังได้รับการประเมินเพื่อใช้ในการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ CANDU ขั้นสูง (ACR) และเชื้อเพลิงออกไซด์ผสมทอเรียม-ยูเรเนียม (Th-MOX) ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความยืดหยุ่นสำหรับวงจรเชื้อเพลิงในอนาคต

โครงการ CANFLEX เป็นความร่วมมือครั้งสำคัญระหว่างAECL (แคนาดา) และKAERI (เกาหลี) โดยได้รับการสนับสนุนจาก NB Power, KHNP และกลุ่มเจ้าของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ CANDU (COG) โครงการนี้สะท้อนให้เห็นถึงการวิจัยและพัฒนาที่ประสานงานกันมากว่าสองทศวรรษในด้านการออกแบบเชื้อเพลิงขั้นสูง โดยได้รับการสนับสนุนเพิ่มเติมจาก BNFL (สหราชอาณาจักร) สำหรับการบูรณาการยูเรเนียมรีไซเคิล

• เชื้อเพลิงนิวเคลียร์
• วงจรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์
• ตลาดยูเรเนียม
• ยูเรเนียมแปรรูป
• ความร่วมมือด้านพลังงานนิวเคลียร์ระดับโลก