六種類型的第四代核反應(yīng)堆代表了提供核能的安全性、可持續(xù)性、效率和設(shè)計(jì)成本的下一階段的改進(jìn)。其中包括：

l超臨界水冷堆（SCWR）

l鉛快堆（LFR）

l鈉快堆（SFR）

l熔鹽反應(yīng)堆(MSR)

l高溫氣冷快堆（HTGR）

l甚高溫反應(yīng)堆(VHTR)

本文主要關(guān)注高溫氣冷反應(yīng)堆類型，以描述三結(jié)構(gòu)各向同性 ( TRISO ) 核燃料顆粒制造過程。TRISO核燃料顆粒是HTGR反應(yīng)堆的主要動力來源，但也可用于氟化鹽冷卻高溫反應(yīng)堆（FHR）和輕水反應(yīng)堆（LWR）。

TRISO核燃料顆粒

TRISO核燃料顆粒由各種 UOX 化學(xué)物質(zhì)組成，例如UO2，其表面涂有四層三種各向同性材料，作為保護(hù)核沉積。這四層是：

1.緩沖 PyC層

2.內(nèi)部 PyC層

3.碳化硅層

4.外層 PyC層

TRISO 核燃料顆粒可避免因熱膨脹差異和高達(dá) 1600°C 溫度的裂變氣體壓力等工藝應(yīng)力而破裂。由于這些反應(yīng)堆的運(yùn)行溫度約為 750°C，因此在設(shè)計(jì)合理的反應(yīng)堆中，放射性燃料元件在最糟糕的熔毀情況下會被隔離。換句話說，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的所有放射性裂變產(chǎn)物都被限制在燃料內(nèi)，因此燃料顆粒不會向外界釋放放射性，即使遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出典型的操作條件（高達(dá) 1600°C）也是如此。

FB-CVD TRISO 制造

沉積這些各向同性材料層以形成 TRISO 核燃料顆粒的主要過程是一種稱為流化床化學(xué)氣相沉積 ( FB-CVD ) 的技術(shù)。在 FB-CVD 工藝中，核燃料 UOX 核通過流化氣體進(jìn)行流化，并在加熱噴動床涂層爐中通過反應(yīng)氣體進(jìn)行涂層。

l使用乙炔作為反應(yīng)氣體和氬氣作為流化氣體在約1260℃的室溫度下制備緩沖PyC層。

l內(nèi)層和外層 PyC 層使用丙烯作為反應(yīng)氣體，氬氣作為流化氣體，腔室溫度為 1280-1300°C。

l相反，SiC涂層是使用MTS蒸氣作為反應(yīng)氣體，用氫氣作為流化氣體在約1600℃的室溫度下熱解來制備的。

FB-CVD TRISO 流量控制

用于創(chuàng)建四層中每一層的各種氣體流速和反應(yīng)時間根據(jù)核燃料內(nèi)核的尺寸而變化，當(dāng)使用較大尺寸的顆粒時會增加。流速和反應(yīng)時間也會根據(jù)當(dāng)前使用的氣體、系統(tǒng)的尺寸以及壓力和溫度條件而變化。因此，準(zhǔn)確且可重復(fù)的氣體流量控制對于最大限度地提高這些系統(tǒng)的工藝效率、確保 TRISO 核燃料滿足安全性和工藝公差至關(guān)重要。

Alicat 的MC 系列氣體質(zhì)量流量控制器可在 FB-CVD 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)精確且可重復(fù)的氣體流量控制。

l精度高達(dá)讀數(shù)的 0.8% 和滿量程的 ±0.2%

l重復(fù)性 (2σ) 高達(dá)讀數(shù)的 ±0.2% + 滿量程的 0.02%

l控制在滿量程的 0.01-100% 范圍內(nèi)，從 0.5 SCCM 滿量程一直到 5000 SLPM 滿量程

氫氣、乙炔和氬氣適用于 MC 系列氣體質(zhì)量流量控制器，而丙烯更適合具有更高耐腐蝕性的MCS 系列。這些防腐氣體流量控制器采用不銹鋼接液材料，以提高與腐蝕性氣體的兼容性。

l精度高達(dá)讀數(shù)的 ±0.8% 和滿量程的 ±0.2%

l重復(fù)性高達(dá)滿量程的 ±0.2%

l將流量控制在 0.5 SCCM 滿量程至 5000 SLPM 滿量程之間

l1-100%滿量程控制范圍