钠快冷反应堆(SFR)被认为是技术完善程度最高、最有前景的下一代核反应堆类型之一，也是比尔·盖茨旗下TerraPower公司正在开发的一种钠反应堆。然而，钠冷快堆存在核燃料与包层发生化学反应导致包层受损的问题。近日，韩国原子能研究院宣布，该研究团队已成功解决了这一技术难题。
韩国原子能研究院24日表示，通过科学技术信息通信部核能研发项目，该团队开发出了一种新技术，通过在钠冷快堆核燃料包层内侧均匀涂覆不含杂质的铬(Cr)，可完全阻断核燃料与包层之间的化学反应。
钠冷快堆的金属核燃料和包层可能因化学相互作用(燃料-包层化学相互作用，FCCI)引起的劣化而受损。为了防止这种情况，通常在包覆管内放置含铬的溶液，并通过电解在包覆管上形成涂层。但现有的镀铬层所采用的直流电、脉冲电流电镀方法存在镀层均匀性较差的问题，这会导致涂层出现裂缝，并引起核燃料和包层之间发生FCCI反应。
为了解决这个问题，先进核燃料技术开发部的吕承焕博士研究团队开发出了一种利用脉冲反向电流电镀法的新技术。在55℃的温度下，在包壳管内壁镀铬30分钟，该方法可以以极高的速度(每秒100次以上)反复改变电流方向，从而防止杂质附着在镀层上，形成纯净的铬镀层。由此，研究团队成功制作出厚度为20微米(μm)的均匀涂层，并且与现有方法相比，涂层厚度误差减少了1/3。
为了验证镀铬层的性能，研究团队假设SFR出现异常情况，在650℃下进行了25小时的FCCI模拟实验。结果显示，使用传统方法制造的包层由于FCCI反应而劣化了多达30微米(模拟核材料的最大穿透深度)。而利用新技术制造的包壳管根本不发生FCCI反应，即使在紧急情况下也不会发生核燃料泄漏。
此外，这种新技术不仅可以应用于包覆管，还可以应用于类似的小直径(外径7毫米)管，因此有望在其他工业设备和零部件的生产中使用。该项研究成果已于去年12月发表在国际学术期刊《核材料杂志》上，并已为该技术申请了国内专利。
韩国原子能研究院先进核燃料技术开发部部长金俊焕表示，此次开发的核燃料包层脉冲逆电流电镀工艺将成为钠冷快堆材料生产的核心技术。他还表示，该研究院将致力于开发能够提高下一代反应堆安全性的核燃料系统。
