近日，美國通用原子能-電磁系統公司(GA-EMS)在美國能源部(DOE)的支持下，開發出了能夠承受極端溫度的碳化硅核燃料包殼管。美國能源部表示，這將徹底改變工業制造核燃料的方式。
目前，鋯合金因其機械性能和耐腐蝕性而被廣泛用作核燃料包殼。雖然鋯合金包殼已日益改進，但核工業仍在探索和開發新型包殼材料，以顯著提高輕水堆的運行業績、經濟效率和安全性能。
GA-EMS正在開發一種名為SiGA的新型燃料包殼，該項目獲得了能源部事故容錯燃料計劃的資助，以及輻射測試和輻射后檢查方面的支持。SiGA包殼由碳化硅制成，后者是一種高溫陶瓷材料，由高純度晶體硅和碳制成。
碳化硅可以承受比熔融巖漿更高的溫度，但是純碳化硅易碎，從而限制了將其用作結構材料。為解決這一問題，GA-EMS在包殼中加入碳化硅纖維，制成了一種堅韌耐用的工程碳化硅復合材料，可承受高達3800℉的高溫——比鋯合金的熔點高出約500℉。碳化硅纖維加固材料的方式與鋼筋加固混凝土的方式類似。
GA-EMS已經制造出6英寸長的核級SiGA燃料棒和3英尺長的核級包殼樣品，并將在愛達荷國家實驗室進行輻照測試。GA-EMS的最新進展表明，可使用該工藝制造全長12英尺的燃料棒。
SiGA包殼包含固體燃料和運行過程中產生的任何氣體，并采用新型密封技術，能夠承受遠超輕水堆典型條件下的壓力。為實現SiGA包殼商用，GA-EMS將繼續提升相關制造技術，并對輻照前后的SiGA進行進一步分析。目前，該公司正使用研究堆、商用堆以及建模和模擬來加速燃料鑒定方法。GA-EMS認為，SiGA包殼可在2020年代本末通過驗證，2030年初實現商業化。GA-EMS還在開發SiGA的國內制造能力。
通過事故容錯燃料計劃，美國最大的三家核供應商正與能源部合作開發其他事故容錯燃料概念。能源部表示，這些新型燃料和包殼材料有助于提高核電廠的整體經濟性和業績，并延長事故工況下的響應時間。
