第四代反應堆鈉冷快堆(SFR)可使用由乏核燃料(TRU)制成的金屬核燃料，但制造過程中容器(坩堝)與核材料間的異常反應會導致工藝損失。近日，韓國研究團隊成功合成一種新材料，有望解決這一問題。

9月16日，韓國原子能研究院(KAERI)宣布，在科學技術信息通信部乏核燃料處理技術先進研究開發項目支持下，開發出一種可完全阻止鈉冷快堆金屬核燃料制造過程中容器與核材料異常反應的新材料。

鈉冷快堆金屬核燃料制造工藝是從乏核燃料中提取核材料，經高溫熔化后擠壓入容器。當前工藝下，擠壓后約殘留20%的核材料，冷卻后這些材料會與容器反應形成氧化物，需進一步處理回收。為防止此情況，容器會涂上市售的氧化釔(Y2O3)基材料，但該涂層性能有限。

對此，先進核燃料技術開發部樸尚圭博士的研究團隊發現，在氧化釔中添加鑭系元素可顯著降低反應性。經審查候選材料，他們開發出新型陶瓷材料——釹釔復合氧化物(Nd2YO3)，該材料將氧化釹(Nd2O3)和氧化釔以1:1比例混合，并在1600℃下加熱30分鐘。

為驗證新材料性能，研究團隊將金屬核燃料材料(U-Zr-RE)和新材料在1500℃下加熱10分鐘(與實際核燃料制造過程相同)，然后冷卻6小時并分析反應性。結果顯示，未發生異常反應，未形成氧化物，僅觀察到約10μm厚的稀土元素滲入，而現有商用材料在相同條件下會形成約150μm厚的反應層，表明新材料具有優異的異常反應阻斷效果。

使用涂有該材料的金屬核燃料制造容器，有望大幅減少因異常反應浪費的核材料數量，并允許直接使用而無需額外處理，從而提高金屬核燃料制造工藝的效率。

該研究成果于12月發表在《自然》雜志旗下國際學術期刊《科學報告》上。未來，研究團隊計劃進一步推進該技術，使新材料不僅可用于防止金屬核燃料反應，還可作為新型隔熱涂層材料等有用功能材料。

韓國原子能研究院先進核燃料技術開發部部長金俊煥表示：“這項技術將革新性地提高金屬核燃料制造工藝的效率，并為確保乏核燃料回收利用的可行性做出貢獻。未來，我們將致力于將其應用于核電領域以外的各行各業。”