《Journal of Environmental Radioactivity》：Evaluating global dry storage cask designs: Insights for APR1400 spent fuel in challenging UAE conditions
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干式储乏燃料容器（DSCs）在阿联酋极端气候下的适用性研究通过多准则基准测试、法规评估和场景应力测试，发现现有系统虽符合国际安全标准，但需针对高温、氯离子腐蚀和沙尘环境进行改进，提出材料升级和模块设计优化方案。
胡赛因·阿尔-马兹米 | 穆罕默德·祖拜尔
沙迦大学工业工程与工程管理系，27272，沙迦，阿拉伯联合酋长国
摘要
乏核燃料（SNF）的安全管理是全球核能发展可持续性的重要障碍。尽管干式储存容器（DSCs），如HI STORM、TN 32、NAC MPC和Doosan系统在温带气候下表现出良好的性能，但它们在干旱、高盐度和地震活跃条件下的长期耐久性仍需进一步研究。本研究建立了一种综合方法，用于评估阿拉伯联合酋长国（UAE）的DSC技术，其中巴拉克核电站的四个APR1400反应堆面临特殊的储存挑战。该方法结合了多标准基准测试、法规合规性评估和基于情景的压力测试，涵盖了技术和政策两个方面。结果表明，虽然当前的DSCs满足了基本的安全标准，但在UAE未经改进地应用可能会因极端温度、氯化物引起的腐蚀以及灰尘对气流的影响而降低其长期有效性。通过采用双相不锈钢、抗氯化物混凝土和地下通风垂直模块（VVMs）等适应措施，可以显著提高其韧性，并符合FANR、IAEA和NRC的安全框架。这些结果为干旱沿海地区的SNF储存系统改造提供了一个可复制的框架，为核能项目的开发提供了工程解决方案和监管指导。
引言
核能约占全球电力生产的10%，是向可持续能源系统转变过程中不可或缺的低碳能源（WNA，2023年）。全球积累了超过40万吨的乏核燃料，这凸显了开发安全、长期储存方案的迫切需求（IAEA，2022年）。虽然湿式储存池可以提供临时冷却，但由于其被动安全特性、结构完整性和在多个监管框架下的应用历史，干式储存容器已成为更受青睐的中间选择（EPRI，2019年）。
全球的干式储存容器系统，如HI STORM系统（Holtec International，2021年）、TN 32系列（Orano，2019年）、NAC MPC（NAC International，2020年）和Doosan的韩国式储存容器（Kim和Cho，2024年），已在美欧亚等地获得了广泛的许可和实施。这些设备在温带和半温带环境中表现出良好的性能；然而，它们在极端条件下的适用性仍存疑问（Angelucci等人，2022年）。跨地理和监管背景的基准测试对于识别优势和劣势至关重要，以确保储存解决方案在新气候和地震条件下仍能保持韧性（Zhang等人，2021年）。
阿拉伯联合酋长国通过巴拉克核电站（BNPP）投入运行的四个APR1400压水反应堆，确立了其在核能领域的区域领导地位。该国的核监管机构FANR遵循IAEA的安全标准，同时应对当地特有的挑战，包括超过48°C的极端夏季温度、来自阿拉伯湾的高氯化物沉积、频繁的沙尘暴以及中低水平的地震活动（FANR，2020年；Kumar等人，2020年）。这些温度对干式储存容器的部署构成了特殊挑战，因为未经改进的设计可能导致材料加速劣化和热裕度降低。
尽管全球范围内已对DSC的性能进行了广泛研究，但很少有同行评审的研究系统地评估其在干旱、高盐度和地震活跃地区的长期耐久性（Alwaeli和Mannheim，2022年；El Samrah、Al Mansoori和Salem，2023年）。目前的大部分研究集中在温带或地震活跃环境中，导致关于DSC在海湾地区特定应力下的性能（包括氯化物引起的应力腐蚀开裂CISCC和灰尘相关的气流阻塞）的知识不足。
本研究通过结合技术基准测试方法和针对UAE具体环境的法规合规性评估，填补了这一空白。研究内容包括：
1.将著名的DSC技术（HI STORM、TN 32、NAC MPC、Doosan）与UAE的环境压力因素进行对比。
2.评估其对IAEA、NRC和FANR法规框架的遵守情况。
3.针对极端高温、氯化物积累、沙尘暴和地震事件进行基于情景的压力测试。
4.提出改进方案，包括材料改进和地下通风垂直模块（VVM）设计。
本研究通过整合技术、监管和环境因素，为在恶劣气候条件下调整乏核燃料储存系统提供了一个具有全球意义的范例，以UAE作为重要案例研究。
El-Samrah等人（2021年）指出，要全面评估干式储存系统，必须设定明确的设计规范。本研究是对四种特别为UAE环境条件设计的干式储存容器（DSC）进行的最终比较分析（Godea等人，2025年）。与概念性或理论性提案不同，本研究基于提出的设计规范、已发布的性能数据和严格的基于情景的模拟进行了详细的技术评估。评估系统基于多标准决策分析（MCDA）、与IAEA SSR-6、NRC 10 CFR Part 72和FANR指南相关的监管评估，以及反映巴拉克核电站实际情况的极端天气条件下的压力测试（FANR，2020年；El-Samrah等人，2023年）。
所考虑的四种DSC系统包括HI STORM（Holtec International）、TN 32（Orano）、NAC MPC（NAC International）和韩国Doosan系统，选择这些系统是基于它们在全球范围内的成功应用记录、在不同监管区域的许可历史以及设计理念的多样性。Konarski等人（2021年）指出，尽管每种系统在温带条件下都得到了广泛验证，但它们在干旱和高盐度环境下的耐受能力尚未得到充分监测。本研究通过清晰、可复制的研发方法填补了这一空白，测量了性能裕度，揭示了弱点，并提出了基于证据的改进策略（Al Nuaimi和Williams，2022年）。
章节摘录
文献综述方法
本研究遵循PRISMA指南进行了系统的文献回顾，以确保透明性和可重复性。搜索范围涵盖了Scopus、Web of Science、IEEE Xplore、IAEA INIS数据库和Google Scholar，查找2000年1月至2024年12月期间的相关出版物。
研究设计与分析框架
Lee等人（2023年）指出，本研究采用了混合方法，包括比较基准测试、多标准决策分析（MCDA）和基于情景的压力测试。具体步骤包括：（1）技术选择和数据收集（Godea等人，2025年）；（2）与监管标准的对比；（3）极端情况的建模（Fulpagare等人，2023年）；（4）改进建议的整合。全球干式储存容器的比较基准测试
基准测试评估了四种著名的DSC系统：HI STORM、TN 32、NAC MPC和Doosan——从六个性能指标进行对比。表2展示了标准化后的对比分数（1–10分）。- ?
研究结果表明，尽管所有系统都满足了基本的安全标准，但HI STORM和Doosan容器在热性能和抗震性能方面表现更优。然而，在海湾地区使用时，所有设计的耐腐蚀性仍有待提高。
基准测试洞察与全球对比
基准测试结果显示，尽管所有评估的DSC系统都符合国际安全标准，但在UAE特定条件下的性能存在差异。HI STORM在热性能方面表现突出，这与其在美欧等地的广泛应用相符（Holtec International，2021年）；而Doosan容器在抗震性能方面表现较好，这反映了其韩国的许可框架（Kim和Cho，2024年）。这些发现与Angelucci等人的研究结果一致（2022年）。结论
本研究建立了一个综合框架，用于评估干式储存容器（DSC）技术是否适合阿拉伯联合酋长国（UAE）的应用，考虑了巴拉克核电站特有的环境和监管限制。分析表明，通过比较基准测试、法规合规性评估和基于情景的压力测试，现有的DSC系统（如HI STORM、TN 32、NAC MPC和Doosan）符合国际安全标准；然而，
局限性与未来工作
本研究存在一些局限性，需要加以说明。基准测试基于供应商的安全分析报告（SARs）和监管文件，尽管这些资料具有权威性，但可能无法涵盖所有操作变异性。基于情景的压力测试使用了确定性模型和有限元模拟，而非在UAE条件下进行的全面实验验证。此外，腐蚀进展的预测也基于一定的假设。CRediT作者贡献声明
胡赛因·阿尔-马兹米：撰写——初稿。穆罕默德·祖拜尔：撰写——审阅与编辑。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
