Uranium use in CANDU reactors—review and prospect

Abstract

A co-operative governmentindustry development program launched in the late 1950s has generated in Canadian industry the capability to produce high-quality uranium oxide fuel bundles at all-inclusive prices of less than $50 per kg U. The direct consequence is that fuel cycle costs in heavy-water-moderated CANDU power reactors are the lowest of any reactor type now in operation. Even in competition with fast breeder reactors the CANDU systems are likely to retain the lowest fuelling costs for years to come.The Canadian requirements for sintered UO2 pellets will grow by nearly tenfold to some 1000 tons per year during the 1970s. Within that period, however, several alternative fuel cycles may offer stiff economic competition for natural UO2 once-through fuel. These include (a) the ‘valubreeder’ cycle which is based on a mixture of uranium and thorium; (b) natural uranium silicide, U3Si; and (c) plutonium recycle. All three alternatives become more attractive relative to natural UO2 as uranium prices rise. Résumé Un programme de développement organisé conjointement par le gouvernement et l'industrie dans les dernières années 1950 a donné à l'industrie canadienne la compétence voulue pour fabriquer des faisceaux combustibles de haute qualité à un prix global inférieur à $50 par kilogramme d'uranium. La conséquence directe est que le coût du cycle de combustible des réacteurs CANDU modérés par eau lourde est inférieur à celui de tous les types de réacteurs actuellement en service. Même en concurrence avec les réacteurs surgénérateurs la ftlière CANDU continuera probablement d'avoir pendant des années le cycle de combustible le plus économique.Au cours de la prochaine décennie, les besoins du Canada en matière de pastilles d'UO2 augmenteront d'environ 1000 tonnes par an. Au cours de cette période, cependant, plusieurs autres cycles de combustible pourraient concurrencer le combustible à passe unique qu'est le bioxyde d'uranium naturel. Il y aurait, entre autres: a) le cycle quasi-surgénérateur employant un mélange d'uranium et de thorium; b) le siliciure d'uranium naturel, U3Si; et c) le plutonium recyclé. Ces trois possibilités gagneront de l'intérêt par rapport au bioxyde d'uranium naturel à mesure que le prix de l'uranium augmentera.