Ядерное топливо нового поколения

Москва, 12 октября, 2018, 22:35 — ИА Регнум. 10−11 октября в Сочи состоялась отраслевая научно-техническая конференция «Ядерное топливо нового поколения для АЭС», организованная АО «ТВЭЛ». В мероприятии приняли участие более 90 экспертов российской атомной отрасли, основной темой стало обсуждение перспектив и внедрения российского ядерного топлива нового поколения.

О разработке толерантного топлива, устойчивого к запроектным авариям, подробно рассказал заместитель генерального директора ВНИИНМ им. А. А. Бочвара Владимир Новиков. Необходимо отметить, что именно это направление сейчас активно разрабатывается не только в России — разработки толерантного ядерного топлива ведут и многие зарубежные компании, идет настоящая «ядерная гонка».

Причиной для «соревнования» ученых и конструкторов стали результаты анализа катастрофы, произошедшей в марте 2011 года на АЭС «Фукусима» в Японии. Одним из самых тяжелых последствий взрыва реактора стало полное расплавление ядерного топлива. Температура внутри активной зоны поднялась настолько, что не выдержал ни материал тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ-ов), ни сам уран. Расплав всех элементов сначала оказался на дне корпуса реактора, но температура его была настолько велика, что расплав в буквальном смысле прожег насквозь металлический корпус, прошел бетонную оболочку и продолжает уходить ниже, не только создавая радиоактивное заражение, но и создавая угрозу дойти до грунтовых вод.

Причина такого критического повышения температуры — материал ТВЭЛ-ов, металл цирконий. Его используют в ядерном топливе во всем мире — он отлично проводит тепло, устойчив к радиации, коррозионно стоек. Но после того как реактор «Фукусимы» в результате аварии был обесточен, прекратили работать циркуляционные насосы, в результате вода внутри активной зоны стала нагреваться все больше и превратилась в пар. А вот с водяным паром цирконий вступает в химическую реакцию, которая и привела к самым тяжелым последствиям. Реакция идет с повышением температуры, один из продуктов этой реакции — водород. В результате роста концентрации водорода произошел мощнейший взрыв, а температура циркониевых оболочек продолжала подниматься до уровня, который и вызвал расплавление уранового топлива.

Разрабатываемое толерантное топливо должно обеспечить либо невозможность паро-циркониевой реакции, либо внутри ТВЭЛ-ов должно находиться топливо, расплавить которое будет невозможно при температурах, которые возникают при этой паро-циркониевой реакции. Самый лучший вариант, как подсказывает логика, — устойчивое к высоким температурам топливо внутри ТВЭЛ-ов, которые не вступают в паро-циркониевую реакцию, что обеспечит двойную перестраховку от такого вида запроектной аварии. Та топливная компания, которая первой добьется вот такого комбинированного результата, получит на мировом топливном рынке решающее конкурентное преимущество, именно поэтому использование термина «ядерная гонка» совершенно уместно.

По словам Владимира Новикова, уже до конца этого года будет закончено изготовление сразу четырех экспериментальных образцов толерантного топлива, которое в 2019 году будут проверены на исследовательском реакторе в Димитровграде. Будут испытаны ТВЭЛы с хромовым напылением поверх циркония и ТВЭЛы, изготовленные из специально разработанного сплава 42ХНМ. Часть ТВЭЛов будет содержать традиционное урановое топливо, часть — новое, уран-молибденовое. После того как будет определен лучший из образцов, в 2020 году проверка будет продолжена уже в реакторе одной из российских АЭС, и только после этого можно будет говорить о состоявшейся разработке толерантного топлива. Но институт им. Бочвара не намерен останавливаться только на этих четырех экспериментальных образцах, Владимир Новиков рассказал и о новых разработках, которые планируется закончить в ближайшее время, чтобы точно так же продолжить исследования на исследовательских реакторах.

Постараемся и в дальнейшем следить за этим удивительным научно-техническим соревнованием.