Эти технологии изменят атомную промышленность

Популярная механикаHi-Tech

10 ядерных технологий, которые изменят мир

В институтах и на предприятиях «Росатома» работает 260 тысяч человек. Чем они занимаются?

Анастасия Шартогашева

Работы у атомщиков хватает. Ученые и инженеры «Росатома» создают технологии, которые меняют не только атомную промышленность, но и мир вокруг нас. Они работают над тем, чтобы природных запасов урана людям хватило на тысячи лет, а отработавшее ядерное топливо и отходы перерабатывались и вновь использовались. Они разрабатывают и создают атомные реакторы для космических аппаратов и морских судов. Они запускают энергоблоки нового поколения, развивают ядерную медицину и производят новые материалы. А еще российские атомщики участвуют в создании «искусственного солнца» – самого большого в мире термоядерного реактора ITER во Франции – и работают над собственной программой управляемого термоядерного синтеза.

При помощи «Росатома» «Популярная механика» составила список десяти самых важных направлений научной работы. В него вошли технологии чистой энергетики, лазерные и медицинские технологии, переработка ядерного топлива и ядерные реакторы будущего.

1Развитие технологии водо-водяных реакторов

Водо-водяные реакторы типа ВВЭР сегодня составляют 60% всех действующих ядерных реакторов в России; есть они и за рубежом – в Европе и странах СНГ, Индии и Китае; строятся на экспорт – в Бангладеш, Белоруссии, Турции и других странах. Это современные и безопасные установки, но всегда есть возможность сделать хорошее еще лучше. Уже к концу 2020-х годов «Росатом» планирует начать строительство первого водо-водяного реактора со спектральным регулированием. Подобные реакторы внесут вклад в решение одной из главных проблем ядерной энергетики: сократят расход природного урана, запасы которого на планете велики, но не бесконечны. При той же мощности реактор со спектральным регулированием будет потреблять на 30% меньше урана и нарабатывать для себя новое топливо. Будут у него и другие преимущества: так, реактор со спектральным регулированием можно полностью загрузить МОКС-топливом, содержащим плутоний, который получают в ходе переработки отработавшего ядерного топлива. Это значит, что реакторы со спектральным регулированием могут помочь замкнуть ядерный топливный цикл.

9cb81490f0ca13efb44d714ae23e1fc1.jpg
ГК "Росатом"

Еще один способ улучшить ВВЭР – изменить параметры теплоносителя, который превращает тепло делящегося урана во вращение турбины электрогенератора. Все превращения энергии из одной формы в другую сопровождаются потерями; в современных ВВЭР около трети энергии деления атомных ядер в конце концов превращается в электроэнергию. В действующих ВВЭР вода на выходе из активной зоны имеет температуру около 320 °С. В сверхкритическом реакторе температура воды составит 540 °С, а значит, перенос энергии будет эффективнее. Изменятся и другие параметры: давление вырастет в полтора раза, и проектировщики, возможно, откажутся от второго контура охлаждения, а горячий теплоноситель пойдет из реактора сразу на турбину – это позволит использовать энергию деления урана намного эффективнее, чем раньше. По расчетам, КПД реактора вырастет до 40–44%, а значит, энергия, производимая на атомной электростанции с реакторами типа ВВЭР со сверхкритическими параметрами, будет дешевле. Работа над проектом сверхкритического ВВЭР-СКД в «Росатоме» уже началась.

2Толерантное топливо

Современная концепция безопасности ядерных реакторов включает много уровней защиты на случай возможных отклонений в режимах работы и серьезных аварийных ситуаций – гермооболочку, аварийные системы подачи охладителя, пассивные системы отвода тепла, ловушку расплава на случай расплавления активной зоны и корпуса реактора и многое другое. Но безопасности много не бывает, особенно когда дело касается атомного реактора. Новое слово в обеспечении безопасности – устойчивое к авариям, или толерантное, топливо.

Толерантное – значит, такое, которое не разрушится и не вступит в реакцию с теплоносителем даже при аварии, если отвод тепла из активной зоны реактора будет нарушен. Сам по себе уран с водой не взаимодействует даже при температуре 2500 °С, до которой топливо может разогреться в случае аварийной потери охлаждения. Зато циркониевая оболочка топливных стержней может вступить в реакцию с водой уже при 800 °С. Это очень опасно, ведь в пароциркониевой реакции выделяется много водорода и тепла. Все вместе это может привести к взрыву или разрушить оболочки тепловыделяющих элементов.

5b41e8b9fcd17281696d7f84574fdc1e.jpg
ГК "Росатом"

Раньше с этой опасностью боролись с помощью дополнительных систем защиты – уловителей водорода и газообменников. Но в 2011 году на АЭС «Фукусима» в Японии эти приемы не сработали, и водород привел к взрыву и повреждению реактора после того, как отказала поврежденная цунами система охлаждения. Поиски способа устранить первопричину пароциркониевой реакции велись и до 2011 года, но после «Фукусимы» стали особенно актуальны.

Защититься от пароциркониевой реакции можно, заменив циркониевый сплав на другой материал. Подбор материала для таких экстремальных условий – задача сложная. Сегодня топливная компания «ТВЭЛ» (входит в структуру «Росатома») занимается поиском материалов, более подходящих для оболочек. Меняя материал оболочек, можно менять и саму топливную композицию. Ученые «Росатома» экспериментируют со сплавами, композитными материалами для оболочек и плотными видами топлива для самих твэлов. Некоторые из разработок уже прошли испытания в лабораториях и исследовательских реакторах.

3Замкнутый ядерный топливный цикл

Одна из главных проблем мирного атома – это проблема радиоактивных отходов. Вынимая из земли слаборадиоактивную урановую руду, мы выделяем из нее уран, обогащаем его и используем в ядерных реакторах, на выходе получая опасную субстанцию. Некоторые из составляющих ее изотопов будут радиоактивны еще много тысяч лет. Ни одно сооружение не может гарантировать безопасность хранения отработавшего топлива на такой долгий срок. Но отработавшее ядерное топливо можно перерабатывать: дожигать самые долгоживущие нуклиды и выделять те, что можно использовать в топливном цикле снова.

Для того чтобы делать это, нужны реакторы двух типов: на тепловых нейтронах и на быстрых. На тепловых, или медленных, нейтронах работает большинство современных ядерных реакторов; теплоносителем в них является вода, она же и замедляет нейтроны (в реакторах некоторых типов замедлителями работают и другие вещества – например, графит в РБМК). Вода омывает топливные стержни; нейтроны, замедленные водой, взаимодействуют преимущественно с одним изотопом урана – редким в природе ураном-235 – и заставляют его делиться, выделяя тепло: оно-то и нужно для выработки электроэнергии. После того как тепловыделяющие сборки полностью отработают положенный срок в активной зоне реактора, отработавшее ядерное топливо (ОЯТ), накопившее в себе осколки деления, выгружается из реактора и заменяется свежим.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Как правильно выбрать собаку: простые тесты для определения своего питомца Как правильно выбрать собаку: простые тесты для определения своего питомца

Как при выборе собаки оценить её характер и поведение

Популярная механика
Шесть машин, припаркованных на Луне: история луноходов Шесть машин, припаркованных на Луне: история луноходов

Герои освоения Луны - луноходы

Популярная механика
Почему капитанский мостик находится в корме, если с носа обзор лучше Почему капитанский мостик находится в корме, если с носа обзор лучше

Где должен быть установлен капитанский мостик — на корме или на носу корабля?

ТехИнсайдер
7 лучших фильмов на Хеллоуин 7 лучших фильмов на Хеллоуин

Если вам надоели все самые страшные хорроры, посмотрите эти фильмы

GQ
Эмоциональный интеллект Эмоциональный интеллект

Новое представление о том, что значит быть «умным»

kiozk originals
Как закончить токсичные отношения с деньгами: объясняет психолог из Гарварда Как закончить токсичные отношения с деньгами: объясняет психолог из Гарварда

К деньгам должен быть определенный подход

Playboy
Берег Слоновой Кости скоро останется без слонов Берег Слоновой Кости скоро останется без слонов

Без решительных мер по защите природы Кот-д’Ивуар лишится лесных слонов

N+1
Физики поставили рекорд по измерению самого короткого промежутка времени Физики поставили рекорд по измерению самого короткого промежутка времени

Интервал между эмиссией двух электронов из молекулы водорода

N+1
Владимир Войнович Владимир Войнович

Владимир Войнович глазами Дмитрия Быкова

Дилетант
Крепко сделано Крепко сделано

Загородный дом в стиле 1960-х с винтажной мебелью

SALON-Interior
Оставаться на Земле: чему менеджеры могут научиться у космонавтов Оставаться на Земле: чему менеджеры могут научиться у космонавтов

Какие ценные уроки для карьеры менеджера можно привезти из космоса

Forbes
Германия Германия

Воспоминания о нации

kiozk originals
«Мифы о диетах. Наука о том, что мы едим» «Мифы о диетах. Наука о том, что мы едим»

Отрывок из книги Тима Спектора о диетах

N+1
Ручная работа Ручная работа

Эти упражнения помогут тебе подтянуть мышцы рук

Лиза
Нобелевская неделя: открытие вируса гепатита С и черные дыры Нобелевская неделя: открытие вируса гепатита С и черные дыры

Шведские академики оценили открытия, которым уже десятки лет

Эксперт
Долой серые будни Долой серые будни

В самый серый и дождливый месяц в году главное – не впасть в уныние

Здоровье
Пакет не нужен! Краткая история того, как в наших домах появились пакеты с пакетами Пакет не нужен! Краткая история того, как в наших домах появились пакеты с пакетами

История пакетов: от бумажных до пластиковых

Maxim
Из чего состоит «новая» грудь»: все, что ты хотела знать об имплантах Из чего состоит «новая» грудь»: все, что ты хотела знать об имплантах

Какие импланты ставят пластические хирурги и как оценить их качество

Cosmopolitan
Гид по мужским курткам: как отличить разные модели и выбрать подходящую вам Гид по мужским курткам: как отличить разные модели и выбрать подходящую вам

Под словом «куртка» может скрываться с десяток разных понятий

Esquire
Дмитрий Муляр. Жизнь на нервах и телефоне Дмитрий Муляр. Жизнь на нервах и телефоне

Дмитрий Муляр: Не раз убеждался: все в жизни происходит неслучайно

Караван историй
Валторнист Григорий Волков: На сцене мы вспоминаем, зачем потратили детство на бесконечные занятия музыкой Валторнист Григорий Волков: На сцене мы вспоминаем, зачем потратили детство на бесконечные занятия музыкой

Интервью с создателем оркестра Simple Music Ensemble Григорием Волковым

СНОБ
Владимир Дорофеев Владимир Дорофеев

Бывший организатор вечеринок в конце 2020 года откроет коворкинг в 3300 кв.м

Собака.ru
Как российский стартап обратил отходы в доходы Как российский стартап обратил отходы в доходы

«Энтопротэк» присматривается к созданию продуктов для производства косметики

Эксперт
О чём тот дуб молчит красноречиво… О чём тот дуб молчит красноречиво…

Ириновский дуб — памятник живой природы

Наука и жизнь
Научи ученого Научи ученого

Как наука сталкивалась с лженаукой и причем здесь кино

Weekend
Семь мифов, которые мешают твоей семье жить экологично Семь мифов, которые мешают твоей семье жить экологично

Разбираемся с заблуждениями об экологии вместе с экоблогерами

Cosmopolitan
Привратник интернета: чем Google грозит иск от властей США Привратник интернета: чем Google грозит иск от властей США

Google обвиняют в том, он монополизировал рынок поиска и поисковой рекламы

Forbes
Страшное место Сандармох Страшное место Сандармох

Что было в лесном урочище Сандармохе

Дилетант
13 способов выглядеть самым умным на совещании 13 способов выглядеть самым умным на совещании

Изучи, используй и жди прибавки к зарплате

Maxim
Пост сдал, пост принял Пост сдал, пост принял

Какие плюсы и минусы есть у киборгизации?

GQ
Открыть в приложении