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

Полезные привычки для здоровья мозга: 5 советов, к которым стоит прислушаться Полезные привычки для здоровья мозга: 5 советов, к которым стоит прислушаться

Отрывок из книги Джона Рэндольфа «Таблетка для мозга»

Популярная механика
В силу привычки В силу привычки

Для тех, кто давно вместе: вернуть яркие чувства и укрепить отношения

Добрые советы
Я, мы, робот: как андроиды проникли в наши дома и головы Я, мы, робот: как андроиды проникли в наши дома и головы

О том, как роботы медленно, но верно становятся частью нашей жизни

Forbes
8 невероятных материалов, из которых изготавливают одежду 8 невероятных материалов, из которых изготавливают одежду

Можно ли гладить утюгом паучий шелк, сядет ли шапка из шерсти мамонта

Maxim
Индивидуалистка из СССР: как Айн Рэнд боролась с коммунизмом и создавала бестселлеры Индивидуалистка из СССР: как Айн Рэнд боролась с коммунизмом и создавала бестселлеры

Как Айн Рэнд, дочь аптекаря из Петербурга, смогла покорить США

Forbes
Что такое клаттеркор и чем он отличается от накопительства Что такое клаттеркор и чем он отличается от накопительства

В моде беспорядок или упорядоченный хаос

GQ
«Иммунитет. Наука о том, как быть здоровым» «Иммунитет. Наука о том, как быть здоровым»

Отрывок из книги Дженны Маччиоки об иммунной системе

N+1
Во всех красках Во всех красках

Как выбрать идеально подходящий цвет волос в зависимости от цветотипа

Добрые советы
Акселерация и децелерация: как меняется наш рост от эпохи к эпохе Акселерация и децелерация: как меняется наш рост от эпохи к эпохе

Во все времена существовали волны изменения длины тела

Популярная механика
6 отличных киноактеров, которые поздно начали 6 отличных киноактеров, которые поздно начали

Если звездой «Ютьюба» тебе стать не суждено, то у тебя в запасе всегда есть кино

Maxim
Как ответить на вопрос о зарплате на собеседовании? 3 возможные стратегии Как ответить на вопрос о зарплате на собеседовании? 3 возможные стратегии

Весьма деликатный и важный момент на собеседовании

Playboy
Секс-аддикция — диагноз или повод для гордости? Секс-аддикция — диагноз или повод для гордости?

Сексуальная аддикция как основа сюжета все чаще возникает в фильмах и литературе

СНОБ
Hummer: только самые интересные факты о крутом военном джипе Hummer: только самые интересные факты о крутом военном джипе

Раньше Хаммер играл настоящими мышцами без грамма пластика

Популярная механика
Самые известные Лизы XXI века Самые известные Лизы XXI века

К 25-летию журнала «Лиза» вспоминает известных современниц, носящих это имя

Лиза
К-8: советская атомная подлодка с трагической судьбой К-8: советская атомная подлодка с трагической судьбой

Подлодка, ставшая первой потерей советского атомного флота

Maxim
Очернение вестерна Очернение вестерна

«Птица доброго Господа» - минисериал в жанре вестерн

Weekend
11 малоизвестных фактов о первой высадке человека на Луну 11 малоизвестных фактов о первой высадке человека на Луну

Во сколько обошелся полет “Аполлон-11”, как пахнет лунная пыль?

Популярная механика
Почему Microsoft избежала антимонопольных разбирательств, а Google, Apple, Amazon и Facebook — нет Почему Microsoft избежала антимонопольных разбирательств, а Google, Apple, Amazon и Facebook — нет

Microsoft научилась работать с властями после проигранного дела в начале 2000-х

VC.RU
Subaru Forester — хищник средней полосы Subaru Forester — хищник средней полосы

Самый японский из всех кроссоверов

Maxim
Нордическая диета Нордическая диета

Скандинавский тип питания – это очень вкусно и полезно

Здоровье
7 принципов питания долгожителей 7 принципов питания долгожителей

Изучаем меню японцев и европейцев, чтобы быть здоровыми и жить долго

Лиза
Вера в свою уникальность — лишь приятный самообман? Вера в свою уникальность — лишь приятный самообман?

Нам приятно думать, что мы уникальны, но так ли это на самом деле?

Psychologies
С новым ядом С новым ядом

«Черный дрозд» — семейная драма об эвтаназии

Weekend
Внутренние резервы: как зародилась и менялась остеопатия в России и мире Внутренние резервы: как зародилась и менялась остеопатия в России и мире

Все слышали об остеопатии, но не все понимают, чем занимаются эти специалисты

Forbes
Занимательная физика Занимательная физика

Мечта всех родителей – обучающие игрушки

Популярная механика
Как ускорить рост мышц: 6 главных правил Как ускорить рост мышц: 6 главных правил

Одних упорных тренировок мало для того, чтобы нарастить мышцы

Playboy
Филипп Киркоров Филипп Киркоров

Блиц с Филиппом Киркоровым на самые сокровенные темы

ЖАРА Magazine
Ученые испытали надежный сверхпроводящий кабель Ученые испытали надежный сверхпроводящий кабель

Новые границы использования сверхпроводящих кабелей

N+1
Скримеры, edutainment и секс в бункере: как делают квесты в России Скримеры, edutainment и секс в бункере: как делают квесты в России

Как «Клаустрофобия» погружает человека в другую реальность?

СНОБ
Не родила, но воспитала: Фокс, Бундхен, Кларксон и другие крутые звездные мачехи Не родила, но воспитала: Фокс, Бундхен, Кларксон и другие крутые звездные мачехи

Самые добрые и ответственные мачехи среди знаменитостей

Cosmopolitan
Открыть в приложении