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

Внутри вас — множество субличностей. Кто они и чего хотят? Внутри вас — множество субличностей. Кто они и чего хотят?

Отрывок из книги Ричарда Шварца «Мои разные "я"» — о разных частях личности

Популярная механика
История человека, который жил в будущем, а умер в настоящем История человека, который жил в будущем, а умер в настоящем

История философа и футуролога FM-2030

Weekend
Ветряки, солнечные панели и декарбонизация бизнеса: какой будет энергетика будущего Ветряки, солнечные панели и декарбонизация бизнеса: какой будет энергетика будущего

Есть ли у человечества возможность отказаться от грязных ресурсов?

Forbes
«Почему человек вынужден идти на преступление, пытаясь обезболить одну маленькую девочку?». Интервью с режиссером фильма «Доктор Лиза» «Почему человек вынужден идти на преступление, пытаясь обезболить одну маленькую девочку?». Интервью с режиссером фильма «Доктор Лиза»

Режиссер Оксана Карас о женщинах и сексизме в русском кино

Forbes
Что такое биполярное аффективное расстройство и как живут люди с таким диагнозом Что такое биполярное аффективное расстройство и как живут люди с таким диагнозом

Что такое БАР, действительно ли он распространен или стал искусственным трендом?

Forbes
Проклятие Кипра: швейцарские банки начали обращать пристальное внимание на клиентов с кипрскими паспортами Проклятие Кипра: швейцарские банки начали обращать пристальное внимание на клиентов с кипрскими паспортами

Что не так с программой «инвестиции в обмен на гражданство»

Forbes
Украл спорткар и попал в полицию: факты о жизни Джейсона Стэтхэма Украл спорткар и попал в полицию: факты о жизни Джейсона Стэтхэма

Джейсон стал героем без страха и упрека, которого не хватало публике

Cosmopolitan
Крупных писателей сейчас не очень-то много Крупных писателей сейчас не очень-то много

Журналист Владимир Познер — о своей новой книге и создании фильма о Японии

СНОБ
Откуда взялась фраза «не читал, но осуждаю» Откуда взялась фраза «не читал, но осуждаю»

Прочитай текст, прежде чем ругать нас

Maxim
Это наша история Это наша история

Некоторые люди несут в себе память о травмах своих предков

Psychologies
«Располагайтесь поудобнее»: как быстро вернуть себе уверенность «Располагайтесь поудобнее»: как быстро вернуть себе уверенность

Часто ли вы извиняетесь за то, что кого-то отвлекли, заняли чье-то время?

Psychologies
Вопрос «Я толстая?» и еще 32 случая, когда лучше соврать Вопрос «Я толстая?» и еще 32 случая, когда лучше соврать

Помнишь, в детстве тебя учили, что врать плохо? Тебе лгали!

Maxim
«Создатель эмоций». Ресторатор Антон Пинский о профессиональных премиях, партнерах и локдауне «Создатель эмоций». Ресторатор Антон Пинский о профессиональных премиях, партнерах и локдауне

Антон Пинский о том, как создать успешный ресторан

СНОБ
В осцилляциях странного B-мезона нашли нарушение CP-инвариантности В осцилляциях странного B-мезона нашли нарушение CP-инвариантности

Что может объяснить асимметрию между материей и антиматерией во вселенной?

N+1
Светлана Чупшева: «Создателем трендов может быть любой человек» Светлана Чупшева: «Создателем трендов может быть любой человек»

Светлана Чупшева возглавляет Агентство стратегических инициатив с 2017 года

РБК
Сын в отцовской шкуре Сын в отцовской шкуре

Хоррор, составленный из штампов про чипирование и заговор загадочной корпорации

Weekend
«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
«Чем меньше денег получает генеральный директор, тем лучше идут дела компании». Питер Тиль — об успехе, конкуренции и кризисе высшего образования «Чем меньше денег получает генеральный директор, тем лучше идут дела компании». Питер Тиль — об успехе, конкуренции и кризисе высшего образования

Основатель PayPal Питер Тиль о том, как начинать и строить бизнес

Inc.
Редактирование генома спасло мышей от синдрома Ангельмана Редактирование генома спасло мышей от синдрома Ангельмана

Редактирование белком Cas9 оказалось эффективным в лечении синдрома Ангельмана

N+1
Girl Power! Girl Power!

Тренер Мария Соколова о простых и действенных способах создать фигуру мечты

OK!
Первый сверхпроводник, работающий при комнатной температуре Первый сверхпроводник, работающий при комнатной температуре

Благодаря открытию ученых сверхпроводники можно будет использовать шире

Популярная механика
Бесчувственное тело. Как жертва сексуального насилия сумела изменить калифорнийское законодательство Бесчувственное тело. Как жертва сексуального насилия сумела изменить калифорнийское законодательство

Книга жертвы насилия «Знай мое имя. Правдивая история», ставшую бестселлером

Forbes
8 безумных деталей из кино, на которые никто почему-то не обращает внимание 8 безумных деталей из кино, на которые никто почему-то не обращает внимание

«Заметят или не заметят?» — наверняка думает режиссер каждый раз

Maxim
Протоклетки сохранили химический состав при выпаривании Протоклетки сохранили химический состав при выпаривании

Коацерватные капли оказались устойчивы к чередование сухих и влажных условий

N+1
Таруса Bien Sûr Таруса Bien Sûr

Дом, сад и хозяйка — это все как будто иллюстрации из книги об идеальной России

Seasons of life
«Мы остаемся в плену советских технологий — и окажемся в глубоком экономическом кризисе»: эксперт Greenpeace об экологических катастрофах на Камчатке и в Норильске и их последствиях «Мы остаемся в плену советских технологий — и окажемся в глубоком экономическом кризисе»: эксперт Greenpeace об экологических катастрофах на Камчатке и в Норильске и их последствиях

Интервью с руководителем энергетического отдела российского отделения Greenpeace

Forbes
Когда можно больше, чем нужно. Тест-драйв Mercedes GLE 400d Coupe Когда можно больше, чем нужно. Тест-драйв Mercedes GLE 400d Coupe

Mercedes GLE 400d Coupe соединяет в себе неповторимый дизайн и мощь

СНОБ
Уравнение правосудия, или Какова вероятность повторного преступления Уравнение правосудия, или Какова вероятность повторного преступления

Отрывок из книги «Время живых машин. Биологическая революция в технологиях»

СНОБ
Тонкие нервные волокна не позволили людям с аутизмом ощутить тепло Тонкие нервные волокна не позволили людям с аутизмом ощутить тепло

Симптомы аутизма связаны с недостатком тонких нервных волокон под кожей

N+1
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
Открыть в приложении