Росатом включился в гонку по созданию устойчивого к авариям ядерного топлива

Популярная механикаHi-Tech

Толерантное послезавтра

Росатом включился в мировую гонку по созданию устойчивого к авариям ядерного топлива, способного гореть и не взрываться.

Текст: Роман Фишман

0:00 /
714.016
Тепловыделяющая сборка объединяет десятки и сотни тепловыделяющих элементов – полых герметичных стержней, заполненных таблетками ядерного топлива. В активной зоне атомного реактора могут работать от пары сотен до полутора тысяч ТВС.

Каждая из крупнейших аварий в истории атомной энергетики уникальна. «Три-Майл-Айленд» (1979), «Чернобыль» (1986), «Фукусима» (2011) – каждая произошла по своим причинам, и даже реакторы на этих АЭС были устроены по-разному. Однако все эти катастрофы вызывали серьезные кризисы отрасли и запускали большие перемены. «Три-Майл-Айленд» стимулировала введение новых стандартов безопасности, создание организаций по их выработке и контролю за соблюдением. «Фукусима» вывела на передний план концепцию толерантного, то есть устойчивого к авариям ядерного топлива.

Оболочка и реакция

Эти аварии начинались по-разному, но во всех случаях главным разрушающим фактором стала пароциркониевая реакция. Тонкие циркониевые оболочки используются для защиты ядерного топлива. Как правило, это таблетки на основе диоксида урана. Оболочка изолирует топливо и продукты его деления, не позволяя им утекать в теплоноситель. «Столбики» урановых таблеток плотно вставляются внутрь тонкой длинной трубки и завариваются герметичной заглушкой. Несколько десятков таких тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) закрепляются круглым, квадратным или шестигранным пучком в металлическом чехле тепловыделяющей сборки (ТВС), сотни ТВС работают в активной зоне каждого реактора.

В самом распространенном на сегодня водо-водяном типе реакторов их омывает вода, которая одновременно охлаждает активную зону и улавливает быстрые нейтроны, появившиеся при распаде ядерного топлива. Чтобы изолировать ее от продуктов распада, топливо и закрывается оболочкой. Иногда ее изготавливают из алюминия, иногда из стали, но самым популярным материалом остаются сплавы циркония. Этот металл отличается замечательной стойкостью к коррозии, высоким температурам, механическим и радиационным воздействиям, удобен в обработке. Цирконий сохраняет все свои свойства, разогреваясь сильнее, чем алюминий. При этом сквозь оболочку проходит достаточно нейтронов, которые попадают в воду, нагревая ее и готовя для электрогенераторов. Стальные сплавы задерживают нейтроны намного сильнее, поэтому чаще они используются в топливных оболочках для судовых атомных реакторов, которым экономическая эффективность не так важна. Гражданские же АЭС выбирают цирконий и все, что с ним связано.

Диоксид урана плохо проводит тепло, и при аварийной потере теплоносителя (воды) может опасно разогреваться. Сам он с водой не реагирует, даже раскалившись выше 2500 °С, однако топливо начинает разогревать оболочки. При температуре более 860 °С цирконий взаимодействует с перегретым паром и окисляется, дополнительно выделяя тепло. При температуре выше 1200 °С эта реакция становится самоподдерживающейся, продолжая разогревать активную зону и наполнять ее водородом, который высвобождается из молекул воды. Смешиваясь с кислородом воздуха, тот образует гремучий газ, готовый в любой момент полыхнуть, сорвать защитные оболочки реактора и выбросить облака радиоактивных частиц. Так и случилось 12 марта 2011 года с первым энергоблоком АЭС «Фукусима-1».

Автоматизированная сборочная линия ТВС на Машиностроительном заводе (МСЗ) в подмосковной Электростали. МСЗ обеспечивает топливом больше 60 атомных реакторов в России и других странах.

Идеи толерантности

Нельзя сказать, что опасность пароциркониевой реакции не осознавалась раньше. Для защиты от нее реакторы оснащаются сложными системами газоудаления и поглощающими водород рекомбинаторами. Однако именно после «Фукусимы» в Международном агентстве по атомной энергии (МАГАТЭ) появилась рабочая группа для принципиального решения проблемы – борьбы не с «симптомами», а с самой пароциркониевой реакцией. В разработку толерантного атомного топлива, которое было бы устойчиво к развитию этих процессов, включились все ведущие компании мира, в том числе Westinghouse, GE, AREVA. Значительное финансирование эти программы получают в США и Евросоюзе, Японии и Китае, Южной Корее, Индии. На возможные подходы к проблеме указывает сам ход реакции.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

10 примет времени, изменивших наш быт 10 примет времени, изменивших наш быт

Forbes представляет 10 самых ярких примет нашего времени

Forbes
14 развивающих приложений для детей разных возрастов: поиграть и научиться 14 развивающих приложений для детей разных возрастов: поиграть и научиться

Игры на смартфоне - это не обязательно бездумные стрелялки или ходилки

CHIP
Без конвоя Без конвоя

Калифорнийский стартап строит грузовые дроны для полетов на все континенты

Популярная механика
Автобусы-монстры и трамваи-убийцы: опыт войны Автобусы-монстры и трамваи-убийцы: опыт войны

Пополнять ряды вооруженных сил призывали машины из повседневной жизни

Популярная механика
Оградить и уничтожить Оградить и уничтожить

Геохимические барьеры – средство защиты природы от человеческой деятельности

Популярная механика
Как устроен Как устроен

Как устроены бортовые устройства регистрации?

Популярная механика
Линза по имени Солнце Линза по имени Солнце

Используя Солнце как огромную линзу, можно сделать четкий снимок экзопланеты

Популярная механика
Что Вирджил Абло сделал с часами Patek Philippe? Что Вирджил Абло сделал с часами Patek Philippe?

Вирджил Абло умудрился кастомизировать даже классические Nautilus

GQ
Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
Калви попросит следствие разрешить ему участвовать в Петербургском форуме Калви попросит следствие разрешить ему участвовать в Петербургском форуме

Майкл Калви хочет принять участие в Петербургском экономическом форуме

Forbes
Идея! Оставлять чаевые Идея! Оставлять чаевые

Учись правильно благодарить тех, кто оказывает тебе услуги

Maxim
Разогреть и приготовить: рейтинг микроволновых печей 2019 Разогреть и приготовить: рейтинг микроволновых печей 2019

Что нужно учитывать при выборе и на что обратить внимание при покупке СВЧ-печи

CHIP
Дроны в погоне за картой Дроны в погоне за картой

Человечество до сих пор не составило полную карту своей собственной планеты

Популярная механика
10 актеров «Игры престолов», которых заменили, но никто этого не заметил 10 актеров «Игры престолов», которых заменили, но никто этого не заметил

Если ты актер в «Игре престолов», тебя могут не только убить по сюжету!

Maxim
Криптовалюты. Поколение второе Криптовалюты. Поколение второе

От «цифрового золота» к полноценным деньгам

Популярная механика
Генпрокурор США ответил на обвинения Мюллера в искажении его доклада Генпрокурор США ответил на обвинения Мюллера в искажении его доклада

Стало известно, что сам Мюллер считает, что Уильям Барр исказил его данные

Forbes
Антикиллеры Антикиллеры

Всем разновидностям ядовитых фосфорорганических веществ противостоят антидоты

Популярная механика
Почему сгорел “Суперджет”: версии катастрофы Почему сгорел “Суперджет”: версии катастрофы

Что известно о причинах аварии Sukhoi Superjet 100

Популярная механика
На грани слышимости: нейтринные коммуникации для подводного флота На грани слышимости: нейтринные коммуникации для подводного флота

Современные субмарины становятся неслышимы и невидимы для радаров

Популярная механика
Как калифорнийский единорог с участием Чубайса хочет заменить Солнце Как калифорнийский единорог с участием Чубайса хочет заменить Солнце

Калифорнийский стартап TAE привлек $600 млн на разработку термоядерного реактора

Forbes
Вау-кубик больше, чем игрушка Вау-кубик больше, чем игрушка

WOWCube – проект нижегородского IT-бизнесмена Ильи Осипова и его 14-летнего сына

Популярная механика
Дети-«орхидеи»: как воспитывать чувствительного ребенка Дети-«орхидеи»: как воспитывать чувствительного ребенка

Почему чувствительные дети просто не могут быть как все?

Psychologies
Микробы от похмелья Микробы от похмелья

Бактерии, которые способны утилизировать алкогольный токсин в кишечнике

Популярная механика
Ольга Куриленко: «Если у меня чего-то нет, значит, мне это не надо» Ольга Куриленко: «Если у меня чего-то нет, значит, мне это не надо»

Актриса вспомнила с нами прошлое и поговорила о будущем

Cosmopolitan
На старт, внимание На старт, внимание

Новую гонку ведущих космических держав можно считать открытой

Популярная механика
В своем репертуаре В своем репертуаре

Режиссер Гай Ричи рассказал о своей новой картине «Аладдин»

Grazia
Новые миры Новые миры

Юбилей высадки на Луну – повод задуматься, куда и зачем мы можем полететь еще

Популярная механика
Какие возможности дает изменение алфавита ДНК? Какие возможности дает изменение алфавита ДНК?

В генетический алфавит добавили две новые буквы

Популярная механика
Лена Горностаева Лена Горностаева

Какую часть мужского тела Лена Горностаева считает самой сексуальной?

Playboy
Что такое галактика Что такое галактика

История изучения планет и звезд измеряется тысячелетиями

Популярная механика
Открыть в приложении