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

Охота на Лисовую Охота на Лисовую

Мария Лисовая олицетворяет красоту землян в блокбастере «Вратарь Галактики»

Maxim
Переходи на темную сторону: 5 модных окрашиваний для брюнеток Переходи на темную сторону: 5 модных окрашиваний для брюнеток

Гид по окрашиванию для брюнеток

Cosmopolitan
Гитлер и Сталин как полководцы Гитлер и Сталин как полководцы

Расследование военного историка Алексея Исаева

Популярная механика
Автоматизированная система управления Автоматизированная система управления

Если у тебя нет планов на 50 лет вперед, ты их точно не проживешь

Forbes
Пистолет Лебедева Пистолет Лебедева

Новинка концерна «Калашников» – пистолет Лебедева ПЛ-15

Популярная механика
Как студия дочери Руперта Мердока покорила Snapchat и собирается покорить ТВ Как студия дочери Руперта Мердока покорила Snapchat и собирается покорить ТВ

Студия дочери медиамагната Руперта Мердока Элизабет, знает, как увлечь зрителя

Forbes
Техпарад Техпарад

Новости мира науки и техники

Популярная механика
История одной фотографии: рабочие на тросах Бруклинского моста, октябрь 1914 года История одной фотографии: рабочие на тросах Бруклинского моста, октябрь 1914 года

Бруклинский мост — первый, в конструкции которого использовались стальные тросы

Maxim
Планы на будущее Планы на будущее

Что о развитии автотранспорта думают в руководстве автомобильных компаний

Популярная механика
Как психологи справляются с тревогой: 9 проверенных способов Как психологи справляются с тревогой: 9 проверенных способов

Тревога проявляется очень индивидуально

Psychologies
Орбитальные ломы Орбитальные ломы

Сверхтяжелые ракеты SpaceX могут стать носителем первого легального оружия

Популярная механика
4 веские причины начать спать без трусов (так советуют ученые) 4 веские причины начать спать без трусов (так советуют ученые)

Сон в чем мать родила имеет больше преимуществ, чем ты мог бы подумать

Playboy
Бурлеск Самбурской Бурлеск Самбурской

Актриса, певица, дива, Самбурская, Настасья – все это о ней

Maxim
«Игра престолов»: 5 важных идей, которые мы вынесли из сериала «Игра престолов»: 5 важных идей, которые мы вынесли из сериала

Опыт коллективного переживания, который мы приобрели в процессе просмотра

Psychologies
Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018» Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Playboy
6 самых громких скандалов в истории ММА (кто кого назвал «цыпленком»?) 6 самых громких скандалов в истории ММА (кто кого назвал «цыпленком»?)

Всем интересны скандалы, пока они сами в них не замешаны

Playboy
20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели 20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели

Объекты и явления, при помощи которых твой секс будет еще великолепнее

Maxim
Свободные отношения – твой лучший выбор. Как делать это правильно? Свободные отношения – твой лучший выбор. Как делать это правильно?

Готовы ли вы к этому, и что вообще все это значит?

Playboy
Третий путь атомной энергетики Третий путь атомной энергетики

В Курчатовском институте завершается модернизация токамака Т-15

Популярная механика
Один плюс один Один плюс один

Антон Пинский — сегодня одна из ключевых фигур в ресторанном бизнесе

OK!
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

Как понять, кого нужно избегать? Да и нужно ли на самом деле?

Psychologies
Как использовать ноутбук в качестве монитора? Как использовать ноутбук в качестве монитора?

Если вам нужен второй монитор для ПК, в качестве него можно использовать ноутбук

CHIP
На крыльях Сухого На крыльях Сухого

В этом году легендарному конструкторскому бюро Павла Сухого исполняется 80 лет

Популярная механика
Как научить ребенка ценить деньги и правильно ими распоряжаться? Как научить ребенка ценить деньги и правильно ими распоряжаться?

Как научить ребенка азам финансовой и экономической грамотности

Psychologies
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
Что будет, если ходить на работу, которую ненавидишь? 7 изменений в организме Что будет, если ходить на работу, которую ненавидишь? 7 изменений в организме

Ты даже и не подозреваешь, сколько всего может произойти из-за нелюбимой работы

Playboy
Новые миры Новые миры

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

Популярная механика
Джаред Харрис (химик из сериала «Чернобыль»): «Правда заметается под ковер, потому что часто выставляет власти не в лучшем свете» Джаред Харрис (химик из сериала «Чернобыль»): «Правда заметается под ковер, потому что часто выставляет власти не в лучшем свете»

Джаред Харрис — о поисках правды в потоке фейковой информации

Esquire
Совершенно не секретно Совершенно не секретно

Какая бы ни приключилась беда, рядом обязательно прозвучит страшное слово HAARP

Популярная механика
Костюм свободы, равенства и братства Костюм свободы, равенства и братства

Ошибка думать, что революции означают лишь радикальные перемены

Дилетант
Открыть в приложении