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

Совершенно не секретно Совершенно не секретно

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

Популярная механика
Терпение и труд Терпение и труд

Дизайнеры Жак Бек и Артур Миранда и дом их мечты

AD
Вау-кубик больше, чем игрушка Вау-кубик больше, чем игрушка

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

Популярная механика
Малышка на миллион: захватывающая история секс-куклы Малышка на миллион: захватывающая история секс-куклы

Где появились первые секс-куклы и какие они бывают?

Cosmopolitan
Самый знаменитый монгол Самый знаменитый монгол

Чингисхан по праву входит в пантеон величайших завоевателей

Дилетант
7 самых частых ошибок парней на первом свидании (она может убежать) 7 самых частых ошибок парней на первом свидании (она может убежать)

«Вредные советы» о том, как исключить возможность второго свидания

Playboy
Сила воли: что мешает нам добиваться цели Сила воли: что мешает нам добиваться цели

Проблема отсутствия силы воли – в образе жизни, который ее ослабляет

Psychologies
Сильные личности Сильные личности

Наши редакторы рассказывают о местах, в которых чувствуют себя счастливыми

Добрые советы
Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость

Как защититься от хамства, не опускаясь до него?

Psychologies
Полеты в кино и наяву Полеты в кино и наяву

Освободившиеся просторы ЦДХ станут обитаемой вселенной нового «Соляриса»

СНОБ
«Голиаф», строитель танкеров «Голиаф», строитель танкеров

Одна из самых больших промышленных машин на Земле

Популярная механика
Александр и Михаил Воеводины. Отец и сын Александр и Михаил Воеводины. Отец и сын

В семейной войне не бывает победителей, только растоптанные судьбы и души

Караван историй
Лена Горностаева Лена Горностаева

Какую часть мужского тела Лена Горностаева считает самой сексуальной?

Playboy
Петр Губонин. Дворянин от сохи Петр Губонин. Дворянин от сохи

Прокладка железной дороги в Севастополь в начале 1870-х привела Губонина в Крым

Караван историй
Что говорит о нас наш дом Что говорит о нас наш дом

Организуя свой дом, мы воплощаем наши неосознанные влечения и инстинкты

Psychologies
Регина Тодоренко дала советы, как быстро похудеть после родов Регина Тодоренко дала советы, как быстро похудеть после родов

Регина Тодоренко после рождения сына быстро вернула прежнюю форму

Cosmopolitan
Тачанка XXI века Тачанка XXI века

Побывали на производстве вездеходов-багги и погоняли в окрестностях Грозного

Популярная механика
Не брать чужого? Не брать чужого?

Что делать, если ты влюбилась в мужа подруги?

Лиза
Опасный гном Опасный гном

6Г30 – ручной револьверный 6-зарядный 40-мм гранатомет

Популярная механика
Чемпионы стриминга: как канал DAZN прорывается в высшую лигу спортивного вещания вместе с Роналду, Леброном и боксом Чемпионы стриминга: как канал DAZN прорывается в высшую лигу спортивного вещания вместе с Роналду, Леброном и боксом

Джон Скиппер строит новый продукт, который может стать Netflix в мире спорта

Forbes
Судьба разведчика Судьба разведчика

Под покровом секретности на Урале в 1962 году случился международный скандал

Популярная механика
Минтай премиум-класса: куда уплывает народная рыба Минтай премиум-класса: куда уплывает народная рыба

2019 год может стать началом конца для экономического сегмента рыбных продуктов

Forbes
Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
Почему все помешались на документальных детективах Почему все помешались на документальных детективах

Истории преступлений — в сериалах и кино

Vogue
Оградить и уничтожить Оградить и уничтожить

Геохимические барьеры – средство защиты природы от человеческой деятельности

Популярная механика
Мужская консультация: остеохондроз Мужская консультация: остеохондроз

Разговор о тяжелом и трудноизлечимом заболевании

Maxim
Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
Столкновение с загадочным объектом навсегда изменило Луну Столкновение с загадочным объектом навсегда изменило Луну

В далеком прошлом Луна могла столкнуться с гигантским космическим телом

Популярная механика
На крыльях Сухого На крыльях Сухого

В этом году легендарному конструкторскому бюро Павла Сухого исполняется 80 лет

Популярная механика
Пассивно-агрессивный босс: как с ним общаться? Пассивно-агрессивный босс: как с ним общаться?

Возможно, вы столкнулись с пассивно-агрессивной личностью

Psychologies
Открыть в приложении