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

Большие самолеты, большие данные Большие самолеты, большие данные

В этом году концерну Airbus исполнилось 50 лет

Популярная механика
Поколение Y Поколение Y

Первый российский рейтинг «30 до 30»

Forbes
Планы на будущее Планы на будущее

Что о развитии автотранспорта думают в руководстве автомобильных компаний

Популярная механика
Как никогда не стоит обсуждать зарплату с работодателем? 9 фатальных ошибок Как никогда не стоит обсуждать зарплату с работодателем? 9 фатальных ошибок

Переговоры о зарплате — основная часть переговоров с работодателем

Playboy
Следи за собой Следи за собой

Статистика знает все обо всех, но ничего не скажет о конкретном человеке

Популярная механика
Машина, которая не боится аварий: необычный Mercedes в деталях Машина, которая не боится аварий: необычный Mercedes в деталях

Что нас ждет в будущем от Mercedes?

РБК
Мяу по-русски Мяу по-русски

Налаживая связь с человеком, кошки изменили тональность мяуканья

Популярная механика
Золото помогает изменить гены человека Золото помогает изменить гены человека

Систему CRISPR можно доставить в человеческие клетки с помощью наночастиц золота

Forbes
Как из автомата сделать конфетку Как из автомата сделать конфетку

Можно ли улучшить автомат Калашникова?

Популярная механика
Война Марты Война Марты

Интервью с Мартой Козловой, сыгравшей главную роль в фильме «Война Анны»

OK!
Время ускорять, время сталкивать Время ускорять, время сталкивать

В Подмосковной Дубне продолжается строительство комплекса NICA

Популярная механика
Легенда о Чернобыльском «эксперименте»: что на самом деле произошло на АЭС и зачем в СССР соврали о причине катастрофы, предсказанной конструкторами Легенда о Чернобыльском «эксперименте»: что на самом деле произошло на АЭС и зачем в СССР соврали о причине катастрофы, предсказанной конструкторами

6 мая 2019 года канал НВО начал показ сериала «Чернобыль»

Esquire
Нулевая ступень Нулевая ступень

Весной 2019 года в небо поднялся самолет с самыми большими крыльями в истории

Популярная механика
Ирина Забияка: Любовь – это умение вовремя промолчать Ирина Забияка: Любовь – это умение вовремя промолчать

«Лиза» узнала, что нового в жизни солистки группы «ЧИЛИ»

Лиза
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Бедный мальчик Бедный мальчик

Кто помогает Абрамовичу-младшему заниматься бизнесом

Forbes
Антикиллеры Антикиллеры

Всем разновидностям ядовитых фосфорорганических веществ противостоят антидоты

Популярная механика
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
Восток и его обитатели Восток и его обитатели

В озере Восток под ледовым щитом Антарктиды есть жизнь

Популярная механика
«Есть ситуации, когда невозможно молчать». Александр Горбунов рассказал, как создал «Сталингулаг» «Есть ситуации, когда невозможно молчать». Александр Горбунов рассказал, как создал «Сталингулаг»

Александр Горбунов признался, что он действительно автор блога «Сталингулаг»

Forbes
Совершенно не секретно Совершенно не секретно

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

Популярная механика
Назад в Средневековье. Какой проект опередил «Зарядье» в качестве лучшей городской реновации Назад в Средневековье. Какой проект опередил «Зарядье» в качестве лучшей городской реновации

Проект реконструкции Старого города во Франкфурте

Forbes
Новые миры Новые миры

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

Популярная механика
Нелегкая инфекция Нелегкая инфекция

Опасность заразиться туберкулезом по-прежнему существует и в наше время

Лиза
Гитлер и Сталин как полководцы Гитлер и Сталин как полководцы

Расследование военного историка Алексея Исаева

Популярная механика
Как выбрать виниловый проигрыватель: правила и секреты Как выбрать виниловый проигрыватель: правила и секреты

Винил продолжает оставаться фаворитом настоящих любителей музыки

CHIP
Криптовалюты. Поколение второе Криптовалюты. Поколение второе

От «цифрового золота» к полноценным деньгам

Популярная механика
Не боится Вирджинии Вулф Не боится Вирджинии Вулф

Англичанке Джемме Артертон черт не брат

Vogue
Пистолет Лебедева Пистолет Лебедева

Новинка концерна «Калашников» – пистолет Лебедева ПЛ-15

Популярная механика
В деле «Седьмой студии» Кирилла Серебренникова появился новый подозреваемый В деле «Седьмой студии» Кирилла Серебренникова появился новый подозреваемый

Новым подозреваемым в деле «Седьмой студии» стал предприниматель из Петербурга

Forbes
Открыть в приложении