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

Задача разработчиков: для чего нужно прототипирование интерфейсов Задача разработчиков: для чего нужно прототипирование интерфейсов

Что такое прототипирование интерфейсов и с какой целью используется?

Популярная механика
Цикложир: что это такое и почему не летает Цикложир: что это такое и почему не летает

Проекты оригинальных летательных аппаратов появляются регулярно

Популярная механика
Как работает автофокус в фотоаппарате? От сенсора до мотора в объективе Как работает автофокус в фотоаппарате? От сенсора до мотора в объективе

Как работает автофокус: подробно и со схемами

ТехИнсайдер
Звездный продюсер Звездный продюсер

Продюсер Бахтияр Алиев рассказывает о своей профессии

ЖАРА Magazine
Плохой «ритм» сна связан с 83 болезнями Плохой «ритм» сна связан с 83 болезнями

Люди плохо представляют, сколько они на самом деле спят

ТехИнсайдер
Кто еще живет на глубине Кто еще живет на глубине

Удивительные существа подводного мира Тихого океана

Популярная механика
Люди недооценили реакцию незнакомцев на внезапные комплименты Люди недооценили реакцию незнакомцев на внезапные комплименты

Комплименты для незнакомцев более приятны, чем кажется тем, кто их говорит

N+1
«В мире постправды многое остается за скобками»: директор Некрасовки — о том, зачем в ХХI веке еще нужны библиотеки и как привлечь туда молодежь «В мире постправды многое остается за скобками»: директор Некрасовки — о том, зачем в ХХI веке еще нужны библиотеки и как привлечь туда молодежь

О библиотеках не принято думать как о бизнесе, хотя по факту они могут им быть

Forbes
Операция «Поимка» Операция «Поимка»

Пётр I хотел во что бы то ни стало вернуть сбежавшего из России сына

Дилетант
Отстаньте от себя в постели: секрет женского оргазма Отстаньте от себя в постели: секрет женского оргазма

Считается, что современная женщина обязана испытывать оргазм

Psychologies
Знак «Шипы», штрафы и другое: о чем нужно помнить перед сменой резины Знак «Шипы», штрафы и другое: о чем нужно помнить перед сменой резины

Как когда проверить шины перед их заменой?

РБК
Вера в свою уникальность — лишь приятный самообман? Вера в свою уникальность — лишь приятный самообман?

Нам приятно думать, что мы уникальны, но так ли это на самом деле?

Psychologies
ЗОЖ-аптечка: как правильно принимать витамины ЗОЖ-аптечка: как правильно принимать витамины

Как принимать витамины и как правильно подобрать их дозировку

Cosmopolitan
Мария Куликова: Каждый получает ровно то, что заслуживает Мария Куликова: Каждый получает ровно то, что заслуживает

Интервью со звездой сериала «Склифосовский» Марией Куликовой

Добрые советы
Семейное дело: как мать и дочь запустили онлайн-магазин подарков, который попал в шорт-лист премии Forbes Woman Mercury Awards Семейное дело: как мать и дочь запустили онлайн-магазин подарков, который попал в шорт-лист премии Forbes Woman Mercury Awards

Как мать и дочь строят совместный бизнес и поддерживают благотворительные фонды

Forbes
Марина Демещенко Марина Демещенко

19-летняя артхаус-поп-певица aka Polnalyubvi

Собака.ru
Интервью с Шурой Би-2 о новом альбоме, белорусских протестах и поколении Z Интервью с Шурой Би-2 о новом альбоме, белорусских протестах и поколении Z

Группа «Би-2» выпустила новый альбом в рамках цикла «Нечетный воин»

СНОБ
Если нет искры Если нет искры

Стоит ли выходить замуж за хорошего, но не любимого мужчину?

Лиза
На однопиксельной Земле не удалось обнаружить деревья На однопиксельной Земле не удалось обнаружить деревья

Надежные признаки многоклеточной жизни видены только на масштабе регионов

N+1
Ядерная Ядерная

Необычные свойства нейтронных звезд обусловлены уникальным состоянием материи

Популярная механика
«‎Москва — очень технологичный город, но никто не знает об этом, кроме ее жителей». ‎Интервью с российскими стартаперами из Кремниевой долины «‎Москва — очень технологичный город, но никто не знает об этом, кроме ее жителей». ‎Интервью с российскими стартаперами из Кремниевой долины

Разработчики из Cube Dev о российском IT-рынке и жизни в Кремниевой долине‎

СНОБ
Starlite: загадочный материал, рецепт которого был унесен в могилу Starlite: загадочный материал, рецепт которого был унесен в могилу

Создатель Starlite скончался, так и не раскрыв секретную рецептуру материала

Популярная механика
Пять «ЗА» за закаливание Пять «ЗА» за закаливание

Закаливание – это возможность использовать ресурсы собственного организма

Здоровье
Качаем эмоциональный интеллект: 8 упражнений для развития эмпатии Качаем эмоциональный интеллект: 8 упражнений для развития эмпатии

Рассказываем, как работает эмпатия и что нужно для её развития

РБК
Малый веретенник пролетел рекордные 12200 километров без единой остановки Малый веретенник пролетел рекордные 12200 километров без единой остановки

Малый веретенник летел без остановки 11 дней

N+1
#пронауку: перейдет ли человечество на искусственное мясо #пронауку: перейдет ли человечество на искусственное мясо

Разбираемся, что такое растительное мясо и для чего оно нужно

РБК
Новая угроза: ждет ли человечество массовое вымирание Новая угроза: ждет ли человечество массовое вымирание

Каждые несколько десятков миллионов лет неизвестная сила уничтожает все живое

Популярная механика
Большие маленькие деньги Большие маленькие деньги

Татьяна Алешичева о быте и нравах Верхнего Ист-Сайда в сериале Дэвида Келли

Weekend
Бетон без цемента снизит вероятность засора канализации Бетон без цемента снизит вероятность засора канализации

Вместо него использовали смесь золы, шлака, нанопеска и извести

N+1
Каждая бабушка вправе «не помнить» Каждая бабушка вправе «не помнить»

Какие семейные тайны стоит «раскопать», а о каких лучше не вспоминать?

Psychologies
Открыть в приложении