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

Как повысить самооценку и обрести уверенность? 11 советов психолога Как повысить самооценку и обрести уверенность? 11 советов психолога

Заниженная самооценка мешает нам строить здоровые отношения и карьеру

Psychologies
Одри Хепбёрн: Есть вещи поважнее, чем кино Одри Хепбёрн: Есть вещи поважнее, чем кино

4 мая – 90 лет со дня рождения Одри Хепбёрн

Лиза
Китайский космический флот Китайский космический флот

Для чего Поднебесной понадобилась масштабная «морская космонавтика»?

Популярная механика

Стюардесса рассказала, как проходила эвакуация пассажиров из горящего лайнера

Cosmopolitan
Изображая голод Изображая голод

Имитаторы эффектов ограничения калорий – что это за вещества

Популярная механика
Том Роулендс из The Chemical Brothers: «Между людьми возникает все больше искусственных барьеров» Том Роулендс из The Chemical Brothers: «Между людьми возникает все больше искусственных барьеров»

Один из пионеров британской электроники рассказал о заре рейва и новом альбоме

GQ
100 самых сексуальных женщин страны: 52-1 100 самых сексуальных женщин страны: 52-1

Итоговый рейтинг «100 самых сексуальных женщин страны – 2019»

Maxim
Когда лучше всего выходить на пробежку? Когда лучше всего выходить на пробежку?

Время суток для пробежки, оказывается, играет не такую уж большую роль

GQ
Большие самолеты, большие данные Большие самолеты, большие данные

В этом году концерну Airbus исполнилось 50 лет

Популярная механика
Мордашов разделит активы попавших под санкции «Силовых машин» Мордашов разделит активы попавших под санкции «Силовых машин»

Миллиардер Алексей Мордашов пересмотрит стратегию «Силовых машин»

Forbes
Новые миры Новые миры

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

Популярная механика
Красиво жить! Красиво жить!

Нати Ко делится с Grazia своими мыслями

Grazia
Самый красивый конструктор Самый красивый конструктор

Денис Охрименко делает «самый красивый конструктор в мире»

Популярная механика
«Неудивительно, что диктаторы любят WhatsApp». Перевод письма Павла Дурова «Неудивительно, что диктаторы любят WhatsApp». Перевод письма Павла Дурова

Павел Дуров написал письмо с резкой критикой в адрес WhatsApp

Forbes
Что говорят о нас отношения с деньгами Что говорят о нас отношения с деньгами

По тому, как человек относится к деньгам, можно определить его образ мышления

Psychologies
Любишь стилеты? 12 звездных идей, от которых мы в восторге Любишь стилеты? 12 звездных идей, от которых мы в восторге

Длинные тонкие и острые ногти, иными словами, стилеты, опять в моде

Cosmopolitan
Лена Горностаева Лена Горностаева

Какую часть мужского тела Лена Горностаева считает самой сексуальной?

Playboy
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 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
Текущие планы Текущие планы

Куда поехать тем, кто любит отдых у воды? В термы или на море?

Cosmopolitan
Воздушный бой Воздушный бой

Дроны-истребители, способные уничтожать разведывательные и ударные беспилотники

Популярная механика
«Нужно 30 нарушений за ночь». Что обсуждают на планерке в ГИБДД «Нужно 30 нарушений за ночь». Что обсуждают на планерке в ГИБДД

В Сеть попал видеоролик, который снят на планерке инспекторов ГИБДД в Сургуте

РБК
На старт, внимание На старт, внимание

Новую гонку ведущих космических держав можно считать открытой

Популярная механика
Тройной агент Тройной агент

Не знаем, как ей все удается, но видим, что останавливаться Настя явно не хочет

Glamour
Совершенно не секретно Совершенно не секретно

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

Популярная механика
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
Пистолет Лебедева Пистолет Лебедева

Новинка концерна «Калашников» – пистолет Лебедева ПЛ-15

Популярная механика
Четвертый эпизод восьмого сезона «Игры престолов» растрогает тех, кто не плакал под Винтерфеллом Четвертый эпизод восьмого сезона «Игры престолов» растрогает тех, кто не плакал под Винтерфеллом

Время удариться в любовную мелодраму

GQ
Антикиллеры Антикиллеры

Всем разновидностям ядовитых фосфорорганических веществ противостоят антидоты

Популярная механика
Как едет Range Rover за 1 миллиард фунтов стерлингов? Как едет Range Rover за 1 миллиард фунтов стерлингов?

Один миллиард фунтов стерлингов был потрачен на разработку этого автомобиля

GQ
Открыть в приложении