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

Великая пустота Великая пустота

Самые большие объекты во вселенной заполнены ничем

Популярная механика
Когда уместно заправлять рубашку в брюки? Когда уместно заправлять рубашку в брюки?

Заправлять рубашку уместно не так часто, как хотелось бы вашей бабушке

GQ
Бурлеск Самбурской Бурлеск Самбурской

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

Maxim
Война полов. Почему мы до сих пор сравниваем женщин с мужчинами Война полов. Почему мы до сих пор сравниваем женщин с мужчинами

Сложно представить, что у мужчины-физика будут спрашивать, хороший ли он отец

Forbes
Девушка года Playboy-2018» From Siberia with love Девушка года Playboy-2018» From Siberia with love

«Девушка года Playboy-2018»: Лидия Пономарева – из Сибири с любовью

Playboy
«Джон Уик 3» – отлично поставленная хореография перестрелок «Джон Уик 3» – отлично поставленная хореография перестрелок

Посмотрели балет с черным киллером в главной роли

GQ
Переменная величина Переменная величина

Насколько важен для нас секс

Psychologies
Кэмп как он есть: какие необычные вещи делали знаменитости на балу MET Gala (и зачем) Кэмп как он есть: какие необычные вещи делали знаменитости на балу MET Gala (и зачем)

Моменты, показывающие, что красные дорожки стали площадкой для самовыражения

Esquire
Земля переезжает Земля переезжает

Когда Солнце начнет затухать, корабль «Земля» уже прибудет к новой звезде

Популярная механика
Саймон Кинберг: «Люди Икс впервые отправятся в космос» Саймон Кинберг: «Люди Икс впервые отправятся в космос»

Каково работать над проектом во франшизе, которая существует уже 19 лет

GQ
Сколько можно спать? Сколько можно спать?

Еще несколько сотен лет назад европейцы спали дважды за сутки

Популярная механика
Экран покажет нас Экран покажет нас

Научим сохранять лицо в инстаграме и YouTube

Glamour
Планы на будущее Планы на будущее

Что о развитии автотранспорта думают в руководстве автомобильных компаний

Популярная механика
Инновации требуют либерального общества Инновации требуют либерального общества

Феномен инновационного центра связан исключительно с людьми

РБК
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
Как быстро выучить текст: 7 лайфхаков Как быстро выучить текст: 7 лайфхаков

Как быстро выучить любой, даже самый сложный и длинный текст

Psychologies
Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
«Я плачу во время ссор»: почему так происходит и что с этим делать «Я плачу во время ссор»: почему так происходит и что с этим делать

Можно ли научиться справляться с эмоциями и перестать все время плакать?

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
Все смотрят сериал «Чернобыль» от HBO: 5 причин, почему и вам тоже стоит Все смотрят сериал «Чернобыль» от HBO: 5 причин, почему и вам тоже стоит

Из этого сериала вы узнаете о стране больше, чем из любого российского

Playboy
Сила мысли Сила мысли

Как можно работать с мыслями — и почему стоит это делать

Yoga Journal
Глава Google отказался от вознаграждения в виде акций. Он считает, что ему и так много платят Глава Google отказался от вознаграждения в виде акций. Он считает, что ему и так много платят

Cундар Пичаи уже второй раз отказывается от ценного вознаграждения

Forbes
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

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

Psychologies
Uber для квартиры: как два финансиста научились зарабатывать миллионы на ремонте Uber для квартиры: как два финансиста научились зарабатывать миллионы на ремонте

Сервис, который позволяет заказать индивидуальный ремонт и дизайн квартиры

Forbes
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

Время 4G на исходе. 5G серьезно изменит нашу жизнь

Популярная механика
Дмитрий Крылов: «Искать борщ в Таиланде? Не про меня» Дмитрий Крылов: «Искать борщ в Таиланде? Не про меня»

Телеведущий Дмитрий Крылов о любви женщин и странностях россиян

StarHit
Третий путь атомной энергетики Третий путь атомной энергетики

В Курчатовском институте завершается модернизация токамака Т-15

Популярная механика
«Кому он нужен с тремя детьми и женой»: Оксана Самойлова о ревности к Джигану «Кому он нужен с тремя детьми и женой»: Оксана Самойлова о ревности к Джигану

Супруга рэпера Джигана откровенно рассказала о своих взаимоотношениях с мужем

Cosmopolitan
Антикиллеры Антикиллеры

Всем разновидностям ядовитых фосфорорганических веществ противостоят антидоты

Популярная механика
Ужин в постель: 10 продуктов-афродизиаков Ужин в постель: 10 продуктов-афродизиаков

Какие блюда или продукты выбрать для усиления сексуальной энергии?

Cosmopolitan
Открыть в приложении