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

20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели 20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели

Объекты и явления, при помощи которых твой секс будет еще великолепнее

Maxim
Меган Маркл и принц Гарри воспитывают новорожденного сына в ужасных условиях Меган Маркл и принц Гарри воспитывают новорожденного сына в ужасных условиях

Поклонники британских монархов побывали на территории Фрогмор-хаус

Cosmopolitan
«Голиаф», строитель танкеров «Голиаф», строитель танкеров

Одна из самых больших промышленных машин на Земле

Популярная механика
Прогулка по истории Прогулка по истории

Для умиротворенного уик-энда Сенигаллия подходит идеально

Quattroruote
Сколько можно спать? Сколько можно спать?

Еще несколько сотен лет назад европейцы спали дважды за сутки

Популярная механика
Как не словить спойлер? 6 самых главных правил (и «Игра престолов» подождет) Как не словить спойлер? 6 самых главных правил (и «Игра престолов» подождет)

Как не словить спойлер, если так или иначе вынужден сидеть в интернете

Playboy
Большая ракета Илона Маска Большая ракета Илона Маска

Сверхтяжелая ракета Big Falcon Rocket готовится вытеснить все прошлые разработки

Популярная механика
Уберизация холодильника: зачем торговые сети уходят в сеть Уберизация холодильника: зачем торговые сети уходят в сеть

Передел российского рынка ретейла открывает старым игрокам новые возможности

Forbes
Самый красивый конструктор Самый красивый конструктор

Денис Охрименко делает «самый красивый конструктор в мире»

Популярная механика
Калви попросит следствие разрешить ему участвовать в Петербургском форуме Калви попросит следствие разрешить ему участвовать в Петербургском форуме

Майкл Калви хочет принять участие в Петербургском экономическом форуме

Forbes
Новое начало Новое начало

Если вы хотите начать долгосрочные изменения, попробуйте простую практику

Yoga Journal
Дом Блэкаут: один из самых страшных аттракционов в мире Дом Блэкаут: один из самых страшных аттракционов в мире

Эксперимент, призванный нащупать, где проходят границы человеческого страха

Cosmopolitan
Мяу по-русски Мяу по-русски

Налаживая связь с человеком, кошки изменили тональность мяуканья

Популярная механика
6 веских причин начать смотреть хоккей (если 10:0 в матче с Италией тебе мало) 6 веских причин начать смотреть хоккей (если 10:0 в матче с Италией тебе мало)

Стоит только начать смотреть хоккей, и ты уже не сможешь остановиться

Playboy
Тачанка XXI века Тачанка XXI века

Побывали на производстве вездеходов-багги и погоняли в окрестностях Грозного

Популярная механика
«Он использовал свою славу». Тони Роббинса обвинили в сексуальных домогательствах и порицании жертв насилия «Он использовал свою славу». Тони Роббинса обвинили в сексуальных домогательствах и порицании жертв насилия

BuzzFeed опубликовал расследование об известном коуче Тони Роббинсе

Forbes
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
Зачем носить комбинезоны? Зачем носить комбинезоны?

Без комбинезона летом свет вам будет не мил

GQ
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
Весенняя романтика: 9 кокетливых юбок для чувственного образа Весенняя романтика: 9 кокетливых юбок для чувственного образа

Для прогулок теплыми, майскими вечерами выбирай романтичные юбки длины миди

Cosmopolitan
Сила мысли Сила мысли

Как можно работать с мыслями — и почему стоит это делать

Yoga Journal
Эмилия Кларк: “Мне фантастически повезло, что я еще жива” Эмилия Кларк: “Мне фантастически повезло, что я еще жива”

Отношения Эмилии Кларк с жизнью и смертью

Psychologies
Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
«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
Гитлер и Сталин как полководцы Гитлер и Сталин как полководцы

Расследование военного историка Алексея Исаева

Популярная механика
Тяжелые бомбардировщики Третьего Рейха Тяжелые бомбардировщики Третьего Рейха

Тяжелые бомбардировщики Третьего рейха остались в тени истории

Популярная механика
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
Хочешь новых друзей? 4 способа найти их онлайн (и не показаться маньяком) Хочешь новых друзей? 4 способа найти их онлайн (и не показаться маньяком)

Кто сказал, что так делать нельзя?!

Playboy
Третий путь атомной энергетики Третий путь атомной энергетики

В Курчатовском институте завершается модернизация токамака Т-15

Популярная механика
Подарок Путина. На кого рассчитана третья волна амнистии капитала Подарок Путина. На кого рассчитана третья волна амнистии капитала

Почему законопроекты об амнистии капитала не помогут российскому бизнесу

Forbes
Открыть в приложении