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

Самый знаменитый монгол Самый знаменитый монгол

Чингисхан по праву входит в пантеон величайших завоевателей

Дилетант
Какие сказки нужно читать искусственному интеллекту? Какие сказки нужно читать искусственному интеллекту?

Чтобы ИИ не восстал против создателей, нужно читать ему правильные сказки

Популярная механика
100 самых сексуальных женщин страны 100 самых сексуальных женщин страны

100 самых сексуальных женщин страны

Maxim
В поле каждый колосок: как фермеров заставляют платить за украденное зерно В поле каждый колосок: как фермеров заставляют платить за украденное зерно

Чем обусловлены массовые хищения залогового зерна?

Forbes
Тайна гибели академика Легасова Тайна гибели академика Легасова

В апреле 1988 года был обнаружен повесившимся Валерий Легасов

Дилетант
Цвет настроения бурый Цвет настроения бурый

Медведи мы или не медведи — вот в чем вопрос

Русский репортер
На крыльях Сухого На крыльях Сухого

В этом году легендарному конструкторскому бюро Павла Сухого исполняется 80 лет

Популярная механика
Этот день мы приближали Этот день мы приближали

«СтарХит» вспоминает актеров-фронтовиков, сражавшихся за Родину

StarHit
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
7 лучших игровых новинок 2019 года 7 лучших игровых новинок 2019 года

Самое время собрать игры, которые понравились нам больше всего

CHIP
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

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

Популярная механика
10+ отличных корейских фильмов для мощного старта 10+ отличных корейских фильмов для мощного старта

Корейские картины, которые реально взбодрят

Maxim
Великая пустота Великая пустота

Самые большие объекты во вселенной заполнены ничем

Популярная механика
Сильнейшие футбольные лиги Европы заработали в прошлом сезоне рекордные €15,6 млрд Сильнейшие футбольные лиги Европы заработали в прошлом сезоне рекордные €15,6 млрд

Больше всех в сезоне 2017/18 заработала английская Премьер-лига

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
Знаки внимания Знаки внимания

Подобрать идеальный крем можно и без косметолога, если правильно читать этикетки

Лиза
Пистолет Лебедева Пистолет Лебедева

Новинка концерна «Калашников» – пистолет Лебедева ПЛ-15

Популярная механика
Какой модем лучше купить для ноутбука, чтобы всегда иметь интернет? Какой модем лучше купить для ноутбука, чтобы всегда иметь интернет?

Рассказываем, чем отличаются похожие модели модемов

CHIP
6 способов защиты от болезни Альцгеймера 6 способов защиты от болезни Альцгеймера

Есть полезные привычки, которые помогут сохранить ясность ума

Psychologies
Тяжелые бомбардировщики Третьего Рейха Тяжелые бомбардировщики Третьего Рейха

Тяжелые бомбардировщики Третьего рейха остались в тени истории

Популярная механика
Следи за собой Следи за собой

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

Популярная механика
Как UNESCO в Италии меняет отношение бизнеса к искусству Как UNESCO в Италии меняет отношение бизнеса к искусству

Как сделать культуру привлекательной для инвестиций

Forbes
Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
Чечилия Бартоли. Рыцарь в дирндле Чечилия Бартоли. Рыцарь в дирндле

Чечилия Бартоли на сцене уже тридцать два года, но удивлять не перестает

СНОБ
Тачанка XXI века Тачанка XXI века

Побывали на производстве вездеходов-багги и погоняли в окрестностях Грозного

Популярная механика
90% семей в России — это полное слияние невротиков 90% семей в России — это полное слияние невротиков

Что такое нездоровые отношения между мужчиной и женщиной

Psychologies
Совершенно не секретно Совершенно не секретно

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

Популярная механика
Какой будет замена Какой будет замена

Что придет на замену рабочей лошадки сухопутных войск США?

Популярная механика
Антикиллеры Антикиллеры

Всем разновидностям ядовитых фосфорорганических веществ противостоят антидоты

Популярная механика
Алла Вербер Алла Вербер

Примадонна отечественного люкса сумела покорить сердца даже модных миллениалов

Glamour
Открыть в приложении