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

Планы на будущее Планы на будущее

Что о развитии автотранспорта думают в руководстве автомобильных компаний

Популярная механика
Доходность до 466%. Сколько заработали инвесторы в криптовалюту с начала года Доходность до 466%. Сколько заработали инвесторы в криптовалюту с начала года

Самая популярная криптовалюта биткоин только в мае подорожала почти на 100%

Forbes
Самый красивый конструктор Самый красивый конструктор

Денис Охрименко делает «самый красивый конструктор в мире»

Популярная механика
Большая свалка Большая свалка

Кто только не борется за вывоз, сортировку и утилизацию отходов россиян

Forbes
25 вещей, которые на самом деле ненавидят женщины 25 вещей, которые на самом деле ненавидят женщины

Эта статья поможет тебе прожить чуть более счастливую и долгую жизнь

Maxim
Почему загорелся самолет в Шереметьево: разбор возможных причин Почему загорелся самолет в Шереметьево: разбор возможных причин

Разбор известных фактов о сгоревшем «Суперджете» и анализ версий аварии

Esquire
Совершенно не секретно Совершенно не секретно

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

Популярная механика
Из любви к искусству Из любви к искусству

Эрнесто Эспозито рассказал, чего всегда будут хотеть женщины

Grazia
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
Сергей Пахом (Пахомов): «Моя форма безумия – интересный выход из реальности» Сергей Пахом (Пахомов): «Моя форма безумия – интересный выход из реальности»

Сергей Пахом рассказал о своем новом перформансе и судьбе глянца в России

GQ
Творческий прорыв Творческий прорыв

Как выйти из зоны комфорта с помощью креативности

Yoga Journal
Домашний компьютер или ноутбук: на чем играть в современные игры? Домашний компьютер или ноутбук: на чем играть в современные игры?

Игровые ноутбуки сегодня становятся все популярнее

CHIP
Пистолет Лебедева Пистолет Лебедева

Новинка концерна «Калашников» – пистолет Лебедева ПЛ-15

Популярная механика
Почему мы страдаем, когда кончается любимый сериал (объясняют эксперты) Почему мы страдаем, когда кончается любимый сериал (объясняют эксперты)

Ну и как теперь дальше жить без «Игры престолов»

Playboy
Вау-кубик больше, чем игрушка Вау-кубик больше, чем игрушка

WOWCube – проект нижегородского IT-бизнесмена Ильи Осипова и его 14-летнего сына

Популярная механика
Что такое экотуризм, спасет ли он планету и что под силу каждому из нас Что такое экотуризм, спасет ли он планету и что под силу каждому из нас

Ликбез Ливии Ферт по осознанным путешествиям

Vogue
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

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

Psychologies
Подрик Пейн (Дэниел Портман): «Когда снималась сцена в борделе, мне было 20 лет и я выглядел как ребенок в конфетной лавке» Подрик Пейн (Дэниел Портман): «Когда снималась сцена в борделе, мне было 20 лет и я выглядел как ребенок в конфетной лавке»

Дэниел Портман — о том, почему зрителям так полюбился вундеркинд Подрик Пейн

Esquire
Электрическая ракета, которая изменит войну Электрическая ракета, которая изменит войну

Барражирующие боеприпасы «Ланцет», которые могут в корне изменить войны будущего

Популярная механика
Предшественники «Ауруса»: как в России сочиняли лимузин для правительства Предшественники «Ауруса»: как в России сочиняли лимузин для правительства

Первый лимузин в истории современной России не мог появиться из ниоткуда...

Maxim
Техпарад Техпарад

Новости мира науки и техники

Популярная механика
Главный телекиллер 1990-х: чем запомнится Сергей Доренко Главный телекиллер 1990-х: чем запомнится Сергей Доренко

Один из самых ярких тележурналистов 1990-х умер за рулем своего мотоцикла

Forbes
Тачанка XXI века Тачанка XXI века

Побывали на производстве вездеходов-багги и погоняли в окрестностях Грозного

Популярная механика
Светлана Зейналова: «Когда плохо, иду на ручки» Светлана Зейналова: «Когда плохо, иду на ручки»

Ведущая «Доброго утра» рассказала о гражданском браке и эмоциональном характере

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
Карьера не должна быть пыткой: 7 признаков скорого выгорания на работе Карьера не должна быть пыткой: 7 признаков скорого выгорания на работе

Ознакомься с этим списком, пока еще не слишком поздно

Playboy
Судьба разведчика Судьба разведчика

Под покровом секретности на Урале в 1962 году случился международный скандал

Популярная механика
Манижа Манижа

Манижа Сангин вслух говорит о таких непростых вещах, как домашнее насилие

Glamour
На крыльях Сухого На крыльях Сухого

В этом году легендарному конструкторскому бюро Павла Сухого исполняется 80 лет

Популярная механика
10 шаблонных героев и ситуаций, за которые мы любим кино 10 шаблонных героев и ситуаций, за которые мы любим кино

Штампы в кинематографе могут быть как сюжетные, так и ситуативные

РБК
Открыть в приложении