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

Карина-вирус! Карина-вирус!

В это тревожное время героиней обложки стала главная медсестра страны

Maxim
В эпицентре будущего В эпицентре будущего

Хронологически седьмой Mercedes S-Класс подтвердит звание витрины технологий

Quattroruote
Наcледник «Энергии» Наcледник «Энергии»

Новейший ракетный двигатель РД-171МВ открывает нашей космонавтике будущее

Популярная механика
«Есть ситуации, когда невозможно молчать». Александр Горбунов рассказал, как создал «Сталингулаг» «Есть ситуации, когда невозможно молчать». Александр Горбунов рассказал, как создал «Сталингулаг»

Александр Горбунов признался, что он действительно автор блога «Сталингулаг»

Forbes
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
Обзор смартфона Samsung Galaxy S10+: Android еще не был таким дорогим Обзор смартфона Samsung Galaxy S10+: Android еще не был таким дорогим

Главная звезда среди новых моделей — Galaxy S10+

CHIP
5 ключей к разумному оптимизму 5 ключей к разумному оптимизму

Как видеть в жизни хорошее, не вступая в противоречие со здравым смыслом

Psychologies
Главная роль. Почему британская монархия нуждается в Меган Маркл Главная роль. Почему британская монархия нуждается в Меган Маркл

Меган Маркл — сериальная актриса, феминистка с темным цветом кожи

Forbes
Как на вулкане! Как на вулкане!

Первозданная красота балийской природы сливается с красотой Елены Чернявской

Maxim
Как правнук основателя Porsche готовится изменить рынок спортивных автомобилей Как правнук основателя Porsche готовится изменить рынок спортивных автомобилей

В бизнесе производитель электрокаров заимствует практики не у Porsche, а у Apple

Forbes
Пистолет Лебедева Пистолет Лебедева

Новинка концерна «Калашников» – пистолет Лебедева ПЛ-15

Популярная механика
Как бояться и делать, или Исповедь отчаянной трусихи Как бояться и делать, или Исповедь отчаянной трусихи

Что делать, если вы не смельчак, и как побороть страх перед неудачей?

Psychologies
Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
Есть ли жизнь без диплома? Есть ли жизнь без диплома?

Самореализация и формальные достижения не всегда совпадают

Psychologies
Большие самолеты, большие данные Большие самолеты, большие данные

В этом году концерну Airbus исполнилось 50 лет

Популярная механика
Драгоценности Драгоценности

Новое и блестящее поколение балета Мариинки

Собака.ru
Судоходная Арктика Судоходная Арктика

Беспрецедентное по масштабам строительство судов ледового класса в России

Популярная механика
Радиация не всегда страшна: все, что вы хотели об этом знать Радиация не всегда страшна: все, что вы хотели об этом знать

После аварии на «Фукусиме» мир захлестнула очередная волна панической радиофобии

Популярная механика
Линза по имени Солнце Линза по имени Солнце

Используя Солнце как огромную линзу, можно сделать четкий снимок экзопланеты

Популярная механика
10 сериалов, навсегда изменивших телевидение 10 сериалов, навсегда изменивших телевидение

Десяток классических сериалов

Maxim
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
7 «вредных» продуктов, которые на самом деле полезны для организма 7 «вредных» продуктов, которые на самом деле полезны для организма

Если твоя мама до сих пор запрещает тебе есть чипсы, покажи ей этот материал

Playboy
На крыльях Сухого На крыльях Сухого

В этом году легендарному конструкторскому бюро Павла Сухого исполняется 80 лет

Популярная механика
McDonald's откроет рестораны только для доставки. Как это изменит рынок еды? McDonald's откроет рестораны только для доставки. Как это изменит рынок еды?

Крупнейшая в России сеть быстрого питания задумалась над запуском dark kitchen

Forbes
Антикиллеры Антикиллеры

Всем разновидностям ядовитых фосфорорганических веществ противостоят антидоты

Популярная механика
8 самых красивых актрис кино для взрослых (от Мии Малковой до Саши Грей) 8 самых красивых актрис кино для взрослых (от Мии Малковой до Саши Грей)

В этом списке — самые красивые актрисы взрослых фильмов!

Playboy
Идея! Оставлять чаевые Идея! Оставлять чаевые

Учись правильно благодарить тех, кто оказывает тебе услуги

Maxim
Вездесущий Блюмкин Вездесущий Блюмкин

История журнала — это и его авторы

Огонёк
Третий путь атомной энергетики Третий путь атомной энергетики

В Курчатовском институте завершается модернизация токамака Т-15

Популярная механика
Из любви к искусству Из любви к искусству

Эрнесто Эспозито рассказал, чего всегда будут хотеть женщины

Grazia
Открыть в приложении