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

Сила мысли Сила мысли

Как можно работать с мыслями — и почему стоит это делать

Yoga Journal
Знаки внимания Знаки внимания

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

Лиза
Оградить и уничтожить Оградить и уничтожить

Геохимические барьеры – средство защиты природы от человеческой деятельности

Популярная механика
5 экзотических стран без виз: когда ехать, чем заняться, что есть 5 экзотических стран без виз: когда ехать, чем заняться, что есть

Куда сорваться, если отпуск нагрянул внезапно? Мы собрали подборку стран

Cosmopolitan
Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
Пеппербоксы: многоствольные пистолеты прошлого Пеппербоксы: многоствольные пистолеты прошлого

Человек всегда мечтал убивать двух зайцев одним выстрелом

Популярная механика
Мяу по-русски Мяу по-русски

Налаживая связь с человеком, кошки изменили тональность мяуканья

Популярная механика
«Однажды в Голливуде»: Квентин Тарантино добреет «Однажды в Голливуде»: Квентин Тарантино добреет

Квентин Тарантино ответил всем, кто обвинял его в эстетизации насилия

GQ
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
Никита Павлюк-Павлюченко: Крушение надежд. Как падает российская авиация Никита Павлюк-Павлюченко: Крушение надежд. Как падает российская авиация

Трагедия в Шереметьево приобрела масштабы национальной катастрофы

СНОБ
Новые миры Новые миры

Юбилей высадки на Луну – повод задуматься, куда и зачем мы можем полететь еще

Популярная механика
Maison Margiela вынуждают нас покупать женские сумки Maison Margiela вынуждают нас покупать женские сумки

Странная кожаная подушка цвета медицинского халата у знаменитостей

GQ
Антикиллеры Антикиллеры

Всем разновидностям ядовитых фосфорорганических веществ противостоят антидоты

Популярная механика
Ани Лорак Ани Лорак

Инстаграм @anilorak существует под девизом «антихайп», но вниманием не обделен

Glamour
6 способов защиты от болезни Альцгеймера 6 способов защиты от болезни Альцгеймера

Есть полезные привычки, которые помогут сохранить ясность ума

Psychologies
7 частей тела, куда любая девушка хочет, чтобы ее поцеловали (кроме губ) 7 частей тела, куда любая девушка хочет, чтобы ее поцеловали (кроме губ)

Не забывай, что у девушки очень много классных областей.

Playboy
Вояж на батарейках Вояж на батарейках

Долго ли нам осталось ждать пришествия электрической авиации?

Популярная механика
8 самых ненадежных автомобилей (лучше уж на такси) 8 самых ненадежных автомобилей (лучше уж на такси)

Даже из салона эти модели могут доставить немало проблем.

Playboy
На крыльях Сухого На крыльях Сухого

В этом году легендарному конструкторскому бюро Павла Сухого исполняется 80 лет

Популярная механика
Безумная королева: жуткая история сумасшедшей Хуаны Кастильской Безумная королева: жуткая история сумасшедшей Хуаны Кастильской

Вспомнили историю королевы, которую прозвали Безумной

Cosmopolitan
Иллюзия успеха Иллюзия успеха

Четыре истории о талантливых мастерах пускать пыль в глаза

Популярная механика
Блокчейн больше не будущее. Как крупнейшие компании мира уже используют технологию Блокчейн больше не будущее. Как крупнейшие компании мира уже используют технологию

Блокчейн уже не просто слово из будущего

Forbes
Китайский космический флот Китайский космический флот

Для чего Поднебесной понадобилась масштабная «морская космонавтика»?

Популярная механика
Мишель Лами о своей инсталляции на Венецианской биеннале Мишель Лами о своей инсталляции на Венецианской биеннале

Художница Мишель Лами рассказала о новом проекте с боксерскими грушами

Vogue
Великая пустота Великая пустота

Самые большие объекты во вселенной заполнены ничем

Популярная механика
От Монеточки до Головина: звезды в рейтинге Forbes «30 до 30» От Монеточки до Головина: звезды в рейтинге Forbes «30 до 30»

Знаменитости — участники рейтинга Forbes «30 до 30»

Forbes
Третий путь атомной энергетики Третий путь атомной энергетики

В Курчатовском институте завершается модернизация токамака Т-15

Популярная механика
Вот это закалка! Вот это закалка!

Как правильно закаливать ребенка

Лиза
Вау-кубик больше, чем игрушка Вау-кубик больше, чем игрушка

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

Популярная механика
Как научиться говорить правильно и красиво? 11 отличных подсказок тебе в помощь Как научиться говорить правильно и красиво? 11 отличных подсказок тебе в помощь

Хочешь, чтобы тебя не только слушали, но и слышали?

Playboy
Открыть в приложении