Толерантное послезавтра

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 и читайте статьи из популярных журналов

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Своими глазами Своими глазами

Технологические новинки крупным планом

Популярная механика, апрель'19
Слоны и машины Слоны и машины

Циркачи ищут новые способы развлекать публику

Популярная механика, апрель'19
«Избранное» редакционного директора Алёны Пеневой «Избранное» редакционного директора Алёны Пеневой

Мой главный летний аксессуар – солнцезащитные очки

Cosmopolitan, июнь'19
Афганцы против Лунгиных Афганцы против Лунгиных

Как родилась и кому принадлежит современная Россия

Русский репортер, май'19
«Война Анны» — фильм, который нельзя пропустить «Война Анны» — фильм, который нельзя пропустить

Главный российский фильм 2018 года появится на больших экранах с 9 по 12 мая

Forbes, май'19
Одри Хепбёрн: Есть вещи поважнее, чем кино Одри Хепбёрн: Есть вещи поважнее, чем кино

4 мая – 90 лет со дня рождения Одри Хепбёрн

Лиза, май'19
Глубокие родственники Глубокие родственники

Семьи Токаревых и Тодоровских связывают общие внуки и правнуки

Story, июнь'19
Скажи мне, кто твой друг… Скажи мне, кто твой друг…

На съемках «Друзей» Энистон испугалась жеребца, а Швиммер организовал забастовку

StarHit, май'19
«Умный» город: опыт Канзас-Сити «Умный» город: опыт Канзас-Сити

Новые технологии преображают один из главных центров силы штата Миссури

National Geographic, май'19
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, май'19
Ирина Забияка: Любовь – это умение вовремя промолчать Ирина Забияка: Любовь – это умение вовремя промолчать

«Лиза» узнала, что нового в жизни солистки группы «ЧИЛИ»

Лиза, май'19
Вывести из заблуждения Вывести из заблуждения

Десять лет Одиссей возвращался из Трои домой, на родную Итаку…

Вокруг света, июнь'19
MAXIM посмотрел фильм «Куриоса» об индустрии взрослых развлечений в XIX веке MAXIM посмотрел фильм «Куриоса» об индустрии взрослых развлечений в XIX веке

Куриоса (Curiosa), Франция, режиссер Лу Жене

Maxim, май'19
Призрак свободы Призрак свободы

Как жители крошечной республики Сан-Марино сохраняют свою независимость

Вокруг света, июнь'19
«Все мы умираем детьми». Памяти Владимира Шарова «Все мы умираем детьми». Памяти Владимира Шарова

Режиссер Владимир Мирзоев посвятил своему другу Владимиру Шарову мемуарный очерк

СНОБ, июнь'19
Что можно есть ребенку в 1 год и еще семь полезных советов для хорошего аппетита Что можно есть ребенку в 1 год и еще семь полезных советов для хорошего аппетита

7 важных правил, чем кормить ребенка в 1 год

Лиза, май'19
И поехать, и поплыть: самые странные и успешные попытки создать «лодкомобиль» И поехать, и поплыть: самые странные и успешные попытки создать «лодкомобиль»

Самоваро-паровозо-ветролет существует пока только в воображении писателей

Maxim, май'19
В соляной шахте майя найден неизвестный инструмент из жадеита В соляной шахте майя найден неизвестный инструмент из жадеита

Инструмент из высококачественного полупрозрачного жадеита в соляной шахте майя

National Geographic, май'19
Большие проблемы от мелкого мусора Большие проблемы от мелкого мусора

Недавно появившиеся на свет мальки питаются кусочками пластикового мусора

National Geographic, июнь'19
Где похоронен Человек-слон? Новая версия Где похоронен Человек-слон? Новая версия

Джозеф Меррик был погребён там же, где и жертвы Джека-Потрошителя

National Geographic, май'19
В главных ролях В главных ролях

В честь 25-летия Cosmo собрали всех главных редакторов журнала за одним столом

Cosmopolitan, июнь'19
Прокачай себя за лето: как изменить жизнь за 30 дней Прокачай себя за лето: как изменить жизнь за 30 дней

Начните новую жизнь прямо сегодня!

Домашний Очаг, июнь'19
Столкновение с загадочным объектом навсегда изменило Луну Столкновение с загадочным объектом навсегда изменило Луну

В далеком прошлом Луна могла столкнуться с гигантским космическим телом

Популярная механика, май'19
Оранжевое настроение Оранжевое настроение

Муся Тотибадзе выпускает дебютный альбом и обещает: «Закачаетесь!»

Vogue, июнь'19
«Хороший человек и очень честный». Кому Дерипаска доверил свои строительные активы «Хороший человек и очень честный». Кому Дерипаска доверил свои строительные активы

Кто вошел в капитал основных строительных активов Олега Дерипаски?

Forbes, май'19
Клуб кройки Клуб кройки

Пять пластических хирургов Петербурга спорят о доминировании коллег-мужчин

Собака.ru, май'19
Бу! Лучшие фильмы по Стивену Кингу (собрали для тебя самый полный список) Бу! Лучшие фильмы по Стивену Кингу (собрали для тебя самый полный список)

Почти все фильмы, снятые по Стивену Кингу, становятся легендарными

Лиза, май'19
Фестиваль Rosé на Усачевском рынке Фестиваль Rosé на Усачевском рынке

На Усачевском рынке впервые пройдет гастрономический фестиваль Rosé

Cosmopolitan, май'19
Миллиардеры Нисанов и Илиев потратили €5 млн на «цветочную флотилию» для Москвы-реки Миллиардеры Нисанов и Илиев потратили €5 млн на «цветочную флотилию» для Москвы-реки

Владельцы гостиницы «Украина» и ТЦ «Европейский» купили 10 речных трамвайчиков

Forbes, май'19
«Я девочка из народа»: Ольга Бузова ответила на провокацию Ксении Собчак «Я девочка из народа»: Ольга Бузова ответила на провокацию Ксении Собчак

Ведущая «Дома-2» заявила, что готова отказаться от одежды Balenciaga

Cosmopolitan, май'19