Эти технологии изменят атомную промышленность

Популярная механикаHi-Tech

10 ядерных технологий, которые изменят мир

В институтах и на предприятиях «Росатома» работает 260 тысяч человек. Чем они занимаются?

Анастасия Шартогашева

Работы у атомщиков хватает. Ученые и инженеры «Росатома» создают технологии, которые меняют не только атомную промышленность, но и мир вокруг нас. Они работают над тем, чтобы природных запасов урана людям хватило на тысячи лет, а отработавшее ядерное топливо и отходы перерабатывались и вновь использовались. Они разрабатывают и создают атомные реакторы для космических аппаратов и морских судов. Они запускают энергоблоки нового поколения, развивают ядерную медицину и производят новые материалы. А еще российские атомщики участвуют в создании «искусственного солнца» – самого большого в мире термоядерного реактора ITER во Франции – и работают над собственной программой управляемого термоядерного синтеза.

При помощи «Росатома» «Популярная механика» составила список десяти самых важных направлений научной работы. В него вошли технологии чистой энергетики, лазерные и медицинские технологии, переработка ядерного топлива и ядерные реакторы будущего.

1Развитие технологии водо-водяных реакторов

Водо-водяные реакторы типа ВВЭР сегодня составляют 60% всех действующих ядерных реакторов в России; есть они и за рубежом – в Европе и странах СНГ, Индии и Китае; строятся на экспорт – в Бангладеш, Белоруссии, Турции и других странах. Это современные и безопасные установки, но всегда есть возможность сделать хорошее еще лучше. Уже к концу 2020-х годов «Росатом» планирует начать строительство первого водо-водяного реактора со спектральным регулированием. Подобные реакторы внесут вклад в решение одной из главных проблем ядерной энергетики: сократят расход природного урана, запасы которого на планете велики, но не бесконечны. При той же мощности реактор со спектральным регулированием будет потреблять на 30% меньше урана и нарабатывать для себя новое топливо. Будут у него и другие преимущества: так, реактор со спектральным регулированием можно полностью загрузить МОКС-топливом, содержащим плутоний, который получают в ходе переработки отработавшего ядерного топлива. Это значит, что реакторы со спектральным регулированием могут помочь замкнуть ядерный топливный цикл.

9cb81490f0ca13efb44d714ae23e1fc1.jpg
ГК "Росатом"

Еще один способ улучшить ВВЭР – изменить параметры теплоносителя, который превращает тепло делящегося урана во вращение турбины электрогенератора. Все превращения энергии из одной формы в другую сопровождаются потерями; в современных ВВЭР около трети энергии деления атомных ядер в конце концов превращается в электроэнергию. В действующих ВВЭР вода на выходе из активной зоны имеет температуру около 320 °С. В сверхкритическом реакторе температура воды составит 540 °С, а значит, перенос энергии будет эффективнее. Изменятся и другие параметры: давление вырастет в полтора раза, и проектировщики, возможно, откажутся от второго контура охлаждения, а горячий теплоноситель пойдет из реактора сразу на турбину – это позволит использовать энергию деления урана намного эффективнее, чем раньше. По расчетам, КПД реактора вырастет до 40–44%, а значит, энергия, производимая на атомной электростанции с реакторами типа ВВЭР со сверхкритическими параметрами, будет дешевле. Работа над проектом сверхкритического ВВЭР-СКД в «Росатоме» уже началась.

2Толерантное топливо

Современная концепция безопасности ядерных реакторов включает много уровней защиты на случай возможных отклонений в режимах работы и серьезных аварийных ситуаций – гермооболочку, аварийные системы подачи охладителя, пассивные системы отвода тепла, ловушку расплава на случай расплавления активной зоны и корпуса реактора и многое другое. Но безопасности много не бывает, особенно когда дело касается атомного реактора. Новое слово в обеспечении безопасности – устойчивое к авариям, или толерантное, топливо.

Толерантное – значит, такое, которое не разрушится и не вступит в реакцию с теплоносителем даже при аварии, если отвод тепла из активной зоны реактора будет нарушен. Сам по себе уран с водой не взаимодействует даже при температуре 2500 °С, до которой топливо может разогреться в случае аварийной потери охлаждения. Зато циркониевая оболочка топливных стержней может вступить в реакцию с водой уже при 800 °С. Это очень опасно, ведь в пароциркониевой реакции выделяется много водорода и тепла. Все вместе это может привести к взрыву или разрушить оболочки тепловыделяющих элементов.

5b41e8b9fcd17281696d7f84574fdc1e.jpg
ГК "Росатом"

Раньше с этой опасностью боролись с помощью дополнительных систем защиты – уловителей водорода и газообменников. Но в 2011 году на АЭС «Фукусима» в Японии эти приемы не сработали, и водород привел к взрыву и повреждению реактора после того, как отказала поврежденная цунами система охлаждения. Поиски способа устранить первопричину пароциркониевой реакции велись и до 2011 года, но после «Фукусимы» стали особенно актуальны.

Защититься от пароциркониевой реакции можно, заменив циркониевый сплав на другой материал. Подбор материала для таких экстремальных условий – задача сложная. Сегодня топливная компания «ТВЭЛ» (входит в структуру «Росатома») занимается поиском материалов, более подходящих для оболочек. Меняя материал оболочек, можно менять и саму топливную композицию. Ученые «Росатома» экспериментируют со сплавами, композитными материалами для оболочек и плотными видами топлива для самих твэлов. Некоторые из разработок уже прошли испытания в лабораториях и исследовательских реакторах.

3Замкнутый ядерный топливный цикл

Одна из главных проблем мирного атома – это проблема радиоактивных отходов. Вынимая из земли слаборадиоактивную урановую руду, мы выделяем из нее уран, обогащаем его и используем в ядерных реакторах, на выходе получая опасную субстанцию. Некоторые из составляющих ее изотопов будут радиоактивны еще много тысяч лет. Ни одно сооружение не может гарантировать безопасность хранения отработавшего топлива на такой долгий срок. Но отработавшее ядерное топливо можно перерабатывать: дожигать самые долгоживущие нуклиды и выделять те, что можно использовать в топливном цикле снова.

Для того чтобы делать это, нужны реакторы двух типов: на тепловых нейтронах и на быстрых. На тепловых, или медленных, нейтронах работает большинство современных ядерных реакторов; теплоносителем в них является вода, она же и замедляет нейтроны (в реакторах некоторых типов замедлителями работают и другие вещества – например, графит в РБМК). Вода омывает топливные стержни; нейтроны, замедленные водой, взаимодействуют преимущественно с одним изотопом урана – редким в природе ураном-235 – и заставляют его делиться, выделяя тепло: оно-то и нужно для выработки электроэнергии. После того как тепловыделяющие сборки полностью отработают положенный срок в активной зоне реактора, отработавшее ядерное топливо (ОЯТ), накопившее в себе осколки деления, выгружается из реактора и заменяется свежим.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Как выжить в технологической сингулярности? Как выжить в технологической сингулярности?

Что такое концепция сингулярности?

Популярная механика
Девушка не отвечает на сообщения: 16 возможных причин, почему она тебя игнорит Девушка не отвечает на сообщения: 16 возможных причин, почему она тебя игнорит

Список причин, почему собеседница молчит в переписке.

Playboy
Февральская революция: как искусственный интеллект может повысить производительность труда Февральская революция: как искусственный интеллект может повысить производительность труда

Русские ученые устроили шестую промышленную революцию!

ТехИнсайдер
Ghostrunner – элегантная, но странная игра про наше постчеловеческое будущее Ghostrunner – элегантная, но странная игра про наше постчеловеческое будущее

В этой игре постоянно ощущается фантомное присутствие Киану Ривза

GQ
От Аттилия до Спартака: 5 знаменитых гладиаторов Древнего Рима От Аттилия до Спартака: 5 знаменитых гладиаторов Древнего Рима

История первых гладиаторских боев корнями уходит еще в III век до нашей эры...

ТехИнсайдер
Данила Козловский: «Если ты снимаешь хорошие фильмы, кино — дело прибыльное» Данила Козловский: «Если ты снимаешь хорошие фильмы, кино — дело прибыльное»

Данила Козловский рассказал о подготовке своего нового фильма

Forbes
Творческий подход Творческий подход

Креативное ранчо в Техасе

SALON-Interior
«Каждую секунду я боялась, что муж вернется и убьет меня» «Каждую секунду я боялась, что муж вернется и убьет меня»

Эту историю нам рассказала женщина, прошедшая через ад домашнего насилия

Psychologies
Приватный арсенал Приватный арсенал

Из чего состоит оружейная коллекция миллиардера Игоря Алтушкина

Forbes
Всё в открытом доступе, калькулятор зарплат и 7100 страниц инструкций: принципы работы полностью удалённой GitLab​ Всё в открытом доступе, калькулятор зарплат и 7100 страниц инструкций: принципы работы полностью удалённой GitLab​

GitLab — крупнейшая компания, где все сотрудники работают удалённо

VC.RU
Кого и в каком количестве убивают сексизм и гомофобия Кого и в каком количестве убивают сексизм и гомофобия

Глава из книги Васи Дж. Балакина «Спасибо бабе за победу!»

СНОБ
Самые татуированные люди, которые смогли найти нормальную работу (фото) Самые татуированные люди, которые смогли найти нормальную работу (фото)

Забей на предрассудки, тебя возьмут на нормальную работу даже с татуировками!

Maxim
Везде поспел Везде поспел

Мини-программа знакомства с разными городами России

Добрые советы
Идем по следу Идем по следу

Истории девушек, которые смогли принять свои шрамы

Vogue
Миллионы на худеющих: бизнес-план сервиса правильного питания BeFit Миллионы на худеющих: бизнес-план сервиса правильного питания BeFit

История сервиса по доставке наборов здоровой еды для тех, кто не любит готовить

Forbes
Тюрьма и парк Моабит Тюрьма и парк Моабит

Самая страшная тюрьма нацистского режима

Дилетант
Сумасшедший бизнес: 15 моделей, которых называли «слишком полными» Сумасшедший бизнес: 15 моделей, которых называли «слишком полными»

Каждая из этих моделей столкнулась с обвинениями в излишнем весе и унижениями

Cosmopolitan
Шесть людей, которые не стареют Шесть людей, которые не стареют

Это или Фотошоп, или колдовство

Maxim
Периоды детского развития: от 1 года до 3 лет Периоды детского развития: от 1 года до 3 лет

Что происходит с ребенком в возрасте от года до трех и как себя вести родителям

Psychologies
«Располагайтесь поудобнее»: как быстро вернуть себе уверенность «Располагайтесь поудобнее»: как быстро вернуть себе уверенность

Часто ли вы извиняетесь за то, что кого-то отвлекли, заняли чье-то время?

Psychologies
«Моя Шарлотта – это катастрофа»: принц Уильям рассказал о детях от Кейт Миддлтон «Моя Шарлотта – это катастрофа»: принц Уильям рассказал о детях от Кейт Миддлтон

Принц Уильям рассказал о своей семье, отношении к природе и экологии

Cosmopolitan
Питаемся правильно: как выбрать блок питания для компьютера Питаемся правильно: как выбрать блок питания для компьютера

На какие параметры обратить внимание при выборе блока питания

CHIP
Снотворное помогло мужчине с травмой головного мозга снова ходить и говорить. Но ненадолго Снотворное помогло мужчине с травмой головного мозга снова ходить и говорить. Но ненадолго

Редкий случай, когда снотворное выводит из комы

N+1
Первых поселенцев Багамских островов обвинили в гибели 38 популяций птиц Первых поселенцев Багамских островов обвинили в гибели 38 популяций птиц

Люди сыграли значительную роль в обеднении фауны Багамских островов

N+1
Нордическая диета Нордическая диета

Скандинавский тип питания – это очень вкусно и полезно

Здоровье
Дом для современного человека Дом для современного человека

Вернулся к жизни дом Наркомфина — главный шедевр эпохи конструктивизма в Москве

AD
Как прихожане добиваются открытия православных храмов в Венесуэле Как прихожане добиваются открытия православных храмов в Венесуэле

Кто построил православные церкви в стране Уго Чавеса

СНОБ
В осцилляциях странного B-мезона нашли нарушение CP-инвариантности В осцилляциях странного B-мезона нашли нарушение CP-инвариантности

Что может объяснить асимметрию между материей и антиматерией во вселенной?

N+1
Восемь Audi, которые потрясли мир Восемь Audi, которые потрясли мир

Кто хочет стать властелином колец?

Maxim
Что мешает развитию шеринговой экономики в России Что мешает развитию шеринговой экономики в России

Люди все чаще предпочитают не купить вещь, а взять в аренду

СНОБ
Открыть в приложении