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

5 увлекательных книг об истории России 5 увлекательных книг об истории России

Подборка книг, авторы которых расскажут о возникновении и становлении России

Популярная механика
Vita nuova: Станислав Савицкий о восприятии искусства в эпоху online Vita nuova: Станислав Савицкий о восприятии искусства в эпоху online

Cпособно ли искусство быть самим собой без подлинников?

Школа Masters
Квантовая готовность: ждет ли бизнес новая технологическая революция Квантовая готовность: ждет ли бизнес новая технологическая революция

Существует риск проспать квантовую революцию, считает Андрей Скорочкин

Forbes
Автоматизация права: какие возможности пандемия открыла для LegalTech Автоматизация права: какие возможности пандемия открыла для LegalTech

Как технические инновации влияют на правовой сервис и экспертизу

Forbes
Реальные факты, стоящие за самыми известными мифами в истории Реальные факты, стоящие за самыми известными мифами в истории

Порой за легендами стоят реальные факты и явления

Maxim
Особая диета: 10 реальных примеров каннибализма среди людей Особая диета: 10 реальных примеров каннибализма среди людей

Обычные людоеды вполне себе реальны

Популярная механика
Как научиться запоминать имена и зачем это нужно делать: главные правила Как научиться запоминать имена и зачем это нужно делать: главные правила

Советы для тех, кто с трудом запоминает имена

Playboy
Сегодня или никогда? Сегодня или никогда?

Правда может как разрушить, так и скрепить отношения между людьми

Psychologies
Особый взгляд Особый взгляд

Интервью с тремя дебютантками «Кинотавра»

Vogue
Как два программиста из России уехали в Долину, придумали простой конструктор для сбора аналитики и привлекли $6,2 млн Как два программиста из России уехали в Долину, придумали простой конструктор для сбора аналитики и привлекли $6,2 млн

Сегодня их продуктом пользуется около 70 000 человек по всему миру

Forbes
Темную материю предложили детектировать с помощью маятников Темную материю предложили детектировать с помощью маятников

Как можно обнаружить темную частицу с массой порядка десяти микрограмм и больше?

N+1
Ярославна, королева Норвегии Ярославна, королева Норвегии

У Ярослава Мудрого были три дочери, и все три стали королевами

Дилетант
Земфира Земфира

Земфира и её громкие высказывания

ЖАРА Magazine
Зачем марсоходу лазер: свет далеких планет Зачем марсоходу лазер: свет далеких планет

Ученые отправят на Марс приборы, которые помогут кораблям выбрать место посадки

Популярная механика
Татуировки каких иероглифов делают себе сами китайцы Татуировки каких иероглифов делают себе сами китайцы

Вопреки мифам, китайцы делают татуировки как и везде

Maxim
Фунги сапиенс: статья о том, почему грибы куда умнее и хитрее, чем мы думали Фунги сапиенс: статья о том, почему грибы куда умнее и хитрее, чем мы думали

Грибы — не то, чем они кажутся

Maxim
Восстание машин Восстание машин

На дороги XXI века выезжает транспорт будущего

GQ
Когда можно больше, чем нужно. Тест-драйв Mercedes GLE 400d Coupe Когда можно больше, чем нужно. Тест-драйв Mercedes GLE 400d Coupe

Mercedes GLE 400d Coupe соединяет в себе неповторимый дизайн и мощь

СНОБ
Юлдус Бахтиозина Юлдус Бахтиозина

Главная царевна современного искусства

Собака.ru
6 странных (но работающих) способов есть меньше 6 странных (но работающих) способов есть меньше

Избавься от лишних сантиметров на талии, практически ничего для этого не делая!

Maxim
Как узнать, что кто-то ворует твой Wi-Fi Как узнать, что кто-то ворует твой Wi-Fi

Узнай, как определить, что злодей присосался к твоему беспроводному трафику

Maxim
Стоит ли овчинка выделки Стоит ли овчинка выделки

Нужно ли уходить с привычного места работы ради другого предложения?

Лиза
Настя Паутова Настя Паутова

Студентка Льва Эренбурга придумывает мемы про Бродского и Тарковского

Собака.ru
Любимые автомобили Снуп Догга Любимые автомобили Снуп Догга

Лоурайдеры, школьный автобус и трехколесный Бэтмобиль

GQ
Кто делает туфли с каблуком-бокалом для Рианны, Лиззо и королевы Рании Кто делает туфли с каблуком-бокалом для Рианны, Лиззо и королевы Рании

Почему марка Amina Muaddi заслуживает внимания?

РБК
Следствие на крови Следствие на крови

Каким пыткам подвергался сын Петра I

Дилетант
Дороги-пути Дороги-пути

Почему человек в современном мире готов идти сотни километров?

Seasons of life
Что делает «англичанка»? Что делает «англичанка»?

Насколько обоснованы поиски «британского следа» в конфликте вокруг Карабаха?

Огонёк
Минус 50 кг: как я похудела на дефиците калорий и домашних тренировках Минус 50 кг: как я похудела на дефиците калорий и домашних тренировках

Девушка нашла простой и легкий способ сбросить вес

Cosmopolitan
Скотт Иствуд, Лив Тайлер и другие внебрачные дети звезд, сделавшие карьеру Скотт Иствуд, Лив Тайлер и другие внебрачные дети звезд, сделавшие карьеру

Истории успешных и знаменитых детей звезд

Cosmopolitan
Открыть в приложении