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

10 причин избыточного веса: как найти проблему 10 причин избыточного веса: как найти проблему

Перестаньте ругать себя. Лишний вес – очень сложная проблема

Популярная механика
Все фильмы Никиты Михалкова от худшего к лучшему Все фильмы Никиты Михалкова от худшего к лучшему

Дряхлые старики и ветераны утверждают, что когда-то Никита Михалков был хорош!

Maxim
Здоров ли сайт: как провести аудит самостоятельно и когда привлекать специалистов Здоров ли сайт: как провести аудит самостоятельно и когда привлекать специалистов

Как самостоятельно выявить слабые места сайта?

Inc.
Зачем в России учиться ходить под парусом Зачем в России учиться ходить под парусом

Яхтинг – отличный спорт и нагрузка для мозга одновременно

GQ
Пластичность мозга Пластичность мозга

Потрясающие факты о том, как мысли способны менять структуру и функции мозга

kiozk originals
Следовать своему пути Следовать своему пути

Преподаватель Аштанга-йоги Эдди Штерн о сострадании и преемственности в йоге

Yoga Journal
«Гарри пришел в ярость»: принц Уильям разозлил брата кознями против Меган Маркл «Гарри пришел в ярость»: принц Уильям разозлил брата кознями против Меган Маркл

Трещина в отношениях сыновей покойной принцессы Дианы

Cosmopolitan
Восхищаться без желания обладать Восхищаться без желания обладать

Почему мы тянемся к людям, которые не делают нас счастливыми?

Psychologies
9 странных предметов, найденных внутри статуй 9 странных предметов, найденных внутри статуй

Когда-то статуи считались подходящим местом, чтобы спрятать внутри что-то ценное

Maxim
Сильные мира сего Сильные мира сего

Безопасный способ обретения нечеловеческой силы

GQ
Юрский период Юрский период

Актер Юрий Колокольников рассказал, как приближается к 40-летнему юбилею

Esquire
Никита Кучеров: «В момент, когда поднимаешь кубок, кажется, что ты без сознания» Никита Кучеров: «В момент, когда поднимаешь кубок, кажется, что ты без сознания»

Интервью с обладателем Кубка Стэнли Никитой Кучеровым

GQ
Депрессия при беременности Депрессия при беременности

Эмоциональное состояние беременной женщины не отличается постоянством

9 месяцев
Малый веретенник пролетел рекордные 12200 километров без единой остановки Малый веретенник пролетел рекордные 12200 километров без единой остановки

Малый веретенник летел без остановки 11 дней

N+1
TikTok-хаусы для бабушек: как старшее поколение осваивает социальные сети и что это значит для брендов TikTok-хаусы для бабушек: как старшее поколение осваивает социальные сети и что это значит для брендов

Почему брендам пора считаться со старшей аудиторией и как с ней работать

Forbes
Новый киноязык Новый киноязык

GQ поговорил с актерами и продюсерами фильма «Кто-нибудь видел мою девчонку?»

GQ
Филипп Киркоров Филипп Киркоров

Блиц с Филиппом Киркоровым на самые сокровенные темы

ЖАРА Magazine
Сюжетные дыры и вопиющие ляпы всех-всех фильмов DC Comics Сюжетные дыры и вопиющие ляпы всех-всех фильмов DC Comics

Какие ошибки допустили создатели фильмов расширенной вселенной DC?

Maxim
Ветра и тающие льды изменили цикл питательных элементов в Байкале Ветра и тающие льды изменили цикл питательных элементов в Байкале

Эти факторы способствовали интенсивному даунвеллингу в Байкале

N+1
От строительства аэропланов до разработки гидромассажных ванн: история семьи Джакузи От строительства аэропланов до разработки гидромассажных ванн: история семьи Джакузи

Страстью братьев были самолёты, но семейные трагедии привели их к идее джакузи

VC.RU
Андреа Фацио – один из самых популярных инстаграм-блогеров Италии Андреа Фацио – один из самых популярных инстаграм-блогеров Италии

Андреа Фацио о том, как стать инфлюенсером

GQ
Не только «Паразиты»: почему корейское кино стало популярным во всем мире и какие фильмы нужно обязательно смотреть Не только «Паразиты»: почему корейское кино стало популярным во всем мире и какие фильмы нужно обязательно смотреть

Почему о корейском кино стали говорить как о мощном противнике Голливуда

Esquire
Синхронизированная активность мозга и мимикрия помогли врачам облегчить боль пациентов Синхронизированная активность мозга и мимикрия помогли врачам облегчить боль пациентов

Общение с врачом облегчает состояние у пациентов с хроническими болями

N+1
1Blocker: как программист из татарского посёлка зарабатывает миллионы с двумя сотрудниками на удалёнке 1Blocker: как программист из татарского посёлка зарабатывает миллионы с двумя сотрудниками на удалёнке

Салават Ханов — о том, что изменило его жизнь и за что он получил хейт

Inc.
Нужно ли убивать отрасль возобновляемой энергетики Нужно ли убивать отрасль возобновляемой энергетики

Что будет с российским бизнесом из-за сокращения программы ветропарков

СНОБ
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
Причины для развода: проблемы в отношениях или личностный кризис? Причины для развода: проблемы в отношениях или личностный кризис?

Как психотерапия может помочь пережить развод?

Psychologies
Путешествие на выходные: что посмотреть в Калининграде и рядом с ним Путешествие на выходные: что посмотреть в Калининграде и рядом с ним

Главные локации, наверное, самого европейского города России

Esquire
«Особое мясо» Агустины Бастеррики: провокационная антиутопия о смертельном вирусе и каннибализме «Особое мясо» Агустины Бастеррики: провокационная антиутопия о смертельном вирусе и каннибализме

10 октября на русском языке выходит антиутопия Агустины Бастеррики «Особое мясо»

Forbes
Пища счастья Пища счастья

Продукты, которые необходимо включить в рацион поздней осенью, чтобы жить лучше

Худеем правильно
Открыть в приложении