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 посмотреть на Солнце в телескоп Как посмотреть на Солнце в телескоп

Как можно посмотреть на Солнце без всякого вреда для здоровья

Популярная механика
8 волнующих фактов о канкане 8 волнующих фактов о канкане

Пляши — сегодня день рожденья у канкана!

Maxim
Глава «Одноклассников» — РБК: «YouTube для нас опаснее, чем мессенджеры» Глава «Одноклассников» — РБК: «YouTube для нас опаснее, чем мессенджеры»

Глава «Одноклассников рассказал, почему в соцсети мало политики

РБК
«Тюрьма — это отражение нашего общества». Интервью с автором первой российской документалки на Netflix «Тюрьма — это отражение нашего общества». Интервью с автором первой российской документалки на Netflix

Ангелина Голикова сняла фильм о легендарном санкт-петербургском СИЗО «Кресты»

Forbes
Стать лучше! Стать лучше!

15 практик для построения продуктивных отношений на работе

kiozk originals
Российские журналисты о происходящем в Нагорном Карабахе Российские журналисты о происходящем в Нагорном Карабахе

Журналисты про обострение конфликта в Нагорном Карабахе

СНОБ
Франчайзи отвечают сиюминутным запросам потребителей Франчайзи отвечают сиюминутным запросам потребителей

Пандемия стала драйвером роста для отдельных сегментов рынка франчайзинга

РБК
Детеныш малой панды нападает на маму из засады: видео Детеныш малой панды нападает на маму из засады: видео

Очаровательный Пабу уже вовсю играет снаружи логова и познает окружающий мир

National Geographic
Бар Рафаэли, модель Бар Рафаэли, модель

Известная израильская модель, за внешностью которой скрываются повороты судьбы

Худеем правильно
Большие маленькие деньги Большие маленькие деньги

Татьяна Алешичева о быте и нравах Верхнего Ист-Сайда в сериале Дэвида Келли

Weekend
Как пандемия повлияла на цифровизацию индустрии культуры и искусства Как пандемия повлияла на цифровизацию индустрии культуры и искусства

О переходе музеев в онлайн-формат

СНОБ
Первая легальная ГМ-пшеница вырастет в Аргентине Первая легальная ГМ-пшеница вырастет в Аргентине

Ученые нашли способ модифицировать пшеницу и делать ее устойчивой к засухе

N+1
Что будет с размером города Что будет с размером города

Какими станут города в будущем и что произойдет с миллионниками

Weekend
Стыдное удовольствие: как резиновые клоги уз «уродливых» становятся модными Стыдное удовольствие: как резиновые клоги уз «уродливых» становятся модными

Как неказистые клоги перешли из категории ugly shoes в разряд модных

Esquire
Ну ты и фрукт! Ну ты и фрукт!

Часто причиной лишнего веса становится чрезмерное потребление фруктов

Худеем правильно
Рошин Мерфи Рошин Мерфи

Певица, 47 лет, Арклоу, Ирландия

Esquire
Йогурт как биооружие: нужно ли лечить дисбактериоз Йогурт как биооружие: нужно ли лечить дисбактериоз

Существует ли диагноз «дисбактериоз» и от чего нас лечат

Популярная механика
Дом общественного ткача Дом общественного ткача

Общественные ткачи строят гнезда, в которых могут поселиться около сотни пар

National Geographic
Черная дыра сделала теорию Эйнштейна надежнее в 500 раз Черная дыра сделала теорию Эйнштейна надежнее в 500 раз

Появилось очередное доказательство теории относительности Эйнштейна

Популярная механика
Топ-5 самых странных и безумных книг за всю историю Топ-5 самых странных и безумных книг за всю историю

Книги, достойные «библиотеки безумца»

Популярная механика
«Сама себе лейбл»: как певица Манижа борется со стереотипами и насилием и зарабатывает десятки миллионов рублей в год «Сама себе лейбл»: как певица Манижа борется со стереотипами и насилием и зарабатывает десятки миллионов рублей в год

Манижа Сангин несколько раз начинала строить музыкальную карьеру

Forbes
Нобелевскую премию по химии присудили за метод редактирования генома Нобелевскую премию по химии присудили за метод редактирования генома

Лауреатами Нобелевской премии по химии 2020 года стали две женщины

N+1
Идеальная пятёрка для домашнего тренинга Идеальная пятёрка для домашнего тренинга

Топ-5 предметов, которые помогут поддерживать форму дома

Худеем правильно
Отрывок из книги «Так вышло. 29 вопросов новой этики и морали» Отрывок из книги «Так вышло. 29 вопросов новой этики и морали»

Глава из книги Екатерины Кронгауз, посвященная Илье Хржановскому

СНОБ
На морском дне у берегов Австралии нашли узоры. Вероятно, их делает рыба из семейства иглобрюхих На морском дне у берегов Австралии нашли узоры. Вероятно, их делает рыба из семейства иглобрюхих

Раньше такие конструкции на песке находили только возле берегов Японии

National Geographic
Вода и потеря веса: сколько нужно ее пить, чтобы похудеть Вода и потеря веса: сколько нужно ее пить, чтобы похудеть

Все, что нужно знать о влиянии Н2О на процесс избавления от лишних кило

Playboy
В Нью-Мексико найден самый длинный маршрут древнего человека В Нью-Мексико найден самый длинный маршрут древнего человека

Ученые рассказывают о путешествии матери и ее ребенка через грязное русло реки.

Популярная механика
Нина Шацкая: «Я очень долго стучалась в закрытые двери» Нина Шацкая: «Я очень долго стучалась в закрытые двери»

Нина Шацкая — о своем опыте участия в конкурсах, пении и музыкальной карьере

Караван историй
Геймерские устройства: чем они реально отличаются от обычных Геймерские устройства: чем они реально отличаются от обычных

Есть ли действительно какая-то польза от игровых аксессуаров?

CHIP
Чудо техники: как пользоваться моющим пылесосом Чудо техники: как пользоваться моющим пылесосом

Как выбрать моющий пылесос: критерии и рекомендации

Cosmopolitan
Открыть в приложении