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, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Мы выбираем друг друга не случайно Мы выбираем друг друга не случайно

Выбор партнера предопределен всем предшествующим ходом нашей жизни

Psychologies
Обратная связь Обратная связь

Уже 30 лет на «Кинотавре» выбирают главные фильмы страны

GQ
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

Как понять, кого нужно избегать? Да и нужно ли на самом деле?

Psychologies
Стандарт разговоров о травме: «Дрянь» (Fleabag) — блестящий сериал о вине, любви и одиночестве Стандарт разговоров о травме: «Дрянь» (Fleabag) — блестящий сериал о вине, любви и одиночестве

Эффектная британская драмеди 2016 года в духе «Девочек» и «Матрешки»

Esquire
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

Время 4G на исходе. 5G серьезно изменит нашу жизнь

Популярная механика
Спасибо, «Игра престолов»!  Актеры, которых мы полюбили благодаря фэнтези-саге Спасибо, «Игра престолов»!  Актеры, которых мы полюбили благодаря фэнтези-саге

Какими актеры пришли на съемки «Игры престолов» и как фильм изменил их жизнь

Cosmopolitan
Антикиллеры Антикиллеры

Всем разновидностям ядовитых фосфорорганических веществ противостоят антидоты

Популярная механика
Когда в постели уже трое: 5 стереотипов о сексе во время беременности Когда в постели уже трое: 5 стереотипов о сексе во время беременности

Многие пары отказываются от секса во время беременности

СНОБ
Следи за собой Следи за собой

Статистика знает все обо всех, но ничего не скажет о конкретном человеке

Популярная механика
Злость: выражать нельзя подавлять? Злость: выражать нельзя подавлять?

Мы часто боимся выражать злость и проявлять гнев в близких отношениях

Psychologies
Сколько чувств надо человеку? Сколько чувств надо человеку?

Классические пять чувств к XXI веку выглядят безусловно наивными

Популярная механика
Как бывший чиновник из России развивает сеть детских парков «Кидзания» в США Как бывший чиновник из России развивает сеть детских парков «Кидзания» в США

Как россиянину удалось найти влиятельных партнеров на американском рынке

Forbes
Мяу по-русски Мяу по-русски

Налаживая связь с человеком, кошки изменили тональность мяуканья

Популярная механика
Mind, soul & rave Mind, soul & rave

Новый глобальный тренд на рейвы на ЗОЖе

Собака.ru
На старт, внимание На старт, внимание

Новую гонку ведущих космических держав можно считать открытой

Популярная механика
В России разработан телефон с квантовым шифрованием. Его цена 30 миллионов рублей В России разработан телефон с квантовым шифрованием. Его цена 30 миллионов рублей

Давай попробуем понять, что за зверь такой, этот квант безопасности

Maxim
10 арктических машин 10 арктических машин

Десять достойных упоминания арктических вездеходов

Популярная механика
Машина, которая не боится аварий: необычный Mercedes в деталях Машина, которая не боится аварий: необычный Mercedes в деталях

Что нас ждет в будущем от Mercedes?

РБК
Электрическая ракета, которая изменит войну Электрическая ракета, которая изменит войну

Барражирующие боеприпасы «Ланцет», которые могут в корне изменить войны будущего

Популярная механика
Женщины говорят: беременность после рака груди Женщины говорят: беременность после рака груди

Опыт Наташи, которая прошла шесть курсов химиотерапии и готовится стать мамой

Vogue
Гитлер и Сталин как полководцы Гитлер и Сталин как полководцы

Расследование военного историка Алексея Исаева

Популярная механика
Лен идет в рост Лен идет в рост

Смоленская область может занять ведущие позиции по переработке льняного волокна

РБК
Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
Как перестать беспокоиться и полюбить триатлон: эксперимент MAXIM Как перестать беспокоиться и полюбить триатлон: эксперимент MAXIM

Подготовка к триатлону на личном опыте редакции

Maxim
Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
В какое время лучше заниматься спортом? (Спойлер: от твоего выбора зависит результат) В какое время лучше заниматься спортом? (Спойлер: от твоего выбора зависит результат)

Важно ли то, когда именно заниматься спортом? Давай выясним!

Playboy
Криптовалюты. Поколение второе Криптовалюты. Поколение второе

От «цифрового золота» к полноценным деньгам

Популярная механика
«Facebook должен быть разрушен»: сооснователь соцсети выступил против Марка Цукерберга «Facebook должен быть разрушен»: сооснователь соцсети выступил против Марка Цукерберга

Как предлагает уничтожить бизнес Facebook бывший соратник Цукерберга

Forbes
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
«Сцена заставляет от многого отказаться» «Сцена заставляет от многого отказаться»

В мае этого года Alekseev выпускает свой второй альбом — «Моя звезда»

OK!
Открыть в приложении