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

Изображая голод Изображая голод

Имитаторы эффектов ограничения калорий – что это за вещества

Популярная механика
Как замалчивали катастрофу в Чернобыле в 1986 году? Как замалчивали катастрофу в Чернобыле в 1986 году?

О катастрофе в Чернобыле подробно рассказывает новый сериал HBO

GQ
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

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

Популярная механика
Как защитить себя от газлайтинга в отношениях: 7 проверенных способов Как защитить себя от газлайтинга в отношениях: 7 проверенных способов

Как быстро и безошибочно вычислить газлайтера и защититься от его манипуляций

Psychologies
Чернобыльское досье КГБ Чернобыльское досье КГБ

Украинская власть за последние годы рассекретила огромный массив документов КГБ

Дилетант
Экоактивизм вместо урока биологии: кто такая 16-летняя Грета Тунберг и за что ее номинировали на Нобелевскую премию Экоактивизм вместо урока биологии: кто такая 16-летняя Грета Тунберг и за что ее номинировали на Нобелевскую премию

Шведская школьница Грета Тунберг претендует на Нобелевскую премию мира

Esquire
Рыбак на краю галактики Рыбак на краю галактики

Как Геннадий Борисов открыл комету

Популярная механика
Никита Павлюк-Павлюченко: Крушение надежд. Как падает российская авиация Никита Павлюк-Павлюченко: Крушение надежд. Как падает российская авиация

Трагедия в Шереметьево приобрела масштабы национальной катастрофы

СНОБ
Как из автомата сделать конфетку Как из автомата сделать конфетку

Можно ли улучшить автомат Калашникова?

Популярная механика
Большие проблемы от мелкого мусора Большие проблемы от мелкого мусора

Недавно появившиеся на свет мальки питаются кусочками пластикового мусора

National Geographic
Третий путь атомной энергетики Третий путь атомной энергетики

В Курчатовском институте завершается модернизация токамака Т-15

Популярная механика
Неистощимый гений Леонардо Неистощимый гений Леонардо

И через пять столетий после смерти Леонардо не спешит раскрывать свои тайны

National Geographic
Восток и его обитатели Восток и его обитатели

В озере Восток под ледовым щитом Антарктиды есть жизнь

Популярная механика
Райский остров превратился в зону бедствия Райский остров превратился в зону бедствия

Экологи насчитали 414 миллионов фрагментов пластикового мусора

National Geographic
Тачанка XXI века Тачанка XXI века

Побывали на производстве вездеходов-багги и погоняли в окрестностях Грозного

Популярная механика
Коллаборация Esquire и подкаста «180 градусов»: аудиоинтервью с журналистом Иваном Сурвилло (расшифровка тоже есть) Коллаборация Esquire и подкаста «180 градусов»: аудиоинтервью с журналистом Иваном Сурвилло (расшифровка тоже есть)

Интервью с Иваном Сурвилло — молодым журналистом и апостолом-2019

Esquire
Антикиллеры Антикиллеры

Всем разновидностям ядовитых фосфорорганических веществ противостоят антидоты

Популярная механика
Путь к сердцу Путь к сердцу

Дизайнер Маша Ларина переехала в Турцию три года назад

Seasons of life
Большая ракета Илона Маска Большая ракета Илона Маска

Сверхтяжелая ракета Big Falcon Rocket готовится вытеснить все прошлые разработки

Популярная механика
Калви попросит следствие разрешить ему участвовать в Петербургском форуме Калви попросит следствие разрешить ему участвовать в Петербургском форуме

Майкл Калви хочет принять участие в Петербургском экономическом форуме

Forbes
Наcледник «Энергии» Наcледник «Энергии»

Новейший ракетный двигатель РД-171МВ открывает нашей космонавтике будущее

Популярная механика
Первые дни украинского д’Артаньяна Первые дни украинского д’Артаньяна

Владимир Зеленский собирался сосредоточиться на внутриполитической борьбе

Эксперт
На старт, внимание На старт, внимание

Новую гонку ведущих космических держав можно считать открытой

Популярная механика
Загар: что это такое и насколько он опасен Загар: что это такое и насколько он опасен

Полезно ли для здоровья загорать?

Популярная механика
Линза по имени Солнце Линза по имени Солнце

Используя Солнце как огромную линзу, можно сделать четкий снимок экзопланеты

Популярная механика
Самые дорогие бренды мира 2019 года по версии Forbes Самые дорогие бренды мира 2019 года по версии Forbes

Forbes составил ежегодный рейтинг самых дорогих брендов мира

Forbes
Мяу по-русски Мяу по-русски

Налаживая связь с человеком, кошки изменили тональность мяуканья

Популярная механика
Бьянка Балти Бьянка Балти

Бьянка Балти — амбассадор парфюмерной линии Dolce & Gabbana

Elle
Криптовалюты. Поколение второе Криптовалюты. Поколение второе

От «цифрового золота» к полноценным деньгам

Популярная механика
Этот день мы приближали Этот день мы приближали

«СтарХит» вспоминает актеров-фронтовиков, сражавшихся за Родину

StarHit
Открыть в приложении