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

25 вещей, которые на самом деле ненавидят женщины 25 вещей, которые на самом деле ненавидят женщины

Эта статья поможет тебе прожить чуть более счастливую и долгую жизнь

Maxim
6 главных вопросов к финалу «Игры престолов» 6 главных вопросов к финалу «Игры престолов»

«Игра престолов» закончилась, а вопросы остались

Esquire
Самый знаменитый монгол Самый знаменитый монгол

Чингисхан по праву входит в пантеон величайших завоевателей

Дилетант
«Голиаф», строитель танкеров: гигант российской промышленности «Голиаф», строитель танкеров: гигант российской промышленности

Мы взобрались на хребет одной из самых больших промышленных машин на Земле

Популярная механика
6 способов защиты от болезни Альцгеймера 6 способов защиты от болезни Альцгеймера

Есть полезные привычки, которые помогут сохранить ясность ума

Psychologies
Автоматизированная система управления Автоматизированная система управления

Если у тебя нет планов на 50 лет вперед, ты их точно не проживешь

Forbes
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

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

Популярная механика
Андрей Чадов: «Жизнь помотала, благодаря этому я начал кое-что понимать в ней» Андрей Чадов: «Жизнь помотала, благодаря этому я начал кое-что понимать в ней»

Мы близки по крови и подсознательно чувствуем друг друга, я поддерживаю Алексея

Караван историй
Китайский космический флот Китайский космический флот

Для чего Поднебесной понадобилась масштабная «морская космонавтика»?

Популярная механика
Четыре археологические фальсификации Четыре археологические фальсификации

Археология является хорошим способом подзаработать

Maxim
Вояж на батарейках Вояж на батарейках

Долго ли нам осталось ждать пришествия электрической авиации?

Популярная механика
8 способов улучшить навыки общения 8 способов улучшить навыки общения

Как найти общий язык и с рабочим, и с миллиардером, и с нобелевским лауреатом

Psychologies
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

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

Psychologies
10 навыков из армии, которые очень помогают в повседневной жизни 10 навыков из армии, которые очень помогают в повседневной жизни

Не служил — не муж... Мы шутим, шутим. Шутим!

Playboy
Антикиллеры Антикиллеры

Всем разновидностям ядовитых фосфорорганических веществ противостоят антидоты

Популярная механика
Почему гендиректор российского Metro Cash & Carry досрочно покидает пост Почему гендиректор российского Metro Cash & Carry досрочно покидает пост

Джери Калмис досрочно уступит кресло гендиректора Мартину Шумахеру

Forbes
Как кофеин влияет на мозг и тело: неожиданные факты Как кофеин влияет на мозг и тело: неожиданные факты

Исследования выявили ряд интересных фактов, связанных с кофеином

Psychologies
Дружит со спортом Дружит со спортом

Как с максимальной пользой потратить время, выкроенное на тренировки?

Grazia
Горе без ума Горе без ума

Ученые вплотную приблизились к ответу на вопрос, существуют ли гены гениальности

Вокруг света
Какие друзья хороши для нас? Какие друзья хороши для нас?

Стоит выбирать тех людей, которые хотят сделать мир лучше, а не хуже

Psychologies
Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
Опыт читателя: создаем видеонаблюдение на даче своими силами Опыт читателя: создаем видеонаблюдение на даче своими силами

Можно использовать готовые решения или создать свое

CHIP
Третий путь атомной энергетики Третий путь атомной энергетики

В Курчатовском институте завершается модернизация токамака Т-15

Популярная механика
5 ключей к публичному выступлению 5 ключей к публичному выступлению

Умение убеждать становится насущной необходимостью

Psychologies
Пистолет Лебедева Пистолет Лебедева

Новинка концерна «Калашников» – пистолет Лебедева ПЛ-15

Популярная механика
Бедный мальчик Бедный мальчик

Кто помогает Абрамовичу-младшему заниматься бизнесом

Forbes
Электрическая ракета, которая изменит войну Электрическая ракета, которая изменит войну

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

Популярная механика
“Это не панацея и не гарантия счастья” “Это не панацея и не гарантия счастья”

Важен ли секс для нашего физического и психического благополучия

Psychologies
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
Взросление в стиле рэп: Tyler, the Creator и его странный (и самый обсуждаемый) альбом IGOR Взросление в стиле рэп: Tyler, the Creator и его странный (и самый обсуждаемый) альбом IGOR

Чем хорош новый альбом Tyler, the Creator, и зачем рэперам жанровые эксперименты

Esquire
Открыть в приложении