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 /
-11:54
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

Воздушный бой Воздушный бой

Дроны-истребители, способные уничтожать разведывательные и ударные беспилотники

Популярная механика
Пять лет эмбарго. К чему привели продуктовые контрсанкции Пять лет эмбарго. К чему привели продуктовые контрсанкции

Ценники на отечественные товары по-прежнему реагируют на изменение курса рубля

Forbes
Иллюзия успеха Иллюзия успеха

Четыре истории о талантливых мастерах пускать пыль в глаза

Популярная механика
Джентльмены предпочитают блондинок. 9 мифов о Мэрилин Монро Джентльмены предпочитают блондинок. 9 мифов о Мэрилин Монро

Биография секс-символа Голливуда обросла легендами

Вокруг света
Новое начало Новое начало

Если вы хотите начать долгосрочные изменения, попробуйте простую практику

Yoga Journal
Балет о Габриэль Шанель и еще пять спектаклей июня Балет о Габриэль Шанель и еще пять спектаклей июня

Светлана Захарова в Большом театре, «Нэнси» Ивана Вырыпаева в «Современнике»

Vogue
Антикиллеры Антикиллеры

Всем разновидностям ядовитых фосфорорганических веществ противостоят антидоты

Популярная механика
Какие сказки нужно читать искусственному интеллекту? Какие сказки нужно читать искусственному интеллекту?

Чтобы ИИ не восстал против создателей, нужно читать ему правильные сказки

Популярная механика
Творческий прорыв Творческий прорыв

Как выйти из зоны комфорта с помощью креативности

Yoga Journal
Эмоциональный робот: как российский стартап меняет индустрию клиентских коммуникаций Эмоциональный робот: как российский стартап меняет индустрию клиентских коммуникаций

Основатели Neuro.net создали робота, не отличимого от реального собеседника

РБК
Судьба разведчика Судьба разведчика

Под покровом секретности на Урале в 1962 году случился международный скандал

Популярная механика
На острове Velvet На острове Velvet

15 лет назад Алёна Михайлова и Лиана Меладзе основали продюсерскую компанию

OK!
Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
Физики изучили свойства жидкого углерода Физики изучили свойства жидкого углерода

Ученые расплавили графит и изучили свойства жидкой формы углерода

ТехИнсайдер
Дети редакции Дети редакции

Российский биолог, кажется, нашел повод изменить ДНК человеческого эмбриона

Популярная механика
Откровения Шагала Откровения Шагала

Марк Шагал, имя которого в советской прессе упоминалось с порицанием

Дилетант
На грани слышимости: нейтринные коммуникации для подводного флота На грани слышимости: нейтринные коммуникации для подводного флота

Современные субмарины становятся неслышимы и невидимы для радаров

Популярная механика
США анонсировали скорые санкции против «Северного потока — 2» США анонсировали скорые санкции против «Северного потока — 2»

Белый дом скоро может ввести санкции против «Северного потока — 2»

Forbes
Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
Политика погубила Нью-Йорк в симуляции армагеддона Политика погубила Нью-Йорк в симуляции армагеддона

По результатам симуляции армагеддона большая часть Нью-Йорка лежит в руинах

Популярная механика
Техпарад Техпарад

Новости мира науки и техники

Популярная механика
Правило № 42: Как вырастить лидера Правило № 42: Как вырастить лидера

Коуч Алексей Ситников учит планировать высокий полет для всей семьи

Tatler
Вау-кубик больше, чем игрушка Вау-кубик больше, чем игрушка

WOWCube – проект нижегородского IT-бизнесмена Ильи Осипова и его 14-летнего сына

Популярная механика
Как приземлить дебошира Как приземлить дебошира

Правонарушений на борту самолетов год от года становится больше

РБК
Китайский космический флот Китайский космический флот

Для чего Поднебесной понадобилась масштабная «морская космонавтика»?

Популярная механика
Как выбрать беспроводную мышь для ноутбука? Как выбрать беспроводную мышь для ноутбука?

Выбираем манипулятор типа "мышь" для переносного ПК

CHIP
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

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

Psychologies
Прогулка по истории Прогулка по истории

Для умиротворенного уик-энда Сенигаллия подходит идеально

Quattroruote
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
От Starbucks до Baskin Robbins. Где в США можно заплатить криптовалютой От Starbucks до Baskin Robbins. Где в США можно заплатить криптовалютой

Купить кофе в Starbucks за криптовалюту

Forbes
Открыть в приложении