Толерантное послезавтра

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 и читайте статьи из популярных журналов

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Мама, это не игрушки Мама, это не игрушки

Киберспорт – профессия, индустрия и бизнес будущего

Популярная механика, март'19
Слоны и машины Слоны и машины

Циркачи ищут новые способы развлекать публику

Популярная механика, апрель'19
Окна Анны Окна Анны

Мы готовы запустить сорокаметровую фигуру актрисы Анны Михайловской в космос

Maxim, июнь'19
Лечение ротавирусной инфекции (осторожно, она очень заразна) Лечение ротавирусной инфекции (осторожно, она очень заразна)

Поговорим о признаках и лечении ротавирусных инфекций

Лиза, май'19
Золото помогает изменить гены человека Золото помогает изменить гены человека

Систему CRISPR можно доставить в человеческие клетки с помощью наночастиц золота

Forbes, май'19
Обнаружена одна из самых редких звезд нашей Галактики Обнаружена одна из самых редких звезд нашей Галактики

Во всем Млечном Пути существует лишь несколько подобных объектов

National Geographic, май'19
Странная геометрия Странная геометрия

В дизайне ковров и обоев новый тренд — окончательный слом стереотипов

SALON-Interior, июнь'19
Ученые: фильмы про супергероев помогают избавиться от фобий и поверить в себя Ученые: фильмы про супергероев помогают избавиться от фобий и поверить в себя

Даже плакат с Суперменом может мотивировать на маленькие, но подвиги

Maxim, май'19
Стая рыбок в каменном плену: необычный отпечаток эпохи эоцена Стая рыбок в каменном плену: необычный отпечаток эпохи эоцена

Известняковая сланцевая плита, сохранившая окаменелости

National Geographic, май'19
Черное зеркало, светлая сторона Черное зеркало, светлая сторона

С тех пор как айфон узнает нас в лицо, мы живем в новой реальности

Glamour, июнь'19
Оракул из Апопки: встречайте Эдди Брауна, героя одной из величайших нерассказанных историй Уолл-стрит Оракул из Апопки: встречайте Эдди Брауна, героя одной из величайших нерассказанных историй Уолл-стрит

Как темнокожий инженер заработал многомиллионное состояние на бирже

Forbes, май'19
Массовые вымирания оказались связаны с удушьем Массовые вымирания оказались связаны с удушьем

Исследователи изучили соотношения изотопов серы и углерода в известняках Якутии

Популярная механика, май'19
7 лучших игровых новинок 2019 года 7 лучших игровых новинок 2019 года

Самое время собрать игры, которые понравились нам больше всего

CHIP, май'19
Нацистская Нацистская

«Фюрербункер» в подвале Имперской канцелярии был довольно сложным

Популярная механика, май'19
Миссия золотой рыбки Миссия золотой рыбки

Жаренные во фритюре рыба с картошкой помогли англичанам выжить в двух войнах

Вокруг света, июнь'19
Omega перевыпустили часы Speedmaster Omega перевыпустили часы Speedmaster

Швейцарский бренд снова представил модель, когда-то побывавшую в космосе

Esquire, май'19
Не все коту Масленица Не все коту Масленица

Любая из нас может услышать «Не знаю, готов ли я к серьезным отношениям»

Cosmopolitan, июнь'19
Переутомление и другие причины обморока у женщин (мы знаем, как этого не допустить) Переутомление и другие причины обморока у женщин (мы знаем, как этого не допустить)

О причинах обморока, симптомах и как можно помочь пострадавшему

Лиза, май'19
Вездесущий Блюмкин Вездесущий Блюмкин

История журнала — это и его авторы

Огонёк, май'19
Наталья Жванецкая: «Михал Михалыч — непоседа!» Наталья Жванецкая: «Михал Михалыч — непоседа!»

«Однажды на мой упрек сказал: Не делай так, чтобы я боялся возвращаться домой»

Караван историй, июнь'19
Прогноз на один тур Прогноз на один тур

Социологи оценили шансы 16 глав регионов на победу в сентябрьских выборах

РБК, май'19
10 мифов о «химии» в нашей еде (и кому выгодно их распространять) 10 мифов о «химии» в нашей еде (и кому выгодно их распространять)

Так ли страшна «химия», которой удобряют и защищают растения

Лиза, май'19
Текущие планы Текущие планы

Куда поехать тем, кто любит отдых у воды? В термы или на море?

Cosmopolitan, июнь'19
Смерть за деньги. Почему на Эвересте образовалась очередь, из-за которой гибнут альпинисты Смерть за деньги. Почему на Эвересте образовалась очередь, из-за которой гибнут альпинисты

Дорогая путевка на самую высокую вершину планеты не гарантирует жизнь

Forbes, май'19
Два монстра круче “Годзиллы-2” — от обладателя “Золотой пальмовой ветви” Два монстра круче “Годзиллы-2” — от обладателя “Золотой пальмовой ветви”

30 мая в российский прокат вышел «Годзилла-2: Король монстров»

Esquire, май'19
В понедельники больше никогда В понедельники больше никогда

Музею изобразительных искусств им. Пушкина становится тесно в столице

СНОБ, июнь'19
Жизнь в искусстве Жизнь в искусстве

Живописные полотна и арт-объекты способны наполнить любое место новой аурой

СНОБ, июнь'19
Рот на замок Рот на замок

Во всем ли стоит сознаваться?

StarHit, май'19
Для чего смартфону несколько камер? Для чего смартфону несколько камер?

Зачем нужна мультикамерная архитектура и почему смартфоны стали трехглазыми

CHIP, май'19
«Осторожно! Горячо!»: самые сексуальные сцены в истории кино «Осторожно! Горячо!»: самые сексуальные сцены в истории кино

«Дневник памяти», «Искупление», «Исчезнувшая» и другие легендарные фильмы

Лиза, май'19