Может ли топливо быть устойчивым к нештатным ситуациям на АЭС? Учёные-ядерщики, ведущие разработки такого топлива, дают положительный ответ на этот вопрос. Причём, такое топливо может применяться как на строящихся атомных электростанциях, так и на уже действующих. Российские ядерщики и в этом направлении оказались на шаг впереди коллег. Разбираемся в особенностях ядерного топлива нового поколения безопасности и перспективах его применения.
Если для обычной печи достаточно нарубить дров или накопать угля, то в случае с АЭС процессы, связанные производством топлива, требуют сложной и многоэтапной подготовки. Радиоактивное вещество, извлеченное особыми способами из природного переработанного сырья, помещают в виде топливных таблеток в трубки из особого сплава редкого металла - циркония. Это и есть тепловыделяющие элементы, или твэлы, которые служат барьером между радиоактивным веществом и теплоносителем. Собранные в пучки твэлы называются тепловыделяющими сборками (ТВС), они являются основными единицами ядерного топлива.
Уроки прошлого заставили ядерное сообщество вывести вопросы безопасности на новый уровень. Так появилась идея создать толерантное, то есть устойчивом к авариям топливо (Accident Tolerant and Advanced Technology Fuels- ATF). ATF представляет собой новую технологию, повышающую безопасность и энергетические характеристики ядерного топлива. В ядерном сообществе его относят к топливу нового поколения безопасности.
Где создают толерантное топливо
В географию разработок ATF на сегодня входят такие страны, как Россия, США, Франция и Китай. Цель многих программ заключается в разработке новых материалов оболочки и топливных таблеток, которые обладают повышенной устойчивостью к потере охлаждения в активной зоне, при этом сохраняя или улучшая характеристики топлива. Особое внимание мирового ядерного сообщества привлекают российские разработки толерантного топлива, которые в прошлом году вышли на промышленное применение.
Топливная компания Росатома «ТВЭЛ» разрабатывает ATF для использования в российских реакторах ВВЭР и реакторах западного дизайна PWR. Реакторные испытания российского толерантного топлива ведутся с начала 2019 года. Экспериментальные тепловыделяющие сборки, которые уже прошли три полных цикла реакторных испытаний в исследовательском реакторе МИР в Научно-исследовательском институте атомных реакторов, содержат твэлы с четырьмя вариантами сочетаний материалов оболочки и топливной таблетки. Все твэлы по итогам исследований остались герметичны. А в сентябре 2021 года на втором энергоблоке Ростовской АЭС началась эксплуатация комбинированных ТВС, каждая из которых содержит по 12 твэлов в ATF-исполнении.
Новые законы подстёгивают прогресс
Под давлением энергокризиса и нарастающих климатических проблем, большая часть Евросоюза поддерживает развитие мирного атома, признавая, что новые решения и достижения учёных позволят решить проблему нехватки электроэнергии и спасти планету от парникового эффекта.
Разработкам и распространению усовершенствованных и эффективных решений, включая ядерное топливо, может способствовать новый климатический закон в Европе, известный как Дополнительный делегированный закон (CDA), принятый Еврокомиссией в начале февраля этого года. В документе отмечается появление ATF-топлива, а также подчёркивается, что «использование этого вида топлива должно быть установлено в качестве требования в критериях технического отбора» новых проектов АЭС. Так, начиная с 2025 года, существующие и новые строительные проекты АЭС должны использовать толерантное топливо, сертифицированное и одобренное национальным регулятором.
Атомная энергетика не останавливается в своём развитии. Многие эксперты уверены, что высокие показатели безопасности сегодняшних АЭС, дополненные использованием толерантного топлива, будут обеспечивать максимальную безопасность, экономичность и экологичность атомной энергетики.