A Roszatom üzemanyag-divíziója (TVEL) folyamatosan fejleszti a nukleáris üzemanyagot: növeli annak biztonságát, valamint kutatás-fejlesztési tevékenységet folytat a zárt nukleáris üzemanyagciklus (ZÜC) megvalósítása és az urán energetikai potenciáljának maximális kihasználása érdekében. Az alábbiakban az e területen elért legújabb eredményeket mutatjuk be.
A rosztovi atomerőmű 2. blokkján befejeződött a toleráns nukleáris üzemanyag kísérleti-ipari üzemeltetésének utolsó ciklusát. A „toleráns” kifejezés azt jelenti, hogy az üzemanyag fokozottan ellenáll a nem üzemszerű (üzemzavari) helyzeteknek. Az üzemanyag-kazettákat 2021-ben töltötték be a VVER-1000 reaktorba, és egy teljes üzemeltetési ciklust teljesítettek – három, egyenként 18 hónapos kampány során. A kísérleti-ipari üzemeltetés során három kombinált, TVS-2M típusú kazettát alkalmaztak, egyenként 12 fűtőelemmel. Ezek közül hatban 42KhNM króm-nikkel ötvözetet alkalmaztak, a többi kazetta burkolata pedig krómozott cirkóniumötvözetből készült. Az új anyagok lehetővé teszik, hogy üzemzavari helyzet esetén teljes mértékben kizárják vagy jelentősen lelassítsák a cirkónium-vízgőz reakció lefolyását a reaktor aktív zónájában.
„Az összes tényező – gazdasági, technológiai, szabályozási és eljárási szempontok – együttes figyelembevételével az ipari bevezetés szempontjából a legoptimálisabb megoldást a klasszikus cirkóniumötvözetből készült, krómbevonattal ellátott burkolatok jelentik. A toleráns üzemanyagfejlesztési program egy további, a zárt nukleáris üzemanyagciklus megvalósítása szempontjából fontos eredményt is hozott. A krómozott felület tulajdonságai lehetővé teszik számos manuális művelet elhagyását a VVER-reaktorokhoz szánt nukleáris üzemanyag gyártása során. „A személyzet nélküli gyártás elengedhetetlen feltétele a regenerált uránt és plutóniumot tartalmazó üzemanyag ipari előállításának” – magyarázta Alekszandr Ugrjumov, a TVEL tudományos és műszaki tevékenységért felelős alelnöke.
A Balakovói Atomerőmű 1. blokkján befejeződött a REMIX-üzemanyagon alapuló fűtőelem-kötegek kísérleti-ipari üzemeltetésének harmadik, 18 hónapos ciklusa. A REMIX-üzemanyag a VVER-reaktorok kiégett nukleáris fűtőanyagából származó regenerált urán és plutónium keverékén alapul. A tervek szerint a REMIX-üzemanyagot könnyűvizes reaktorokban fogják alkalmazni. Ezáltal ezek a reaktorok bevonhatók a zárt nukleáris üzemanyagciklusba (ZÜC).
Hat üzemanyag-kazettát teljes egészében innovatív fűtőelemekkel szereltek fel, majd 2021 végén betöltötték a VVER-1000 reaktorba. Az üzemeltetés során nem észleltek eltéréseket, a neutronfizikai és élettartam-jellemzők a tervezési értékek határain belül maradtak. A hat kazettából az utolsó hármat 2026 márciusában emelték ki az aktív zónából. A toleráns burkolattal ellátott kazettákhoz hasonlóan ezek is három, egyenként 18 hónapos üzemanyag-ciklust teljesítettek. Az aktív zónából történő kiemelést követően a besugárzott fütőelem-kazettákat a pihentető medencébe helyezték. Ott már három olyan kazetta is található, amelyeket 2024-ben, a második üzemanyag-kampány befejezését követően emeltek ki. A lehűtött kötegeket a Dimitrovgradban található kutatóintézetbe szállítják további, reaktor utáni vizsgálatok céljából.
” A kísérleti fűtőelemek, majd a teljes értékű üzemanyag-kazetták üzemeltetésének köszönhetően közel 10 év tapasztalatot halmoztunk fel a REMIX-üzemanyag nagy teljesítményű, kereskedelmi reaktorban történő besugárzásával kapcsolatban. A besugárzott fűtőelemek posztreaktoros vizsgálatainak elvégzését követően képesek leszünk minősíteni, és a világon elsőként piacra kínálni a VVER-reaktorokhoz készült urán–plutónium üzemanyagot. A következő lépés a szegényített uránt és legfeljebb 5% plutóniumot tartalmazó üzemanyaggal szerelt kazetták betöltése a VVER-reaktorba. Így a kiegyensúlyozott nukleáris üzemanyagciklus koncepcióján belül a termékek és megoldások teljes skáláját hozzuk létre, a regenerált urántól kezdve a különböző urán-plutónium összetételekig” – nyilatkozta Alekszandr Ugrjumov.
Az üzemanyag-divízió tudósai kidolgozták a nitrogén-15 izotóp előállítására a vegyes nitrid urán-plutónium (SNUP-) üzemanyag következő generációjához. A tervek szerint ezt az üzemanyagot a Proriv projekt keretében, a BREST-OD-300 gyorsneutronos reaktorban fogják alkalmazni.
Mivel a nitrogén-15 gyakorlatilag nem nyeli el a neutronokat, az aktív zónában nagyobb neutronfluxus alakul ki. Ezért a nitrogén-15 alkalmazása elméletileg lehetővé teszi a reaktorba töltött fűtőanyag mennyiségének csökkentését. Emellett a nitrogén-15 alkalmazásával csökken a nemkívánatos szén-14 képződése is. Mindez javítja a reaktor gazdasági és üzemeltetési jellemzőit.
A nitrogén-15 előállításához kétfázisú gáz-folyadék rendszerekben a Bocsvar Intézetben egy nagyléptékű laboratóriumi próbapadot hoztak létre, tesztelték és optimalizálták a nagy dúsítású izotóp előállításának technológiai paramétereit, valamint legyártották az első terméktételt.
” A gyorsreaktorokhoz kapcsolódó üzemanyag-kutatásaink egyidejűleg kiterjednek a korszerű üzemanyag- és szerkezeti anyagokra, az urán-plutónium üzemanyag gyártási technológiáira, valamint annak újrafeldolgozási megoldásaira. Mindezek a fejlesztések a fenntartható fejlődés paradigmájába illeszkedve az energetikai és környezeti biztonságot, valamint az atomerőművek nyersanyagbázisának lehető legnagyobb mértékű bővítését szolgálják a radioaktív hulladék és kiégett nukleáris üzemanyag mennyiségének minimalizálása mellett” – összegezte Alekszandr Ugrjumov.
