Divisi Bahan Bakar Rosatom (TVEL) terus menyempurnakan bahan bakar nuklir: meningkatkan tingkat keselamatannya serta mengembangkan solusi untuk mewujudkan siklus bahan bakar nuklir tertutup dan pemanfaatan maksimum potensi energi uranium. Berikut adalah pencapaian terbaru di bidang ini.
Pada unit daya No. 2 PLTN Rostov, siklus terakhir uji coba industri bahan bakar nuklir toleran telah selesai. Istilah “toleran” berarti memiliki ketahanan lebih tinggi terhadap kondisi darurat. Rakitan bahan bakar dimuat ke dalam reaktor VVER-1000 pada tahun 2021 dan menjalani siklus operasi penuh yaitu tiga kampanye bahan bakar masing-masing selama 18 bulan. Dalam uji operasi ini digunakan tiga rakitan gabungan desain TVS-2M dengan masing-masing 12 batang bahan bakar (fuel rod). Enam di antaranya menggunakan paduan kromium-nikel 42KhNM, sementara kelongsong sisanya dibuat dari paduan zirkonium dengan pelapisan kromium. Material baru ini memungkinkan dalam kondisi darurat untuk sepenuhnya mencegah atau memperlambat reaksi uap-zirkonium di dalam teras reaktor.
“Jika mempertimbangkan seluruh faktor seperti ekonomi, teknologi, regulasi, dan prosedur, solusi optimal untuk implementasi industri adalah kelongsong dari paduan zirkonium konvensional dengan pelapisan kromium. Program pengembangan bahan bakar toleran juga memberikan hasil lain yang penting bagi penutupan siklus bahan bakar nuklir. Sifat permukaan berlapis krom memungkinkan penghapusan sejumlah operasi manual dalam fabrikasi bahan bakar nuklir untuk reaktor VVER. Fabrikasi tanpa kehadiran manusia merupakan syarat penting untuk produksi industri bahan bakar berbasis uranium dan plutonium hasil regenerasi,” jelas Wakil Presiden bidang sains dan teknologi TVEL, Alexander Ugryumov.
Pada unit daya No. 1 PLTN Balakovo, siklus ketiga selama 18 bulan uji coba industri rakitan bahan bakar berbasis bahan bakar REMIX telah selesai. Bahan bakar ini menggunakan campuran uranium hasil regenerasi dan plutonium dari bahan bakar nuklir bekas reaktor VVER. Direncanakan bahwa REMIX akan digunakan dalam reaktor termal air ringan, sehingga reaktor tersebut dapat diintegrasikan ke dalam siklus bahan bakar nuklir tertutup.
Enam rakitan bahan bakar sepenuhnya dilengkapi dengan batang bahan bakar inovatif dan dimuat ke dalam reaktor VVER-1000 pada akhir tahun 2021. Selama operasi tidak ditemukan penyimpangan, sementara karakteristik neutronik dan umur pakai tetap berada dalam batas desain. Tiga rakitan terakhir dari enam tersebut dikeluarkan dari teras reaktor pada Maret 2026. Rakitan ini, seperti halnya rakitan dengan kelongsong toleran, telah melewati tiga siklus bahan bakar masing-masing selama 18 bulan. Setelah dikeluarkan dari teras, rakitan bahan bakar ditempatkan di kolam bahan bakar nuklir bekas (spent fuel pool). Di sana sudah terdapat tiga rakitan yang dikeluarkan pada tahun 2024 setelah menyelesaikan kampanye bahan bakar kedua. Setelah pendinginan, rakitan tersebut akan dikirim ke institut riset di kota Dimitrovgrad untuk penelitian pascareaktor.
“Dengan mempertimbangkan operasi batang bahan bakar eksperimental dan kemudian rakitan bahan bakar penuh, kami telah mengumpulkan hampir 10 tahun pengalaman iradiasi bahan bakar REMIX di reaktor komersial berdaya besar. Setelah menyelesaikan penelitian pascareaktor terhadap batang bahan bakar yang telah teriradiasi, kami akan dapat melakukan kualifikasi dan untuk pertama kalinya di dunia menawarkan bahan bakar uranium-plutonium untuk reaktor VVER ke pasar. Langkah berikutnya adalah memuat rakitan bahan bakar uranium-plutonium ke dalam reaktor VVER yang mengandung uranium terdeplesi dan hingga 5% plutonium. Dengan demikian, kami membangun lini lengkap produk dan solusi dalam konsep siklus bahan bakar nuklir seimbang, mulai dari uranium hasil regenerasi hingga berbagai komposisi uranium-plutonium,” ujar Alexander Ugryumov.
Para ilmuwan dari Divisi Bahan Bakar mengembangkan metode industri untuk produksi isotop nitrogen-15 yang digunakan dalam pembuatan generasi berikutnya bahan bakar nitrida campuran uranium-plutonium (SNUP). Bahan bakar ini direncanakan untuk digunakan dalam proyek “Proryv” pada reaktor neutron cepat BREST-OD-300.
Karena nitrogen-15 hampir tidak menyerap neutron, jumlah neutron dalam teras reaktor akan lebih besar. Oleh karena itu, penggunaan nitrogen-15 secara teoritis memungkinkan pengurangan volume bahan bakar yang dimuat ke dalam reaktor. Selain itu, penggunaan nitrogen-15 juga mengurangi pembentukan karbon-14 yang tidak diinginkan. Semua ini meningkatkan karakteristik ekonomi dan operasional reaktor.
Untuk memproduksi isotop nitrogen-15 dalam sistem gas-cair dua fase, Institut Bochvar membangun fasilitas laboratorium skala besar tempat teknologi untuk memproduksi isotop yang sangat diperkaya diuji dan dioptimalkan, dan batch produk pertama diproduksi.
“Penelitian kami mengenai bahan bakar untuk reaktor cepat mencakup material bahan bakar dan material struktural yang prospektif, teknologi fabrikasi bahan bakar uranium-plutonium, serta solusi untuk pengolahannya. Semua pengembangan ini ditujukan untuk menjamin keselamatan energi dan lingkungan dalam kerangka pembangunan berkelanjutan, sekaligus memperluas basis sumber daya PLTN secara maksimal dengan meminimalkan limbah radioaktif dan bahan bakar teriradiasi,” simpul Alexander Ugryumov.
