Росатомның ТВЭЛ отын компаниясы отынның жаңа түрлерін әзірлеу жөнінде зор жұмыс жүргізуде. Олар қолданылатын АЭС экономикасын арттыру, сондай-ақ жаңа реакторлар үшін қажеті. «АЭС үшін жаңа буындағы ядролық отын. Әзірлеу нәтижелері, пайдалану тәжірибесі және дамыту бағыттары» конференциясында ғылымдар мен инженерлер 2022 жылғы жұмыс істеу қорытындыларын шығарды.
Құрастыру роботтардың қолында
Конференцияның басты жаңалығы — 2023 жылы ТВЭЛ компаниясы алғашқы үш ТВС-5 әзірлеп, оларды Нововоронеж станциясындағы реакторлардың біреуіне жүктеуді жоспарлап отыр. Технологияның негізгі ерекшелігі – осы ТВС адам қатыспайтын, толықтай автоматтандырылған учаскеде өндірілетін болады. Автоматтардың, құрастыруды адамдай, жүргізе алатындығын тексеру керек. Олай болса, онда 2025 жылы уран-плутоний отынымен ТВС-5 тәжірібелік-өнеркәсіптік өндірісін жасайды (құрастырудың жаңа технологиясы сол үшін әзірленген). Әзірше роботтар әдеттегі цирконий қабықшаларымен және уран оксидті отын композициясымен қарапайымдау жылушығарғыш элементтерді жинайтын болады.
ТВС-5 автоматтандырылған учаскесін Северск қаласында “СХК” АҚ-нда ұйымдастыру жоспарлануда. Комбинат біртіндеп екікомпонентті ядролық энергетика үшін отын өндіру орталығы болып келеді — «Прорыв» жобасы шеңберінде БРЕСТ-ОД-300 реакторы үшін отынды қайта өңдеу және өндіру-қайта өндіру жөніндегі қуаттылықтар да сонда құрылып жатыр.
«Курчатов институты ТВС-5 үшін келешегі бар уран-плутоний салындысының бірнеше нұсқасын зерттеп шыққан: үшеуі РЕМИКС-отынымен, олар плутоний мөлшерімен ерекшеленеді, және біреуі МОКС-пен. 2021 жылы РЕМИКС-отынының гомогенді нұсқасының реактор сынақтары басталды: алты тәжірибелік ТВС Балаков АЭС бірінші блогында сәулелендіріледі, осы жылы (2022 – ред. ескерт.) МИР реакторы үшін МОКС-композициясымен ТВС өндіру жүргізілуде. Осылайша, біз нақты тапсырыс берушінің қажеттіліктеріне сүйене отырып, оңтайлы отын кезеңдерін қалыпастырудың барынша иілгіштігі мен дайындығын қамтамасыз етеміз», деп түсіндірген ТВЭЛ ғылыми-техникалық қызметі жөніндегі аға вице-президенті Александр Угрюмов.
ЯОК тұйықталуда
Росатом екікомпонентті ядролық энергетикаға көшуді көздеген, ол үшін ерекше отын қажет. Сәулелендірілген құрастырудан алынатын уран отынымен 2000-шы жылдардан бастап Кольская АЭС екінші блогы, Смоленск, Курск және Ленинград АЭС блоктары жұмыс істейді. ВВЭР-1000 реакторларында қайта қалпына келтірілген уранды пайдалану мүмкіндігі мен нысаналылығын ТВЭЛ растады. «Қазір біз «Росэнергоатоммен» бірге оның қолдануын ВВЭР-1000 мен ВВЭР-1200» ішінде кеңейтуге көшеміз, деп Александр Угрюмов конференцияда хабарлаған.
Курчатов институтының отын кезеңдері бөлімінің бастығы Константин Куракин ескерткендей, кезеңді қайталау арқылы отындағы табиғи уранның үнемділігі кезеңнің ұзақтылығына байланысты 20% жетуі мүмкін.
Толеранттық отын үшін жаңа материалдар
ТВЭЛ толеранттық отынды жасау үшін бірнеше отын композицияларының және жылушығарғыш элементтердің қабықшалары материалдарының сынақтарын жүргізіп отыр. 42ХНМ (хром, никель, молибден) қорытпасы, цирконий қабықшаларының хром жабындылары және кремний карбидінен жасалған қабықшалар зерттеліп жатыр. Жасауға оңай болмағанымен, бұл материалдың келешегі зор, деп санайды Александр Угрюмов.
ТВЭЛ толеранттық отын үшін уран-молибденді және уран дисилицидінен —екі отын композицияларын әзірлеп отыр. Олар жоғары жылу өткізгіштігіне ие — демек, жылу тасығышты жоғалтып апаттар кезінде отынның артық қызу мен балқу тәуекелі аз. Оған қоса, олардың тығыздығы және уран сыйымдылығы жоғары — отын науқанын ұзартуға болады. Кемшіліктері де бар. «Уран-молибден бойынша технология түсінікті және осы шешім, сонымен бірге зерттеу реакторында да тексерілген. Бірақ осы технологияның құны керамикалық отынды өндірудің классикалық технологиясына қарағанда қымбаттау болады. Осы бағытта жұмыс істейтін боламыз», деп ескертті Александр Угрюмов.
Кремний карбидінен жасалған қабықшаларды зерттеу бағдарламасында келесі қадам — бұл онымен бірге уран-молибденді және дисилицидті отын композициясын пайдалану мүмкіндігі.
Нақты геометрия
АНУП-отын әзірлемелері жалғастырылуда. ОЕМЖҒЗИ (ядролық отынды әзірлеу жөнінде негізгі ресейлік институт, Росатом құрамына кіреді) бас директорының орынбасары Михаил Скупов, БРЕСТ-ОД-300 бірінші рет жүктеу үшін жылушығарғыш элементтердің техникалық жобасы 2021 жылы жаңартылды, жануды арттыруға кедергі келтіретін факторларды есептеу мен жою бойынша ҒЗЖ жүргізілуде деп айтты. БН-1200 және БР-1200 үшін жылушығарғыш элементтердің эскиздік жобалары әзірленген. Институт жылушығарғыш элементтердің сапасын арттыру үшін бірнеше ұсыныс жасаған: шет жақтарынан таблетка көлемдерінің ұлғаюын шұңқырша арқылы тегістеу; отыруы мен жылжымалығын азайту үшін отын композициясын алюминий нитридімен микроқоспалауды енгізу; аса терең жануына қол жеткізу үшін сұйық металды ішқабатты енгізу.
Минорлы актинидтердің тағдыры
Кюрий, америций және нептуний — сәулеге шалдыққан ядролық отындағы ең жоғары белсенді элементтер. Оларды шығаруға, кюрийді төздіртуге, ал америциймен нептунийді шапшаң реакторға жүктеуге және онда толық күйдіруге жоспарлануда.
АРҒЗИ Бас директоры Александр Тузов шапшаң реактордың бүйірлік экранында америций және нептунийді күйдіру тұжырымдамасының әзірленгенін айтты. Америций мен нептуний оксидтері бар отын элементтерін (оларды мавэл деп атаған) қашықтықтан дірілмен нығыздау технологиясы бойынша өндіреді. Эксперименттік мавэлдер БОР-60 ішіне нейтрондардың әртүрлі спектрлерімен ұяшықтарға жүктелді, реактордан кейінгі сынақтардың алғашқы нәтижелері алынды, сәулелендіру жалғастырылуда. Мавэлмен құрастырудың техникалық жобалары әзірленген.
ТВС-Квадраттың сенімділігі
Шетел дизайндағы жеңіл су реакторларына арналған отын үшін жеке секция бөлінген. Оның қатысушылары PWR-900 еуропалық реакторында саралаудан кейін және реактордан кейінгі зерттеулердің нәтижелерін ғылыми-зерттеу орталығында жариялағаннан кейін ТВС-Квадрат әлемдегі нарықта сұранысқа ие болған. Бұл PWR үшін әлемдегі жалғыз ядролық отын, ол зияткерлік меншік және өндіру мәселелері жөнінде түпнұсқалы реактор технологиясының әзірлеушілерінен толығымен тәуелсіз болады және өзінің сенімділігін, үнемділігін растаған.
