«Росатомның» отын дивизионы (ТВЭЛ) отынды үздіксіз жетілдіріп келеді: оның қауіпсіздігін арттырып, тұйықталған ядролық отын циклін (ТЯОЦ) құру және уранның энергетикалық әлеуетін барынша пайдалану бағытында әзірлемелер жүргізуде. Осы саладағы соңғы жетістіктер туралы айтып өтейік.
Ростов АЭС №2 энергетикалық блогында толерантты ядролық отынды тәжірибелік-өнеркәсіптік пайдалану кезеңінің соңғы циклі аяқталды. «Толерантты» дегеніміз штаттан тыс жағдайларға неғұрлым төзімді дегенді білдіреді. Отын кассеталары 2021 жылы ВВЭР-1000 реакторына жүктеліп, толық пайдалану циклінен өтті — әрқайсысы 18 айдан тұратын үш отын кампаниясы. Тәжірибелік-өнеркәсіптік пайдалануда әрқайсысында 12 твэл бар ТВС-2М құрылымындағы үш біріктірілген құрама қолданылды. Олардың алтауында 42ХНМ маркалы хром-никель қорытпасы пайдаланылса, қалғандарының қабықшалары хроммен қапталған цирконий қорытпасынан жасалған. Жаңа материалдар штаттан тыс жағдай туындаған кезде реактордың белсенді аймағында бу-цирконий реакциясының дамуын толық болдырмауға немесе баяулатуға мүмкіндік береді.
«Барлық факторлардың жиынтығын: экономика, технология, реттеу және рәсімдерді ескере отырып, өнеркәсіптік енгізу үшін ең оңтайлы нұсқа — хроммен қапталған классикалық цирконий қорытпасынан жасалған қабықшалар. Толерантты отынды әзірлеу бағдарламасы бізге ядролық отын циклін тұйықтау үшін маңызды тағы бір нәтиже берді. Хромдалған беттің қасиеттері ВВЭР реакторлары үшін ядролық отын өндіру кезінде бірқатар қолмен орындалатын операцияларды алып тастауға мүмкіндік береді. Адам қатысуынсыз фабрикация — регенерацияланған уран мен плутоний негізіндегі отынды өнеркәсіптік өндірудің қажетті шарты», — деп түсіндірді «ТВЭЛ» компаниясының ғылыми-техникалық қызмет жөніндегі аға вице-президенті Александр Угрюмов.
Балаков АЭС-інің №1 энергетикалық блогында РЕМИКС-отын негізіндегі жылу бөлгіш құрамаларды тәжірибелік-өнеркәсіптік пайдалану кезеңінің үшінші 18 айлық циклі аяқталды. Бұл отын үшін ВВЭР реакторларының пайдаланылған ядролық отынынан алынған регенерацияланған уран мен плутоний қоспасы қолданылады. РЕМИКС отыны жеңіл сумен салқындатылатын жылулық реакторларда қолданылуы жоспарлануда. Осылайша, олар тұйықталған ядролық отын цикліне (ТЯОЦ) енгізіледі.
Алты отын кассетасы инновациялық твэлдермен толық жабдықталып, 2021 жылдың соңында ВВЭР-1000 реакторына жүктелді. Пайдалану барысында ешқандай ауытқулар анықталған жоқ, нейтрон-физикалық және ресурстық сипаттамалар жобалық мәндер шегінде болды. Осы алты құраманың соңғы үшеуі 2026 жылдың наурызында реактордың белсенді аймағынан шығарылды. Олар да «толерантты» қабықшалары бар құрамалар сияқты әрқайсысы 18 айдан тұратын үш отын циклінен өтті. Реактордың белсенді аймағынан шығарылғаннан кейін сәулеленген ЖБҚ арнайы ұстап тұру бассейніне орналастырылды. Онда 2024 жылы екінші отын кампаниясы аяқталғаннан кейін шығарылған тағы үш кассета бар. Салқындаған құрамалар Димитровградтағы ғылыми-зерттеу институтына реактордан кейінгі зерттеулер жүргізу үшін жіберіледі.
«Тәжірибелік твэлдерді, кейін толыққанды отын кассеталарын пайдалану нәтижесінде біз қуаты жоғары коммерциялық реакторда РЕМИКС-отынды сәулелендіру бойынша шамамен 10 жылдық тәжірибе жинақтадық. Сәулеленген твэлдерге реактордан кейінгі зерттеулер жүргізген соң, біз ВВЭР реакторлары үшін уран-плутоний отынын біліктендіріп, оны әлемдік нарыққа алғаш рет ұсына аламыз. Келесі қадам құрамында кедейлендірілген уран және 5%-ға дейін плутоний бар уран-плутоний отыны бар құрамаларды ВВЭР реакторына жүктеу болады. Осылайша, біз қалпына келтірілген ураннан бастап әртүрлі уран-плутоний композицияларына дейінгі теңгерімді ядролық отын циклі тұжырымдамасы аясында толық өнімдер мен шешімдер желісін қалыптастырып жатырмыз», — деп түсіндірді Александр Угрюмов.
Отын дивизионының ғалымдары келесі буындағы аралас нитридті уран-плутоний отынын (СНУП) өндіру үшін азот-15 изотопын алудың өнеркәсіптік әдісін әзірледі. Оны «Прорыв» жобасы аясында БРЕСТ-ОД-300 реакторында қолдану жоспарланып отыр.
Азот-15 нейтрондарды іс жүзінде жұтпайтындықтан, реактордың белсенді аймағында нейтрондар саны артады. Сондықтан азот-15 қолдану теориялық тұрғыдан реакторға жүктелетін отын көлемін азайтуға мүмкіндік береді. Сонымен қатар азот-15 есебінен қажетсіз көміртек-14 изотопының түзілуі төмендейді. Мұның бәрі реактордың экономикалық және пайдалану сипаттамаларын жақсартады.
Азот-15 алу үшін екі фазалы газ-сұйық жүйелерде Бочвар атындағы институтта ірілендірілген зертханалық стенд жасалды, жоғары байытылған изотопты алу технологиялық режимдері сынақтан өткізіліп, оңтайландырылды, өнімнің алғашқы партиясы өндірілді.
«Біздің «жылдам» реакторларға арналған отын бойынша зерттеулеріміз бір мезгілде перспективалы отын және конструкциялық материалдарды, уран-плутоний отынын фабрикациялау технологияларын және оны қайта өңдеу шешімдерін қамтиды. Бұл әзірлемелердің барлығы тұрақты даму парадигмасы аясында энергетикалық және экологиялық қауіпсіздікті қамтамасыз етуге, сондай-ақ радиоактивті қалдықтар мен сәулеленген отын көлемін азайта отырып, АЭС үшін шикізат базасын барынша кеңейтуге бағытталған», — деп қорытындылады Александр Угрюмов.
