Топливный дивизион Росатома ТВЭЛ продвинулся в разработках, обосновании безопасности и предложении клиентам новых видов топлива. Оно безопаснее, экономичнее и способствует замыканию ядерного топливного цикла (ЯТЦ): позволяет максимально использовать энергетический потенциал природного урана и сокращать объемы отработавшего ядерного топлива.
Подтвержденная безопасность
На энергоблоке № 1 Балаковской АЭС (входит в Росатом) начался третий, заключительный 18-месячный цикл опытно-промышленной эксплуатации тепловыделяющих сборок с РЕМИКС-топливом.
РЕМИКС — это разработанное российскими атомщиками топливо из смеси регенерированных урана и плутония с добавлением обогащенного урана. РЕМИКС разработано специально для легководных реакторов. Доля плутония в этом топливе не превышает 5 %. Нейтронный спектр не отличается от обычного уранового топлива, поэтому его поведение в реакторе и объем нарабатываемого плутония в целом не отличается от стандартного. Благодаря этим особенностям РЕМИКС-топливо можно будет эксплуатировать без значительных дополнительных мер безопасности.
Впервые шесть топливных сборок с РЕМИКС-топливом были загружены в реактор ВВЭР-1000 энергоблока № 1 Балаковской АЭС в конце 2021 года. Они проходят стандартный цикл эксплуатации — три кампании по 18 месяцев каждая. После каждой из двух уже прошедших специалисты Росатома с помощью штатной камеры перегрузочной машины осматривали твэлы и конструкционные элементы сборок. Никаких препятствий для дальнейшей эксплуатации выявлено не было.
Третья кампания завершится в первой половине 2026 года во время планово-предупредительного ремонта. Сборки перегрузят в бассейн выдержки, а затем отправят на послереакторные исследования. «После завершения программы опытно-промышленной эксплуатации и послереакторных исследований РЕМИКС-топлива Росатом будет обладать достаточными обоснованиями, чтобы предложить рынку новый продукт в концепции сбалансированного топливного цикла», — отметил старший вице-президент по научно-технической деятельности АО «ТВЭЛ» Александр Угрюмов. Затем ТВЭЛ планирует поэтапно перевести на РЕМИКС-топливо один из блоков большой мощности.
Обогащение следует
В исследовательский реактор МИР.М1 (входит в Научно-исследовательский институт атомных реакторов Научного дивизиона Росатома) загрузили экспериментальную сборку из 12 твэлов с топливной композицией из уран-эрбиевого топлива. Обогащение урана в каждом твэле — порядка 5 %.
Испытание сборки — первый этап программы испытаний, нацеленной на последовательное увеличение обогащения свыше 5 %. «До сих пор эффективность реакторов повышали за счет внедрения новых конструкций и модификаций тепловыделяющих сборок. Большая часть инноваций заключалась в том, чтобы увеличить физический объем обогащенного урана в твэле и в конечном итоге производить больше энергии за счет одной топливной кассеты. Сейчас для дальнейшей оптимизации экономики АЭС, вероятно, требуется перешагнуть 5-процентный порог обогащения урана для тепловых реакторов большой мощности. Учитывая, что в активной зоне современных реакторов ВВЭР — 163 ТВС, а в каждой из них — более 500 кг урана, эффект от повышения обогащения всего на 1 % уже будет очень существенным», — пояснил вице-президент по научно-технической деятельности ТВЭЛ Александр Угрюмов.
По оценкам ученых ТВЭЛ, использование эрбия вместо стандартного гадолиния в качестве поглотителя нейтронов в сочетании с топливом, обогащенным выше 5 %, позволит перейти с 12- и 18-месячных топливных циклов к 24-месячным циклам. Благодаря более редким остановкам для перегрузки топлива увеличится выработка электроэнергии и, как следствие, выручка и прочие экономические показатели АЭС.
Программа испытаний рассчитана на четыре годичных цикла облучения. Результаты исследований помогут создать технологию серийного производства уран-эрбиевого топлива для реакторов ВВЭР, а также обосновать его эксплуатацию на АЭС российского дизайна.
Для быстрых реакторов
Ученые Росатома достигли значимых результатов в обосновании двух вариантов активной зоны для реакторных систем на быстрых нейтронах IV поколения. Так, для испытаний в реакторе БН-600 Белоярской АЭС изготовлена сборка ОС-4 со СНУП-топливом (смешанным нитридным уранплутониевым). Облучение этой сборки должно подтвердить повышенное выгорание топлива. В конструкции сборки применены технические решения, обеспечивающие безопасность испытаний.
Также изготовлены три экспериментальные сборки КТЭВС-МАК с твэлами типоразмера БН-1200 на базе МОКС-топлива с аксиальной прослойкой. В них в состав топливного столба включен фрагмент с воспроизводящим материалом (обедненным ураном). В совокупности эти фрагменты сформируют в реакторе горизонтальную прослойку, разделяющую активную зону. Предполагается, что такое структурирование снизит радиационное повреждение оболочек твэлов при сохранении требуемой глубины выгорания топлива. Это решение обосновано в нескольких странах, но на практике может быть применено впервые в реакторе БН-1200. Сборки обоих типов, изготовленные на Сибирском химическом комбинате (входит в ТВЭЛ), планируется загрузить в активную зону БН-600 в 2025 году.
Благодаря реакторным и послереакторным испытаниям ученые смогут изучить процессы, протекающие в твэлах новых типов, и лицензировать топливо для эксплуатации в реакторе БН-1200 — первом в мире серийном реакторе на быстрых нейтронах. Предполагается, что в нем можно будет использовать как МОКС-, так и СНУП-топливо. Старт строительства блока с БН-1200 на площадке Белоярской АЭС запланировано на 2027 год.
Сбалансированный ядерный топливный цикл — это продукт Росатома на базе технологий замыкания ядерного топливного цикла, позволяющих эффективно переработать облученное ядерное топливо и обеспечить рациональное обращение с продуктами переработки.
