На Международной выставке инноваций в атомной энергетике, прошедшей в Китае, «Росатом» продемонстрировал свои достижения в области разработки топлива «ТВС-Квадрат». Рассказываем, какое топливо для традиционных и инновационных реакторов разрабатывает и производит российская госкорпорация.
IV Международная выставка инноваций в атомной энергетике прошла в Шэньчжэне в середине ноября. Мероприятие собрало более 100 крупнейших организаций атомной отрасли и академическое сообщество. Центральным экспонатом выставочного стенда «Росатома» стала интерактивная стела, демонстрирующая российскую разработку ядерного топлива «ТВС-Квадрат» для реакторов западного дизайна. Отдельный раздел экспозиции был посвящен 75-летней истории российско-китайского сотрудничества в атомной энергетике, ядерной медицине и логистике. Стенд госкорпорации посетила делегация организаторов выставки во главе с председателем правления Китайской ассоциации энергетических исследований Ши Юйбо.
Макет топливной сборки был выбран ключевым экспонатом выставки неслучайно. «Росатом» — один из мировых лидеров по обогащению урана и производству ядерного топлива. Внутри госкорпорации за это отвечает топливная компания «ТВЭЛ»: деятельность компании включает в себя обогащение урановой продукции, изготовление тепловыделяющих сборок и комплектующих для них, услуги по разработке, лицензированию и научно-техническому сопровождению эксплуатации топлива.
«ТВЭЛ» производит ядерное топливо для всех типов энергетических реакторов российского дизайна: ВВЭР-440, ВВЭР-1000, ВВЭР-1200 поколения III+, РБМК, ЭГП-6, БН-600 и БН-800, полностью обеспечивая работу АЭС в России и ряде зарубежных стран. Топливная компания «Росатома» занимает 17% мирового рынка ядерного топлива.
Так, на предприятиях «ТВЭЛ» производят топливо для ВВЭР-1200 — флагмана российской атомной промышленности. Оно отличается повышенным уровнем ураноемкости твэла. Это топливо обеспечивает эксплуатацию в гибких топливных циклах различной длительности с возможностью суточного маневрирования и делает работу энергоблоков более экономически эффективной.
«ТВС-Квадрат» (TVSK) — линейка тепловыделяющих сборок для реакторов PWR квадратного сечения, с возможностью адаптации под иные типоразмеры ТВС. В конструкции этого топлива использованы два семейства российских циркониевых сплавов — Э110 для решеток и оболочек твэлов и Э635 для направляющих каналов топливных сборок. Комбинация этих материалов обеспечивает продолжительную эксплуатацию реакторов с разными водно-химическими режимами при высоких показателях надежности и коррозионной стойкости с минимальным образованием окисной пленки.
В основе конструкции TVSK лежат лучшие решения, которые были успешно апробированы в топливе для реакторов типа ВВЭР. TVSK — полностью независимая конструкция, свободная от интеллектуальной собственности третьих стран.
Также в «ТВЭЛ» разрабатываются инновационные виды ядерного топлива. Это, например, «толерантное» топливо ATF (Accident Tolerant Fuel): оно принадлежит к новому поколению безопасности и устойчиво к перегреву в случае прекращения подачи охлаждающей воды в активную зону реактора. Основная концепция — исключение пароциркониевой реакции, которая возникает в случае повышения температуры циркониевых оболочек тепловыделяющих элементов и их разрушения. АО «ТВЭЛ» создает толерантное топливо как для ВВЭР, так и для реакторов западного дизайна.
В прошлом году на втором энергоблоке Ростовской АЭС начался третий цикл эксплуатации тепловыделяющих элементов толерантного топлива. Таким образом, кассеты с опытными твэлами пройдут стандартный цикл эксплуатации ядерного топлива для российских реакторов ВВЭР-1000 — три топливные кампании по 18 месяцев.
Еще одна инновационная разработка «ТВЭЛ» — РЕМИКС-топливо для ВВЭР, которое получают из неразделенной смеси регенерированного урана и плутония, образующейся при переработке отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). В выделенную смесь добавляют небольшое количество обогащенного урана. Таким образом повторно используется не только плутоний, содержащийся в облученном топливе, но и невыгоревший уран-235. Применение РЕМИКС-топлива позволит снизить потребление природного урана в топливном цикле. В конце прошлого года на первом блоке Балаковской АЭС начался третий 18-месячный цикл опытно-промышленной эксплуатации тепловыделяющих сборок с РЕМИКС-топливом.
МОКС-топливо тоже производится из ОЯТ, но в его основе — оксид плутония, наработанного в энергетических реакторах, и оксид обедненного урана. Это приближает замыкание ядерного топливного цикла, сокращает объем образования ядерных отходов и расширяет сырьевую базу атомной энергетики за счет многократного рециклирования ядерного топлива. Налажено серийное производство МОКС-топлива.
Такое топливо в первую очередь планируется использовать на «быстрых» реакторах. Еще три года назад реактор БН‑800 на четвертом блоке Белоярской АЭС полностью перешел на МОКС-топливо. Однако есть возможность использования этого топлива и на водо-водяных реакторах нового поколения. В марте этого года в «Росатоме» начались исследования нейтронно-физических характеристик реактора ВВЭР-С с МОКС-топливом.
Кроме того, на предприятиях «ТВЭЛ» производят ядерное топливо для всех российских и ряда зарубежных исследовательских реакторов. Также «ТВЭЛ» обеспечивает ядерным топливом ледокольный флот России и первую в мире плавучую АЭС «Академик Ломоносов».
Ученые «Росатома» разрабатывают топливо и для принципиально новых реакторов. Один из них — высокотемпературный газоохлаждаемый реактор (ВТГР). Это ключевой элемент атомной энерготехнологической станции (АЭТС), нацеленной на обеспечение высокопотенциальным теплом промышленных предприятий, в том числе для производства аммиака и водородсодержащей продукции методом парокислородной конверсии метана. Недавно на одном из предприятий «Росатома» была создана опытно-промышленная линия по производству топлива для ВТГР. Основа такого топлива — микротвэлы и топливные компакты, способные работать в условиях экстремально высоких температур.
Photo by: TVEL JSC, FSUE «Mining and Chemical Combine», Balakovo NPP
