Топливный дивизион Росатома (ТВЭЛ) непрерывно совершенствует топливо: повышает его безопасность и ведет разработки для создания замкнутого ядерного топливного цикла (ЗЯТЦ) и максимального использования энергетического потенциала урана. Рассказываем о недавних достижениях в этой сфере.
На энергоблоке № 2 Ростовской АЭС завершился последний цикл опытно-промышленной эксплуатации толерантного ядерного топлива. «Толерантное» означает более устойчивое к нештатным ситуациям. Топливные кассеты были загружены в реактор ВВЭР-1000 в 2021 году и прошли полный цикл эксплуатации – три топливные кампании по 18 месяцев. В опытно-промышленной эксплуатации были задействованы три комбинированные сборки конструкции ТВС-2М по 12 твэлов в каждой. Для шести из них использовался хром-никелевый сплав 42ХНМ, оболочки остальных были сделаны из циркониевого сплава с хромовым покрытием. Новые материалы позволят в случае нештатной ситуации полностью исключить или затормозить развитие пароциркониевой реакции в активной зоне реактора.
«По совокупности всех факторов: экономики, технологии, регулирования, процедур – оптимальный вариант для промышленного внедрения — это оболочки из классического циркониевого сплава с нанесением хромового покрытия. Программа разработки толерантного топлива дала нам еще один результат, важный для замыкания ядерного топливного цикла. Свойства хромированной поверхности позволяют исключить ряд ручных операций при фабрикации ядерного топлива для реакторов ВВЭР. Безлюдная фабрикация — это необходимое условие для промышленного производства топлива с регенерированным ураном и плутонием», — объяснил старший вице-президент по научно-технической деятельности «ТВЭЛ» Александр Угрюмов.
На энергоблоке № 1 Балаковской АЭС завершился третий 18-месячный цикл опытно-промышленной эксплуатации тепловыделяющих сборок на базе РЕМИКС-топлива. Для него используется смесь регенерированного урана и плутония из отработавшего ядерного топлива реакторов ВВЭР. Планируется, что РЕМИКС будет использоваться в легководных тепловых реакторах. Тем самым они будут вовлечены в замкнутый ядерный топливный цикл (ЗЯТЦ).
Шесть топливных кассет были полностью укомплектованы инновационными твэлами и загружены в реактор ВВЭР-1000 в конце 2021 года. Во время эксплуатации отклонений выявлено не было, нейтронно-физические и ресурсные характеристики находились в пределах проектных значений. Последние три из этих шести сборок были извлечены из активной зоны в марте 2026 года. Они, как и сборки с «толерантными» оболочками, прошли три топливных цикла по 18 месяцев. После выгрузки из активной зоны реактора облученные ТВС поместили в бассейн выдержки. Там уже находятся три кассеты, извлеченные в 2024 году после завершения второй топливной кампании. Остывшие сборки отправятся в научно-исследовательский институт в Димитровграде для послереакторных исследований.
«С учетом эксплуатации опытных твэлов, а затем и полноценных топливных кассет мы накопили почти 10 лет опыта облучения РЕМИКС-топлива в коммерческом реакторе большой мощности. Выполнив послереакторные исследования облученных твэлов, мы сможем квалифицировать и впервые в мире предложить рынку уран-плутониевое топливо для реакторов ВВЭР. Следующим шагом станет загрузка в реактор ВВЭР сборок с уран-плутониевым топливом, содержащим обедненный уран и до 5% плутония. Таким образом, мы создаем полную линейку продуктов и решений в концепции сбалансированного ядерного топливного цикла, от регенерированного урана до различных уран-плутониевых композиций», — прокомментировал Александр Угрюмов.
Ученые Топливного дивизиона разработали промышленный метод получения изотопа азот-15 для производства следующего поколения смешанного нитридного уран-плутониевого (СНУП-) топлива. Его планируют использовать в рамках проекта «Прорыв» в реакторе на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300.
Так как азот-15 почти не поглощает нейтроны, в активной зоне их будет больше. Поэтому использование азота-15 теоретически позволяет снизить объем загружаемого в реактор топливного материала. Также благодаря азоту-15 снизится наработка нежелательного углерода-14. Все это улучшит экономические и эксплуатационные характеристики реактора.
Для получения азота-15 в двухфазных газожидкостных системах в Институте Бочвара был создан укрупненный лабораторный стенд, опробованы и оптимизированы технологические режимы получения высокообогащенного изотопа, наработана первая партия продукции.
«Наши исследования по топливу для «быстрых» реакторов одновременно охватывают перспективные топливные и конструкционные материалы, технологии фабрикации уран-плутониевого топлива и решения по его переработке. Все эти разработки направлены на энергетическую и экологическую безопасность в парадигме устойчивого развития и максимально возможное расширение сырьевой базы АЭС при минимизации радиоактивных отходов и облученного топлива», — подытожил Александр Угрюмов.
Фото: газета «Страна Росатом», ФГУП «ФЭО», АО «НИИТФА»
