Топливо должно стать толерантным

Уже через четыре-пять лет толерантность ядерного топлива, то есть устойчивость к авариям с потерей теплоносителя, станет обычным контрактным требованием к поставщикам, уверена президент ТВЭЛ Наталья Никипелова. Как компания готовится к новым реалиям, мы узнали из первых рук.

Направление НИОКР по толерантному топливу в ТВЭЛ открыли в 2016 году, чтобы модернизировать топливо — повысить устойчивость к окислению и в идеале избежать пароциркониевой реакции. «Такое топливо позволяет либо отдалить момент перехода проектной аварии в запроектную, либо полностью исключить ее возможность, — объясняет вице-президент по научно-технической деятельности ТВЭЛ Александр Угрюмов. — Задачи НИОКР — предложить варианты толерантного топлива, изготовить опытные твэлы и ТВС, провести дореакторные испытания и поставить экспериментальные ТВС в реактор МИР». Наталья Никипелова добавляет, что ТВЭЛ разрабатывает толерантное топливо для водоводяных реакторов не только российского, но и западного дизайна — PWR.

СПРАВКА
ТВЭЛ разрабатывает, изготавливает и поставляет ядерное топливо на российские и зарубежные АЭС с реакторами ВВЭР‑440, ВВЭР‑1000, ВВЭР‑1200, БН‑600, БН‑800, РБМК‑1000, а также на исследовательские реакторы и судовые атомные паропроизводящие установки. В числе совершенствуемых и новых видов топлива — ТВСА-Plus, ТВС‑2М, ТВС второго поколения для ВВЭР‑440, ТВС четвертого поколения для ВВЭР‑1000 и ВВЭР‑1200.

Варианты для проработки

Как рассказала журналистам на форуме «Атомэкспо» Наталья Никипелова, выбраны четыре направления исследований. В конце 2019 года, после реакторных испытаний, остановятся на двух. «Эти направления касаются двух основных тем. Первая — замена или модификация металла оболочек твэла. Второе — наполнение, топливная композиция», — пояснила глава топливной компании.

В качестве новых оболочечных материалов в ТВЭЛ рассматривают карбид кремния, молибден и хромоникелевый сплав бочвалой. Бочвалой уже используется как оболочечный сплав для поглощающих элементов реакторов ВВЭР.

ТЕХНОЛОГИИ
ТВЭЛ использует различные технологии в разработке новых видов топлива и усовершенствовании существующих решений. Так, проверяется возможность изготовления антидебризных фильтров сложной конструкции при помощи 3D-печати. Это позволит повысить работоспособность и защищенность ядерного топлива в случае попадания посторонних предметов в теплоноситель первого контура.

Можно наносить защитное жаростойкое покрытие на использующийся сейчас циркониевый сплав. Среди наиболее перспективных вариантов — хромовая композиция толщиной несколько микронов, которая повысит эксплуатационные характеристики оболочек и позволит отсрочить пароциркониевую реакцию. Можно не трогать оболочки, а изменить топливную композицию: добавить дополнительные компоненты и таким образом сделать топливо более плотным, тем самым повысив его теплопроводность и снизив количество запасенного тепла. Например, дисперсное уран-молибденовое топливо уже использовалось в исследовательских реакторах, на Билибинской и Белоярской АЭС.

СЛОВАРЬ
Термин accident tolerant fuel (толерантное, устойчивое к авариям топливо) появился после Фукусимы. В формулировке МАГАТЭ это топливо, которое выдерживает аварии с потерей теплоносителя.

План испытаний

Александр Угрюмов сообщил, что до конца года ТВЭЛ планирует загрузить в МИР твэлы с оболочками из штатного циркониевого сплава с жаростойким покрытием на основе хрома, твэлы из бочвалоя и твэлы с плотным уран-молибденовым топливом. Плотное уран-молибденовое топливо облучат в двух вариантах: с циркониевой оболочкой и с оболочкой из бочвалоя.

Первый вариант, с покрытием на основе хрома, — самый предсказуемый. «Надеемся вывести этот проект на рынок в ближайшей перспективе», — сказал Александр Угрюмов.