В «Росатоме» завершилась программа опытно-промышленной эксплуатации «толерантного» ядерного топлива» – Традиционно лаконичная новость от Росатома в которой для человека, не вовлеченного в атомную энергетику, непонятно приблизительно всё…
Под термином “толерантность” в атомной энергетике понимают невосприимчивость оболочек твэлов к паро-циркониевой реакции…
Здорово я коротенько объяснил, правда? Ядерное топливо в активную зону реактора не насыпают лопатой или в навал: из порошка оксида урана спеканием или вибрацией формируют топливные таблетки. Ядра урана делятся свободными нейтронами, и этим свободным нейтронам должно хватать места для пробега от одного ядра до другого. Потому к таблеткам – жесткие требования по геометрическим размерам, форме, однородности. И логика подсказывает что, кроме того, таблетки должны друг от друга находиться на строго определенных расстояниях. Как этого добиваются? Топливные таблетки набивают в твэлы, тепло выделяющие элементы – длинные металлические трубки, которые пропускают сквозь отверстия в жестких металлических решетках, фиксирующих расстояния между твэлами. После начала контролируемой цепной реакции деления в топливных таблетках образуется тепло, которое снимает проточная вода первого контура. Безо всякой ядерной зауми: вот нагревающаяся металлическая трубка, с которой нужно снять тепло и вывести его в предназначенное для этого места. С инженерной точки зрения – элементарно, Ватсон: снизу под напором струя холодной воды, которая, проходя в верхнюю часть реактора, основательно нагревается и уходит прочь. В активной зоне реактора – вода под давлением в 350 атмосфер и при температуре в 350 градусов, между перегрузками топлива – 1,5 года.
В течение 18 месяцев металл должен “держать” температуру и давление, не деформируясь. Этот металл должен выдерживать температуру ядерного топлива, должен эту температуру легко и быстро отдавать воде. Уже “весело”, но есть и еще одно требование: этот металл должен быть как можно более “прозрачным” для потоков свободных нейтронов: не искажать эти потоки, не захватывать внутрь себя нейтроны. Всем этим требованиям отвечает цирконий.
Удивительный металл: он выдерживает вот это всё, при этом толщина стенок твэла составляет всего 0,57 миллиметра при длине трубки в 4 метра. После, само собой, весьма и весьма тщательной обработки, конечно.
Атомщики научились делать такие полые трубки и были вполне счастливы – до аварии на АЭС “Фукусима”. Там, напомню, прекратилась подача электроэнергии на циркуляционные насосы и вода в активной зоне просто остановилась. Ядерная реакция деления продолжалась, урановые таблетки нагревались – а температуру снимать было уже нечем. Больше того: вода при повышении стала, как ей и положено, выкипать – и вот тут настала вторая часть марлезонского балета. Цирконий химически не взаимодействует с водой, а вот с водяным паром – в полный рост, да еще и с выделением температуры и с образованием водорода. Результаты известны: топливные таблетки нагрелись настолько, что расплавились, расплавили цирконий и эта масса упала на дно реактора.
Но ядерная реакция деления и не думала прекращаться – и топливо стало прожигать все конструкции внутри активной зоны, в конце концов расплавив дно реактора и эта смесь самых разных сплавов ушла куда-то в грунт, где ее и до сих пор стараются как-то охладить, чтобы остановить. Ну, в образовавшийся водород, накопившись между внутренней и внешней оболочками реактора – взорвался, что все и вынуждены были с ужасом наблюдать 11 марта 2011 года. И с той поры в мировой атомной энергетике идет технологическая гонка: кто первым изобретет способ избежать той самой паро-циркониевой реакции металла оболочки тепловыделяющих элементов с водяным паром.
Вот теперь еще раз повторю: толерантное ядерное топливо – топливо, не восприимчивое к паро-циркониевой реакции.
Ну, а том, при чем тут хром и хром-никелевый сплав 42 ХНМ – в продолжении истории.