Авторизация Регистрация

Запомнить меня
Забыли пароль?

Сброс пароля

Свежий номер уже доступен

Из чего построят атомное будущее?

Как изменился подход к разработке материалов и методы их исследований в XXI веке? Зачем улучшать твэлы и ТВС, которые много лет работают в отечественных реакторах? Каковы итоги комплексной программы обоснования нитридного топлива? Чего требует от материаловедов водород? Эти и другие вопросы обсудили во ВНИИНМ на конференции «Материалы ядерной техники» (МАЯТ).


«Мы приближаемся к концу года и на МАЯТ подводим промежуточные итоги научно-исследовательских работ в области материаловедения, которые ведутся в отрасли. ВНИИНМ — институт топливной компании, и, естественно, большее внимание здесь будет уделено НИОКР, связанным с конструкционными материалами для активных зон разных типов реакторов», — сказал, открывая конференцию, заместитель гендиректора института Владимир Новиков.

Улучшая топливо

Вице-президент ТВЭЛ по научно-технической деятельности Александр Угрюмов рассказал о перспективных разработках в области конструкционных материалов для тепловых и быстрых реакторов. Продолжается совершенствование основных циркониевых сплавов, применяемых при изготовлении твэлов и ТВС для водо-водяных реакторов: Э110, Э125 и Э635. Одна из целей этих работ — обеспечить лицензирование российских топливных решений для зарубежных заказчиков. «У нас есть серьезные проработки по модернизированному сплаву Э110М, который мы уже предлагаем зарубежным заказчикам, — сообщил Александр Угрюмов. — Также проводится определение характеристик ползучести труб из оптимизированного сплава Э110опт под действием внутренних напряжений и облучения. Ведется сравнительный анализ поведения оболочек твэлов из различных модификаций циркониевых сплавов в водно-химическом режиме реакторов типа PWR».

Один из самых масштабных проектов ТВЭЛ по развитию технологии производства циркониевых сплавов — создание на Чепецком механическом заводе установки разделения хлоридов гафния и циркония для получения циркониевой губки — полуфабриката для конструкционных сплавов.

Продолжаются разработки уран-эрбиевого топлива. «Однако для создания технического проекта твэлов с уран-эрбиевым топливом повышенного обогащения для водо-водяных реакторов требуются реакторные испытания», — отметил Александр Угрюмов.

Идут испытания разных вариантов толерантного топлива, а также РЕМИКС-топлива. «Проводятся работы по совершенствованию топлива реакторов БН 600 и БН 800. Завершается перевод БН 600 на твэлы с оболочкой из стали ЭК164, что позволит увеличить длительность топливной кампании, — рассказывает Александр Угрюмов. — Планируем перевод на такие твэлы и БН 800. На Белоярской АЭС прошли входной контроль 18 ТВС БН 800 с МОКС-топливом, они будут загружены в осеннюю перегрузку».

Конструкционные материалы в перспективе

О создании конструкционных материалов для перспективных быстрых реакторов говорил заместитель гендиректора ВНИИНМ, руководитель центра ответственности объединенного проекта «Разработка твэлов и ТВС со СНУП-топливом, технологий для их производства» Михаил Скупов.

«В направлении МОКС сейчас все зависит от того, как скоро произойдет переход на полную загрузку реактора БН 800 этим топливом, — подчеркнул он. — Основной задачей является выход производства МОКС на проектную мощность. Процесс запущен, от его развития и скорости реализации будут зависеть и все научно-исследовательские работы по совершенствованию МОКС-топлива».

Подходит к завершению комплексная программа расчетно-экспериментального обоснования твэлов со СНУП-топливом, стартовавшая в 2013 году. Уже испытали более 1 тыс. твэлов, продолжаются исследования пяти экспериментальных ТВС. «В одном твэле ЭТВС 16 на начальной фазе испытаний обнаружена газовая неплотность, в следующем году эту сборку исследуют для уточнения причин», — сообщил Михаил Скупов.

В НИОКР по обоснованию СНУП-топлива сейчас наиболее актуальны коррозионные исследования и испытания. Главная проблема обоснования твэлов инновационного реактора БРЕСТ-ОД 300 — по-прежнему отсутствие экспериментальных установок, позволяющих исследовать общую коррозию твэлов в свинцовом теплоносителе под облучением.

Не менее актуальная задача — повышение экономических характеристик нитридного топлива. Запущена специальная программа, нацеленная на увеличение глубины выгорания твэлов до 12 %. «Для этого исследуются новые модификации топлива и готовятся к испытаниям новые материалы, включая ванадиевые сплавы, испытываются твэлы с усовершенствованным жидкометаллическим подслоем», — сказал Михаил Скупов.

Цифра, нано, композит

Заместитель гендиректора АО «Наука и инновации», руководитель компании «Русатом — Аддитивные технологии» Алексей Дуб подготовил обзор актуальных тенденций в разработке новых материалов. «Мы переходим на природно-подобные материалы, которые пытаемся создать так, как это в свое время делала природная эволюция. Только у нас нет столько времени, сколько есть у природы, зато есть знания, — говорит ученый. — Сегодня главным императивом развития материаловедения является переход от свойств индивидуальных материалов к свойствам изделий. Если изучение свойств материалов — задача науки, то совершенствование свойств изделий — это задача для бизнеса: продаются именно изделия. Связь науки и бизнеса и определяет современный подход к технологии развития материалов».

Суперкомпьютеры и современные методы моделирования ускоряют разработку материалов. «Очень важно создавать цифровые двойники технических процессов, поскольку это позволяет контролировать больше параметров для получения объективной информации», — отметил Алексей Дуб.

Современное оборудование дает возможность исследовать материалы и понимать их свойства на субатомном уровне. Например, было обнаружено выделение радиационно-индуцированных частиц размером менее 10 нм в ферритно-мартенситных сталях при высокой температуре. Это приводит к повышению прочности и охрупчиванию. «Этот эффект ранее не учитывался, а он очень важен для разработки материалов жидкосолевых реакторов и ВВЭР со сверхкритическими параметрами», — подчеркнул ученый.

Водород требует

«Росатом» собирается участвовать в развитии водородной энергетики в России. Главный технолог проектного офиса «Росэнергоатома» «Новая платформа» Сергей Алексеев рассказал, какие материалы для этого потребуются. В качестве экологичных эффективных наработчиков водорода рассматриваются высокотемпературные газовые реакторы (ВТГР). В России такие установки уже разрабатывали, наиболее успешные проекты — ВГ 400 и ВГМ.

«Основным материалом конструкции активной зоны такого реактора может стать графит типа ГР 1, технологию изготовления которого разработал «НИИграфит», — отметил Сергей Алексеев. — Облучение этого материала в НИИАР подтвердило его высокую радиационную стойкость. Актуальным остается повышение степени очистки графита от примесей. Производство крупногабаритных заготовок может быть организовано в России». ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей» и «ЦНИИТМАШ» исследовали никелевые сплавы для внутрикорпусных конструкций ВТГР и даже освоили промышленное производство полуфабрикатов на никелевой основе, способных выдерживать температуру до 950 °С.

Необходимо разрабатывать топливо для ВТГР. По мнению докладчика, перспективен вариант с микротвэлами на основе диоксидного или карбонитридного топлива.

Новые материалы для водородной энергетики нужно создавать быстро. Актуальна разработка программного обеспечения для предсказания физико-механических свойств изделий из новых материалов, а также методик экспрессных имитационных исследований радиационной стойкости конструкционных материалов на ускорителях, подчеркнул Сергей Алексеев.

Также на конференции обсуждали материаловедческие аспекты создания АЭС малой мощности, плавучих АЭС и ледоколов нового поколения, состояние экспериментальной базы, метрологическое обеспечение исследований и развитие сверхпроводников.