Есть компакт: как делают топливо для реактора с горячим характером

В Научно-исследовательском институте Научно-производственном объединении «Луч» (НИИ НПО «Луч») создали опытно-промышленную линию по производству топлива для высокотемпературного газоохлаждаемого реактора (ВТГР). Журналисты «СР» увидели, как делают микротвэлы и топливные компакты, способные работать в условиях экстремально высоких температур.

«Сначала мы получаем топливный сердечник — ​керн из диоксида урана, потом наносим на него четырехслойное защитное покрытие из пироуглерода и карбида кремния, — ​описывает технологию получения микротвэлов Андрей Мокрушин, заместитель гендиректора по науке НИИ НПО «Луч». — ​Покрытия позволяют надежно удерживать все продукты деления, которые образуются в процессе эксплуатации, что делает топливо ультрабезопасным. Микротвэлы размещают в графитовой матрице и прессуют в цилиндрические топливные компакты. Для полной загрузки одного ВТГР тепловой мощностью 200 МВт потребуется примерно миллион таких топливных компактов».

Технологию разработали ученые «Росатома» и к настоящему моменту обосновали конструкцию топлива и используемые материалы по результатам дореакторных исследований, реакторных испытаний (включая испытания в экстремальных режимах при температурах до 1,7 тыс. °C) и послереакторных исследований лабораторных образцов топлива ВТГР. Для перехода на опытно-промышленный уровень в НИИ НПО «Луч» создали линию из четырех участков, в составе которых более 20 единиц сложного и уникального оборудования отечественного производства.

«В своей работе мы опираемся только на собственные технические решения и отечественные предприятия, — ​отмечает Андрей Мокрушин. — ​Пилотная линия по составу оборудования сопоставима с будущим топливным заводом. Ее производительность — ​250 тыс. топливных компактов в год».

План на ближайшие три года — ​выпустить опытные партии топлива и провести реакторные испытания опытных образцов на экспериментальной базе отраслевых научных центров. Предполагается, что созданная на площадке НИИ НПО «Луч» опытно-промышленная линия обеспечит производство ядерного топлива для головной атомной энерготехнологической станции с ВТГР.

Контроль качества микротвэлов после нанесения защитных покрытий. С помощью вибросит, вибростола и оптического анализатора микротвэлы проверяют на соответствие проектным параметрам

Денис Егоров засыпает микротвэлы в дозатор вибростола. Наклоненная под определенным углом платформа позволяет отбраковывать частицы по сферичности

После накатки матричного графита и перед прессованием микротвэлы со сверхпокрытием проходят контроль на оптическом микроскопе

Лаборант химико-технологических исследований Евгения Хомутова загружает микротвэлы в специальные матрицы и отправляет в установку, которая автоматически при температуре около 200 °C прессует топливные компакты

Инженер Денис Егоров помещает спрессованные топливные компакты в высокотемпературную вакуумную печь на термообработку

Томограмма наполненного микротвэлами топливного компакта. За томографом начальник лаборатории Владислав Туманов

Участок формования микросфер из рабочего раствора делящегося материала. Младший научный сотрудник Александра Игонина показывает аппарат старения, промывки и осушки, в котором гель-сферы становятся твердыми кернами, после этого их ждет прокалка и спекание

Справка

ВТГР — ​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. Использование ВТГР для обеспечения энергетических потребностей российской промышленности позволит не только повысить долю атомной энергии в общем энергобалансе, но и снизить углеродный след российской промышленной продукции. Например, использование тепла ВТГР при производстве аммиака позволит отказаться от сжигания значительной части природного газа для достижения требуемой температуры химической реакции. Комплексный проект разработки технологических решений для создания АЭТС с ВТГР, включая разработку и обоснование топлива, а также опытно-промышленной технологии его производства, ведется с 2021 года по заказу электроэнергетического дивизиона «Росатома».