По толерантному топливу основной лидер — США. Россия на втором месте

Какие задачи стоят перед российскими разработчиками топлива для тепловых реакторов, кто их основные конкуренты и какими правилами российские ученые руководствуются в своей работе, чтобы удерживать лидерство? Отвечает специалист ВНИИНМ им. Бочвара, ведущий эксперт отдела технологии уранового топлива ВВЭР Андрей Федотов.

Мировые тренды

Основные мировые тенденции до аварии на АЭС «Фукусима» заключались в усовершенствовании топлива как в виде диоксида урана, так и уран-гадолиниевого оксидного топлива (УГТ). Эти работы продолжаются и сейчас. Основной лидер по усовершенствованию УГТ, по моему мнению, — Россия. По крайней мере, по открытым источникам. ВНИИНМ (входит в ТВЭЛ) проводит больше работ по этой теме, чем любой другой научный центр в мире. За последние лет десять мы получили много данных для обоснования безопасности применения такого топлива.

Но после Фукусимы самая актуальная задача — создать такой тип тепловыделяющего элемента, применение которого снизило бы или полностью исключило интенсивное образование водорода из-за пароциркониевой реакции при аварии с потерей теплоносителя. Это требует либо полного отказа от циркония как материала для оболочек твэлов, либо использования циркониевых оболочек с покрытием. На данный момент наиболее проработанным является вариант хромового покрытия. Кроме того, рассматриваются различные модификации топливного сердечника с целью увеличения его теплопроводности и снижения запасенного тепла. В итоге получаем так называемое толерантное (ATF — Accident Tolerant Fuel) топливо, практически исключающее тяжелые аварии реакторов.

Что касается топливной таблетки для ATF российского дизайна, сначала наиболее удачным вариантом казался уран-молибденовый сплав, т. к. по нему были серьезные практические наработки. Потом стал рассматриваться дисилицид урана. Однако эти виды топлива сложны в изготовлении, а их применение непосредственно в существующих на сегодняшний день реакторах требует дополнительного обоснования. В настоящее время ряд стран, например США и Франция, рассматривают в качестве одного из вариантов толерантного топлива обычный диоксид урана либо диоксид урана с добавкой оксида хрома в сочетании с оболочкой из сплава циркония с хромовым покрытием.

По толерантному топливу основной лидер — США. Масштаб работ у них очень большой был уже лет шесть назад. Россия, думаю, прочно удерживает второе место, т. к. объем работ тоже весьма серьезен.

Чем занимается группа

Основные направления деятельности нашей научной группы заключаются в получении исходных данных по теплофизическим и механическим свойствам ядерного топлива тепловых реакторов для последующего обоснования безопасности его применения расчетчиками и конструкторами твэлов и ТВС. Для этого мы проводим исследования термического расширения, теплоемкости, температуропроводности, ползучести и доспекаемости, в том числе и в реакторных условиях, в зависимости от температуры для топлива реакторов типа ВВЭР/PWR.

Ключевые проекты

Усовершенствование уран-гадолиниевого оксидного топлива и разработка толерантного топлива.

Стратегия

Мы понимаем, что марка ВНИИНМ известна во всем мире и должна подкрепляться качеством научных результатов, что мы и стараемся всецело претворять в жизнь. Наша цель — не только определить требуемые свойства материалов в наиболее широком интервале температур, но и выдать рекомендации или внести самим такие изменения в технологию изготовления материала, которые позволят получить его оптимальные свойства. Стратегия — совершенствовать методики наряду с использованием мировых стандартов проведения исследований, получать достоверные результаты исследований, правильно их интерпретировать.

Основные правила

Строгое планирование эксперимента с учетом особенностей системы закупок.

Постоянное взаимодействие с заказчиком. Особенно скрупулезно к результатам наших работ относятся иностранные заказчики, ведь эти данные используются для обоснования безопасности топлива, поставляемого на зарубежные рынки. Лучше постоянно быть с ними на связи.

Публикации

Каждый научный сотрудник должен публиковать не менее одной научной статьи в год. Публикуемся только в профильных журналах. В последнее время приоритетом являются иностранные журналы. Процесс подготовки публикации следующий: постановка задачи, определение путей ее решения, получение экспериментальных данных, их анализ и интерпретация. Только после этого — написание статьи.

Образовательная деятельность

У нас практикуются и стажируются студенты из НИЯУ МИФИ, для которого ВНИИНМ является одним из базовых предприятий. Берем на практику не более одного человека в год, так как относимся к обучению практикантов очень серьезно: за ним закрепляется руководитель и консультант. Мы доверяем студентам и не только учим их, но и даем участвовать во всех основных работах. Практика организована только непосредственно на площадке. Мы экспериментаторы, и требуется присутствие всех участников эксперимента на рабочем месте. Онлайн или удаленно работать не получается, учитывая специфику исследуемого материала.