В «Росатоме» стартовали реакторные испытания МОКС-топлива для установок типа ВВЭР

МОКС-топливо (от англ. mixed-oxide fuel) —это смесь оксидов плутония, выделенного из отработавшего ядерного топлива, и оксидов обедненного урана, побочного продукта обогащения урана. Пока в России на МОКС-топливе работает только быстрый реактор — самый мощный в мире промышленный бридер БН-800 на Белоярской АЭС. По итогам облучения и послереакторных исследований ученые «Росатома» намерены обосновать эффективность и безопасность МОКС-топлива для ВВЭР, составляющих основу атомной энергетики в России и эксплуатирующихся на АЭС российского дизайна за рубежом.

«Сегодня, как и десятки лет назад, ядерное топливо для ВВЭР — это обогащенный природный уран, в редких случаях — регенерированный,— отметил старший вице-президент по научно-технической деятельности ТВЭЛ Александр Угрюмов.— Однако уже в недалеком будущем, имея референции по уранплутониевому топливу, мы сможем предложить весь диапазон возможностей для топливной композиции в зависимости от требований реакторной установки и стратегии топливного цикла. Учитывая, что основа атомной энергетики — это именно легководные тепловые реакторы, мы сможем многократно расширить их ресурсную базу, не хранить, а перерабатывать облученное топливо, а также значительно сократить объемы ядерных отходов».

Для испытаний специалисты Высокотехнологического научно-исследовательского института неорганических материалов им. Бочвара (ВНИИНМ), Новосибирского завода химконцентратов (НЗХК) и Сибирского химического комбината (СХК) разработали и изготовили 21 твэл на базе таблеточного МОКС-топлива с содержанием энергетического плутония 5–12%. В штатном оксидном уранплутониевом топливе для БН-800 этого элемента больше. Разница объясняется тем, что масса делящихся изотопов в МОКС-топливе для тепловых реакторов должна быть эквивалентна массе урана-235 в штатном урановом топливе.

Экспериментальная сборка, загруженная в петлевой канал исследовательского реактора МИР, содержит 12 твэлов. По мере достижения определенного уровня выгорания их будут извлекать для послереакторных исследований, а на место выгруженных ставить свежие элементы.

«Для получения экспериментальных данных наши специалисты провели всю необходимую предварительную работу,— рассказал директор ГНЦ «НИИАР» Александр Тузов.—В частности, разработаны методики испытаний, выполнены предварительные расчеты, подготовлена программа материаловедческих исследований, конструкторская документация. Инфраструктура института позволяет провести полный перечень и реакторных, и послереакторных исследований».

«Петлевая установка МИРа обеспечивает испытания твэлов в условиях, соответствующих условиям активной зоны ВВЭР-1000, — мощности, температуре топлива и оболочек твэлов, а также учитывает все термодинамические параметры теплоносителя и характеристики водно-химического режима,— сообщил «СР» заместитель директора и научный руководитель ГНЦ «НИИАР» Алексей Ижутов.— В онлайн-режиме измеряется и регистрируется мощность твэлов, давление, температура и расход теплоносителя. Кроме ресурсных испытаний, для обоснования безопасной эксплуатации топлива предусмотрены эксперименты с моделированием переходных и аварийных режимов: скачок мощности, проектные аварии с потерей теплоносителя и перегревом твэлов и несанкционированным вводом положительной реактивности».

Для реакторов ВВЭР ученые «Росатома» разработали и РЕМИКС-топливо (от англ. regenerated mixture), сейчас оно проходит опытно-промышленную эксплуатацию на Балаковской АЭС.

В основе — смесь невыгоревшего регенерированного урана и образовавшегося в реакторе плутония (до 1,5%). Более высокое содержание плутония в МОКС-топливе позволит обеспечить большую гибкость и эффективность использования регенерированных ядерных материалов в топливном цикле ВВЭР и оптимизировать затраты на фабрикацию уранплутониевого топлива при переходе к его масштабному внедрению.