Экспортный квадрат

Отечественные тепловыделяющие сборки (ТВС) имеют форму шестигранника, что предопределили еще советские конструкторы. Но есть у «Росатома» и одна нестандартная конструкция — ТВС-квадрат (TVSK). Это единственное на мировом рынке ядерное топливо, полностью независимое от разработчиков оригинальной реакторной технологии PWR.

Почему квадрат

Легководные энергетические реакторы типа PWR — самые распространенные в мире. Такие установки эксплуатируют в Западной Европе, США и Китае. Их активная зона рассчитана на топливные сборки квадратного сечения. TVSK повторяет эту геометрию: классическая решетка 17×17 тепловыделяющих элементов (твэлов) создана, чтобы эксплуатироваться вместе с топливом других производителей. Внутри одной сборки — 264 твэла. Конструкция создавалась с учетом опыта эксплуатации топлива для российских водо-водяных реакторов ВВЭР-1000, на которых десятилетиями отрабатывали решения по надежности и ресурсу.

Как устроена сборка

Основу ТВС составляет жесткий каркас с дистанционирующими решетками, которые удерживают твэлы в заданном положении. В ТВС-квадрате применяют два типа циркониевых сплавов: Э110 — для оболочек твэлов и решеток, Э635 — для направляющих каналов. Такое сочетание обеспечивает высокую коррозионную стойкость и минимальное образование оксидной пленки даже при разных водно-химических режимах.

Отдельное внимание уделено геометрической стабильности. Каркас сборки сохраняет форму на протяжении всего топливного цикла, что критически важно для безопасности реактора. Еще одна важная деталь — антидебризные фильтры, встроенные в хвостовик. Они задерживают мелкие частицы, которые могут повредить оболочки твэлов.

Какое топливо используют

В ТВС-квадрате используют топливные таблетки с крупным зерном, что снижает газовыделение и повышает стабильность работы. Это позволяет достигать высокой глубины выгорания. Повышенная эффективность позволяет в перспективе продлить топливные циклы до 24 месяцев, то есть снизить количество перегрузок и уменьшить эксплуатационные расходы АЭС, сохраняя при этом безопасность.

Как обеспечивается безопасность

В конструкции исключен фреттинг-износ — повреждение оболочки твэла из-за вибраций и контакта с решетками. Это достигается за счет оригинальной конструкции пружинных элементов. Также снижены радиационный рост и ползучесть материалов, что увеличивает срок службы сборки. А обслуживать сборки можно прямо в бассейне выдержки благодаря быстросъемным концевым элементам.

В чем главное преимущество

Одна из ключевых особенностей TVSK — полная независимость от зарубежных технологий как в вопросах интеллектуальной собственности, так и в производстве. Серийный выпуск осуществляется на высокоавтоматизированных линиях Новосибирского завода химконцентратов. Разработчик технологии — Институт Бочвара. Такой подход позволяет контролировать качество продукции и обеспечивать устойчивость поставок ядерного топлива по всему миру.

Для кого предназначено

ТВС-квадрат разрабатывали с начала 2000-х годов в ответ на необходимость диверсификации рынка ядерного топлива. Пилотные ТВС загрузили в активную зону реактора PWR-900 на третьем энергоблоке АЭС «Рингхальс» в Швеции. Сборки облучали в течение четырех топливных циклов. Послереакторные исследования, проводившиеся в научном центре Studsvik, подтвердили проектные характеристики ТВС-квадрата.

По сути, TVSK — это не просто новая сборка, а платформа, способная адаптироваться к требованиям заказчика. В нее уже интегрируются перспективные решения: толерантное (ATF) топливо, регенерированный уран и другие технологии замкнутого топливного цикла. Вывод ТВС-квадрата на мировой рынок обеспечит диверсификацию поставок топлива для PWR не только по поставщикам, но и по технологии.