ТВЭЛ начал реакторные испытания нового поколения «толерантного» ядерного топлива

Ученые Научного дивизиона Росатома и Топливной компании Росатома «ТВЭЛ» выполнили новые этапы исследований в рамках программы разработки российского «толерантного» ядерного топлива (ATF) нового поколения безопасности для легководных реакторов – российских ВВЭР и установок зарубежного дизайна PWR. В ГНЦ НИИАР (г. Димитровград, Ульяновская обл.), в исследовательском реакторе МИР начался четвертый цикл испытаний экспериментальных ATF-твэлов для реакторов ВВЭР, которые продолжаются с начала 2019 года. Они имеют четыре варианта сочетаний материалов топливной композиции и оболочки твэла. Топливные таблетки изготовлены как из стандартного диоксида урана, так и плотного уран-молибденового сплава, оболочки – из традиционного циркониевого сплава, покрытого жаростойким хромовым покрытием, а также из хром-никелевого сплава.

Параллельно начались реакторные испытания новых твэлов с уран-силицидным топливом типоразмеров ВВЭР и PWR. Технология изготовления топливных таблеток из дисилицида урана разработана учеными ВНИИНМ им. А.А. Бочвара (институт Топливной компании Росатома «ТВЭЛ»), которые координируют все отраслевые исследования по созданию российского «толерантного» топлива.

Топливная композиция из дисилицида урана обладает рядом преимуществ. Это высокая плотность и ураноемкость, которые могут позволить перейти к более длинным топливным циклам без увеличения обогащения по урану-235, а также высокая теплопроводность в сочетании с низкой теплоемкостью, что означает меньше запасенного тепла в активной зоне реактора и более низкую температуру оболочек твэлов в аварийных режимах. Еще одно преимущество — более низкая по сравнению с диоксидом урана рабочая температура топливной таблетки, что способствует улучшению эксплуатационных характеристик топлива.

Кроме того, с сентября 2021 года на энергоблоке № 2 Ростовской АЭС в реакторе ВВЭР-1000 продолжается первый полуторагодичный цикл опытно-промышленной эксплуатации комбинированных тепловыделяющих сборок, содержащих по 12 твэлов в ATF-исполнении с инновационными оболочками из хром-никелевого сплава 42ХНМ, а также циркониевого сплава с хромовым покрытием.

«Программа разработки и испытаний топлива ATF ведется системно по нескольким ключевым направлениям. Это предполагает не только выбор оптимального сочетания материалов, исходя из полученных результатов, но и поэтапное внедрение этих материалов в топливо для «большой» энергетики. Если первые опытные твэлы для ВВЭР-1000 имеют только оболочку в ATF-исполнении, то в дальнейшем мы сможем рассмотреть использование как минимум трех разных топливных композиций, имеющих все необходимые научные обоснования безопасности», — отметил вице-президент по научно-технической деятельности и качеству АО «ТВЭЛ» Александр Угрюмов.

ATF (англ. — Accident Tolerant Fuel) – ядерное топливо, устойчивое к нештатным ситуациям на АЭС. Даже в случае потери теплоносителя и нарушения отвода тепла в активной зоне реактора толерантное топливо должно в течение достаточно длительного времени сохранять целостность без возникновения пароциркониевой реакции, способствующую выделению водорода. Внедрение противоаварийного топлива имеет ключевое значение для вывода системной безопасности и надежности атомной энергетики на качественно новый уровень.