Таблетки с ядерным топливом могут начать покрывать карбидокремниевым волокном

Атомную энергетику в 2030-х годах ждут революционные изменения. Как рассказал ТАСС первый заместитель генерального директора АО «Наука и инновации» (научный дивизион Росатома) Алексей Дуб, Росатом может начать изготавливать оболочки тепловыделяющих элементов (твэлов) для тепловых реакторов из композитных материалов.

«Мы активно продвигаемся по керамическим материалам. Мы научились из бескислородного карбида кремния изготавливать нити, которые можем сплетать в волокна, а эти волокна превращать в композиты. Одно из наших основных направлений — изготавливать из них оболочки твэлов толерантного топлива для тепловых реакторов, отказавшись от металлов, в первую очередь, от циркония. Это позволит избавиться от пароциркониевых реакций», — рассказал Алексей Дуб в кулуарах проходящего в Новосибирске XI Международного форума технологического развития «Технопром-2024».

Кроме того, по его словам, стоит задача внедрения таких материалов для изготовления широкого круга высоконагруженных изделий, испытывающих воздействие рабочих температур выше 1600 градусов. «Пока все отечественные потенциальные потребители используют зарубежные исходные компоненты для волокна, так что мы одновременно решаем задачу импортозамещения. И наша главная цель — получение необходимых характеристик в нужные сроки по дорожной карте. По этой карте мы должны достичь объемов более тонны такого материала. Он очень дорогой, „ответственный“, и используется только в самых нагруженных местах, где рабочие температуры выше 1 600 градусов. Поэтому перед нами стоит задача как можно скорее от опытных образцов перейти к промышленному производству», — сказал Дуб.

Сегодня на этот конструкционный материал уже есть заказчики внутри атомной отрасли — топливный дивизион Росатома. «Кроме того, у нас есть планы работы по этому материалу с авиацией. Есть взаимопонимание и договоренности между госкорпорацией „Росатом“ и Объединенной двигателестроительной корпорацией», — рассказал ученый.

По его словам, к 2030 году уже можно будет говорить о практически эксплуатируемых изделиях. «Правда, в атомной отрасли к 2030-му не успеем по циклам, но на испытания „атомные“ изделия к этому сроку точно выйдут, что позволит потом перейти к промышленному выпуску изделий для отрасли. Применение таких конструкционных материалов в атомной отрасли — это точно инновация, и в целом — использование керамических материалов, как конструкционных материалов в ответственных нагруженных изделиях — это революция», — считает Алексей Дуб.

Пароциркониевая реакция — экзотермическая химическая реакция между цирконием и водяным паром, которая идет при высоких температурах. В частности, реакция может происходить в активной зоне ядерного реактора с водяным теплоносителем и/или замедлителем при ее перегреве в условиях контакта циркониевых конструкционных элементов с водой. Сплавы циркония являются наиболее распространенным конструкционным материалом тепловыделяющих сборок, в виде которых используется ядерное топливо в реакторах. В случае тяжелой аварии с нарушением отвода теплоты топливо может разогреться до больших температур за счет остаточного тепловыделения. В активной зоне реакторов при этом образуется пар, который по достижении 861 градуса Цельсия вступает в реакцию с цирконием. В результате образуется водород и выделяется большое количество тепла.