В топливном дивизионе "Росатома" "ТВЭЛ" изготовили и успешно испытали тепловыделяющую сборку ОС-5 – экспериментальный элемент ядерного топлива нового поколения. Впервые под стальную оболочку твэла (топливный стержень) был помещен слой жидкого металла – натрия. Он обволакивает топливные таблетки из смеси урана и плутония, создавая дополнительную защиту.
Основой сборки стало СНУП-топливо. Это смешанное нитридное уран-плутониевое топливо, где делящийся материал представлен не в виде оксидов (как в большинстве действующих АЭС), а в форме нитрида – соединения с азотом. Такая технология обеспечивает более высокую теплопроводность и компактность топлива, что повышает его эффективность и надежность.
Использование жидкометаллического подслоя позволяет снизить температуру топливных таблеток и уменьшить их распухание в процессе работы реактора. Это важно, поскольку избыточное давление топливных таблеток на оболочку твэла может привести к их разгерметизации. Новый подход снижает риск аварий и повышает срок службы топлива.
ОС-5 разрабатывалась для реакторов четвертого поколения. Это энергосистемы будущего, которые должны быть безопаснее, экономичнее и производить меньше радиоактивных отходов. Инновационная сборка предназначена для реактора БРЕСТ-ОД-300, строящегося в Северске Томской области. Этот реактор относится к типу быстрых реакторов – установок, где вместо воды в качестве теплоносителя используется жидкий металл (натрий или свинец). Их ключевое преимущество – способность вырабатывать больше топлива, чем они потребляют, и перерабатывать долгоживущие радиоактивные элементы.
Ученые отмечают, что первое поколение СНУП-топлива обеспечивало выгорание около 6% тяжелых атомов. Цель ближайших лет – удвоить этот показатель до 12%. Для испытаний в действующем реакторе БН-600 на Белоярской АЭС были созданы специальные контейнеры, которые позволяют тестировать новые типы твэлов в условиях реальной эксплуатации. ОС-5 стала ключевым шагом на пути к достижению проектных параметров для быстрых реакторов будущего.
"Нитридное топливо более плотное и потенциально экономичнее традиционного оксидного. Оно изначально создавалось для реакторов со свинцовым теплоносителем – таких, как БРЕСТ-ОД-300, а в перспективе БР-1200. Но его можно использовать и в натриевых реакторах БН-1200М. Опыт эксплуатации покажет, какая технология окажется более жизнеспособной", – сообщил старший вице-президент по научно-технической деятельности АО "ТВЭЛ" Александр Угрюмов.
Сегодня в обычных реакторах используется лишь около 1% урана, остальное уходит в отходы. Быстрые реакторы с нитридным топливом способны замкнуть топливный цикл: производить энергию и параллельно дожигать опасные элементы.
