3 февраля 2022

Во ВНИИНМ разработали технологию производства уран-силицидного ядерного топлива нового поколения безопасности

Во ВНИИНМ им. А.А. Бочвара (АО «ВНИИНМ», входит в Топливную компанию Росатома «ТВЭЛ») успешно разработана технология и изготовлены экспериментальные топливные таблетки из дисилицида урана для легководных реакторов (ВВЭР и PWR) в рамках реализации комплексной программы разработки топлива нового поколения безопасности ATF (т.н. толерантного топлива). Новую разработку представили президенту АО «ТВЭЛ» Наталье Никипеловой в ходе рабочего визита в АО «ВНИИНМ». 

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. 

В институте президенту АО «ТВЭЛ» продемонстрировали участки разработки технологии изготовления топливных таблеток, плавки и литья слитков дисилицида урана. Внедрение такой технологии на Машиностроительном заводе в Электростали (АО «МСЗ», предприятие Топливной компании Росатома «ТВЭЛ») позволило наладить выпуск топливных таблеток из дисилицида урана и экспериментальных твэлов для последующих испытаний в исследовательском реакторе. 

В Росатоме с начала 2019 года продолжаются реакторные испытания «толерантного» топлива ATF российского дизайна для легководных реакторов, составляющих основу современной атомной энергетики, – российских ВВЭР и установок западного дизайна PWR. Экспериментальные ТВС, которые прошли три полных цикла реакторных испытаний в исследовательском реакторе МИР в АО «ГНЦ НИИАР» (г. Димитровград, Ульяновская обл.), содержат твэлы с четырьмя вариантами сочетаний материалов оболочки и топливной таблетки. В сентябре 2021 года в коммерческом реакторе ВВЭР-1000 на энергоблоке №2 Ростовской АЭС началась эксплуатация комбинированных ТВС-2М, каждая из которых содержит по 12 твэлов в ATF-исполнении. 

Толерантное топливо нового поколения безопасности (ATF – Advanced Technology Fuel, также – Accident Tolerant Fuel) – глобальный тренд в мировой атомной промышленности, который заключается в разработке и внедрении ядерного топлива на основе новых материалов топливной таблетки либо оболочки твэла. Это должно повысить теплопроводность и жаростойкость топлива, и в конечном итоге – безопасность эксплуатации ядерного реактора. Даже в случае тяжелой аварии с нарушением 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.