Российское ATF-топливо сейчас проходит третий 18-месячный цикл эксплуатации в опытных твэлах на энергоблоке №2 Ростовской АЭС (филиал концерна «Росэнергоатом»), завершающий первый этап испытаний. Для следующего этапа его опытно-промышленной эксплуатации понадобятся твэлы с хромовым покрытием, которое и планируют задействовать на выпуске топлива ВВЭР пятого поколения.
Что такое ATF-топливо
ATF (Advanced Technology Fuel, или же «толерантное» топливо – Accident Tolerant Fuel) – ядерное топливо, способное выдержать нештатные ситуации на АЭС и выполнять свои функции без ущерба для окружающей среды.
Оно остаётся устойчивым даже в случае потери теплоносителя и нарушения отвода тепла в активной зоне реактора. Толерантное топливо, согласно характеристикам, должно в течение достаточно длительного времени сохранять целостность без возникновения пароциркониевой реакции, способствующей выделению водорода.
В «Росатоме» отмечают, что использование такого топлива выводит системную безопасность и надёжность атомной энергетики на качественно новый уровень.
Как тестируется российское ATF-топливо
Полигоном для реализации программы опытно-промышленной эксплуатации российского ATF-топлива стал второй энергоблок Ростовской АЭС. Тесты проводятся в соответствии с мировыми стандартами по внедрению инновационного ядерного топлива.
Первый этап – загрузка в реактор нескольких опытных сборок с экспериментальными твэлами. По международной классификации, это этап LTR – «lead test rods». В 2021 году в активную зону реактора отправились первые три комбинированные тепловыделяющие сборки конструкции ТВС-2М. В каждой из них было по 12 твэлов в инновационном исполнении.
Шесть тепловыделяющих элементов изготовлены с применением в качестве конструкционного материала хром-никелевого сплава 42ХНМ и шесть твэлов – с оболочками из циркониевого сплава с хромовым покрытием. Данное технологическое решение позволяет либо полностью исключить, либо значительно затормозить развитие пароциркониевой реакции в активной зоне реактора в случае внештатной ситуации.
Второй цикл эксплуатации таких кассет с опытными твэлами внутри начался в марте 2023 года, третий цикл эксплуатации запустили сейчас, в сентябре 2024 года.
Топливные кассеты с опытными твэлами пройдут стандартный цикл эксплуатации ядерного топлива для российских реакторов ВВЭР-1000 – три топливные кампании по 18 месяцев. Через полтора года во время ближайшего планово-предупредительного ремонта на энергоблоке топливо будет выгружено из активной зоны реактора, а сами инновационные твэлы пройдут программу послереакторных исследований.
Второй этап испытаний – загрузка в реактор нескольких кассет, которые полностью заполнены экспериментальными твэлами. То есть, их будет уже не 12, а 312 в каждой кассете. По международной классификации, это этап LTA – «lead test assemblies». После того, как они успешно пройдут циклы эксплуатации, российское ATF-топливо получит международную квалификацию и сможет запускаться в серийное производство.
Для этапа LTA уже разработаны и запущены на Чепецком механическом заводе в производство твэлы с хромовым покрытием. В процессе работы над ними госкорпорация и получила техническое решение, важное для развития перспективных безлюдных производств.
Оказалось, что хромированные оболочки за счет свойств своей поверхности могут «закрыть» недостающее технологическое звено для создания полностью безлюдного автоматизированного производства топлива ВВЭР пятого поколения – конструкции ТВС-5. Эта конструкция топлива для реакторов ВВЭР-1200 специально разработана таким образом, чтобы при её сборке исключить ряд технологических операций, где до сих пор задействован персонал, а не только автоматика. По аналогии с фабрикацией топлива для реакторов на быстрых нейтронах безлюдное промышленное производство необходимо для замыкания ядерного топливного цикла для стандартных тепловых легководных реакторов.
Это значит, что в безлюдных российских реакторах можно будет использовать в качестве топлива не только обогащённый уран, но и регенерированные уран и плутоний.
Читать материалы по теме:
В России разработана новая установка для проверки качества композитов в авиации и космосе