Ученые научного дивизиона Росатома представили инновационные результаты обоснования технологий новой атомной энергетики

Они лягут в основу создания новой технологической платформы атомной отрасли с быстрыми реакторами и замкнутым ядерным топливным циклом, не имеющей аналогов в мире.

Доклады об этом делегация специалистов научного дивизиона Госкорпорации «Росатом» представила на прошедшей с 14 по 17 ноября 2023 года в Москве VI Международной научно-технической конференции «Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики». Мероприятие прошло на площадке Научно-исследовательского и конструкторского института энерготехники имени Н.А. Доллежаля» (АО «НИКИЭТ») при поддержке Международного агентства по атомной энергии, Госкорпорации «Росатом» и Ядерного общества России.

В частности, начальник лаборатории отделения «Твэлы и конструкционные материалы» Научно-исследовательского института Научно-производственного объединения «ЛУЧ» (АО «НИИ НПО «ЛУЧ», Подольск, Московская область) Андрей Бахин рассказал о разработке низкообогащенного ядерного топлива на основе уран-циркониевого карбонитрида, проведенных реакторных испытаниях и подготовке к исследованиям на критических сборках.

По его словам, специалисты предприятия разработали ядерное топливо на основе уран-циркониевого карбонитрида (UZrCN) c низким содержанием примеси кислорода (менее 0,1 масс.%). Особое внимание в работе уделялось именно примесям кислорода, так как их уровень в такой топливной композиции является основным технологическим фактором, определяющим эксплуатационные качества, прежде всего – распухание, газовыделение и совместимость с оболочкой твэла.

«Результаты проведенных нами исследований показали, что по совокупности теплофизических и эксплуатационных свойств карбонитридное топливо UZrCN является оптимальным вариантом высокотемпературного топлива для использования в ядерных энергетических установках прямого преобразования, ядерных энергодвигательных установках, передвижных (транспортабельных) атомных станциях, высокотемпературных газоохлаждаемых реакторах. Основная проблема, которая препятствует широкому использованию этого топлива – малоизученность его поведения при облучении, особенно при высоком выгорании», – отметил специалист, подчеркнув, что испытания UZrCN топлива начаты в исследовательском реакторе СМ-3 на площадке Научно-исследовательского института атомных реакторов (АО «ГНЦ НИИАР», Димитровград, Ульяновская область).

Пять докладов представили специалисты Физико-энергетического института им. А.И. Лейпунского (АО «ГНЦ РФ — ФЭИ», Обнинск, Калужская область). Начальник департамента физики реакторов отделения ядерной энергетики Андрей Гулевич рассказал о возможности выжигания америция в реакторе БН-1200М. Это одно из актуальных в настоящее время направлений, вызывающее горячие дискуссии в части способов технической реализации тематики выжигания и трансмутации минорных актинидов. Он отметил, что ГНЦ РФ — ФЭИ принимает участие в реализации действующей сейчас программы «Сбалансированный ядерный топливный цикл», заказчиком которого является АО «ТВЭЛ» (Топливный дивизион Госкорпорации «Росатом») и проводит исследовательские работы по оптимизации трансмутации минорных актинидов америция и нептуния в активной зоне реактора БН-1200.

Учёный уточнил, что рассматриваются разные способы организации трансмутации минорных актинидов. Так, гомогенная трансмутация сегодня достаточно проработана в теоретическом плане и показывает возможность промышленной гомогенной трансмутации значительных количеств минорных актинидов с использованием быстрых реакторов. Также есть другие предложения – гетерогенная трансмутация в боковом экране. Ее можно организовать в специальных облучательных сборках как без замедлителя, так и с замедлителем.

«Второй вариант является более эффективным и может достигать 80% и выше за одну топливную кампанию. При этом значительное количество минорных актинидов будет выжигаться, превращаться в осколки деления. Мы считаем этот способ очень перспективным с точки зрения общего объема прорециклированного америция через боковой экран и, вполне вероятно, экономически более выгодным, чем гомогенная трансмутация», – отметил Андрей Гулевич.

Главный научный сотрудник Александр Сорокин представил результаты уникальных и сложных высокотемпературных экспериментах кипения щелочного теплоносителя в тепловыделяющих сборках реакторов на быстрых нейтронах в аварийных режимах. «Мы проделали очень важную работу по направлению быстрых реакторов на мировом уровне. Экспериментальный цикл проводился на протяжении двадцати лет. В итоге мы получили уникальные результаты для обоснования безопасности быстрых реакторов, которые работают пока только в России — это БН-600, БН-800 и идет работа по проекту БН-1200», – отметил он.

Советник генерального директора Георгий Тошинский представил доклад по направлению «Инновационные проекты ядерных установок различного назначения», в котором рассказал об особенностях работы быстрого реактора с теплоносителем свинец-висмут и свинец, а также по направлению «Технология замкнутого топливного цикла. Обращение с ОЯТ и РАО» о трансмутации америция в реакторе СВБР-100.

Участники также обсудили инновационные проекты ядерных установок различного назначения (энергетических, исследовательских, жидкосолевых и других), ядерное топливо, теплоносители и новые материалы (в том числе, применение аддитивных технологий), технологии замкнутого топливного цикла, обращение с ОЯТ и РАО. Кроме того, они затронули вопросы малой энергетики (стационарных, транспортабельных, плавучих, транспортных, космических установок) и термоядерные технологии (управляемый термоядерный синтез, термоядерный реактор), развитие мировой ядерной энергетики и вызовы современности.

Для справки:

В работе Международной научно-технической конференции «Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики» принимают участие специалисты ведущих организаций и предприятий атомной отрасли, Ростехнадзора, научных центров и вузов Российской Федерации, а также эксперты из МАГАТЭ, Италии, Китая, Белоруссии, Казахстана, Ирана и других стран. Цель конференции – создание экспертной площадки для рассмотрения задач и предлагаемых решений по ключевым вопросам разработки инновационных проектов и технологий, обмен информацией о международных и национальных программах и проектах, о новых разработках в области атомной науки и техники.

Работа научного дивизиона Госкорпорации «Росатом» связана с инновационным развитием и технологическим лидерством Госкорпорации. Среди его основных задач до 2030 года – увеличение конкурентоспособности российской продукции и услуг на атомном энергетическом рынке и в сфере радиационных проектов за счет развития технологий и модернизации инфраструктуры, повышение эффективности проводимых исследований и разработок, активная коммерциализация научных результатов. Управляющая компания научного дивизиона – АО «Наука и инновации» координирует деятельность десяти научных институтов и центров, которые проводят исследования в области ядерной физики, физики плазмы и лазеров, водородной энергетики, ядерной медицины, новых материалов, адаптивной оптики, газо-, гидро- и термодинамики, радиохимии и многих других.

Инновационные технологии Госкорпорации «Росатом» основаны на передовых достижениях российской атомной науки. Четкое взаимодействие промышленных предприятий с научно-исследовательскими институтами помогает укреплять технологический суверенитет страны, повышать конкурентоспособность отечественной атомной отрасли.