В поисках баланса: российские химики разработали улучшенное таблетированное топливо для АЭС

Исследователи из Института химии Дальневосточного отделения Российской академии наук и Дальневосточного федерального университета создали улучшенное таблетированное топливо для АЭС. Об этом сообщается в журнале Nuclear Engineering and Technology. Работа проведена при поддержке Российского научного фонда.

По словам разработчиков, для большинства реакторов топливо делается на основе оксида урана. При этом топливный элемент сгорает только наполовину, перестаёт давать необходимую энергию, и его необходимо заменять новым. Стандартный топливный цикл реактора АЭС рассчитан примерно на 12 месяцев, за это время он потребляет около 30 тонн оксида урана. Перед дальневосточными учёными стояла задача продлить срок службы атомных «таблеток» за счёт повышения степени выгорания топлива. Для решения этой задачи были разработаны специальные добавки — выгорающие поглотители нейтронов.

«Стандартное топливо выгорает на 50—60%, а если использовать добавки, то этот показатель увеличивается до 80—90%», — сообщил RT главный автор исследования, заведующий лабораторией композиционных и керамических функциональных материалов Института химии ДВО РАН Евгений Папынов.

Учёные изготовили композитное топливо с так называемым выгорающим поглотителем нейтронов — триоксидом гадолиния. Как утверждает Евгений Папынов, благодаря такой добавке увеличиваются и ускоряются циклы деления атомов урана и исключается вредное поглощение нейтронов на поздних стадиях рабочего цикла. По его словам, цикл выгорания «таблеток» с триоксидом гадолиния увеличивается до 24 месяцев, а стоимость каждого цикла в итоге снижается на 3%.

По словам учёного, в настоящее время во всём мире только одна немецкая компания освоила промышленное производство топлива с подобными добавками с применением технологии искрового плазменного спекания, и Россия может стать второй страной, производящей улучшенные атомные «таблетки».

• Благодаря новому составу и улучшенной технологии ядерное топливо сгорает эффективнее, с повышенным выделением энергии
• РИА Новости
• © Павел Лисицын

Как утверждает Евгений Папынов, основной проблемой использования добавок является снижение качества конечного изделия: при увеличении степени выгорания ухудшаются такие характеристики, как температура плавления и плотность топлива. Самым сложным в работе химиков было найти необходимый баланс, при котором все параметры «таблеток» гармонично сочетались бы. Работа заняла почти семь лет.

«Сейчас мы совершенствуем методы подготовки смесей для спекания, чтобы получать материалы с более высокими эксплуатационными прочностными характеристиками», — подытожил специалист.