«ТВЭЛ» создает новые виды ядерного топлива для реакторов российских и зарубежных АЭС

Участники подробно обсудили текущие результаты эксплуатации ядерного топлива в реакторах ВВЭР в России и за рубежом, результаты исследований облученных материалов в исследовательских реакторах, итоги совместной работы по программе «Нулевой отказ», а также ключевые направления работы Топливной компании ТВЭЛ по созданию новых видов ядерного топлива – всего было представлено около 30 докладов.

Торжественно открыл конференцию вице-президент по научно-технической деятельности АО «ТВЭЛ» Александр Угрюмов, который также выступил с докладом о последних разработках новых модификаций ТВС для традиционных партнеров АО «ТВЭЛ» и о новых перспективных видах ядерного топлива.

В части топлива для реакторов ВВЭР-440 Александр Угрюмов выделил два основных вектора развития. Первый – внедрение новой модификации топлива второго поколения с увеличенной ураноёмкостью и оптимизированным водно-урановым отношением – по такому пути пошли, в частности, АЭС «Пакш» (Венгрия) и АЭС «Ловииса» (Финляндия). Проект находится в стадии реализации, проводятся ресурсные испытания макетов тепловыделяющих сборок в ОКБ «Гидропресс», первая загрузка новой модификации топлива в один из реакторов может состояться до конца 2020 года. Другое направление – внедрение ядерного топлива третьего поколения РК-3, которое уже показало позитивные результаты эксплуатации на Кольской АЭС в России. Бесчехловая конструкция РК-3 за счёт более эффективного топливоиспользования позволит – увеличить длительность топливного цикла с 12 до 15-16 месяцев при работе на повышенной мощности энергоблока до 108% от номинальной.

Эволюция ядерного топлива для реакторов ВВЭР-1000/1200 привела к появлению двух основных конструкций: ТВС-2М (производные – ТВС ВВЭР-1200 и перспективная ТВС-4), также более референтной для Центральной и Восточной Европы ТВСА (модификации - ТВСА-12, ТВСА-Т и др.). В 2018 году внедрение на энергоблоке №6 болгарской АЭС «Козлодуй» топлива ТВСА-12, начавшееся в конце 2016 года, позволило увеличить мощность реактора до 104% от номинальной. Кроме того, в августе 2018 года в реактор энергоблока №2 АЭС «Темелин» в Чехии впервые было загружено топливо новой модификации ТВСА-Т.mod.2, которое обладает целым рядом преимуществ по сравнению с более ранним топливом ТВСА-Т. Увеличенная масса урана поможет получить экономический эффект, а более жёсткий каркас и меньшее гидравлическое сопротивление значительно улучшают эксплуатационные характеристики.

Александр Угрюмов отметил, что дальнейшие пути оптимизации экономической эффективности ядерного топлива, которая зависит прежде всего от ураноёмкости ТВС, связаны с повышением обогащения по изотопу урана-235 на уровне более 5% на базе уран-эрбиевых топливных таблеток (в рамках существующих проектов АО «ТВЭЛ» - до 7%). В ходе экспертной дискуссии вице-президент АО «ТВЭЛ» подчеркнул, что производство топлива повышенного обогащения потребует относительно небольшой модернизации оборудования фабрикационных заводов, не повлияет на технологии логистики топливных поставок, а использование эрбия в качестве выгорающего поглотителя обеспечит необходимый уровень ядерной и радиационной безопасности.

Использование топлива повышенного обогащения также важно для создания толерантного топлива, устойчивого к запроектным авариям, с оболочками твэлов из нециркониевых сплавов. В настоящее время в научном блоке АО «ТВЭЛ» рассматривается несколько материалов для оболочек твэлов толерантного топлива, включая традиционные циркониевые сплавы с жаростойким покрытием, а также хром-никелевый сплав. Перспективным вариантом топливной матрицы являются плотные уран-молибденовые таблетки, обладающие повышенной теплопроводностью и ураноёмкостью. Как сообщил Александр Угрюмов, в 2018 году АО «ТВЭЛ» получило положительные результаты лабораторных испытаний как жаростойких покрытий, так и топливных таблеток. До конца 2018 года различные сочетания конструкционных материалов толерантного топлива будут загружены в исследовательский реактор МИР в ГНЦ НИИАР (г. Димитровград), в 2020 году возможна загрузка пилотных твэлов с толерантным топливом в реактор одной из российских АЭС.

Кроме того, Александр Угрюмов рассказал о решениях АО «ТВЭЛ» в части замыкания ядерного топливного цикла, включая REMIX-топливо, MOX-топливо, а также топливо из регенерированного урана. Многократное рециклирование ОЯТ позволит значительно улучшить экономику ядерного топливного цикла и снизить количество образующегося отработанного топлива. Как отметил вице-президент АО «ТВЭЛ», в России регенерированный уран уже используется при производстве топлива для реакторов РБМК и в одном из реакторов ВВЭР-440 Кольской АЭС, также имеется референтный опыт эксплуатации в реакторе ВВЭР-1000 на Калининской АЭС.