?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Оболочки из Mo – 9-14 лет. Экзотический вариант создания многослойных оболочек, так как сам молибден также надо защищать от коррозии плюс у него приличный захват нейтронов. Защищают их как сталью, так и цирконием. Занимаются ими в основном в США, а также AREVA во Франции и частично в Южной Корее. Основное их преимущество – высокая жаропрочность, что препятствует разрыву оболочек при LOCA за счет давления изнутри газовых осколков.



Теперь перейдем к топливу. Этим направлением занимаются все - США, Евросоюз, Китай, Япония и Корея. Сроки разработки до начала внедрения:

•           Модифицированный диоксид урана – 7-11 лет,

•           Высокоплотное топливо – U3Si2, UN, etc  - 12-17 лет,

Дисперсионное топливо (с многослойным покрытием) – 17-22 лет

Легирование оксидного топлива. Много стран работает над модификацией таблетки из диоксида урана путем легирования для повышения теплопроводности. Основные добавки – Cr2O3 , SiC и окись бериллия в объеме до 10%. Теплопроводность повышается в полтора раза. Но в количественном показателе это незначительно – переход с 2-4 Вт/м гр на 3-5 Вт/м гр вряд ли ощутимо понизит температуру топлива. Плюс потеря ураноемкости требует увеличения обогащения. Тем не менее и на этом пути может возникнуть что-нибудь интересное, если будут привлечены к работе нестандартно мыслящие специалисты.

Следующий вариант – микрокапсульное топливо – трансформация топлива для газовых реакторов в топлива реактора ВВЭР. Его преимущество - высокая радиационная стойкость, теплопроводность и удержание продуктов деления. Но по-моему, это экзотический вариант. Оставим в стороне технологические сложности. Но даже оставшиеся проблемы – переход с гранул диоксида урана на гранулы из нитрида урана и увеличение обогащения топлива на 20% практически ставит крест на этом варианте. Хотя по бьезопасности он считается наилучшим. Но расчетчики забывают, что конечный продукт данной разработки – твэл, т. е. комплекс, где кроме топлива есть еще и оболочка, и напряжения. Что полетит первым, то и будет определять надежность.


Теперь основной вариант топливного сердечникаэто нитрид урана, диоксид урана (или U3Si5) и нитридно-силицидное топливо (таблетки из смеси порошков нитрида урана и U3Si5). Сейчас они все более склоняются к последнему варианту. Преимущества такого топлива очевидны. Высокая теплопроводность, высокая температура плавления и высокая ураноемкость ( у нитрида урана на 42% больше, у дисилицида урана на 17%). Значительный выигрыш в ураноемкости дает плюсы в экономике, позволит не превышать 5% барьер по обогащению и применять стальные оболочки. Сейчас Вестингаус и LANL изготавили образцы для реакторных испытаний, которые начинаются в INL.

Однако есть два минуса. Первый – невысокая коррозионная стойкость в воде (что, в принципе, можно улучшить легированием). Второй – захват нейтронов у нитрида урана – азот-14. Здесь уже трудно что-нибудь сделать. Теоретически можно перейти на азот-15. Например, на совещании в МАГАТЭ представитель Вестингауса буквально клялся, что они решили эту проблему, По-моей просьбе это заявление было занесено в Протокол заседания экспертной группы. Но при всем уважении к ихним ученым, он, скорей всего, «соврамши». Разделить соседние изотопы, которых в природе только 0.2%, практически невозможно. Нашим ученым в рамках проекта «ПРОРЫВ» не удалось этого сделать

Вот коротко состояние дел на Западе. Они молодцы, быстро и широко работают, и, несмотря на трудности, рано или поздно добьются успеха.

Чтобы не загромождать обзор я здесь не привел их расчетные работы – модели и обоснования аварийных ситуаций, работоспособности материалов, экономику и т. д. Хотя они представлены очень широко – даже шире, чем технологические и материаловедческие исследования, они пока не представляет большого интереса. Очень все путано – невозможно учесть все факторы. Наверное, где-то есть приличные расчеты, но, разбирая весь этот, прошу прощения, хлам, понимаешь, что во всем мире явное перепроизводство расчетчиков, как и эффективных менеджеров. И это естественно. Просто такое время наступило, очень много компьютеров надо продать, а их надо как-то задействовать. Такова судьба. Никого не хочу обидеть, я и сам, прежде чем приступить к работе, делаю предварительные расчеты. Но здесь расчеты есть, а работы по ним нет. Как говорил Ходжа Насреддин, хоть сто раз скажи халва халва, во рту слаще не станет.

Какое из этого можно сделать резюме. Очень резкое начало, работы идут широким фронтом (благо денег немерено), без предварительного анализа и подготовки. Но настрой силен, требуемые корректировки будут сделаны и результат получен, хотя, по моему мнению, с некоторой задержкой. История показывает, что такие усилия всегда приводят к успеху. Но тогда, если мы не будем шевелиться, топливный рынок, и не только, от нас уйдет, как и авторитет в области ядерной энергетики.

Теперь рассмотрим, как обстоят дела в России. Пока утвержденных программ разработки толерантного топлива нет. В то же время факультативно разработки в этом направлении велись, и, прежде, всего в АО ВНИИНМ. Как известно, АО ВНИИНМ является основным разработчиком топлива для различного типа реакторов (тепловых, быстрых, исследовательских, малой мощности). Инновационная политика АО ВНИИНМ всегда была направлена разработку новых перспективных видов топлива для легководяных реакторов, которое по многим своим свойствам соответствует критериям устойчивого к авариям топлива (ATF). Причем некоторые варианты ATF топлива являются принципиально новыми, не имеют аналогов в мире и перспективны для включения в международные R&D программы.

Схематично эти направление работ представлено на рисунке.




Хотя при инициативных перспективных работах не ставилась напрямую задача разработки конкретно толерантного топлива, но многие варианты после некоторой модификации вполне вписываются в концепцию ATF. Это, прежде всего, разработка особотонкостенных оболочек из стали, покрытия на циркониевых оболочках, предварительные работы по керамическим оболочкам из SiC, а также работы по теплопроводному ураноемкому топливу на базе композитного топлива дисперсионного типа, а также нитридов и силицидов урана. По направлениюстальных оболочек и композитного топлива на данный момент мы имеем даже некоторое преимущество. Также следует отметить использование комбинации различных методов, моделирования поведения твэлов, вопросы топливного цикла и экономики.

По разработке оболочек. Это SiC композиты, стальные оболочки и защитные покрытия на Zr оболочках.

Оболочки из SiC. Разработки во ВНИИНМ проводятся на уровне лабораторной технологии.

Проведены сравнительные исследования физико-химических свойств экспериментальных образцов оболочек труб, изготовленных различными методами.



Внешний вид оболочек из SiC композита и структура внешнего слоя (ВНИИНМ)

Стальные оболочки. ВНИИНМ имеет большой опыт изготовления и эксплуатации стальных оболочек как для реакторов на быстрых нейтронах, так и водо-водяных малых реакторов типа ПЭБ (плавучий атомный энергоблок), ледоколов, а также для высокопоточного исследовательского реактора СМ-2. Поэтому в этой области мы пока лидеры. Внешний вид стальных труб разных типоразмеров для быстрых и тепловых реакторов. Стальные оболочки диаметром от 2 до 30 мм с толщиной стенки от 0.1 до 0.7 мм могут быть изготовлены в промышленном масштабе.




Внешний вид стальных труб разных типоразмеров для быстрых и тепловых реакторов (ВНИИНМ)

Во ВНИИНМ также разработаны технологии получения твэлов сложной формы, позволяющих увеличить теплоотдачу и мощность реактора. Разработанное дисперсионное топливо в стальных оболочках в малых реакторах типа ВВЭР позволило достичь:

- максимального выгорания 1,0 г-оск/см3 под оболочкой твэла, что равносильно выгоранию 120 MW*d/kgU твэла реактора ВВЭР-1000), при толщине оболочки 0.20 - 0.30 мм.

Собрана база данных по свойствам и реакторным испытаниям оболочек, а также разработаны программы расчета эксплуатационных свойств оболочек применительно к реакторам ПЭБ, СМ-2 и частично ВВЭР-1000


Защитные покрытия на циркониевых оболочках. ВНИИНМ обладает уникальным оборудованием и промышленной технологией изготовления покрытий разного типа, прежде всего, методами сверхзвукового распыления, а также высокоскоростным ионно-плазменным магнетронным напылением (ВИПМР).



Примеры образцов с покрытиями (ВНИИНМ)

Разработаны технологии нанесения защитных покрытий на разные материалы. Задача дальнейших исследований – оптимизировать покрытия на оболочках и усовершенствовать технологию.

Разработка холодного топлива - высокой теплопроводностью. ВНИИНМ является головной организацией в России по разработке топлива для легководяных реакторов. Схема работ во ВНИИНМ по разработке топлива представлена на слайде

Разработка «холодного» топлива, позволяет снизить температуру при аварийных ситуациях, особенно в начальной стадии за счет меньшего количества запасенного тепла.
Композитное топливо Для реакторов типа ВВЭР и PWR сейчас разрабатывается инновационное топливо на базе композитов, представляющее собой высокоплотное металлическое топливо, в том числе U3Si в матрице из циркониевых сплавов. В композит может также добавляться керамическое топливо – порошок PuO2 (аналог МОХ). Композитное топливо имеет также внутреннюю регулируемую пористость для компенсации распухания и размещения газообразных продуктов деления.


Свойства композитного топлива

Дисперсионное топливо U3Si U-9Mo U-1.5Mo-1.0Zr U-5Nb-5Zr U-3Nb-1.5Zr UO2таблетка
Содержание урана в топливной композиции (г/см3под оболочкой твэла) при объемной доле топлива 66% o 9.6 10.7 11.9 9.8 11.34
8.5
72% 10.45 11.7 12.9 10.7 12.37
Увеличение содержания урана по сравнению с таблеткой из UO2, % 13-24 26-38 42-55 15-26 35-47 -
Теплопроводность при 500 °С,
W×m-1×К-1
19 22 24 18 21 2-4
Слой взаимодействия при 750 °С в течении 6000 часов, mm 7-10 10-15 15-25
Скорость коррозии в воде при 3300C (г/м2ч) 0.03 0.05 0.02


Структура различного типа композитного топлива

Композитное топливо может рассматриваться как толерантное топливо в соответствие со следующими критериями:

- высокая теплопроводность,

- наличие металлургического сцепления оболочки с сердечником приводит к дополнительному уменьшению рабочей температуры топлива и делает твэлы работоспособными в режиме переменных нагрузок,

- высокая ураноемкость топлива, более чем на 20% превышающая ураноемкость штатного топлива с таблеткой из диоксида урана, что позволит не только компенсировать ухудшение нейтронно-физических характеристик реактора при применении, например, стальных оболочек твэлов, но даже и снизить обогащение топлива.

- покрытое топливо (частички топлива распределены в металлической матрице, которая служит также как геттер).

На базе композитного МЕТМЕТ топлива возможна разработка композитного U(Th)-PuO2 топлива, альтернативного МОХ топливу для реакторов PWR, ВВЭР, CANDU. Основной подход к разработке твэла - разделение операций изготовления твэла с урановым сердечником и введения в него порошка из диоксида плутония, что приводит к минимизации пылеобразующих операций изготовления твэла.

Во ВНИИНМ разработано смешенное нитридное топливо для быстрого реактора БРЕСТ-300 со свинцовым теплоносителем. Однако для применения в реакторах типа ВВЭР оно должно быть модернизировано в с целью увеличения коррозионной стойкости и применением изотопа N15 c меньшим захватом тепловым нейтронов.




Внешний вид нитридного топлива после облучения в реакторе Бор-60 (ВНИИНМ)

Во ВНИИНМ ранее также разрабатывалась силицидное топливо U3Si для реакторов РБМК (CANDU). Исследованы все свойства топлива, включая коррозионную стойкость

В отличие от общепринятого мнения, что топливо сохраняет свою стабильность (форму и размер) только до температуры ликвидуса, мы предположили, что стабильное состояние сплава должно сохраняться и при более высоких температурах – выше температуры солюдуса, но ниже температуры ликвидуса. Это предположение было подтверждено экспериментально нагревом образца твэла с силицидным топливом (11500С – 30 минут) для имитации аварийной ситуации. Образец сохранил свою форму и размеры. Слой взаимодействия с оболочкой не превышал 30 микрон. Таким образом, в качестве толерантного топлива мы можем применить более плотное U3Si топливо вместо рассматриваемого сейчас U3Si2, или топливо промежуточного состава

Применение холодного топлива значительно снижает максимальную и среднюю температуру топлива.

Микрокапсульное топливо. Микрокапсульное топливо представляет собой дисперсию топливных частиц в керамической или металлической матрицах .

ВНИИНМ разрабатывает покрытые частицы (U,Pu)O2 для газовых реакторов. Для использования данного топлива как толерантного топлива, возможен переход на нитридное топливо для увеличения ураноемкости таблеток.




Внешний вид композитов из микрокапсульного топлива (ВНИИНМ)

Комбинация методов

Для улучшения свойств ATF топлива рассматривается также комбинации методов, например, применение керамических и относительно хрупких оболочек из SiC с композитным топливом может позволить увеличить работоспособность твэлов, так как композиты пластичны, не нагружают оболочку SiC при работе, а пористость в топливе компенсирует его распухание. Возможны различные сочетания оболочечных и топливных материалов.

Моделирование поведения ATF топлива

Моделирование поведения ATF топлива включает расчет сценариев аварийных ситуаций для холодного топлива разного типа, моделирование поведения стальных оболочек при аварийных ситуациях, проведение дореакторных испытаний. Будут рассчитаны и подтверждены такие характеристики ATF топлива как теплопроводность, термическое расширение, ползучесть, плотность, теплоемкость, поглощение нейтронов, распухание, обогащение, ураноемкость, нейтронные характеристики ячейки ВВЭР, механические свойства, сценарий аварийных ситуаций, экономические аспекты и т. д.

Это очень краткий обзор работ, которые ВНИИНМ уже ведет самостоятельно или потенциально может проводить по разработке толерантного топлива, используя свой задел. Как видно мы не стояли на месте, и двигались в нужном направлении, несмотря на отсутствие единой российской Программы. Подобные телодвижения, правда, в меньшем объеме и несколько хаотично, проходили и в структурах Росатома.

Например, по инициативе В.В.Новикова (зам дир. ВНИИНМ по направлению ВВЭР), Концерн ТВЭЛ несколько лет назад профинансировал ВНИИНМ начало работ по оболочке из карбида кремния (SiC). Хотя твэлы мы еще не сделали, но полученные результаты позволяют хотя бы сильно не отстать от Запада в этом направлении.

Затем, почти два года назад, пришло официальное распоряжение из международного отдела Росатома (международный отдел Концерна ТВЭЛ сразу же продублировал своим приказом это распоряжение) принять участие в первом международном техническом совещании по разработке толерантного топлива в Окридже (США-ORNL), - базовой организацией в США по данной тематике. Но денег, естественно, ни на разработки, ни на поездку, не дали. Тем не менее, наши подготовленные два доклада там были представлены (делал их представитель МАГАТЭ). В результате удалось получить все материалы совещания, войти в эту «тусовку» и быть постоянно в теме.

Это был импульс, который наш директор Иванов В.Б., пользуясь своими связями и авторитетом, грамотно использовал для продвижения в верхних эшелонах Росатома идеи организации в России подобных работ и составлении собственной Программы (хотя, по-моему личному мнению, все должно было быть наоборот). Нашу инициативу поддержали часть руководителей Росатома, а также Ю.А. Оленин.

Одновременно нам удалось включиться в Проект МАГАТЭ по разработке толерантного топлива (CRP-2018) со своей отдельной программой от ВНИИНМ, интерес к которой проявили как представители как OECD/NEA, так и DOE.

Далее на этой волне во ВНИИНМ был организован первый российский семинар по разработке толерантного топлива. Семинар получил резонанс, и были даже две публикации в газетах «Страна Росатом» и «Атомный Вестник». По итогам обсуждения проблемы на Семинаре во ВНИИНМ была составлена Российская Программа по разработке толерантного топлива. Она получила положительные официальные отзывы как от заводов-производителей топлива (МСЗ и НЗХК), так и разработчиков активных зон ВВЭР (Гидропресс, ОКБМ, ИАЭ), и даже Концерна ТВЭЛ (хотя и более сдержанный отзыв, и как ни странно, без подписи и печати, анонимный). Заводы вообще, образно говоря, «бьют копытом» - не только готовы работать, но и пеняют на то, что Программа даже запоздала. Теперь Программа будет рассматриваться на секции 2 НТС Росатома после получения дополнительных экспертных заключений для утверждения и определения источника финансирования. Головной организацией назначен ВНИИНМ.

Таким образом, все, казалось бы, складывается хорошо (Институты, заводы и высшее руководство структур Росатома поддерживают Проект). Настораживает только отрицательная реакция среднего звена менеджеров концерна ТВЭЛ. Для них это лишняя заморочка. Я с ними постоянно в контакте. Они хорошие ребята. Но в данном вопросе они солидарны с позицией сытого кота из известного мультфильма: «Таити, Таити, зачем нам Таити, нас и здесь хорошо кормят». А все решает обычно не руководство, а клерки. Надеюсь, что их все-таки удастся хотя бы нейтрализовать. Хотя, рассуждая логически, должно быть все наоборот – ведь ТВЭЛ топливная компания и может потерять рынок. Ему надо шевелиться. Надо четко понимать, что если мы не реализуем Программу, то Портфель Заказов можно будет сдать в музей как дорогой образец нереализованных возможностей.

Comments

( 25 comments — Leave a comment )
johnleehooker
Feb. 8th, 2016 10:01 am (UTC)
Иванов В.Б. - земля пухом Валентину Борисовичу, хороший человек был.
tydymbydym
Feb. 8th, 2016 03:00 pm (UTC)
Неоднозначное впечатление от статьи.
1) американцам кучу денег дали и продолжают давать
2) у нас даже не шевелятся
3) американцы не знают как правильно делать и уже наделали кучу ошибок
4) а мы-то знаем, мы эти ошибки уже совершали
5) денег дайте (хорошо бы в сопоставимых объемах)

Как-то девяностыми по стилю повеяло...

Относительно разделения изотопов азота тоже не совсем понятно. Разница в одну а.е., но относительная-то разница сильно выше, чем для урана, раз этак в 10. А содержание N15 всего вдвое меньше в природном азоте, чем U235 в природном уране.
tnenergy
Feb. 8th, 2016 07:07 pm (UTC)
Речь идет не о разнице в массах (кстати, центрифуге важно не относительное различие в массах, а абсолютное, т.е. разделять N14 и N15 сложнее, чем U235 и U238) а о процентном содержании. Начинать надо с изотопа, содержание которого 0,36% - вдвое хуже, чем для урана. Не знаю, может быть действительно это сложно.
tydymbydym
Feb. 8th, 2016 07:08 pm (UTC)
> кстати, центрифуге важно не относительное различие в массах, а абсолютное, т.е. разделять N14 и N15 сложнее, чем U235 и U238

Ну я еще тот специалист ;)
Если так, то вопрос снимается
tnenergy
Feb. 8th, 2016 07:16 pm (UTC)
На самом деле - это очень важный момент. Для проекта "Прорыв" постулировалось, что азот желательно изотопно смещенный в N15. Если есть технические проблемы с его получением, то это ставит весь "Прорыв" под вопрос, где как раз сменился главный технолог...
tydymbydym
Feb. 8th, 2016 07:18 pm (UTC)
Понимаю, что здравый смысл тут может не играть, но он как раз подсказывает, что важна относительная разница в весе. Нет ли ссылок, в которых на эту тему можно порыться?
tnenergy
Feb. 8th, 2016 07:43 pm (UTC)
Нет, к сожалению, не вспомню. Читал учебник в свое время, где этот механизм объяснялся. В центрифугах довольно много контринтуитивных вещей, например влияние длины на эффективность разделения.
tydymbydym
Feb. 8th, 2016 07:45 pm (UTC)
Ясно, спасибо!
b_my
Feb. 8th, 2016 11:15 pm (UTC)
Нет, не ставит прям так весь.
В общем-то, азот-15 это уже "шашечки" - чуть больше потери нейтронов, наработка гадкого долгоживущего С-14 - это всё да. Но принципиально на работоспособность это не влияет.

Да, можно сказать, что С-14 ставит крест на концепции захоронения "эквивалентной радиотоксичности", но давайте посмотрим правде в глаза - а кого это РЕАЛЬНО беспокоит?

Что касается наработки азота-15, то за эту задачу никто всерьёз даже не брался. Почему именно центрифуги?
Скажем, всеми забытая несчастная газовая диффузия любит именно разницу относительных масс. Ионнообменные процессы (тяжёлую воду - как получаем?) - тоже. Скажем, процесс Габера - изотопно-зависим, а это такое крупнотоннажное производство (которое может обеспечивать нам первичное обогащение задаром), что сложно даже представить тонны ещё крупнее. Хотя... есть и сравнимое - получение жидких азота и кислорода. Мы можем заменить пару ректификаторов на металлургических заводах (скажем, алюминиевых комбинатах) на чуть более сложные и получать обогащение попутно, без дополнительных операционных затрат.
Лазерные методы (кто сказал "эксимеры"?) - само собой.
К ионнообменным методам добавляется чувствительность некоторых реакций к МИЭ. Но азот - очень даже биологически активный материал.
Гиперчуствительность фермента синтеза АТФ к МИЭ магния (настолько, что магнитные бури(!) напрямую влияют на сердечников) прозрачно намекает нам, что тут можно присмотреться к некоторым процессам в бактериях, а поля-то уж в промышленности можно обеспечить поболее пары микротесла. Прелесть в том, что тут возможен "пивно-сырный" подход - никто ведь толком не разбирается в тонкостях биокомплекса культур закваски, мы просто квасим и смотрим на результат. Искусственный отбор с бактериями работает прекрасно, они плодятся быстро, и процесс можно автоматизировать. Это квантовый суперкомпьютер с квинтиллионами ядер, саморазмножающихся и работающих по генетическому алгоритму оптимизации, наша задача лишь предоставить им энергию и внешнюю целевую функцию отбора.

Это ж лёгкое ядро, там применима масса методов.

А так, кто-то что-то ковырнул, прикинул на бумажке - "центрифуга это дорого"... Это не тот уровень постановки задачи и затрат на неё, когда можно сказать "задача проблемная". Она не проблемная. За неё просто не брались.
tnenergy
Feb. 9th, 2016 11:21 am (UTC)
>Но принципиально на работоспособность это не влияет.

Ну есть много принципиально работающих вещей, которые из лаборатории не выходят из-за "есть одно но".

>Почему именно центрифуги?

Я согласен, но вроде как директор УЭХК в свое время рассказывал, как караваны центрифуг отправятся к марсу будут обогащать цирконий и азот под эту задачу. Т.е. вроде как оставалось найти спрос и все можно было решить в рабочем порядке, "гексафторид сливаем в это ведро и азот закачиваем, работаем".
b_my
Feb. 9th, 2016 11:29 am (UTC)
>Ну есть много принципиально работающих вещей, которые из лаборатории не выходят из-за "есть одно но".

А есть много, которые выходят. Скажем, тот же помянутый магний обогащают (и продают за бешеные деньги)... а это задачка "малость" потруднее вытачивания буратиныобогащения азота.

>Т.е. вроде как оставалось найти спрос и все можно было решить в рабочем порядке, "гексафторид сливаем в это ведро и азот закачиваем, работаем".

Но по сути же так и есть. Нюанс - спрос должен быть платежеспособным... а так - да, сливаем, закачиваем, работаем. :)
Нашёлся бы кто-нить, кто оплатит продукт. :)
То, что атомщики просто жадиныне хотят платить за обогащение азота больше, чем за обогащение урана - не означает, что задача нерешаема технически.
tnenergy
Feb. 9th, 2016 11:37 am (UTC)
Дык в том и суть - целый к.т.н. выше сомневается.
b_my
Feb. 9th, 2016 01:53 pm (UTC)
Он пишет "нашим учёным не удалось", что есть (при буквальном прочтении) очевидная неправда - азот-15 применяется в биологии как меченный атом, скажем. И русские его тоже производят, НЯЗ.

Очевидно, что "нашим учёным не удалось" при определённых граничных условиях, о которых умалчивается. И скорее всего, как всегда в таких случаях, главным образом вопрос в цене.
jj_login
Feb. 8th, 2016 03:50 pm (UTC)
Алармизмом попахивает.
ardelfi
Feb. 8th, 2016 06:13 pm (UTC)
Я выделю наиболее яркие фразы автора:
> рассмотрим, как обстоят дела в России. Пока утвержденных программ разработки толерантного топлива нет.
> видно мы не стояли на месте, и двигались в нужном направлении
> полученные результаты позволяют хотя бы сильно не отстать от Запада в этом направлении
> Настораживает только отрицательная реакция среднего звена менеджеров концерна ТВЭЛ. Для них это лишняя заморочка.
> ТВЭЛ топливная компания и может потерять рынок


Сама идея "толерантного топлива" воняет американским духом не слабее "нераспространения" -- выдуманная проблема, о месте и весовом коэффициенте которой в ядерно-энергетическом комплексе не потрудились задуматься, но бросились решать с готовностью починить всё что хорошо работает, включая даже топливо для РБМК, которые уже собираются на выход. Поэтому я сделаю попытку определить место и вес этой "проблемы" в системе, чтобы стало видно чего стоит вся эта суета, и почему у руководства ТВЭЛ отрицательная реакция, а у руководства ВНИИНМ синдром гиперактивности.

Место проблемы -- одна из тупиковых ветвей графа возможных аварий, куда каждая ведущая ветвь является отказом одной из защит. Я не буду даже пытаться их всех перечислить, но чтобы проблема стала актуальной, из реактора должна вытечь вода ниже уровня топлива. Это настолько далеко зашедная авария, что начинать спасать топливо на этом участке графа уже поздно. Ставшая причиной для этой возни Фукусима показывает и причину бессмысленности тонкого подбора материалов для "толерантного" топлива: когда авария зашла так далеко, начались импровизации, начиная с залива морской воды в реактор. Поэтому риторический вопрос: толерантное топливо будет толерантно к кипящей морской воде и всему богатству химии между её солями и топливом? А это лишь одна из множества возможных импровизаций в ситуации тяжёлой аварии. Тезис прост и очевиден: поскольку толерантное топливо функционирует как одна из систем защиты, она должна рассматриваться в сравнении со всеми другими актуальными системами защиты -- по эффекту, эффективности, экономике, капитальным затратам, рискам, сертификации и всему прочему. Думаю такое сравнение окажется сразу не в пользу толерантного топлива: улучшение всех прочих систем защиты, не допускающих потери воды ниже топлива, заведомо выгоднее экономически, поскольку не требует изменения технологии топлива, использования редких изотопов, новых керамических композитов там где их раньше не было, и не меняет свойства топлива, под которые расчитано всё от производства топлива, работы реактора и переработки ОЯТ.

Очевидно что гиперактивному автору нет дела до всего этого -- у него другие цели, и приоритет у него не системный, а личный и корпоративный. Цена вопроса для системы его не волнует, он даже не знает что нет свободного рынка топлива, и потерять контракты для ТВЭЛа нереально. Руководство ТВЭЛа это понимает. Также у автора обнаружен синдром "не отстать от запада", что доказывает отсутствие собственных мыслей о предпосылках самой конценции толерантного топлива, и отсутствие системного взглядя на проблему. Его можно простить, и не мешать заниматься экспериментами в лаборатории, но попытки нарушить работу хорошо работающей системы с целью повышения своей доминантности следует награждать материальным взысканием и понижением в должности.

Из всех вариантов потенциально применимым выглядит лишь добавление покрытия на цирконий. Это несущественно усложнит и не удорожит производство топлива, неизвестно как скажется на его переработке, но позволит назвать его толерантным в экспортном буклете, поэтому контора автора могла бы эти вопросы изучить системно. Хотя в целом вся затея не стоит никаких расходов, потому что строится на предположении что все системы защиты отказали, и вода из реактора вытекла, а само это предположение требует улучшения систем защиты, а не топлива. Но системы защиты работают, вода нигде не вытекает за исключением Фукусимы и древних амовских реакторов -- и вот эту работающую систему автор собрался "чинить".
tnenergy
Feb. 8th, 2016 07:09 pm (UTC)
Согласен. Атомной отрасли, конечно, очень тяжело трансформироваться из передовой отрасли живущей разработками и наукой в окаменевшую в максимальной эффективности промышленность.
ardelfi
Feb. 8th, 2016 10:12 pm (UTC)
Эти люди могут заниматься нитридным и жидким металлическим топливом. Первое -- тема где ещё муха не сидела. Второе -- максимальная плотность урана, максимальная температура, максимальный КПД генерации, но и полный отход от привычных технологий. Есть на что тратить творческие силы: на нитрид денег в "Росатоме" дадут без вопросов, а на металле можно научную карьеру построить.

Edited at 2016-02-08 10:19 pm (UTC)
tnenergy
Feb. 9th, 2016 11:17 am (UTC)
>Эти люди могут заниматься нитридным и жидким металлическим топливом.

Это менее надуманная задача, чем ATF? Наверное да, но это зависит от парадигмы. В парадигме отказа от АЭС - они примерно равнозначны.

>Есть на что тратить творческие силы: на нитрид денег в "Росатоме" дадут без вопросов, а на металле можно научную карьеру построить.

Нитридом и так занимаются все, кто может в Росатоме, а металлические топлива - это военная тематика, подозреваю, что профильные отделы ВНИИНМ вполне себе заняты такими задачами. Однако уметь делать SiC оболочки весьма не помешает любым топливным композициям, да и для токамаков они весьма пригодились бы.
ardelfi
Feb. 9th, 2016 05:00 pm (UTC)
Поскольку нитридное топливо хотят использовать в БН, и уже есть прототип, вопрос о надуманности его совершенствования неуместен. А на металлическое ни у кого нет монополии или патентов, поэтому если есть потенциал для коммерциализации, логично постараться его реализовать.

SiC -- это другая дисциплина, которой давно занимаются и достигли отличных результатов. Но для применения в топливе в качестве конструкционного материала это равноценно началу с нуля, причём с неправильной мотивацией и потерей нейтронов.

Edited at 2016-02-09 05:01 pm (UTC)
mocus
Feb. 8th, 2016 08:07 pm (UTC)
Вот. Золотые слова.
bash_m_ak
Feb. 8th, 2016 07:32 pm (UTC)
Меня, как и предыдущих ораторов, тоже интересует вопрос с азотом. Я в этом совсем не копенгаген, так что не бейте, если что не так напишу. Я как-то давно слышал, что американцы очень сильно вложились в лазерное разделение изотопов (не знаю так ли это) и что лазерное разделение намного лучше работает на легких элементах (снова вопрос - так ли это)?
Не может ли так быть что разделение азота они решили лазерно, а не центрифугами, учитывая что азот а) газ б) легкий?
tnenergy
Feb. 8th, 2016 07:46 pm (UTC)
Лазерное разделение чувствительно к разнице уровней возбуждения атомов, т.е. скорее к относительной разнице заряда ядра. Но учитывая, что переходов разных много, наверное все не так тривиально.

На деле пока ни одна технология лазерного разделения не достигла промышленного масштаба, прежде всего по экономическим соображениям.
b_my
Feb. 10th, 2016 09:45 am (UTC)
Лазерное обогащение не имеет отношения к массе. Это чистая химия, её эффективность зависит от химических свойств элемента, наличия удобных переходов во внешних оболочках и т.п.
Абстрактно можно сказать, что лазер _относительно альтернатив_ эффективен для тяжёлых элементов с малой разницей масс (вот для урана - особенно). Но это потому, что все альтернативы менее эффективны. И уран по своей структуре оболочек - отличный элемент для лазерного обогащения. Почти идеальный таки.

Что касается успехов американцев... Технологии лазерного обогащения НЕ универсальны, они строго заточены под конкретный элемент. Успех с ураном не даёт ровно ничего для азота: там всё нужно начинать заново. Я не про установки (это само собой), но про технологию, науку, и даже основные принципы работы ("лазерные методы" - это обобщение, и если уран можно осаждать из раствора соли фотохимией, то очевидно, что с азотом так не выйдет).
Всё заново, всё с полного нуля.

Ну и успехи лазерного обогащения урана несколько преувеличены: с масштабированием технологии так и не сложилось.
mocus
Feb. 8th, 2016 08:06 pm (UTC)
Узнаю родной стиль ВНИИНМ: "То, что разработали наши деды, вполне всему соответствует, в том числе и как толерантное топливо тоже пойдёт. Дайте денег, и мы станем ещё толерантнее!".

Отработал в этой помойке некоторое время. Кроме как пилить бабло, выдавая старые результаты за новые, там нихрена не умеют.
mocus
Feb. 8th, 2016 08:07 pm (UTC)
И да, как заметил товарищ выше, сама идея толерантного топлива находится на грани абсурда.
( 25 comments — Leave a comment )

Profile

tnenergy
Ядерная энергия

Latest Month

June 2018
S M T W T F S
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
Powered by LiveJournal.com