«Росатом» начал опытную эксплуатацию «толерантного» МОКС-топлива для реакторов ВВЭР
Каждая из них содержит по 312 тепловыделяющих элементов (твэлов) с хромовым покрытием поверх классического циркониевого сплава, при этом 18 из этих твэлов имеют уран-плутониевую топливную композицию (МОКС-топливо, от англ. Mixed-Oxide fuel).
Таким образом, российские атомщики впервые применили в коммерческом реакторе большой мощности решение, объединяющее технологии замкнутого ядерного топливного цикла и наработки в области «толерантного» ядерного топлива нового поколения безопасности.
Выбранное сочетание этих топливных и конструкционных материалов имеет важное значение для решения стратегической задачи по вовлечению в замкнутый топливный цикл не только инновационных реакторов на быстрых нейтронах, но и классических тепловых легководных реакторов, составляющих основу современной атомной энергетики.
МОКС-технология позволяет использовать для производства свежего топлива вторичные материалы ядерного производства – обедненный уран и плутоний, извлеченный из облученного ядерного топлива. Хромированные оболочки твэлов, изначально разработанные для «толерантного» топлива, не только повышают устойчивость и безопасность активной зоны в случае тяжелых запроектных аварий, но и за счет свойств своей поверхности позволяют перейти к полностью автоматизированной «безлюдной» фабрикации тепловыделяющих сборок – отказаться от тех операций при изготовлении топливных кассет, где в настоящее время используется ручной труд. Для минимизации радиационного воздействия на производственный персонал промышленная фабрикация уран-плутониевого топлива должна быть полностью автоматизированной.
Первым решением «Росатома» по уран-плутониевой композиции для реакторов ВВЭР стало РЕМИКС-топливо (от англ. REMIX, regenerated mixture, «регенерированная смесь) – его опытно-промышленная эксплуатация успешно завершилась на Балаковской АЭС в марте 2026 года. При этом использование МОКС-топлива в реакторах ВВЭР открывает новые возможности. Содержание плутония – в несколько раз выше по сравнению с РЕМИКС-топливом, а кроме того, оно содержит не обогащенный, а обедненный уран. В перспективе это дает возможность оптимизировать экономику фабрикации топлива, более гибко использовать регенерированные ядерные материалы, а также использовать накопленные в отрасли запасы обедненного урана.
По расчетам специалистов «Росатома», если тепловыделяющую сборку для реактора ВВЭР на 25 % укомплектовать твэлами на базе МОКС-топлива, а на остальные 75 % – стандартными твэлами с обогащенным ураном (в том числе – регенерированным), то по содержанию плутония это будет эквивалентно РЕМИКС-ТВС, полностью состоящей из твэлов на базе уран-плутониевого топлива. Рабочее название для подобной гибридной ТВС со смешанным типом топлива – «гетерогенный РЕМИКС». Расчеты специалистов Топливного дивизиона для новых энергоблоков с реакторами ВВЭР-1200 показывают, что внедрение «гетерогенного РЕМИКС-топлива» позволит сократить потребление природного урана на жизненном цикле АЭС более чем на 20%.
«Стратегическая цель “Росатома” и наш образ будущего – это двухкомпонентная ядерная энергетическая система, в которой “быстрые” и “тепловые” реакторы функционируют в замкнутом топливном цикле, а отработавшее топливо одних установок становится сырьем для свежего топлива других реакторов. Все что мы делаем в научно-технологических проектах по топливу для ВВЭР, посвящено главным образом этой цели. Сегодня у нас уже проходят опытную эксплуатацию и конструкция тепловыделяющей сборки пятого поколения для ВВЭР-1200, и твэлы с МОКС-топливом и хромированными оболочками. Есть даже проект новой технологии изготовления топливных таблеток для “безлюдной” фабрикации. В дальнейшем мы планируем объединить все эти новые решения по материалам, конструкциям и технологиям фабрикации в одном продукте», – отметил Александр Угрюмов, старший вице-президент по научно исследовательской деятельности АО «ТВЭЛ» (управляющая компания Топливного дивизиона «Росатома»).
«Опытная эксплуатация МОКС-топлива на Балаковской АЭС осуществляется в строгой координации с Ростехнадзором и в соответствии с лицензией, выданной регулятором», – отметил начальник отдела ядерной безопасности и надежности Балаковской АЭС Владимир Дергачев.
Перед загрузкой инновационного топлива в активную зону ВВЭР-1000 «Росатом» провел испытания МОКС-твэлов на предприятиях своего научного дивизиона – в исследовательском реакторе в АО «ГНЦ НИИАР», а также на критическом стенде БФС-1 АО «ГНЦ РФ – ФЭИ».
Фабрикация инновационных топливных кассет была выполнена в широкой отраслевой кооперации, в которой участвовал Горно-химический комбинат (ФГУП «ГХК», Экологический дивизион «Росатома»), а также предприятия Топливного дивизиона, в том числе АО «ЧМЗ», АО «МСЗ», ПАО «НЗХК» и АО «СХК».
МОКС-топливо (от англ. Mixed-Oxide fuel) изготавливается с использованием обедненного урана и плутония. В отличие от традиционного для атомной энергетики обогащенного урана, сырьём для производства таблеток МОКС-топлива выступают оксид плутония, наработанного в энергетических реакторах, и оксид обедненного урана.
РЕМИКС-топливо (от англ. REMIX, regenerated mixture, «регенерированная смесь) – инновационная российская разработка для легководных тепловых реакторов, составляющих основу современной атомной энергетики. Его топливная композиция производится из смеси регенерированного урана и плутония, которая образуется при переработке отработавшего ядерного топлива, с добавлением обогащенного урана. В отличие от уран-плутониевого топлива для «быстрых» реакторов (СНУП и МОКС) для РЕМИКС-топлива характерно более низкое содержание плутония (до 5 %). Его нейтронный спектр не отличается от стандартного топлива с обогащенным ураном, поэтому поведение топлива в активной зоне реактора и количество плутония, образующегося из урана в результате облучения, в целом идентичны. РЕМИКС-топливо можно внедрять без изменений в конструкции реактора и значительных дополнительных мер по обеспечению безопасности. Его использование позволит многократно расширить сырьевую базу атомной энергетики за счет замыкания ядерного топливного цикла, а также повторно использовать облученное топливо вместо его хранения.
Сбалансированный ядерный топливный цикл (СбЯТЦ) – это такая разновидность цикла, при которой облученное ядерное топливо эффективно перерабатывается, а также обеспечивается рациональное обращение с продуктами переработки, как полезными (уран, плутоний), так и направляемыми на захоронение (продукты деления). СбЯТЦ ставит своей основной задачей принципиальное снижение объема и активности радиоактивных отходов, направляемых на захоронение. Сбалансированный ЯТЦ позволяет: повысить безопасность обращения с отходами ядерной энергетики и снизить экологические риски; решить проблему будущих поколений и обеспечить устойчивую модель потребления и производства; минимизировать объемы и степени опасности подлежащих захоронению отходов; повторно вовлечь ценное сырье в ЯТЦ – рециклировать ядерные материалы.