 |
||
|
Владимир Троянов о топливе для тепловых и быстрых AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 06.07.2010 В Киеве 24-25 июня прошла международная конференция "Атомно-энергетический комплекс Украины: международное сотрудничество и кооперация, инвестиции, ядерно-топливный цикл". С докладом "Разработка новых видов топлива и конструкционных материалов для крупномасштабной ядерно-энергетической системы России" на конференции выступил Владимир Михайлович ТРОЯНОВ, первый заместитель директора ОАО "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А.Бочвара". ПРОДОЛЖЕНИЕ ПОСЛЕ ФОТО Владимир Троянов, фото AtomInfo.Ru  Топливные циклы ВВЭР Как известно, в реакторной установке ВВЭР-1200 внесены изменения по сравнению с ВВЭР-1000. Увеличена тепловая мощность реактора до 3200 МВт, поднято давление теплоносителя на выходе из реактора до 16,2 МПа, повышена температура теплоносителя, и так далее. "Было установлено, что для реактора ВВЭР-1000 имеется определённый консерватизм. Не только в обосновании топлива и даже не столько в топливе, сколько по всем системам. Этот консерватизм вполне обоснованно можно снять, и для нового реактора было принято решение повысить параметры работы", - сказал Троянов. Но все изменения рабочих параметров топлива требуют своего обоснования. "Обоснование коррозионной стойкости циркония необходимо выполнять для новых условий эксплуатации, механическую прочность, радиационную стойкость конструкционных материалов - тоже для новых условий эксплуатации", - подчеркнул докладчик. "Это потребовало целого комплекса НИР, и они сегодня завершены. Этой зимой был выпущен в соответствии с графиком технический проект по топливу и твэлам для нового реактора", - сказал Троянов. Одной из особенностей АЭС-2006 является то, что в проекте сразу закладывается возможность гибких топливных циклов. Например, по выбору заказчика может быть реализован либо полуторагодичный (3×1,5), либо годичный (5×1) цикл. Это даёт разные возможности для эксплуатации, но и создаёт разные требования для разработчиков топлива. Так, если величины максимального выгорания для двух циклов близки (64,0 и 64,5 МВт×сут/кг, соответственно), то средние выгорания отличаются существенно - 45,6 и 57,2 МВт×сут/кг. Естественно, меняется и число ТВС подпитки, и длительность работы топливной загрузки (521 и 302 эфф. суток без учёта мощностного эффекта). "Сегодня, как вы отлично знаете, принята и реализована в значительной степени программа по переводу российских ВВЭР-1000 на полуторагодичный топливный цикл. Уже работают в таком цикле Балаковская АЭС, Ростовская АЭС, и все блоки должны быть переведены (на полуторагодичный цикл). А в АЭС-2006 мы заложили такую возможность сразу", - отметил докладчик. "Что заказчик потребует, то он и получит. Например, он может выбрать более эффективный топливный цикл с точки зрения экономики эксплуатации, зато ухудшенное топливоиспользование. За всё надо платить", - уверен выступающий. В годичном цикле (5×1) удельный расход природного урана для ВВЭР-1200 составляет 0,191 при отвале 0,3%. А в полуторагодичном (3×1,5) расход увеличится до 0,24. Твэлы Конструкция твэлов ВВЭР-1200 основывается на референсном опыте проектов ТВСА и ТВС-2. Уже сегодня в качестве промежуточных шагов на пути к внедрению топлива АЭС-2006 россияне нашли возможность за счёт уменьшения размеров концевых деталей ТВС увеличить размеры активной зоны. Такая сборка внедрена и серийно применяется в ВВЭР. "Сегодня мы на 150 мм увеличили длину топливного столба в прежних габаритах, что нам дало увеличение загрузки урана и, соответственно, возможность увеличения длительности топливного цикла", - добавил Троянов. Он заметил, что с новым твэлом связано внедрение на российских АЭС полуторагодичного цикла. "Мы бы ещё больше увеличили длину активной зоны, да не пускают внутрикорпусные устройства. Поэтому в реакторе АЭС-2006 они конструктивно изменены, что позволяет нам вновь увеличить высоту топливного столба в рамках прежних габаритов". Предполагается, что высота топлива в твэле АЭС-2006 вырастет до 3730 мм, или на 200 мм больше, чем в исходном (до начала работ по АЭС-2006) твэле ВВЭР-1000. "Как вы знаете, мы используем интегрированный гадолиний в качестве выгорающего поглотителя в специальных топливных элементах (твэгах). В связи с увеличением длительности топливных циклов, приходится увеличивать количество твэгов в каждой ТВС. Их теперь 18", - сказал докладчик. "И увеличивать содержание гадолиния. Если сначала мы ограничивались 5%, потом 8%, то теперь у нас появляются ТВС с твэгами, имеющими содержание гадолиния до 10%", - добавил докладчик. Оболочки твэлов для ВВЭР-1200 будут выполнены из оптимизированного сплава Э-110опт. Топливные таблетки имеют наружный диаметр 7,6 мм и внутренний 1,2 мм. Рассматривается в дальнейшем возможность использования таблеток 7,8 мм без отверстия с соответствующим изменением толщины оболочек 9,10×0,57 мм. "Топливные таблетки прошли существенный путь эволюции. Совсем недавно, в конструкции твэла использовались таблетки с диаметром 7,57 мм и центральным отверстием диаметром 1,4 мм. За счёт повышения качества, точности изготовления таблеток и оболочек твэлов удалось увеличить номинальный размер таблетки до 7,6 мм, а за счёт совершенствования технологий уменьшить центральное отверстие, что позволило ещё увеличить загрузку урана", - сказал Троянов. "Следующий шаг очевиден, и он часто нам предлагается нашими коллегами как совет - исключить центральное отверстие. Центральное отверстие в топливной таблетке - это российское ноу-хау. В мире оно не применяется", - заявил Троянов. Процесс лицензирования новых таблеток начат, хотя не стоит забывать, что он будет долгим и трудоёмким. Конструкция таблетки без центрального отверстия (наружный диаметр 7,8 мм) испытывается сейчас на блоке №1 Калининской АЭС. Использование нового твэла позволит довести загрузку UO2 в ТВС до 546 кг против примерно 500 кг для серийных кассет. Шесть кассет ТВСА с твэлами без центрального отверстия были загружены в активную зону блока №1 Калининской АЭС в 22-ой топливной загрузке (2006-2007 годы). А в предыдущей загрузке были поставлены две экспериментальные кассеты ТВСА, содержащие по 18 твэлов без центрального отверстия каждая. Они продолжили работу в 22-ой загрузке. В 24-ой топливной загрузке "Калинина-1" (2008-2009 годы) работало уже в общей сложности 42 ТВСА без центральных отверстий плюс две упоминавшиеся выше экспериментальные кассеты из 21-ой загрузки. В кассете имеется 18 твэлов без центрального отверстия с наружным диаметром 7,6 или 7,8 мм.  Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра рисунка.  Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра рисунка.  Оболочки твэлов "В 2006 году мы изменили технические спецификации на циркониевые сплавы. Российский циркониевый сплав Zr-1%Nb под маркой Э-110 был изменён в части регламентирования содержания железа и кислорода", - сказал Владимир Троянов. Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра рисунка.  "Сначала мы имели жёлтую область на диаграмме (это сплав, который по ТУ выпускался в России до 2006 года). Теперь эта область была немного раздвинута, и верхняя чёрная точка приблизительно соответствует тому составу сплава, который сегодня выпускается промышленностью и поставляется на атомные станции в России и за рубежом", - сообщил докладчик. "Правда, это потребовало согласования с нашими зарубежными партнёрами, у которых были лицензированы предыдущие материалы", - отметил Троянов. Выступающий привёл в качестве примера работы, выполненной в ходе лицензирования, график зависимости радиационного формоизменения от содержания железа в оболочечных трубах из сплава Э-110 при облучении в реакторе в БОР-60. Из графика видно, что радиационный рост существенно меньше для сплава с повышенным содержанием железа. Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра рисунка.  "Аналогичные работы и исследования проводились для радиационной ползучести, механической прочности, и так далее", - сказал Троянов. Дополнительный комплекс требований пришлось удовлетворить по технологии изготовления топливной трубы. Для новых условий работы применяется сплав на основе циркониевой губки вместо электролитического порошка циркония. Он обладает хорошими свойствами по окисляемости при высоких температурах. При изготовлении твэлов нового поколения обработка наружной поверхности производится шлифовкой, а внутренней - струйным травлением. Для штатного твэла по ТУ 95 2594-98 для этих операций предусматривалось травление в ванне. Ответы на вопросы участников конференции Украинских коллег заинтересовало - будут ли изменяться пределы и условия безопасной эксплуатации, записанные в ПБЯ, в связи с изменениями в конструкции твэлов и ТВС для реакторов ВВЭР. Может быть, теперь записанные требования возможно откорректировать, если настолько улучшаются характеристики изделий? Отвечая на этот вопрос, Владимир Троянов был непреклонен: "Нет. Все эти модернизации проведены при безусловном выполнении тех требований по безопасности, которые у нас приняты". "Мы при всех лицензионных критериях, которые у нас существуют, попытались исчерпать запасы, не меняя при этом критерии", - подчеркнул Троянов. Ещё один вопрос, прозвучавший от украинских участников, был таков: "В ближайшее время, какое максимальное выгорание будет принято промышленным на российских реакторах?". В ответ докладчик напомнил, что выгорание бывает средним по выгружаемому топливу и максимальным: "Последнее для меня является главным, потому что я должен обосновать наиболее напряжённое топливо". В группе выгружаемых кассет наиболее напряжённая кассета сегодня по проекту имеет выгорание 64 МВт×сут/кг, а твэлы - более, чем 72 МВт×сут/кг, сказал Троянов. Заинтересованность вызвали и намерения России в сфере производства циркония. "Сегодня у нас переходный период", - прокомментировал Троянов. "Сегодня на Глазовском заводе в стадии запуска находится производство циркониевой губки. Мы выпустили партию губки, потом вынуждены были приостановить этот процесс, так как доводились до конца строительно-монтажные работы… Сейчас завершается пусконаладка этого оборудования, и мы в ближайшее время перейдём на эту технологию. Естественно, поддерживать две технологии на одном заводе никто не будет". "Сегодня их (технологий) две, но, я полагаю, что в течение очень короткого времени останется одна как основная, то есть, магнийтермическое производство циркония", - добавил выступающий. Отвечая на поставленный в жёсткой форме вопрос: "По какой технологии реализуется магнийтермическое производство в России - по технологии "Westinghouse" или AREVA?", Владимир Троянов сказал: "По российской технологии". Последний из вопросов, заданных российскому специалисту, касался изменений, в том числе, в сфере финансирования НИОКР, после интеграции института имени Бочвара в Топливную компанию "ТВЭЛ". "С точки зрения организации, которая отвечает за объём НИОКР по топливу, я должен сказать, что денег не хватает всегда. И это связано с тем, что нам хочется проводить как можно больше реакторных исследований и испытаний, а они очень дорогостоящие", - отметил Троянов. Каждый эксперимент уникален и неповторим, и их требуется много для того, чтобы показать статистику. Но если идти таким путём, то на НИОКР не хватит никаких средств. "Поэтому результаты - это всегда баланс интересов тех, кто выполняет работу, и того количества денег, которые были выделены", - добавил российский эксперт. Топливо для быстрых реакторов Отдельная часть выступления Владимира Троянова, представленная только в виде презентации, касалась топлива для быстрых реакторов. "Обоснованным вариантом вовлечения плутония в топливный цикл является изготовление таблеточного смешанного оксидного топлива (MOX-топлива) для реакторов типа БН. На ПО "Маяк" накоплен опыт по получению на заводе РТ-1 регенерированного диоксида плутония и опытно-промышленному изготовлению ТВС с таблеточным MOX-топливом для БН-350 и БН-600", - говорится в докладе. "Всего испытано 53 таких ТВС до максимальной глубины выгорания 11,8 % т.а. с повреждающей дозой на оболочке до 82 сна. В БН-600 проходят испытания три экспериментальных ТВС с таблеточным MOX-топливом в конструктиве БН-800, отличающемся, главным образом, наличием в верхней части поглощающих элементов вместо торцевого экрана", - отмечается в докладе. "Перспективным направлением развития топливных технологий является переход на так называемые плотные виды смешанного топлива - нитриды, карбиды, металлические сплавы и композиционные топливные материалы на их основе", - говорится в докладе. Среди работ, которые будут сделаны в Топливной компании по созданию и усовершенствованию топлива для быстрых реакторов, можно отметить запланированную реализацию принципа универсальности таблеточного производства. Диаграмма, показывающая такую схему, приводится на рисунке ниже. Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра рисунка.  В докладе представлена также информация по различным сталям для быстрых реакторов, перспективам усовершенствования топлива в БН-600 и реакторным испытаниям для подтверждения работоспособности твэлов БН-1200. Официальный сайт международной конференции "Атомно-энергетический комплекс Украины: международное сотрудничество и кооперация, инвестиции, ядерно-топливный цикл" - http://www.ukrenergoatom.com/ru/home.html. Презентации докладов, сделанных на конференции, опубликованы на сайте Агентства атомных новостей (Украина). Презентация доклада Владимира Михайловича Троянова доступна также здесь. Ключевые слова: ЯТЦ, ТВЭЛ, Выставки и конференции Другие новости: Первый блок плавучей АЭС спущен на воду в Петербурге Стоимость первого блока ПАТЭС составила 16,5 миллиарда рублей. Китай частично признал проблемы на своих AP-1000 На Саньмене-1 есть задержки, стоимость четырёх блоков растёт - Джимми Ван. Для этой работы был изготовлен образец обогащённого кремния. |
Герой дня 
Людвиг Литвинский: быстрые реакторы - наше неизбежное будущее Благо, Украина имеет достаточно большие природные запасы урана, и мы сможем продержаться на 20-30 лет дольше, чем остальные страны. Но и нас с неизбежностью ждёт исчерпание ресурсов. ИНТЕРВЬЮ
Наталья Шумкова МНЕНИЕ
Василий Константинов 
|