Топливо каких только видов не создавал ВНИИНМ: и для АЭС разных типов, и для исследовательских реакторов, и для ледоколов, и для подлодок. Все эти разработки объединяла твердость — жидкого горючего бочваровцы еще не делали. Но недавно в институте приступили к разработке топлива для экспериментального жидкосолевого реактора, который собираются строить на ГХК.
 
ЧТО ЭТО?
 
Жидкосолевой реактор, или реактор на расплавах солей, — это установка, в которой активную зону формирует гомогенная расплавленная смесь из фтористых солей легких металлов (лития, натрия и калия или лития и бериллия) и фторидов делящихся материалов (урана, плутония или тория).
ПОЧЕМУ НУЖЕН ЖСР
 
  1. Стратегическая причина. «Росатом» стремится к мировому лидерству на рынке ядерных технологий и для этого разрабатывает технологии замыкания топливного цикла. Одно из требований ЗЯТЦа — радиационно эквивалентное обращение с РАО (сколько радиоактивных материалов взяли из земли, столько и захоронили после использования). Чтобы обеспечить его, надо научиться выделять из РАО и утилизировать долгоживущие радиоактивные компоненты — минорные актиниды: америций, кюрий, нептуний. Их можно дожигать в ЖСР.
  2. Экономическая причина. Глубинное захоронение долгоживущих радиоактивных компонентов будет стоить очень дорого. Без них РАО можно хранить приповерхностно, что гораздо дешевле.
  3. Технологическая причина. Можно дожигать минорные актиниды в реакторах на быстрых нейтронах, но наиболее эффективно они уничтожаются в специально разработанных для этого установках — ЖСР.


ЗАДАЧИ РАЗРАБОТЧИКОВ ТОПЛИВА ЖСР

 

• Синтезировать топливные добавки (фториды плутония и минорных актинидов) из актинидов, выделенных при переработке ОЯТ ВВЭР.
• Приготовить топливную композицию, растворив добавки в смеси фторидов лития и бериллия (соль FLiBe) или лития, натрия и калия (FLiNaK).
• Добиться низкого, не больше 0,1 %, содержания кислорода в топливной соли (кислород усиливает коррозионную активность фторидных растворов).
• Обеспечить чистоту топлива от металлических примесей — они могут менять концентрацию нейтронов в активной зоне.
• Создать технологию переработки топлива ЖСР для повторного использования.
 
 
 
 
 
Приготовление имитатора раствора ОЯТ

СТАДИИ ОБРАЩЕНИЯ С ОЯТ ЖСР. ПРОЕКТ ВНИИНМ

  1. Примерно 10 % топлива ежемесячно откачивается из реактора.
  2. Выдержка — 10 дней.
  3. Экстракция благородных металлов, молибдена и технеция (поток РАО‑1).
  4. Экстракция продуктов коррозии: хрома, никеля, железа, циркония (поток РАО‑2).
  5. Экстракция продуктов деления и недогоревших актинидов в несколько стадий.
  6. Реэкстракция: актиниды, очищенные от других продуктов деления, опять вводятся в расплав соли.
  7. Удаление избытка соли (поток РАО‑3).
  8. Корректировка состава соли до равновесного состояния.

Андрей Шадрин,
Ведущий эксперт ВНИИНМ, научный руководитель и главный технолог объединенного проекта по разработке базовых технологий переработки ОЯТ и обращения с РАО проектного направления «Прорыв»:
 
— Для создания топлива жидкосолевого реактора нужно решить две основные задачи. Во-первых, получение фторидов плутония, нептуния, америция и кюрия, выделенных из ОЯТ тепловых реакторов, для стартовой загрузки и последующих перегрузок и введение этих добавок в несущую соль. Во-вторых, переработка облученной топливной соли. Часть соли периодически выводится из реактора. После кратковременной выдержки из нее нужно извлечь коррозионные примеси и продукты деления, а поток не поделившихся актинидов вместе с несущей солью объединить со свежим, подпитывающим, потоком актинидов. То есть разные задачи — фабрикация и переработка — сливаются в единый технологический процесс. В идеале процесс переработки соли и подпитки реактора свежим топливом должен быть непрерывным.
 
Предложено несколько технологических схем переработки облученной топливной соли, планируется провести технико-экономические исследования каждой из них. Идут эксперименты по определению фундаментальных свойств фторидов актинидов и расплавов несущих солей, содержащих актиниды, эксперименты по обоснованию технической реализуемости предложенных схем.
 
Эксперименты и расчеты находятся на начальном этапе. Но есть уверенность в успешном решении технических проблем: у нашего уникального коллектива многолетний опыт разработки ядерного топлива и технологий обращения с ОЯТ, мы сотрудничаем с другими институтами отрасли, Академии наук и вузами — НИИАР, Радиевым институтом, ИВТЭ УрО РАН, УрФУ и др.
 
Автор: Ольга Ганжур.

Источники

Все, что вы хотели знать о жидкосолевом реакторе
Страна Росатом (strana-rosatom.ru), 21/09/2020
ВНИИНМ им. Бочвара приступил к разработке топлива для жидкосолевого реактора
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 22/09/2020
Все, что вы хотели знать о жидкосолевом реакторе
Инновации Росатома (innov-rosatom.ru), 22/09/2020

Похожие новости

  • 08/11/2019

    Получен рекордный ториевый сверхпроводник

    Междисциплинарная группа российских ученых под руководством Ивана Трояна из Института кристаллографии РАН и Артема Оганова из Сколтеха и МФТИ смогли создать новый гидрид тория, одна молекула которого содержит 10 атомов водорода.
    826
  • 18/10/2018

    Пол-иголки в стоге сена: новый экспресс-метод найдет ультрамалые концентрации низкомолекулярных веществ

    ​​Российские исследователи из Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН и Московского физико-технического института разработали первый в мире ультрачувствительный метод быстрой детекции низкомолекулярных соединений.
    927
  • 14/05/2019

    В России создали новый полупроводниковый материал для солнечных батарей

    ​Группа российских ученых создала новый полупроводниковый материал без использования свинца, который может быть применен в солнечных батареях для повышения их эффективности. Об этом в понедельник сообщила пресс-служба одного из участников исследования Сколковского института науки и технологий (Сколтеха).
    919
  • 20/11/2018

    Российские ученые смоделировали образование активного кислорода на стенке клетки

    Удалось изучить активность веществ, образующихся во время лечения опухоли на оболочке раковых клеток и окисляющих их. Исследование провели сотрудники Института физической химии и электрохимии имени А.Н.
    852
  • 24/12/2019

    Выбор РИА Новости: главные достижения российской науки 2019 года

    ​Ученые в России в нынешнем году получили знаковые результаты в самых разных областях – от астрономии до археологии, причем многие достижения имеют выходы на практическое применение. Примечательно, что существенную лепту здесь внесли не только признанные научные центры, но и ведущие отечественные вузы.
    1274
  • 15/08/2018

    Описаны механизмы увеличения энергии электронов в химических реакциях

    ​Ученые описали, как можно увеличить энергию электронов в ходе химических реакций. Принципы этого процесса используются в химическом синтезе, однако детально их ранее не исследовали. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ и опубликована в журнале Angewandte Chemie.
    1422
  • 01/06/2020

    Российские ученые создали уникальный материал для аэрокосмической промышленности

    ​Керамический материал, который обладает самой высокой температурой плавления среди всех известных соединений, удалось разработать группе ученых НИТУ МИСиС.  В ходе реализации проекта "Синтез и искровое плазменное спекание сверхвысокотемпературной керамики для аэрокосмической промышленности" удалось получить соединение HfC0.
    653
  • 15/09/2020

    «Дети» звезд: проект по изучению экзопланет

    Исследования планет за пределами Солнечной системы – относительно новая область науки, которая появилась совсем недавно. Первую экзопланету открыли 28 лет назад. Сегодня, благодаря специализированным космическим телескопам и наземным наблюдениям, обнаружено и подтверждено существование более 4 000 планет, и это число увеличивается с каждым днем.
    338
  • 21/01/2020

    Нано под ногами: сырье для новейших материалов создает сама природа

    ​Представьте себе дом, стены которого сами начинают охлаждать комнаты, когда становится слишком жарко, накапливая тепло и отдавая его, когда температура понизится, и все это без дополнительных энергетических затрат.
    574
  • 05/10/2019

    Определены победительницы конкурса «Для женщин в науке» L'OREAL - UNESCO 2019 года

    ​Победительницами конкурса "Для женщин в науке" L'OREAL - UNESCO 2019 года стали 10 ученых из Москвы, Казани, Новосибирска, Томска и Владивостока. Каждая из них получит стипендию в 500 тыс. рублей, говорится в сообщении на сайте конкурса, опубликованном 4 октября.
    2471