В России придумали, как дешево создавать "таблетки" ядерного топлива

Новая технология позволяет производить порошок для таких таблеток гораздо быстрее и дешевле, сообщает ТАСС.

Российские ученые создали и испытали новую методику спекания ядерного топлива, которая позволяет изготавливать таблетки из урана с добавками быстрее и дешевле, чем традиционным методом. Описание метода опубликовал научный журнал Nuclear Engineering and Technology, кратко об этом пишет пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).

"Сейчас мы совершенствуем методы подготовки смесей для спекания, чтобы получать материалы с более высокими эксплуатационными прочностными характеристиками, а также расширяем перечень других выгорающих, легирующих и функционализирующих добавок", – обоъяснил один из авторов работы, заведующий лабораторией в Институте химии Дальневосточного отделения РАН Евгений Папынов.

Ядерное топливо представляет собой порошок из окиси урана и различных органических и неорганических присадок, который спрессован в "таблетки" весом в несколько грамм. Их производство и использование - сложный процесс, так как внутренняя структура и химический состав этих капсул по мере распада атомов урана и взаимодействия радиации с оболочками этих таблеток меняется.

Понимать то, как происходят эти изменения, важно по нескольким причинам. С одной стороны, безопасность ядерного реактора напрямую зависит от того, как деформируются эти таблетки и как происходит их химическая эволюция. С другой, от состава этих капсул и присутствия определенных присадок из других тяжелых элементов зависит то, как долго расщепляющиеся вещества будут вырабатывать энергию.

Топливо нового поколения

Папынов и его коллеги долго работают над созданием технологий, которые позволяют добавлять в таблетки ядерного топлива одно из подобных веществ, трехокись гадолиния (Gd2O3). Этот редкоземельный металл, как объясняют исследователи, поглощает лишние нейтроны, постепенно выгорает и почти вдвое увеличивает продолжительность цикла работы АЭС.

Проблема в том, что его сложно добавить в ядерное топливо, так как это вещество плавится при очень высокой температуре, поэтому его дорого производить. Вдобавок, после того, как трехокись гадолиния спекается с порошком из двуокиси урана, заметно снижаются плотность, прочность, теплопроводность и другие рабочие характеристики таблеток ядерного топлива.

Российские ученые сделали шаг к решению этой проблемы, применив технологию искрового плазменного спекания. Ранее они использовали ее для того, чтобы создать сверхпрочный керамический материал, по механическим свойствам и прочности неотличимый от человеческих костей. Суть технологии в том, что порошок из двух разнородных материалов можно превратить в единое целое, сжав его и пропуская через него мощные импульсы электрического тока в четко выверенные моменты времени.

Этот же подход, как показали опыты со смесью гранул двуокиси урана и триоксида гадолиния, подходит и для производства таблеток ядерного топлива. В отличие от других методик спекания этих веществ, весь процесс занимает считанные минуты и не требует сверхвысоких температур и давлений.

Как отмечают ученые, изготовленные ими прототипы ядерного топлива уже сейчас превосходят другие типы ураново-гадолиниевых композитов, при этом они полностью соответствуют всем нормативным требованиям.

Ученые отмечают, что в дальнейшем этот материал можно улучшить, оптимизировав процесс спекания, а также за счет новых методов подготовки смеси из порошков оксидов урана и гадолиния. Саму технологию можно применять для производства топлива для реакторов нового поколения, подытожил Папынов.