Ученые из Института промышленных ядерных технологий МИФИ создали новый сплав свинца с натрием под названием «Свинатр». Его задача — сделать атомные реакторы нового поколения эффективнее и безопаснее. Этот сплав становится ключевой частью топлива для быстрых реакторов со свинцовым теплоносителем.

Представьте себе стандартную топливную таблетку из урана и плутония, которая помещена в защитную металлическую оболочку (твэл). Пространство между таблеткой и оболочкой обычно заполняют инертным газом. Российские ученые предложили другое решение: залить это пространство жидким металлом — тем самым «Свинатром». Поскольку жидкий металл проводит тепло гораздо лучше газа, топливо охлаждается эффективнее.

Главный специалист института Мария Тарасова пояснила, что сейчас твэлы с таким жидкометаллическим подслоем, изготовленные в МИФИ, проходят испытания на исследовательском реакторе БОР-60. Разработка впервые делает такую конструкцию топлива экономически выгодной по сравнению с классическими газонаполненными твэлами.

Ключевые преимущества нового подхода:

• Рекордное выгорание: Топливо можно использовать дольше, получая больше энергии из каждого грамма урана.
• Снижение температуры: Сердечник топлива нагревается меньше даже при тех же параметрах теплоносителя.
• Повышенная надежность: Топливная таблетка меньше разбухает и давит на оболочку, снижая риск ее повреждения.

Кроме того, для нового уникального твэла ОС-5, о котором «Росатом» сообщил в сентябре, в институте разработали специальные вкладыши из металлического натрия для создания этого же подслоя. Расчеты и эксперименты подтверждают, что технология улучшит характеристики перспективного нитридного топлива, повысив как его экономику, так и эксплуатационную безопасность.

Реальная польза этой разработки многогранна.

• Во-первых, это прямой путь к повышению эффективности атомной энергетики. Увеличивая глубину выгорания топлива, мы уменьшаем объем отходов и количество перезагрузок активной зоны реактора, что ведет к снижению стоимости киловатт-часа.
• Во-вторых, повышение безопасности — снижение температуры и механических напряжений в твэле напрямую уменьшает вероятность аварийных ситуаций, связанных с разгерметизацией оболочки. Это критически важно для реакторов IV поколения, к которым предъявляются беспрецедентные требования по внутренней безопасности.

В долгосрочной перспективе это укрепляет технологический суверенитет России в области замкнутого ядерного топливного цикла.

Основное критическое замечание касается долговечности и химической совместимости материалов. Жидкий щелочной металл (натрий) в сплаве чрезвычайно химически активен. Ключевой вопрос, на который должны ответить длительные испытания: как поведет себя этот подслой при длительном (годы) воздействии высоких температур и мощнейней нейтронной бомбардировки в активной зоне?

Возможны процессы интенсивной коррозии внутренней поверхности оболочки твэла или взаимодействие с самим топливным материалом (нитридом урана-плутония), что в конечном счете может нарушить целостность всего тепловыделяющего элемента. Заявленная экономическая эффективность будет достигнута только в случае успешного решения этих проблем на практике.

Ранее стало известно, что МИФИ создает центр алмазных технологий.