Студенты университета «Сириус» в числе первых ознакамливаются с последними достижениями в рамках программы РТТН. Алексей Дуб, первый заместитель генерального директора АО «Наука и инновации» и научный руководитель федерального проекта по новым материалам и технологиям, подчеркнул важность понимания поведения различных материалов при экстремальных условиях давления и температуры для инженеров-конструкторов.
В 2023 году «Росатом» и Курчатовский институт представили промышленные образцы элементов корпусов будущих ядерных реакторов. Эти элементы включают в себя корпуса, внутрикорпусные устройства и сварные соединения из новых строительных сталей. Специалисты из научного подразделения «Росатома» подчеркнули, что это позволит разработать ядерные реакторы IV поколения с тоньшей оболочкой: ВВЭР-С (до 210 миллиметров) и ВВЭР-СКД (275 миллиметров) на существующих производственных площадях в России.
Новые материалы открывают перспективы для создания высоконадежных и высокоресурсных корпусов, которые являются ключевыми элементами энергоблоков АЭС. Например, разработка технологии изготовления длинных обечаек позволит исключить сварные швы из зоны облучения, что крайне важно для будущего реактора ВВЭР-С. Спектральное регулирование, в свою очередь, повышает эффективность использования ядерного топлива в реакторах, обеспечивая высокую эффективность и безопасность ядерной энергетики.
В России активно ведутся работы по реализации двухкомпонентной атомной энергетики, где планируется сочетание «быстрых» реакторов с традиционными реакторами на тепловых нейтронах. Одним из ключевых проектов в этой области является строительство пилотного энергоблока средней мощности с реактором ВВЭР-С на Кольской АЭС-2.
В рамках разработки реакторных установок ВВЭР-СКД при сверхкритическом давлении достигнуто промежуточное состояние воды, где отсутствует различие между жидкостью и паром. Считается, что переход к сверхкритическим параметрам позволит увеличить КПД энергоблоков АЭС, снизить капитальные затраты и обеспечить более высокий уровень безопасности.
В рамках дальнейших исследований, специалисты «Росатома» и ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей» разработали промышленные образцы из новой коррозионностойкой стали с улучшенными прочностными характеристиками. Эти материалы позволят сократить вес реакторной установки на четверть, что сделает атомные станции малой мощности более эффективными.
Алексей Дуб отметил значимость этого достижения, подчеркнув, что проблемы с конструкционным материалом для реакторов типа ВВЭР-С и ВВЭР-СКД успешно решены благодаря новым материалам.
В 2023 году также завершены работы по созданию методики ускоренных испытаний новых материалов, что ускорит процесс разработки и эксплуатации материалов для реакторных установок. Эти решения позволят значительно сократить время разработки новых материалов - с нескольких лет до одного-трех месяцев, что важно для развития атомной энергетики и обеспечения безопасности ядерных установок.
Десять материалов уже успешно прошли испытания по этой методике. Сорта особо прочной стали позволят снизить вес реакторной установки атомной станции малой мощности на четверть.
Конкурентоспособность проектов новых энергоблоков атомных электростанций зависит от эффективности их ядерного топлива, которая, в свою очередь, напрямую зависит от свойств топливных материалов. В настоящее время в мире активно ведутся исследования по созданию так называемого толерантного ядерного топлива, которое будет устойчиво к авариям с потерей системы охлаждения.
Это важно, так как аварийная ситуация с перегревом ядерного топлива может привести к серьезным последствиям, включая выброс радиоактивных веществ в окружающую среду. Одним из возможных решений проблемы является замена циркония материалами, у которых реакция с паром происходит с меньшим выделением энергии и образованием меньшего количества водорода. В этом контексте карбид кремния (SiC) является одним из подходящих материалов.
Этот материал поможет исключить опасную пароциркониевую реакцию на атомных станциях, согласно заявлениям Алексея Дуба.
В рамках программы развития топлива для ядерных реакторов специалисты в 2023 году получили образцы карбидо-кремниевых волокон длиной более 5 метров и создали макеты элементов тепловыделяющих сборок на основе SiC. Также были разработаны новые дисперсно-упрочненные стали и сплавы, необходимые для производства материала оболочек ядерного топлива.
Вся эта работа направлена на повышение безопасности ядерных электростанций и предотвращение возможных аварийных ситуаций, что важно для общества и окружающей среды.