«Сделано в России»: специалисты «Росатома» создали более эффективное ядерное топливо
Учёные «Росатома» разработали новый вид топливной сборки для реакторов нового поколения. Главное новшество — тонкий слой жидкого металла внутри топливной таблетки. По расчётам, это позволяет снизить нагрев и уменьшить механическое давление на оболочку топливного стержня. Ключевой инструмент при подборе оптимальных параметров — современные цифровые расчёты с элементами машинного обучения.
Что именно сделано
Речь о так называемых тепловыделяющих элементах (твэлах) — это стержни с топливом, которые вводятся в реактор. В новом образце учёные применили нитридное топливо (форма топлива, дающая высокую плотность энергии) и поместили между таблеткой топлива и металлической оболочкой тончайший слой расплавленного натрия. Именно эта «жидкометаллическая прослойка» стала ключевой идеей.
При нагреве топливо расширяется — и давление на стальную оболочку растёт. Если это давление слишком большое, может пострадать целостность оболочки. Жидкий металл внутри работает как амортизатор и тепловой «распределитель», снижая риск повреждений и делая сборку более надёжной. При этом создание такого материала требует строгого контроля производства.
Роль ИИ в разработке топлива
Созданию такого топлива предшествовало огромное число расчётов, выполненных с помощью искусственного интеллекта. Учёные смоделировали тысячи вариантов: разные составы топлива, толщины подслоя, режимы работы реактора. Вместо того чтобы вручную перебирать варианты годами, использовали цифровые модели и методы машинного обучения. Такие технологии помогли быстро отсеять заведомо неудачные решения и найти те комбинации параметров, которые обещают наилучший результат в натурных испытаниях.
Испытания и планы
Новая сборка уже прошла этапы лабораторных проверок и готовится к реакторным испытаниям. По плану, сначала они пройдут в реакторе с испытательной платформой, где можно отработать поведение твэлов в реальных условиях, затем будет проведена оценка результатов постреакторных исследований. Только после этого технология может перейти в промышленное применение и, возможно, применяться в реакторах типа БРЕСТ-ОД-300 и других быстрых проектах.
Топливо будет работать при более низкой температуре на границе «твэл — оболочка», что снизит износ и риск проблем. Это также уменьшит количество замен, снизит количество простоев и обеспечит более эффективный расход топлива. В перспективе всё это поможет снизить объёмы отработанного топлива и сделает работу реакторов экономичнее.
Почему это важно
Разработка топлива, которое ученые назвали ОС-5, часть большей стратегии по созданию независимой, конкурентоспособной технологической базы для реакторов IV поколения и по реализации замкнутого топливного цикла в России.
Нитридное топливо с тонким жидкометаллическим слоем обещает снизить температурные и механические нагрузки на топливные стержни. Цифровые расчёты с применением машинного обучения ускорили поиск рабочих решений. Теперь — серия реакторных испытаний, после которых станет ясно, насколько быстро технология пойдёт в промышленное использование.
