Что представляет собой топливо для реакторов АЭС?

Конструктивной основой ядерного топлива реакторов является тепловыделяющий элемент (твэл) - герметичная металлическая трубка, в кото­рой размещается делящийся, или расщепляющийся мате­риал (чаще всего - спечен­ный диоксид урана) в виде цилиндрических таблеток.

Твэлы конструкционно объединяются в те­пловыделяющие сборки (ТВС). Для придания жесткости конструкции, подачи теплоносителя и проведения операций по загрузке и замене топлива ТВС снабжена дополнительными эле­ментами (дистанцирующие решетки, хвосто­вик, головка).

Конструкция и размеры твэлов для реак­торов разных типов различаются. Например, твэлы основного российского энергетического реактора ВВЭР-1000 имеют длину более 3,5 м при диаметре 9,1 мм. Их оболочка выполнена из цирконий-ниобиевого сплава, а расщепляющийся материал представляет собой таблетки спеченного диоксида урана с обогащением 1,6-5% и массой урана около 1,6 кг на 1 твэл.

Общая загрузка активной зоны для реакто­ра ВВЭР-1000 составляет 163 ТВС (примерно 80 тонн топливного диоксида урана), для РБМК-1000 - 3386 ТВС (около 220 тонн). Необходи­мым свойством ТВС является их унификация, т. е. возможность их загрузки в активную зону, планового перемещения по ее объему, уда­ления оттуда по мере выгорания и замены на свежее топливо без изменения конструктивных параметров активной зоны.

Какие материалы, кроме урана, используются при производстве твэлов?

Во-первых, это конструкционные материалы, используемые для изготовления оболочек твэлов. Для реакторов ВВЭР и РМБК основой таких материалов являются сплавы на основе циркония. Оболочки твэлов для реактора БН-600 выполняются из коррозионно-стойких сталей специального состава. А в производстве твэлов для исследовательских реакторов широко применяются также сплавы на основе алюминия.

Во-вторых, это материалы, вводимые в небольших количествах непосредственно в состав топлива для улучшения эксплуата­ционных характеристик реактора. Таковы, например, выгорающие поглотители - при­меси на основе материалов, интенсивно поглощающих нейтроны. Для этого исполь­зуются оксиды редкоземельных материалов: в топливе для реакторов ВВЭР - гадолиния, РМБК - эрбия. Их добавление в топливо позволяет существенно повысить главный тех­нико-экономический показатель работы энер­гетического реактора - глубину выгорания топлива, а также обеспечить такие физические характеристики активных зон, которые делают эксплуатацию реакторов более безопасной.