В настоящее время основной парк атомных энергоблоков в мире работает на ядерном топливе с обогащением по изотопу уран-235 менее 5% (главным образом в диапазоне 3-4,95%), что соответствует международным нормам для топлива энергетических реакторов большой мощности (за исключением реакторов на быстрых нейтронах, станций малой и средней мощности и исследовательских реакторов).
Это первый шаг в рамках проекта поэтапного обоснования ядерного топлива с обогащением выше 5%. Внедрение такого топлива имеет большой потенциал для увеличения экономической эффективности атомной энергетики и повышения конкурентоспособности АЭС по сравнению с другими источниками энергии. По оценкам ученых «Росатома», это позволит увеличить топливную кампанию реактора с нынешних 12-18 месяцев до 24 месяцев, то есть энергоблоки будут реже останавливаться для замены облученного топлива на свежее и производить больше электроэнергии. Дополнительный экономический эффект можно также получить за счет уменьшения количества кассет свежего ядерного топлива, требующихся для одной перегрузки, а также за счёт потенциального увеличения мощности реактора.
Программа испытаний в исследовательском реакторе МИР.М1 рассчитана на четыре годичных цикла облучения. Для этого на Машиностроительном заводе в Электростали (АО «МСЗ», предприятие Топливного дивизиона «Росатома») была изготовлена экспериментальная сборка, состоящая из 12 тепловыделяющих элементов (твэлов) типоразмера ВВЭР-1000 на базе уран-эрбиевого топлива. При этом топливо ВВЭР с уран-эрбиевой композицией загружено в реактор впервые. По оценкам ученых эрбий лучше подходит в качестве поглотителя нейтронов для эксплуатации топлива с обогащением выше 5 % в топливных циклах более 18 месяцев, чем стандартный для реакторов ВВЭР гадолиний (выгорающий поглотитель добавляют в ядерное топливо для компенсации реактивности в активной зоне реактора). Для изготовления экспериментальных твэлов был использован многолетний опыт АО «МСЗ» в фабрикации уран-эрбиевого топлива для канальных реакторов РБМК.
Результаты исследований помогут создать технологию серийного производства уран-эрбиевого топлива для реакторов ВВЭР, а также обосновать эксплуатацию такого топлива на АЭС российского дизайна.
«Повышение обогащения урана до 6%, а в перспективе – до 7-8% – это общемировой тренд и задача, над которой работают ключевые игроки глобального рынка. До сих пор эффективность реакторов повышали за счет внедрения новых конструкций и модификаций тепловыделяющих сборок. Главным образом, большая часть этих инноваций заключалась в том, чтобы увеличить физический объем обогащенного урана в твэле и в конечном итоге производить больше энергии за счет одной топливной кассеты. Сейчас атомная энергетика подошла к развилке, когда для дальнейшей оптимизации экономики АЭС, вероятно, требуется перешагнуть пятипроцентный порог обогащения урана для тепловых реакторов большой мощности. Учитывая, что в активной зоне современных реакторов ВВЭР – 163 ТВС, а в каждой из них – более 500 кг урана, эффект от повышения обогащения всего на 1 уже будет очень существенным», – отметил вице-президент по научно-технической деятельности АО «ТВЭЛ» Александр Угрюмов.
