Найден эффективный способ получения безопасного ядерного топлива для синтеза водорода
Новый метод позволит получить недорогое, но эффективное горючее топливо.
В высокотемпературном реакторе с газовой системой охлаждения можно использовать для охлаждения топливных элементов газовую смесь на основе метана, которая под воздействием высокой температуры будет превращаться в водород.
Однако значительная часть предприятий ядерной энергетики (АЭС) использует керамические таблетки с ядерным топливом из диоксида урана или дисперсным торий-урановым топливом.
В ходе работы реактора тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ) нагреваются, но за счет структуры плохо проводят температуру — внутри таблетки она достигает нужные для синтеза 1 250 градусов, а на поверхности — порядка 400. Если увеличить температуру, то топливные элементы просто расплавятся, поэтому их постоянно требуется охлаждать.
Исследователи Томского политехнического университета нашли способ синтезировать топливные оксидные композиции для высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов. Они позволят обезопасить процесс в случае аварии и синтезировать водород.
«Сейчас на первый план выходит развитие водородных технологий. Среди основных методов его получения — электролиз воды и паровая конверсия метана. Однако паровая конверсия требует огромных энергозатрат, при которых половина метана сжигается для достижения рабочих температур.
Выходом из положения могли бы стать высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы. Но ядерное топливо, которое сейчас используется, для них не подходит», — рассказал доцент отделения ядерно-топливного цикла Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Александр Каренгин на конференции «Водород. Технологии. Будущее».
Ученые Томского Политеха выделили наиболее перспективный метод создания топлива — одностадийный плазмохимический синтез в воздушно-плазменном потоке топливных оксидных композиций из диспергированных водно-органических нитратных растворов (ВОНР), включающих органический компонент.
Он позволяет синтезировать топливо при помощи потока плазмы, которая попадает на уран в специальном нитридном растворе с добавлением органики, в частности, спирта, и металлов, используемых в качестве матрицы (например, магний).
С помощью этого способа можно получить недорогое, но эффективное горючее топливо. В тепловыделяющем элементе оно будет создавать нужную температуру без риска разрушения. Таким образом, при помощи ядерных реакторов можно будет синтезировать водород.
«Наши исследования в этом направлении были поддержаны грантом РНФ. За три года мы провели сотни опытов. Таким образом мы воспроизводим, по сути, реальный процесс производства ядерного топлива. Это позволит использовать полученные результаты на реальном предприятии для практической реализации процесса. Следующий этап наших исследований — изучение теплопроводности полученных порошков», — добавил Александр Каренгин.