Атомная энергетика

Западные производители ядерного топлива подбирают оболочки, которые дадут возможность достигнуть поставленную перед отраслью цель - полное отсутствие дефектных твэлов в активной зоне, так называемая стратегия zero defect.

В Соединённых Штатах основными поставщиками топлива являются три компании - Westinghouse , AREVA и GNF (Global Nuclear Fuel), которая в свою очередь представляет собой СП, созданное General Electric , Hitachi и Toshiba . У каждой из них есть проект или проекты, направленные на разработку перспективных материалов оболочек.

Westinghouse

У Westinghouse - это оптимизированный сплав Zirlo (Optimized Zirlo), состоящий из ниобия, олова, железа и циркония. В оптимизированной модификации понижено содержание олова по сравнению с исходным Zirlo. За счёт этого и других решений, коррозионная стойкость материала повысилась на 40%.

Олово позволяет повышать сопротивляемость к коррозии, но отрицательно сказывается на прочности конструкции. Поэтому разработчикам топлива приходится искать оптимум по концентрации олова, в зависимости от поставленных перед ними задач. Повышенные содержания олова предъявляют также жёсткие требования к ВХР первого контура и к качеству фабрикации.

Достигнутые глубины выгорания для Optimized Zirlo таковы - 63,4 МВт×сут/кг по кассете и 65,3 МВт×сут/кг по индивидуальному твэлу. Приводятся данные, что в некоторых случаях выгорание наиболее напряжённых твэлов с таким сплавом превысило 73 МВт×сут/кг.

На сегодняшний день, выбор в пользу Optimized Zirlo сделали 16 энергоблоков, в том числе, 2 в США. Ещё не менее 13 блоков всерьёз рассматривают переход на топливо с такой оболочкой. А начиная с 2011-2012 годов, оптимизированный сплав может начать внедряться на всех французских АЭС.

Следующий продукт от Westinghouse , готовый выйти на рынок - сплав Axiom. По нему известно, что он состоит из свыше 97% циркония с добавками ниобия, олова, железа, хрома, меди, кремния, ванадия и никеля. Первая сборка с Axiom была облучена на неназываемом американском блоке в 2004 году. Массовое применение сплава начнётся в 20-ых годах.

GNF и AREVA

Последнее достижение компании GNF - сплав Process 9 . Он представляет собой модификацию сплава Zircaloy-2. Но уже вскоре ему на смену может прийти сплав Ziron, готовящийся предстать перед американскими регуляторами для оценки и сертификации. Ziron - сплав на основе циркония, содержащий добавки олова, железа, хрома и никеля.

Клиентами GNF выступают блоки с водяными кипящими реакторами. Сегодня все американские BWR при перегрузках используют топливо с оболочками из Process 9 . Две станции проводят квалификацию топлива с оболочками из Ziron.

Отдельное направление применения Ziron - будущие японские реакторы мощностью 1700-1800 МВт(эл.) и глубинами выгорания до 100 МВт×сут/кг.

Наиболее продвинутым сплавом, которым располагает группа AREVA, считается сплав M5. В официальных документах указывается, что оптимизированный циркониевый сплав , который используется сегодня на 73 энергоблоках с PWR в 12 странах. В сплаве M5 отсутствует олово, зато есть 1% ниобия, а также добавки кислорода, железа и серы.

Удаление олова из состава сплава ведёт, как утверждают в AREVA, к чрезвычайно низким скоростям коррозии при глубоких выгораниях.