В следующей части доклада рассмотрены свойства топлив с точки зрения безопасности. Докладчик напомнил, что фундаментальные свойства безопасности должны предотвращать отказы топлива, формировать пригодную для охлаждения геометрию активной зоны, а также сохранять открытыми каналы для введения органов регулирования и защиты.

Металлическое топливо характеризуется значительным опытом использования в быстрых натриевых реакторах. Достигнуты глубины выгорания до 10% (ат.), продемонстрирована способность достичь глубины выгорания до 20% (ат.) с оболочками из ферритно-мартенситных сталей. Под облучением в металлическом топливе происходят перераспределение компонентов топливного сплава, образование пористости, удержание и выделение газообразных осколков, распухание топлива, а также образование легкоплавкой эвтектики на границе раздела топливо-оболочка, приводящее к постепенному истончению оболочки. Низкие рабочие температуры и температуры в переходных процессах обеспечивают относительно небольшие Допплер-эффекты реактивности, что облегчает контроль за реактивностью и уменьшает возможную величину случайно введённой реактивности. Также это даёт оператору больше времени для устранения несоответствий между выделяемой мощностью и охлаждением активной зоны в аварийных ситуациях. Основной сценарий отказа металлического топлива - повреждение под воздействием газообразных осколков оболочки твэла, ослабленной из-за эвтектического утончения. Надёжность металлического топлива при быстрых переходных процессах была продемонстрирована в ходе экспериментов на исследовательском реакторе TREAT. Также докладчик отметил химическую совместимость металлического топлива и натриевого теплоносителя, что обеспечивает отсутствие каких-либо реакций с выделением энергии при взаимодействии топлива и натрия.

Оксидное топливо имеет обширный международный опыт применения в исследовательских, демонстрационных и коммерческих быстрых реакторах. Известные эффекты в оксиде под облучением - реструктуризация топлива, рост зерён, удержание и выделение газообразных осколков, влияющее на распухание топлива, миграция пористостей, распухание топлива вследствие накопления твёрдых осколков деления, изменение размеров зазора между топливом и оболочкой, соотношение атомов кислорода и металла, влияющее на химическое взаимодействие топлива и оболочки. Оксид характеризуется низкой теплопроводностью, но высокой температурой плавления. Соответственно, у оксидного топлива есть большой запас до расплавления. К оксидному топливу остаются вопросы по его поведению в переходных процессах при глубоких выгораниях, порядка 15%(ат.), однако считается, что проблем можно избежать за счёт подбора эффективной плотности топлива. Надёжность оксидного топлива при быстрых переходных процессах была продемонстрирована в ходе экспериментов на исследовательских реакторах CABRI и TREAT. Докладчик также отметил, что возможности по трансмутации младших актинидов в оксидном топливе были продемонстрированы на уровне отдельных твэлов.

Нитридное топливо требует дальнейшего изучения. В России были изготовлены и облучены в БОР-60 и БН-600 свыше 1000 твэлов различной геометрии и с различными материалами оболочек. Докладчик отметил следующее: 1) разложение нитрида при температурах порядка 2000 K и выше приведёт к выделению газообразного азота и росту давления на оболочку, а также к появлению обогащённых по плутонию металлических фаз с низкой температурой плавления; 2) высокие теплопроводность и температура плавления нитридного топлива могут привести к взрывам паров натрия, когда горячее расплавленное топливо вступает в контакт с более холодным теплоносителем. Интенсивный теплообмен между топливным расплавом и натриевым теплоносителем может привести к быстрому преобразованию тепловой энергии в механическую работу, что приведёт к возникновению ударных волн и поставит под угрозу целостность окружающих конструкций. Экспериментальные данные по этой теме немногочисленны, и она требует дальнейшего изучения.

к началу