Росатом успешно завершил опытно‑промышленную эксплуатацию толерантного ядерного топлива (ATF) — инновационного продукта, призванного радикально повысить безопасность атомных электростанций. Ключевое событие произошло 16 марта 2026 года на энергоблоке № 2 Ростовской АЭС с реактором ВВЭР‑1000.
Суть инновации: что такое толерантное топливо?
Толерантное топливо (Accident Tolerant Fuel, ATF), или топливо нового поколения безопасности, создано как ответ на аварию на АЭС «Фукусима‑1» (2011). Его главная задача — исключить или значительно замедлить пароциркониевую реакцию в активной зоне реактора при нештатных ситуациях.
Пароциркониевая реакция возникает при температуре свыше 1200∘C, когда пар вступает в химическую реакцию с циркониевыми оболочками тепловыделяющих элементов (твэлов). Это приводит к выделению горючего водорода и потенциальному разрушению активной зоны.
Российские разработчики из ВНИИНМ им. А. А. Бочвара (Топливный дивизион Росатома «ТВЭЛ») реализуют два основных подхода:
1. Замена конструкционного материала оболочек твэлов:
- хром‑никелевый сплав 42ХНМ — полностью исключает цирконий из состава оболочки;
- циркониевые сплавы с хромовым покрытием — защитный слой предотвращает контакт циркония с водой/паром при высоких температурах.
2. Модификация топливной композиции для повышения теплопроводности:
- Дисилицид триурана (U3Si2) проводит тепло в 5 раз лучше, чем диоксид урана;
- уран‑молибденовый сплав — повышенная плотность и теплопроводность;
- композитное топливо дисперсионного типа и нитридное топливо — альтернативные варианты с высокой теплопроводностью и ураноёмкостью.
Повышение теплопроводности создаёт «термодинамический барьер», не позволяя активной зоне нагреться до критической температуры.
Ход и результаты испытаний на Ростовской АЭС
В 2021 году в активную зону реактора ВВЭР‑1000 загрузили три комбинированные тепловыделяющие сборки (ТВС) конструкции ТВС‑2М. Каждая содержала 12 твэлов:
- 6 шт. с оболочками из хром‑никелевого сплава 42ХНМ;
- 6 шт. с оболочками из циркониевого сплава с хромовым покрытием.
Топливные таблетки были изготовлены из диоксида урана и уран‑молибденового сплава. За 54 месяца (три топливные кампании по 18 месяцев) все сборки отработали штатно, без нарушений герметичности. В марте 2026 года топливо выгрузили в ходе планово‑предупредительного ремонта.
Производственная база для серийного выпуска
Для обеспечения будущего серийного производства на Чепецком механическом заводе (ЧМЗ, г. Глазов) в августе 2024 года создали опытно‑промышленный участок по изготовлению оболочек твэлов с хромовым покрытием:
- введена в эксплуатацию уникальная установка отечественной разработки для нанесения хромовых покрытий на длинномерные циркониевые трубы;
- развёрнут комплекс аналитического оборудования для контроля качества;
- изготовлено более 1000 серийных хромированных оболочек твэлов.
В каждой стандартной кассете для ВВЭР‑1000 содержится 312 твэлов, поэтому выпуск достаточного количества оболочек позволяет перейти к изготовлению полномасштабных ТВС в ATF‑исполнении.
Разработкой и испытаниями ATF в Росатоме занимается консорциум из примерно 10 организаций под научным руководством ВНИИНМ им. А. А. Бочвара.
Практическое значение и выгоды внедрения ATF
1. Безопасность:
- предотвращение пароциркониевой реакции — основной причины тяжёлых аварий с выделением водорода;
- увеличение временного резерва для реагирования персонала при аварийных ситуациях (часы вместо минут);
- снижение риска запроектных аварий с негативными последствиями для окружающей среды.
2. Экономика и эксплуатация:
- удлинение топливной кампании на 5–6 % за счёт повышенной ураноёмкости топливных композиций (на 25–35 % выше, чем у диоксида урана);
- При увеличении ураноёмкости твэла на 25 % стоимость изготовления топливной сборки снижается на 10,4 %, а при увеличении на 35 % — на 24,4 %;
- сокращение расходов на системы безопасности реакторов ВВЭР.
3. Экология:
- минимизация вероятности аварий с выходом радиоактивных веществ;
- укрепление позиций атомной энергетики как экологически чистого источника энергии.
4. Стратегические преимущества для России:
- технологический суверенитет — разработка и производство ATF полностью отечественными силами;
- конкурентное положение на мировом рынке — Россия занимает второе место после США по уровню проработки технологий ATF;
- экспортный потенциал — укрепление позиций Росатома на международном рынке (компания уже обеспечивает топливом более 70 реакторов в 15 странах);
- замыкание ядерного топливного цикла — свойства хромированной поверхности оболочек позволяют автоматизировать фабрикацию топлива с регенерированным ураном и плутонием.
Международный контекст
В гонке за создание безопасного ядерного топлива нового поколения США уверенно лидируют. Уже более 10 лет под эгидой Министерства энергетики страны идёт масштабная программа с участием ведущих лабораторий и производителей. Её главный успех — запуск в 2021 году на АЭС «Калверт‑Клифс» первой в мире сборки с ATF‑топливом, которая успешно отработала два цикла по 2 года. Это на несколько лет опережает аналогичные проекты в других странах.
Второе место занимает Россия. У нас действует комплексная программа развития ATF с опорой на собственные мощности: цикл опытно‑промышленной эксплуатации уже завершён, что открывает путь к масштабированию технологии.
Страны вроде Франции, Китая и Республики Кореи тоже ведут исследования и испытания ATF, но пока существенно отстают от лидеров по темпам и глубине проработки технологий.
Мировые производители постепенно приходят к единому оптимальному решению — использованию оболочек из традиционных циркониевых сплавов с хромовым покрытием в сочетании с диоксидом урана или его модификациями.
Перспективы
После завершения послереакторных исследований в НИИАР (г. Димитровград) и получения разрешительной документации от Ростехнадзора Россия сможет перейти к полномасштабному промышленному производству ATF. Следующим этапом станет загрузка полноценных топливных кассет (все 312 твэлов с хромированными оболочками) в реактор большой мощности для окончательной квалификации и принятия решения о серийном производстве.
Внедрение толерантного топлива нового поколения обеспечит качественный скачок в безопасности атомной энергетики, экономической эффективности топливного цикла и технологическом суверенитете России в стратегической области ядерных технологий.