В Нижегородском государственном техническом университете имени Р. Е. Алексеева разработали и запатентовали инновационную конструкцию дистанционирующей и перемешивающей решетки тепловыделяющей сборки ядерного энергетического реактора. Авторы изобретения — девять ученых и инженеров НГТУ: Сергей Дмитриев, Татьяна Дёмкина, Александр Добров, Денис Доронков, Даниил Курицин, Данил Николаев, Антон Рязанов, Алексей Пронин и Дмитрий Солнцев.
Тепловыделяющие сборки внутри ядерного реактора состоят из множества длинных стержней — тепловыделяющих элементов. В них протекает цепная ядерная реакция. Между стержнями циркулирует теплоноситель — он отводит тепло для дальнейшего преобразования в электрическую энергию. Чтобы тепловыделяющие элементы сохраняли строго заданное положение, применяются специальные решетки.
«Если решетки нет или она в плохом состоянии, стержни начнут вибрировать, тереться друг о друга и в итоге повреждаться. Это может привести к расплавлению стержней и выходу радиоактивности. Реактор придется срочно останавливать», — поясняет кандидат технических наук Денис Доронков, один из авторов патента.
Команда разработчиков рассмотрела около десяти вариантов конструкции решетки. Выбрать наиболее эффективный помогли расчетные исследования и консультации с конструкторами и технологами предприятия-партнера из атомной отрасли. Ключевыми преимуществами новой решетки стали:
— повышенная безопасность эксплуатации;
— геометрическая стабильность;
— равномерное распределение теплоносителя;
— упрощение производства и сборки;
— экономическая эффективность.
По словам Дениса Доронкова, данное решение позволило удешевить производство новой решетки более чем на 10%.
Работоспособность нового изобретения подтвердили с помощью компьютерного моделирования в CFD-программе «ЛОГОС». Это помогло детально изучить поведение теплоносителя и тепловыделяющих элементов в разных режимах работы реактора, а также доказать его эффективность. Следующим этапом станут комплексные экспериментальные исследования и испытания первых прототипов в лабораторных условиях.
По мнению ученых, новая дистанционирующая и перемешивающая решетка делает ядерные энергетические установки надежнее и эффективнее.
Патент действует на территории восьми государств — участников Евразийской патентной конвенции. При условии своевременной уплаты годовых пошлин перед разработкой могут открыться широкие перспективы для международного применения в атомной энергетике.
Впереди у ученых дальнейшие исследования и испытания прототипов — они должны окончательно подтвердить преимущества и подготовить технологию к промышленному использованию. Если внедрение окажется успешным, оно может снизить эксплуатационные расходы и увеличить срок службы активных зон реакторов. Как следствие, это повысит конкурентоспособность атомной энергетики как одного из ключевых источников чистой энергии.
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (национальный проект «Молодежь и дети»).
