Укротители атома: как в ВКО производят ядерное топливо

В 2021 году в Восточном Казахстане открылся новый завод ТОО «Ульба-ТВС». На базе завода начали производить тепловыделяющие сборки, которые являются топливом для атомных электростанций. К тому моменту в АО «УМЗ» уже несколько десятилетий успешно производили урановые таблетки, которые являются неотъемлемой частью тепловыделяющих сборок. Так Казахстан наладил у себя полный цикл производства ядерного топлива, обогнав при этом другие государства Центральной Азии.

В Казахстане завершились общественные слушания по строительству АЭС. Предполагается, что строительство станции поможет решить проблему дефицита электроэнергии в стране, которая с каждым годом становится все острее.

В ходе слушаний спикеры неоднократно заявляли о том, что Казахстан планирует использовать собственное ядерное топливо для АЭС. И это неудивительно, ведь в стране действует единственное на территории Центральной Азии производство по выпуску топлива для атомных электростанций. И находится оно в Восточном Казахстане. 

Таблетка для реактора

Топливо для атомных электростанций в ВКО производит АО «Ульбинский металлургический завод». Условно процесс можно поделить на два этапа: производство урановых таблеток и производство тепловыделяющих сборок (ТВС). 

Таблетки для атомной энергетики на УМЗ выпускают десятилетиями. Качеству продукции на заводе уделяют огромное внимание, ведь от этого зависит безопасная работа ядерного реактора. Но не меньшее внимание уделяется и безопасности сотрудников. 

Чтобы попасть в цеха, необходимо облачиться в защитную одежду, надеть респиратор и взять индивидуальный дозиметр — в случае нештатных ситуаций этот небольшой прибор зафиксирует дозу облучения, которую получил его носитель. 

Первый этап производства таб­леток — подготовка уранового порошка. Его смешивают с добавками, после чего проверяют качество смеси. Если лабораторные анализы подтверждают соответствие требованиям, порошок отправляется на прессовку. 

— За счет большого давления порошок сдавливается в определенную форму, и получается топливная таблетка, — объясняет директор Уранового производства АО «УМЗ» Константин Кузьмин. — Она пока хрупкая, и если ее бросить, то может сломаться. В таком виде загружать ее в реактор нельзя. 

Именно поэтому после прессовки маленькие черные таблетки бережно укладывают в форму для спекания — молибденовую лодочку. Следующие 30 часов таб­летки будут находиться в печи. Там при температуре +1750ºС они не плавятся, но становятся устойчивыми к внешним факторам. 

Затем таблетки шлифуют, для того чтобы подогнать их диаметр под определенные значения. Вес одного изделия — 7 граммов, диаметр — 8 миллиметров, длина — 13 миллиметров. Допустимые расхождения измеряют в микронах, то есть требования к форме и размеру крайне строгие. А параметры изделий измеряют с помощью высокоточного лазерного оборудования. 

Потом изделия отправляются на разбраковку. 

— Во время прохождения технологического цикла таблетки могут приобретать сколы и трещины. Сотрудники сортируют таблетки вручную, просматривая каждую и сравнивая с атласом внешнего вида, — добавляет Константин Кузьмин.

Эта кропотливая работа требует внимательности и усидчивости. Ведь разбраковка — последний этап контроля продукции на производстве. 

Далее сформированная партия таблеток поступает в отдел технического контроля. 

— Это отдельное структурное подразделение, которое проверяет качество готовой продукции. Оно не входит в состав уранового производства, и соответственно, никакой зависимости двух под­разделений нет. Их задача в качестве стороннего наблюдателя проверить продукцию и выдать свое заключение, — рассказывает Константин Александрович.

Одна партия включает в себя до 280 000 таблеток. 

В союзе с роботами

Готовые урановые таблетки отправляют в ТОО «Ульба-ТВС». Это казахстанско-китайское совместное предприятие, учредителями которого являются АО «УМЗ» и компания "CGNPC-URC". Именно тут производят теп­ловыделяющие сборки, которые и являются топливом для АЭС. Один из главных элементов сборки — твэлы. Это длинные и полые трубки, в которые загружают урановые таблетки. Эти трубки в ТОО «Ульба-ТВС» привозят с заводов Франции. 

Сотрудники местного производства вручную разгружают поступающие партии твэлов. Затем каждую единицу проверяют на чистоту с помощью компьютера и продувают горячим сжатым воздухом. 

После проверки и первичной обработки к трубкам припаивают нижние заглушки и загружают внутрь таблетки, оставляя свободное место. На это место ставят амортизирующие пружины, а затем припаивают верхние заглушки. 

Важно отметить, что каждый твэл проходит многоступенчатый контроль. Сначала в изделие закачивают гелий и проверяют его на герметичность с помощью прибора, который называется «гелиевый течеискатель». 

— Если твэл не герметичен, партия будет разбраковываться. Но у нас таких ситуаций не возникало, — рассказывает директор по технологическому контролю и учету ядерных материалов ТОО «Ульба-ТВС» Станислав Матвеев.

Далее изделие проходит проверку на предмет наличия внутренних дефектов на гамма-сканере. 

После этого обученные сотрудники осуществляют визуальный контроль твэла. 

Если дефектов и несоответствий не выявлено, изделия упаковывают и передают на станцию хранения. 

Параллельно с подготовкой твэлов на станции также идет сварка скелетонов — основы и каркаса будущих тепловыделяющих сборок. Каждый скелетон состоит из 11 решеток и направляющих трубок. Эти элементы соединяют в цельную конструкцию при помощи робота точечной сварки. Процесс длится около двух часов, является высокоточным и полностью автоматизированным. 

Готовые скелетоны тоже подвергаются проверке. И если дефектов по итогам контроля не обнаружено, скелетон устанавливают на сборочную ротационную платформу. Затем с помощью специального устройства внутрь заводят твэлы. 

Готовая сборка состоит из 264 трубок, вес урана в ней — 450 килограммов. Срок ее эксплуатации — четыре – пять лет. 

К работе готовы?

Сейчас ТОО «Ульба-ТВС» работает исключительно на экспорт. Готовые ТВС поставляют в Китай. Проектная мощность завода — 200 тонн в год по урану, что эквивалентно 440 сборкам. 

Однако, как уверяет руководство АО «УМЗ», завод готов наращивать объемы производства как ядерного топлива, так и его компонентов. В случае положительного решения вопроса о строительстве атомной станции, завод мог бы обеспечить ее собственным ядерным топливом. Сейчас ТОО «Ульба-ТВС» производит тепловыделяющие сборки французского дизайна AFA3G. Если на станции будет востребован такой вариант топлива, предприятие просто увеличит объемы его выпуска. Но даже при выборе другого формата, УМЗ сможет выпускать топливные таблетки. 

Однако вопрос о строительстве АЭС в Казахстане еще не решен. Если же на референдуме граждане примут решение "АЭС быть", Восточный Казахстан будет в выигрыше. Это приведет к появлению новых рабочих мест и дополнительным налоговым поступлениям в бюджет. Кроме того, даст толчок развитию смежных отраслей атомной энергетики в ВКО.

Елизавета Седых
Фото предоставлено пресс-службой АО «УМЗ»