НЗХК: как производят ядерное топливо в Новосибирске

История НЗХК началась в 1948 году, когда площадку для автомобильного завода в Калининском районе Новосибирска передали под строительство предприятия оборонного назначения. В 1951-м здесь выпустили первую продукцию. Предполагалось, что основной задачей завода будет изготовление топливных элементов для советских АЭС и исследовательских реакторов, однако предприятие стремительно развивалось и осваивало новые направления. Сегодня это высокотехнологичный производственный комплекс, чья продукция востребована не только в России.

Площадь предприятия — 120 гектаров. Здесь расположены 9 цехов, в которых трудятся 1350 человек. Основной вид деятельности завода — выпуск топлива и материалов для атомной отрасли. Ещё здесь производят литий и его соединения, а также цеолитные катализаторы для нефтегазопереработки и нефтехимии. НЗХК много раз становился обладателем престижных наград за качество продукции.

Технологическая цепочка производства топливных таблеток для твэлов (тепловыделяющих элементов) начинается с изготовления порошка диоксида урана. Его делают из обогащённого гексафторида урана, который поступает на завод в стальных контейнерах.

Чтобы получить диоксид урана, сырьё подвергают высокотемпературному пирогидролизу, обрабатывают гидроксидом аммония, а выпавший осадок отфильтровывают и обжигают.

Производство ядерных топливных таблеток — долгий и сложный процесс, который включает подготовку пресс-порошка, прессование, спекание, шлифование и контроль качества.

Порошок диоксида урана хранится в биконических контейнерах. В них же его перемешивают до однородной смеси с пластификатором с помощью смесительного станка. Добавка помогает таблетке лучше спрессовываться.

Одна таблетка весом 5 грамм по энергии тепловыделения равна 640 килограммам древесины, 400 килограммам каменного угля, 360 кубическим метрам природного газа и 350 килограммам нефти.

После прессования топливные таблетки попадают в печи, где их спекают в водородной восстановительной среде при температуре 1750 °С. На это уходит больше 20 часов.

После охлаждения таблетки отправляются на шлифовку, это нужно для того чтобы подогнать их под размер трубчатой оболочки.

Сотрудник готовит специальную тару для расфасовки таблеток.

Последний этап — производственно-технический контроль. Таблетки ядерного керамического топлива осматривают, проверяют их плотность, содержание урана и примесей, а также термическую стабильность.

В год на предприятии производят более 600 тонн топливных таблеток.

Все работы ведутся в герметичных боксах через специальные перчатки.

Это автоматизированная линия, на которой производят тепловыделяющие элементы. По сути, она представляет собой единый комплекс, в котором технологические и контрольные операции объединены со средствами сбора информации.

Чтобы улучшить теплоотдачу оболочки твэла, его свободный объем заполняется гелием и герметизируется с помощью специальных заглушек.

Здесь трубки заполняют таблетками диоксида урана.

Твэл для водоохлаждаемых реакторов выглядит как тонкая трубчатая оболочка из циркониевого сплава. Его диаметр — 9 миллиметров, а длина — около 4 метров.

Твэл нужен чтобы генерировать тепловую энергию и вызывать саморазогрев урановой таблетки.

Готовые трубки перемещают в специальных в транспортных контейнерах.

На предприятии действует современная система менеджмента качества. Здесь пристально следят за окружающей средой, безопасность труда и здоровьем сотрудников.

Следующий этап — производство тепловыделяющих сборок (ТВС). Эти работы ведутся на автоматизированных стендах, установленных в линию.

Обычно ТВС имеют форму шестигранника, разные модели отличаются друг от друга конструкцией каркаса и других составляющих.

Каналы и дистанционирующие решётки, в которые затем установят «пучок» из 312 твэлов.

Так выглядит процесс сварки каналов и дистанционирующих решёток.

На современной АЭС в активной зоне реактора мощностью 1000 МВт одновременно работает 163 ТВС, содержащих около 50 тысяч твэлов, в которых находится около 80 тонн урана.

Срок службы одной ТВС в реакторе — 4–5 лет. За это время конструкция вырабатывает тепловую энергию, которой достаточно, чтобы получить около 200 миллионов КВт·часов электроэнергии. За месяц столько расходует 1 миллион квартир.

Радиационный контроль — один из обязательных этапов производственного цикла.

После тщательной проверки тепловыделяющие сборки готовы к транспортировке.

Продукция завода отправляется к потребителям в защищённых контейнерах — по две ТВС в каждом.

Сегодня завод производит тепловыделяющие сборки не только для реакторов ВВЭР–1000 и ВВЭР–1200 российского дизайна, но и для энергоблоков PWR, которые активно используются на западе. На ядерном топливе, изготовленном на НЗХК, работают АЭС в Болгарии, Украине, Индии, Иране, Китае и Швеции, а скоро должны начаться поставки в США.

НЗХК не только покрывает нужды атомно-энергетической отрасли, но и развивает неядерные производства. Ключевое из них — производство лития и его соединений.

Чтобы литий проявлял свои полезные свойства наиболее полно, он должен быть хорошо очищен от природных и техногенных примесей.

Чистота лития, производимого в Новосибирске, составляет 99.999 % — это лучший показатель в мире.

Кроме привычного металлического лития завод производит гранулированный хлористый литий и является крупнейшим из двух мировых производителей Лития–7.
Кстати, литий это самый лёгкий металл, известный науке. Из всех металлов у него самая низкая плотность, почти в два раза ниже плотности воды.

Литиевую продукцию закупают производители химических источников тока (литиевых батареек и аккумуляторов), металлургические предприятия и компании химической отрасли. Литий–7 используется в ядерной энергетике как химический реагент и как добавка в теплоноситель первого контура реакторов типа PWR.

Ещё одно направление работы завода — производство цеолитных катализаторов для нефтехимии и нефтегазопереработки.

Цеолитную продукцию, которая используется для получения моторных топлив, поставляют в российские регионы, страны Восточной Европы, на Ближний Восток, а также в Швецию, Индонезию и Вьетнам.

Другим важным направлением стало производство ядерного топлива для исследовательских реакторов. Оно используется в научных и академических центрах в России и за рубежом.

Высоким спросом пользуются твэлы нового поколения с пониженным обогащением по изотопу урана–235.

Всего с начала производства на НЗХК изготовили 40 тысяч тепловыделяющих сборок 56-ти разных модификаций, предназначенных для исследовательских реакторов разных типов.