Владимир Степанов: свинец-висмут будет работать на гражданские нужды

Владимир Сергеевич Степанов - заместитель директора - Главный конструктор ФГУП ОКБ "ГИДРОПРЕСС" (Подольск), Заслуженный конструктор Российской Федерации.

Владимир Сергеевич, если возможно, пару слов о проекте реактора СВБР-75/100.

Реактор СВБР-75/100 родился как конверсионный проект из технологии корабельных реакторных установок, охлаждаемых свинцово-висмутовым теплоносителем, работа над которыми была начата по инициативе Александра Ильича Лейпунского в 50-ых годах прошлого века.

Когда актуальность двух направлений на флоте отпала, мы оказались вынуждены искать новые применения для свинца-висмута. Естественно, мы обратились к гражданской атомной энергетике. Вместе с Борисом Фёдоровичем Громовым, тогдашним научным руководителем этого направления, были налажены контакты с концерном "Росэнергоатом", в частности, с генеральным директором Евгением Ивановичем Игнатенко, и впервые родилась идея попытаться с помощью свинцово-висмутовой технологии продлить сроки службы блоков первого поколения с реакторами ВВЭР.

С этого, собственно, и началось развитие свинцово-висмутового быстрого реактора СВБР для гражданской атомной энергетики.

Что означают цифры 75/100 в названии новой установки?

Для реновации блоков мы закладывали модульный принцип. В одну РУ ВВЭР мы планировали установить несколько модулей СВБР-75/100, в тех помещениях, где их можно разместить. Величина мощности 75 МВт появилась, исходя из конкретного проекта блоков ВВЭР-440. Эти установки шестипетлевые, и поэтому шесть модулей по 75 МВт(эл.) позволяли бы сохранить общую мощность на уровне 450 МВт(эл.).

После того, как проблема продления сроков службы блоков первого поколения была решена другими методами, с сохранением РУ ВВЭР, наша идея в реализацию не пошла. Но мы выполнили по ней технико-экономические исследования и увидели, что модульный принцип построения реакторной установки даёт экономический эффект. Московский "Атомэнергопроект" в своих экономических расчётах показал, что реновация таким способом второго, третьего и четвёртого блоков Нововоронежской АЭС обойдётся в два раза дешевле, чем строительство нового "миллионника" на площадке НВАЭС-2.

Наши предложения были рассмотрены и одобрены на НТС "Росэнергоатома". Была признана необходимость провести технико-экономическое обоснование с выполнением технического проекта реакторной установки. Тем не менее, работа была прекращена, потому что, как я уже сказал, проблему продления срока службы нововоронежских блоков решили другим путём.

Вы сказали, что мощность 75 МВт(эл.) появилась из условия реновации блоков с ВВЭР. А каким образом была определена мощность в 100 МВт(эл.)?

Для повышения безопасности блока с быстрым реактором нужно было использовать все возможности, которые представляет высокотемпературный теплоноситель, для фактического исключения запроектных аварий. Какая бы ситуация ни случилась на станции - вплоть до полного обесточивания, падения самолёта или землетрясения - она не должна приводить к расплавлению активной зоны.

Мощность РУ в 100 МВт(эл.) была определена из условия обеспечения отвода остаточного тепловыделения через корпус реактора - без каких-либо внешних систем! - к воде, находящейся или заливаемой в шахту реактора. Расчёты показывают, что реактор может безопасно и без плавления активной зоны находиться в режиме расхолаживания в течение пяти суток, даже при условии отсутствия каких-либо действий со стороны персонала.

В принципе, есть методы, которые позволяют продлить этот срок сколько угодно долго. Американцы на таком же модульном реакторе исповедуют воздушное охлаждение. В их проекте корпус обдувается воздухом, но мы считаем, что у этого решения есть свои проблемы. Например, что произойдёт, если тяговые трубы будут разрушены? В этом случае охлаждение прекратится. Стоит отметить, что этот же вопрос американским проектантам задавали и в NRC (надзорный орган США).

Есть и другие различия между нашим и американским проектами. У нас условие транспортабельности корпуса по железной дороге накладывает ограничение на диаметр до 4,5 метров. У них это ограничение составляет 6 метров, и они применяют корпуса большего диаметра - поэтому американцам проще организовывать охлаждение воздухом. Мы ставили задачу сохранить транспортабельность по железной дороге, а также максимальное заводское изготовление для сокращения времени монтажа на площадке и повышения качества, ведь контроль качества на машиностроительных предприятиях всегда выше, чем при монтаже даже крупными блоками.

Кто может стать потребителем реакторов СВБР?

Эти реакторы предназначены для региональных потребителей. Это, в первую очередь, районы Сибири и Дальний Восток. Мы собираемся отработать первый модуль СВБР в Обнинске, на площадке ФЭИ - построить его и продемонстрировать все достоинства этой технологии. Дальше, на базе отработанного модуля могут набираться блоки различной мощности от 100 до 400 МВт(эл.).

У СВБР есть ещё одно потенциальное применение. "Атомэнергопроект", с которым мы плотно работаем по созданию свинцово-висмутового блока, видит в нём АТЭЦ. Уровень безопасности СВБР позволяет размещать его вблизи границ застройки городов. Санитарно-защитная зона АТЭЦ с СВБР ограничивается периметром станции. Россия, как известно, северная страна, и проблема теплофикации для нас очень актуальна.

Есть ли у СВБР экспортные перспективы? Имеются ли в этом проекте какие-либо ограничения, не позволяющие продавать его за рубеж?

Для того, чтобы технология стала экспортно-пригодной, обогащение топлива в активной зоне выбрано менее 20%, в соответствии с нормами МАГАТЭ. В проекте исповедуется принцип, что данные реакторы будут являться собственностью России. Наша страна будет их строить, эксплуатировать, владеть и возвращать к себе для проведения операций по подготовке к новому периоду эксплуатации, продавая потребителю конечный продукт - электричество, тепло или пресную воду.

Сейчас на оксидном урановом топливе, технология которого очень хорошо развита в России, мы готовы обеспечить период непрерывной работы реактора (кампанию активной зоны без перегрузки топлива) в восемь лет. Я напомню, что срок службы СВБР предполагается в 60 лет.

У свинцово-висмутового теплоносителя есть одно очень важное достоинство - его температура плавления составляет примерно 125°C. После определённой выдержки на площадке, теплоноситель переходит в твёрдое агрегатное состояние, причём все стержни-поглотители находятся внизу активной зоны и "вморожены" в теплоноситель. В таком виде, реактор может безопасно вывозиться в Россию для "перезарядки" активной зоны.

Позвольте задать вопрос по поводу теплоносителя. Приходилось слышать мнение о том, что запасы висмута в России невелики. Не опасно ли нам закладываться на технологии, которые потребуют поставок импортного сырья?

Такой вопрос, действительно, часто задают при анализе проекта СВБР. Хочу сказать, что добыча висмута и в России, и в мире определяется, в первую очередь, спросом на этот материал. В рамках разработки проекта СВБР, по нашему заданию был проведен анализ и выпущен соответствующий отчёт, в котором показано, что запасы висмута на читинских месторождениях позволяют ввести в эксплуатацию 70 ГВт мощностей. Конечно, при этом потребуются определённые вложения.

Критики нередко упоминают об опасности полония-210 - того самого ставшего печально известным изотопа, который получается при облучении висмута.

Да, это тоже вопрос, требующий обсуждения. Действительно, при облучении висмута нейтронами получается в результате соответствующей реакции изотоп ²¹⁰Po с периодом полураспада 138,4 суток. Этот изотоп всегда будет присутствовать в теплоносителе после начала работы реактора СВБР.

Но экспериментально установлено, что часть полония будет связываться с теплоносителем в виде химически стабильных соединений полонида свинца и полонида висмута. Фактически, это создаёт дополнительный барьер для распространения ²¹⁰Po, и содержание летучего полония в защитном газе снижается на несколько порядков.

Опыт работ на судовых установках и наземных стендах в сочетании с созданными комплексами защитных мер при обращении со свинцом-висмутом обеспечили отсутствие облучения полонием эксплуатационного персонала.

Вас также упрекают в том, что при аварии с расплавлением активной зоны может происходить всплытие топлива.

Мы не смогли пока найти ситуацию, при которой активная зона СВБР будет расплавлена. Но по существующим нормативам, подобная запроектная авария должна быть проанализирована. Поэтому в проекте такая ситуация рассматривается. В тех местах или узлах, где возможно или вероятно скопление осколков топлива, мы намерены конструктивно ввести стержни-поглотители из карбида бора. Таким образом, проблема возникновения вторичных критмасс и самопроизвольной неуправляемой реакции будет снята.

Что Вы можете сказать по поводу топливоиспользования в СВБР? Насколько эффективно будет использоваться уран в свинцово-висмутовом реакторе?

Наш реактор готовится к использованию в замкнутом топливном цикле, что соответствует новой технологической платформе, разрабатываемой в Росатоме. СВБР - это быстрый реактор, который может быть переведён на топливное самообеспечение по мере готовности замкнутого ЯТЦ.

На мой взгляд, оптимальным выбором для СВБР должно стать смешанное нитридное уран-плутониевое топливо. В этом случае, мы сможем добиться расширенного воспроизводства топлива внутри активной зоны, без бланкета, с коэффициентом воспроизводства выше единицы, что обеспечит топливное самообеспечение реактора после первой загрузки.

Большое спасибо за интервью для сайта AtomInfo.Ru.

Справка от ОКБ ГИДРОПРЕСС.

РУ СВБР-75/100 разработана в рамках программы продления срока службы блоков АЭС первого поколения с ВВЭР. Выбор номинальной мощности 75 МВт (эл.) обусловлен необходимостью сохранения технологической схемы, возможностью полного заводского изготовления и транспортирования по железной дороге. Выбор мощности 100 МВт(эл.) обусловлен требованиями безопасного отвода остаточного тепловыделения через корпус реактора.

Параметры ПГ унифицированы применительно к схемам второго контура на всех восстанавливаемых блоках. Проект РУ разработан как базовый с возможностью многоцелевой модернизации.

РУ СВБР-75/100 имеет интегральную компоновку первого контура, включающую реактор, двенадцать парогенерирующих модулей и два циркуляционных насоса.

Тип РУ СВБР-75/100 - двухконтурная, с жидкометаллическим теплоносителем свинец-висмут в первом контуре и реактором на быстрых нейтронах.

Высказать свои комментарии к статьи можно в отдельной ветке нашего форума.

ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru

ДАТА: 17.06.2007

Темы: АЭС, Россия, СВБР, ОКБ Гидропресс, Дискуссия об инновациях