26 января 2009 года в Обнинске прошла ведомственная конференция "От исследований на реакторе БР-5 (БР-10) к проектам демонстрационных и энергетических быстрых реакторов".

В кулуарах конференции на вопросы электронного периодического издания AtomInfo.Ru любезно согласился ответить начальник инженерно-физической лаборатории НИИАР Игорь Юрьевич ЖЕМКОВ.

БОР-60 уже сорок

Игорь Юрьевич, первый вопрос - какой доклад Вы представили на конференции в Обнинске?

Доклад, с которым я выступил, называется так: "Опыт эксплуатации и перспективы реактора БОР-60". В нём подводятся основные итоги эксплуатации нашего реактора, которому в этом году исполняется 40 лет. Я напомню, что БОР-60 начали строить в 1965 году, спустя три года состоялся физпуск, а в 1969 году - энергетический пуск.

Это действительно рекордные сроки, особенно если учесть, что строительство в Димитровграде шло в буквальном смысле слова на пустом месте, в отличие от БР-5, который устанавливался вместо БР-2. В наше время повторить это достижение нереально.

В докладе были рассмотрены различные эксплуатационные моменты, возникавшие на БОР-60. Были затронуты также сегодняшние наши проблемы с продлением эксплуатации.

Когда пускался БОР-60, предполагалось, что он проработает 20 лет, а затем на смену ему придёт новый, более мощный реактор. Времена были такие, я бы сказал, оптимистические. Наступил 1989 год, и обнаружилось, что никаких предельных флюенсов мы, естественно, не набрали, но по документам везде проходил 20-летний срок службы.

Вот с тех пор мы регулярно занимаемся продлением, то есть, подготавливаем обоснования и выполняем некоторые другие необходимые для этого работы.

Продление - это процедура ежегодная?

Когда как. Бывает на 2 года, бывает на 4 или даже на 6 лет. Сейчас у нас в очередной раз кончается лицензия, она действительна до 2010 года. Мы вместе с другими организациями - в частности, ОКБ "Гидропресс" и ФЭИ - готовим обоснования для дальнейшего продления.

На БОР-60 есть определённые "узкие места", но могу совершенно точно сказать, что это не корпус.

То есть, с корпусом всё нормально?

Конечно, он когда-то выберет свои нормативы, но это случится ещё не скоро. У нас флюенс быстрых нейтронов оказался очень маленьким, гораздо меньше, чем на БР-5. Я уточню, что у нас речь идет о повреждающей дозе менее 10 сна к 2015.

Решено, что мы будем продлевать срок эксплуатации реактора на небольшие периоды, например на 2 года. В целом же планируем продлить эксплуатацию реактора БОР-60 до конца 2015 года. Может быть, нам со временем удастся продлить сроки и дальше. Тем более, что у нас есть заказы и есть экспериментальные работы на перспективу.

Ваш реактор - единственный исследовательский реактор, который остался в России, а возможно и в Европе?

Да, поэтому заказов у нас достаточно много.

Напомните, пожалуйста, в Европе есть ещё быстрые исследовательские реакторы?

С определённой натяжкой, к таким установкам можно отнести французский "Феникс". Но, во-первых, наш БОР-60 с ним, по понятным причинам, находится в разных весовых категориях, а во-вторых, он закрывается на последнюю кампанию.

У японцев есть что-то аналогичное…

На данный момент, можно сказать - нет. "Монджу", как вы знаете, работает в режиме "то потухнет, то погаснет", JOYO тоже стоит. Я бы отметил, что наш единственный реальный конкурент в мире - это китайский CEFR, который должен пуститься в этом году или в начале следующего.

Но я добавлю, что первые 2-3 года китайцам будет не до серьёзных исследований. Реактор сложный, для Китая это первый опыт в быстрой области… Нет, они будут довольно долго выходить на тот момент, когда созреют для экспериментальных исследований для внешних заказчиков.

Таким образом, фактически, мы сейчас единственный в мире быстрый исследовательский реактор. Поэтому у нас есть и заказы, и договора.

Большой сейчас интерес к быстрому направлению?

Почему именно к быстрому? У нас облучается очень много материалов, которые не имеют никакого отношения к быстрым реакторам. Ведь если экспериментатору нужно в короткие сроки набрать флюенс, то где это сделать, как не у нас?

То есть, вы работаете не только на нужды быстрых реакторов, а, скорее, заняты материаловедческими проблемами?

Разделить сложно. Давайте не будем забывать о таких вещах, как отработка технологий и получение топлива… А так, да - спектр работ весьма широк.

МБИР спешит на помощь

Мы же пытаемся себя окупать. Конечно, это нереально, чтобы исследовательский реактор себя окупал полностью - но, тем не менее, мы производим тепло, даём электроэнергию, получаем большой объём радиоизотопов. Зона у нас загружена очень сильно.

Я приводил конкретный пример в своём докладе на обнинской конференции. Во время физпуска на БОР-60 было 75 ТВС. Далее штатно работали с 85-90 ТВС, а сейчас у нас их - 120. Это произошло потому, что у нас стоит более десятка нетопливных сборок в зоне. К сожалению, и поток нейтронов из-за этого немного упал.

Фактически, в зоне уже нет свободного места. Поступают заказы с требованием, например, обеспечить облучение при условии отсутствия рядом нетопливной сборки - а нам удовлетворить такое пожелание трудно, зона стала очень "пёстрая".

И поэтому обязательно нужен МБИР.

Да, реактор МБИР планируется. Принято решение, что он будет в НИИАРе. Создан коллектив. Заказчик-застройщик - НИИАР, научный руководитель - ФЭИ, главный конструктор - НИКИЭТ, оборудование контуров и корпус - ОКБМ, парогенераторы - ОКБ "Гидропресс", Генеральный проектировщик - ВНИПИЭТ. Коллектив, как видите, большой. Работы начались в прошлом году.

Наверное, каких-то комментариев по новому реактору Вы давать пока не будете?

Просто рано об этом говорить. Есть много разных вариантов, которые сейчас согласовываются между собой. Есть устоявшиеся направления, где мы пришли к единому мнению, но есть и пункты, по которым продолжается обсуждение.

Но уже определена мощность - 150 МВт (тепловых).

Сначала в проекте было требование обеспечить 100 МВт (тепловых). Но наши расчёты показали, что этого мало. Хочется потоки иметь повыше, а это с мощностью взаимосвязано.

Признаюсь честно, что мы хотели большего, а именно, 180 МВт, но в итоге всё-таки сошлись на 150.

А почему не 200 или 300?

Стоимость строительства реактора, конечно, не растёт пропорционально мощности, но, тем не менее, зависимость есть. Исследовательский реактор с мощностью 200 МВт мы не смогли бы построить, исходя из объёма выделяемых средств.

Но, повторюсь, что для НИИАР повышенная мощность была бы выгодна. Мы смогли бы давать больше тепла и электроэнергии, а это важно, так как МБИР должен себя частично окупать.

Широкий спектр экспериментов

В мире сейчас наблюдается катастрофическая нехватка производителей молибдена. Вы не собираетесь заняться этим направлением?

Именно в БОР-60 мы молибден не накапливаем. Наша стезя - это стронций, гадолиний, возможно, европий. Теоретически производство молибдена было бы возможно рассмотреть, потому что у нас есть гидридный угол со смягчённым спектром, каналы за корпусом реактора. Но это проще организовать на других исследовательских реакторах НИИАР.

Игорь Юрьевич, не касаясь вещей, связанных с коммерческой тайной, не могли бы Вы немного рассказать о тех экспериментах, которые проводятся на БОР-60?

Эксперименты за 40 лет были разнообразные. Это и отработка различных видов топлива, и переход на вибротопливо, различные конструкционные и поглощающие материалы. Сначала у нас, как известно, было таблеточное топливо. Первоначально боковой экран был стальной, потом стал воспроизводящим - сначала оксидным, потом отдельные сборки с металлическим топливом, потом эта проблема отпала, и он снова стал стальным.

В зоне стали испытываться смешанные виды топлива. Мы прошли большой путь. Например, мы облучили в общей сложности 400 с лишним сборок с вибротопливом. Именно на них был поставлен рекорд - 27% выгорания, а в отдельных твэлах - почти до 34%.

Кстати, выгорания у нас очень высокие, даже в среднем. Конечно, сдерживающие факторы у нас присутствуют - например, отношение флюенса и выгорания не соответствуют БН-600 из-за высокого обогащения.

В конце 90-ых годов у нас было отдельное направление по оружейному плутонию. Были успешно облучены более 30 сборок с этим материалом.

По коммерческим экспериментам могу сказать только общие слова. Типичный заказ выглядит так - облучить такой-то материал с таким-то шагом по сна при таких-то температурах и нагрузках, достичь заданных флюенсов и повреждающих доз, выгораний.

А для чего такие эксперименты могут потребоваться?

Например, для задач по продлению эксплуатации блоков с реакторами на тепловых нейтронах.

Гидридный угол

Насколько мы слышали, на БН-600 изучался вопрос по экспериментам в гидридных каналах…

…и НИИАР в этих экспериментах принимал участие. Это, среди прочего, была наработка кобальта, который потом перерабатывался у нас.

Мы давно хотели у себя реализовать наработку кобальта. Но у нас ячейка поменьше, а спектр пожёстче, чем в БН-600, поэтому смягчать спектр требуемым образом в пределах одной ячейки не получается.

Но мы нашли способ! Одну из угловых ячеек мы окружили тремя ячейками с гидридом циркония, и в итоге в ней образовался смягчённый спектр. Мы провели там большой объём экспериментальных исследований, а сейчас мы в ней накапливаем гадолиний. Она также хорошо подходит для получения европия, а возможно и кобальта.

Расчётным путём мы показали, что, подбирая эффективную плотность или загрузку гидрида, мы можем создавать, фактически, любые спектры, кроме тепловых. Попутно было сделано изобретение, которое сейчас оформлено.

Обнаружилось, что за гидридным углом резко падают повреждающая доза и флюенс быстрых нейтронов на корпус. Настолько резко, что это более эффективное средство, чем карбид бора.

За счёт чего?

Разумеется, за счёт смягчения спектра.

Практическое применение этого изобретения может быть таково. В модульных быстрых реакторах имеется большая проблема - как сделать мощную защиту? Предлагаются стале-никелевые сплавы. Их технология и характеристики хорошо изучены, но их эффективность мала.

Возможно использование графита в специальных трубах, но графит - материал сложный и также низкоэффективный. Ещё один путь - применить карбид бора, как это было сделано в проекте БОР-60М (один из давних вариантов реконструкции БОР-60). Отличный материал с точки зрения защиты, но при выгорании он распухает и идёт образование трития.

А мы предлагаем другую комбинацию - поставить гидрид циркония, который смягчит спектр, а за ним слой стали для поглощения нейтронного потока. У такой системы принцип работы другой по сравнению с карбидом бора. Если последний просто пытается "съесть" поток, то в нашем варианте происходит и замедление, и поглощение нейтронов.

Конечно, проводились эксперименты, в которых было показано, что при температурах выше 420°C возможно выделение водорода из гидрида. Но на БОР-60 гидрид стоит в боковом экране, где такие температуры в принципе не достижимы! Гидридный угол у нас работает более 10 лет, и нам будет очень интересно исследовать данные сборки после того, как мы их извлечём.

Вы хотите предложить такую комбинированную систему защиты для БОР-60?

Для БОР-60 это делать уже поздно. Когда реактор отработал 40 лет, то менять защиту на оставшийся ему небольшой срок нецелесообразно. Но это может пригодиться для МБИР, СВБР, БРЕСТ, то есть, для реакторов малой и средней мощности. Сама идея использования замедлителя в быстром реакторе очень интересна.

Реальный замкнутый цикл

Вы понимаете, что мы не можем не спросить про вибротопливо. Итак, на БОР-60 оно испытывалось?

Да, с 80-ых годов наш реактор перешёл на вибротопливо, ТВС изготавливаются в НИИАРе. Топливо было и урановое, и смешанное уран-плутониевое. Я ведь уже упоминал о сотнях сборок с вибротопливом, прошедших через реактор БОР-60, и все наши рекорды по выгоранию были поставлены именно на них.

Вы выполняли переработку ОЯТ вибротоплива? Иными словами, через БОР-60 проходили сборки из рециклированного вибротоплива?

Проходили. Были такие примеры у нас. Облучалась сборка с MOX-топливом на основе энергетического плутония в условиях высоких температур, возвращалась, перерабатывалась. Потом делалась новая сборка, которая снова облучалась. Короче говоря, нами был продемонстрирован реальный замкнутый топливный цикл.

Конечно, масштабы были всё-таки не промышленные, и целью этих экспериментов было отработать технологию. Но, тем не менее, несколько сборок прошли весь цикл с пирохимией и вибротопливом и вернулись в реактор.

Спасибо, Игорь Юрьевич, за интервью для электронного издания AtomInfo.Ru.

ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru

ДАТА: 18.02.2009

Темы: Исследовательские реакторы, НИИАР, БОР-60, Интервью, Игорь Жемков