Игорь Головнин: я - инженер-физик

Игорь Головнин, фото AtomInfo.Ru

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

С корреспондентами электронного издания AtomInfo.Ru беседует один из участников конференции Игорь Стефанович ГОЛОВНИН - заслуженный учёный и один из основных разработчиков топлива для реактора БР-5.

Я - инженер-физик

Я, прежде всего, инженер-физик, и этим почётным званием горжусь, пожалуй, больше, нежели всеми иными - профессор, заслуженный деятель и прочее.

Что касается моей работы по твэлам реакторов на быстрых нейтронах, то всё для меня началось со студенческого знакомства с Александром Ильичем Лейпунским. Он прочитал, кажется, в 1948 году, нашему курсу несколько лекций - коротких, но ёмких, позволивших сообразить, что же должна представлять собой атомная энергетика. Кстати, Александр Ильич и организовал в Московском механическом институте инженерно-физический факультет, родоначальник МИФИ, оставшийся, как память в лице пятой кафедры МИФИ.

Институт закончил в 1950 году. Рассчитывал попасть либо в Дубну, либо в Обнинск. Но меня "заграбастал" А.П.Завенягин, в Первое Главное управление. Забрали меня на становление первого опытно-промышленного производства ядерных зарядов из сплава плутония, где я и пробыл до 1953 года.

После завершения задания переведен в НИИ-9 (теперь ВНИИНМ имени академика А.А.Бочвара). Был зачислен в штат лаборатории №18 института, возглавляемой А.Г. Самойловым и созданной в 1953 году для организации и промышленного внедрения исследований, связанных с созданием ядерного топлива энергетических ядерных установок: читай - твэлов для ядерных энергетических реакторов.

Однако конструкторско-технологическая группа, в которой должна была быть реализована моя деятельность, ещё не функционировала. Это случилось лишь в 1955 году, когда её руководителем был назначен Михаил Степанович Пойдо, опытный специалист механик-практик, прошедший серьёзную производственную школу становления медеплавильных заводов Урала и участвовавший в становлении опытного производства ядерных зарядов на ПО "Маяк".

В Москве я довольно скоро "попался" на глаза Александру Ильичу Лейпунскому и мгновенно был привязан к разработкам твэлов для первых в стране исследовательских установок - реакторов на быстрых нейтронах. С начала работы в лаборатории я оказался как бы в свободном плавании, выполняя задание Лейпунского, переданное институту на создание и изготовление тепловыделяющих элементов с сердечниками из сплава плутония.

Мне был придан мастер "золотые руки" Коля Назарчук и было разрешено работать на имевшемся уже оборудовании в группах лаборатории. Искренне благодарен Андрею Анатольевичу Бочвару, крупнейшему специалисту-материаловеду, тщательно следившему за моими действиями и незаметно, но чётко направлявшему по верному пути. Вскоре, выехавши на комбинат "Маяк", мы с Николаем собственноручно на имевшемся там оборудовании в кратчайшие сроки изготовили заказанные партии твэлов для установок БФ-1 и БФ-2 (до 1956 года).

600 литров спирта против радиолиза

На ртутном быстром реакторе БФ-2 мы использовали твэлы с сердечником из δ-фазного сплава плутония с галлием. Твэл представлял собой цилиндрический стержень в оболочке из нержавеющей стали.

Исследования, проведенные ранее, показали, что металлический плутоний - очень "сложное" в фазово-структурном отношении вещество, неудобное в технологическом обращении, а вот его сплав с галлием показал себя хорошо и при обработке и при хранении.

Проект БФ-2 делался ударными темпами. Лейпунский, умница, привлёк к участию в создании реакторной установки БФ-2 исключительно грамотных специалистов артиллерийского конструкторского бюро Грабина, переданного к тому времени в нашу отрасль, и они очень качественно выполнили всю реакторную технику, вплоть до монтажа оборудования.

Построили эту установку также очень быстро, и каких-то проблем при этом не было. Единственное, что сейчас вспоминается из сложностей - будущие эксплуатационщики умудрились в какой-то момент попытаться очистить контур реактора от жировых засорений, залив четыреххлористым углеродом.

Когда про это узнал Бочвар, то он схватился за голову. Представьте, что будет происходить в контуре при радиолизе четырёххлористого ионхлора - это яд для нержавейки: коррозия. Ну что же, начинающие эксплуатационщики решили сами справиться и с этим промахом - достали 600 литров спирта и отмывали контур, два месяца, не посоветовавшись с нами: надо же было, по крайней мере, и тщательно осушить контур, очистив от спирта и остатков четырёххлорки.

И вот при эксплуатации БФ-2 возникли, как вы знаете, определённые сложности.

При разработке твэлов реактора БФ-2 нами были использованы данные исследований, выполненных к 1953 году в ЦКТИ (диссертация Марии Николаевны Говзе), касающиеся обоснования возможности создания электродинамических ртутных установок. Ими подтверждалась совместимость нержавеющей стали 1Х18Н10Т в нормализованном состоянии (и даже с остаточными механическими напряжениями до 1-1,5 кг/мм2) со ртутью и в её парах.

А ведь температура кипения ртути составляет около 360°С, но при условии очистки ртути от окисляющих примесей, поставляющих в среду ионы хлора и кислорода. Для сравнения, рабочая температура ртути в реакторе БФ-2 не превышала 100°С, однако коррозионные повреждения оболочек твэлов и, по-видимому, в большей степени контура охлаждения всё же возникли.

Тем не менее, заданный ресурс реактор БФ-2 выработал и программу запланированных на 1956-1957 годы исследований удалось завершить. Затем реактор был демонтирован, и на его месте стали сооружать опытный реактор БР-5, мощностью до 5000 кВт (8000 кВт после усовершенствования). Опыт пуска реактора БФ-2 показал необходимость участия в освоении эксплуатации новых типов установок разработчиков как самих установок, так и их составных частей.

Следует, впрочем, отметить, что уже в 1954 году в печати появилась публикация об опыте эксплуатации в США ртутного реактора "Клементина" (несколько меньшей мощности) - аналога нашего БФ-2, вплоть до материала сердечника твэла. Сообщалось о выходах твэлов этого реактора из строя вследствие возникновения значительных продольных трещин оболочек, выполненных из малоуглеродистой ферритной стали.

Опыт из фармацевтики

Создание реактора БР-5 с натриевым теплоносителем и ядерного топлива для него стало следующим этапом развития этого вида техники. По данной установке было много споров. Александр Ильич очень хотел иметь в твэлах БР-5 металлическое плутониевое топливо, но Андрей Анатольевич считал иначе. Он видел опасность в использовании недостаточно технически и экологически обоснованного металлического топлива в реакторах с большим объёмным энерговыделением, так и в недостаточности изученности безопасности таких реакторных систем.

После долгих обсуждений Лейпунский с нашими доводами согласился. Было оговорено первоочередное использование в энергетических быстрых реакторах диоксидного топлива, а конкретно в БР-5 - диоксида плутония.

По имевшимся у нас в то время данным, зарубежные разработчики в их проектах применили для снаряжения твэлов энергетических ядерных реакторов урановое диоксидное топливо с сердечниками в виде столба спечённых таблеток. На нашем же производстве в Электростали использовались цилиндрические длинные оксидные стержни, более трудоёмкие в изготовлении. По техническому заданию М.С. Пойдо и при его участии был разработан роторный пресс для массового производства таблеток из диоксида плутония.

Между прочим, идея пресса, предложенного Михаилом Степановичем, была им обнаружена в фармацевтической промышленности. Конструктивное решение оказалось настолько удачным и практичным, что автоматизированные роторные прессы, конечно, модифицированных конструкций, широко используются на наших промышленных твэльных производствах и в настоящее время.

В лабораторных условиях мы отработали технологию прессования таблеток из порошка диоксида плутония с последующим высокотемпературным спеканием. После этого можно было смело ехать в Челябинск и организовывать там участок для изготовления твэлов.

Диоксид плутония, если можно так выразиться, очень благоприятный для порошковой технологии материал. Это предельный оксид. Его можно спекать хоть в кислороде, всё равно, больше чем до PuO2 стехиометрия не возрастет - а при некотором снижении стехиометрии плотность материала даже повысится.

Вскоре рабочая бригада в составе В.М.Родина, Л.И.Сытова, сварщика и самого Михаила Степановича уехала на ПО "Маяк", где, подготовив производственный участок, изготовила комплект твэлов для БР-5. А комплект экранных твэлов был полностью сделан ими во ВНИИНМ.

Вот так и было создано топливо для реактора БР-5. Опыт, накопленный при его отработке, был широко развит. В спорах за приоритетность таблеточной технологии с нами согласился главный инженер 12-ого завода, и внедрение в производство твэлов БН-350, БОР-60, БН-600, а также РБМК было осуществлено на базе этой технологии, также как и разработка проекта БН-800 с использованием смешанного уран-плутониевого диоксида. И твэлы реакторов ВВЭР были переведены на эту технологию.

Большое спасибо, Игорь Стефанович, за очень интересный рассказ для электронного периодического издания AtomInfo.Ru.


ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru

ДАТА: 24.02.2009

Темы: История, БР-5, Игорь Головнин, Интервью, Конференция в Обнинске по БР-5


Rambler's Top100