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".

Михаил Степанович Пойдо (1903-1965) приступил к работе на базе №1 (первоначальное название ВНИИНМ) в 1947 году, будучи уже опытным производственником. В 1927-1931 годах он был механиком и начальником цеха литейно-механического завода в Кыштыме, а в 1931-1938 годах - начальником цеха и главным механиком Карабашского медеплавильного завода. Затем в его трудовой карьере были Балхашский медеплавильный завод, Хапчерангинский комбинат по производству олова и Московский алюминиево-бронзовый завод.

Во ВНИИНМ Михаил Степанович в 1947-1950 годах провёл огромную работу по организации механического отделения цеха завода "В" и освоению промышленного плутониевого производства. К сожалению, его здоровье было подорвано. Михаил Степанович долго болел, зато выздоровев - защитил диплом инженера-механика на вечернем факультете политехнического института. В это время ему исполнилось 50 лет.

К началу 60-ых годов Михаил Степанович защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата технических наук по результатам деятельности в группе, приведшей к выпуску первой загрузки реактора БР-5 на диоксидном плутониевом топливе.

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).

Фрагмент из книги И.С.Головнина и В.М.Родина "Воспоминания о Михаиле Степановиче Пойдо" (М.:ВНИИМ, 1998).

Работы по созданию тепловыделяющих элементов энергетических ядерных реакторов в НИИ-9 начались с 1953 года, с момента организации лаборатории №18.

В то время А.И.Лейпунский создавал в ФЭИ экспериментальную базу для обоснования возможных путей развития реакторов на быстрых нейтронах. Институту НИИ-9 было поручено разработать и изготовить тепловыделяющие элементы с сердечниками из металлического плутония для активной зоны реакторного стенда нулевой мощности (БФ-1) и физического реактора мощностью до 150 кВт со ртутным охлаждением (БФ-2).

Эти работы выполнил И.С.Головнин, пришедший в лабораторию №18 в ноябре 1953 года после возвращения с ПО "Маяк", где участвовал в производственной приёмке изделий из плутония, фактически будучи в штате аппарата Первого Главного Управления при СНК СССР.

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.

Список публикаций, использованных при подготовке материала.

1) И.С.Головнин. Учёный нравственных позиций. В кн.: Человек и учёный (сборник статей к 100-летию А.А. Бочвара, под ред. И.И. Коновалова) М.: ВНИИНМ, 2002, 49-65.

2) Э.А.Стумбур. Физика реакторов на быстрых нейтронах. В кн.: К истории создания и эксплуатации исследовательского реактора на быстрых нейтронах БР-5 1959-2009г (статьи, воспоминания). Обнинск: 2009, 22-33.

3) И.Ф. Исулов. Воспоминания. Там же. 132-135.

4) И.С.Головнин, В.М.Родин. Воспоминания о Михаиле Степановиче Пойдо. М: ВНИИНМ, 1998.

ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru

ДАТА: 24.02.2009

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