SLOWPOKE - история канадского копуши

Владимир Рычин, AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 05.10.2019

В сентябре 2019 года завершились работы по выгрузке из реактора и транспортировке в США топлива на окончательно остановленном исследовательском реакторе SLOWPOKE-2 в канадском Саскатуне.

Реактор, расположенный в лаборатории экологического анализа исследовательского совета (SRC) провинции Саскачеван, мог оставаться в строю до июня 2023 года, но совет решил иначе, и с 2017 года началась подготовка к выводу. Датой окончательного останова реактора считается 30 апреля 2019 года.

Эта короткая новость - и, как станет ясно далее, не только она - стала хорошим поводом вспомнить историю канадской программы реакторов SLOWPOKE.

Корни из Лос-Аламоса

Название SLOWPOKE расшифровывается как Safe LOW-POwer Kritical Experiment. Ошибка в слове "critical" допущена проектантами намеренно. На русский язык название можно перевести ласковым словом "копуша".

Историю SLOWPOKE нужно отсчитывать от публикации из Лос-Аламоса за 1967 год. Джордж Джарвис и Кэролл Миллс показали, что в сборке из урана-235 и полиэтилена с толстым бериллиевым отражателем критмасса составит всего лишь 250 грамм.

В 1954 году в корпорацию AECL приняли на работу свежеиспечённого доктора в области ядерной физики Джона Хилборна, пришедшего с уранового рудника "Эльдорадо". На новом месте Хилборн участвовал в пусках четырёх исследовательских реакторов (в том числе, NRU) и много читал по специальности.

Среди прочих, на глаза Хилборну попалась и американская статья об уран-бериллиевой сборке. Именно она натолкнула канадца на идею недорогого реакторного источника нейтронов, способного конкурировать с популярными в те времена ускорителями.

Хилборн и его коллега Р.Б.Лайон сделали первое описание реактора, который позже назовут SLOWPOKE. Произошло это в 1967 году, практически сразу после публикации статьи из Лос-Аламоса, и в большинстве справочных изданий датой рождения SLOWPOKE считают "конец 60-ых годов".

На самом деле, концепция Хилборна почти не вызвала интереса. Но вмешался случай. Возможностями лабораторий Чок-Ривер по нейтронно-активационному анализу пользовался доктор Боб Джервис из университета Торонто.

Он давно мечтал, чтобы на факультете химии и химических технологий появился свой собственный исследовательский реактор, и уговорил Хилборна съездить от имени университета в компанию "General Atomics" и прицениться к реактору TRIGA.

Хилборн нашёл TRIGA реактором великолепным с технической точки зрения, но слишком дорогим в обслуживании для канадского университета. И вот тогда SLOWPOKE получил свой шанс, а университет Торонто в 1971 году стал первым, кто купил у AECL этот реактор.

SLOWPOKE, а точнее, SLOWPOKE-1 был не только копушей, но ещё и карапузом. Его тепловая мощность измерялась всего навсего 2 кВт(т). Поэтому практически сразу корпорация предложила проект SLOWPOKE-2 с на порядок большей мощностью 20 кВт(т). Он в итоге стал серийным. Реактор в Торонто тоже вскоре проапгрейдили до SLOWPOKE-2.

Реактор SLOWPOKE

SLOWPOKE представляет собой реактор бассейнового типа, охлаждаемый лёгкой водой. В типовом проекте SLOWPOKE-2 предусматривалось 10 облучательных ячеек - пять так называемых внутренних и пять внешних. Плотность потока нейтронов во внутренних ячейках достигала 10¹² н/(см²с), во внешних - 5×10¹¹ н/(см²с).

Бак с топливом устанавливается в водном бассейне на глубине 4,4 метра. Материал бака - циркониевый сплав. В бак загружается 198 топливных элементов - топливо диоксид, оболочка циркалой-4. Топливные элементы внутри бака окружены бериллиевым отражателем, в котором находятся внутренние облучательные ячейки. Сверху и снизу топливо также прикрывают отражатели из бериллия.

Для топлива SLOWPOKE использовался уран оружейного обогащения, 93%. Критмасса получилась несколько большей, чем в лос-аламосской статье - приблизительно 880 грамм. Много позже AECL сделала проект SLOWPOKE на уране, который сейчас называют HALEU (обогащение 19,9%), для него критмасса ещё немного подросла - 1,1 кг.

Компенсация изменения реактивности при выгорании осуществляется путём введения дополнительных бериллиевых слоёв в отражатель. Частичных перегрузок нет. Максимальная кампания топлива достигает 20-30 лет, после чего всю зону в специально разработанном контейнере F-257 вывозят с места службы.

Коэффициенты реактивности по температуре и пустотности отрицательные, при авариях с кипением воды реактор заглохнет без вмешательства человека.

Реактор SLOWPOKE.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Монтаж SLOWPOKE.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Дела коммерческие

Продажи SLOWPOKE-2 шли неплохо. Его купили семеро потребителей в Канаде, включая университет Торонто. Появился и первый зарубежный пользователь - университет Вест-Индии на Ямайке.

Реактором заинтересовались в США, Мексике, Китае и ряде стран Европы и Южной Америке. Но ни одна сделка с этими странами у AECL не получилась.

Ян Слейтер, канадский историк атомной энергетики, в 1998 году описал, почему сорвалась крупная сделка по продаже сразу четырёх SLOWPOKE-2 университету Кёльна (ФРГ).

Переговоры с германским университетом начались в 1975 году и затянулись на семь-восемь лет. В Германии соглашение должно было быть одобрено на трёх уровнях - федеральном, земельном и региональном, что сильно затягивало процесс. Кроме того, своё мнение должна была высказать и организация техподдержки регулятора TUV.

Были сложности с темой распространения, так как в Германии к ядерным объектам предъявлялись в этой связи жёсткие требования.

Под влиянием мощного зелёного движения германские ведомства трактовали SLOWPOKE-2 практически так же, как и большие энергетические реакторы - например, возникало много излишних требований к контейнменту.

Всё это вместе взятое, естественно, привело к удорожанию проекта, а дополнительный вклад в рост цены внесла бушевавшая в Канаде инфляция.

В результате переговоры дошли до той стадии, когда университет назвал текущее предложение по цене абсолютно неприемлемым, а канадская корпорация отказалась его снижать, так как разуверилась в перспективах европейского рынка. На этом переговоры с кёльнским университетом завершились.

Китайский случай

История другого сорвавшегося экспортного проекта, описанная Слейтером, выглядит ещё более интересной. Речь идёт о попытке продать SLOWPOKE-2 в Китай.

Первые признаки интереса Китая к "Копуше" были замечены в середине 70-ых годов. Коммерческий отдел AECL в ответ выслал в КНР информацию о реакторе.

Вскоре коммерсантам позвонил студент из университета Оттавы и сообщил, что он назначен китайским правительством как человек, который должен изучить различные типы исследовательских реакторов и выбрать один из них для централизованной закупки.

Студенту устроили посещение работаюшего реактора и ответили на целый ряд вопросов технического характера - например, какой шаг решётки выбран для топлива. Поток вопросов не кончался, и в какой-то момент коммерсанты AECL заподозрили неладное и перестали на них отвечать.

Уже потом, сопоставив все факты и сведя в табличку все посещения китайскими атомщиками установок со SLOWPOKE-2, в королевской корпорации догадались о сути происходившего. Но было поздно, и на международной конференции в Пекине городу и миру был представлен китайский проект MNSR.

К чести китайцев, они не слишком долго скрывали, что MNSR был разработан на основе собранных технических данных по SLOWPOKE-2.

А вот канадская спецслужба в этой истории опозорилась - она прислала в AECL предупреждение о намерениях Китая получить сведения о SLOWPOKE-2, но сделала это уже после того, как все задействованные в операции китайские студенты и специалисты покинули Канаду вместе с собранной ими информацией.

Слейтер утверждает, что первый китайский MNSR стал почти точной копией серийного SLOWPOKE-2 - до болтов и гаек и даже до цвета панелей БЩУ.

Но качество китайского бериллия было хуже канадского, и поэтому в MNSR слегка увеличилась загрузка по урану, а также пришлось поднимать мощность почти до 30 кВт(т) для получения тех же потоков в облучательных ячейках, что и в канадском проекте.

Самое интересное, что AECL имела реальную возможность изменить ситуацию в свою пользу. Пять китайских университетов, несмотря на появление MNSR, сохраняли намерение купить SLOWPOKE-2, так как предпочитали оригинал, а не копию.

Власти КНР не собирались оплачивать своим университетам покупки канадских реакторов при наличии китайского аналога. Но фонды можно было получить посредством МАГАТЭ, если увязать поставку реакторов с каким-то техническим проектом агентства.

У королевской корпорации к тому времени уже имелся проект SLOWPOKE-2 на низкообогащенном уране. Поставками в Китай "конверсионных" реакторов было вполне реально заинтересовать МАГАТЭ. Однако корпорация предпочла впасть в истерику и угрожать Китаю санкциями.

В Пекине канадских угроз просто не заметили, а AECL потеряла последнюю возможность заработать на поставках топлива для китайских MNSR. В довершение всего, спустя несколько лет Канада начала принимать студентов из Китая для прохождения практики на SLOWPOKE-2 для последующей работы на... MNSR!

Логику поступков канадской стороны в этой истории понять нам, по всей видимости, не дано.

Тепловой опыт

С появлением MNSR канадцам пришлось распрощаться с планами по экспорту SLOWPOKE-2 в страны третьего мира. Но, говоря откровенно, действиями китайских конкурентов экспортные беды канадцев не ограничивались.

Как известно, Канада покупает обогащённый уран у США, и на любой экспорт SLOWPOKE-2 ей требовалось разрешение из Ващингтона.

Так, в начале 80-ых AECL выиграла тендер на поставку исследовательского реактора на Ямайку, победив TRIGA и бумажный французский проект. Ямайский SLOWPOKE-2 был построен в 1984 году, после чего целых два года ему пришлось ожидать разрешения США на поставку топлива.

Интересы создателей SLOWPOKE в этих условиях сместились в сторону теплоснабжения для канадских регионов. В корпорации приступили к работам над созданием установок под условным названием "Superpoke"..

Джон Хилборн рассматривал варианты применения своего детища для отопления во время нефтяного кризиса 70-ых. Наметившиеся неудачи и препятствия для продаж SLOWPOKE-2 университетам и исследовательским центрам подстегнули Хилборна к началу активной проработки отопительного варианта реактора.

Первым на свет появился проект "SLOWPOKE Demonstration Reactor", или SLOWPOKE-3 (внутреннее наименование "Superpoke" сначала относилось к нему). Мощность реактора составляла 2 МВт(т). Его даже удалось построить в 1987 году, но спустя два года он был окончательно остановлен.

Выход на серийное коммерческое применение должен был получить самый мощный в семействе реактор "SLOWPOKE Energy System" (он же SES-10, он же SLOWPOKE-4). Этому проекту повезло меньше, он остался бумажным навсегда.

SLOWPOKE-4.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Масштабирование проекта всегда сопряжено с трудностями, и история "Superpoke" не стала исключением.

Прежде всего, для сохранения того же уровня безопасности, что и у университетских SLOWPOKE-2, разработчикам пришлось поставить исходное условие - вода в более мощных вариантах по-прежнему должна пребывать при температуре ниже 100°C.

Что хорошо для безопасности, то плохо для производства электроэнергии. Оба новых SLOWPOKE были вынуждены оставаться исключительно поставщиками тепла, присоединять к ним турбину было лишено смысла. А это, в свою очередь, плохо сказывалось на экономических перспективах.

Второй и более существенной проблемой стал ксенон. Практически незаметный на малышах SLOWPOKE-1 и SLOWPOKE-2, он переходил в разряд явлений "пренебрегать нельзя!" на SLOWPOKE-3 и, особенно, SLOWPOKE-4. Для компенсации ксеновых отравления и колебаний пришлось ставить дополнительные системы, что тут же сказалось на экономике.

Сами работы над проектами были организованы неудачно. Корпорация спешила, и поэтому SLOWPOKE-3 и SLOWPOKE-4 разрабатывались практически одновременно, хотя первый должен был стать демонстратором для второго.

Как обычно, вмешалась политика, и как обычно, её вмешательство не пошло на пользу технике. SLOWPOKE-3 был в конце 70-ых годов построен на 90%, но по политическим причинам его пришлось переносить на новую площадку, что вызвало огромные задержки.

И всё же, несмотря ни на что, на коммерческий SLOWPOKE-4 нашёлся клиент. Университет Шербрука в провинции Квебек выразил в 1987 году желание купить его для медицинского факультета для производства радиоизотопов, а также для отопления университетских зданий.

Но времена поменялись. Антиядерные настроения у общественности оказались слишком сильными, и защитить реактор не получилось. Кроме того, проект реактора SLOWPOKE-4 не был до конца проработан, и AECL не могла давать исчерпывающие ответы на возникавшие вопросы.

Впрочем, в атомной отрасли Канады об этой неудаче жалеют далеко не все. Дело в том, что по мере проектирования SLOWPOKE-4 всё дальше и дальше отходил от принципов и уровня безопасности предшественников, и ряд канадских специалистов отказывает SLOWPOKE-4 в праве носить это фамильное имя.

Вместо заключения

Опыт, полученный в ходе всей программы SLOWPOKE, для канадской атомной отрасли был полезным.

В общей сложности, включая незадачливый SLOWPOKE-3, было построено девять реакторов по данной технологии, причём четыре из них остаются в строю и поныне. Фактически, канадцы приблизились к тому самому серийному централизованному производству, о котором в наши дни говорят приверженцы малых модульных реакторов.

Но этот же опыт наглядно продемонстрировал те трудности, с которыми сталкиваются малые реакторы при выходе в большой свет. Оппозиция общественности и слабая экономика лищь некоторые из них, и историю неудач SLOWPOKE-3/4 стоит помнить разработчикам современных малых реакторов.

Ключевые слова: История, Исследовательские реакторы, Канада, Статьи, Владимир Рычин

---

Другие новости:

Предварительно определены сроки первых частичных перегрузок для трёх блоков с AP-1000 в Китае

По "Sanmen-2" данных нет.

Правительство в 2020-2022 гг намерено вложить 340 млрд руб в развитие атомного комплекса России

Это следует из материалов к проекту бюджета.

"Westinghouse" будет сотрудничать с EDF в области малых модульных реакторов

Дорожная карта сотрудничества будет утверждена в начале 2020 года.

---

---

---

---

Поиск по сайту: