В Физико-энергетическом институте им. Лейпунского (ФЭИ) собрали модель активной зоны перспективного реактора на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем БН‑1200М. Это самая большая критическая сборка в истории ядерных исследований: в ней 4,7 тыс. топливных стержней.
Физпуск модели на базе комплекса быстрых физических стендов (БФС) состоялся в декабре прошлого года. «Модель была собрана в рекордный срок — менее чем за два месяца. Обычно на такие задачи требуется четыре-пять месяцев», — рассказал начальник комплекса БФС Александр Жуков.
Модель активной зоны, или критическая сборка, создается в четыре этапа. На первом формируют экран и отражатель, собирают макеты топливных стержней без ядерных материалов. На втором комиссия по ядерной безопасности проверяет готовность важных для безопасности элементов и систем и дает разрешение на физпуск. На третьем этапе в макеты топливных стержней загружают блочки с ядерными материалами, происходит набор критической массы, заканчивающийся выходом в критическое состояние. Четвертая стадия — паспортизация модели: определение эксплуатационных характеристик органов системы управления и защиты, радиационных полей и мощности критической сборки.
«При сборке модели выполнено около 15 тыс. процедур со стержнями на критическом стенде БФС‑2. Это огромная нагрузка и на людей, и на оборудование, — отметил Александр Жуков. — Сборки на комплексе БФС формируются из уникальных блочков с разными материалами. Отдельные блочки имеют незначительный вес, а вот готовая сборка весит несколько сотен тонн».
Модель называется БФС‑90-1, это крупнейшая критическая сборка из когда-либо существовавших в мире — 4,7 тыс. топливных стержней. Предыдущий рекорд долгие годы удерживала модель активной зоны реакторной установки БН‑1600 (был такой проект на закате СССР) — 3250 стержней.
Критическая сборка ядерного реактора предназначена для осуществления управляемой самоподдерживающейся цепной реакции деления ядер в заданных условиях. Характеризуется малой мощностью и гибкостью конструкции, позволяющей менять геометрию и состав активной зоны и отражателя.
Для моделирования активной зоны БН‑1200М специалисты ФЭИ вручную собрали более 4,7 тыс. топливных стержней
На БФС‑90-1 проведут обширную программу исследований нейтронно-физических характеристик двух моделей активных зон БН‑1200М — со смешанным нитридным уранплутониевым (СНУП) топливом и с МОКС-топливом (смесь оксидов плутония и обедненного урана). «Будут изучены характеристики макетов органов системы управления и защиты, аксиальные и радиальные распределения скорости реакций по активной зоне, спектральные индексы, различные эффекты реактивности», — сообщил Александр Жуков.
Экспериментальное обоснование нейтронно-физических характеристик — важнейший этап разработки проекта активной зоны, без него Ростехнадзор не выдаст разрешение на эксплуатацию инновационной реакторной установки. Комплекс БФС участвует в программах, обеспечивающих технологическое лидерство России, подчеркнул гендиректор ФЭИ Андрей Лебезов: «Без этой работы невозможно развитие современной ядерной энергетики».
БН‑1200М — модернизированный проект реактора на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем электрической мощностью 1200 МВт. Первый блок с такой установкой планируют построить на Белоярской АЭС.
Комплекс быстрых физических стендов ФЭИ включает две установки: БФС‑1 и БФС‑2. Это уникальная экспериментальная база для исследования физики быстрых реакторов, решения проблем их безопасности, оптимизации активных зон, разработки технологии выжигания минорных актинидов и др. За полвека работы стендов на них изучались модели ныне действующих российских ИБР‑2, БОР‑60, БН‑600, БН‑800 и китайского CEFR. На БФС исследовали композиции с урановым, плутониевым и смешанным топливом (с гомогенной и гетерогенной компоновками активных зон).
На базе комплекса планируется сформировать учебную научно-исследовательскую лабораторию в рамках создания «Обнинск Тех» — международного образовательного кластера, в который войдут несколько университетов. У молодежи будет возможность выполнять научно-исследовательские работы на объектах института.
