Быстрые реакторы - как это было в Италии

16 апреля 2012
Строительство реактора PEC

Италия - одна из тех европейских стран, где атомная энергетика находится под запретом. Но так было не всегда. Италия одна из первых взялась за исследования в области мирного атома, построила четыре блока - все они сейчас закрыты - и всерьёз собиралась создавать собственные быстрые реакторы.

Атомное озеро

Быструю программу на Апеннинах был призван открыть реактор PEC, или Prova Elementi di Combustibile. Местом для его постройки стали берега озера Брасимоне.

Озеро Брасимоне - это искусственный водоём, созданный в период между двумя мировыми войнами. Озеро вырыли в горах между Болоньей и Флоренцией, в 60 км к югу от первой.

На первых порах озеро предназначалось для гидроэнергетиков. Начиная с 1960 года, здесь обосновались атомщики - итальянское атомное агентство построило здесь исследовательский центр. Удобное расположение превратило Брасимоне в кандидата номер один при выборе места для первого в Италии быстрого реактора.

Реактор PEC

К сооружению реактора приступили в 1974 году. Проект PEC нельзя называть энергоблоком. Это исследовательский реактор мощностью 123 МВт(тепловых). Электрическая часть у него не предусматривалась.

Теплоносителем для PEC служил натрий. Этот же металл должен был заполнять второй (промежуточный) контур. Как и в большинстве других быстрых реакторов в те времена, для PEC конструктора выбрали петлевую компоновку (две петли).

На расход натрия не скупились - по первому контуру 630 кг/с, по второму - 624 кг/с. Для сравнения, в современном китайском реакторе CEFR расход по первому контуру всего лишь 400 кг/с. При этом температура натрия на выходе из активной зоны в итальянском проекте ожидалась в максимуме 600°C.

Стандартным предполагалось и топливо - MOX, смешанный оксид. Обогащение по делящимся изотопам - 28,5%. В 70-ые годы проблема оборота в гражданском секторе высокообогащённого урана мало волновала политиков, и атомщики могли не скупиться при определении загрузки топлива.

Материал оболочек - сталь 316, также без изысков. Ту же сталь итальянцы запланировали для трубопроводов первого контура.
Зон с различными обогащениями в PEC не вводили (как, впрочем, поступали и на других западных исследовательских быстрых реакторах). Общая масса 235U в активной зоне оценивалась как 79 кг, а масса 239Pu - 175 кг. Изотопный состав плутония был гражданским, то есть, общая масса плутония в зоне достигала 310 кг.

Из верхних и нижних частей топливных кассет (78 штук, высота активной части 650 мм) должны была образовываться аксиальные зоны воспроизводства.

А вот радиального бланкета итальянцы почему-то не предусмотрели. С краёв псевдоцилиндрическую зону (эквивалентный диаметр 833 мм) окружали 199 кассет отражателя и 262 кассеты биологической защиты. По этой причине, PEC не стал бы бридером - то есть, это был бы быстрый реактор с КВ<1.

 

Активная зона реактора PEC, вид сверху

По средней энергонапряжённости итальянский проект проигрывал всем быстрым исследовательским реакторам, кроме британского DFR - итальянские конструктора смогли обеспечить только 930 кВт/л (по топливу). Для сравнения, рвавшиеся вперёд к коротким временам удвоения французы на RAPSODIE получили 2210 кВт/л.

Зато по длине кампании реактора проект PEC вышел бы в середняки - 60 суток работы, затем 15 суток на ремонт и перегрузку. Средняя длина кампании топлива предполагалась 330 суток.

Как и большинство других натриевых проектов XX века, реактор PEC страдал положительностью пустотного коэффициента реактивности в ряде регионов активной зоны. Расчётное значение НПЭР по тому объёму, где коэффициент был больше нуля, составляло +2,2 цента. Экспериментальной проверки произвести не удалось, так как реактор не был достроен.

Гордость итальянцев составлял толстостенный корпус реактора - 30 мм толщиной из их любимой стали 316. Большими толщинами среди исследовательских быстрых реакторов могли похвастаться только американские проекты. Внутренний диаметр корпуса реактора PEC составлял 3080 мм, внутренняя высота - 10300 мм.

Напротив, очистка натрия первого контура могла бы, наверное, доставить конструкторам и эксплуатации много головной боли. Данных по системе очистки (холодным ловушкам) найти не удалось. Не исключено, что итальянцы не успели её до конца спроектировать.
PEC - жизненный путь

24 января 1974 года итальянское правительство дало атомщикам добро на строительство реактора PEC у озера Брасимоне на основании рассмотрения ТОБ. Собственно строительные работы начались двумя годами позже, в 1976 году.

В июле 1977 года атомщики подготовили так называемый "Progetto Particolareggiato" - специфический для Италии документ, представляющий собой смесь технического проекта с данными, необходимыми для лицензирования.

За топливом итальянцы обратились к французам, а именно, к компании "COGEMA". Французы пообещали, что сумеют выполнить заказ на производство MOX-топлива, но итальянцы должны приобрести для него необходимое количество плутония. На итальянских заводах шла контрактация основного оборудования для реактора.

На первой стадии проект развивался ни шатко, ни валко, но в 1981 году наметился прогресс. В обзоре итальянской быстрой программы за 1981 год, подготовленном Бруцци и Пьерантони из департамента быстрых реакторов CNEN, говорится так: "Все работы, касающиеся реактора PEC - а именно, проектирование, строительство, работы на площадке, испытания и лицензирование - проходили в 1981 году быстрее, чем в предыдущие годы".

Итальянскому агентству по ядерной энергии CNEN удалось в 1981 году переломить организационные трудности. Была создана группа для взаимодействия с промышленностью, работу которой поддерживали французские специалисты. С генподрядчиком был подписан контракт, детализирующий все необходимые работы. Парламент одобрил пятилетнее финансирование строительства. У проекта появилась дата завершения - 1986 год.

Оргмеры быстро дали свои плоды. К концу 1981 года на площадке было уложено 25 тысяч кубометров бетона (всего по проекту требовалось 86 тысяч), причём собственно за 1981 год - 13 тысяч. Было завершено производство корпуса реактора. На стендах приступили к испытаниям основных компонентов.

Хотя проекту PEC теперь уделялось достаточное внимание, итальянские компании и заводы больше привлекал другой быстрый проект - строительство блока с реактором "Superphenix" во Франции.

Распространённое мнение, что "Superphenix", или SPX-1, был в первую очередь французским проектом. В реальности, это не полностью соответствует истине. Доля участия итальянских производителей в оборудовании ядерного острова SPX-1 оценивалась самими итальянцами как 35%.

 

Итальянские комплектующие в реакторе "Суперфеникс"

На французов работала и компания NIRA, генподрядчик и аналог российских АЭПов для проекта PEC. Итальянцы поставляли на "Superphenix" купол контейнмента, оборудование для хранилищ топлива, баки, СУЗы, насосы второго контура, арматуру, промежуточные теплообменники и многое другое. Принимать участие в двух проектах одновременно - своём и французском - оказалось для итальянцев трудной задачей.

Тем не менее, работы по PEC продолжались. По состоянию на 1983 год, были достигнуты следующие показатели - общий прогресс выполнения проекта 45%, проектирование закончено на 86%, поставлено 30% оборудования, выполнен 61% строительных работ. В этом же году начался монтаж оборудования. Правда, срок пуска сдвинулся на один год - на 1987 год.

Сроки пуска сдвигались ещё как минимум один раз. По состоянию на 1985 год предполагалось, что загрузка топлива в реактор начнётся в конце 1988 года. Сдерживающим фактором к тому моменту были поставки оборудования. Несмотря на все попытки ускорить работы, поставлено было всего 45%. Естественно, отсутствие оборудования на площадке мешало его монтажу, и в пункте "Монтаж" в сводном прогресс-репорте стояли скромные 7%.

Переговоры по топливу с французами, начавшиеся в конце 70-ых, никак не могли увенчаться успехом. Хотя буквально каждый год в итальянских обзорах по быстрой программе указывалось - проблем нет, комиссариат выполнит обещания и снабдит реактор MOX-топливом.

За последний предчернобыльский год (1985) итальянским атомщикам удалось сотворить почти невозможное - они выбили из заводчан сразу четверть оборудования для PEC, доведя общий объём поставленного оборудования до 70%. С монтажом по-прежнему всё было плохо - с 7% удалось подняться только до 9%. О сроках пуска говорилось очень аккуратно - пустим как получится.

Авария на Чернобыле поставила на итальянском быстром реакторе жирный крест. В 1987 году в стране прошёл референдум, по итогам которого правительство приняло решение отказаться от атомной энергетики.

Люди, занимавшиеся проектом PEC, некоторое время ожидали перемен к лучшему. Но в первом квартале 1988 года все работы на площадке были заморожены. При формировании бюджета в июне 1988 года правительство отказалось финансировать контракты по PEC и прервало действие контрактов на изготовление топлива.

Единственное, что было дозволено атомщикам - обсудить возможность консервации недостроенного реактора. Фирма-проектант сразу дала понять, что такая работа окажется очень дорогостоящей. Все надежды итальянские быстровики связывали с тем, что их реактор может со временем быть задействован для обоснования проектов реакторов нового поколения с внутренне присущей безопасностью. Но надежды эти для PEC не оправдались, и история быстрой программы Италии завершилась.