8 сентября 2010

О материалах и реакторах

Американцы подбирают новые материалы для реакторов IV поколения. Потеряв лидерство в быстрой программе, Соединённые Штаты постараются вернуть себе передовые позиции, создавая материалы, способные держать высокие температуры и повреждающие дозы.

Новую американскую стратегию можно не замечать. Но лучше проанализировать её и сделать для себя соответствующие выводы.

Материалы для США

Американская инициатива GNEP приказала долго жить, но её научно-техническая составляющая, известная как программа AFCI, по-прежнему процветает.

Несомненно, положительным качеством AFCI стоит назвать то, что в университетах и национальных лабораториях Соединённых Штатов без лишней публичности экспериментируют с новыми видами конструкционных материалов и топливных композиций для реакторов IV поколения.

В первую очередь, это сплавы на основе ниобия, циркония, тантала, молибдена, вольфрама и рения. Это керамика и композиты, среди которых особенно выделяется керамика на основе карбида кремния с отличными термомеханическими свойствами. Это новые инертные матрицы для безуранового топлива и другие не менее интересные материалы.

Сегодняшняя заточенность американской атомной науки связана с проектами высокотемпературных установок. Оставляя за бортом бесконечные споры об экономической целесообразности и практической реализуемости реакторов ВТГР, нужно сказать прямо - конструкционные материалы, созданные для данного типа реакторов, могут совершенно органично вписаться и в программы развития быстрых реакторов.

Усилия американцев сдерживает известная слабость их экспериментальной базы. Оставшись без собственных быстрых реакторов, американские специалисты вынуждены по максимуму эксплуатировать такие исследовательские установки, как отставной военный ATR. Но облучение - не единственное, что требуется выполнять в материаловедении. Есть ещё проблемы фабрикации, и здесь у американцев наблюдаются большие подвижки.

Российские потребности

Без сомнения, Россия сегодня - один из мировых лидеров в быстрой программе, и может снисходительно похлопывать американцев по плечу. Но убаюкивать себя не надо. У российских быстровиков всё ещё немало проблем, причём уровня НИР, а не НИОКР.

Так, ахиллесова пята перспективного направления ТЖМТ (быстрых реакторов с тяжёлометаллическим теплоносителем) - консервативный подход, на который вынуждены соглашаться проектанты.

У российского свинцово-висмутового проекта СВБР-1000 предельная температура оболочки твэла ограничена сегодня 620°C - больше не позволяют материалы. Как подтверждают разработчики проекта, если бы можно было допустить температуру оболочки в горячем пятне до 650°C, то электрическую мощность СВБР удалось бы поднять при неизменных габаритах на 11-12%.

Но это эволюционный подход, не сулящий слишком больших выгод. Прорыва в технологии свинцово-висмутовых реакторов удалось бы достичь, если у России имелись бы освоенные композито-керамические материалы, стойкие до 1000°C. Напомним, что именно в этом направлении активно продвигаются американцы.

Подобрать керамику для быстрых проектов отечественные учёные могли бы. Но состояние российской быстрой экспериментальной базы сегодня оставляет желать лучшего.

БН-600 - в первую очередь, энергетический реактор, а не место для научных исследований. Обнинский БР-10 закрыт "за ненадобностью", димитровградский БОР-60 подходит к концу срока службы. Проект БРВ не смог покинуть стадию бумажного. Единственная надежда остаётся на будущий МБИР, вокруг которого разгораются очень и очень жаркие дискуссии.

Желание исследовать материалы для реакторов будущего потребует от страны наличия реактора с высоким потоком, способного держать высокие температуры. Но что скрывается за определением "высокий"?

Будет ли это поток 5×1015 н/(см2с), или нужно говорить о потоках в 16-ой степени? При каких температурах должен работать новый реактор? И, более широко - сколько разных исследовательских реакторов с быстрым спектром нейтронов требуется России?

Представляется, что вопрос о новых быстрых исследовательских реакторах в России должен стать предметом широкой дискуссии. И обсуждать эту тему надо - хотя бы уж для того, чтобы не повторить ошибок, допущенных в своё время при выборе топлива для БН-800.