На вопросы электронного издания AtomInfo.Ru отвечает начальник инженерно-физической лаборатории НИИАР Игорь Юрьевич ЖЕМКОВ. Интервью записано в кулуарах семинара "Нейтроника-XXI" (Обнинск, 26-28 октября 2010 года).
Передышка для БОР-60
Игорь Юрьевич, в прошлом году Вы рассказывали нам о состоянии дел на реакторе БОР-60. Что нового у вас произошло за прошедший год?
Реактор с тех пор получил лицензию на эксплуатацию до конца 2014 года, то есть, мы продлили срок жизни реактора до 2015 года, естественно, при выполнении всех требований, которые мы обязаны соблюдать по безопасности и по условиям эксплуатации.
Так что, могу сказать, что мы получили передышку. Но уже сегодня мы готовимся к дальнейшей работе на продление. По всей видимости, впредь продление будет поэтапным. Всё будет зависеть от результатов экспериментальных исследований, которые мы сегодня проводим.
Правильно ли мы понимаем, что после 2014 года вы будете добавлять к сроку службы реактора по году, не более?
Как получится. Вообще-то, это сложный процесс и не мы определяем конкретные сроки. У нас было в практике, когда мы получали сразу по два года, а то и больше. Ещё раз повторю, что всё зависит, в первую очередь, от результатов проводимых у нас расчетно-экспериментальных исследований.
Добавлю, что у многих есть большое желание продлить срок службы БОР-60 как можно дольше. Уже озвучивается 2020 год. Это было бы интересно для нас, но задача эта очень и очень сложная. Чтобы оставить наш реактор в строю на десятилетие, потребуется выполнить большой объём работ.
А в чём принципиальная сложность продления для БОР-60?
Всё-таки, реактору уже 40 лет. Первоначально планировали, что он будет эксплуатироваться 20 лет. В 1989 году мы проектный срок выработали. Продлевали мы его неоднократно, история продлений - тема отдельного большого разговора.
У нас есть критические узлы, элементы, за которыми мы особо внимательно следим. Всего их штук 10-12. Для каждого мы контролируем флюенсы, повреждающие дозы, температурные режимы и ряд других параметров. Некоторые из узлов подходят к тому режиму, при котором мы обязаны доказывать их работоспособность.
По корпусу у вас есть проблемы?
Вот как раз по корпусу - пока нет. Изначально, до 2000 года, у нас всегда главным сдерживающим узлом считался напорный коллектор реактора. На нём были флюенсы, на нём была нагрузка. Это постоянно установка-извлечение сборок, при которых возможны какие-то дополнительные нагрузки.
Поясните, пожалуйста, какую роль в БОР-60 играет напорный коллектор?
Напорный коллектор в БОР-60 - это там, где стоят сборки активной зоны и бокового экрана, куда подаётся натрий и распределяется для подачи во все ТВС. Его можно назвать несущей опорой. Вся наша зона фактически сформирована на напорном коллекторе.
Критические шпильки
Но лет 10 назад нашли ещё более критический элемент - шпильки малой поворотной пробки. Их шесть штук, они держат стальные плиты малой поворотной пробки, и они набрали значительный флюенс быстрых нейтронов. Теперь мы следим с особым вниманием за повреждающей дозой на данных шпильках.
В принципе, доза на них не такая уж большая. К 2015 году мы полагаем, что она составит около 25 с.н.а. Но дело в том, что шпильки работают в горячих температурных условиях, и они находятся под нагрузкой. Поэтому сейчас мы занимаемся расчётно-экспериментальным обоснованием их безопасного состояния.
В прошлом году мы впервые провели важный эксперимент. В малой поворотной пробке есть труба, не менявшаяся со дня пуска реактора. Мы сумели вырезать небольшой образец и отдали его материаловедам для изучения состояния стали.
А как насчёт неразрушающего контроля, ультразвука и прочей похожей диагностики?
У нас сейчас нет ультразвуковой установки для проведения исследований внутри реактора. Хотя, пожалуй, поправлю ответ. В моей лаборатории есть единственный в своём роде специалист Виктор Михайлович Соколов, занимавшийся ультразвуковыми методиками ещё в те времена, когда вместо компьютеров были осциллографы.
Но дело в том, что ультразвук в данном конкретном случае - плохой помощник. Он в лучшем случае сможет показать нам, что шпильки на месте, а это мы и так знаем. Нам же нужно понимать, в каком они состоянии, какая у них пластичность, прочность, и множество других параметров.
Уточните, пожалуйста, доступ к шпилькам имеется?
Нет, разумеется, это всё в натрии. Как закрыли реактор 40 лет назад, так с тех пор никто их не видел. Системы неразрушающего контроля не могут дать нам полную информацию, и поэтому мы вырезаем образцы. Кстати, сейчас мы делаем такую же работу для штанги одного из стержней регулирования АР, который стоит в БОР-60 с 1977 года.
Конечно, мы следим за корпусом, за корзиной. Есть стандартная таблица параметров, которую уточняем каждый год и делаем прогнозы на основе текущих данных. В последний раз мы делали прогноз до 2015 года. Если реактор будет продлеваться и дальше, значит, будем дальше уточнять.
Планируется большой комплекс исследований. Есть в рассмотрении варианты, как укрепить крепление плит малой поворотной пробки.
Скажите, а почему бы их просто не поменять?
Поменять - это очень сложно и затратно. Поменять шпильки реально только в том случае, если мы снимем малую поворотную пробку. По факту, это означает, что мы потеряем около года. У нас же натрий, его придётся сливать, а это процедура трудоёмкая.
Год потеряете, но сколько выиграете от того, что замените самый критический элемент в системе?
Давайте разберёмся, для чего и насколько продлевают работу реактора БОР-60. В идеале, мы должны работать до пуска нового многоцелевого быстрого исследовательского реактора (МБИР) на площадке НИИАР. Мы должны передать на новый реактор облучательные тематики - вплоть до того, что какие-то эксперименты начнутся на БОР-60, а продолжатся на МБИР. Второй момент - это люди, сотня опытных специалистов, которые тоже должны будут перейти на новую реакторную установку.
Мы были бы готовы остановиться на год. Но если исходить из назначаемых нам сроков службы, то потеря целого года - это много. Да и замена шпилек будет стоить денег.
С другой стороны, предположим, что мы всё-таки остановились и заменили шпильки. Но от других критических элементов мы при этом не избавимся! После шпилек появятся другие ограничивающие факторы, например, тот же напорный коллектор.
Поэтому сейчас предлагаются более простые способы. Назову один из них. Можно попытаться заменить направляющие трубы СУЗ, модифицировать их и предусмотреть у них захваты, чтобы эти трубы закрепили нижнюю плиту. Такие и другие похожие проекты сегодня рассматриваются.
Дальше. Я вижу, что несколько напугал вас рассказом о шпильках. Хочу добавить, что наши материаловеды уверенно говорят, что состояние шпилек хорошее. Кроме того, их шесть, а не одна или две. Они не могут оторваться одновременно.
Тем не менее, мы проводили расчётный анализ сценариев с обрывом нескольких шпилек и с обрывом всех шпилек. Могу сказать, что в этом крайне маловероятном случае реактор будет остановлен, конечно, но аварии не будет.
Жизнь после закрытия
Переходим к следующей теме. Что ждёт БОР-60 после того, как он закончит работу?
Я не в курсе этой темы. Из общих соображений, могу сказать, что процесс вывода из эксплуатации будет длительным. Опыт БН-350 и БР-10 показал это достаточно хорошо.
Стоит напомнить, что в начале 90-ых годов мы совместно с ОКБ "Гидропресс" вели работу под названием "Реконструкция БОР-60". Была идея заменить корпус реактора БОР-60 и оставить от старого аппарата только второй и третий контура. Работа была прекращена из-за недофинансирования.
В 2000 году мы вновь вернулись к этой теме, уже совместно с ОКБМ. Но после тщательного анализа было принято решение, что реконструкция реактора не обеспечит решения всех задач и необходимо строить новый реактор. Фактически, это решение можно считать началом проекта МБИР.
Возвращаясь к варианту реконструкции РУ БОР-60, отмечу, что старый корпус мы планировали использовать как внереакторное хранилище - причём, весьма вместительное, где можно было расположить много сборок. Правда, на тот момент корпус был явно посвежее, чем сейчас.
А какая разница, если мы его используем как хранилище?
Всё равно, дополнительные исследования корпуса необходимо будет провести.
А в 90-ые годы его не надо было исследовать?
Надо было, конечно. Но флюенс тогда был набран меньший, нагрузки меньшие… Все параметры были лучше.
То есть, сейчас, если старый корпус БОР-60 использовать как хранилище, то он треснет?
Да нет, что вы, не треснет! Но в таком подходе просто не будет необходимости. Мы планируем МБИР, а при МБИР будет своё приреакторное хранилище. Кроме этого, в НИИАР всё равно придётся расширять вместимость хранилища ОТВС или же перерабатывать старые ОТВС, и корпус реактора БОР-60 нам не поможет.
Мы считали, сколько в корпусе-"хранилище" могло бы уместиться сборок. Выходило порядка 140-150. Это не так много. Мы же обязаны расположить ОТВС так, чтобы обеспечить в месте хранения требуемые параметры по температуре и критичности.
Ещё раз повторю - тема о превращении старого корпуса БОР-60 в хранилище ОТВС, насколько я знаю, на сегодняшний день пока остро не стоит.
Кстати, будет ли сноситься здание БОР-60?
Уверен, что нет. По крайней мере, в первые 10-20 лет после останова, пока внутри всё будет приводиться в чистое, радиационно безопасное состояние.
В теории можно пофантазировать - в здании нашего реактора в старом корпусе можно было бы построить критстенд. Когда-то, в начале 70-ых годов, у БОР-60 был собственный стенд - он назывался СПЕКТР. Но потом решили, что при наличии исследовательского реактора содержать ещё и стенд бессмысленно, и СПЕКТР был закрыт в 1982-1983 годах.
Конечно, обсудить тему о критстенде для МБИР, который располагался бы в помещениях БОР-60, можно. Но я не думаю, что такой стенд окажется востребованным. Под проект МБИР планируется проведение серии экспериментальных исследований на критстенде БФС в Обнинске. Это отличная, уникальная и уже оборудованная установка, и искать ей альтернативу нецелесообразно.
Ядерный тетрис
Игорь Юрьевич, расскажите, пожалуйста, какие работы сейчас ведутся на БОР-60. Естественно, выдавать коммерческие тайны мы не просим.
На самом деле, объём работ на БОР-60 очень большой. Во-первых, это не только исследовательский реактор - это ещё и реактор, производящий тепло и электроэнергию. Наступила осень, и я сразу почувствовал у себя в кабинете, как начал работать наш реактор. Вот остановится он на перегрузку, и мы это тоже почувствуем (Игорь Юрьевич улыбается).
Следующий пункт - это массовая наработка радионуклидов. Шесть ячеек в центре активной зоны заняты наработкой стронция. В боковом экране ведётся производство гадолиния.
У нас есть ячейка со смягчённым спектром нейтронов, отгороженная гидридом циркония. Она интересна как для экспериментов, так и для наработки гадолиния. Периодически мы также получаем никель-63 из меди.
И, конечно, огромная облучательная тематика. Заказов не просто много, а очень много. Мы облучаем стали, поглотители, выполняем международные контракты. Зачастую у нас возникают проблемы с размещением всех экспериментальных сборок в активной зоне. Видите ли, любой заказчик эксперимента трепетно относится к тому, что будет стоять рядом с "его" сборкой. Вам же самим не понравилось бы, если бы вы попросили облучить замедлитель, а я поставлю в соседнюю ячейку поглотитель.
У нас в активной зоне шесть ячеек для наработки радионуклидов, семь для сузов, а также всегда присутствует пять-шесть материаловедческих пакетов. Вот и приходится играть в тетрис на картограмме загрузки реактора.
Да, и с большим удовольствием сообщаю, что у нас ведутся работы под программы СВБР и БРЕСТ. Я имею в виду свинцово-висмутовую и свинцовые автономные петли. У нас в активной зоне есть единственная инструментованная ячейка - Д23. В ней мы можем ставить автономную петлю со своим контуром, со своим теплоносителем и контролем параметров.
Однажды в ней уже стояла свинцовая петля под БРЕСТ. Теперь в ней должны встать петли под СВБР и БРЕСТ, и появились проблемы, как развести две петли по времени.
Что означает свинцово-висмутовая петля?
Свой контур. У нас ставится сборка. Внешне она охлаждается натрием активной зоны, но внутри её циркулирует свой теплоноситель, идущий через насос на крышке реактора. В сборку мы можем поместить твэл или БРЕСТ, или СВБР, или любого другого реактора.
Это замкнутая автономная петля, сложное и большое устройство.
Кроме того, у нас продолжается большой объём работ по облучению различных конструкционных материалов - как наших, так и зарубежных - при температурах в диапазоне от 320 до 650°C.
Для их обеспечения мы ставили специальный эксперимент в ячейке Д23. Так называемый методический эксперимент, который был призван определить, насколько точно мы попадаем по температурам и прочим параметрам. Результаты его были признаны удачными.
Нельзя не упомянуть и ещё один пласт работ, которым мы занимаемся постоянно - это работы по обеспечению безопасной эксплуатации реактора.
Ваши заказчики по облучательным экспериментам - кто они? Кого больше, россиян или иностранцев?
Я по финансовой стороне дела не владею всей информацией. Могу сказать по числу сборок.
А нас деньги и не интересуют.
Хорошо, тогда по сборкам. Я бы сказал - примерно пополам. Есть различные российские заказчики, есть японские, французские, сейчас готовим к облучению бельгийские образцы и др.
Температуры высокие и низкие
Представим себе гипотетическую ситуацию - БОР закрыли, а МБИР нет. Можно ли всю программу экспериментов перевести на БН-600? Отличный ведь реактор…
С тем, что это отличный реактор, никто не спорит. По плотности потока нейтронов он превосходит БОР-60 вдвое. Поток у них в два раза выше, повреждающие дозы почти в два раза больше (почти, потому что спектр в БН-600 немного мягче, чем в БОР-60).
Я думаю, что это вопрос не ко мне, а к тем, кто эксплуатирует БН-600. Пойдут ли они на это?
Видите ли, БОР-60 - реактор исследовательский, а БН-600 - энергетический. Отношение к возможности постановки экспериментов у нас и у них разное. Могу привести один пример без конкретики. По одному из экспериментальных направлений, сначала мы на БОР-60 должны продемонстрировать безопасность работы, и только после этого станет возможным обоснование выполнения этого эксперимента на БН-600.
И, конечно, на БН-600 нельзя сделать автономные петли. То, о чём я говорил - отдельные петли со своим контуром для свинцового и свинцово-висмутового теплоносителей.
Следующий вопрос. Всем нужны новые материалы. Новые материалы должны работать при температурах под 1000°C и при потоках нейтронов под 1016 н/см2/с. Насколько БОР-60 приспособлен к испытаниям в таких условиях?
Начнём с того, что реально имеется. В БОР-60 сегодня мы проводим облучение конструкционных материалов при 650°C. В принципе, могли бы проводить и при 700°C - в отдельной ампуле, в петле с теплоизоляцией. Сам я не участвовал, но старые коллеги говорили, что облучали при температурах 800°C и даже при 850°C.
В настоящее время ведем проработки облучательных устройств и для более высоких температур (1000-1500°C). Для отдельных образцов конструкционных материалов реализовать это возможно. Для полномасштабных твэлов будет сложнее, хотя попытаться как-то извернуться в петле попробовали бы.
Американцы ставят такие задачи. Правда, пока что не для быстрых…
Американцы во всех сферах ставят задачи. А потом зондируют и проверяют - вдруг что-то у кого-то получится.
К нам приезжала известная всем команда "TerraPower". Да, они интересуются просто невероятными… не знаю даже, какое определение подобрать? Ужасными повреждающими дозами. А вот температура их интересует меньше.
Судя по тому, какие у нас материалы облучаются, в мире очень большой спрос на холодные температуры, 320-330°C. Это температуры характерны для тепловых реакторов. А для нас - это входная температура натрия в реактор.
Кстати, забыл упомянуть об ещё одной положительной черте БОР-60. У нас входная температура ниже, чем у других быстрых аппаратов. У всех остальных - 350-360°C, а мы можем держать 310-315°C. Следовательно, эксперименты с облучением при 320°C для нас особых проблем не составляют.
На мой взгляд, высокие температуры - это мода или ажиотаж. Реальных заказов на проведение экспериментов при высоких температурах пока что практически и не было.
Вибротопливо для исследовательского реактора
На каком топливе сейчас работает БОР-60?
У нас в реакторе БОР-60, начиная с 80-ых годов, используется вибротопливо. Точнее, с 1979 года, когда запустили вибротехнологию и постепенно начали загружать ТВС с вибротопливом в активную зону, замещая остатки ТВС с таблеточным топливом. Много лет было MOX-вибротопливо, потом урановое. Одно время опять вернулись к MOX, но с другим составом. Сейчас снова урановое вибротопливо.
Хотелось бы знать, какие плюсы вы видите для вибротоплива в исследовательском реакторе?
Вибротопливо для исследовательского реактора имеет свои плюсы, потому что это гибкая система. Мы можем делать различные обогащения, можем подмешивать америций, нептуний, создавать различные составы.
В вибротехнологии это реализуется достаточно просто. Например, в таблетке минорные актиниды добавлять сложнее.
То же самое для различного обогащения. Скажем, если бы нам нужно было в БОР-60 иметь две зоны обогащения, то с вибротопливом у наших технологов никаких вопросов не возникло бы. Я их специально спрашивал. Ответ был такой: да хоть три зоны!
Есть ли смысл в двух зонах обогащения для реактора с маленькой активной зоной?
На первый взгляд, никакого смысла нет. С другой стороны, это дополнительный плюс. Мы могли бы потоки нейтронов в центре поднять. Кроме того, мы бы имели две зоны, отличающиеся по спектрам, потокам и энергонагрузкам, и это дало бы нам дополнительные точки для анализа и проведения экспериментов. Для исследовательского реактора это плюс, и вибротопливо такой плюс могло бы легко обеспечить.
Извините, со всей возможной политкорректностью задаём вопрос - но ведь на БН прекрасно делают две зоны обогащения на таблеточном топливе?
Со всей политкорректностью и отвечаю - на БН-600 вообще три зоны обогащения на таблеточном топливе.
БН-600 и будущий БН-800 - реакторы коммерческие. Они платят деньги, и для них выпускают твэлы, причём речь идёт о массовом производстве. А для БОР-60 нужно, условно говоря, 20 сборок в год. Нам нужно размещать заказ, и под нас должны держать отдельную линию.
Теперь представьте. Твэл у нас свой, диаметром 6 мм, такого больше нигде нет. Линия под нас особенная. А теперь мы ещё будем просить топливо двух видов, двух обогащений! Десять сборок с одним обогащением, десять сборок с другим. Это получатся алмазные твэлы по цене. Кто это будет оплачивать такие твэлы?
И если уж мы заговорили на эту тему, то давайте не забывать, что малые объёмы заказов негативно сказываются на качестве продукции. Просто на пальцах - представьте, что у вас есть станок, который включается раз в год на одну неделю, а всё оставшееся время простаивает. Вы понимаете, к чему это приводит на практике? Страдают и стоимость, и качество.
Это одна из причин, по которой НИИАР настаивает на том, чтобы в МБИР использовать твэл диаметром 6,9 мм. Мы хотим находиться на одной линейке твэлов с БН-600 и БН-800. При этом будет обеспечено получение оболочек твэлов нужного качества, потому что их производство будет массовым, и по более низкой цене.
Почему, кстати, у БОР-60 нестандартный твэл?
Так исторически сложилось. Насколько я помню, в первых разработках рассматривался твэл ещё меньшего диаметра, но потом пришли к диаметру 6 мм. По всем проектным вопросам более подробно вам ответят в ФЭИ, потому что именно обнинский институт был разработчиком нашего реактора.
Спасибо, Игорь Юрьевич, за интересное интервью для электронного издания AtomInfo.Ru.