25 мая 2012

МНТЦ: развитие гражданских ядерных технологий

Atomic-Energy.ru

Особенностью проектов МНТЦ является активное участие ученых и инженеров, раньше специализировавшихся на решении «оружейных» проблем. Это оказалось очень плодотворным в области исследования и моделирования сложных процессов атомной энергетики.

Гражданские ядерные технологии – одно из главных направлений деятельности Международного научно-технического центра (МНТЦ). Оно включает ядерную и радиационную безопасность АЭС, инновационные концепции ядерных реакторов и ядерного топливного цикла, учет и контроль ядерных материалов и т.д.

Единственно приемлемый метод доказать миру безопасность и эффективность новых ядерных концепций – демонстрационный эксперимент, подтверждающий расчетные модели, результаты которого должны быть доступны для международного научного анализа и верификации. Российские ядерные центры обладают уникальными установками и высококвалифицированным персоналом, необходимыми для научного обоснования будущих технологий.

Защита от тяжелых аварий

После аварий на АЭС TMI (США) и Чернобыльской АЭС во всем мире проводятся исследования по выявлению условий, способствующих возникновению аварии, анализу ее развития, созданию защитных барьеров, локализующих возможные последствия.

Программа МНТЦ «Управление тяжелыми авариями» включает более 20 проектов. Первая группа посвящена детальному описанию состояния компонентов разрушенной активной зоны чернобыльского реактора.

Другая группа проектов – экспериментальное и расчетное моделирование начальной фазы разрушения твэла и ТВС при аварийном заливе активной зоны водой. В результате существенно усовершенствованы модели и расчетное описание теплогидравлических процессов, предложены эффективные защитные меры.

Третье направление – изучение физических, химических, ударных и тепловых взаимодействий расплавленного топлива (кориума) с корпусом и материалом «ловушки», научное обоснование надежных барьерных устройств. Результаты серии экспериментов в России и Казахстане были использованы в проектах «ловушек» для новых АЭС в Ленинградской области и Китае. Разработаны, новые высокостойкие защитные материалы – керамики и бетоны.

Концепции G-IV

МНТЦ выполнил программы и проекты, соответствующие практически каждой из шести новых концепций «четвертого поколения» ядерных реакторов (G-IV).

Российские АПЛ с ядерными установками, охлаждаемыми сплавами свинца, оказались самыми быстрыми в мире. МНТЦ реализовал ряд предложений по конверсии этого опыта в гражданскую атомную энергетику.

Ожидается, что применение свинца как материала мишени протонного ускорителя может вдвое увеличить ее эффективность. Пилотный образец такой мишени был создан в ФЭИ (Обнинск). Он послужил прототипом для мишеней в установках MEGAPIE-TEST (Швейцария) и MYRRHA (Бельгия).

Получены новые результаты в исследованиях концепций с охлаждением реактора тяжелыми металлами (сплавами свинец / свинец-висмут) или газом (гелием).

Для реакторов на быстрых нейтронах выполнено расчетно-экспериментальное обоснование применения новых видов ядерного топлива – нитрида, карбида, МОХ, инертного РОХ-топлива, виброуплотненного топлива, металлов, в том числе с повышенным содержанием младших актинидов.

Развитие концепции применения расплавленных солей в качестве циркулирующего ядерного топлива сдерживается, помимо прочего, недостатком информации о рабочих свойствах солевых композиций, в частности, их взаимодействии с конструкционными материалами. Для исследований солей большой группой специалистов ВНИИТФ, Курчатовского института и т.д. был разработан специальный экспериментальный стенд. Результаты работы на нем позволяют надеяться на реализацию концепции в целом.

Российский и канадский опыт работы с канальными реакторами используется в совместных разработках, направленных на повышение эффективности работы АЭС за счет перехода на охлаждение реактора водой со сверхкритическими параметрами. Ученые НИКИЭТ, ФЭИ, РНЦ КИ совершенствуют вычислительные модели и готовят программу совместного экспериментального исследования этой концепции.

Ядерный топливный цикл

В 1994-2001 годах специалисты ФЭИ, КИАЭ, ВНИИНМ, ВНИПИЭТ, ВНИИТФ и других организаций выполнили более 15 проектов МНТЦ, направленных на анализ возможных методов уничтожения или использования высвобождаемого «оружейного» плутония в России. В 1994-2001 годах специалисты ФЭИ, КИАЭ, ВНИИНМ, ВНИПИЭТ, ВНИИТФ и других организаций выполнили более 15 проектов МНТЦ, направленных на анализ возможных методов уничтожения или использования высвобождаемого «оружейного» плутония в России. Работы включали комплексный технико-экономический анализ возможных сценариев (включая создание соответствующих методик расчета, в том числе критериев нераспространения), анализ ядерной безопасности (включая создание специализированного критического стенда в ФЭИ), оценку приемлемости новых топлив и технологий их переработки, изучение реакторных материалов и т.д.

Общепринято, что оптимальным является замкнутый ядерный топливный цикл, возможно, с трансмутацией и повторным использованием актинидов, образующихся в процессе облучения топлива. В проектах МНТЦ исследованы вопросы эффективности и безопасности использования для трансмутации разных видов топлива, выполнены и проанализированы соответствующие эксперименты с облучением образцов (ФЭИ, НИИАР, ВНИИНМ). Так, в разработках ученых Радиевого института продемонстрированы основы методов оптимального выделения фракций актинидов для эффективной трансмутации. 

Обширная программа была посвящена изучению и обоснованию технологии трансмутации, базирующейся на подкритических бланкетах, с использованием внешних источников нейтронов, например, ускорителей заряженных частиц. Помимо концептуальных исследований проекты содействовали созданию демонстрационных установок, например, «Ялина» в ИОЯЭИ (Беларусь) с нейтронным генератором и урановым бланкетом и комплекса SAD для ОИЯИ (Дубна).

При выполнении проектов российские специалисты активно сотрудничали с рабочей группой МАГАТЭ, международной контактной экспертной группой по проектам МНТЦ, европейскими программами EUROTRANS, EUROPART, MOST и т.д.

Оценка и повышение безопасности АЭС, вывод  из эксплуатации

Один из характерных примеров международного использования уникального «оружейного» инструментария для обеспечения радиационной безопасности гражданских объектов – совместный российско-казахский проект МНТЦ, направленный на повышение точности оценок обратного рассеяния облаками на Землю нейтронного и γ-излучения, испускаемого АЭС или другими источниками, используемых для обоснования радиационной безопасности объектов. В ходе работ были выполнены более 10 серий высокоточных измерений отраженных доз на расстоянии до 2 км от источника излучения. Результаты проекта были высоко оценены международным ядерным сообществом и переданы в международный фонд базовых экспериментов OECD/NEA в Париже.

Для повышения безопасности действующих АЭС по 20 проектам МНТЦ специалистами ВНИИЭФ и ВНИИА разработаны новые приборы контроля состояния генерирующего оборудования, изготовлены пилотные образцы датчиков и систем контрольно-измерительных приборов, проведены их лабораторные и промышленные испытания, сертификация.

Для оценки ресурса АЭС необходимы точные и надежные данные и критерии, которые достаточно сложно получить и оценить; кроме того, десятки российских ВВЭР находятся вне пределов РФ. По проектам МНТЦ создаются методы оценки состояния (прочности, радиационной стойкости) корпуса и внутрикорпусных устройств ВВЭР и соответствующие базы данных, разрабатываются меры контроля безопасности и нормативные документы. Созданы и испытаны системы определения реактивности для обеспечения ядерной безопасности и неразрушающего метода контроля ядерных материалов в технологическом оборудовании и контейнерах. Через контактную экспертную группу  идет активное сотрудничество с исполнителями европейских программ PERFECT, MAJIC, NEWLIFE и других.

В рамках проектов по выводу из эксплуатации разработаны технологии утилизации реакторных отсеков АПЛ, радиоактивных натрия и цезия быстрых реакторов БР-10 (ФЭИ) и БН-350 (Казахстан), предложены схемы сортировки и утилизации графитовых блоков и втулок остановленных плутониевых реакторов (МИФИ, СХК).Технологии для медицины и управление знаниями

Для выявления и лечения онкологических заболеваний МНТЦ поддержал разработку методов быстродействующих диагностик на базе ядерных технологий и компьютерной визуализации. Выполнены проекты по изучению и моделированию ядерные методов лечения – нейтронно-захватной терапии, γ-излучения, облучения пучками электронов и заряженных частиц (ВНИИЭФ, МИФИ, ФЭИ, ИЯФ им. Г.И. Будкера и т.д.). В ФЭИ по программе «Коммерческая инициатива» устанавливается пилотная линия производства 125I для микродозовых препаратов для лечения рака простаты.

С целью управления и сохранения ядерных знаний центр ведет проекты по проверке кодов и данных, полученных в процессе сложных экспериментов на ядерных установках, критических сборках, ускорителях, исследовательских реакторах и т.д. Десятки проектов были посвящены измерениям ядерных данных, их оценке и переоценке, особое внимание уделялось актинидам и младшим актинидам – ключевым компонентам ОЯТ и ядерных отходов (ИТЭФ, ФЭИ, ВНИИЭФ, ИЯФ и т.д.). МНТЦ поддержано издание более 50 монографий.

Последние 16 лет МНТЦ был партнером России в области развития гражданских ядерных технологий, соблюдая в своей работе международные и российские приоритеты. Центр готов внести свой вклад в выполнение российских национальных программ, особенно в ядерной области – как до 2012 года, так и в дальнейшем.

Автор

Вацлав Гудовски
 Международный научно-технический центр