21 июля 2011 года в Институте атомной энергии Китая успешно завершен энергетический пуск первого экспериментального реактора на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем CEFR. Сооружение реактора осуществлялось в тесном сотрудничестве с предприятиями Госкорпорации «Росатом» – ОАО «ОКБМ Африкантов», ОАО «СПбАЭП», ГНЦ РФ – ФЭИ, ОАО «ТВЭЛ», ОАО «ЗиО-Подольск» и рядом других.
Россия сегодня является безусловным лидером в области разработок, а также обладает необходимым опытом эксплуатации реакторов на быстрых нейтронах – инновационной технологии, позволяющей решить актуальные проблемы развития атомной энергетики, связанные с эффективным использованием урановых ресурсов и безопасным обращением с отработавшим ядерным топливом.
Концепция развития быстрых реакторов в КНР
В середине 1960-х годов по указанию Министерства ядерной индустрии (сегодня – Китайская государственная корпорация ядерной промышленности, CNNC) в Китае были начаты фундаментальные исследования технологии быстрых реакторов.
Результаты изучения китайскими специалистами международного опыта создания реакторов на быстрых нейтронах (БН) легли в основу разработки концепции эволюционного развития в Китае этого типа реакторов. Согласно первоначальной концепции, предусматривались три этапа развития:
- разработка и сооружение экспериментального реактора электрической мощностью 25 МВт;
- сооружение демонстрационного быстрого реактора электрической мощностью 600-800 МВт (2012-2020 годы);
- пуск коммерческого быстрого реактора электрической мощностью 1000-1500 МВт (2050 год).
Для выполнения этих планов в 1987 году в Государственную программу КНР по развитию высоких технологий была включена задача развития технологии быстрого реактора-бридера (проект 863). Ведущей организацией был назначен Китайский институт атомной энергии – CIAE, расположенный недалеко от Пекина.
В 1988-1990 годах в CIAE были проведены исследования и практические работы, позволившие Правительству КНР включить в государственную программу строительство экспериментального реактора на быстрых нейтронах CEFR тепловой мощностью 65 МВт, начиная с 1996 года.
С помощью реактора CEFR предполагается решить следующие основные задачи:
- получение опыта проектирования, изготовления, испытаний, монтажа, пусконаладочных работ, физического пуска и эксплуатации реактора типа БН;
- обучение национальных кадров технологиям всех работ по быстрым реакторам;
- создание национальных критериев и стандартов по быстрым реакторам;
- верификация и оценка компьютерных кодов, используемых при проектировании реактора;
- накопление опыта и создание базы данных по эксплуатации быстрых реакторов;
- проведение экспериментов и исследований, которые должны лечь в основу следующего, прототипного, реактора на быстрых нейтронах – PFBR.
Для минимизации расходов на сооружение CEFR в Китае было принято решение о привлечении к проекту зарубежных стран – и в первую очередь России, имеющей наибольший в мире опыт создания быстрых реакторов.
Этапы создания реактора CEFR
Сотрудничество КНР и РФ по сооружению реактора CEFR началось в 1992 году.
На первом этапе сотрудничества специалисты Опытного конструкторского бюро машиностроения (ОКБМ, Нижний Новгород), Санкт-Петербургского института «Атомэнергопроект» и Физико-энергетического института (Обнинск) разработали концепцию блока CEFR (таблица 1), технические требования и основные компоненты реактора.
Таблица 1. Параметры конструкции и технические характеристики реактора CEFR
Мощность тепловая (электрическая), МВт | 65,5 (25) |
Теплоноситель | натрий |
Количество контуров | 3 |
Количество петель теплообмена | 2 |
Тип реактора | интегральный |
Диаметр корпуса реактора, м | 7,96 |
Срок службы, лет | 30 |
Сейсмостойкость | 8 баллов по шкале MSK-64 |
В марте 1993 года концепция была рассмотрена на совместном совещании китайских и российских (ОКБМ, СПбАЭП, ФЭИ) специалистов и получила одобрение Китайской корпорации атомной энергетической промышленности (CNEIC).
На втором этапе сотрудничества (1995-1998 годы) специалисты российских предприятий разработали технический проект ядерной энергетической установки CEFR. Работы велись на основании технических требований к CEFR, представленных специалистами КНР. Следует отметить, что китайская сторона задала очень жесткие исходные требования, превышающие на тот момент требования по радиационной безопасности, радиоактивным выбросам/сбросам и аварийным ситуациям, действующие в российской атомной энергетике.
Компоновка реактора CEFR:1 – шахта реактора;
2 – опорный пояс;
3 – активная зона;
4 – промежуточный теплообменник;
5 – верхняя неподвижная защита;
6 – поворотные пробки;
7 – механизм перегрузки;
8 – механизмы СУЗ;
9 – главный циркуляционный насос
В рамках второго этапа также проводились технические консультации и обсуждение вопросов безопасности CEFR с Национальным агентством по ядерной безопасности КНР.
В марте 1995 года было заключено Соглашение между министерством Российской Федерации по атомной энергии и Китайской корпорацией атомной энергетической промышленности о сотрудничестве в области создания в Китайской Народной Республике экспериментального реактора на быстрых нейтронах.
В 1997-1998 годах выполнены работы по подготовке площадки к сооружению CEFR. В мае 2000 года состоялась заливка фундаментной плиты реакторного здания, и с марта 2001 года началось сооружение реакторной установки.
В начале 1999 года CIAE получил разрешение Правительства КНР и Национального агентства по ядерной безопасности КНР на сооружение реактора CEFR. Это позволило в 1999 году приступить к третьему этапу сотрудничества и организовать изготовление и испытания опытных образцов, а также поставки оборудования реакторной установки и топлива предприятиями России.
Для проверки заложенных в проекты технических решений были созданы экспериментальные стенды и проведены испытания опытных образцов оборудования и макетов элементов активной зоны (таблица 2).
Таблица 2. Стендовые испытания для обоснования проекта CEFR
Назначение стенда | Место проведения испытаний |
Гидравлические испытания макетов сборок активной зоны | ОКБМ |
Исследования изгибной жесткости чехла макетов ТВС | ОКБМ |
Исследования на вибростойкость макетов сборок активной зоны | ОКБМ |
Исследования на устойчивость и растяжение макетов сборок активной зоны | ОКБМ |
Исследования на ударостойкость макетов ТВС | ОКБМ |
Полномасштабные испытания ГЦН первого и второго контуров на водяном стенде | ОКБМ |
Испытания масляных уплотнений верхнего подшипникового узла ГЦН* | ОКБМ |
Испытания проточной части ГЦН | ОКБМ |
Проливка проточной части расходомера ГЦН первого контура | ОКБМ |
Полномасштабные испытания ИМ СУЗ (исполнительные механизмы системы управления и защиты) | ОКБМ |
Испытания на сейсмостойкость опытных образцов ИМ СУЗ (для стержней КС-РС и АЗ) | Компания «Атом-динамик» (Выборг), ОКБМ |
Полномасштабные испытания механизма перегрузки | ОКБМ |
Испытания захватного устройства механизма перегрузки | ОКБМ |
Испытания датчика контроля усилия | ОКБМ |
Испытания герметичной передачи вращающего момента приводов перегрузочного оборудования | ОКБМ |
Полномасштабные испытания элеваторов загрузки-выгрузки | ОКБМ |
Полномасштабные испытания расходомерного устройства для ТВС | ОКБМ |
Проливка проточной части расходомера для ТВС на натриевом стенде | ФЭИ |
Полномасштабные натриевые испытания электромагнитного насоса | НИИЭФА |
Полномасштабные реакторные испытания подвесок ионизационных камер | МИФИ, ОКБМ, НПО «Луч» |
Испытания датчиков: – наличия натрия – давления натрия |
ОАО «Пирамида» НИИ «Теплоприбор», ОКБМ |
Исследования системы аварийного расхолаживания | ФЭИ, ОКБМ |
Испытания поглощающих элементов на основе карбида бора | НИИАР |
Также были разработаны технические проекты: системы контроля и управления (СПбАЭП, ОКБМ, ФЭИ), спецустройств для монтажа-демонтажа оборудования (ОКБМ), спецустройств для газового разогрева (ОКБМ) и ряд других. Одновременно проведено обучение эксплуатационного персонала CEFR на стендах ОКБМ, ФЭИ и в Учебно-тренировочном центре НИИАР.
С 2000 года сотрудничеству по созданию реактора CEFR был придан статус международного. 18 июля 2000 года в Пекине было подписано Соглашение между Правительством Российской Федерации и Правительством Китайской Народной Республики о сотрудничестве в сооружении и эксплуатации в Китае экспериментального реактора на быстрых нейтронах.
Подписание Соглашения между Правительствами РФ и КНР о сотрудничестве по CEFR (18 июля.2000 года)Итогом работ третьего этапа можно считать поставки оборудования для CEFR из России в 2003-2005 годах. В КНР было доставлено более чем 100 единиц основного оборудования реакторной установки и топливо первой загрузки реактора. В частности, поставлены:
- топливо (ОАО «ТВЭЛ», ОАО «Машиностроительный завод», ОКБМ);
- компоненты для корпуса реактора и поворотных пробок, насосы первого и второго контуров, исполнительные механизмы системы управления и защиты, промежуточные теплообменники, механизм перегрузки, элеваторы загрузки-выгрузки топлива (ОКБМ);
- парогенераторы (компания «ЗИОМАР», Подольск);
- приборы (НИИ «Теплоприбор», ОКБМ);
- расходомер ТВС (ОКБМ);
- приборы системы аварийной защиты парогенератора (ГНЦ РФ – ФЭИ);
- уровнемеры (ОКБМ, НИИ «Теплоприбор»);
- электромагнитные насосы (ОКБМ, ВНИИЭФА);
- подвески ионизационных камер (ОКБМ, НТЦ «Элегия»).
На четвертом этапе (2006-2011 годы) российские специалисты участвовали в монтаже (ОКБМ, СПбАЭП), пусконаладочных работах (ОКБМ, СПбАЭП, НИИАР), физическом пуске (ФЭИ, ОКБМ, НИИАР) и энергопуске CEFR (концерн «Росэнергоатом»).
Таблица 3. Основные вехи сооружения CEFR
Март 2001 | Начало сооружения станции |
Август 2002 | Завершение строительства реакторного здания |
2003-2005 | Завершение рабочего проектирования основных технологических систем и оборудования. Окончание строительства машзала, общестанционных зданий, монтаж общестанционного оборудования и систем |
2003-2005 | Поставка оборудования РУ заводами России |
Июль 2004 | Поставка из России топлива первой загрузки |
2003-2009 | Монтаж корпуса реактора, поворотных пробок, внутриреакторного оборудования. Окончание монтажа реакторной установки. |
2010 | Пусконаладочные работы реакторной установки, разогрев и заполнение реактора натрием, загрузка топлива |
2010-2011 | Физпуск реактора, проведение экспериментов и исследований, энергопуск реакторной установки, проведение исследований при энергопуске |
В честь пуска реактора генеральный директор CEFR Чжан Донгхуэй прислал в адрес российских предприятий свои поздравления, отметив, что реактор CEFR – важный проект «сотрудничества в области атомной энергии между РФ и КНР, а также удачный пример научного и технического сотрудничества между двумя странами. Специалисты двух стран вложили большие усилия в дело сооружения CEFR, и в этом процессе они… развивают крепкую дружбу между Россией и Китаем».
Правительство Китая также высоко оценило заслуги российских специалистов в сооружении CEFR. Лауреатами Международной премии «Дружба», учрежденной Правительством КНР, в разные годы стали В.М. Поплавский (ФЭИ), А.И. Кирюшин, В.Ю. Седаков, В.И. Костин (ОКБМ), К.Л. Сукнев, В.Н. Ершов (СПбАЭП), П.И. Лавренюк (ОАО «ТВЭЛ»).
Автор
Седаков Владимир Юльевич,
главный инженер проекта РУ БН-800
