Александр Повстянко: стали для быстрых реакторов

Форум Контакты RSS		ENGLISH

AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 01.06.2011

В Обнинске на базе ГНЦ РФ - ФЭИ проходит техническое совещание МАГАТЭ по вопросам проектирования, изготовления и поведения под облучением топлива быстрых реакторов.

В кулуарах совещания на вопросы электронного издания AtomInfo.Ru ответил начальник лаборатории конструкционных материалов НИИАР Александр ПОВСТЯНКО.

ПРОДОЛЖЕНИЕ ПОСЛЕ ФОТО

Александр Повстянко, фото AtomInfo.Ru

ДУО-стали

Александр Викторович, прежде всего, как Вы оцениваете ход совещания?

Итоги подводить рано, совещание только началось. Могу сказать, что это важное и интересное для всех участников мероприятие. Тем более, что оно посвящено топливу для быстрых реакторов, а это для всех нас сегодня вопрос номер один.

Вы - специалист по конструкционным материалам. Поэтому мы хотели бы Вас попросить кратко обрисовать текущее состояние по этому направлению.

Если кратко, то можно сказать так. Были долгие годы застоя, когда фактически ничего не делалось. Сегодня вектор позитивный, и пошли результаты. В нашем распоряжении появились материалы, очень интересные с точки зрения радиационной стойкости.

Нам требуются эксперименты. И не только на образцах, но и на твэлах. Причём это должны быть эксперименты с конкретным топливом. Только так мы будем в состоянии определять для себя, насколько тот или иной материал перспективен для большой быстрой энергетики.

В реакторе БОР-60 планируются эксперименты с новыми материалами ферритно-мартенситного класса. Мы все надеемся, что они завершатся успешно.

Что понимать под успехом? На какие показатели Вы рассчитываете, какие задачи перед Вами ставят Ваши коллеги-разработчики?

Экономически обоснованная глубина выгорания топлива в быстрых реакторах лежит в пределах от 18 до 25%. Вот и вам и первая задача по конструкционным материалам для топлива. Мы должны ориентироваться на повреждающие дозы порядка 150-200 с.н.а.

У американских коллег есть проект, поддерживаемый Билли Гейтсом - реактор с бегущей волной TWR и его дальнейшие модификации. Там речь идёт о смещениях до 450 с.н.а. Но это прекрасная мечта, как вы понимаете.

Вы верите в прекрасную мечту?

Почему бы и нет? Мы тоже стараемся верить, что такие смещения достижимы. Будем работать и в этом направлении тоже. В реакторе БОР-60 есть возможность облучать конструкционные материалы и твэлы для компании "Terra Power". Думаю, что теперь, после ратификации соглашения "123" с Соединёнными Штатами, такие совместные исследования станут реальностью.

Вы упомянули ферритно-мартенситные стали. Но мы знаем, что индийские коллеги предпочитают говорить о дисперсно-упрочнённых оксидами (ДУО) сталях. И в российских публикациях этому классу материалов также уделяется должное внимание.

Вы попали со своим вопросом по адресу. Самые продвинутые на сегодняшний день 9% и 12%-ные стали облучались у нас в НИИАР. Это совместная работа, которую мы проводили с японским агентством JAEA.

Чтобы вы лучше представили себе объём исследований, скажу, что продолжительность контракта составила 11 лет.

Можем ли мы поинтересоваться результатами облучения?

К сожалению, нет. Это информация коммерческого характера, и мы не можем раскрывать её без согласия японских партнёров. Сейчас я хотел бы только отметить, зафиксировать для прессы - такая работа проводилась, и такие продвинутые ДУО-стали существуют.

Могу поделиться общим впечатлением. Японский контракт для нас оказался поучительным и сложным, обращаться с такими твэлами было непросто. Мы потратили на него немало сил, но полученные результаты, я считаю, того стоят.

Одним словом как бы Вы описали результаты? Удовлетворительные, хорошие, отличные?

Потрясающие.

То есть, мировое сообщество не зря возлагает на ДУО-стали большие надежды как на будущие материалы оболочек топлива и кассет быстрых реакторов?

Не зря. Это оправдано. Тем не менее, хотел бы предостеречь от поспешных выводов. На этом пути нас будет ждать больше проблем, чем кажется сегодня людям со стороны.

Уточните, пожалуйста, для наших читателей - почему ДУО-стали вызывают интерес? В чём их основная идея?

При высокой температуре, нужной нам с экономической точки зрения - а это, скажем, 700°C на оболочках твэлов - "обычным" сталям не хватает длительной прочности. Материал нужно упрочнять. Полученные после упрочнения материалы и называются ДУО-сталями.

Вы имеете в виду - ферритно-мартенситные стали нужно упрочнять?

Конечно! Аустенитные материалы нужную нам прочность имеют изначально. Но они распухают. Они просто физически не доживают до заданных выгораний.

Следовательно, нужны материалы нераспухающие, чтобы получить экономически обоснованные выгорания топлива. Ответом могли бы быть ферритно-мартенситные стали, но они не держат высокую температуру, и это плохо по экономике.

Обратите внимание - концепции, заложенные в "Generation IV", до воплощения в железе сегодня не доводятся. Почему? По той же причине, о которой мы только что говорили. Для них отсутствуют конструкционные материалы. Поэтому и у нас, и в мире в целом большие надежды возлагают на ДУО-стали.

Материалы и промышленность

Специалист-материаловед подобрал нужные материалы, обосновал их с помощью программы реакторного облучения. Какие проблемы нас ждут далее?

Далее нас ждут заводы. И здесь я хочу сделать небольшое отступление. Наши материалы сложнолегированные. Они красивые, прописанные в лабораторных плавках, для них строго указаны легирующие добавки с точностью до долей процента.

Но как только мы приходим в промышленность, где дело имеют не с лабораторными "кастрюльками", а с многотонными плавками, то всё усложняется. Заводы не всегда готовы обеспечивать для наших заказов требуемую точность по содержанию легирующих добавок. А радиационные свойства материалов резонансно (!!!) чувствительны к малейшим изменениям состава.

Материаловеды представляют, какой материал нужно сделать. Но у индустрии, к сожалению, зачастую нет возможности сузить интервалы по добавкам легирующих элементов.

Более того. Есть простое обстоятельство, с которым мы обязаны считаться. Заводы выпускают "неатомные" стали буквально миллионами тонн. Им не выгодны наши заказы, в наших объёмах. Представьте себе картину - мы приходим к заводчанам и говорим, что нужно семьдесят тонн, но вы при этом будьте добры обеспечить наши особенные требования.

Я везде и всегда призываю коллег подумать над следующим тезисом. Металлургическая выгода при производстве металла для атомной энергетики заключается в повышении выгорания. Поэтому мы нуждаемся в создании специализированного металлургического комплекса для нужд АЭС. И особенно, для АЭС с быстрыми реакторами.

Спецкомплекс будет невыгодным с точки зрения производства материалов. Но мы получим от него свою выгоду. Она будет исчисляться в киловатт-часах. Согласитесь - всего один негерметичный твэл может доставить реактору энергоблока массу неприятностей, и они обернутся недовыработкой электроэнергии.

Нам для наших целей требуется нянчиться с материалами, начиная от руды и шихты. Конечно, при наших объёмах это можно делать только на специализированном металлургическом комплексе.

Спецкомплекс поставил бы также точку в вопросе качества. Нам лучше забраковать многие и многие трубы, чем допустить появление в реакторе одного негерметичного твэла. Конечно, столь придирчивый входной контроль проще организовать на специализированном заводе, который обслуживал бы только атомную энергетику.

Добавки и заменители

Возвращаясь к вопросам о ДУО-сталях для быстрых реакторов. Исследования, как мы понимаем, ведутся. Но есть ли у кого-либо практические применения этих материалов?

Я бы сказал так. Это очень модная и популярная тематика в наши дни. Ими занимаются не только в плане быстрой атомной энергетики, но и для термояда. У немцев есть большие успехи, и они видят пути к внедрению.

В Германии ДУО-стали активно задействованы в работах по DEMO. Концептуально этот проект не определён, но его материалы прописаны, и деньги на их разработку уже дают.

Тогда возникает вопрос. Сможем ли мы взять для своих нужд, для нужд быстрых реакторов те материалы, которые разрабатывают термоядерщики? Или потребуется их доводка?

Я считаю, что есть в действительности есть определённый перекос. Он состоит в следующем. Для термоядерных реакторов нужны малоактивируемые стали. Это неудивительно, так как у них есть проблемы с захоронением, и так далее.

Но такие стали применять напрямую мы (атомная энергетика) не сможем. Они для нас станут заменителями. Я бы провёл аналогию - есть кожа, а есть кожзаменитель. Так вот, стали термоядерные, попадая к нам, будут оказываться в положении кожзаменителя.

Материаловедение - наука зрелая, развитая. В ней есть система легирования. Известно, какой элемент для каких целей и в каком количестве нужно добавлять. Но термоядерное направление выбрало сейчас другой путь. Они ставят во главу угла малую активируемость и подбирают заменители для тех или иных добавок.

Это сейчас популярно. Конечно, я понимаю - всем хотелось бы не иметь наведённой активности. Но дело в том, что это не единственная наша целевая функция. Есть и другие задачи, которые нам нужно обеспечивать. Поэтому я бы сформулировал так - с точки зрения материаловедения, чрезмерный уклон в сторону малой активируемости не всегда правилен.

Александр Викторович, заключительный вопрос. Ваши зарубежные коллеги из тепловой атомной энергетики в своё время попадались в "никелевую ловушку". Это известная проблема сплава 600, из-за которой на западных блоках требуется теперь менять часть оборудования. Как Вы считаете - есть ли у быстровиков аналогичная ахиллесова пята?

Однозначного ответа я давать не буду. Быстрые реакторы очень разные, в них можно создавать большой диапазон рабочих условий - температуры, выгорания, вид топлива, и так далее. Естественно, это будет влиять на выбор конструкционных материалов.

Пользуясь случаем, хотел бы реабилитировать высоконикелевые сплавы. Они далеко не самый тупиковый вариант. Мы в НИИАР в своё время исследовали некоторые из них, в том числе, совместно с "Прометеем". Были получены неплохие результаты по стабильности свойств. Если потребуется, то и по этому направлению можно ещё побороться.

Спасибо, Александр Викторович, за интервью для электронного издания AtomInfo.Ru.

Ключевые слова: Материалы, НИИАР, Интервью

Другие новости:

Россия и Болгария не успеют к 1 июня парафировать EPC-контракт по АЭС Белене - Росатом

Несмотря на то, что до 1 июня текущего года EPC-контракт парафирован не будет, переговоры идут хорошо.

Парламент Украины отказался денонсировать соглашение с РФ о строительстве энергоблоков

За включение в повестку дня данного проекта проголосовало всего 5 депутатов при необходимых 226.

Расходы на ликвидацию последствий аварии на "Фукусиме-1" могут достичь $246 млрд за 10 лет

Такие данные передаёт во вторник телекомпания NHK со ссылкой на расчёты Японского центра экономических исследований.

Герой дня

Сергей Рыжов: истина всегда лежит посередине

И наша концепция, которая является чем-то средним относительно этих двух концепций. У нас есть сочетание пассивных и активных систем. Думаю, что истина всегда лежит посередине.

ИНТЕРВЬЮ

Вячеслав Першуков
Нам нельзя построить памятник, который будет использоваться время от времени. Важно уже сейчас понимать, какие исследования там будут вестись в ближайшие пять-шесть лет.

МНЕНИЕ

Владимир Рычин
Будет неверным утверждать, что всем литовским политикам нравится холодная атомная война с соседями. К здравому смыслу своих коллег призывает Казимира Прунскене.