Юрий Казанский: физпуск как праздник

AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 30.04.2015

8 апреля 1980 года в 12 часов 24 минуты уникальный энергоблок №3 Белоярской АЭС с быстрым натриевым реактором БН-600 был включён в Свердловскую энергосистему и начал вырабатывать электроэнергию.

На сегодня это единственный в мире энергоблок с реактором на быстрых нейтронах, производящий электроэнергию в промышленных масштабах столь длительное время.

На вопросы электронного издания AtomInfo.Ru отвечает профессор Юрий КАЗАНСКИЙ, возглавлявший физический пуск БН-600.

ПРОДОЛЖЕНИЕ ПОСЛЕ ФОТО

Юрий Казанский, фото Сергей Стожилов

О подготовке к пуску

В конце 60-ых годов Виктор Владимирович Орлов перевёл меня работать в своё направление по быстрым реакторам. И мне как игрушку доверили в распоряжение стенд БФС. Директором ФЭИ в то время был Вячеслав Алексеевич Кузнецов. Смелый человек!

И пошла работа, очень интересная работа, о которой обязательно надо рассказать. В начале 1972 года должен был состояться физический пуск реактора БН-350. В ФЭИ был отдел Бориса Григорьевича Дубовского, которому поручили провести подготовку к пуску.

Юрий Алексеевич, а что входило в понятие подготовки к пуску?

В те времена дело рассматривалось следующим образом - контролирующий или дежурный физик имел очень большую власть. Без его согласия пусковая команда не имела права действовать. Это было правильно. Почему?

А потому что эти люди, участники проекта, разработки, эксперимента, сопровождения строительства лучше всех знали про реактор в целом.

Я хочу напомнить, что физико-энергетический институт был научным руководителем проектов БН-350 и БН-600. В епархию Александра Ильича Лейпунского входили и лодки подводные, и космос, и в особенности быстрые реакторы.

Работы Лейпунского по быстрому направлению были в 1960 году отмечены Ленинской премией. Можно сказать, что тем самым была отмечена и ведущая роль ФЭИ в создании реакторов БН.

Так вот, считалось - и ещё раз скажу, что правильно считалось! - что люди, хорошо знающие весь проект, должны прийти на пульт во время пуска для надзора и контроля правильного исполнения всех операций.

Пуск сопровождался и расчётным путём. Конечно, у расчётчиков не было таких больших прав, как у контролирующих физиков, но они, тем не менее, присутствовали на пусках, получали данные, тут же их анализировали.

Под расчётчиками я имею в виду не только "нейтронщиков". Это касалось не только нейтронной физики реакторов, но и теплогидравлических, механических и иных процессов.

По техническому проекту первую скрипку играл ОКБМ, а вот по всем вопросам, связанным с происходящими в реакторе физическими, теплофизическими, теплогидравлическими процессами, командовал ФЭИ.

Кроме того, для БН делалась специальная пусковая аппаратура. Это давало возможность следить за мощностью при самых низких уровнях.

Зачем такая аппаратура потребовалась? Стандартная аппаратура имеет определённую чувствительность, которой при пуске не хватало. Также у стандартной аппаратуры есть ограничения по её использованию. В пусковых режимах их пришлось бы нарушать, а это нехорошо.

Поэтому делалась пусковая аппаратура, она была на БН-350, потом в усовершенствованном варианте и на БН-600.

Что входило в состав пусковой аппаратуры? Это не только реактиметр или импульсные или токовые определители уровня цепной реакции, но и более сложные устройства, позволяющие отслеживать динамические процессы.

Вот вам конкретный пример. Вы отключаете насос. Конечно, эта ситуация рассчитывается. Но вот у вас реальный реактор, у него соответствующий уровень мощности, вы снижаете обороты насоса или даже отключаете его. Фактически вы проводите эксперимент и получаете бесценные данные, важные не только для конкретной установки. С помощью таких данных, записанных пусковой аппаратурой, вы сможете в дальнейшем усовершенствовать свои расчётные методы и модели.

Пуск БН-350 - это была задача, если не основная, то, по крайней мере, большая и важная для нашего отдела. Мы разработали для шевченковского реактора массу документов. Положение о дежурном физике, положение о пусковой аппаратуре, положение о том и о сём... Жуткое количество бумаги! Потому что для быстрого реактора в нашей стране тогда многое делалось впервые.

Конечно, корни были, то есть, было на что опереться. Был реактор БОР-60, хотя надо честно признаться, что там "труба пониже и дым пожиже". Был и реактор БР-10. Так что к пуску БН-350 мы пришли подкованными.

Вы вспомните, какие силы были задействованы в ФЭИ по быстрому направлению! В отделении, которыми командовали Орлов Виктор Владимирович, а затем Троянов Михаил Федотович, были представлены все важнейшие направления по обоснованию проектов реакторов на быстрых нейтронах.

Технический отдел (руководители Кочетков Лев Алексеевич, Багдасаров Юрий Ервандович), расчётный отдел (руководители Троянов Михаил Федотович, Матвеев Вячеслав Иванович), экспериментальный отдел (руководители Морозов Иван Георгиевич, Казанский Юрий Алексеевич). Естественно, руководил всей деятельностью Александр Ильич Лейпунский.

Динамикой реакторов занимался Игорь Алексеевич Кузнецов. Свою систему они поставили сначала на БН-350, а к БН-600 она уже дошла до отметки "высший класс". Кстати, И.А.Кузнецов недавно вместе с Владимиром Михайловичем Поплавским написал книгу "Безопасность АЭС с реакторами на быстрых нейтронах", книга уже издана.

Юрий Алексеевич, Вы сказали про документы. Регламентирующие документы, как бы мы их сейчас назвали. А от чего вы тогда больше отталкивались при их разработке? От опыта быстрых реакторов малой мощности или от опыта энергетических, но тепловых реакторов?

Все наши документы шли от законодателя мод - а именно, управления по безопасности, атомнадзора. Это единая система, которая разрабатывает правила. Для нас это правила ядерной и радиационной безопасности.

В реакторах на быстрых нейтронах есть ещё одна проблема - это натрий. У него есть хорошие стороны, но ведь он горит, да ещё как! Жёлтый дым идёт, дышать невозможно.

Вторая проблема натрия - у него высокая наведённая активность. Образуется ²⁴Na с очень коротким периодом полураспада.

Я, наверное, не обижу никакую другую организацию, сказав, что ФЭИ по вопросам натрия был закопёрщиком. Взять хотя бы таких специалистов, как П.Л.Кириллов, Ф.А.Козлов, П.А.Ушаков, А.В.Дробышев, а ещё такого человека, как Р.П.Баклушин, одного из тех, кто по натрию в нашей стране был тоже большим молодцом.

Вы не знаете, наверное, такую деталь биографии Рудольфа Петровича - его "продавали" на БН-350 для того, чтобы он там главным инженером был. Он не очень хотел из Обнинска уезжать на берег Каспия. Но, тем менее, лет пять он там проработал, и это было очень полезно для дела.

Расчёты и программы

Была уникальная лаборатория, которой руководил М.Я.Кулаковский. При пуске реактора они сняли картограмму мощностей радиоактивного излучения при низких мощностях. Такое впечатление, что это было сделано впервые.

С расчётами совпало?

С расчётами немного хуже. Лучше всего считать реактор, потому что там нет сильных градиентов плотности потока нейтронов. Как только появляется пространство, в котором нет рождения нейтронов (зоны воспроизводства, биологическая защита), задача сводится к проблеме прохождения нейтронов. И начинаются сложности. Защита всегда считалась не очень хорошо.

Дело не только в расчётах может быть. Расскажу вам историю одну про защиту на подводной лодке. Представьте себе переборку между отсеками, в одном работает реактор, в другом находятся люди. Переборка сделана в виде ячеек, толщина примерно сантиметров 15, залита свинцом.

Когда стали пускать реактор, оказалось, что переборка вся дырявая. Стали её фотографировать... Как же всё тогда быстро делали! Взяли свинцовую сферу с источником γ-квантов около 1 Ки. С одной стороны переборки подвесили источник, с другой - налепили рентгеновской плёнки. За сутки-двое всё сделали.

Анатолий Петрович Александров интересовался лично, спускался ко мне в отсек, где я сидел. И одним из первых увидел результат на проявленных плёнках. Оказалось, что когда заливали свинец, углы получились не залитыми. Вот и светило вовсю! Решение придумали быстро - всего-навсего, две дырки делать.

Привёл вам этот пример, в частности, чтобы лишний раз вы представили себе, насколько быстро можно было тогда работать. Сейчас бы потребовалось написать целый труд об организации работ, о безопасности их проведения. Потребовались бы десятки подписей ответственных и не очень руководителей... Наверное, это правильно. Сегодня квалификация в среднем стала ниже, а тогда больше доверяли людям, их опыту и знаниям.

БН-600, проходная

Теперь о БН-600. Когда встал вопрос о подготовке к пуску БН-600, то первое решение дирекции ФЭИ было таким: "Возглавить его должны экспериментаторы".

Экспериментаторы у нас были сосредоточены, в основном, на БФС и в лабораториях №68, №53 и №12. Они умели делать приборы, методики и прочее. В отделе Ю.Е.Багдасарова группа И.А.Кузнецова - это тоже были экспериментаторы, исследовавшие со своей аппаратурой динамику реактора.

Начали составлять проект того, что будет делаться во время пуска. У такого проекта есть две составляющие. Первое - то, что запишут по ядерной и радиационной безопасности. Например, обязательно нужно измерить аварийную защиту - удовлетворяет или не удовлетворяет, посмотреть скорость движения натрия и так далее. То есть, обязательные к измерению вещи.

Вторая составляющая - немного "подпольная". В неё входит то, что хотели бы получить те, кто занимается обоснованием проектных данных. Они говорят: "Ну как же так! Нам просто жизненно необходимо померить отношение вероятности взаимодействия на уране-238 для того-то и того-то". Но для пуска данного реактора явной необходимости в такого рода измерениях нет. Такого рода измерения требуются для следующих, проектируемых реакторов.

В управлении народ был грамотный. Они смотрели все наши "хотелки" и отделяли, что можно будет выполнить, а что нет. Особенно этим отличался Владимир Петрович Невский, убедить его было трудно.

Мы разрабатывали программу физического пуска реактора, описания экспериментов, описания безопасности. Много сделали известные сейчас люди.

Со стороны расчётчиков это В.И.Матвеев, Г.М.Пшакин, В.А.Чёрный, А.П.Иванов. С нашей стороны, со стороны экспериментаторов - А.И.Воропаев, И.П.Матвеенко, В.Г.Двухшерстнов, В.А.Дулин, С.П Белов, А.В.Звонарёв.

Начальники смен БФС играли большую роль не только при разработке документации, но непосредственно при проведении физического пуска реактора - например, В.Ф.Мамонтов, П.Л.Тютюников.

Одновременно проводились аналогичные работы по подготовке энергетического пуска реактора БН-600. Дирекция института приняла решение о назначении Л.А.Кочеткова руководителем энергопуска, а мне поручили научное руководство физическим пуском.

Большие возможности нам предоставили, между прочим. Все работы по завершению работ по пуску реактора БН-600 выполнялись во всех подразделениях ФЭИ быстро и качественно.

Какие эксперименты были проведены?

Как я сказал, были обязательные и те, которые мы хотели сами. И был В.П.Невский, который говорил: "Мне все эти ваши игры...". И добавлял крепкие слова.

Когда мы привезли ему программу физического пуска, и он посмотрел, сколько времени мы хотим на него затратить, он постановил: "Ничего подобного, десятую часть от этого разрешаю, и гуляйте!". Такой характер был, жёсткий.

У меня тоже характер имеется. Отвечаю: "Ладно, давайте вообще ничего не делать".

"Нет уж, будешь делать как миленький!" - он всех на "ты" называл.

"Тогда скажите, что конкретно из этого списка не делать?".

"Вы умные, вот вы и разбирайтесь. Иди думай!".

Тогда главным инженером БН-600 был Купный Валентин Ипполитович, преданнейший делу мужик. Он принимал все удары на себя. Да, нам пришлось-таки сократить пусковую программу, но не в десять раз, как хотел В.П.Невский, даже не в два раза, а всего на 20%.

После чего на одном большом совещании было сказано: "Вот, физики говорили, что им нужно два месяца, а управились в полтора. А сначала упирались...".

Юрий Казанский, фото Сергей Стожилов

Об экспериментах

Какие эксперименты были в итоге? Измерения всех стержней СУЗ. Измерения минимальной критмассы, когда зона малого обогащения без всяких стержней - первая очень важная цифра. Вторая цифра - когда грузили 18 компенсирующих стержней. Потом вставляли 19-ый поглощающий стержень, его называли ТКР - температурный компенсатор реактивности (правда, потом всё оказалось немного не так, но неважно).

Далее - пуск, сам набор критмассы, и на каждом уровне, когда мы выходили в критику, у нас был некоторый минимум, в котором в основном были требования расчётчиков, потому что где и когда повторишь в натуре критмассу в варианте чистого топлива без стержней.

Потом были очень важные работы, которые возглавлял Звонарёв Анатолий Васильевич со своей лабораторией. Они смогли сделать миллиметровые проволочки, внутрь которых вставлялись индикаторы - кусочки золота, железа, урана. Они брали ТВС, самую настоящую, вытаскивали её, протягивали эти штуки, а потом вынимали. Это были, в полном смысле слова, уникальные эксперименты. Они дали возможность посмотреть пространственное распределение нейтронных потоков, хотя и не очень подробно.

Мерить натриевый коэффициент реактивности на БН-600 нам не разрешили. Зато уж на БН-350 с ним была целая эпопея!

На БН-350 были сделаны специальные тепловыделяющие сборки, один к одному, но натрий через них не проходил. Таких сборок было три. Вывели реактор на мощность - низкую, мощность источника.

Самое главное было так остановить реактор, чтобы ничего не трогать. Сам эффект очень маленький, мизерный, на фоне прочих эффектов его не увидишь. Решили сделать с одним стержнем, от одного положения до другого. А потом взяли те же самые ТВС, разварили окна и опустили в реактор. Они сразу же заполнились натрием. Получили в итоге два варианта, с натрием и без натрия, в этих трёх сборках.

Уникальный эксперимент был! Но на БН-600 нам сказали: "Хватит, поигрались!". К сожалению, на БН-350 у нас получилась слишком большая погрешность. Так что в этом плане эксперимент вышел не лучший. Зато живой, настоящий.

Ещё очень важные вещи - эффекты реактивности. Туда можно отнести все эффективности стержней, температурный эффект реактивности...

Нет, это заслуживает отдельной темы. Знаете, что мы сделали на БН-600 впервые в стране? Мы вытащили из температурного коэффициента реактивности Допплер-эффект.

Представляете, какая чувствительность была у реактиметров, сделанных у нас в лаборатории в 1969 году? Стоит реактор, работают насосы. Вы ничего не делаете, а реактивность реактора падает. И это отслеживалось красиво и хорошо, хотя сам эффект маленький, 10^-4ΔK/K. Наш реактиметр был делом рук П.Л.Тютюнникова, Ю.Л.Милованова и др.

В чём было дело? Оказывается, из-за того, что работают насосы, реактор греется. Только разогревали без второго контура, там ещё не было теплообменников, мы же физпуск делали. И если разогреешь, остывать он будет долго.

Интересный эффект был ещё один. У вас могут измениться обороты насоса. При изменении оборотов насоса, естественно, будет изменяться температура в активной зоне. Это понятно. Но был ещё эффект, важный для И.А.Кузнецова.

Как только изменяются обороты насоса, мгновенно изменяется реактивность. Это связано с тем, что изменяется напор насосов, и если он увеличивается, то зона расходится в стороны. Совсем мало, но эффект есть. Мы его получили, изучили.

Следующий важный эффект. У натриевого реактора нет давления в зоне. Но очень плохо, если в реактор будет попадать воздух. Тогда конструктора сделали газовую полость, которую держали под избыточным давлением - примерно одна десятая атмосферы.

Но совершенно ясно, что в зависимости от колебания натрия может меняться давление в этой полости. А раз меняется давление, то что-то поменяется и в реакторе. Этот эффект мы измерили, и называли его "барометрическим".

Была ещё одна важная работа (впрочем, все работы были важными), которую выполняли сотрудники лаборатории М.Я.Кулаковского. Я про неё уже упоминал. Они составляли картограмму мощностей радиоактивного излучения по всем помещениям (обслуживаемым и необслуживаемым) по мере повышения мощности реактора. И они измеряли выбросы в окружающую среду радиоактивных продуктов.

О расчётчиках и экспериментаторах

Предварительные расчёты делались?

Да. Но тогда таких, как сейчас, расчетных возможностей не было. Но была расчётная группа, оперативно всё делали, на самолёте летали.

Очень хорошее совпадение было в расчёте критмассы, ошибка была в треть стержня или половину ТВС. Это очень маленькая погрешность.

То, что расчёт прекрасно совпал с измеренной критмассой, было неудивительно, поскольку были расчёты моделей реактора, реализованных на стендах БФС. Но прекрасное совпадение позволяет рассматривать эксперимент в качестве ненужного и дорогого развлечения. Это была обычная ситуация - после эксперимента вносятся различные поправки, которые сближают результаты эксперимента и расчёта.

В связи с этим я внёс предложение, за которое меня критиковали расчётчики. Да и начальство тоже не отставало. Как было поставлено на БФС? Экспериментаторы измеряют, расчётчики забирают данные, уходят и что-то с ними делают - используют для совершенства расчёта. В результате в расчётно-экспериментальным отчёте приводятся данные о прекрасном совпадении расчёта с экспериментом. Зачем же эксперимент?

А я пытался поставить дело по-другому. Например, мы измеряем на БФС какой-либо эффект. Когда закончим, то даём конверт с результатами измерений, а расчётчики должны дать свой конверт с результатами расчётов. Сопротивление идее было очень большое и предложение не прошло. Но тогда бы роль эксперимента стала сразу видна, но расчётчикам пришлось бы немного сложней.

После окончания физпуска БН-600 была большая эпопея, связанная с измерением пространственных распределений с помощью микротрубочек. Кстати, впоследствии, используя микротрубочки, группе А.В.Звонарёва удалось измерить непосредственно коэффициент конверсии.

Как это было сделано? Берёте свежий твэл, взвешиваете на весах, а потом ставите его в реактор. Он поработает, и потом вновь ставите его на весы, прежде чем разрезать. Разница в весе - это та энергия, которая выделилась, то есть, можно найти, какое количество делящихся ядер исчезло.

Когда Анатолий (Звонарёв) мне в первый раз изложил свою идею, я ответил ему честно и откровенно: "Ты с ума сошёл!". Но сели, посчитали... Можем с точностью до миллиграмма взвесить килограмм? Можем, есть весы такие.

Конечно, всегда нужно было определить, где и какие подстерегают незапланированные изменения массы. Но если удалось измерить вес точно, то тогда можно определить количество делений. А вот после определения количества делений надо разрезать и измерить, сколько в составе топлива плутония. Этого достаточно для нахождения коэффициента конверсии.

И как, правильно?

Да. Но отчёты эти все были секретные. На БН-350 коэффициент конверсии был 1,03 при погрешности 0,01 или 0,02.

Была у нас очень хорошая горячая лаборатория, где были Владимир Ильич Галков, А.Г.Козлов и другие прекрасные химики. Они работали, им интересно было. Поэтому такие эксперименты можно было сделать.

Кстати, такого рода эксперименты позволяли решать и практические вопросы. Например, вы получили свежее топливо, расписались. В нём столько-то твэлов, столько-то килограмм того, сего. Запустили в реактор, выгрузили.

После того, как пройдёт примерно три года выдержки во временном хранилище, вы можете отправить топливо на переработку. Но те, которые получали топливо, говорили: "Напиши, сколько сдал плутония". Да ещё и без плюс-минус.

Потом вмешались умные люди и сказали, что при переработке тоже погрешность есть, только она не пишется и не определяется.

БН-600

Сюрпризы физпуска

Физпуск БН-600 был выполнен за довольно короткое время потому, что в ФЭИ сделали очень хорошую к нему подготовку. Лучшие кадры института были доступны. Оборудование, которое было нужно, было у "пускачей". И отношение к делу было, я бы сказал, приподнятое.

Получается, что физпуск прошёл без сюрпризов.

Было два сюрприза. С одним пришлось повозиться. Когда измерили температурный коэффициент реактивности, оказалось, что уж очень здорово он отличается от расчётного. Даже мы, экспериментаторы, не злорадствовали, понимали, что что-то здесь не так.

В чём оказалось дело? Есть реактор, над ним висят штанги, метров шесть, если не больше. На них висят поглощающие органы. Когда изменяется температура, наверху она остаётся той же самой. Над активной зоной она другая, а между этим точками - третья температура. Получается, что когда изменяется мощность реактора, появляется перемещение стержней относительно активной зоны.

Второй сюрприз был вот какой. В начале физического пуска сбилась система наводки перегрузочного устройства на головки тепловыделяющих сборок.. А там же натрий, всё втёмную. Активная зона, над ней две поворотные пробки. Их вращение позволяет захватному устройству оказаться над любой из ячеек. Захват идёт, и он должен сесть точно на выступ. Не попадёт - значит, сбита настройка.

Ну вот настройка и оказалась сбитой. Настраивали при одной температуре, а работать надо было при другой. Но перенастроились довольно быстро.

А из неприятностей? Не знаю. Не было у нас неприятностей. Для нас физпуск как праздник был. Мне кажется, что на БН-800 сейчас как-то не совсем так всё делается. Не делать пусковую аппаратуру - это не экономия. Бесправие физиков - это совсем неправильно.

Сколько времени занял физпуск БН-600?

Около двух месяцев. Круглосуточная загрузка была, круглосуточно отчёт вёлся.

Когда что-либо загружаешь в реактор, нужно отцепить все стержни. Без этого невозможно вращать пробки. На это очень много времени уходило. На операции сцепления-расцепления вначале уходило чуть ли не сутки. Потом что-то изобрели и стало меньше, но всё равно даже не час-другой. Поэтому когда расчётчики говорили "Давай посмотрим что-то там", значит, на сутки остановились.

А подготовка к физпуску сколько занимала?

Больше всего времени уходило на изготовление приспособлений и аппаратуры. Этим занимались отдел Л.А.Маталина и его прекрасные специалисты Л.А.Тимохин и Ю.С.Кулабухов, лаборатория Б.Г.Дубовского. Они делали токовые детекторы, токовый измеритель мощности, они его "ТИМка" называли.

Второе, на что уходили время и силы - "бумагописание". Легче всего всегда было написать первую часть документа - что нужно то-то и то-то. Потом писалось - в какой последовательности. Тут уже надо было думать. А потом для каждого пункта нужно было написать исполнителей, требования, инструкции, методику, задания. Это делалось, в основном, в лабораториях С.П.Белова и А.В.Звонарёва, и лабораториях отдела В.И.Матвеева.

Закончился физпуск БН-600, и настало время экспериментов на ненулевой мощности, на этапе между физпуском и энергопуском. Но об этом пускай расскажут другие люди - например, Р.П.Баклушин, Л.А.Кочетков, И.А.Кузнецов, В.М.Поплавский.

Спасибо, Юрий Алексеевич, за интересное интервью для электронного издания AtomInfo.Ru.

Юрий Казанский, фото Сергей Стожилов

Ключевые слова: История, Быстрые натриевые реакторы, ФЭИ, Интервью, Юрий Казанский

---

Другие новости:

Новым руководителем АО ГНЦ НИИАР назначен Александр Тузов

Тузов - выпускник ФЭФ ИАТЭ.

"Ludovika Energy" подала новую заявку на словацкое урановое месторождение

Срок действия новой заявки - 10 лет.

В мире действует 443 и строится 66 блоков - PRIS

В 2015 году пущено пять блоков и начато строительство одного.

---

---

---

---

Поиск по сайту: