Владимир Троянов: беседа на полях Нейтроники

AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 14.06.2022

Конференция "Нейтронно-физические проблемы атомной энергетики" - "Нейтроника-2022" прошла в Обнинске с 31 мая по 3 июня 2022 года.

Во время конференции на вопросы корреспондентов электронного издания AtomInfo.Ru ответил научный руководитель ФЭИ Владимир ТРОЯНОВ.

ПРОДОЛЖЕНИЕ ПОСЛЕ ФОТО

Владимир Троянов, фото AtomInfo.Ru

Французская потеря

Владимир Михайлович, "Нейтроника" проходит после международной конференции FR22 (или FR21, как она первоначально называлась). Как Вы оцениваете текущее состояние дел в мире в области быстрых реакторов?

К сожалению, конференция FR21 по объективным причинам получилась смазанной. Менялись сроки, не смог принять конференцию Китай из-за пандемийных ограничений.

На конференции были интересные презентации в треке по топливу и материалам. В частности, это обзорный доклад, который был подготовлен большой группой авторов, а выступил с ним Фредерик Серр из Франции. Ваше издание опубликовало статью по содержанию этого доклада.

Мне приятно, что по топливу и материалам для быстрых реакторов продолжают появляться взвешенные и серьёзные публикации. Так, год назад большой обзор по топливу подготовила и опубликовала мадам Шовэ, француженка и очень компетентный специалист.

В целом, если сравнивать FR21 и FR17, то видно, что за последние пять лет в мире мало что изменилось в лучшую сторону. Китайская и индийская программы выполняются, хотя и разными темпами. У американцев продолжается неразбериха, возникают новые проекты, потом они не получают поддержки и продолжения, как случилось с проектом исследовательского реактора VTR. Остаётся неопределённость у Японии и Южной Кореи.

Самое печальное обстоятельство для мирового быстрого сообщества - потеря темпа во Франции. Это особенно неприятно потому, что в своё время у нас с французами складывался неплохой тандем.

Я принимал участие в сотрудничестве по линии "Росэнергоатома" и EDF, мне было поручено направление взаимодействия по топливу, активным зонам и физике реакторов. С французской стороны за него отвечал Ноэль Камарка (Noel Camarca), к сожалению, сейчас он на пенсии.

Что конкретно обсуждалось с французами? Были разговоры, если мы правильно помним, о совместном проекте быстрого реактора.

Были, но более интересные результаты, на мой взгляд, другие. Взаимодействие и информационный обмен с французами оказались для нас полезными в части систематизации подходов к сооружению быстрых реакторов.

Как вы прекрасно знаете, сегодня в нашей стране будущее атомной энергетики представляют как двухкомпонентную систему с тепловыми и быстрыми реакторами. Мне лично эта концепция известна с 1973 года, когда на первом курсе я прослушал лекцию по введению в специальность.

Но программным заявлением и стратегическим путём развития двухкомпонентная система у нас очень долго не являлась! Всё время происходило взаимное отрицание сторонами друг друга. Консенсус наступил только при написании "Стратегии-2018", когда все стороны признали необходимость сосуществования.

Мне трудно объяснить, почему мы так долго достигали взаимопонимания между направлениями. Но точно могу сказать, что помогли ему наши регулярные контакты с французами, совместные семинары, технические совещания, и так далее.

Другой важный вывод, к которому мы пришли по итогам общения с французами - концепция "лечения" плутония в рамках замкнутого топливного цикла. Французы, пожалуй, первыми в мире столкнулись на практике с тем, что организовать второй или третий обороты плутония в реакторах PWR невозможно.

Они показывали нам плутоний с содержанием 239-го изотопа 36-37%. Откуда его взяли? После второго оборота в PWR. И что с ним теперь делать? Появилась идея, которую позже подкрепили цифрами, что нужно отправлять его в быстрый реактор для лечения, то есть исправления в лучшую сторону изотопного состава. После прохождения через быстрый реактор плутоний вновь становится пригодным для прохождения через тепловой реактор.

Упомяну ещё программу по гетерогенному выжиганию младших актинидов. В какой-то степени она тоже была плодом взаимодействия с французскими коллегами.

К сожалению, как стало окончательно ясно после FR21, быстрая программа во Франции практически прервана, работы по проекту ASTRID более не ведутся, сроки строительства быстрых реакторов сдвинулись куда-то на 40-ые годы или далее. Как я уже сказал, для всего мирового быстрого сообщества это большая потеря.

Могут ли китайцы занять место французов?

Отвечу дипломатически. Китайцы очень осторожны, предпочитают осваивать технологии не спеша. Революций в области ядерной энергетики от Китая ждать не приходится.

Альтернативные варианты

Конференция FR21 в своём решении подтвердила, и мы с ним согласны, что самой развитой технологией быстрых реакторов является натриевая. Но есть и альтернативные варианты - ТЖМТ, тепловые трубки... На Ваш взгляд, происходят ли там прорывы?

Опыт показал, что освоение быстрых технологий занимает десятилетия. Конечно, на первых этапах становления отрасли бывало и быстрее. Вспомните, как в Обнинске построили быстрый реактор с ртутным теплоносителем и как скоро от него отказались, демонтировали и построили на его месте реактор БР-5.

По ТЖМТ я по-прежнему разделяю свинец и свинец-висмут из-за их разницы в температурах плавления, причём основываюсь на опыте тех подразделений, в которых я ранее работал и руководил.

Обращение со свинцом - это довольно сложная техническая задача, в то время как со свинцом-висмутом всё намного проще. В том числе для него проще решается пресловутая проблема коррозионной стойкости материалов, так как в контуре есть более холодная, по сравнению со свинцом, холодная точка и легче обеспечить требование по содержанию кислорода в теплоносителе.

Теперь отвечаю на ваш вопрос. Я считаю, что по альтернативным натрию технологиям в мире остаются примерно на одном и том же уровне. За последнее время прогресса не было нигде и ни у кого.

Хотя китайцы утверждают, что у них есть стенд нулевой мощности на свинце-висмуте "Венера-3". Не все в это верят, потому что, кроме самих китайцев, никто этот стенд не видел.

Я не имею доказательств ни того, ни другого. Из общих соображений скажу так. То, что на свинце-висмуте можно сделать не только стенд, но и ядерную энергетическую установку, факт доказанный.

Важно другое. Всегда нужно обращать внимание на то, какие параметры эта установка будет выдавать, какие там будут температуры, режимы работы, ресурсы, длительность эксплуатации, и так далее.

Слушая выступления на FR21, у нас сложилось впечатление, что тяжелометаллический реактор в мире - это всё-таки малая энергетика. Особенно у китайцев это чётко было видно. У нас ведь тоже предлагали СВБР как нишевый реактор.

А я и сейчас так считаю. Дело в том, что свинцово-висмутовый реактор почти идеально подходит, если нам требуется обеспечить ненапряжённую активную зону.

Для СВБР это получается само собой. Там относительно небольшая тепловая мощность. Размеры реактора определяет не только мощность, но и другие причины. В результате реактор выходит разгруженный, темпы выгорания медленные, ресурс большой... Всё это можно показать на цифрах, но это предмет отдельного разговора.

Развитие БН

От FR21 перейдём к "Нейтронике-2022". На обнинской конференции были очень интересные доклады и ещё более интересные дискуссии. Например, по БН-1200М прозвучали справедливые, на наш взгляд, вопросы о том, насколько обоснована интегральная компоновка с точки зрения ремонтопригодности.

Да, такие вопросы были. Говорилось о том, что в борьбе за повышение экономических показателей БН-1200М были предложены технические решения, которые нужно считать инновационными и неопробованными, и что их нужно отработать.

Разработчик реактора с этим полностью согласен! Могу сказать, что у них существует программа экспериментальной отработки, включающая все основные предложенные инновационные технические решения.

Программа большая и трудоёмкая. Например, она включает отработку циркуляционных насосов второго контура. Предложенный насос позволяет сильно сократить строительные объёмы, но он ранее не применялся, и для него потребуются испытания.

Испытания двигателей насоса уже проведены, это было сделано у нас в ФЭИ на стенде. Испытания насоса в сборе ещё предстоит выполнить. Задача сложная, потому что стендов с такими расходами и с таким количеством натрия не существует ни в России, ни в мире. Значит, такие стенды нужно построить, потому что испытания насосов на ресурс обязательны по требованиям федеральных норм и правил.

Есть и другие инновационные решения - например, парогенератор. Их нужно отработать, но всё это предусмотрено конструктором БН-1200М.

У нас есть вопрос из истории БНов. В своё время Олег Дмитриевич Казачковский считал хорошим способом удешевления быстрых натриевых реакторов изъятие из проекта промежуточного контура и переход к двухконтурной схеме. Для этого, по его мнению, требовалось повысить надёжность парогенераторов.

Два контура дешевле, чем три, и это очевидно, но я бы к такой идее относился с большой осторожностью.

Считать-то можно, но надо доказать надёжность парогенератора, а точнее, очень малую вероятность отказа, которая в двухконтурной схеме должна быть где-то на уровне 10^-8 1/год. На мой взгляд, сегодня доказать это невозможно.

Хорошо, тогда что Вы думаете по поводу новых конструкционных материалов для БН?

Такие вопросы на "Нейтронике-2022" задавались, и я скажу, что по этому направлению обязательно нужно работать. Основная проблема в том, что те материалы, которые сегодня называют основными, известны на протяжении десятилетий.

Возьмите сталь ЭП823. Мне доподлинно известно, что эта сталь была защищена авторским свидетельством в СССР в 1978 или 1979 году. Когда-то давно я был начальником лаборатории конструкционных материалов, и у меня работали авторы стали ЭП823, в том числе, Светлана Михайловна Голубенкова.

То есть, стали ЭП823 более 40 лет, но на сегодняшний день она считается одной из основных, причём наблюдаются попытки доказать, что она - лучшее, что есть в природе. Но стоит всё же искать и новые материалы. В конце концов, в 70-ые годы Светлана Михайловна взяла и придумала сталь ЭП823. Мы тоже могли бы придумать что-то своё.

На имеющихся материалах мы нащупали пределы по повреждающим дозам и преодолеть их, скорее всего, не сможем. По аустенитным сталям пределы понятны, это где-то 110-120 с.н.а., что ограничивает выгорание величиной 13-14%.

Ферритномартенситные стали, на мой взгляд, создали бы дополнительные возможности. Сейчас они не реализуются, потому что основной упор в исследованиях делается на смешанное нитридное топливо (СНУП), а у него предел работоспособности будет исчерпан при меньших уровнях выгорания.

Я готовил документ для совместного НТС, который провёл в 2012 году Сергей Владиленович Кириенко. В нём я обосновывал максимальные выгорания для стартовой загрузки БРЕСТ-300, они были невелики. Я и сейчас полагаю, что в силу природы СНУП-топлива глубоких выгораний на нём не достичь.

Получается так, что из-за топливной композиции мы не используем до конца ресурсы даже имеющихся конструкционных материалов, не говоря уже о гипотетических перспективных!

В то же время на MOX-топливе вполне реально достичь выгорания 17-18%, но для этого потребуются новые материалы. Ферритномартенситные стали, я считаю, могут помочь делу.

Судьба миноров

Ещё один доклад на "Нейтронике-2022", вызвавший оживление в зале, был посвящён результатам испытаний мавэлов в БОР-60. Для наших читателей расшифруем, что ВЭЛ - это выжигающий элемент, а МА в данном случае - младшие актиниды.

Насколько вообще имеет смысл заниматься такой работой? Мы часто слышим комментарии, что лучше бы эти ценные элементы не сжигать в реакторах, а использовать для других нужд. Например, из нептуния можно получать плутоний-238 для освоения космоса.

Очень объёмный вопрос, и я разобью ответ на части. Прежде всего, сегодня внедрять в промышленность дожигание минорных актинидов преждевременно, потому что заводов с фракционированием у нас нет.

Выделение из состава ОЯТ миноров - работа сложная и высокотехнологичная. Безусловно, она должна быть автоматизирована, совершенно недопустимо, чтобы ей занимались "члены профсоюза в резиновых перчатках".

Первая такая переработка у нас плаиируется на ОДЭК, который сейчас строится на территории Сибирского химкомбината, а это горизонт примерно 10 лет.

Второе. После того, как выделение младших актинидов начнётся в России в промышленных масштабах, их накапливаемое количество превзойдёт любые, самые фантастические потребности как космонавтов, так и других возможных потребителей ритэгов на ²³⁸Pu и другой продукции, которые мы могли бы производить, используя миноры как сырьё.

Скажу больше. Мы несколько раз предлагали проекты по наработке плутония-238 в быстром реакторе. Потребителей и заказчиков мы так и не нашли, их в России нет.

Вы можете, конечно, что-то сейчас придумать в ходе нашего разговора, но я уточню. Наработка плутония-238 процесс дорогостоящий, и кто-то должен за него заплатить, или заказчик, или государство. Так вот, желающих заплатить на производство плутония-238 мы не нашли. Вообще не нашли!

Повторюсь, что гипотетическим потребителям потребовались бы относительно малые количества того же плутония-238, а у нас выход миноров будет исчисляться сотнями (!!) килограммов в год. Такие количества точно никому не нужны.

Итак, заводов с фракционированием нет, но со временем они появятся, промышленное выделение миноров начнётся в России где-то в 40-ых годах. Казалось бы, времени достаточно, но на самом деле не всё так просто.

Начнём с того, что мы не умеем считать материальные потоки. В докладе, о котором вы упоминали и с которым выступил Алексей Леонидович Ижутов (НИИАР), приведены экспериментальные и расчётные данные по изотопным составам мавэлов после облучения, и вы своими глазами видели, какие там расхождения.

Более того, был задан вопрос: "Каковы источники погрешностей расчёта?". А мы и на это сегодня ответить не можем. Константы ли, расчётные модели ли, методики экспериментов...

Далее, мы не смогли пока выбрать, как именно выжигать младшие актиниды. В тепловом реакторе или в быстром реакторе с жёстким спектром, гомогенно или гетерогенно... Я считаю. что выжигание должно быть гетерогенное. Нейтронщики любят поговорить о сечениях, но определять-то всё в конечном итоге будет остаточное энерговыделение топлива.

Что именно следует дожигать? По кюрию есть предложение оставить его в покое, не трогать и подождать, когда он сам распадётся. Хорошо, но тогда нужно определиться с матрицей для хранения и способами хранения. Нужен проект приповерхностного хранилища с охлаждением и системами безопасности, нужны контейнеры для хранения или, скорее, банки с загрузкой по кюрию не более полукилограмма из-за высокого энерговыделения. Всего этого сегодня у нас нет.

Подводя итог, я считаю, что выжигать миноры придётся, начнётся выжигание где-то в 40-ые годы, и к тому моменту мы должны получить ясные и понятные рекомендации по технологии и техническим приёмам. Для этого нам сегодня нужно начинать комплекс НИР с обязательными практическими результатами.

Спасибо, Владимир Михайлович, за интересную беседу с корреспондентами AtomInfo.Ru.

Ключевые слова: ФЭИ, Владимир Троянов, Мнения, Статьи

---

Другие новости:

На площадке Курской АЭС-2 установлен корпус реактора ВВЭР-ТОИ

От этого события ведётся отсчёт до начала пусконаладочных работ.

На первом энергоблоке Курской АЭС-2 завершился монтаж парогенераторов

Далее - монтаж корпуса реактора.

Вода Фукусимы - вопросы Китая и России

Китай и Россия передали список из 36 вопросов в МАГАТЭ.

---

---

---

---

Поиск по сайту: