Версия для печати

Атом по-пекински

Реактор на быстрых нейтронах уже прописали в столице Поднебесной

Для начала отметим как факт: первый в Китае быстрый реактор (China Experimental Fast Reactor) построен прямо в столице - на юго-западе Пекина, примерно в 45 километрах от центра. Здесь, за шестым транспортным кольцом, находится Китайский институт атомной энергии (CIAE). Если хотите - аналог Курчатовского института, выросшего из секретной Лаборатории № 2 на северо-западной окраине Москвы.

Спецкор "Российской газеты" и съемочная группа телеканала "Россия 24" первыми из иностранных журналистов получили доступ на ядерный объект в Пекине. Прежде здесь были только специалисты-атомщики, помогавшие в сооружении и пуске CEFR.

- Наш институт атомной энергии, известный теперь и как Институт современной физики Китайской академии наук, образован в 1950 году, - приветствовал журналистов из России президент-директор CIAE господин Вань Ган. - Другая важнейшая для нас дата - 27 сентября 1958 года, когда на территории института при содействии СССР был пущен первый исследовательский реактор на тяжелой воде. В том же 58-м с участием советских специалистов здесь запущен первый ускоритель-циклотрон…

"План 863": за этапом этап

Сейчас, через пятьдесят с лишним лет, первые исследовательские установки выведены из эксплуатации. Циклотрон, по словам директора института, демонтирован, как память остался лишь большой магнит. Здание первого реактора сохранено, в чем мы смогли убедиться, пройдя к нему через большой, ухоженный институтский парк с аккуратно проложенными пешеходными дорожками. В центральной части остановились на минуту перед мраморными бюстами ученых-атомщиков - корифеев их, китайского, Атомного проекта.

Своего участия в исследованиях и разработках, послуживших созданию первой для КНР атомной (1964), а затем и водородной (1967) бомб здесь не скрывают, напротив - гордятся этим. Как и вкладом в создание первой атомной подводной лодки (1971) для ВМФ Китая и первого спутника (1971) Земли, запущенного в Поднебесной.

Но теперь, по словам директора института, главной задачей возглавляемого им коллектива становится развитие атомной энергетики, в том числе атомной энергетики на новой технологической платформе. В Китае, подчеркнул г-н Вань Ган, принята стратегия трехэтапного развития в этой сфере: тепловой реактор - быстрый реактор - термоядерный реактор.

Что касается традиционных реакторов, в которых ядра урана-235 делятся так называемыми тепловыми (медленными) нейтронами, то они и в Китае давно переместились из сугубо научной сферы в область коммерческой эксплуатации. По официальным данным, представленным на "АтомЭкспо-2015" в Москве госкорпорацией CNNC, у нее в работе девять энергоблоков АЭС, двенадцать строятся, в планах - еще больше. Цель - поднять долю ядерной энергетики к 2020 году до шести процентов (80 ГВт), а в дальнейшем догнать или даже превзойти Францию по этим показателям.

Пока доля атомной генерации в общем энергобалансе Китая примерно два процента. Но это пока. Период ученичества, когда здесь строили первые АЭС по французским, канадским, американским, российским проектам, быстро проходит. На большинстве вновь строящихся энергоблоков уже сейчас применяют или намереваются применять реакторы и прочее важнейшее оборудование китайской или совместной разработки. То есть, первый этап - различные виды тепловых реакторов - Китай отработал и переходит, образно говоря, на второй уровень.

В государственном плане развития высоких технологий или, как его чаще называют, в "плане 863" освоение быстрых реакторов значится как важнейший приоритет. Это же задача была включена и в среднесрочную программу развития науки и технологий на 2006-2020 годы.

Сцилард, "Ферми", Superphenix и БОР-60

Впрочем, к реакторам на быстрых нейтронах, которые еще именуют бридерами, за Великой стеной начали присматриваться еще в конце 60-х годов прошлого века. К тому времени было известно, что сама идея о расширенном воспроизводстве ядерного горючего (бридер - по-другому размножитель) высказана в январе 1943 года в США Лео Сцилардом и подхвачена в СССР. С 1949 года под руководством академика Александра Лейпунского в Советском Союзе велась многоплановая исследовательская работа по созданию реакторов на быстрых нейтронах. Но первый экспериментальный реактор-размножитель тепловой мощностью 0,2 МВт был пущен в США, в ядерном центре в Айдахо, 20 декабря 1951 года.

В СССР похожий объект был введен в эксплуатацию четырьмя годами позже в Обнинске (Калужская область), где расположен Физико-энергетический институт и где в то время работал академик Лейпунский. Спустя год там же, в Обнинске, запустили экспериментальный реактор БР-2: топливом для него служил металлический плутоний, а в качестве теплоносителя использовалась ртуть.

В том же 1956-м консорциум нескольких американских компаний приступил к сооружению демонстрационного бридера "Ферми-1" мощностью 65 МВт. Через десять лет на нем произошла авария с расплавлением активной зоны. Реактор с большими затратами был демонтирован, после чего интерес американской промышленности к этой теме угас.

Тем временем в СССР построили и запустили экспериментальный БР-5 (после реконструкции стал называться БР-10) - в Обнинске. А в Институте атомных реакторов в Димитровграде (Ульяновская область) - многоцелевой БОР-60, в котором было применено МОХ-топливо (смесь диоксидов урана и плутония) и в качестве теплоносителя использован жидкий натрий. БОР-60 до сих пор в строю, и существует возможность продления его эксплуатации до 2019 года.

Пять миллиардов долларов на строительство полномасштабной АЭС с реактором на быстрых нейтронах Superphenix в свое время потратила Франция, но из-за возникших проблем с активной зоной на плутониевом топливе этот объект был остановлен в 1996 году…

Единственным (во всем мире!) работающим энергетическим реактором на быстрых нейтронах остается реактор БН-600 на третьем блоке Белоярской АЭС. Он рекордсмен по стажу работы - эксплуатируется в промышленном режиме с 1980 года и допускает продление срока службы до 2030-го. Кроме того, это самый мощный на сегодняшний день быстрый реактор с натриевым теплоносителем.

Первый в новом веке

Там же, на площадке Белоярской АЭС, построен и готовится к вводу более мощный и совершенный реактор БН-800. Сейчас завершаются подготовительные процедуры к энергетическому пуску. Оба реактора рождены в Опытном конструкторском бюро машиностроения им. Африкантова. Научный руководитель ОКБМ академик Федор Митенков за выдающийся вклад в разработку физико-технических основ и создание реакторов на быстрых нейтронах в 2004 году удостоен международной премии "Глобальная энергия".

Как уверяют конструкторы, в проекте БН-800 реализованы важные инновации для повышения ядерной и радиационной безопасности. Они основываются на пассивных принципах - значит, их эффективность не зависит от надежности срабатывания вспомогательных систем и человеческого фактора.

Все это в полной мере учтено при проектировании CEFR - первого и пока единственного ректора на быстрых нейтронах, построенного, испытанного и официально введенного в строй в XXI веке. В Китайском институте атомной энергии этим фактом особенно гордятся и благодарят за деятельную помощь российских коллег.

Первые контакты между специалистами двух стран по этому проекту начались в 1992 году. В рабочую группу с российской стороны вошли сотрудники ОКБМ им. Африкантова (Нижний Новгород), Санкт-Петербургского института "АТОМПРОЕКТ" и Физико-энергетического института (Обнинск, Калужская область).

- К тому времени наши специалисты уже имели представления о быстрых реакторах с натриевым теплоносителем, - рассказывает директор института Вань Ган. - Дополнительно изучали теплогидравлику, нейтронную физику, материаловедение, особенности обращения с ядерным топливом и специальным оборудованием. Попутно уточнялись цели всего проекта. Во-первых, создание самой реакторной установки. Определили, что это будет экспериментальный реактор с тепловой мощностью 65 мегаватт, электрической - 20 МВт. Во-вторых, освоение новых технологий. В-третьих - подготовка кадров. И уже в финале - проведение запланированных испытаний, исследований, экспериментов. CEFR был нам нужен как основа, платформа, чтобы с нее, получив необходимый опыт, двигаться к созданию демонстрационного, а затем и серийных, коммерческих энергоблоков АЭС с реакторами на быстрых нейтронах.

Как в России, только строже

Концептуальный проект CEFR был разработан китайскими специалистами и передан на рассмотрение российским коллегам. Затем, с учетом полученных замечаний и встречных предложений, вся концепция, включая технические требования и основные компоненты реактора, была детально обсуждена на совместном совещании в мае 1993 года и получила одобрение "в верхах".

Во второй половине 90-х настал этап инженерного проектирования. Уже упомянутые ОКБМ, питерский "АТОМПРОЕКТ", ФЭИ и ОКБ "Гидропресс" (Подольск, Московская область) образовали, по выражению китайских коллег, "проектное сотрудничество" и работали согласованно, профессионально, учитывая все требования и пожелания заказчика. А исходные установки китайской стороны были даже более жесткими, чем нормы радиационной безопасности, нормативы по радиоактивным выбросам и сбросам, аварийным ситуациям, действовавшие на тот момент в российской атомной энергетике.

- Поскольку CEFR было решено строить в черте Пекина, а это не просто большой город - столица Китая, мы предъявили специальные требования к обеспечению безопасности, - объяснил при встрече с российскими журналистами главный деятель науки CNNC, академик Китайской академии инжиниринга Сюй Ми. - Даже при том, что вероятность расплавления активной зоны в этом реакторе ничтожно мала, мы настояли на применении пассивной системы отвода остаточного тепла. И - на установке поддона-ловушки для гипотетического расплава активной зоны. Главные циркуляционные насосы (ГЦН) заказали в России, но на случай экстренного расхолаживания попросили добавить в их конструкцию маховик, увеличив этим время выбега ГЦН, то есть циркуляцию теплоносителя при потере электропитания…

По словам Сюй Ми, при любой нештатной ситуации или даже запроектной аварии, не должна возникать потребность в эвакуации населения - все должно быть локализовано внутри энергоблока или в границах его охраняемой территории. В Национальном агентстве по ядерной безопасности КНР такой поход не сочли за перестраховку и позицию своих ученых поддержали.

- Ведь от стены здания, в котором смонтирован CEFR, до забора, которым обнесен институт, всего 153 метра, - с мягкой улыбкой акцентирует академик. - А дальше просто люди живут. Они не должны подвергаться опасности. Вот почему сегодня, оглядываясь назад, мы удовлетворены тем, что выдвинутые нами критерии отвечают нормам и требованиям по безопасности, предъявляемым к реакторам четвертого поколения.

В июле 2000 года, в присутствии президента России Владимира Путина и председателя КНР Цзян Цземиня, было подписано Соглашение о строительстве CEFR. В сентябре того же года директором строящегося реактора был назначен Вань Ган, теперь он директор всего института и события на его территории помнит в деталях.

- От заливки первого бетона до установки перекрытия над реакторным зданием (август 2002-го) прошло всего два года. В конце 2008-го завершили монтаж реакторного блока. В мае 2009 года начали заполнение контура натрием. В июне 2010-го приступили к загрузке топлива в реактор, а уже 21 июля первый раз достигли критичности. Ровно через год, 21 июля 2011-го, смогли поднять мощность до 40 процентов от номинальной, что на тот момент являлось для нас рубежной целью…

Чтобы это стало возможно, в КБ и на предприятиях "Росатома", вовлеченных в кооперацию с китайскими партнерами, в 2003-2005 годах были сконструированы, изготовлены и отправлены по назначению главные циркуляционные насосы первого и второго контура, промежуточные теплообменники, парогенератор, устройства для перегрузки топлива - всего семь типов важного оборудования реакторной установки, приборы и топливо для первых трех загрузок.

Но прежде были разработаны технические проекты системы контроля и управления (СКУ АЭС), технический проект реакторной установки и технический проект главного корпуса АЭС. Российские специалисты выполнили свои контрактные обязательства в полном объеме и в намеченные сроки.

Научи ученика, чтоб было, у кого учиться

Поставленное из России наукоемкое "железо" так и осталось бы железом, а ядерный реактор вряд ли стал бы эффективным инструментом для исследователей, если бы вовремя не позаботились о подготовке эксплуатационного персонала. А ее начали заблаговременно.

Нынешний заместитель директора CEFR по эксплуатации и обеспечению безопасности У Чуньлян как раз из первой партии старших инженеров управления реакторной установкой, которые обучались в России. Еще в 2002 году они прошли подготовку в Учебно-тренировочном центре НИИАР - это Димитровград Ульяновской области. Там же смогли увидеть в работе многоцелевой реактор БОР-60 и постажироваться на нем. Потом, уже по программе физпуска, обучались на специальных стендах Физико-энергетического института в Обнинске и ОКБМ "Африкантов" в Нижнем Новгороде.

- Вернувшись домой, уже вместе с российскими специалистами участвовали в пуско-наладке различных систем и оборудования CEFR, - рассказывает У Чуньлян, встретивший нас на блочном щите управления. - Потом сдавали экзамен, организованный Национальным агентством по ядерной безопасности. В 2008-м получили лицензии на право выполнения такой работы и стали операторами управления первой партии. А дальше, обучение второй партии операторов, проводили уже в "домашних условиях" - главным образом, на самом CEFR.

В итоге, по словам У Чуньлян, сложилась полная и целостная система обучения. Лицензию надзорного органа на право управления экспериментальным реактором получили уже 55 операторов, в том числе женщины.

В момент нашего разговора за пультом управления было всего два оператора, и один, старший смены - у них за спиной. Как объяснили, этого вполне достаточно, чтобы надежно, без суеты и нервозности, контролировать все параметры реакторной установки и присматривать за профилактическими работами, которые время от времени проводятся на оборудовании в режимных зонах.

Выслушав это объяснение, не смог удержаться и спросил, что написано большими красными иероглифами на стене за спиной у операторов БЩУ?

- Это девиз или, если хотите, принцип жизни всего института, - улыбнулся и тут же посерьезнел заместитель директора CEFR. - Перевести можно так. Первое - отдавай все силы, всего себя на благо Родины и государства. Второе - будь всегда на шаг впереди, изучай опыт других, находи и внедряй новое. А третье - оставайся честен во всем, дорожи доверием, сохраняй личную скромность.

Хороший, согласитесь, девиз.

И совсем не лишнее приложение к лицензии оператора ядерной установки.

Признание

По делам и честь

Правительство Китая высоко оценило заслуги российских специалистов в сооружении CEFR. Лауреатами международной премии "Дружба", учрежденной правительством КНР, в разные годы стали Владимир Поплавский (ФЭИ), Александр Кирюшин, Владимир Седаков, Виталий Костин (ОКБМ), Кирилл Сукнев, Владимир Ершов ("АТОМПРОЕКТ"), Петр Лавренюк (ОАО "ТВЭЛ").

Дословно

Ян Хунъи, директор, главный конструктор CEFR:

- После того, как 21 июля 2010 года мы впервые достигли на реакторе критического состояния, было проведено много испытаний и физических экспериментов. Спустя год, 21 июля 2011-го, подняли мощность до 40 процентов от номинальной и подключили CEFR к общей энергосистеме. Вслед за этим провели испытания на разных уровнях мощности, что связано с обоснованием безопасности. Например, испытание на обесточивание (потеря внешнего электроснабжения станции), на отключение одного ГЦН, на сброс нагрузки турбины. 15 декабря 2014 года реактор первый раз вышел на полную мощность и стабильно работал в течение 144 часов. Пять лет эксплуатации в тестовом режиме дали возможность провести оптимизацию оборудования, его отдельных систем и узлов, а главное - подтвердили правильность проектных решений и все показатели по безопасности. Одним словом, результаты эксплуатации положительны.

Какие дальше перед нами задачи? На базе CEFR оснащаем и оборудуем комплексные лаборатории и стенды по всему спектру задач. По существу строим Инжиниринговый центр развития технологий быстрого реактора, где будут изучать условия обеспечения безопасности, эффективности и надежности эксплуатации таких установок. В том числе переход от уранового к МОКС-топливу. Будем исследовать перспективные материалы, отрабатывать процедуры обращения с облученным топливом, изучать вопросы, связанные с воспроизводством и трансмутацией, разрабатывать новые программы и, конечно, отрабатывать технологии, испытывать оборудование для быстрых реакторов большой мощности.

Прямая речь

Сюй Ми, академик Китайской академии инжиниринга, главный деятель науки CNNC:

- Стратегия освоения быстрых реакторов в Китае предусматривает три этапа: экспериментальный, демонстрационный и коммерческий. Создание CEFR означает, что мы прошли первый этап. Сейчас китайская госкорпорация CNNC согласовала работы по исследованию и разработке демонстрационного быстрого реактора, намечено построить его в 2025 году. Это будет второй этап.

Кроме того мы начали исследование замкнутого топливного цикла на основании быстрого реактора: используем в этих целях CEFR, комплекс переработки отработанного топлива с горячей камерой, экспериментальную линию производства МОКС-топлива, опытный завод по переработке отработанного топлива. То есть уже сейчас мы стараемся выстроить всю цепочку замкнутого топливного цикла, пусть и в экспериментальном масштабе.

Тепловыдяляющие сборки (ТВС) для первых трех загрузок мы купили у России, в дальнейшем предполагается использовать отечественное МОКС-топливо. Для этого на реакторе CEFR будут проводить соответствующие испытания. Знаю, что уже разработан образец (имитатор) экспериментальных ТВС с МОКС-топливом для облучения в реакторе.

Одновременно с этим, стремясь ускорить коммерциализацию быстрых реакторов, активно ведем переговоры с Россией о двухстороннем сотрудничестве в проекте БН-800. Определенные договоренности уже достигнуты, возможные подходы согласованы. Искренне желаем продвижения этому многообещающему проекту.

Опубликовано в РГ (Федеральный выпуск) N6712 от 1 июля 2015 г.

Автор: Александр Емельяненков