В этом году Обнинск отмечает свое 65-летие, а Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского– 75-летие. Обнинские атомщики всегда отдавали предпочтение реакторам на быстрых нейтронах, которые сегодня вышли на первый план. Накануне профессионального праздника мы встретились с заместителем директора отделения ГНЦ РФ – ФЭИ Андреем Гулевичем, который уже много лет занимается физикой реакторов. Мы поговорили о перспективах энергетического сектора, о работах которые ведутся сейчас на комплексе критических стендов – уникальной установке, где реакторы проходят экспериментальную проверку.
Создали на века
Первый Большой физический стенд (БФС-1) был построен в ФЭИ еще в 1962 году. Специалисты не скрывают, что в начале пути знаний было недостаточно, поэтому атомщики решили сделать экспериментальную установку, где могли изучать физические параметры будущих реакторов.
— Это необходимо, для того чтоб подтвердить, что правильно была спроектирована конфигурация, — объясняет Андрей Владиславович. – Мы можем измерить нейтронные поля, эффекты реактивности, посмотреть, как работает система управления и аварийной защиты. Экспериментальные данные, полученные в ходе моделирования, используются, чтобы верифицировать теоретические коды, которые помогут при расчете реального реактора.
Сама установка была небольшой, всего лишь 2 метра в диаметре. Со временем мощность реакторов росла и их размеры тоже. Для их испытания в ФЭИ в 1969 году построили БФС-2, диаметр которого в 2,5 раза превышал «собрата».
— На двух БФСах было смоделировано огромное количество реакторов как для нашей страны, так и для зарубежных коллег из Франции, Америки, Японии, Южной Кореи и Китая, — рассказывает Андрей Гулевич.
Однако в начале этого века стало понятно, что стендам требуется модернизация. Но где взять средства? На помощь пришла федеральная целевая программа «Ядерные энерготехнологии нового поколения». И с 2010-го по 2016-й год комплекс обновляли и модернизировали. Работу провели колоссальную. Оборудование и приборы, особенно обеспечивающие безопасную эксплуатацию, конечно, пришлось заменить на современные, а вот сама конструкция установок сохранилась в первозданном виде. И это еще раз доказывает, насколько перспективно мыслили отцы-основатели ФЭИ.
«Моделирование реактора – это как детский конструктор»
Весной 2019 года БФС-1 запустили. Сделано это, по словам Андрея Гулевича, было очень вовремя, так как в ФЭИ существовало два «замороженных» контракта с Францией и Китаем. За 2019-й и 2020-й гг. обнинские физики успешно завершили эти проекты.
— Сейчас мы на БФС-1 проводим работы в обоснование нейтронно-физических характеристик, сооружаемого в России реактора МБИР. Он планируется к запуску в 2028 году, — говорит о работе Андрей Владиславович.
В предпусковом состоянии находится и БФС-2, для которого уже тоже есть работа. Реактор БН-800, функционирующий на Белоярской АЭС, хотят перевести с уранового топлива на смешанное – уран-плутониевое. Но прежде чем получить одобрение в Ростехнадзоре, надо выполнить исследования на БФСв ФЭИ.
— Следующий крупный проект, стоящий на очереди – моделирование основных характеристик реактора «БРЕСТ», — рассказывает Гулевич. – Я говорю так довольно легко про моделирование реакторов, но надо понимать, что это очень большая работа. На моделирование одного крупного реактора уходит год. Это как детский конструктор, собираемый из труб и блочков. Но сначала все тщательно рассчитывается, определяется местоположение каждого элемента, потом трубы загружаются в установку с соблюдением всех правил и норм безопасности. И когда уже собрана активная зона, физики проводят необходимые эксперименты.
А далее на очереди стоит надежда российского атомпрома – реактор «БН-1200». Его моделирование в ФЭИ запланировано на 2022-2023 годы и физики надеются на успешный результат и воплощение идеи в жизнь уже в 2030 году на Белоярской АЭС.
— 2020 год был для ФЭИ сложным, так как теперь мы отвечаем как организация -научный руководитель за все научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы международного проекта Многоцелевого быстрого исследовательского реактора МБИР. И это очень крупный для нашего института проект, — не скрывает Андрей Гулевич.
Ученые из разных стран сообща решают актуальные вопросы
Комплекс быстрых физических стендов в Обнинске стал не просто уникальной российской площадкой для испытаний, но фактически остался единственным в мире стендом. Андрей Гулевич поясняет, что раньше во многих зарубежных странах существовали подобные объекты, однако постепенно они были выведены из эксплуатации. Как правило, связано это было с тем, что отношение к быстрым реакторам в разных странах разное, в частности, США закрыли свою «быструю» тематику из-за плутония, который нарабатывается в таких реакторах и может служить для производства оружия. Российские же физики относятся к нему, как к очень ценному энергетическому материалу.
— На самом деле плутония в природе не существует, — объясняет Андрей Владиславович. — Есть природный уран, где 99,3%- 238-ой изотоп и только 0,7% урана -235, который служит топливом для тепловых реакторов.
Специалисты нашли возможность превратить уран-238 в плутоний-239 — ценный делящийся изотоп. Сделать это безопасно и экономично им помогут опять же быстрые реакторы.
— Таким образом, топливную базу ядерной энергетики можно расширить в сто раз и решить проблему на тысячу лет вперед, но остается вопрос отходов, — говорит Гулевич.
И здесь тоже на первый план выходят быстрые реакторы. В них можно либо «дожигать» отходы, либо перерабатывать их, извлекая топливо для тепловых и быстрых реакторов.
— Сейчас мы обсуждаем совместные исследования по этому вопросу на реакторе БОР-60 в НИИАРе, — рассказывает Андрей Гулевич.
К слову, димитровградским НИИАРом и обнинским ФЭИ руководит сегодня один человек — Александр Тузов. И обнинские физики уверены, что такой тандем институтов позволит им не только не потерять своей независимости и «лица», но и наоборот, выведет работу на качественно новый уровень. Во всяком случае, многие бюрократические проволочки уже сошли на нет.
Евгения Никитина