воскресенье, 26 июля 2020 г.

Чайникам о ядерных реакторах. Часть 6

   ЧАСТЬ 1ЧАСТЬ 2ЧАСТЬ 3ЧАСТЬ 4, ЧАСТЬ 5, ЧАСТЬ 6, ЧАСТЬ 7, ЧАСТЬ 8
   Ладно, это очередной "дикий крендель", чтобы сказать пресловутое "так вот" и перейти к РБМК. В общем, США и Франция достаточно быстро вводили в строй АЭС с реакторами PWR, у СССР те же реакторы под названием ВВЭР так быстро не получались, причину назвал.
   Поэтому решили строить уран-графитовые. Те самые, которые изначально были предназначены для наработки оружейного плутония, потом сделали малюсенькую Первую (см.выше) АЭС на 5 МВт и два блока АМБ (атом мирный большой) 100 и 200 МВт на Белоярской АЭС.
   Американцы изначально отказались от идеи строить такие реакторы для энергетических нужд, англичане и в меньшей степени французы построили (и те, и другие потом их закрыли), но не с водяным, а газовым охлаждением, что принципиально, ибо в последних отсутствует паровой коэффициент реактивности, связанный с пузырьками пара в воде. Коэффициент может быть положительным и отрицательным. В первом случае ведёт к росту мощности, что чревато. Проявление положительного парового коэффициента реактивности имело место и в PWR Three Mile Island в 1979 году, и в Чернобыле.
                                             *  *  *
   Подробнее и популярно, как помню. При делении ядра урана-235 помимо двух осколков возникает в среднем 2,5 свободных быстрых нейтрона, в плутонии-239- 2,8. Если это цельный кусок металла, обладающий критической массой, то вылетевшие из ядра 2,5 нейтрона тут же делят ближайшее ядро, вылетают ещё 2,5. Происходит неуправляемая цепная реакция- ядерный взрыв.
   Самоподдерживающаяся управляемая цепная реакция, именно она и нужная для получения энергии, предполагает число нейтронов, участвующих в делении ядер урана равным числу вылетевших. Коэффициент реактивности единица. Для этого лишние полтора нейтрона съедают специально введённым в активную зону поглотителем. Управление реактором заключается в поддержании этой единицы.
   Если мощность реактора реактора надо поднять, поглотитель чуть-чуть выводят, коэффициент становится несколько больше 1, затем стабилизируется на новой мощности. При кипении воды в реакторе образуются паровые пустоты, в результате чего коэффициент реактивности может меняться. Если он положительный, то есть растёт, происходит всплеск ядерной реакции, возможен перегрев тепловыделяющих сборок, их плавление, как на Three Mile Island, паровой взрыв, как в Чернобыле.
                                         *  *  *
   Ещё отвлекусь. Было и другое возможное направление развития реакторостроения в СССР. Институтом теоретической и экспериментальной физики им.А.И.Алиханова был разработан технический проект корпусно-канального тяжеловодного реактора с газовым охлаждением. То есть, корпус заполнен тяжёлой водой- замедлителем, а расположенные в каналах топливные сборки охлаждаются углекислым газом.
   Одна из фишек тяжеловодных реакторов, о чём выше писал, возможность использования необогащённого природного урана. И. Этот тип реактора имел отрицательный температурный коэффициент реактивности. А парового он был лишён, поскольку в качестве теплоносителя использовался газ.
   В 1957 году чехословацкое правительство попросило у СССР помощи в строительстве атомных электростанций. Попросить на Западе им бы никто не позволил. Урановые рудники близ города Яхимово в Чехии нашли ещё специалисты Лаврентия Павловича в конце 1945 года. Потом и в других местах. Вскоре создали Чехословацко-советское урановое предприятие. 
   Где-то на нём после 1968 года трудился грузчиком олимпийский чемпион Лондона и Хельсинки, первый человек, выбежавший из 29 минут на "десятке", единственный человек, выигравший "пятёрку", "десятку" и марафон на одной олимпиаде, экс-полковник чехословацкой армии Эмиль Затопек...
   По договору, подписанному при ещё "капиталистическом" президенте Бенеше 90% руды за символическую плату шли в СССР, остальное могли использовать сами чехи. Говорят (всего лишь говорят), за эти условия СССР пообещал вернуть от Польши оттяпанную теми по Мюнхенскому договору 1938 года Тешинскую область. В 1958 году реально вернули.
   Дело было ещё при Курчатове, когда в науке, как пишут, не было монополизма. Чехам предложили разработки уран-графитового и водо-водяного реакторов на обогащённом уране от ИАЭ (научного руководителя) и тяжеловодного от института Алиханова на природном. Чехи выбрали второй. Разработкой конструкции оборудования и его изготовлением занимались уже сами чехи, преимущественно, на заводе Шкода, сейчас SKODA JS a.s., где во второй половине восьмидесятых доводилось бывать мне.
   Логика чехов понятна, уран у них был, оборудования для обогащения нет. Причём, учитывая высокий уровень машиностроения Чехословакии, они надеялись, освоив производство этого типа реактора, выйти потом на внешний рынок.
Реактор KS-150
   События Пражской весны отсрочили запуск АЭС А-1 с тяжеловодным реактором (KS-150 или HWGCR) в Богунице (теперь это Словакия). Запустили электростанцию в 1972 году. Подробнее в мемуарах автора физических расчётов этого реактора Б.И.Иоффе.
   К этому времени в СССР окончательно были приняты, как основные, типы реакторов ВВЭР и РБМК, где научным руководителем был ИАЭ. Даже статью Иоффе в журнале "Атомная энергия" про реактор А-1 долго не хотели публиковать. Данное направление было похоронено.
   Чехам также навязали реакторы ВВЭР, на них переключилась и "Шкода", освоившая производство реакторов ВВЭР-440 (все четыре блока в Венгрии на АЭС Пакш изготовлены "Шкодой") и ВВЭР-1000.
   Вот точка зрения Б.И.Иоффе из упомянутых мемуаров:
                                         *  *  *
   Проект реактора для АЭС электрической мощностью 1000 МВт, позже названного РБМК, под индексом Э-7 (сведения из открытых источников) был разработан в руководимом Н.А.Доллежалем НИКИЭТе при научном руководстве ИАЭ. В 1965 году его обсуждали на Учёном совете Минсредмаша. Противники проекта, считавшие, что надо, как американцы и французы делать упор на водо-водяные реакторы, тоже были.
   Главным тезисом сторонников РБМК была необходимость увеличения энергетических мощностей страны. Тогда всё мерили валовым производством. Если по чугуну и стали (не учитывая ассортимент) в миллионах тонн уже почти догоняли США, а в восьмидесятые вроде как даже догнали, то по выработке электроэнергии отставание было значительное, даже в восьмидесятые в два раза.
   Отвлекусь. При Горбачёве прочитал, что в середине восьмидесятых потребление электроэнергии в домохозяйствах (домах, квартирах) США на душу населения превышало оное в СССР более, чем в десять раз. То есть, разница в оснащённости бытовой техникой...
   Да. Так, мол, в стране не хватает энергетических мощностей, делать много корпусов ВВЭР в год не позволяют технологические возможности, а оборудование РБМК можно делать на обычных машиностроительных предприятиях. Это и был главный довод, почему их стали производить. Ну, и потенциальную возможность наработки плутония учитывали.
   Первый блок АЭС с реактором РБМК был запущен на Ленинградской АЭС в 1973 году. За две недели до оного скончался от рака человек, выполнявший расчёты данного типа реакторов от ИАЭ- С.М.Фейнберг, правая рука Курчатова в по проведению физических расчётов, по непонятной причине так и не ставший академиком.
   По мнению другого специалиста ИАЭ, причастного к физическим расчётам РБМК- А.Н.Румянцева, после смерти Фейнберга что-то пошло не так. Хотя случившееся в 1986 году- изначальный порок РБМК. На Западе от подобных реакторов отказались в самом начале ядерных программ, мнение физика Б.И.Иоффе о влиянии парового коэффициента реактивности выше приведено.
РБМК
   Из написанного Румянцевым следует, что конструктивный параметр, приведший к аварии на ЧАЭС, был заложен в конструкцию сознательно. Расчёты показывали, что при шаге графитовой кладки 20 и 30 см паровой коэффициент реактивности (см.выше) всегда отрицателен. Но при этом глубина выгорания топлива, а также наработки плутония ниже, чем при шаге 25 см, при котором этот коэффициент становится положительным.
   Въезжаете? Шаг меньше и шаг больше дают более высокий уровень безопасности, но снижают экономические показатели и гипотетическую наработку плутония. РБМК во втором качестве тоже рассматривался. Пренебрегли безопасностью, выбрав экономические показатели. Разумеется, предполагали, что система управления сумеет погасить возможные локальные всплески мощности.
   Из мемуаров Румянцева известно, что огромной проблемой даже такой организации, как ИАЭ, была нехватка машинного времени. Для тех, кто тогда жил и работал сие не новость, в СССР было дефицитом всё: от пива, колбасы и гондонов до подшипников качения (применение коих в изделии следовало согласовывать во ВНИИПП) и машинного времени.
   В 1984 году (за полтора года до Чернобыля) на партхозактиве (можно не буду объяснять?) ИАЭ обсуждали программу развития вычислительной базы института на перспективу 15- 20 лет. Помимо и вместо трёхэтажных ЭВМ на Западе уже появились персональные компьютеры. Посмотрите их кино начала восьмидесятых- в каждом полицейском участке. 
   Доклад делал Румянцев. Цитирую: "При представлении программы было подчеркнуто, что недостаток вычислительных мощностей не позволяет в необходимой мере анализировать безопасность принимаемых проектных решений по АЭС, и что наиболее вероятным кандидатом на тяжелую аварию являются новейшие блоки РБМК со всеми внедренными в них усовершенствованиями".
   До 1973 года Румянцевым с коллегами был выполнен большой объём расчётов РБМК, определены потенциальные аварийные ситуации. Например, установлено, что при работе реактора на малых мощностях 1-5% (именно то, что в Чернобыле) при подъёме мощности температура воды уже на входе в реактор близка к кипению. Вот она там в 1986 году и вскипела, создав положительный паровой коэффициент реактивности и неконтролируемый скачок мощности.
   В конце 1974 года Румянцев был переведён на работу в МАГАТЭ, свои тетради с результатами расчётов сдал в Первый отдел, просил сохранить. При возвращении обнаружил, что они уничтожены. Результаты расчётов потенциальных аварий пропали.
   В ноябре 1975 года на первом блоке Ленинградской АЭС произошла авария, частично смоделировавшая Чернобыль, гуглите, написано. Сходство ситуации в том, что после падения мощности её снова пытались поднять в условиях йодной ямы. Было разрушено несколько топливных сборок. Авария, подобная Чернобыльской, не произошла по причине более свежего топлива в реакторе, отсутствия вскипания пара в каналах.
   Но радиационный выброс состоялся. Упало на Сосновый Бор, Ленинград, на финнов. Финны обращались в советское правительство, им там чего-то наврали. Многие сотрудники АЭС, участвовавшие в дезактивации помещений, получили большие дозы. Аварии был присвоен четвёртый класс, см.выше. Но мы, жители Ленинграда, про неё тогда вообще ничего не слышали.
   Кстати, аварии с расплавлением каналов и выбросом радиации были и на других АЭС с РБМК, в частности, в том же Чернобыле в 1984 году. Информация об этом в СССР секретилась. Полагаю, сейчас в России ничуть не лучше. Даже не то чтобы полагаю, а от специалистов фирмы, производящей дозиметрические приборы, знаю, сколь они востребованы именно по этой причине.
   Опять же по Румянцеву после этой аварии в конструкцию РБМК были внесены изменения, просчитанные в его пропавших тетрадях. Отчасти эти изменения и привели к ухудшению ситуации на ЧАЭС в сравнении с ЛАЭС.
   Цитаты из Румянцева:
   РБМК были установлены на Ленинградской, Курской, Смоленской, Чернобыльской и Игналинской (Литва) АЭС. Литва и Украина свои станции с РБМК закрыли. В России работают. "Бабы новых нарожают" (С)
   А начиналось с заверений предшественника Росатома- Минсредмаша, будто РБМК настолько безопасны, что их можно строить хоть на Красной площади. Сейчас Росатом рассказывает то же про реакторы на быстрых нейтронах, от строительства которых отказались во всём мире.
                                             *  *  *
   И в завершение о предмете великой гордости российских вато-патриотов: реакторах на быстрых нейтронах, БН-800 в частности.
   ЧИТАТЬ ДАЛЬШЕ

Комментариев нет:

Отправка комментария