МБИР позволит повысить безопасность атомной энергетики

Когда в Димитровграде построят МБИР, исследователи всего мира смогут тестировать новые конструкционные, топливные и поглощающие материалы, испытывать разнообразное оборудование, приборы и средства диагностики, чтобы создавать реакторные установки нового поколения.

Федеральная целевая программа "Ядерные технологии нового поколения на период 2010-2015 годов и на перспективу до 2020 года" предполагает концентрацию усилий на создании энерготехнологий замыкания ядерного топливного цикла на базе реакторов на быстрых нейтронах нового, IV поколения. Используя реакторы на быстрых нейтронах IV поколения, можно в комплексе решить вопросы об использовании отработавшего в реакторах типа ВВЭР топлива, о замыкании топливного цикла, долговременном энергообеспечении и повышении общего уровня безопасности атомной энергетики.

Для обоснования безопасности, надежности и экономичности реакторов нового поколения и требуется создание многоцелевой исследовательской ядерной установки, включающей быстрый исследовательский реактор с натриевым теплоносителем (МБИР). АО НИКИЭТ разработало проект реактора МБИР, обладающего уникальными экспериментальными возможностями.

Площадкой под строительство МБИР выбрана территория АО ГНЦ НИИАР, которая расположена в отдалении от города Димитровграда. Одной из целей реактора МБИР определена утилизация выделяемого в процессе эксплуатации тепла путем генерации 50 МВт электроэнергии, что одновременно исключает заметное влияние на тепловой баланс экосистем района размещения МБИР.

Общие параметры и экспериментальные возможности реактора МБИР показаны в таблице.

Технологическая новизна МБИР

МБИР уникален и идеологией, и конструкцией. Как правило, исследовательские реакторы оснащаются экспериментальными устройствами для облучения образцов материалов с последующими послереакторными исследованиями, для изучения поведения образцов и материалов непосредственно в реакторе (так называемые инструментированные сборки) и специальными каналами для выведения нейтронных пучков за пределы реактора в зону зала с экспериментальным оборудованием.

При этом облучение образцов или материалов происходит в среде и условиях реакторного теплоносителя, для быстрых реакторов это обычно жидкий натрий. Невозможно исследовать свойства быстрых реакторов на установке с водяным охлаждением-замедлением. Или свинцовую коррозию в условиях облучения в натриевом реакторе. Или высокотемпературную стойкость материалов в реакторе с максимальной рабочей температурой 500°С. А МБИР позволяет все это делать. В его активной зоне организованы области для размещения специальных петлевых каналов, которые являются частью отдельного контура со своим теплоносителем с требуемыми по условиям эксперимента теплогидравлическими параметрами. Таким образом, в одном реакторе можно исследовать проблемы для различных концепций ядерных установок.

Петлевые установки позволяют изучать поведение исследуемого топлива в переходных и аварийных режимах, что крайне важно для получения достоверных данных при обосновании эксплуатационной надежности и безопасности.

В реакторе МБИР можно исследовать любые виды топлива (уран, плутоний, торий), любые материалы оболочек. МБИР характеризуется высоким потоком быстрых нейтронов, наработкой повреждающих доз до 33 с.н.а. в год, наибольшими для действующих исследовательских реакторов (величина с.н.а.— смещений на атом — характеризует разрушающие процессы в атомном реакторе, это число актов взаимодействия с излучением в среднем на каждый атом).

Установка МБИР ориентирована на решение следующих приоритетных задач:

— радиационные испытания перспективных конструкционных материалов для широкого класса ядерных реакторов, включая термоядерные установки в условиях интенсивного нейтронного излучения с плотностью потока до 5,3×1015см–2с–1;

— исследование перспективных видов ядерного топлива и поглощающих материалов, как для быстрых, так и для тепловых реакторов;

— ресурсные испытания и отработка режимов эксплуатации тепловыделяющих элементов (твэлов), тепловыделяющих сборок (ТВС), поглощающих элементов (пэлов), других элементов активной зоны, разрабатываемых на базе новых конструктивных и технологических решений для инновационных реакторов следующего поколения с натриевым, тяжелометаллическим, газовым, жидкосолевым теплоносителями;

— исследование поведения твэлов и ТВС в переходных, циклических и аварийных режимах работы;

— исследование новых и модифицированных жидкометаллических теплоносителей, средств их контроля и управления качеством;

— проведение физических, материаловедческих, теплогидравлических и других исследований с целью верификации расчетных кодов;

— испытания и апробация новых типов оборудования различных технологических систем и стендов (элементы аварийного расхолаживания реакторов, парогенераторы, ловушки окислов, упаковки, пеналы, контейнеры для транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива и отходов);

— тестирование инновационных приборов и систем управления, контроля и диагностики реактора;

— реакторные испытания и исследования проблем замкнутого топливного цикла, утилизации актиноидов и выжигания долгоживущих продуктов деления;

— производство радиоизотопной продукции различного назначения, наработка модифицированных материалов;

— прикладные исследования с использованием пучков нейтронов (нейтронная радиография и томография различных материалов и изделий);

— использование пучков нейтронов для медицинских целей.

В среднесрочной и дальнесрочной перспективе требуется конструирование и испытание перспективных реакторных материалов нового поколения с заданными свойствами для работы в условиях повышенных параметров и в замкнутом ядерном топливном цикле для перспективных реакторов IV поколения. Речь идет о реакторах на быстрых нейтронах с тяжелометаллическим охлаждением (СВБР-75/100, направление БРЕСТ), с натриевым теплоносителем (развитие направления БН), с газовым охлаждением (ВТГР), о быстром тепловом бридер-пережигателе актиноидов на расплавах топливных солей.

Время использования МБИР уже предварительно распределяется. Среди иностранных участников, наиболее заинтересованных в российском реакторе, нужно выделить компанию TerraPower.

Строительство

В основу компоновки зданий и сооружений на промплощадке АО ГНЦ НИИАР заложен модульный принцип застройки, обеспечивающий максимальную автономность МБИР и четкое разделение блоков и зданий с точки зрения их ответственности за безопасность. Здание реактора (N1) состоит из нескольких функционально-технологических блоков, связанных между собой технологическими и инженерными коммуникациями, инфраструктурой пешеходных и транспортных коридоров. В состав здания N1 входят следующие функционально-технологические блоки:

— реакторный блок (реакторная установка, хранилище свежего топлива, бассейн выдержки ОТВС, центральный зал с транспортно-технологическими системами, помещения петель I контура, помещения исследовательских петель, вспомогательных, обеспечивающих систем и др.);

— два блока систем аварийного отвода тепла (САОТ);

— два вентиляционных блока;

— блок парогенераторов;

— три блока систем инженерного обеспечения;

— турбинный блок.

Строительство МБИР началось в сентябре 2015 года. По состоянию на начало октября нынешнего года строительство дошло до так называемой "минус шестой отметки". До конца года планируется выйти на нулевую отметку. На площадке установлено шесть башенных кранов, одновременно работает до тысячи человек.

Одновременно с этим силами группы компаний "Атомэнегромаш" и АО НИКИЭТ полным ходом идет изготовление основного реакторного оборудования: корпуса и внутрикорпусных устройств, приводов исполнительных механизмов системы управления и пр.

Международный центр МБИР

Продолжается работа и по созданию международного научного центра (МЦИ) на базе МБИР. Впервые открыто позиционировать МБИР как международный проект российские атомщики начали еще в 2010 году. С тех пор на различных уровнях велись переговоры с потенциальными партнерами из Европы, Азии, Америки и Африки.

Следует отметить, что сама установка не будет передана в МЦИ, ее оператором останется НИИАР. МЦИ, в свою очередь, будет распоряжаться временем использования реакторной мощности.

На данный момент предполагается, что отношения между НИИАР и МЦИ будут оформлены в виде соглашения об оказании услуг, причем сторонние участники получат доступ к возможностям реактора только через центр.

Юридически МЦИ, скорее всего, будет акционерным обществом — по крайней мере, такая форма собственности выглядит оптимальной для тех задач, которые призван решать центр, и для того спектра участников, который видится в МЦИ. В него могут напрямую входить компании или исследовательские организации, намеревающиеся проводить работы на МБИР, но допустим вариант и с участником-агрегатором. Полная или частичная переуступка участниками своего права на часть времени также не ограничивается.

Окончательно все ключевые условия участия в МЦИ планируется согласовать до конца 2016 года. В 2017 году должна быть согласована долгосрочная исследовательская программа и создан международный центр исследований.

Естественный и часто задаваемый вопрос: какая доля в МЦИ приходится на Россию и не произойдет ли так, что российским проектам не хватит облучательных возможностей?

На данный момент Российская Федерация оставляет за собой 40% МБИР, что превышает все текущие потребности. Как показывает предварительный анализ, на МБИР места хватит всем.

В этом году "Росатом" провел ряд встреч и семинаров с потенциальными участниками центра и другими заинтересованными сторонами. Подписано соглашение с консорциумом африканских стран во главе с ЮАР, которая имеет большую программу в области атомной энергетики. Закончено согласование и подписано соглашение с Южной Кореей.

Продолжается сотрудничество с чешскими компаниями (в частности, EGP Invest, Energovyzkum и Doosan Skoda Power), тем более что на МБИР планируется к использованию чешская турбина.

В 2016 году пересмотру в сторону расширения подверглось внутреннее наполнение международного центра. Участникам центра будут предоставлены возможности для работы на многофункциональном радиохимическом комплексе, строящемся рядом с МБИР, где они смогут проводить постреакторные исследования. Центр расширится географически. В порядке опции в него будет добавлена возможность использовать обнинские стенды (БФС — быстрые физические стенды), на которых в этом году должна завершиться модернизация. Вариант "МБИР плюс БФС" закроет большинство вопросов, необходимых для представительного выполнения исследований.

На базе исследовательского реактора МБИР в ближайшие годы будет создан международный научный центр

Владимир Тесленко, кандидат химических наук

Сооружение реактора МБИР

Генеральный заказчик — Госкорпорация "Росатом"

Заказчик-застройщик — АО ГНЦ НИИАР

Генеральный проектировщик — АО АТОМПРОЕКТ

Главный конструктор — АО НИКИЭТ

Научный руководитель — АО ГНЦ РФ — ФЭИ

Генеральный подрядчик — ООО "Управляющая компания "Уралэнергострой""

МБИР покажет высокий технологический уровень России

Большинство исследовательских реакторов в России и в мире разработаны и построены в 1960-80-х годах. В настоящее время ввод в эксплуатацию нового исследовательского реактора — очень редкое и важное событие, особенно если это реактор, построенный по действительно новому проекту. Так как проект реактора МБИР новый, по многим параметрам разработанный в последние годы, его реализация продемонстрирует уровень специалистов и технологий, существующий в ядерной отрасли России в настоящее время. При проектировании реактора МБИР была возможность использовать самые новые технологии. Молодые специалисты, участвовавшие в разработке, имели возможность приобрести уникальный опыт проектирования, которого давно не было в нашей стране. Реализация проекта МБИР даст большой экспериментальный материал для разработок в области быстрых реакторов, от материаловедческих проблем до верификации расчетных кодов. Тот факт, что в России строится исследовательский реактор на быстрых нейтронах, говорит о том, что намерение развивать направление быстрых реакторов стало серьезным и долгосрочным. Так как круг задач, который предполагается решать с помощью реактора МБИР, довольно широк, это позволит молодым специалистам многих направлений из разных организаций в полной мере задействовать свои возможности — в особенности если планируемая организационная структура в виде международного научного центра будет этому способствовать.

Также необходимо отметить, что создание на основе МБИР международного научного центра поможет продвижению Российского ядерного образования в мире. Как показывает опыт использования исследовательских установок подобного уровня (БАК, ИТЭР, НИКА и др.), на их основе формируются не только научные, но и образовательные коллаборации. Специалисты Национального исследовательского ядерного университета МИФИ имеют опыт разработки международных образовательных программ и планируют реализовать ряд образовательных проектов совместно с НИИАР, на территории которого будет построен МБИР.

Таблица 1. Технические характеристики МБИР

| Характеристика | Значение |
| --- | --- |
| Мощность тепловая, МВт | 150 |
| Мощность электрическая, МВт | 50 |
| Количество контуров охлаждения | 3 (натрий/натрий/вода) |
| Плотность потока нейтронов, см-2с-1 | 5,3х1015 |
| Продолжительность непрерывной работы реактора между перегрузками ТВС, эфф. сут. | До 100 |
| Количество петлевых каналов диаметром до 100 мм | 3 |
| Количество инструментованных экспериментальных каналов диаметром до 70 мм | 3 |
| Число ячеек для наработки радиоизотопов | В активной зоне — до 14 |
| Вертикальные экспериментальные каналы | До 14 |
| Горизонтальные экспериментальные каналы | До 6 |