База для развития

Инновационный реактор МБИР откроет новые возможности для развития международного научного сотрудничества

В январе сооружение самого мощного в мире быстрого исследовательского реактора МБИР вышло на финишную прямую: в проектное положение установили корпус реакторной установки. Стройка идет с опережением графика, так что уже в 2027 году мир может получить уникальную экспериментальную базу для фундаментальных научных исследований и дальнейшего развития ядерной энергетики.

Еще в начале 2010-х годов стало ясно, что российской атомной отрасли нужен новый исследовательский реактор. Большинство действующих установок вводили в строй более 35 лет назад, их ресурс близок к выработке. Так появился проект многоцелевого быстрого исследовательского реактора МБИР. Росатом держит курс на замыкание ядерного топливного цикла и создание двухкомпонентной ядерной энергетики. Соответственно, для разработки и обоснования инновационных технических решений нужен именно быстрый исследовательский реактор.

МБИР должен заменить постепенно вырабатывающий свой срок службы реактор БОР-60. Но он станет не просто заменой БОРа: проект МБИР предполагает уникальные возможности. Во-первых, МБИР мощнее: его тепловая мощность составит 150 МВт, электрическая — 55 МВт. Во-вторых, у него очень высокая плотность потока нейтронов, что позволит гораздо быстрее проводить ресурсные и радиационные исследования различных материалов. В-третьих, проектом предусмотрена возможность размещения в МБИР уникального экспериментального оборудования, в том числе нескольких независимых петлевых установок с разными видами теплоносителей (натрий, свинец, свинец-висмут, газ и др.). Это позволит одновременно моделировать режимы реакторов с разными теплоносителями.

Строить решили на площадке НИИ атомных реакторов (ГНЦ НИИАР, входит в научный дивизион Росатома) в Димитровграде Ульяновской области. Проект МБИР разработал НИКИЭТ. Генеральным подрядчиком строительства изначально стал «Уралэнергострой».

Проблемы и решения

Судьба у проекта непростая. Сооружение МБИР началось в 2014 году в рамках федеральной программы «Ядерные энерготехнологии нового поколения на период 2010–2015 годов и на перспективу до 2020 года». Финансирования, предусмотренного в ней, не хватало на строительство исследовательской установки под ключ. Несмотря на это, было принято решение начать сооружение ядерного острова: реакторного здания с системами жизнеобеспечения — дренажной насосной станцией, станцией пожаротушения и т. д. Рассчитывали со временем найти недостающие средства и завершить проект. 11 сентября 2015 года на площадке НИИАР в Димитровграде был залит первый бетон в основание реакторного блока.

Но уже в 2018 году в результате завершения большей части научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ возникла необходимость корректировки ранее утвержденной проектной документации. Стройку приостановили, корректировкой проекта занялись специалисты Государственного специализированного проектного института (ГСПИ).

В связи с досрочным прекращением реализации ФЦП «Ядерные энерготехнологии нового поколения…» и корректировкой сроков ее осуществления, продолжение сооружения реактора МБИР решили включить в комплексную программу «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в Российской Федерации на период до 2024 года» (РТТН).

В 2020 году был выбран новый генподрядчик сооружения — член Ассоциации организаций строительного комплекса атомной отрасли институт «Оргэнергострой». У компании большой опыт: она участвовала в сооружении АЭС «Руппур» в Бангладеш, Белорусской АЭС и еще ряда объектов атомной отрасли.

С «Оргэнергостроем» атомщики снова обновили проектную документацию, благополучно прошли госэкспертизу. Кстати, МБИР стал первым энергетическим проектом атомной отрасли, который был представлен и прошел госэкспертизу в формате BIM (Building Information Model — информационная модель объекта). Впоследствии цифровую модель также использовали для план-фактного анализа, определения необходимых объемов земельных работ, координации перемещения строительной техники по площадке, а также для осуществления дистанционного контроля хода работ на стадии возведения. Такой подход позволяет более эффективно использовать ресурсы и значительно снизить временные издержки и стоимость проекта.

В конце 2020 года российское правительство одобрило программу РТТН, было открыто финансирование, началась вторая фаза проекта — полное развитие. Стройка ожила. «С того момента как мы заключили договор с «Оргэнергостроем», на площадке произошли значительные перемены, — отметил заместитель директора НИИАР по сооружаемым объектам Сергей Киверов. — Компания развернула здесь свой филиал. Появился штаб строительства, бетонно-растворное хозяйство, временный арматурный склад, бытовой городок».

Стройка с опережением

Сейчас на стройке работает 1,4 тыс. человек и более 80 единиц строительной техники. Работа ведется круглосуточно, сооружение идет с опережением графика почти на год. Самая большая активность развернулась на реакторном блоке: там в середине января монтировали корпус реактора. Монтаж проходил в торжественной обстановке: собрались представители НИИАР, Росатома, «Оргэнергостроя», Отраслевого центра капстроительства, администрации Димитровграда, регионального правительства и др.

Корпус реактора изготовили в Волгодонске на «Атоммаше». Это изделие длиной 12 м, максимальным диаметром 4 м и весом более 83 тонн. Толщина стенок — всего 25–50 мм (для сравнения: у ВВЭР‑1200 — 300 мм). Такие уникальные характеристики создают дополнительный риск изменения геометрии оборудования во время обработки. Для точного соблюдения параметров на протяжении всего производства корпуса на «Атоммаше» использовали специализированную оснастку собственной разработки. Контрольную сборку корпуса провели в январе прошлого года. В Димитровград его доставили в апреле 2022 года.

«В декабре корпус был раскантован в вертикальное положение и установлен на стапель, на страховочном кожухе были смонтированы тензодатчики и термопары, — рассказал главный инженер дирекции сооружаемых объектов НИИАР Святослав Новиков. — Затем установили теплоизоляцию, и корпус реактора отправился в шахту. 18 января мы установили защитную крышку на корпус реактора. Она нужна для консервации до монтажа внутрикорпусных устройств — надеюсь, к нему мы приступим с опережением срока. В графике эти работы запланированы на следующий год».

«Установка корпуса реактора в проектное положение — значимый результат работы большой команды единомышленников: ученых, инженеров, конструкторов и строителей, — подчеркнул заместитель генерального директора госкорпорации «Росатом» по науке и стратегии Юрий Оленин. — Это важный этап всего проекта сооружения реактора МБИР, открывающий фронт работ по установке оборудования реактора и позволяющий существенно приблизить завершение строительства, которое уже идет с опережением графика. Это значит, что не только наша страна, но и мировая атомная индустрия в скором времени получат передовую и технологически совершенную исследовательскую инфраструктуру, позволяющую расширить изучение технологий двухкомпонентной ядерной энергетики и замыкания топливного цикла, ускорить и обосновать создание безопасных ядерных энергетических установок четвертого поколения, совершать абсолютно прорывные исследования фундаментального и прикладного характера в ближайшие 50 лет. Исследовательский реактор МБИР Росатома и российский мегасайенс-проект — реактор ПИК Курчатовского института — являются взаимодополняющими и обеспечивают весь возможный спектр нейтронных исследований как в части энергии нейтронов, так и в части возможных объектов исследования».

«Среди ключевых событий 2022 года можно выделить бетонирование шахты реактора, строительные работы по возведению дренажной насосной станции, завершение устройства фундамента турбоагрегата, — отметил Геннадий Сахаров, директор по капитальным вложениям, государственному строительному надзору и государственной экспертизе госкорпорации «Росатом». — Все эти этапы пройдены с опережением плана благодаря применению современных цифровых инструментов: технологий BIM, отраслевой системы комплексного управления стоимостью и сроками сооружения TCM NC, дистанционного мониторинга с цифровыми и беспилотными технологиями, а также консорциумной модели управления сооружением».

Сейчас на стройплощадке готовятся к возведению купола МБИР. Все строительные работы планируется завершить в 2026 году. Пуск исследовательского реактора намечен на 2027 год.

Научная программа

В 2015 году началась разработка научной программы исследований на МБИР. Головной организацией выступает Физико-энергетический институт им. А. И. Лейпунского (ГНЦ РФ — ФЭИ). На сегодня готова уже третья версия программы, документ насчитывает более 100 страниц.

МБИР должен прежде всего стать экспериментальной базой для создания энергоблоков четвертого поколения и технологий замыкания ядерного топливного цикла. В нем будут исследовать инновационное топливо и конструкционные материалы для быстрых, жидкосолевых, высокотемпературных газовых, гибридных реакторов. Эксперименты на МБИР позволят обосновать безопасность перспективных установок в стационарном, переходных, циклических и аварийных режимах.

«Большой раздел программы посвящен исследованию новых материалов для перспективных реакторов, — рассказывает Дмитрий Клинов, заместитель научного руководителя по перспективным тематикам ФЭИ. — Предусмотрены эксперименты для разработки перспективных жидкометаллических теплоносителей. На периферии реактора имеются закорпусные горизонтальные и вертикальные каналы. Их планируется использовать для бор-нейтронзахватной терапии, наработки радиоактивных изотопов, радиографии, легирования кремния».

МБИР также станет базой и для фундаментальных исследований. В частности, Физико-энергетический институт Росатома и Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) готовят общую программу фундаментальных исследований на реакторах МБИР и «Нептун». «Нептун» — импульсный быстрый реактор, который планируют построить в Дубне, он заменит действующий ИБР-2. Идут предпроектные работы для уточнения технических и экономических параметров. «”Нептун” — реактор циклического действия, МБИР — стационарный. При исследованиях на выведенных пучках нейтронов источники таких типов дополняют друг друга», — объясняет Валерий Швецов, директор Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ.

Одно из перспективных направлений исследований — ядерная астрофизика. «Метеориты, кометы, космические излучения подчас таят в себе тайны, раскрыть которые вполне возможно с помощью нейтронных экспериментов в земных условиях», — говорит Дмитрий Клинов. Интересный проект — изучение состава звезды Пшибыльского в созвездии Центавра. Ученые предполагают, что она состоит из сверхтяжелых элементов, которые на Земле живут лишь доли секунды.

Еще одно направление — поиск новых видов радиоактивного распада. В экспериментах с нейтронами на тандеме МБИР — «Нептун» ученые надеются зафиксировать предсказанное, но пока не доказанное явление пионного распада тяжелых ядер.

«Большие перспективы откроет создание источника ультрахолодных нейтронов на одном из каналов МБИР, — считает Валерий Швецов. — Именно такой источник позволит, например, ставить эксперименты по поиску нейтрон-антинейтронных осцилляций, электрического дипольного момента нейтрона, измерять время жизни свободного нейтрона». Такие эксперименты могут ответить на многие вопросы о происхождении Вселенной.

Другие научные проблемы, на которые могут пролить свет эксперименты на реакторной паре, — мультифрагментация холодных ядер, нарушение законов сохранения в ядерных реакциях, ядерные данные по проблематике нуклеосинтеза во Вселенной, границы нуклонной стабильности ядер, сосуществование агрегатных состояний ядерной материи, нейтронные кластеры.

МБИР на весь мир

Проект МБИР изначально задуман как международный. «Международный парк исследовательских реакторов устаревает, они выводятся из эксплуатации, — отмечает заместитель генерального директора госкорпорации «Росатом» по науке и стратегии Юрий Оленин. — В мировой атомной индустрии возникает серьезная потребность в мощных высокопоточных реакторных установках. Росатом принял стратегическое решение о предоставлении иностранным партнерам доступа к реактору МБИР». По словам Юрия Оленина, МБИР имеет все шансы стать одним из самых востребованных исследовательских реакторов, а НИИАР, в котором он сооружается, — точкой притяжения для ученых и исследователей со всего мира.

Руководство проекта довольно долго искало оптимальную форму взаимодействия с российскими и зарубежными партнерами. В итоге было решено создать на базе МБИР международный центр исследований (МЦИ). Доступ российских и зарубежных партнеров к реактору реализован через уникальную для российского рынка юридическую платформу — консорциум МЦИ МБИР. Директор международных научно-технических проектов госкорпорации «Росатом» Василий Константинов поясняет: «За последние полтора года мы провели более 40 раундов консультаций с потенциальными зарубежными партнерами проекта МБИР. Среди них научные организации из стран — участниц СНГ, БРИКС, а также регионов Ближнего Востока и Латинской Америки. Пул партнеров проекта уже насчитывает более 20 иностранных и международных организаций, с рядом из них договоренности о сотрудничестве уже перешли в практическую плоскость. Основная платформа взаимодействия — Консультативный совет МЦИ МБИР, который объединяет экспертов и руководителей из ведущих научных центров России, Китая, Индии, Казахстана, Узбекистана, Вьетнама, Алжира, Армении, международных организаций МАГАТЭ и ОИЯИ».

Консорциум подразумевает две формы сотрудничества: основные и ассоциированные участники. Те, кто захочет стать основными участниками, должны уже на стадии сооружения реактора внести часть суммы за используемый ресурс. Они получат преимущества в формировании национальных научных программ, смогут вносить изменения в план проведения исследований под свои потребности в приоритетном порядке и по привлекательной цене. Другой формат — ассоциированное членство. Эти участники смогут включиться в проект уже после пуска реактора, но для них цена на услуги будет выше.

Первым полноценным зарубежным участником международного центра исследований на базе сооружаемого реактора МБИР стал Институт ядерной физики Академии наук Республики Узбекистан. На форуме «Атомэкспо-2022» было подписано соглашение о юридически обязывающих условиях присоединения к консорциуму.

В прошлом году был сформирован Консультативный совет МЦИ МБИР, который составляет международную программу научных исследований на реакторе. Председатель совета — научный руководитель химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, вице-президент РАН Степан Калмыков. Главная функция — консолидация и приоритезация научных предложений и заявок. «Мы будем проводить экспертизу заявок, формулировать научно-технические проекты, распределять экспериментальное время, — пояснил Степан Калмыков. — Также Консультативный совет будет координировать многостороннюю программу исследований и контролировать выполнение проектов».