Научный флешмоб

Как в сети ИЦАЭ встречали баржи с оборудованием для зарубежных АЭС

В конце апреля 2023 года впервые в истории атомной промышленности на «Атоммаше» отгрузили сразу два комплекта основного оборудования — для АЭС «Куданкулам» в Индии и для Тяньваньской АЭС в Китае. Обе баржи вышли из Цимлянского водохранилища и по рекам и каналам благополучно добрались до Санкт-Петербурга, откуда продолжат путешествие к месту назначения морским путем.

Работники атомных предприятий провожали оборудование по маршруту следования барж флешмобами, а сотрудники Информационных центров по атомной энергии (ИЦАЭ) провели научно-популярные лектории, на которых эксперты рассказали жителям Ульяновска, Саратова, Нижнего Новгорода и Санкт-Петербурга об устройстве реакторов ВВЭР и БН, плавучей атомной теплоэлектростанции (ПАТЭС) и истории атомной промышленности.

Такая масштабная акция по информационному сопровождению проекта проводится впервые, и практически все даты и время проведения лекций были запланированы так, чтобы в финале слушатели могли увидеть проходящую мимо баржу с корпусом реактора и четырьмя парогенераторами.

Ульяновск. История отрасли и НИИАР

Лекция в Ульяновске прошла на берегу Волги. Сергей Погляд, эксперт по научным разработкам АО «ГНЦ НИИАР» и преподаватель ДИТИ НИЯУ МИФИ, начал с небольшого исторического экскурса, посвященного изучению атома.

«Самый страшный гвоздь в крышку классической механики вбил Столетов, когда открыл не просто фотоэффект, а красную границу фотоэффекта, и она никак не объяснялась на тот момент существующими теориями», — рассказал Сергей Погляд.

Очередной шаг для человечества, по мнению спикера, сделал Вильгельм Конрад Рентген, проводивший эксперименты с катодной трубкой. «Открытие он сделал практически случайно. Уходя, он закрыл машину чехлом, но увидел, что на столе лежит и светится бумага, покрытая слоем бария. Так он открыл Х-лучи», — продолжил рассказ эксперт.

Затем последовали открытия Антуана Анри Беккереля, Эрнеста Резерфорда, Пьера и Марии Кюри, Джеймса Чедвика, Лео Сциларда и других ученых, постигавших тайны атома и создававших новую науку — ядерную физику.

Поначалу радиоактивность вошла в моду. Радий добавляли в воду, зубную пасту, продукты питания, а соли урана включали в состав стеклянной посуды, которая благодаря этому приобретала разные оттенки цвета в диапазоне от зеленовато-желтого до оранжевого. Некоторые даже использовали трубочки, заполненные радием, как источник света при чтении. «В начале ХХ века люди не понимали опасности радиоактивности. Мария Склодовская-Кюри вручную перебирала урановую руду», — добавил эксперт.

Важным этапом для развития атомных технологий в конце 30-х годов ХХ века стали эксперименты Отто Гана и Фрица Штрассмана. «Физики облучали нейтронами уран и сильно удивлялись. Они в итоге находили более легкие атомы — барий, цезий, ксенон, а ожидали более тяжелых. Помогли им разобраться в результатах Лиза Мейтнер и Отто Фриш. Они предположили, что ядро не увеличивается в размерах, а расщепляется на два. В итоге стало понятно, как делится уран, и физики осознали, что осуществить цепную реакцию деления реально», — рассказал Сергей Погляд.

После ряда важных открытий, включая открытие спонтанной реакции деления ядра урана советскими физиками Константином Петржаком и Георгием Флеровым, стало понятно, что расщепление атома — перспективное направление. В Чикаго на территории университета под стадионом в 1942 году собрали «Чикагскую поленницу» — первый в мире ядерный реактор. Свое название он получил, потому что его складывали из кусков чистого графита, который чередовали с металлическим ураном. На примере этого реактора стало понятно, что такая технология вполне может работать.

«В СССР поняли, что нужно включаться в эту тему, и возле Москвы, в деревне Щукино, на бывшем картофельном поле поставили палатку и начали строить реактор. Здания еще не было, а реактор в палатке уже строили. Он был похож на американский — графитовые блоки со вставками из металлического урана. Достаточно большое количество материалов мы вывезли из побежденной Германии в 1945 году. В декабре 1946 года Ф-1 был успешно запущен. Его несколько раз перебирали вручную», — рассказал спикер.

Затем на Урале был построен «Маяк» со знаменитой «Аннушкой», нарабатывавшей оружейный плутоний. При этом Игорь Курчатов достаточно быстро понял, что атомную энергию можно и нужно использовать в мирных целях. На первой в мире атомной электростанции в Обнинске не только отработали технологию промышленных реакторов. Там же тренировались экипажи атомных подводных лодок.

Сергей Погляд также остановился на особенностях исследовательских реакторов в НИИАР — Научно-исследовательском институте атомных реакторов, который располагается в Димитровграде.

«Реактору БОР-60 уже около 60 лет, и он до сих пор функционирует. Это хороший пример того, как надежная машина способна отработать дольше запланированных 40 лет. Реактор МИР исследует материалы для космических кораблей и спутников, атомных ледоколов, атомных подводных лодок, реакторов — другими словами, он работает, чтобы у Росатома были лучшие и самые прочные материалы. Название реактора СМ в основном расшифровывают как «самый мощный», но есть и вариант «Савелий Моисеевич» — в честь его конструктора Фейнберга. У реактора СМ-3 самый высокий нейтронный поток в мире. Это гордость НИИАР. СМ-3 помогает нам накапливать редкоземельные элементы», — рассказал эксперт.

По мнению Сергея Погляда, на наших глазах происходит мощный технологический рывок — совсем как на границе XIX и XX веков, когда ученые познакомились с устройством атома. «Вот с таким качественно новым рывком на примере современных атомных технологий мы сегодня и познакомимся. Два корпуса одновременно мы делали раньше, а вот чтобы сразу два комплекта — такое в первый раз. Это очень крутой год. Оборудование для зарубежных АЭС на проплывающих по Волге баржах — это поколение III+. Первый реактор поколения III+ был построен и успешно запущен в 2016 году на Нововоронежской АЭС», — пояснил эксперт.

Сейчас Росатом строит реакторы поколения III+ в нескольких странах. «27 апреля на АЭС «Аккую» в Турции уже завезли ядерное топливо. И мой вопрос: «Зачем нам развиваться дальше?» А ответ не совсем тривиален. Урана-235, который нам необходим, в урановой руде меньше 1%. Чтобы получить тонну урана, который можно использовать в качестве топлива для АЭС, нужно перелопатить несколько сотен тысяч тонн породы. И соотношение урана-235 и урана-238 — это 1 атом на 141. Представьте себе гору угля, в которой изредка встречаются алмазы. И вот вы тратите массу времени и усилий, чтобы их оттуда извлечь, а потом ими топите, а остальное выбрасываете. Вот такая метафора, иллюстрирующая процесс добычи урана. Так вот, эту кучу невостребованного сырья тоже хочется вовлечь в оборот. Еще одна метафора — сырые березовые дрова. Можно сжечь кору, а можно просушить все полено и положить его в костер», — объяснил Сергей Погляд. Повысить эффективность использования уранового сырья можно, если использовать реакторы на быстрых нейтронах, которые могут работать на топливе, изготовленном из отработавшего топлива тепловых реакторов.

Завершилась лекция флешмобом на фоне проплывающей баржи.

Саратов. Эволюция реакторов

Артем Байрамов, доцент Института энергетики СГТУ, доктор технических наук, поделился со слушателями своим мнением о том, в чем заключается секрет успеха Росатома. Саратовцы собрались на пляже в районе новой набережной, удобно разместившись на открытой веранде.

Сначала спикер рассказал о принципах работы ядерного реактора. «ВВЭР — это водо-водяной энергетический реактор. Он двухконтурный. В активной зоне реактора идет цепная ядерная реакция деления, при которой высвобождается колоссальная энергия. Она нагревает воду первого контура, в парогенераторе без прямого контакта первый контур нагревает воду второго, она превращается в пар, пар вращает турбину, турбина вырабатывает электричество», — пояснил эксперт.

Главный секрет успеха Росатома, по мнению Артема Байрамова, заключается в том, что госкорпорация развивается по эволюционному пути — на основе существующих реакторных технологий создаются новые, вносятся уникальные конструктивные дополнения, повышающие эффективность и безопасность и более выгодные в экономическом плане. Так, проект ВВЭР-1200 базируется на основе ВВЭР-1000.

«Наша страна единственная в мире, в которой работают промышленные реакторы на быстрых нейтронах. Это БН-600 и БН-800 на Белоярской АЭС. Атомная энергетика — единственная отрасль, которая может сама себя обеспечить топливом за счет эксплуатации реакторов на тепловых и на быстрых нейтронах», — добавил спикер.

Артем Байрамов также объяснил слушателям, что программа модернизации существующих блоков позволяет увеличить срок службы реакторов еще на 20–30 лет, а срок службы новых реакторов составляет 60 лет. При этом стоимость электроэнергии, вырабатываемой на АЭС, ниже за счет высокой энергоемкости топлива.

Нижний Новгород. Плюсы ПАТЭС

Степан Дрожкин, сотрудник «ОКБМ Африкантов», рассказал нижегородцам о плавучих атомных теплоэлектростанциях (ПАТЭС). Площадкой для лектория была выбрана набережная около Академии «Маяк» — значимого для нижегородцев культурно-исторического объекта.

Эксперт отметил, что АЭС строят по всему миру и Росатом в этом направлении один из безусловных лидеров. «Новые блоки в России строят на Ленинградской, Курской, Смоленской АЭС — это ВВЭР, на Белоярской запланирован реактор на быстрых нейтронах, в Северске тоже строится быстрый реактор БРЕСТ на жидком свинце. За границей идет работа в Турции, Египте, Бангладеш, Индии, Китае, Венгрии, Белоруссии. Как видите, объемы строительства огромные!» — подчеркнул Степан Дрожкин.

«Все вышеперечисленные АЭС — это крупные заводы по производству электроэнергии. Но там, где электричества нужно не так много, выходят на первый план АЭС малой мощности. Мне посчастливилось работать на первой в мире плавучей атомной теплоэлектростанции «Академик Ломоносов»», — поделился спикер.

ПАТЭС — это атомный плавучий энергоблок (ПЭБ) плюс гидротехнические сооружения и объекты береговой площадки. По мнению Степана Дрожкина, будущее именно за такими АЭС малой мощности, потому что в их строительстве и эксплуатации много плюсов. Во-первых, их изготавливают на специализированном предприятии, и даже испытания ПЭБ проходят у причальной стенки завода. «Для тех, у кого есть автомобиль, подойдет такое сравнение. Одно дело — чинить машину в гараже, совсем другое — в чистом поле», — привел метафору эксперт. Во-вторых, это мобильность во всех смыслах. Первоначально ПАТЭС планировали разместить в Северодвинске, затем в Вилючинске, а в итоге установили у Певека — портового города на Северном морском пути, так как понадобилось заместить мощности Билибинской АЭС, которую планируют вывести из эксплуатации. В-третьих, это простота управления и эксплуатации.

«Если обобщить, то, к примеру, пуск большой АЭС от начала разогрева реактора до выдачи электроэнергии в сеть — это несколько дней. Сложный технологический процесс требует участия сотни человек обслуживающего персонала. К пуску блока готовятся за неделю. А пуск ПАТЭС — это часы. То есть от момента получения разрешения на пуск до первых киловатт-часов в сети проходит менее половины суток!» — пояснил Степан Дрожкин.

На данный момент действующая ПАТЭС есть только в России. Кроме того, идет строительство серии модернизированных энергоблоков. Их мощность составит 100 МВт. Серия будет состоять из четырех МПЭБ, они предназначены для Баимского месторождения, расположенного в 100 км от Певека. Также разрабатываются проекты ПЭБ в 200 МВт. Они предназначены для месторождений в Охотском море. «Кстати, сейчас идет реализация проекта стационарной, то есть наземной, АЭС малой мощности в Якутии. На днях получена лицензия на строительство станции, ведутся геологические изыскания», — добавил спикер.

Степану Дрожкину довелось поработать на Кольской АЭС. «За шесть лет работы на КАЭС я поработал оператором-обходчиком, инженером и ведущим инженером по управлению реактором. Где-то в начале 2018-го я в шутку сказал своему другу: «Как здорово было бы устроиться на ПАТЭС… Проект новый, коллектив небольшой, перспективы…» Через месяц друг ответил: «Я звонил, меня берут, тебя тоже, вот номер телефона, звони. Надо ехать». Сказано — сделано. Звонок будущему начальнику, резюме, анкета. Прощай, КАЭС, здравствуй, ПАТЭС!» — рассказал спикер.

Первой задачей Степана Дрожкина стал контроль качества ТВС, а затем он сопровождал ПАТЭС из Мурманска в Певек: «На самом деле это удивительное ощущение — держать в руках ядерное топливо, ведь это сердце ядерного реактора, сердце ПАТЭС. Тщательно осмотрев эту ТВС, мы с коллегами подготовили ее к загрузке в реактор. Процесс этот очень ответственный и кропотливый, в итоге почти 300 ТВС загружали несколько недель».

По словам эксперта, жители Певека поначалу отнеслись к появлению атомщиков с некоторым недоверием. «И их можно понять: неуютно, когда в тихий уголок на краю земли приплывает чудо современной техники. Но потом, с получением первой электроэнергии, население успокоилось. Лампочки в квартирах перестали постоянно моргать. А когда ПАТЭС начала давать тепло в дома певекчан, жители стали наконец понимать, что такое нормальное отопление: в квартире можно ходить без теплой кофты, а форточки открывать даже в сильные морозы. До ПАТЭС тепло и немного электричества Певеку давала Чаунская ТЭЦ постройки 1942 года. ТЭЦ старая и работала на угле, так что, помимо слабого тепла в батареях, весь город был присыпан угольной пылью. Так себе картинка», — вспомнил спикер.

Работа на АЭС, по мнению Степана Дрожкина, интересная и увлекательная. Будучи эксплуатационником, он постоянно мечтал что-то улучшить в конструкции, доработать проект, создать новое. И в 2022 году устроился на работу в «ОКБМ Африкантов» в отдел, который занимается ледоколами и ПАТЭС.

В завершение лекции спикер обратился к слушателям, среди которых преобладали студенты нижегородских вузов: «Да, у меня большой опыт в атомной энергетике. Да, мои коллеги спроектировали много реакторных установок. Но кто знает, возможно, мы все время не могли увидеть что-то важное, что должно кардинально улучшить АЭС. Порой глаз замыливается, начинаешь мыслить шаблонами. А у будущего поколения атомщиков может получиться то, чего не смогли достигнуть мы и те, кто делал проекты до нас. Спроектированные вами АЭС и ПАТЭС будут, несомненно, лучше».

Санкт-Петербург. Лекция на воде

В Санкт-Петербурге завершилась речная часть путешествия барж, и сотрудники местного ИЦАЭ организовали для заинтересованных горожан ночную лекцию на прогулочном кораблике, чтобы они смогли увидеть, как реактор и парогенераторы проходят под разведенными мостами Невы.

С лекцией «Сердце АЭС, или Как начинается путь длиной 100 лет» выступил Николай Сметанин, руководитель направления по развитию процессов МТО АО «АЭМ-технологии».

«Главные секреты производства оборудования для АЭС заключены в металле, его свойствах, которые обеспечивают такие уникальные показатели, чтобы реактор мог проработать 100 лет. У реактора шесть основных частей, которые должны быть соединены друг с другом с помощью сварки. И важное достижение Ижорских заводов в последние годы — уменьшение количества сварных швов в новых моделях именно для того оборудования, которое сегодня направляется в Индию. Шесть частей реактора — пять кольцевых сварных швов», — отметил эксперт.

Работу над реакторами ВВЭР Ижорские заводы вели с 1970-х годов. Основные трудности при изготовлении крупногабаритного корпусного оборудования были в технологии изготовления и способах производства, которые бы обеспечили максимальные габариты корпуса с учетом возможности транспортировки по железной дороге и с сохранением всех проектных параметров. «Тогда, в конце 70-х, на Ижорских заводах создали целый отдел, занимавшийся нейтронно-физическими расчетами активной зоны, и в итоге предприятие позднее смогло спроектировать и изготовить корпус реактора ВВЭР-1000, современные «внуки» которого сейчас отгружаются нашим иностранным партнерам», — объяснил Николай Сметанин.

Долговечность и надежность оборудования обеспечивается наплавкой на внутреннюю поверхность нержавеющей стали. Наплавка делается поэтапно — на патрубки, затем на внутренние поверхности и, наконец, по зонам сварных швов. Основной металл перлитного класса выдерживает давление в реакторе с проектным ресурсом 60 лет, с возможностью продления до 100 лет, а нержавеющая сталь обеспечивает антикоррозийную стойкость.

«Для основного корпусного оборудования АЭС необходимо получить надежные данные по всем характеристикам металла после производственных и эксплуатационных воздействий. Поэтому в заготовках предусматриваются специальные пробы в виде колец, которые используются как для испытаний металла, так и для изготовления производственных контрольных сварных соединений. Также эти пробы и производственные контрольные сварные соединения используются для изготовления образцов-свидетелей для испытаний металла в процессе эксплуатации», — рассказал спикер.

В конце прогулки участники увидели проплывающую по Неве баржу с оборудованием и приветствовали ее флешмобом.

Фото: ИЦАЭ