Приборная панель атомной энергетики
На конференции в СНИИП эксперты обсудили перспективы развития ядерного приборостроения
Без каких систем контроля не может развиваться атомная отрасль? Готова ли отечественная промышленность заменить импортные комплектующие для радиометров, дозиметров и спектрометров? Чем помогут разработчикам ядерных приборов и систем цифровые технологии? Эти и другие актуальные вопросы отраслевого приборостроения обсудили на научно-технической конференции в СНИИП.
Конференция «Ядерное приборостроение: история, современность, перспективы» прошла 25–27 октября. Она была посвящена 70-летнему юбилею Специализированного научно-исследовательского института приборостроения (СНИИП) — одного из главных центров отраслевого приборостроения.
«В конце 1990-х годов приборостроение в нашей стране столкнулось с серьезным кризисом, это коснулось и ядерного приборостроения, — отметил Александр Карцев, генеральный директор СНИИП. — Кризис был обусловлен отсутствием массовой потребности в нашей продукции: новые атомные станции не строились, не было заказов. В начале 2010-х годов случился атомный ренессанс в стране и за рубежом, и сегодня мы снова востребованы».
Системный ликбез
Основы ядерного приборостроения гостям конференции напомнил первый заместитель генерального директора по научной работе — главный конструктор СНИИП Сергей Чебышов. На атомных объектах надо постоянно измерять и анализировать множество параметров: фотонное и нейтронное излучение, загрязнение поверхностей, объемную активность аэрозолей, йода-131, инертных радиоактивных газов, трития, радиоактивных жидкостей, радона.
Модернизация СУЗ быстрых физических стендов в Физико-энергетическом институте специалистами СНИИП
Было: Стенды БФС-1 и БФС-2 — уникальная экспериментальная база для исследования физики быстрых реакторов, которой пользуется весь мир. На момент принятия решения о модернизации оборудование системы управления и защиты стендов проработало уже более 50 лет. Технические средства системы были распределены по нескольким помещениям, что затрудняло диагностику неисправностей. Регистрация рабочих параметров велась только на самописцы с бумажными барабанами. Срабатывание аварийных и предупредительных порогов было реализовано через встроенные в самописцы переключатели, значения срабатывания которых устанавливались вручную.
Стало: Все оборудование СУЗ компактно разместили в одном помещении. При модернизации СУЗ от СНИИП требовалось обеспечить «бесшовную модернизацию», чтобы специалисты БФС смогли быстро освоить новое оборудование, поэтому в системе сохранили бумажные самописцы, но сделали их компактными. Параллельно регистрация теперь ведется на электронные носители. Систему оснастили логическим контроллером для управления всеми процессами и выдачи предупредительных сигналов. Новый пульт управления системой максимально унифицировали с прежним, но шкальные приборы заменили ЖК-мониторами. Также при модернизации увеличили чувствительность каналов СУЗ.
Решенный кейс
Что разрабатывают приборостроители для атомной отрасли? База любого устройства — детекторы ионизирующего излучения. «Они группируются в четыре крупных класса: газоразрядные детекторы и ионизационные камеры, сцинтилляционные детекторы, детекторы для индивидуальной дозиметрии и полупроводниковые детекторы, — объяснил ученый. — На основе детекторов создаются приборы: радиометры, дозиметры, спектрометры. А из приборов собирают системы: контроля и управления реакторными установками, технологического контроля и радиационного контроля».
Также докладчик рассказал, какие основные системы приборостроители-ядерщики поставляют на атомные объекты: «По направлению систем контроля в нашей области ответственности в настоящее время находятся: системы контроля, управления и диагностики (СКУД), системы группового и индивидуального управления реакторной установкой (СУЗ СГИУ) и аппаратные комплексы диверсной системы защиты (ДСЗ)».
Сергей Чебышов отметил, что специалисты СНИИП, центра диагностики «Диапром» и Курчатовского института работают в тесном контакте при создании СКУД, играющей существенную роль в обеспечении безопасной эксплуатации реакторной установки. «Сейчас в работе СКУД для сооружаемых блоков АЭС «Руппур», до конца года мы должны отгрузить оборудование, — сообщил главный конструктор СНИИП. — Также для АЭС «Руппур» в этом году мы поставляем СУЗ СГИУ, это весьма ответственная система, без которой работа ядерного реактора немыслима. В рамках исполнения проекта для АЭС «Аккую» работаем над созданием ДСЗ».
К числу основных систем, над которыми работает СНИИП в настоящее время, можно отнести следующие.
СУЗ СГИУ (система управления и защиты — система группового и индивидуального управления). Предназначена для управления реактором при его пуске, работе на мощности, плановой или аварийной остановке путем изменения положения твердых поглотителей в активной зоне.
АСРК (автоматизированная система радиационного контроля). С точки зрения своего функционального назначения это уникальная система, которая вводится в эксплуатацию (в проектном объеме) к моменту завоза ядерного топлива, т.е. когда реактор еще не пущен, и продолжает работать после вывода реактора из эксплуатации. Главная задача АСРК — контроль за целостностью защитных барьеров (к ним относятся тепловыделяющий элемент, топливная сборка, прочный корпус реактора, герметичность оборудования реакторного отделения и т.д.) на пути распространения радиационных факторов. «За последние три года мы существенно обновили парк приборов АСРК, особенно нижнего уровня», — подчеркнул Сергей Чебышов.
АСКРО (оборудование автоматизированной системы контроля радиационной обстановки). Посты контроля устанавливаются вокруг станции, в санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения. Посты контроля прежде всего отслеживают уровень радиационного фона и передают по радиоканалу информацию в станционный пульт верхнего уровня АСКРО, а также в «Росэнергоатом». Сегодня сама концепция АСКРО переживает трансформацию. «Некоторое время назад было принято решение, что все оборудование АСКРО должно перейти из группы оборудования четвертого класса безопасности в группу третьего, — рассказал главный конструктор СНИИП. — Стоит задача по созданию нового приборного парка, который соответствовал бы стандартам третьего класса безопасности».
АСИДК (автоматизированная система индивидуального дозиметрического контроля). Предназначена для измерения и контроля доз облучения персонала АЭС и других объектов использования атомной энергии. Дозиметры, являющиеся основной приборной базой АСИДК, обеспечивают измерение доз облучения и сравнение полученных значений с контрольными уровнями. В АСИДК входят электронные прямопоказывающие дозиметры, считыватели личных электронных пропусков, индивидуальные термолюминесцентные дозиметры, турникеты со специальным ПО, а также автоматизированные рабочие места дозиметристов. «В середине 1990-х годов была развернута большая программа TACIS (существовавшая в 1991–2007 годах программа технической помощи Европейского союза Содружеству Независимых Государств.— Прим. ред.), в рамках которой дозиметры поставлялись на наши АЭС из Евросоюза, — отметил Сергей Чебышов. — Свои работы по этой тематике в РФ не поддерживались, не выделялись деньги на разработки персональных дозиметров. Сегодня приборный парк индивидуальной дозиметрии требует модернизации. Мы активно работаем над решением задачи импортозамещения в этом направлении».
Заказчик требует точности
На конференции обсуждали современные тенденции в ядерном приборостроении. Сергей Чебышов отметил, что заказчики требуют все большей точности измерений: «В частности, в настоящее время все чаще требуются дозиметрические приборы повышенной точности. Для разработки таких приборов нужны низкофоновые камеры». Сейчас над созданием такой камеры работает ВНИИМ им. Д. И. Менделеева (г. Санкт-Петербург). Также стоит задача создания специальных стендов для выполнения метрологии измерений поглощенной дозы облучения от 100 Грей и выше.
«Кайман» и «Нарвал»
В СНИИП с 2019 года реализуется целый ряд инвестиционных проектов развития, ключевые из которых — «Совершенствование продуктовой линейки гражданского назначения» («Кайман») и «Совершенствование программно-технических средств радиационного контроля» («Нарвал»). Задача обоих проектов — создание и вывод на рынок новых решений в области контроля радиационных параметров, которые характеризуют режим эксплуатации АЭС и объектов использования атомной энергии.
Продуктами проекта «Нарвал» являются несколько ключевых приборов для построения систем радиационного контроля плавучих атомных энергоблоков, АЭС малой мощности, объектов береговой инфраструктуры Северного морского пути. Успешно применяемые в текущих проектах (включая ПАТЭС) блоки и устройства детектирования ионизирующих излучений будут дополняться такими технически сложными и информационно насыщенными компонентами, как радиометр азота-16 в остром паре для контроля протечек парогенератора, комплекс индивидуального дозиметрического контроля, измеритель мощности поглощенной дозы в поверхностном слое кожи и радиометр нейтронов широкого спектра энергий.
В рамках проекта «Кайман» создается более 10 функционально законченных радиационных мониторов для измерения основных радиометрических и спектрометрических характеристик, которые используются при анализе эффективности защитных барьеров энергоблока АЭС и состояния технологического оборудования, при оценке безопасной эксплуатации ядерной энергетической установки по уровням допустимого воздействия на персонал, население и окружающую среду на промышленной площадке, в санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения объекта. Перечень контролируемых параметров включает объемную активность радиоактивных аэрозолей, йода-131, инертных радиоактивных газов, воды, изотопный состав теплоносителя первого контура АЭС и воздуха, удаляемого через системы вентиляции.
Подробности
Все чаще заказчики хотят получить детекторы, адаптированные под конкретные измерительные задачи, а не стандартные. «В СНИИП создан научно-технологический комплекс для разработки и изготовления специальных сцинтилляционных и термолюминесцентных детекторов ионизирующего излучения», — отметил Сергей Чебышов.
Активно идет цифровизация ядерного приборостроения. Разработчики приборов и систем внедряют методы компьютерного моделирования. «Цифровизация касается всех этапов разработки изделий ядерного приборостроения, — подчеркнул ученый. — В настоящее время мы применяем около 40 программно-математических инструментов, используемых на всех этапах разработки приборов».
Директор по перспективным разработкам — начальник отдела аналитики и информации СНИИП Андрей Гордеев остановился на тенденциях развития АСРК. Сегодня она все чаще рассматривается как одна из подсистем АСУ ТП, и это налагает дополнительные требования на систему. Кроме того, разработчикам надо думать о ее интеграции в единый программно-технический комплекс. Заказчики требуют расширения диапазонов и увеличения точности измерений (причем это не всегда технически обосновано). Еще один тренд — внедрение методов спектрометрического анализа в состав устройств для детектирования технологических средств.
Ограничения — повод для развития
Зарубежные санкции — серьезный вызов для ядерного приборостроения. «Есть проблемы с материалами для детекторов: перед отечественной промышленностью стоит задача наращивания выпуска кремния и германия требуемого качества. В частности, в этом направлении активно работают наши коллеги из Института физико-технических проблем. Надеемся, что в ближайшее время появятся отечественные аналоги, — сказал генеральный директор СНИИП Александр Карцев. — Также есть проблемы с электронной компонентной базой. Мы заблаговременно готовились к трудностям, насколько возможно, сейчас применяем отечественные электронные компоненты. Работу в этом направлении мы продолжаем. Не все нам сейчас готова поставлять отечественная электронная промышленность, особенно много проблем с поставкой современных, высокопроизводительных микропроцессоров. Но мы уверены, что они будут решены».
В частности, санкции могут помочь отечественным приборостроителям укорениться на рынке систем контроля для газонефтяной отрасли. «Все свои наработки мы стараемся применить и в других отраслях, не только в атомной, — подчеркнул Александр Карцев. — Разрабатываем системы диагностики в интересах «Газпрома», «Роснефти». В связи с импортозамещением будем еще активнее этим заниматься».
Ведущий инженер-разработчик лаборатории блоков детектирования газоаэрозольных сред и йодов Вячеслав Голубев перечислил комплектующие, которых пока не хватает на отечественном рынке и которые надо импортозамещать в первую очередь. Это основные элементы устройств детектирования: как аналоговые (усилители, компараторы, фильтры, формирователи, микросхемы управления питанием), так и цифровые (логические микросхемы, микроконтроллеры, ПЛИС).
Временные трудности с комплектующими — не повод останавливаться в развитии. «В СНИИП сегодня реализуется большая программа НИОКР: порядка 10 проектов по всем актуальным направлениям, — сообщил Сергей Чебышов. — Ключевой проект — «Кайман»: мы создали 12 принципиально новых типов приборов, которые стали основой для современных АСРК, поставляемых в настоящее время на АЭС, строящиеся в том числе за рубежом («Руппур», «Аккую», «Эль-Дабаа»). В рамках проекта «Нарвал» мы разрабатываем новое оборудование для плавучих энергоблоков, надеемся, что оно также будет востребовано для атомных станций малой мощности».
