Вместе мы – сила!
Дата: 29/10/2019
Тема: Время и судьбы


26 лет назад советские ученые и конструкторы выиграли межконтинентальный Тендер на поставку ядерного топлива.

В.В.Сапрыкин, замруководителя Отделения физики ВВЭР ККАЭ - НИЦ КИ

Для начала, немного об одной истории. В 1991 году Институт атомной энергии им. И.В. Курчатова превратился в независимый от атомной отрасли России Российский научный центр «Курчатовский институт», и далее, в 2010 году, уже стал называться Национальным исследовательским центром «Курчатовский институт».



В связи с этим, ИАЭ им. И.В.Курчатова перестал быть одной из важнейших структур атомной отрасли с ее общими заботами и планами. До «Перестройки» важными задачами ИАЭ им. И.В. Курчатова в атомной энергетике были разработка методик расчета нейтронно-физических характеристик активных зон реакторов водо-водяного типа и создание электронных кодов для выполнения самих расчетов на ЭВМ.

После выхода из отрасли финансирование работ мгновенно прекратилось. Все подразделения должны были сами искать финансирование себе и «обслуживающему персоналу». Надо признать, что в дальнейшем часть НИИ отрасли вошли в состав НИЦ «Курчатовский институт». Задачи, которые ранее выполнял ИАЭ им. И.В. Курчатова, в атомной отрасли поручили Физико-энергетическому институту. И, конечно, всё пришлось делать заново, включая исторически ИАЭ — шную задачу разработки методик, выверки и проверки на работоспособность программ расчета нейтронно-физических характеристик активных зон реакторов ВВЭР. Кроме этого необходимо было выполнять сопровождение эксплуатации и проектирование АЭС с ВВЭР, а также многое другое, касающееся вопросов безопасности АЭС. Управленческий аппарат отрасли, наверное, не предполагал, что опыт подобных работ собирался и систематизировался не мгновенно, а в течение десятилетий. Тем временем новые АЭС с ВВЭР по инерции вводились в строй.

Министерство среднего машиностроения (правда, уже с другим названием) начало разваливаться, впрочем, как и СССР вместе с СЭВ и со странами народной демократии. Оборвались контакты, взаимные расчеты переходили на валюту в долларах или в бартере. Попытка Коновалова В.Ф. и Сидоренко В.А. собрать хоть какое-то организованное хозяйственное сообщество провалилась. Все организации бывшего большого содружества до поры радовались свободе и самостоятельности. Политические правители стран народной демократии, да и прочие недовольные жесткой организацией СССР, развернулись в сторону Запада и «обязаны были играть по его правилам». И это было главным деструктивным началом в той ситуации для России и атомной отрасли. Если в СССР контракты на поставку ядерного топлива на АЭС с ВВЭР в страны народной демократии были запрограммированы на десятилетия, то теперь можно было их получить только через тендер (конкурс), который объявлялся на всю планету!

В Западной части Европы было построено 34 энергетических блока с реакторами типа ВВЭР, из них ВВЭР‑1000—16 шт., ВВЭР‑440—18 шт. В ФРГ сразу все энергоблоки с ВВЭР закрыли, кроме исследовательского.

В конце 1992 года Чехословакия объявила Тендер на поставку ядерного топлива для АЭС с 8-ю энергоблоками. Цена вопроса: одна тепловыделяющая сборка (далее — ТВС) для ВВЭР‑440 стоила около $150 тыс. (цена по рядовому учебнику). Ежегодная загрузка свежего ядерного топлива в один реактор — около 120 ТВС, таким образом, для 8-ми энергоблоков общая сумма тянула уже на $144 млн. Для всех реакторов ВВЭР‑440, построенных СССР за пределами России стоимость составляла уже $324 млн в год. По тем временам деньги для малых стран огромные! Западные поставщики топлива тоже с интересом рассматривали этот новый для них рынок. Возможно, принималась во внимание и политическая задача — ослабить Россию, лишить ее денег, в которых она очень нуждалась.

Участвовать в тендере могли все, кто изготавливал (или перепродавал) ядерное топливо для АЭС с теплоносителем под давлением внутри ядерного реактора. Особенностью конструкций тепловыделяющих сборок (ТВС) Запада от наших было только в их форме. На Западе форма была квадратная, а в СССР шестигранная — из расчета, что нейтронов из реактора теряется меньше, так как активная зона «круглее». Тепловыделяющие элементы (твэлы) во всех тепловыделяющих сборках эксплуатировались по одному принципу и потому конструкции были подобные. Изменению подлежали только, по большому счету, диаметр трубок, и топливные таблетки из двуокиси урана, которые закладывались в трубки. Трубки запаивались с двух сторон — это изделие называется тепловыделяющий элемент, т.е. твэл. Из этих элементов, которые выдавали огромное количество энергии, собирались тепловыделяющие сборки, габариты которых должны были удовлетворять внутриреакторной конструкции. Изготовить иные конструкции ТВС было делом искусного мастера. Все конструкционные материалы во всем мире проходили соответствующие испытания, и была почти идентичны друг другу.

Схема профилирования обогащения топлива в ТВС типа  3.82 % 

При этом стало известно, что все чертежи тепловыделяющих сборок СССР, включая состав конструкционных свойства материалов, каким-то образом попали на Запад. Разработки советских ученых и конструкторов подверглись той же печальной участи. Новые политические власти ближнего зарубежья сняли с себя обязательства по недопустимости передачи научно-технических разработок СССР, которого, впрочем, в то время уже не существовало.

Главной особенностью тех тендеров была необходимость подачи «час в час» через 4 месяца новых предложений на поставку ядерного топлива в независимую комиссию, которая находилась в США (!). Предложение должно было содержать некоторые условия, как то наличие ядерного проекта с обоснованием ядерной безопасности эксплуатации ядерного топлива и наличия опыта эксплуатации этих тепловыделяющих сборок. Разработка такого проекта и обоснование безопасной эксплуатации ядерных реакторов сегодня выполняется при нормальном темпе на современных компьютерах 18 месяцев. Опыт эксплуатации, конечно, значительно больше, не менее четырёх-шести лет при работе реактора на номинальной мощности, исключая ежегодно один месяц на перегрузку ядерного топлива.

В то время ещё сохранилась организация ТЕХСНАБЭКСПОРТ, и связь с инозаказчиками они продолжали осуществлять. ТСЭ обратился в Концерн ТВЭЛ (созданный на основе 3-го Главного Управления Среднего машиностроения), а сотрудники Концерна стали по своим личным каналам собирать коллектив для выполнения работ по выпуску Тендерного Предложения. Особую активность в этом играл МСЗ города Электросталь, который был заинтересован в сохранении рынка сбыта. Концерн ТВЭЛ стремился сохранить или восстановить хоть какие-то связи, необходимые для выпуска ТВС для АЭС Чехословакии — это рудники, заводы, конструкторские и научные предприятия.

Ситуация была чрезвычайно сложной. Времени на выполнение было мало, да ещё с переводом на английский язык. Было понятно, что старые проекты не имели шансов выиграть тендер: на Западе была вся исходная информация для изготовления ТВС (информация об опытно-промышленной эксплуатации разных конструкций ТВС была опубликована в материалах СЭВ). Хотя Предложение для тендера было всего для 8 ядерных реакторов, проигрыш означал потерю всего рынка! Ознакомиться с предложениями конкурентов на поставку ядерного топлива по условиям Тендера было нельзя.

Нужно было найти свежее решение на основе наработанного опыта и учитывающее в то же время возможности наших заводов, особенно МСЗ. На тот момент тепловыделяющие сборки для ВВЭР‑1000 изготавливались в Новосибирске на НЗХК, а ТВС ВВЭР‑440 в Электростали на МСЗ.

Как известно, любая атомная станция начинается с ядерной части, то есть от печки, с разработки активной зоны ядерного реактора. Перед этим сотрудники, уже РНЦ «Курчатовский институт», успешно выступили с окончательной валидацией комплекса программ 2-го поколения2 (последнего поколения на тот момент — оно оказалось сродни имеющимся тогда на Западе) расчета нейтронно-физических характеристик активных зон ВВЭР на конференции МАГАТЭ (комплекс программ КАССЕТА, ПЕРМАК360В и БИПР‑7). Особенность этого комплекса состоит в том, что на современном уровне стало возможным улучшить эффективность использования ядерного топлива при эксплуатации. До этого уже прошла вся опытно-промышленная эксплуатация тепловыделяющих сборок с использованием разных низко поглощающих конструкционных материалов и применения повышенного до 4.4% обогащения делящего материала урана‑235.

При разработке ядерной части необходимо было спроектировать такие тепловыделяющие сборки, чтобы при их размещении внутри реактора значительно уменьшился поток нейтронов на корпус реактора, чем продлевается «время его жизни» и увеличивается срок эксплуатации. Нужно было сократить количество свежего загружаемого ядерного топлива — этим экономится место для хранения ОЯТ: новая власть России отказалась от возврата отработанного топлива, и это оказалось актуальным. Так как обоснование безопасной эксплуатации ядерного реактора занимает наибольшее количество времени при выполнении любого проекта, то следовало сохранить критерии ранее обоснованных значений для безопасной эксплуатации ядерной острова, что позволяло не выполнять все обоснования в большом объеме. Таким образом, всё внимание было обращено на критерий не превышения величины проектного наибольшего значения мощности тепловыделяющего элемента во всей активной зоне. В старых проектах, данное наибольшее значение находилось в углу периферийного ряда. В соответствии с шестигранной конструкцией ТВС, твэлы устанавливались идентично — каждый ряд твэл расстанавливался равномерным шестигранником с разным количеством твэл, кроме, конечно, центральной инструментальной трубки, увеличиваясь в каждом периметре по одному твэл от центра ТВС. По данным валидации комплекса программ наихудшая точность расчета, то есть расчетная величина, была меньше реальной, что создавало в определенный момент проблемы для безопасной эксплуатации. Для исправления этого был применен известный способ из разработок по ВВЭР‑1000: по периферийному ряду тепловыделяющих элементов установили тепловыделяющие элементы более низкого обогащения по урану‑235, а в углах и того меньше (на языке физиков это называется выполнить профилирование по обогащению в сечении ТВС) — смотри рисунок. Эта тепловыделяющая сборка известна как 3.82 — по среднему обогащению всех твэл. Такой вариант для реакторов ВВЭР‑440 никогда ранее не рассматривался. Это позволило значительно снизить значения максимальной мощности тепловыделяющего элемента. Для сохранения длительности работы реактора и даже увеличения эффективности использования топлива среднее обогащение топлива было увеличено. При этом также на периферии активной зоны были размещены ТВС с наименьшими размножающими свойствами. Результат превзошел все ожидания относительно старого проекта: определения максимальной мощности тепловыделяющего элемента оказалась ниже измеренной от эксперимента, поток на корпус реактора стал ниже в 2 раза, количество свежих загружаемых сборок уменьшилось, по сравнению с предыдущим проектом, на 20—25%.

Все теплогидравлические расчеты ОКБ ГП показали не превышение ранее достигнутых критериев проектирования для эксплуатации активных зон. Большой объем обосновывающих работ не потребовался. Дополнительных вопросов задано не было. Независимая комиссия выбрала Предложение Российской Федерации на поставку ТВС для реакторов ВВЭР‑440 в Чехию и Словакию. Контракты на поставку ТВС нового поколения на АЭС уже Чехии и Словакии были заключены с Концерном ТВЭЛ.

В последующем в руки специалистов РФ попали материалы части РЕВЬЮ за 1994 год из западного журнала, где были приведены все варианты ТВС, предлагаемые на Тендер. Оказалось, что западные специалисты «играли» вместе против РФ. Ни один конструкционный размер предлагаемых твэлов в ТВС не повторялся с точностью 0.01 мм!!!, даже, с нашим твэлом. Это ли не свидетельство международного заговора? Все чужие варианты расстановки твэл, были изумительными! Правда, частично «списанными» с материалов СЭВа. Я знал, как мы прежде предполагали разрабатыватьТВС.

В том Тендере принимали участие: от России –ТЕХСНАБЭКСПОРТ, от Германии — Сименс, от США — Вестингаус, от Франции — Фраматом/Кожема, от Великобритании — БНФЛ.

Напоследок перечислю активных российских участников выполнения работ для того Тендера: МСЗ — Панюшкин А.К., Колосовский В.Г.; ОКБ Гидропресс — Воробьев Ю.В., Ананьев Ю.А., Дамрин Е.М., Лушин В.Б., Гришаков А.В.; ВНИИНМ — Бибилашвили Ю.К.; Никишев О.; ТЕХСНАБЭКСПОРТ — Бондаренко О.В.; РНЦ «Курчатовский институт» — Лунин Г.Л., Новиков А.Н., Лизоркин М.П., Сапрыкин В.В., Мамичев В.В., Проселков В.Н.

Одна из западных фирм — участников того Тендера настолько была уверена в победе, что еще до его результатов построила новый цех. Генерального менеджера сняли с работы.

Источники:
1. История одного тендера. «Курчатовец» февраль-март 2019 г.
2. PROBLEMS OF VVER IN-CORE FUEL MANAGEMENT. A.N. NOVIKOV, V.V. PSHENIN, M.P. LISORKIN, V.V. SAPRYKIN, V.D. SIDORENKO, A.A. SUSLOV. IAEA-TECDOC‑567, IN-CORE FUEL MANAGEMENT PRACTICES, IAEA-TECDOC‑567, VIENA, 1990.







Это статья PRoAtom
http://www.proatom.ru

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=8847