От ядерного щита к энергетике будущего

 
Как 1-й реактор СССР помог развивать мирный атом
25.12.2021

Первый отечественный реактор, пущенный 75 лет назад, не только дал ученым результаты, необходимые для создания советского ядерного оружия, но и помог создать технологии атомной энергетики, которые, эволюционировав в течение десятков лет, сейчас обеспечивают лидерство России на мировом рынке АЭС.

Двадцать пятого декабря 1946 года в Москве начал работу экспериментальный ядерный реактор Ф-1 ("физический первый"), построенный на тогдашней северо-западной окраине столицы, на территории Лаборатории №2 Академии наук СССР (так тогда в целях секретности именовался научный "штаб" советского атомного проекта, ныне это всемирно известный Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт").

Как правило, по случаю разных юбилеев в тех или иных областях науки и техники принято рассказывать о современных достижениях. Применительно к отечественным реакторным технологиям это особенно уместно, поскольку спустя 75 лет оригинальные разработки российских атомщиков обеспечивают им лидерство в мировой атомной энергетике.

После того как советские ученые путем напряженного труда в очень тяжелых условиях послевоенного времени успешно решили задачу проектирования, строительства, пуска и управления работой реактора Ф-1, открылась возможность для создания "оружейных" реакторов, а также установок для использования атомной энергии в мирных целях. "Атомная энергия теперь подчинена воле советского человека", - сказал тогда научный руководитель атомного проекта СССР Игорь Курчатов, который руководил проектом Ф-1.

На основе опыта эксплуатации Ф-1 также под руководством Курчатова был построен и пущен в июне 1948 года на Южном Урале на комбинате №817 (ныне – "Производственное объединение "Маяк" "Росатома", Озерск, Челябинская область) первый промышленный реактор для наработки плутония, необходимого для создания первого отечественного атомного заряда РДС-1. Его успешно испытали 29 августа 1949 года на Семипалатинском полигоне. Монополия США на обладание технологиями ядерного оружия была ликвидирована.

Но к тому времени советское руководство уже активно рассматривало перспективы мирного использования атомной энергии. Коллективы ученых, инженеров и конструкторов, задействованные в проекте реактора Ф-1, создали основы и атомной энергетики. Первую в мире АЭС пустили в Обнинске в конце июня 1954 года.

"КУРЧАТОВСКОЕ ДРЕВО РЕАКТОРОВ"...

Как говорят сами атомщики, на основе реактора Ф-1 была создана огромная ветвь (по их выражению - "Курчатовское древо") новых ядерных реакторов для разных направлений – и для атомных электростанций, и для атомных подводных лодок, и для атомных ледоколов.

По мнению специалистов, на редкость удачными с точки зрения эффективности и безопасности оказались технологические решения, перенесенные советскими атомщиками из проектов реакторов атомных субмарин в большую наземную атомную энергетику. Речь идет о реакторных установках, носящих аббревиатуру ВВЭР - это водо-водяные энергетические реакторы, где вода одновременно является и теплоносителем, и замедлителем нейтронов.

Установки ВВЭР сейчас составляют большинство реакторов в российской атомной энергетике и являются основным экспортным продуктом "Росатома". Ну а Курчатовский институт - бессменный научный руководитель проектов этих установок. По ряду показателей реакторы ВВЭР считаются лучшими в мире. Сейчас "Росатом" является лидером по числу атомных энергоблоков, строящихся за рубежом, и это энергоблоки ВВЭР.

...И ЕГО НОВЫЕ "ВЕТВИ"

Развитие и совершенствование ядерных технологий, в том числе технологий реакторов ВВЭР – одно из ключевых направлений работы Курчатовского института. И на "Курчатовском древе" за последние годы появились новые, перспективные "ветви".

В августе 2016 года в энергосистему России был включен пилотный энергоблок с реактором ВВЭР-1200 – энергоблок №6 Нововоронежской АЭС. Это был первый в мире блок поколения 3+, разработанный уже в новом веке и отвечающий самым высоким требованиям эффективности и безопасности. На данный момент в России действуют четыре таких энергоблока - по два на Нововоронежской и Ленинградской АЭС, один блок работает на Белорусской АЭС (там сейчас готовятся к пуску и второго блока).

Следующим эволюционным этапом развития проектов с реакторами ВВЭР стал проект ВВЭР-ТОИ (водо-водяной энергетический реактор типовой оптимизированный информатизированный). Он основан на улучшении технических решений проекта АЭС с ВВЭР-1200, что дает конкурентные преимущества. Первые два блока ВВЭР-ТОИ строятся в России на Курской АЭС.

Но это технологии сегодняшнего дня и ближайшего будущего. Более отдаленная перспектива развития российской атомной энергетики основана на практическом воплощении ее новой стратегии развития, базовым положением которой обозначен переход к конкурентоспособной двухкомпонентной энергетической системе на основе замкнутого ядерного топливного цикла (ЗЯТЦ).

Речь о том, чтобы "сопрячь" эксплуатацию традиционных реакторов ВВЭР с новыми реакторами на быстрых нейтронах. Благодаря ЗЯТЦ, как ожидается, расширится воспроизводство ядерного "горючего" и существенно увеличится топливная база атомной энергетики, не требующая больших объемов добычи природного урана. Также появится возможность сокращать объемы радиоактивных отходов, остающихся после переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) - самые опасные радионуклиды предложено "выжигать" в реакторах на быстрых нейтронах. Так можно будет решать две ключевые проблемы нынешней атомной энергетики - ресурсную и экологическую.

"КРУГОВОРОТ" ЯДЕРНОГО "ГОРЮЧЕГО"

Логика двухкомпонентной ядерной энергосистемы основана на использовании плутония, выделяемого из отработавшего ядерного топлива реакторов ВВЭР, для изготовления топлива реакторов на быстрых нейтронах и возможности применения плутония из ОЯТ "быстрых" реакторов для изготовления уран-плутониевого топлива ВВЭР.

По мнению специалистов, для такого "круговорота" потребуется развитие технологий реакторов ВВЭР путем создания реактора ВВЭР-С, конструкция которого благодаря ряду технических решений позволяет менять спектр нейтронов - их распределение по энергии в активной зоне реактора (это и есть спектральное регулирование).

Применение системы спектрального регулирования имеет целый ряд преимуществ. Во-первых, при равной мощности реактор ВВЭР-С, по расчетам, будет потреблять на треть меньше урана, чем современные передовые реакторы ВВЭР. Во-вторых, спектральное управление позволяет эксплуатировать реактор, полностью загруженный уран-плутониевым топливом. Кроме того, возможно оптимизировать все конструкции реакторной установки, сделав дешевле энергоблок на ее основе.

И в нынешнем году было объявлено о планах "Росатома" разработать и построить на Кольской АЭС два энергоблока мощностью по 600 МВт с реакторами ВВЭР-С.

А долгосрочная перспектива развития технологии ВВЭР основывается на разработке направления реакторной технологии с теплоносителем под сверхкритическим давлением. При таком давлении исчезает различие между жидкостью и паром, и вода находится в промежуточном состоянии. СКД-реакторы в мировом атомном сообществе отнесены к перспективным ядерным энергетическим установкам четвертого поколения.

По оценкам специалистов, переход на сверхкритические параметры позволит повысить КПД энергоблоков АЭС до 45%, обеспечить высокие параметры воспроизводства ядерного "горючего" в быстром спектре нейтронов и сократить удельные капитальные затраты на сооружение энергоблока, обладающего при этом и повышенными показателями безопасности. Концепция реактора со сверхкритическими параметрами теплоносителя позволяет также использовать преимущества реализации спектрального регулирования.

В нынешнем году стало известно, что российские специалисты под эгидой Курчатовского института в течение ближайших нескольких лет должны разработать технологии, которые со временем легли бы в основу проекта по созданию в РФ инновационного ядерного реактора ВВЭР-СКД.

На "Курчатовском древе" буквально в течение двух последних лет появился еще один "побег", тоже связанный с технологиями утилизации самых опасных радиоактивных компонентов. Речь о, как зачастую говорят атомщики, реакторе-"мусорщике", в котором такие радиоизотопы находятся в составе расплавленных солей и "выжигаются" в мощных нейтронных потоках. Такой жидкосолевой реактор, научным руководителем которого тоже стал Курчатовский институт, планируется построить на предприятии "Росатома" "Горно-химический комбинат" в Железногорске Красноярского края.

Что же касается реактора Ф-1, то его в свое время решили не разбирать, как это сделали американцы со своим первым реактором, пущенным в 1942 году. На Ф-1 в дальнейшем выполнялись многие фундаментальные исследования в области ядерной физики, реакторостроения, радиационного материаловедения, ядерной безопасности и многого другого. Ф-1 был центром коллективного пользования для междисциплинарных исследований. А сейчас Ф-1 имеет статус памятника науки и техники.

ПРАЙМ



0

 

От ядерного щита к энергетике будущего

Как 1-й реактор СССР помог развивать мирный атом
25.12.2021

Первый отечественный реактор, пущенный 75 лет назад, не только дал ученым результаты, необходимые для создания советского ядерного оружия, но и помог создать технологии атомной энергетики, которые, эволюционировав в течение десятков лет, сейчас обеспечивают лидерство России на мировом рынке АЭС.

Двадцать пятого декабря 1946 года в Москве начал работу экспериментальный ядерный реактор Ф-1 ("физический первый"), построенный на тогдашней северо-западной окраине столицы, на территории Лаборатории №2 Академии наук СССР (так тогда в целях секретности именовался научный "штаб" советского атомного проекта, ныне это всемирно известный Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт").

Как правило, по случаю разных юбилеев в тех или иных областях науки и техники принято рассказывать о современных достижениях. Применительно к отечественным реакторным технологиям это особенно уместно, поскольку спустя 75 лет оригинальные разработки российских атомщиков обеспечивают им лидерство в мировой атомной энергетике.

После того как советские ученые путем напряженного труда в очень тяжелых условиях послевоенного времени успешно решили задачу проектирования, строительства, пуска и управления работой реактора Ф-1, открылась возможность для создания "оружейных" реакторов, а также установок для использования атомной энергии в мирных целях. "Атомная энергия теперь подчинена воле советского человека", - сказал тогда научный руководитель атомного проекта СССР Игорь Курчатов, который руководил проектом Ф-1.

На основе опыта эксплуатации Ф-1 также под руководством Курчатова был построен и пущен в июне 1948 года на Южном Урале на комбинате №817 (ныне – "Производственное объединение "Маяк" "Росатома", Озерск, Челябинская область) первый промышленный реактор для наработки плутония, необходимого для создания первого отечественного атомного заряда РДС-1. Его успешно испытали 29 августа 1949 года на Семипалатинском полигоне. Монополия США на обладание технологиями ядерного оружия была ликвидирована.

Но к тому времени советское руководство уже активно рассматривало перспективы мирного использования атомной энергии. Коллективы ученых, инженеров и конструкторов, задействованные в проекте реактора Ф-1, создали основы и атомной энергетики. Первую в мире АЭС пустили в Обнинске в конце июня 1954 года.

"КУРЧАТОВСКОЕ ДРЕВО РЕАКТОРОВ"...

Как говорят сами атомщики, на основе реактора Ф-1 была создана огромная ветвь (по их выражению - "Курчатовское древо") новых ядерных реакторов для разных направлений – и для атомных электростанций, и для атомных подводных лодок, и для атомных ледоколов.

По мнению специалистов, на редкость удачными с точки зрения эффективности и безопасности оказались технологические решения, перенесенные советскими атомщиками из проектов реакторов атомных субмарин в большую наземную атомную энергетику. Речь идет о реакторных установках, носящих аббревиатуру ВВЭР - это водо-водяные энергетические реакторы, где вода одновременно является и теплоносителем, и замедлителем нейтронов.

Установки ВВЭР сейчас составляют большинство реакторов в российской атомной энергетике и являются основным экспортным продуктом "Росатома". Ну а Курчатовский институт - бессменный научный руководитель проектов этих установок. По ряду показателей реакторы ВВЭР считаются лучшими в мире. Сейчас "Росатом" является лидером по числу атомных энергоблоков, строящихся за рубежом, и это энергоблоки ВВЭР.

...И ЕГО НОВЫЕ "ВЕТВИ"

Развитие и совершенствование ядерных технологий, в том числе технологий реакторов ВВЭР – одно из ключевых направлений работы Курчатовского института. И на "Курчатовском древе" за последние годы появились новые, перспективные "ветви".

В августе 2016 года в энергосистему России был включен пилотный энергоблок с реактором ВВЭР-1200 – энергоблок №6 Нововоронежской АЭС. Это был первый в мире блок поколения 3+, разработанный уже в новом веке и отвечающий самым высоким требованиям эффективности и безопасности. На данный момент в России действуют четыре таких энергоблока - по два на Нововоронежской и Ленинградской АЭС, один блок работает на Белорусской АЭС (там сейчас готовятся к пуску и второго блока).

Следующим эволюционным этапом развития проектов с реакторами ВВЭР стал проект ВВЭР-ТОИ (водо-водяной энергетический реактор типовой оптимизированный информатизированный). Он основан на улучшении технических решений проекта АЭС с ВВЭР-1200, что дает конкурентные преимущества. Первые два блока ВВЭР-ТОИ строятся в России на Курской АЭС.

Но это технологии сегодняшнего дня и ближайшего будущего. Более отдаленная перспектива развития российской атомной энергетики основана на практическом воплощении ее новой стратегии развития, базовым положением которой обозначен переход к конкурентоспособной двухкомпонентной энергетической системе на основе замкнутого ядерного топливного цикла (ЗЯТЦ).

Речь о том, чтобы "сопрячь" эксплуатацию традиционных реакторов ВВЭР с новыми реакторами на быстрых нейтронах. Благодаря ЗЯТЦ, как ожидается, расширится воспроизводство ядерного "горючего" и существенно увеличится топливная база атомной энергетики, не требующая больших объемов добычи природного урана. Также появится возможность сокращать объемы радиоактивных отходов, остающихся после переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) - самые опасные радионуклиды предложено "выжигать" в реакторах на быстрых нейтронах. Так можно будет решать две ключевые проблемы нынешней атомной энергетики - ресурсную и экологическую.

"КРУГОВОРОТ" ЯДЕРНОГО "ГОРЮЧЕГО"

Логика двухкомпонентной ядерной энергосистемы основана на использовании плутония, выделяемого из отработавшего ядерного топлива реакторов ВВЭР, для изготовления топлива реакторов на быстрых нейтронах и возможности применения плутония из ОЯТ "быстрых" реакторов для изготовления уран-плутониевого топлива ВВЭР.

По мнению специалистов, для такого "круговорота" потребуется развитие технологий реакторов ВВЭР путем создания реактора ВВЭР-С, конструкция которого благодаря ряду технических решений позволяет менять спектр нейтронов - их распределение по энергии в активной зоне реактора (это и есть спектральное регулирование).

Применение системы спектрального регулирования имеет целый ряд преимуществ. Во-первых, при равной мощности реактор ВВЭР-С, по расчетам, будет потреблять на треть меньше урана, чем современные передовые реакторы ВВЭР. Во-вторых, спектральное управление позволяет эксплуатировать реактор, полностью загруженный уран-плутониевым топливом. Кроме того, возможно оптимизировать все конструкции реакторной установки, сделав дешевле энергоблок на ее основе.

И в нынешнем году было объявлено о планах "Росатома" разработать и построить на Кольской АЭС два энергоблока мощностью по 600 МВт с реакторами ВВЭР-С.

А долгосрочная перспектива развития технологии ВВЭР основывается на разработке направления реакторной технологии с теплоносителем под сверхкритическим давлением. При таком давлении исчезает различие между жидкостью и паром, и вода находится в промежуточном состоянии. СКД-реакторы в мировом атомном сообществе отнесены к перспективным ядерным энергетическим установкам четвертого поколения.

По оценкам специалистов, переход на сверхкритические параметры позволит повысить КПД энергоблоков АЭС до 45%, обеспечить высокие параметры воспроизводства ядерного "горючего" в быстром спектре нейтронов и сократить удельные капитальные затраты на сооружение энергоблока, обладающего при этом и повышенными показателями безопасности. Концепция реактора со сверхкритическими параметрами теплоносителя позволяет также использовать преимущества реализации спектрального регулирования.

В нынешнем году стало известно, что российские специалисты под эгидой Курчатовского института в течение ближайших нескольких лет должны разработать технологии, которые со временем легли бы в основу проекта по созданию в РФ инновационного ядерного реактора ВВЭР-СКД.

На "Курчатовском древе" буквально в течение двух последних лет появился еще один "побег", тоже связанный с технологиями утилизации самых опасных радиоактивных компонентов. Речь о, как зачастую говорят атомщики, реакторе-"мусорщике", в котором такие радиоизотопы находятся в составе расплавленных солей и "выжигаются" в мощных нейтронных потоках. Такой жидкосолевой реактор, научным руководителем которого тоже стал Курчатовский институт, планируется построить на предприятии "Росатома" "Горно-химический комбинат" в Железногорске Красноярского края.

Что же касается реактора Ф-1, то его в свое время решили не разбирать, как это сделали американцы со своим первым реактором, пущенным в 1942 году. На Ф-1 в дальнейшем выполнялись многие фундаментальные исследования в области ядерной физики, реакторостроения, радиационного материаловедения, ядерной безопасности и многого другого. Ф-1 был центром коллективного пользования для междисциплинарных исследований. А сейчас Ф-1 имеет статус памятника науки и техники.

ПРАЙМ



© 1998 — 2022, «Нефтяное обозрение (oilru.com)».
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № 77-6928
Зарегистрирован Министерством РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовой коммуникаций 23 апреля 2003 г.
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № ФС77-33815
Перерегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций 24 октября 2008 г.
При цитировании или ином использовании любых материалов ссылка на портал «Нефть России» (https://oilru.com/) обязательна.