Фото и видео

Новости (архив)

Контакты

contact@forca.ru

О ядерных реакторах и их творцах - Физики НИКИЭТ

Содержание материала

Страница 16 из 25

ГЛАВА 5.
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ПРОИЗВОДСТВЕННО­ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЦЕНТРЫ И ОТДЕЛЕНИЯ ИНСТИТУТА

В главе представлены история развития и современное состояние подразделений НИКИЭТ, обеспечивающих не только комплексный характер разработок института, их расчетно-экспериментальное обоснование, но и его ведущую роль в формировании ряда новых направлений атомной науки и техники.

Физики НИКИЭТ
В начале 1953 г. по инициативе Н.А. Доллежаля были приняты на работу в НИИ-8 первые инженеры-физики — выпускники ММИ (Московский механический, впоследствии инженерно- физический институт) А.П. Веселкин, В.В. Демидов, А.Д. Жирнов, Ю.И. Корякин, Ю.И. Митяев. Разбросанные вначале по разным подразделениям, они были в 1954 г. объединены в группу отдела № 2, разрабатывавшего ядерную энергетическую установку первой в СССР атомной подводной лодки. В начале 1955 г. группа пополнилась тремя выпускниками МИФИ (В.Н. Орлов, И.А. Стенбок, О.Л. Щипакин) и двумя лаборантками-расчетчицами, выпускницами средней школы (З.В. Булкина, ИД. Татаровская), а в 1956 г. — еще четырьмя выпускниками МИФИ (В.Н. Артамкин, Л.Н. Подлазов, В.К. Савенков, П.А. Гаврилов), и приказом по институту 1 июля этого года в составе конструкторского сектора НИИ-8 был образован отдел № 5 под руководством А.Д. Жирнова (он проработал в этой должности 30 лет). Главные задачи отдела — выбор физических схем разрабатываемых в НИИ-8 ЯЭУ различного назначения, обоснование их нейтронно-физических характеристик, ядерной и радиационной безопасности. Кроме уже перечисленных первых инженеров-физиков отдела № 5, нельзя не назвать ставших ведущими специалистами института В.Н. Аваева, В.А. Быкова, В.Н. Ветюкова, Ю.А. Егорова, А.И. Ефанова, А.Д. Климова, В.П. Ковтуненко, Ю.И. Колесникова, Л.В. Константинова, Б.Ф. Лапина, М.Е. Нетечу, А.В. Никитина, Ю.В. Орлова, Е.Ф. Полякова, В.В. Постникова, В.И. Просянова, Л.В. Решетина, Ю.М. Серебренникова, А.П. Сироткина, Е.А. Старостина, В.С. Степина, А.С. Терехова, Б.А. Ушакова, Ю.Э. Хандамирова, И.Л. Чихладзе, закладывавших в годы становления отдела основы физической науки в НИИ-8.
Эти годы ознаменовались и резко возросшим интересом к использованию ядерной энергии в различных отраслях техники. Достаточно сказать, что в 1956 и в 1958 гг. в Женеве состоялись две крупнейшие Международные конференции по физике и технике ядерных реакторов. В трудах этих конференций было опубликовано несколько сотен докладов и сообщений практически по всем проблемам атомной энергетики, намечены основные направления необходимых научных и инженерных исследований. Естественно, что расширение круга задач привело к интенсивному развитию физических исследований и в НИИ-8, а как следствие, к бурному росту объема работ и численности отдела — уже в 1959 г. в отделе работало более 60 человек. Характерной чертой такого роста было быстрое совершенствование в области реакторной физики вчерашних молодых специалистов. Этому способствовали растущее число интереснейших проблем, постоянная поддержка старших товарищей при их решении и, конечно же, традиционный вплоть до сегодняшних дней высокий уровень образования в МИФИ. Напомним, что в нем в те годы преподавали ведущие советские ученые —  А.И. Алиханьян, Л.А. Арцимович, Н.Г. Басов, С.Т. Беляев, Д.А. Васильков, В.М. Галицкий, А.И. Гольданский, И.И. Гуревич, В.С. Емельянов, И.К. Кикоин, В.Н. Кондратьев, В.Г. Левич, А.И. Лейпунский, М.А. Леонтович, С.Ю. Лукьянов, А.Б. Мигдал, М.Д. Миллионщиков, И.В. Обреимов, И.Я. Померанчук, И.Е. Тамм, И.В. Тананаев, Е.Л. Фейнберг, С.М. Фейнберг.
Сегодня, говоря о достижениях физических подразделений института, хотелось бы вспомнить тех, кто уже ушел из жизни, а тогда, в далекие 1950-е годы, когда реакторостроение еще только становилось на ноги, были для нас, только вставших со студенческой скамьи, подлинными учителями и наставниками. Это — И.В. Курчатов, А.П. Александров, Н.А. Доллежаль, А.И. Алиханов, Д.И. Блохинцев, П.А. Деленс, И.Я. Емельянов, А.Д. Галанин, В.В. Гончаров, А.К. Красин, С.М. Фейнберг, Е.С. Кузнецов, А.А. Самарский, А.Н. Тихонов, П.И. Алещенков, М.П. Сергеев, В.Н. Аксенова. Это — и немногим старше нас коллеги, уже успевшие многому научиться —  Г.А. Бать, М.Г. Минашин, Б.А. Буйницкий, Н.П. Дорофеев, Я.В. Шевелев, Ю.М. Булкин, Т.Н. Гермогенова, Е.П. Кунегин, И.И. Бондаренко, Л.Н. Усачев, С.Б. Шихов. Как можно видеть, наши учителя занимали разные, вплоть до самых высоких, посты и работали в разных организациях, но таков уж был и остается главным принцип деятельности коллектива физиков НИКИЭТ —  теснейшее сотрудничество с инженерно-конструкторскими отделами своего института, а также с коллегами-физиками из ИАЭ, ФЭИ, ИТЭФ, ФИАН, ГИФТИ, ВНИИЭФ, ИПМ и других научных учреждений страны.
Поэтому, подводя итоги полувековой работы физиков НИКИЭТ, надо понимать, что все сделанное — плоды совместных творческих усилий и самоотверженного труда многих и многих специалистов, принимавших участие в разработке и реализации десятков проектов института, большинство из которых были пионерными для своего времени.
Интенсивное развитие ядерной энергетики, постановка множества новых направлений физических исследований потребовали более глубокой специализации физиков института. Поэтому на базе отдела № 5 были созданы отделы и лаборатории по различным областям физики ядерно-энергетических установок: физика защиты и радиационная физика, динамика и управление ЯЭУ, экспериментальная физика и внутриреакторные измерения, физические проблемы термоядерных установок, топливного цикла ядерной энергетики, защиты окружающей среды.
Краткая справка о “происхождении” и руководителях подразделений нынешнего Отделения физики и безопасности (ОФИБ) приведена ниже.
Как уже говорилось, отдел № 5 образован в 1956 г. под руководством А.Д. Жирнова. В 1986- 1997 гг. отделом руководил И.А. Стенбок, с 1997 г. его возглавляет М.И. Рождественский.
Отдел № 12 образован в 1965 г. на базе лаборатории экспериментальной реакторной физики отдела № 5; начальником отдела был назначен Л.В. Константинов. В 1972-1995 гг. отделом руководил А.И. Ефанов, с 1995 по 1997 гг. — И.А. Стенбок; в настоящее время — В.В. Постников.
Отдел № 13. В 1960 г. для расчетно-теоретических исследований “комплексных явлений” в ЯЭУ (по определению Н.А. Доллежаля) из сотрудников отделов №№ 5, 8 и 27 был создан отдел № 14 во главе с П.А. Гавриловым. В 1984 г. из отдела № 14 выделяется отдел № 13 (начальник В.С. Степин), который принял на себя работы по динамике и безопасности ЯЭУ. С 2001 г. начальник отдела № 13 — В.Н. Васекин.
Отдел № 16 образован под руководством А.П. Веселкина в 1962 г.; в состав отдела вошла лаборатория с созданным в НИКИЭТ исследовательским реактором ИР-50. С 1987 г. отделом руководит М.Е. Нетеча. Основная задача отдела — расчетное и экспериментальное обоснование конструкций биологической защиты и радиационной безопасности реакторных установок, проектируемых в институте.
Отдел № 24 под руководством Ю.А. Егорова выделился из отдела № 16 в 1983 г. для проведения исследований в области радиационной безопасности АЭС и защиты окружающей среды.
В 1987 г. отделы №№ 5, 12, 13, 16, 24 объединяются в Отделение физических исследований и безопасности (директор отделения И.А. Стенбок), из которого в 1989 г. было выделено Отделение радиационной и экологической безопасности (директор Л.В. Константинов). В 1997 г. вновь проходит реорганизация комплекса отделов, занимавшихся физическими исследованиями, и воссоздается Отделение физики и безопасности во главе с А.П. Васильевым, в которое, кроме подразделений, входивших в упомянутые отделения, были включены отдел надежности и безопасности (№ 33) и лаборатории №№ 20, 21, 45 и 98.
Отдел № 33 образован в 1975 г. на базе лаборатории теплотехнической надежности отдела № 27. Первым начальником отдела был самый молодой в истории НИКИЭТ доктор технических наук А.И. Клемин. В настоящее время отделом руководит Е.Ф. Поляков. Лаборатории №№ 20 и 21 образованы в 1995 г. и являются преемницами отдела № 24. Ими руководят соответственно И.В. Жуков и Е.Б. Архангельский (ранее — Ю.В. Панкратьев). Лабораторию № 45, созданную в 1997 г., возглавляет А. В. Лопаткин, а № 98 (образована в 1999 г.) — А.А. Деревянкин. О задачах лабораторий и их деятельности будет рассказано ниже.
Что же сделано за 50 лет коллективами физиков, входящими ныне в ОФИБ? Напомним самые значительные из выполненных работ и имена тех, кто внес наибольший творческий вклад в достигнутое институтом, участвуя в разработке и реализации его проектов от начала поисков конструкторов и исследователей до пуска и эксплуатации объектов. Заметим при этом, что перечисленное ниже дает представление и о процессе развития отечественного реакторостроения за эти годы, о его достижениях.
Начнем с отдела № 5:

  1. участие в работах по пуску первой в мире опытно-промышленной АЭС (Ю.И. Корякин);
  2. исследования физических характеристик двухцелевого (промышленно-энергетического) реактора ЭИ-2 Сибирской АЭС (А.Д. Жирнов, Ю.И. Корякин, Ю.И. Митяев);
  3. комплекс расчетных и экспериментальных исследований при создании, пуске и эксплуатации ядерных энергетических установок ВМ для наземного стенда и первой отечественной АПЛ, в ходе которых были найдены эффективные решения нейтронно-физических и теплофизических проблем создания активной зоны водо-водяного реактора с высокой удельной мощностью и длительной кампанией, формирования надежной радиационной защиты с требуемыми массогабаритными характеристиками (В.А. Быков, А.П. Веселкин, А.Д. Жирнов, И.А. Стенбок, О.Л. Щипакин);
  4. разработка и обоснование новых подходов и технических решений (перспективные твэлы и ТВС, выгорающие поглотители, пространственное и функциональное разделение органов компенсации реактивности, более эффективное построение защиты и др.) в разработках реакторов и компоновки РУ для кораблей пр. 639, 661, 63, по теме В-6; реализация этих подходов и решений в первой блочной реакторной установке большой мощности для уникальной АПЛ пр. 661; дальнейшее развитие их в проекте моноблочной установки МБУ-40, давшей импульс становлению нового направления не только корабельного, но и энергетического реакторостроения (В.А. Быков, А.П. Веселкин, И.Х. Ганев, А.Д. Жирнов, В.П. Ковтуненко, Б.Ф. Лапин, М.Е. Нетеча, В.Н. Орлов, Л.Н. Подлазов, В.Д. Симонов, И.А. Стенбок, О.Л. Щипакин);
  5. комплекс работ по физике первого в мире промышленного энергетического реактора с перегревом пара; обоснование принципов управления мощностью и ее распределением в активной зоне больших физических размеров с испарительными и перегревательными ТВС, существенно отличающимися по нейтронно-физическим характеристикам (А.Д. Жирнов, О.К. Егоров, Л.В. Константинов, Ю.И. Митяев, В.В. Постников, Л.В. Решетин, В.М. Шувалов);
  6. физическое обоснование инженерно-конструкторских решений при создании уникального по своим нейтронным параметрам исследовательского реактора СМ-2, по сей день обладающего рекордными потоками нейтронов; в том числе решение проблем профилирования энерговыделения в высоконапряженной активной зоне, проблем определения тепловыделений в элементах конструкций, особенно на границах физически различных областей (центральная ловушка нейтронов и бериллиевый отражатель) и во внутрикорпусных устройствах перегрузки, проблем накопления трансурановых элементов (Л.В. Константинов, И.А. Стенбок, О.Л. Щипакин);
  7. разработка физических основ сооружаемого высокопоточного реактора ПИК (С.А. Соколов, И.А. Стенбок, А.С. Терехов);
  8. физические исследования при проектировании, пуске и эксплуатации многопетлевого высокопоточного реактора МИР для проведения испытаний топливных композиций, новых типов ТВС, твэлов и др.; результаты исследований позволили обосновать работоспособность сложной активной зоны с большим числом петлевых каналов, бериллиевыми замедлителем и отражателем, решить задачи обеспечения необходимых условий испытаний (распределение мощности, спектр нейтронов) в каждом из петлевых каналов, компенсации большого запаса реактивности, в частности, с использованием конструкции “двухэтажного” канала догрузки (В.А. Быков, В.И. Просянов, И.А. Стенбок);
  9. работы по теплоемкостному импульсному исследовательскому реактору ИГР (РВД) с рекордным потоком нейтронов; по решению проблем теплофизической работоспособности графитовой кладки с диспергированным топливом, обеспечения необходимых параметров импульсов различной длительности, компенсации реактивности, пуска и остановки реактора; разработка на основе опыта создания ИГР проектов аналогичных реакторов (РИНГ и др.) для получения мощных нейтронных импульсов (В.Н. Артамкин, С.Н. Буколов, П.А. Гаврилов, А.Д. Жирнов, А.Д. Климов, И.Л. Чихладзе);
  10. физическое обоснование реактора ИБР-2 на быстрых нейтронах с уникальной частотой импульсов нейтронного потока, получения требуемых параметров импульса, формирования нейтронных пучков, обеспечения динамической устойчивости системы (Ю.И. Митяев, В.С. Смирнов, А.И. Хоперский);
  11. решение проблем достижения рекордных для своего класса исследовательских реакторов потоков нейтронов в бассейновом реакторе ИВВ-2М с новыми высокоэффективными твэлами и ТВС, обеспечения равномерного энергораспределения в активной зоне с большим числом нейтронных ловушек и внешних пучков, компенсации большого запаса реактивности, создания уникального источника “холодных” нейтронов (Л.В. Константинов, С.А. Соколов, И.А. Стенбок, А.С. Терехов);
  12. разработка новой физико-конструктивной схемы бассейнового реактора большой мощности РУСЛАН для промышленного производства радиоактивных изотопов; решение проблем разделения нейтронных спектров в областях деления и поглощения нейтронов, оптимизации условий облучения сырьевых материалов, содержащихся в стержнях регулирования реактора, управления запасом реактивности, обеспечения ядерной безопасности при перегрузках реактора; создание методик расчетного и экспериментального исследования физических характеристик реактора (В.Н. Артамкин,
  13. Д. Жирнов, Ю.И. Колесников, В.Н. Мухачев, В.В. Постников, И.А. Стенбок);
  14. физическое обоснование проектов серии энергетических реакторов РБМК-1000 и РБМК-1500; разработка и реализация мер по обеспечению безопасности эксплуатации энергоблоков с этими реакторами в соответствии с современными требованиями и нормами; разработка эффективного программного комплекса SADCO для исследований статических и динамических физических характеристик и обоснования безопасности (В.П. Борщев, В.К. Давыдов, А.Д. Жирнов, П.Б. Кузнецов, В.Д. Никитин, В.М. Панин, В.И. Пушкарев, Б.И. Раскатов, Т.Ю. Сахарова, М.И. Рождественский, А.П. Сироткин, И.А. Стенбок);
  15. решение физических проблем создания корабельного кипящего реактора с естественной циркуляцией теплоносителя и большой кампанией активной зоны для стендовой и объектовой энергоустановок ВАУ6, в том числе проблем устойчивости работы реактора с большим отрицательным паровым эффектом и обеспечения необходимой эффективности его аварийной защиты; разработка методик расчетных и экспериментальных исследований статических и динамических физических характеристик установок при их испытаниях (В.А. Быков, В.Н. Орлов, И.А. Стенбок);
  16. комплекс работ по физике реактора с органическим теплоносителем для энергоустановки АРБУС, предназначенной для работы в экстремальных климатических условиях (А.Д. Жирнов, B.П. Борщев, В.И. Пушкарев, А.П. Сироткин);
  17. развитие перспективных физических решений в проекте первой моноблочной реакторной установки МБУ-40 и их реализация в моноблочных установках нового поколения (В.А. Быков, A.М. Евдокимов, Н.П. Котелков, Б.Ф. Лапин, В.Н. Орлов, И.А. Стенбок, М.С. Стрельников, B.В. Трушин, В.А. Царюк);
  18. разработка эффективных инженерных методик расчетов физических характеристик активных зон и биологической защиты реакторов различных типов (В.Н. Артамкин, В.А. Быков, А.П. Веселкин, П.А. Гаврилов, И.Х. Ганев, А.Д. Жирнов, В.П. Ковтуненко, Ю.И. Колесников, М.Н. Нетеча, В.Н. Орлов, Л.Н. Подлазов, В.Д. Симонов, И.А. Стенбок, О.Л. Щипакин);
  19. внедрение в практику проведения физических исследований электронно-вычислительных машин, формирование основ создания вычислительной базы института (В.Н. Ветюков, П.А. Гаврилов, А.Д. Жирнов, Е.А. Старостин).


Во время физического пуска 1-го энергоблока Курской АЭС

Сотрудники отдела принимали деятельное участие в разработке проектов высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов, аппаратов на быстрых нейтронах с охлаждением перегретым паром и газом, ряда специализированных исследовательских реакторов (например, для ядерной накачки лазеров), термоядерных и электроядерных установок, реакторов для использования в космосе.
Сегодня сфера работ отдела — это полномасштабные исследования физических характеристик и обоснование безопасности разрабатываемых в НИКИЭТ проектов установок с реакторами на быстрых нейтронах с жидкометаллическим охлаждением, с канальными и корпусными кипящими реакторами, работы по модернизации действующих аппаратов, совершенствованию методик исследований и программного обеспечения.
Отделом № 12:

  1. предложена концепция и совместно с конструкторами и технологами института отработано семейство малогабаритных безынерционных датчиков внутриреакторного контроля, основанных на различных принципах (камеры деления, гамма-датчики, эмиссионные детекторы) для РУ, проектировавшихся в НИКИЭТ (датчики рассчитаны на использование в системах контроля, управления и аварийной защиты); решены проблемы их промышленного производства, определения меняющихся в процессе эксплуатации параметров датчиков, их юстировки и сканирования (В.И. Алексеев, Ю.И. Володько, О.К. Егоров, А.И. Ефанов, Л.В. Константинов, В.В. Постников, Ю.М. Потатуев);
  2. созданы методики и программы, обеспечено научно-техническое руководство работами по оснащению реакторов РБМК нештатными средствами для определения нейтронных полей в процессе физических пусков аппаратов, проведены с помощью этих средств необходимые исследования (В.В. Гусев, О.К. Егоров, А.И. Ефанов, В.С. Лаврухин, В.В. Постников, Л.В. Решетин, Ю.М. Серебренников);
  3. разработана и внедрена на всех блоках АЭС с РБМК система физического контроля объемного распределения энерговыделения (СФКРЭ), обеспечившая непрерывный оперативный контроль важнейших параметров безопасности реакторной установки (Л.Л. Броницкий, Ю.И. Володько, О.К. Егоров, А.И. Ефанов, В.В. Постников, А.Н. Свириденков);
  4. разработаны и внедрены на промышленных реакторах, аппаратах АМБ и РБМК методы, алгоритмы и программы восстановления и оптимизации распределенных параметров активных зон (Л.Л. Броницкий, В.Н. Ветюков, А.И. Горелов, О.К. Егоров, А.И. Ефанов, В.Г. Назарян, И.К. Павлов, В.В. Постников, А.Н. Свириденков);
  5. внедрены на корабельных РУ разработанные отделом импульсно-токовые системы широкодиапазонного контроля нейтронного потока, периода и реактивности, обеспечившие решение проблемы контроля глубокой подкритичности и автоматизированного пуска реакторов (В.В. Гусев, А.С. Егоров, А.И. Ефанов, С.И. Крюков, В.В. Постников);
  6. выполнено экспериментальное обоснование серии нейтронных подкритических размножителей (СО-1, СО-2 и др.), предназначенных для научных исследований и использования в уранодобывающей промышленности (В.В. Гусев, Л.В. Константинов, В.Ф. Сачков, А.А. Устинов).

Отделом № 13:

  1. проведены расчетно-экспериментальные исследования ряда динамических и переходных процессов в ЯЭУ первой отечественной АПЛ, позволившие разработать мероприятия по повышению эксплуатационных характеристик и живучести установки, в частности, при потере ею электропитания, получить исходный материал для обоснования математических моделей, использовавшихся в проектах ЯЭУ последующих поколений АПЛ (П.А. Гаврилов, Л.Н. Подлазов, В.Д. Пугач, В.С. Стёпин);
  2. выполнено аналоговое моделирование динамики РУ Белоярской АЭС с использованием реальных регулирующей аппаратуры и приводов СУЗ, положенное в основу оптимизации алгоритмов управления в ряде аварийных ситуаций; накопленный в создании моделирующих стендов опыт позволил использовать эти подходы для динамических исследований и проектирования систем управления при разработках РУ других типов, в частности РБМК (П.А. Гаврилов, Б.Н. Селиверстов, В.С. Степин);
  3. исследованы специфические проблемы динамики реакторной установки ВАУ6 (проявления нагрузочной нестабильности, выбеги мощности при изменениях давления теплоносителя, ее колебания в ряде режимов, резонансная нестабильность и др.); найдены оригинальные решения проблем его управления и режимов эксплуатации, обеспечившие надежность и безопасность установки; отработанные методики и модели используются при проектировании кипящих реакторов (П.А. Гаврилов, В.И. Грачев, А.А. Патрушев, А.С. Константинов, Л.Н. Подлазов, Л.А. Скрипченко, Р.З. Чижова);
  4. проведены расчетные исследования основных динамических режимов установки АРБУС, предложена и отработана структура системы регулирования и управления; исследования, выполненные при пуске, наладке и эксплуатации опытного образца установки, показали хорошее согласие экспериментальных и проектных данных (О.Н. Глазов, В.А. Графов, Т.Д. Огина, Л.Н. Подлазов);
  5. разработаны методики и выполнены расчетно-теоретические исследования нестационарных режимов работы реакторов РБМК, позволившие выявить возможность появления нестабильностей энергораспределения в его активной зоне, показать неэффективность управления реактором с помощью традиционной системы АР, предложить и обосновать необходимость введения систем локального регулирования и защиты (ЛАР-ЛАЗ), обеспечивающих стабилизацию распределения мощности реактора и управление ею, доработать проект системы тепловой автоматики САР-БС (А.Н. Алексаков, В.В. Белоусов, А.И. Ионов, В.А. Когут, А.С. Курепина, В.М. Панин, Л.Н. Подлазов, В.И. Рогова, В.С. Степин);
  6. созданы измерительные комплексы с цифровой магнитной регистрацией быстропеременных параметров и выполнены экспериментальные исследования динамики РБМК-1000 и РБМК-1500, подтвердившие результаты расчетно-теоретических работ и давшие возможность отработать и усовершенствовать системы ЛАР-ЛАЗ, САР-БС, а также методики контроля динамических характеристик реактора в процессе освоения его проектных параметров и выхода в режим установившихся перегрузок (А.Н. Алексаков, М.А. Егорова, В.В. Захарова, Л.А. Канунников, В.В. Катков, В.А. Когут, А.С. Курепина, М.Н. Михайлов, В.М. Панин, Б.В. Параев, В.П. Петрова, Л.Н. Подлазов, В.Д. Рогова, В.С. Степин);
  7. предложены новые принципы построения автоматизированных систем контроля и управления на основе цифровых управляющих машин, разработаны алгоритмы работы этих систем, оптимизирована структура их машинной реализации, создан и введен в эксплуатацию информационно- управляющий комплекс для реактора ИВГ1 (В.М. Виноградов, П.А. Гаврилов, Ю.А. Долгов, Л.А. Канунников, М.Н. Михайлов, Т.Р. Нейманова, Л.Н. Подлазов, Н.А. Сафонов, В.Е. Трехов, А.Г. Троепольский, В.В. Чигарев, А.Д. Ярочкин);
  8. проведены исследования динамических характеристик для обоснования безопасности разработанных институтом действующих, реконструируемых и сооружаемых исследовательских реакторов (Т.Л. Адамчук, С.Н. Гаврина, Е.Н. Горюнова, Ю.А. Долгов, Г.С. Огина, Л.Н. Подлазов, М.Д. Перфильева, В.Д. Пугач, Б.И. Раскатов, А.О. Хмелева, Э.Д. Шахова);
  9. разработаны связанные трехмерные нейтронно-теплогидравлические модели динамики реактора, позволившие проанализировать развитие первой фазы аварии 4-го энергоблока ЧАЭС и обосновать мероприятия по повышению безопасности эксплуатации РБМК и выполнение последующих работ по совершенствованию реактора и его систем с учетом современных требований (В.И. Грачев, Е.Н. Данилова, А.И. Ионов, А.С. Курепина, М.Д. Перфильева, Л.Н. Подлазов, Б.И. Раскатов, В.И. Рогова, В.Е. Трехов, Н.Л. Чечулин, Э.Д. Шахова).



Наладка блоков аналоговой модели для исследовании динамики

Опыт полномасштабного моделирования динамики, накопленный при исследованиях РБМК, широко используется при проектировании реакторов ВК-300, БРЕСТ-ОД-300 и др.
Отдел № 16. В отличие от других физических подразделений этот отдел уже в первые годы своего развития располагал собственной хорошей экспериментальной базой для исследований защиты и обоснования радиационной безопасности проектируемых реакторов. Ее составляли реакторы ИР-50 (на Московской площадке) и ИВВ-2 (в Свердловском филиале института). Первый из них, эксплуатировавшийся в НИКИЭТ с 1961 по 1993 гг., был разработан и изготовлен в институте. Его устройство позволяло размешать в специальной нише масштабные макеты либо натурные фрагменты защиты, что делало аппарат весьма удобным инструментом для проведения экспериментов. На реакторе ИР-50 выполнен большой объем исследований по изучению эффективности конструкций и компоновки защиты, используемых для нее материалов. При этом экспериментаторы применяли самые современные средства измерений: спектрометры нейтронного и гамма-излучения, наборы резонансных и пороговых детекторов, дозиметры нейтронов и гамма-квантов, терморадиационные калориметры и др.
Возможности реактора ИВВ-2 и созданного при нем исследовательского комплекса используются для изучения тех свойств материалов защиты (радиационная стойкость, газовыделение и др.), знание которых было необходимо для применения этих материалов в проектах реакторных установок различного назначения.
Имея такую базу, отдел проводит необходимые расчетные и экспериментальные исследования в обоснование проектов защиты и радиационной безопасности разрабатываемых в институте реакторных установок атомных подводных лодок (В.Н. Аваев, А.Л. Баринов, Ю.Н. Борисов, Г.А. Васильев, Ю.А. Егоров, Э.С. Езовит, Е.П. Ефимов, А.П. Веселкин, А.В. Никитин, Ю.В. Орлов, О.Л. Щипакин), АЭС (Ю.А. Егоров, И.В. Жуков, Ю.В. Панкратьев, В.П. Скляров), исследовательских и промышленных реакторов (В.Н. Аваев, А.П. Веселкин, В.А. Кучеряев, Ю.Э. Хандамиров, Г.А. Хачересов), реакторов для космических программ, бланкетов термоядерных реакторов (Е.П. Ефимов, Ю.Э. Хандамиров. О.Л. Щипакин).
Достижения института и прежде всего отдела № 16 в области проектирования радиационной защиты ядерных реакторов стали основанием для возложения на НИКИЭТ в 1971 г. функций головного предприятия отрасли по разработке и внедрению новых высокоэффективных материалов защиты. С того времени в перечень используемых для нее вошли более 25 новых материалов, в том числе серпентинитовый и железосерпентинитовый бетоны, материалы на основе урана, полиэтилена и полиимида (высокотемпературная пластмасса), гидридов титана, циркония, лития, борида титана и др. Созданные усилиями специалистов отдела и других подразделений НИКИЭТ, предприятий- соисполнителей материалы прошли полный комплекс испытаний, освоены промышленностью и нашли широкое применение в корабельных ЯЭУ, на АЭС и исследовательских реакторах. Использование новых защитных материалов позволило сократить массу и габариты, например, транспортных ЯЭУ на 15-25 %, повысить их надежность, улучшить условия эксплуатации и обслуживания.

Составной частью деятельности отдела являются выполняемые непосредственно на ядерных объектах исследования радиационной безопасности персонала, населения и окружающей среды как при нормальной эксплуатации реакторных установок, так и после имевших место на некоторых из них аварий. Исследованиям подверглись, в частности, АЭС с РБМК и ВВЭР, промплощадка реактора РУСЛАН, стендовый комплекс реактора ИВГ1, а в последнее время — береговые и плавучие базы ВМФ, подлежащие утилизации АПЛ, в том числе и аварийные.
Отдел № 16 является одним из ведущих подразделений в отрасли по разработке и адаптации программ расчета и библиотек ядерных сечений, связанных с проектированием биологической защиты и обеспечением радиационной безопасности РУ: разработаны более 40 программ и библиотек, 15 из которых переданы для использования в 24 организации. За последние годы выполнен большой объем работ по внедрению в практику расчетов защиты прямого математического моделирования прохождения ядерных излучений через вещество, основанного на методе Монте-Карло; в настоящее время осуществляется адаптация программного обеспечения на многопроцессорный комплекс М ВС-1000.

Отделом № 33:

  1. совместно с отделами-разработчиками с использованием современных методов проанализирована и обоснована надежность проектов РУ различного назначения, их основных систем и оборудования, а также проектов их реконструкции и модернизации. Это сделано, в частности, по реакторам РБМК (А.В. Голубков, О.С. Шибаева, Е.А. Шиверский), кипящим корпусным, ряду промышленных и исследовательских аппаратов, корабельных реакторных установок (М.Л. Душкин, В.С. Емельянов, А.И. Лосева);
  2. впервые выполнены вероятностные анализы безопасности уровня 1 действующих энергоблоков с реакторами РБМК-1000 и РБМК-1500, а также строящегося 5-го блока Курской АЭС (А.В. Голубков, Р.П. Кузнецов, Е.А. Шиверский), проектов перспективных установок ВК-300, БРЕСТ-ОД-300 (М.Л. Душкин, А.И. Лосева, Е.Ф. Поляков, Л.И. Скоромная);
  3. разработаны методические материалы и вычислительные программы для расчетов надежности, положенные в основу ряда РТМ, ОСТов (М.Л. Душкин, Е.Ф. Поляков, Е.А. Шиверский).

Лабораторией № 20 разработаны, верифицированы и введены в действие программы расчета:

  1. накопления и выхода продуктов деления из твэлов легководных реакторов при нормальной работе и в аварийных условиях (коды REFP и REFP 1.2);
  2. переноса радионуклидов по помещениям и оборудованию систем локализации аварии, очистки и выброса в окружающую среду (код ПЕРЕНОС);
  3. переноса радионуклидов в окружающей среде и доз облучения населения (код FOOD).

Выполнены также углубленный анализ и расчетные исследования в обоснование радиационной безопасности проектных аварий на энергоблоках Игналинской, Чернобыльской, Курской и Ленинградской АЭС.
Лаборатория № 21 оснащена современной метрологически аттестованной радиометрической, дозиметрической и спектрометрической аппаратурой. С использованием ее и разработанных методик измерений сотрудниками лаборатории:

  1. проведены комплексные радиационные проверки оборудования и технологических сред контуров АЭС с РБМК, реакторов ИВВ-2М, ИР-50 и др., а также обследования участков территорий 22 областей России после аварии на Чернобыльской АЭС (Ю.А. Егоров, И.В. Жуков, М.Б. Каменецкий, А.А. Носков, Ю.В. Панкратьев, И.М. Пономарев, А.Б. Ушаков);
  2. изучено состояние территории в районе подземного ядерного взрыва на объекте “Ангара” в Ханты-Мансийском автономном округе (Е.Б. Архангельский, А.В. Оськин, Ю.В. Панкратьев);
  3. измерено количество просыпей ОЯТ в графитовой кладке реактора AMБ-100 Белоярской АЭС (Ю.А. Егоров, Ю.В. Панкратьев, А.Ф. Шамашов);
  4. разработаны и заполняются базы данных по сбросам и выбросам радиационно опасных веществ и загрязнению ими территорий в регионах РФ, по радиационным последствиям подземных ядерных взрывов, по технологиям хранения и кондиционирования ОЯТ и РАО (Е.Б. Архангельский, Н.К. Баранова, М.Б. Каменецкий, В.О. Кисловский, А.В. Оськин).

Лабораторией № 45:

  1. выполнены исследования концепций размножающих бланкетов термоядерных реакторов и обоснованы проектные решения по конструкции бланкета и исследовательских модулей ИТЭР (И.В. Зайко, А.В. Лопаткин, В.Г. Муратов);
  2. проработаны и предложены (совместно с ИТЭФ) электроядерные установки (ускоритель+мишень+бланкет) для наработки плутония, сжигания плутония, минорных актинидов и долгоживущих продуктов деления (А.В. Лопаткин, В.Г. Муратов);
  3. проведен цикл работ по обоснованию физических характеристик быстрого реактора с расплавленным металлическим топливом, ведутся работы по проекту БРЕСТ-ОД-ЗОО (И.Х. Ганев);
  4. выполнен комплекс физических расчетов технических проектов реконструкции реактора ИБР-2 и подкритической сборки ИРЕН, продолжаются поисковые работы по обоснованию модернизации и реконструкции других реакторов (В.С. Смирнов);
  5. внедрены в проектную практику расчеты активации элементов конструкции и дозовых характеристик (А.В. Лопаткин, В.Г. Муратов);
  6. разработаны и обоснованы модели развития атомной энергетики России на принципах сохранения природного радиационного баланса (радиационная эквивалентность) и системного нераспространения оружейных материалов; проводятся исследования трансмутации долгоживущих изотопов в различных установках (И.Х. Ганев, А.В. Лопаткин).

Лаборатория № 98 выполняет работы по экономической и правовой тематике, включая подготовку законопроектных документов, разработку нормативно-методической базы для оценок рисков в ядерном комплексе, проводит такие оценки для организаций и предприятий отрасли. Сотрудниками лаборатории:

  1. по заказу страховой компании МАКС рассчитаны страховые риски для промышленных реакторных установок;
  2. подготовлены поправки в федеральные законы “Об использовании атомной энергии” (в части лицензирования), “О лицензировании”, “О радиационной безопасности населения”, финансово-экономическое обоснование к проекту федерального закона “Об обращении с радиоактивными отходами”;
  3. по заказу МЧС России и совместно с НТЦ Госатомнадзора разработан (ныне он введен в действие) нормативно-методический документ — “Руководство для проведения оценок риска природного и техногенного характера в ядерном комплексе”;
  4. выполнен совместно с французской страховой компанией ASH проект “Методики оценки страхового риска для инцидентов на АЭС”.

Прежде чем завершить своеобразный отчет к 50-летию НИКИЭТ о деятельности подразделений ОФИБ с момента образования каждого из них, хотелось бы вновь обратить внимание на два фактора, способствовавшие достижению указанных выше результатов.
Первый из них — постоянно возраставшая квалификация сотрудников, которая в сочетании с их творческим подходом к делу и накапливавшимся коллективным опытом позволяла проводить глубокие исследования, выдвигать на их основе новаторские предложения. Одним из показателей высокой квалификации является то, что сотрудниками ОФИБ было защищено более 50 кандидатских и 10 докторских диссертаций.
Второй фактор — взаимнообогащавшее плодотворное сотрудничество с конструкторами, исследователями, технологами смежных подразделений института, а также со специалистами традиционных научных руководителей — нынешних РНЦ “Курчатовский институт” и ГНЦ РФ “ФЭИ им. А.И. Лейпунского”, других НИИ и КБ, эксплуатирующих организаций, предприятий промышленности, воинских частей.
Активное международное сотрудничество отделения по проблемам физики и безопасности ядерных реакторов началось после аварии на ЧАЭС. Его основные направления связаны с разработкой и верификацией программно-методического обеспечения исследований и собственно анализом безопасности реакторных установок по широкому кругу вопросов, в том числе по стационарным и динамическим режимам эксплуатации, аварийным режимам, вызванным разрывами контуров охлаждения и отказами оборудования, по функционированию систем контроля, управления и защиты.
Ниже указаны международные и национальные организации и фирмы, с которыми осуществлялось сотрудничество, а также международные программы, в рамках которых выполнялись совместные работы. Даются и основные их результаты.

  1. МАГАТЭ — проанализировано состояние энергоблоков с РБМК после выполнения первоочередных мероприятий по повышению безопасности. Показано, что эксплуатация этих реакторов может быть продолжена без каких-либо ограничений, разработаны рекомендации по дальнейшему совершенствованию как самих аппаратов, так и программно-методического обеспечения, используемого при обосновании их безопасности;
  2. АЕА (Великобритания) — исследованы физические характеристики реакторов РБМК с помощью трехмерного комплекса PANTHER, проведена взаимная верификация программ НИКИЭТ (SADCO, DINA);
  3. ENEA (Италия) — выполнен сравнительный анализ параметров реактора РБМК 4-го энергоблока ЧАЭС, рассчитанных по зарубежным и отечественным программам. Показано, в частности, что “эффект водяных столбов” в каналах аварийной защиты не мог быть единственной причиной аварии на ЧАЭС;
  4. GRS (Германия) — проведены нейтронно-физические исследования реакторов РБМК, взаимная верификация трехмерных комплексов QUABOX/CUBBOX-HYCA (GRS) и SADCO (НИКИЭТ) применительно к расчетам водографитовых канальных реакторов. Результаты позволили уточнить методологию анализа работы РБМК в стационарных, переходных и аварийных режимах;
  5. P.Scherer Institute (Швейцария) — изучены возможности использования в реакторах РБМК независимых систем остановки. Определены подходы и возможные конкретные варианты решения;
  6. PNNL (США) - выполнен детерминистический анализ безопасности 2-го энергоблока ЛАЭС и определены “критерии успеха” СУЗ. Подготовлены отчеты по обоснованию безопасности работы реактора 2-го энергоблока ЛАЭС в аварийных ситуациях, вызванных самоходами стержней и обезвоживанием контура охлаждения СУЗ;
  7. программа TACIS (Великобритания, Германия, Италия, Финляндия, Франция) — исследованы аспекты тяжелых аварий канальных реакторов. Результаты позволили рекомендовать мероприятия по совершенствованию характеристик безопасности реакторов РБМК;
  8. программа TACIS (Бельгия, Германия, Франция) — создается общеевропейский банк данных для верификации ядерных констант, методов и программ расчетов, используемых при анализе ядерной безопасности реакторов;
  9. AECL (Канада) — подготовлен отчет по обоснованию безопасности 2-го энергоблока Игналинской АЭС с рассмотрением полного спектра проектных аварий;
  10. программа PHARE (Германия, Великобритания, Швейцария, Литва, США) — разработано техническое предложение по второй системе остановки для Игналинской АЭС и выполнено обоснование безопасности РБМК-1500 с двумя независимыми системами остановки;
  11. AECL (Канада) — исследованы статические и динамические эффекты реактивности в реакторах РБМК;
  12. RELCON (Швеция) — выполнены проекты по вероятностной оценке безопасности: BARSELINA и ВИДАБ соответственно для вторых энергоблоков ИАЭС и ЛАЭС.

Специалисты Отделения физики и безопасности стали также инициаторами и участниками следующих проектов Международного научно-технического центра:

  1. создание баз данных по безопасности реакторных установок различного назначения. Разработаны библиотеки файлов оцененных экспериментальных и математических бенчмарков, которые можно использовать при верификации кодов и библиотек ядерных макросечений, используемых при расчетах реакторов разных типов;
  2. развитие методических и вычислительных технологий верификации баз ядерных данных для трансмутационных процессов;
  3. разработка электрокинетических и химических методов реабилитации почвы и грунтовых вод. загрязненных радионуклидами и тяжелыми металлами;
  4. системный анализ неопределенностей параметров ядерной безопасности реакторов ВВЭР;
  5. тестовые задачи для математического моделирования аварии на 4-м энергоблоке ЧАЭС;
  6. экспериментальное исследование рассеяния в воздухе излучения реактора (SkyShine);
  7. электрокинетический метод очистки почв, загрязненных органикой.


Исследования рассеяния в воздухе на больших расстояниях нейтронов и γ-квантов (реактор РА, Казахстан)
Международное сотрудничество позволило специалистам ОФИБ, во-первых, продемонстрировать мировому сообществу высокий уровень проводимых в отделении исследований, отвечающих современным требованиям; во-вторых, использовать в своей деятельности новые подходы к проведению анализа, (в частности, впервые были изучены переходные режимы работы реакторов РБМК без срабатывания аварийной защиты (ATWS), в-третьих, в ходе совместных работ выйти на некоторые новые технические решения и мероприятия (например, по организации независимой системы аварийной защиты), позволившие не только продолжить совершенствование характеристик безопасности и параметров отдельных систем РБМК, но и использовать их в уже созданных и разрабатываемых институтом других энергетических реакторах.
И.А. Стенбок

Читать также: