О ядерных реакторах и их творцах - Отделение теплофизики

Базовыми для отделения теплофизики, созданного в 1987 г. (с 1987 по 1998 гг. директор отделения Ю.М. Никитин, с 1998 г. С.Л. Соловьев), были отделы № 26 и 27.
Первый из них (его возглавлял до 1965 г. П.И. Бугаков, затем по настоящее время —  Е.Б. Бурлаков) стал преемником образованного в 1953 г. отдела № 22, а второй (им руководили Б.В. Флоринский, Л.А. Адамович, Ю.М. Никитин) выделился в 1959 г. из отдела № 26.
В составе отдела № 26 были организованы:

1. лаборатории теплофизики (начальник лаборатории — доктор технических наук В.Н. Смолин) и комплексных испытаний (начальник лаборатории Н.П. Гуров, с 1987 г. — кандидат технических наук С.В. Шпанский);
2. конструкторское бюро (начальник Н.Е. Васин, с 1972 г. А.Я. Семыгин);
3. экспериментальная группа (начальник А.Н. Малышев, в дальнейшем Г.Н. Линин).

Тематика первых работ отдела № 26 определилась созданием реактора для первой в мире АЭС, в обоснование проекта которого группа сотрудников (Б.В. Флоринский, В.Н. Смолин, П.М. Нехорошев, З.А. Шапаровская, Л.Н. Туркина и др.) проводили испытания твэлов, каналов и графитовой кладки на теплофизических стендах института и в лабораториях и на реакторе МР в ИАЭ. Отделом также выполнен большой объем испытаний для проектов реакторов Сибирской АЭС.
В 1956-1967 гг. исследования отдела связаны с реакторами СМ-2, МИР, ИВВ-2 и АМБ. Были проведены испытания и отработка конструкции исполнительных механизмов СУЗ, не имевших аналогов в мировой практике. На сооруженном в стендовом зале института теплофизическом стенде- модели контура циркуляции реакторов БАЭС исследовались критические тепловые мощности, теплогидравлическая устойчивость течения теплоносителя в ТК, пусковые режимы и др. Этот период совпал с освоением новых площадей — созданием большого стендового зала с высотной шахтой. В дальнейшем по проектам конструкторского бюро отдела в стендовом зале были сооружены стенд для исследования критических тепловых потоков и стенд-модель контура циркуляции реактора РБМК электрической мощностью 2000 кВт, а также стенд-модель прямоточного реактора АМБ-2000 со сверхкритическими параметрами пара.
Уже начальные теплофизические эксперименты на стенде критических тепловых потоков (1971 г.) показали возможность увеличения в 1,5 раза мощности реакторов РБМК за счет применения интенсификаторов теплообмена, что позволило конструкторам приступить к разработке проекта реактора РБМК-1500. Проведенные впоследствии исследования на наших стендах, на стендах ИАЭ им. И.В. Курчатова и в реакторных условиях подтвердили эту возможность. На стенде-модели РБМК были проведены исследования пусковых, аварийных и “ремонтных” режимов аппарата, а также теплогидравлической устойчивости течения теплоносителя в каналах, на основе которых была разработана соответствующая методика расчета.
Для реактора РБМК одновременно с теплофизическими исследованиями проводились исследования работоспособности механизмов СУЗ, технологического инструмента, различного типа уплотнений, расходомеров и т.п , а в КБ отдела был выполнен проект установки для диффузионной сварки переходников ТК. Установки, изготовленные в НИКИЭТ по этому проекту, работают на Чепецком механическом заводе и по сей день.

На пульте стенда для исследовании критических тепловых потоков

Параллельно с работами для РБМК проводились исследования для реакторов ТВП-6 (установка ВАУ6), АРБУС, РУСЛАН, был создан участок для проведения климатических испытаний. Для реактора РУСЛАН наряду с теплотехническими исследованиями была отработана конструкция шагового двигателя и регулирующего стержня. Активное участие сотрудники отдела приняли в подготовке к пуску аппарата.
Были проведены исследования и доводка сложной конструкции механизмов аппарата ИБР-2, отработаны приводы исполнительных механизмов СУЗ корабельных моноблочных РУ. Конструкторским бюро отдела были выполнены проекты стендов для проведения межведомственных испытаний реакторов этих установок, а экспериментаторы отдела провели комплекс теплотехнических исследований ряда их систем в подтверждение правильности конструкторских решений.
В лаборатории комплексных испытаний на созданных в конце 1980-х годов специализированных стендах И.И. Крючковым проведены исследования по анализу разрушения твэлов и канальных труб РБМК с целью оценки критериев обеспечения их целостности. Был спроектирован, изготовлен в НИКИЭТ и смонтирован на 2-м энергоблоке ИАЭС стенд инспекции ТВС РБМК.
В настоящее время исследования сотрудников отдела сопровождают разработку текущих проектов института (МКЭР, ИТЭР, БРЕСТ, ВК-300, транспортная тематика и др.), а также решение возникающих при эксплуатации РБМК задач.
В отделе № 27 были созданы две лаборатории. Лабораторию № 271 возглавил кандидат технических наук Ю.П. Шлыков, затем кандидат технических наук И.С. Коченов, а лабораторию № 272 - Ф.Т. Каменьщиков.
Н.А. Доллежаль, организуя отдел, поставил перед Б.В. Флоринским задачу: отдел должен работать в обоснование текущих проектов и одновременно зондировать перспективные направления интенсивно развивающейся отрасли. В своих представлениях о разделении работ в институте директор исходил из того, что отдел № 26 предназначен для экспериментальной отработки проектированных в институте опытно-конструкторских изделий и их узлов, а отдел № 27 — для проведения научно-исследовательских работ, в том числе и на будущее. В соответствии с этим формировались и их экспериментальные базы. Отделу № 26, как уже говорилось, был выделен большой стендовый зал, в котором располагались крупногабаритные стенды, способные воспроизводить условия работы натурных изделий, а отделу № 27 — малый зал, модельные стенды которого позволяли изучать специфические вопросы теплофизики и гидродинамики.
Основной инженерный “костяк” лабораторий отдела с момента его создания составляли выпускники столичных вузов — МВТУ, МЭИ, МГУ и др. Отдел рос быстро. В 1970 г. в нем было около 90 сотрудников.

На стенде для проверки работоспособности арматуры реакторной установки ВК-300
В лаборатории № 271 в первое десятилетие ее работы сформировались следующие направления:

1. контактного теплообмена (Е.А. Ганин);
2. нестационарной гидродинамики и теплообмена (И.С. Коченов, Ю.Н. Кузнецов, Ю.М. Никитин);
3. теплообменных устройств и процессов в них (В.В. Васильев, В.К. Прозоров, О.Ю. Новосельский);
4. теплотехнической надежности (А.И. Клемин, М.М. Стригулин, Е.Ф. Поляков). Это направление работ прогрессировало и привело к образованию в составе отдела № 27 лаборатории надежности, выделившейся в 1975 г. в самостоятельный отдел № 33;
5. электромоделирования и численных расчетов температурных полей (В.С. Удалов и А.Я. Лонинов).

В лаборатории № 272:

1. расчетно-теоретические вопросы теплогидравлики (В.Д. Виленский, Ю.В. Миронов, Ю.С. Молочников);
2. исследования гидравлических устройств и механизмов регулирования (Р.Р. Ионайтис, В.Н. Стобецкий, Ю.А. Аристов);
3. аэродинамические исследования (В.П. Тищенко, В.А. Решетов, В.П. Смирнов, А.Б. Иванов);
4. гидромоделирование на лотках и объемных моделях, а также исследования влияния внутренней структуры потока жидкости на конструкции (М.С. Фомичев);
5. исследования струйных преобразователей энергии, сепарационных устройств, истечения двухфазных потоков, интенсификации теплообмена (Э.К. Карасев, В.В. Вазингер, В.Б. Карасев, Е.В. Сакович, В.К. Сафонов, Б.А. Габараев, А.Н. Рябов, А.И. Емельянов, В.В. Перемыщев).

Нельзя не отметить, что новизна, актуальность и уровень исследований, выполнявшихся по указанным направлениям, их важные для практики результаты позволили многим из перечисленных сотрудников лабораторий защитить кандидатские и докторские диссертации.
После 1986 г. тематика отдела была несколько скорректирована, и это обусловило создание четырех лабораторий:

1. лаборатории теплофизических проблем безопасности ядерных энергетических установок (руководитель Ю.В. Миронов), задачей которой было создание средств анализа аварийных процессов реактора РБМК и выполнение соответствующих расчетов;
2. лаборатории теплофизики активных зон (Ю.С. Молочников), основным средством экспериментальных исследований которой по разработке методик расчетов ТВС с перегревом пара стал созданный группой С.Ю. Булахова автоматизированный стенд ЭУ;
3. лаборатории теплофизики высокотемпературных процессов и конвективного теплообмена (В.П. Смирнов), задачей которой было создание методик и средств анализа теплогидравлики сборок газоохлаждаемых реакторов, реактора со свинцовым теплоносителем и реактора с расплавленным циркулирующим топливом (один из авторов идеи реактора — В.А. Решетов);
4. лаборатории теплогидравлики элементов контура реакторных установок (О.Ю. Новосельский), задачей которой было прежде всего усовершенствование внутрикорпусных устройств барабана- сепаратора РБМК и других сепарирующих устройств, а также освоение средств расчета систем локализации аварий.

В 1998 г. отделение теплофизики после некоторого периода организационного затишья возглавил доктор технических наук С.Л. Соловьев, приглашенный из ИВТ РАН. В состав отделения вошли в качестве самостоятельных подразделений лаборатории Ю.С. Молочникова, Ю.В. Миронова, О.Ю. Новосельского и отдел № 26.
В декабре 1998 г. на базе НИКИЭТ (организационно в составе отделения теплофизики) создается Отраслевой центр Минатома России по расчетным кодам для АЭС и реакторных установок —  ОЦРК.
Центр призван аккумулировать научный потенциал отрасли для создания и развития современного отечественного программного обеспечения исследований режимов работы реакторных установок. Это дает возможность исключить ненужное дублирование работ в этой области и тем самым минимизировать затраты. Одной из важнейших задач Центра является обоснование безопасности атомной энергетики путем разработки, верификации и подготовки к аттестации, последующего сопровождения и развития системы отечественных кодов улучшенной оценки для анализа базовых, переходных и аварийных режимов АЭС.
В настоящее время деятельность ОЦРК сосредоточена на следующих основных направлениях:

1. Развитие, верификация и аттестация теплогидравлического расчетного кода улучшенной оценки КОРСАР (в настоящее время, в частности, он является базовым кодом для АЭС “Куданкулам” в Индии).
2. Создание отраслевой базы данных в обеспечение работ по развитию и верификации программного комплекса КОРСАР.
3. Создание программного комплекса РИСК для вероятностного анализа безопасности АЭС и РУ.
4. Разработка усовершенствованного программного комплекса для полномасштабных расчетных исследований динамики и безопасности АЭС с реакторами канального типа.
5. Создание кодов для анализа аварий на АЭС с ВВЭР и системного кода СКАТ.
6. Разработка кода интегрального тяжелоаварийного (КИТ) для анализа запроектных аварий на АЭС с ВВЭР.
7. Развитие, верификация и аттестация расчетного кода улучшенной оценки КУПОЛ-М для моделирования процессов в системе локализации аварий АЭС с ВВЭР и РБМК.

Деятельность ОЦРК сосредоточена и на перспективных направлениях, к которым можно отнести:

1. разработку правил и рекомендаций по процедуре создания и верификации отраслевых программных средств, основанных как на имеющемся отечественном опыте, так и на европейских и американских руководствах по созданию компьютерных кодов для реакторных расчетов, ведения документации и т.п.;
2. разработку методологии использования сложных современных программных комплексов, включая методики оценки надежности расчетных результатов (анализ неопределенности расчетов и т.п.);
3. разработку матриц верификации разрабатываемых кодов для отечественных типов реакторов;
4. создание единого отраслевого банка данных для верификации разрабатываемых кодов. Особую роль здесь играет оценка имеющихся российских экспериментальных данных с привлечением лучших (в том числе и западных) кодов.

Создание ОЦРК задало отделению теплофизики определенный импульс в работах по обоснованию на современном уровне безопасности эксплуатационных и аварийных режимов действующих и проектируемых АЭС, в поддержке и модернизации стендовой базы института. Так, например, лаборатории Ю.В. Миронова и О.Ю. Новосельского успешно применяют развиваемые в ОЦРК отраслевые коды КОРСАР, КУПОЛ-М и U-STUCK в работах по расчетному обоснованию безопасности РБМК и теплофизических процессов в активной зоне реактора ВВЭР-1500; лабораторией Ю.С. Молочникова проведена модернизация стенда ЭУ и выполнен цикл испытаний для обоснования безопасности корабельных ЯЭУ.
Своими исследованиями отделение теплофизики обеспечивает практически все основные проекты института. Оно располагает квалифицированными кадрами, среди которых три доктора и девять кандидатов технических наук.
В. И. Шандра