Вадим Лемехов: о БРЕСТ-300 и БР-1200

VI Международная научно-техническая конференция “Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики” (МНТК НИКИЭТ – 2023) прошла 14-17 ноября 2023 года в Научно-исследовательском и конструкторском институте энерготехники имени Н.А.Доллежаля (предприятие Госкорпорации “Росатом”). На полях конференции на вопросы электронного издания AtomInfo.Ru ответил Вадим ЛЕМЕХОВ, главный конструктор реакторной установки БРЕСТ и генеральный конструктор проектного направления “Прорыв”.

БРЕСТ-300 – текущее состояние

Вадим Владимирович, в каком состоянии сейчас находится БРЕСТ-300?

Идёт изготовление оборудования и сооружение энергоблока на площадке. Заказан и изготавливается корпус реакторного блока, идёт подготовка к изготовлению парогенераторов. Изготовлена часть элементов механизмов СУЗ.

Чтобы не углубляться в долгое перечисление, скажу, что на стадиях подготовки к изготовлению или изготовления находится всё оборудование РУ, на которое уже есть разрешение, а это более 90% от общего объёма.

Напомните, пожалуйста, когда по срокам предполагается пуск?

По программе начало физического пуска реакторной установки планируется на конец 2026 года. Далее пойдут этапы освоения.

По лицензии сейчас какое состояние?

Нам была выдана лицензия на сооружение, у которой есть ограничения, то есть условия действия лицензии (УДЛ). Мы поэтапно их снимаем для перехода к следующей стадии.

Замечаний у “Ростехнадзора” было немало, но если посмотреть на их список внимательно, то станет ясно, что в части реакторной установки их ненамного больше, чем бывает при рассмотрении заявок на лицензию у классических ВВЭР.

Часть замечаний касалась отсутствия аттестации у ряда кодов. Их мы практически все сняли, осталось буквально два или три.

Были замечания по доказательству ресурсов оборудования. Сложность с ними в том, что у нас опытно-демонстрационная установка и данных по ресурсу со станций нет.

Нам приходится доказывать заложенный ресурс, сделано по этому направлению много, но работа ещё не завершена. Для обоснования надёжности оборудования, не имеющего прямых референций, применены механико-статистические методы.

Также вы должны понимать, что в современной российской нормативной базе для блоков с реакторами на быстрых нейтронах нет различия в объёме предоставляемой “Ростехнадзору” информации на сооружение и эксплуатацию. Для блоков с ВВЭР такое различие есть, а для блоков с быстрыми реакторами – нет.

Исходя из этого, нам по формальным причинам в УДЛ вписали всё, включая те замечания, которые касаются более поздних стадий (пуска, опытно-промышленной эксплуатации и так далее). В том числе и поэтому список УДЛ.

БРЕСТ-300 – вопросы пуска

После того как блок будет достроен и вы снимете все замечания, можно будет приступать к пуску?

Не совсем так. Как я уже сказал, замечания нам формулировались по принципу “включая эксплуатацию”, поэтому часть из них будет сниматься уже на пущенном блоке, это, в основном, ресурс.

Кто будет пускать БРЕСТ-300?

Мы активно обсуждаем эти вопросы с “Калининатомтехэнерго”. Николай Борисович Шестаков отвечал за пуски многих блоков. Да, это блоки с ВВЭР, но в пусковой команде, которая собирается на СХК, есть люди, пришедшие с блоков с реакторами БН.

В целом подходы к пуску энергоблока с реактором БРЕСТ и энергоблока с реактором ВВЭР те же самые. Различие только в технике, в оборудовании, а подходы одинаковые.

Сколько по времени продлится программа пуска?

Длительность физпуска сейчас планируется четыре месяца. Будет полная загрузка активной зоны, предполагается много экспериментов по взвешиванию ОР СУЗ и так далее.

Ко всему прочему, из-за устройства нашего перегрузочного тракта время будет затрачиваться по “механическим” причинам.

Четыре месяца – это план, а как будет на самом деле? Какие непредвиденные обстоятельства, способные затянуть работы, вы прогнозируете?

Мы будем поспешать не спеша. Да, от нас требуют сроки, и это понятно, мы и сами заинтересованы поскорее посмотреть на наше творение. Но есть проблема общего характера: человечество всё дальше отходит от того, чтобы что-то делать руками, мало людей необходимого уровня подготовки.

У нас, как и на любой АЭС, действует система качества для изготовления оборудования БРЕСТ-300, но практический опыт других блоков показывает, что как бы тщательно за качеством работы ни следить, проблемы могут возникать.

Но совершенно точно до пуска мы полностью разберёмся с ГЦНами. Есть стенд, на котором они отрабатываются, поэтому все “детские болячки”, которые обнаружены у насосов, будут вылечены своевременно.

По нейтронно-физическим характеристикам у вас нет опасения?

На стенде БФС-2 собрана полномасштабная сборка с нитридом урана и плутония, моделирующая штатную активную зону БРЕСТ-300. Для нас это большое подспорье. Мы знаем теперь, что наши коды считают с достаточной точностью холодное состояние реактора.

Остаются вопросы температурных и мощностного эффектов реактивности. Но мы используем уран и плутоний, то есть элементы, изученные расчётчиками с хорошей точностью, поэтому значительных погрешностей в расчётах быть не должно.

Кроме того, у БРЕСТ-300 критика достигается при загрузке 130 с лишним кассет при общей загрузке активной зоны 169 ТВС. У нашего реактора малый запас реактивности на начало кампании, в результате чего образуется очень большой запас до критики при загрузке.

БРЕСТ-300 – топливо

Топливо БРЕСТ-300, как и предполагалось, будет нитрид?

Да.

Его изготовление началось? И какой для него берётся плутоний?

Плутоний берётся с “Маяка”. Как и было у нас посчитано, это плутоний с 25-летней и более выдержкой.

На “Маяке” берут диоксид плутония, наработанный в 1970-1990 годах. Скомплектованы партии, которые будут перерабатываться в нитрид, первые результаты уже получены.

Старого плутония хватит для первой загрузки и последующих перегрузок?

Такой расчёт был сделан. Показано, что старых запасов достаточно и для начальной загрузки топлива, и для последующих первых перегрузок до замыкания топливного цикла.

По поводу отработавшего топлива БРЕСТ-300 спрашивать пока рано?

Переработка ОЯТ БРЕСТ-300 будет происходить непосредственно на площадке ОДЭК, в модуле переработки (МП) комплекса ОДЭК.

Вы знаете, что в “Росатоме” реализуется обширная программа реакторных испытаний нитридных твэлов. Облучено более 1600 твэлов, проводятся послереакторные исследования.

Доказана работоспособность твэлов до максимальной глубины выгорания 9% т.а., что соответствует примерно 6% т.а. в среднем, а это достигнутые для ВВЭР параметры энерговыработки.

На сегодняшний день положение вещей таково. Технология переработки нитридного ОЯТ БРЕСТ-300 разработана, но практической задачи по его масштабной переработке по очевидным причинам пока не стоит.

БРЕСТ-300 – вопросы эксплуатации 

Вадим Владимирович, у нас есть несколько вопросов разного плана по эксплуатации блока с БРЕСТ-300. Решён ли вопрос подсвинцового видения?

Нет, пока окончательно не решён. Работы по визуализации в свинце прошли определённый объём НИОКР, и была показана её принципиальная возможность. Но у нас пока нет работающего решения для энергоблока.

Найден первичный преобразователь (ультразвуковой), найден способ ввода сигнала, работаем над вопросом доставки аппаратуры подсвинцового видения в первый контур, в котором находится свинец при высокой температуре.

Сначала на БРЕСТ-300 будет только видение над свинцом, а подсвинцовое видение появится позже. Но я не считаю, что это критично для эксплуатации.

Дело в том, что любой металлический предмет, находящийся под свинцом, при отрыве всплывёт! Поэтому мы всё равно будем искать его сверху, то есть над свинцом.

Персоналу БРЕСТ-300 придётся в очень узком диапазоне держать кислород в свинцовом контуре.

Да, и в этом году на стенде с вибрационной моделью парогенератора мы несколько месяцев удерживали кислород в заданном диапазоне.

Для НИКИЭТ эксперимент со столь большим количеством свинца был первым опытом, и я считаю, что он вышел удачным. Мы показали на практике, что на 60 тоннах свинца задача по поддержанию концентрации кислорода решается. Как будет на энергоблоке, покажет время.

Свежее топливо БРЕСТ-300 уран-плутониевое, то есть в чём-то близко к облучённому. Добавит ли это трудностей персоналу при перегрузках?

Стартовая загрузка БРЕСТ-300 всё-таки приходит с переочищенного плутония, и продуктов деления в ней нет. Плутоний высокофоновый, но свежее топливо не очень горячее, десятки ватт.

В целом, конечно же, этот вопрос учитывался при проектировании и реактора, и топливного производства. Почти все операции с топливом производятся дистанционно. Какие-то ручные работы остались, но зацепить захват на модуле фабрикации – это не дозозатратная операция.

Следующий вопрос не планировался, но Вы невольно спровоцировали его, упомянув про захват. Есть известная ошибка операторов натриевых реакторов, когда перегрузочное оборудование с неотцепившейся кассетой проезжает по дуге через активную зону. Как без подсвинцового видения в БРЕСТ-300 справляться с такой ситуацией?

Это называется “ложная индикация расцепления захвата”. Оператор не понимает, что захват не расцепился, и производит дальнейшие действия по программе перегрузки со всеми вытекающими последствиями.

Но к подсвинцовому видению ваш вопрос не имеет отношения. Всё гораздо проще. Если кассета не расцепилась и идёт вместе с перегрузочным оборудованием, то она всплывёт. Вы забываете, что в свинце всплывает практически всё!

Защиты в БРЕСТ-300 предусмотрены. Вкратце расскажу, как делается сцепление в нашем случае.

Посадили кассету на её место, защёлкнули замок, проверили усилие (потянули вверх, зафиксировалась ТВС или нет). Если да, то машина извлекла штангу сцепления (усилие гораздо меньше усилия извлечения ТВС) и уехала. Если нет, если кассета не сцепилась со стояком (есть определённый шифратор), то это обнаружится и машина с места не сдвинется.

Добавлю, что поворотные пробки в момент перегрузки фиксируются.

Сколько будет персонала на БРЕСТ-300? Начался ли его набор?

Штатное расписание – порядка 330 человек, то есть примерно 1 человек на мегаватт. Это не соответствует современному тренду 0,3 человека на мегаватт, но я думаю, что на начальном этапе это правильно, так как БРЕСТ-300 демонстрационный блок. Оптимизацией численности займёмся потом.

Набор персонала начат. Люди идут по желанию. Много томичей, которые возвращаются домой. Есть специалисты, переходящие с других АЭС.

Тренажёры для БРЕСТ-300 есть?

Создаётся. Точнее так, в НИКИЭТ есть аналитическая часть, в которой реализованы реальные алгоритмы РУ. Также в “Прорыве” есть тренажёр энергоблока, но это не полномасштабный тренажёр (ПМТ) в понимании федеральных норм и правил.

ПМТ обязательно будет, его сейчас разрабатывают по договору с СХК.

От БРЕСТ-300 к БР-1200

Работы по проекту БР-1200 в НИКИЭТ продолжаются, однако мы не видим его в планах строительства блоков.

Его нет в действующей генеральной схеме до 2035 года. Он есть в письме генерального директора Госкорпорации “Росатом” А.Е.Лихачёва в министерство энергетики России о графике и местах размещения энергоблоков до 2045 года.

Какая площадка предлагается?

Сейчас рассматривается как основной вариант построить блок с БР-1200 на планируемой Южно-Уральской АЭС или рядом с ней. То есть блок будет расположен недалеко от “Маяка”.

Есть ли принципиальные отличия у проектов БРЕСТ-300 и БР-1200, кроме мощности?

Подходы к физике и оборудованию те же самые. Основные совершенствования касаются технологичности конструкции, уменьшения металлоёмкости, отказа от уровневой схемы и, соответственно, газовой системы пассивной обратной связи.

Всё остальное и концептуально, и по материалам то же самое, что и в проекте БРЕСТ-300.

Изменения определяются экономикой. Если расчёты показывают, что изменения допустимы с точки зрения безопасности и имеют положительное влияние на экономические характеристики, то почему бы такие изменения в проект не внести?

Мы знаем, что во всём направлении тяжёлометаллических реакторов активно интересуются возможностями применения керамики в первом контуре. У вас есть какие-то интересные результаты, о которых можно было бы рассказать?

У нас из керамики был сделан модельный блок нижнего подшипника и испытан на порядка двух ресурсах.

Он же стоит на опытном образце ГЦНа, который испытывается в Северске, пока претензий нет. Материал подобран и пока нас удовлетворяет.

Материал, случайно, не оксид циркония? И какой размер у модельного блока?

Нет, не оксид циркония. Миллиметров 270, может, немного побольше.

Заключительный вопрос. Не слишком ли рано разрабатывать БР-1200, не имея опыта работы БРЕСТ-300? А если при пуске или эксплуатации БРЕСТ-300 обнаружится что-то серьёзное?

Мы постарались на этапе реализации НИОКР сделать так, чтобы большинство элементов БРЕСТ-300 были обоснованы экспериментально.

Например, ИМ СУЗ (исполнительный механизм) откатал три ресурса на стенде со свинцовым теплоносителем.

Сейчас мы занимаемся ГЦН, времени до пуска достаточно, чтобы понять, какие проблемы могут быть с насосами.

Вибрационная модель парогенератора закончила вибрационные испытания, получены первые результаты, которые показывают консервативность принятых решений.

В целом всё выполненное нами расчётно-экспериментальное обоснование позволит с высокой долей вероятности прогнозировать облик БР-1200.

Что может проявиться при эксплуатации – это другой вопрос. Но именно поэтому мы и настаивали в своё время на необходимости строительства БРЕСТ-300, а не БРЕСТ-30 или какого-то подобного малого аппарата.

Эффект масштаба очень важен, и на малом реакторе мы не увидели бы тех проблем, которые могут возникнуть на большом энергоблоке.

Источник: Электронное издание AtomInfo.Ru