«Прорыв» в атомной энергетике. "В мире науки" №10

На площадке Сибирского химического комбината «Росатома» в Северске продолжается строительство первого в мире энергоблока нового поколения БРЕСТ-ОД-300 в рамках отраслевого проекта «Прорыв», реализуемого с 2010-х гг. Создаваемый опытно-демонстрационный комплекс станет воплощением принципиально новой атомной энергетики будущего – экологичной, ресурсосберегающей и конкурентоспособной, а главное, беспрецедентно безопасной. Об уроках аварий на Чернобыльской АЭС и АЭС «Фукусима-1» и требованиях к безопасности атомных станций рассказывает научный руководитель Института проблем безопасного развития атомной энергетики РАН, член технического комитета проектного направления «Прорыв» академик Леонид Александрович Большов.

– Прошло уже 35 лет после аварии на ЧАЭС. Она унесла жизни, нанесла вред здоровью многих людей и, конечно, ухудшила экологическую обстановку. Как вы считаете, каковы главные стратегические просчеты СССР, которые привели к аварии?

– Спустя десять лет после аварии на Чернобыльской АЭС мы начали готовить национальный доклад о последствиях катастрофы. Такой доклад выходит каждые пять лет. В этом году, к 35-летней годовщине аварии на ЧАЭС, мы вновь подготовили национальный доклад, в котором впервые содержалась глава о развитии атомной энергетики и влиянии чернобыльской аварии на этот способ производства электроэнергии. Доклад опубликован в открытом доступе на сайте Института проблем безопасного развития атомной энергетики РАН.

Действительно, авария на Чернобыльской АЭС стала первой крупнейшей аварией в атомной энергетике. Конечно, до этого, в 1979 г., произошла авария на АЭС «Три-Майл-Айленд» в США. Блок был утерян, а активная зона расплавлена. Однако расплав активной зоны остался внутри корпуса. Американцам повезло, ведь за пределы станции радионуклиды не вышли. Тем не менее, это событие многих напугало. Это проявилось, в том числе и в человеческих потерях, связанных с паникой во время эвакуации и не имеющих отношения к воздействию радиации.

После 1979 г. весь западный мир взялся за последовательное устранение тех недочетов, которые выявила авария на «Три - Майл-Айленд». Прежде всего, специалисты по атомной энергетике осознали, что о тяжелых авариях и их возможных последствиях человечество почти ничего не знает. Поэтому необходимо разрабатывать серьезные исследовательские программы по проведению мелко- и крупномасштабных экспериментов, разработке компьютерных кодов для описания тех или иных явлений, влияющих на безопасность и на выход радионуклидов за пределы станции.

К сожалению, надо признать, что в Советском Союзе американская авария как «первый звоночек» прошла мимо. Атомные командиры убедили начальство в том, что все дело в некомпетентности американских операторов — в то время флотских отставников, не имевших высшего образования. Советское руководство было уверено, что наши операторы — высокообразованные люди и такого безобразия, какое было допущено на «Три-Майл-Айленд», у нас случиться не может. За эту уверенность мы и заплатили чернобыльской аварией.

– В чем вы видите главные причины аварии на ЧАЭС?

– В значительной мере это было головокружение от успехов. Отечественная атомная программа развивалась активно. Советский Союз строил атомные станции не только у себя, но и в Европе, в странах восточного блока. Складывалось ощущение, что этот вид производства электроэнергии полностью освоен и мало чем отличается от сжигания угля, газа или нефти. В качестве подтверждения приведу один факт. За год до чернобыльской катастрофы все атомные станции (кроме Ленинградской) из Министерства среднего машиностроения СССР перевели в Министерство энергетики наряду с обычными тепловыми станциями. Напомню, что именно Минсредмаш в свое время занимался разработкой атомной бомбы. Здесь нарабатывали плутоний, а потому царила железная дисциплина. После перехода атомных станций в Минэнерго дисциплина поплыла. Между тем атомная энергетика как любой высокотехнологичный и энергонапряженный вид производства электроэнергии требует уважительного отношения. Все знают, что нельзя садиться за руль пьяным. Такое не прощается. И к атомной станции нужно относиться серьезно и уважительно.

Конечно, те недочеты, которые привели к аварии, были и в конструировании атомной станции, и в проработке ее физики. Напомню: у руководства была четкая убежденность в том, что тяжелых аварий быть не может. За это в итоге мы и поплатились.

– Какой главный урок преподнесла авария в Чернобыле?

– После аварии в августе 1986 г. на площадке МАГАТЭ российская делегация представила доклад о причинах и последствиях чернобыльской аварии, в котором почти все было сказано. Спустя пять лет меня как руководителя независимого академического института, никоим образом несвязанного с предысторией аварии, пригласили возглавить экспертную группу. В то время и следствие продолжалось, и тень прокурора требовала быть очень осторожным в высказываниях.

В течение двух месяцев здесь, в ИБРАЭ РАН, регулярно собирались ученые, спорили до хрипоты и в результате пришли к формуле, которая за последние 30 лет не изменилась. Суть в том, что операторы привели реактор в нерегламентное, нештатное состояние (грубо нарушив инструкции), в котором проявились недочеты научного обоснования и конструкции реактора.

Надо сказать, что после аварии Советский Союз осознал серьезность последствий, поэтому выводы были сделаны самые решительные и правильные, в том числе в отношении руководящих позиций.

– Можно ли сказать, что мы стали лучше понимать процессы, происходящие на атомных станциях и при тяжелых авариях?

– Самое главное – были разработаны и утверждены многочисленные программы по повышению безопасности всего парка атомных станций. И тех, которые были похожи на Чернобыльскую атомную станцию, с реакторами РБМК (большими канальными), и станций, работающих на корпусных реакторах ВВЭР. Тщательный анализ каждого блока, система мероприятий по повышению их безопасности и много других аспектов, которые ранее не считались важными и нужными, стали обязательными.

По существу, до чернобыльской аварии мы не знали, что такое культура безопасности. «Мы» в данном случае – обобщенное понятие. До катастрофы в Чернобыле я к атомной энергетике никакого отношения не имел: занимался лазерами, термоядерной плазмой и другими физическими направлениями. А первым реактором, который я увидел в своей жизни, был четвертый блок Чернобыльской АЭС после аварии. Трубопроводы торчали наружу, крыши не было. Зрелище не для слабонервных. Так вот, до Чернобыля мы краем уха слышали о культуре безопасности, но относились к этому как к очередному извращению империализма. После аварии на ЧАЭС мы осознали, что это очень содержательное понятие. Сегодня оно определяет многочисленные аспекты, но означает, по сути, следующее: если на любой стадии – при проектировании, конструировании, строительстве, эксплуатации, когда угодно – сталкиваются безопасность и экономика, безопасность и экономия времени, то без каких-либо колебаний нужно отдавать приоритет безопасности. Она – главная. Поэтому, если оператор, испугавшись, заглушил реактор, хотя для этого особых причин не было, его никто не ругает, премии не лишает, поскольку все понимают: он счел, что в данном состоянии есть опасность, значит, реактор необходимо заглушить.

В целом вопрос подготовки операторов стал прорабатываться качественнее. Если раньше это было чисто бумажное дело – чтение инструкций, книг,  – то после Чернобыля на каждой атомной станции в центре подготовки операторов установлены полномасштабные тренажеры, полностью моделирующие действия оператора на атомной станции и реакции станции на действия оператора. Существенную часть своего рабочего времени каждый оператор проводит именно на этом тренажере. Как пилоты, у которых тоже есть свои летные тренажеры. Прежде чем взяться за штурвал и сажать самолет, они много раз делают это на симуляторе — и не каждый раз все получается.

Кроме того, если до Чернобыля мы были отделены железным занавесом от всего мира, то сразу после катастрофы нам протянули руку помощи, приглашая в разные международные организации и проекты. Отечественные специалисты этим активно воспользовались, и все, что было наработано в области безопасности, без какой-то особой коммерции передавалось другим странам. Началось широкое международное сотрудничество, мы стали полноправными членами мирового сообщества.

– Как авария повлияла на науку?

– После аварии количество экспериментов и исследовательских программ сильно возросло. В Курчатовском институте, например, выполнен проект, организованный Агентством по ядерной энергии при Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР). В сложных экспериментах двуокись урана плавилась при температуре 3000° С. Ученые анализировали поведение расплава, как он течет, что с ним далее происходит. А наш институт разрабатывал программное обеспечение, предоставлял расчеты и аналитику.

Этот проект во всем мире восприняли с большими уважением и радостью, поскольку побаивались проводить подобные эксперименты. Но они были необходимы для обоснования безопасности, того, что будет происходить на станции в случае расплавления активной зоны. В результате экспериментов во всех блоках ВВЭР (водо-водяных корпусных энергетических ядерных реакторах) устанавливаются ловушки для расплава топлива. В случае тяжелой аварии с плавлением активной зоны расплав подхватит специально сконструированная ловушка, в которой он останется навсегда.

– Как она устроена?

– Это корпус, соизмеримый с размером корпуса реактора, с охлаждаемыми водой стенками. Внутри находится так называемый жертвенный материал, который легко плавится и перемешивается с расплавом активной зоны, снижая температуру. Конвекция в такой жидкости, образованной жертвенным материалом и расплавом зоны, обеспечивает легкий вынос тепла из середины образования к стенкам, которые охлаждаются водой.

– Такие ловушки установлены сейчас на всех атомных станциях?

– Да, на всех отечественных атомных станциях. В мировом сообществе вкусы несколько разделились. Часть разработчиков атомных станций применяют ловушки, часть предпринимают другие меры для предотвращения выхода расплава за пределы корпуса. До сих пор идут споры, проводятся исследовательские программы, чтобы прийти к окончательному выводу. Наши французские коллеги, например, применяют ловушку на каждой станции, правда, немного другой конструкции. Американские организации и вовсе отказались от ловушек.

– А какие еще варианты существуют?

– Должен сказать, количество различных систем повышения безопасности увеличилось, а управление атомными станциями стало более совершенным. Во многом это связано с внедрением современного цифрового управления. Так, в случае аварии автоматически запускаются дополнительные системы охлаждения, которые не дают расплавиться активной зоне. Кроме того, на каждой станции постепенно улучшаются защитные оболочки. Современные оболочки содержат три слоя: железобетон, металл, железобетон. Специалисты внимательно следят за состоянием этой оболочки. При этом она способна выдержать падение большого самолета. Все это – результаты, полученные на основе научных исследований, то, что внедрено в технику, в процесс строительства, в работающие атомные станции. После аварии в Чернобыле все прочувствовали, что при работе со сложной системой атомной станции без науки никуда. Ранее необходимость исследований и экспериментов обосновать было очень сложно. Но после 1986 г. это стало гораздо легче.

В подобных оболочках активно используется так называемый преднапряженный железобетон. При строительстве атомной станции в оболочке проделывают большое количество каналов. В них прокладываются толстые стальные канаты, которые натягиваются до высокого напряжения и при повышении давления при аварии не дадут оболочке разлететься. Ясно, что жизнь не стоит на месте, металлы стареют, деформируются, а напряжение падает. В ИБРАЭ как раз занимались вопросом сохранения этой системы в работоспособном состоянии. Была создана специальная программа, которая собирает данные и обрабатывает их с помощью трехмерных термомеханических программ. В результате на панели у оператора всегда есть текущее состояние оболочки – что с ней можно сделать, что нельзя, в каком она состоянии.

– Вы упомянули тренажеры для операторов. В этой связи хочется спросить: как вы оцениваете отечественную отраслевую систему предупреждения ликвидации чрезвычайных ситуаций? Насколько важно обучать сотрудников таких объектов тому, как действовать в опасных ситуациях?

– Действительно, одной из важных областей чернобыльской работы над ошибками стало развитие системы радиационного мониторинга и аварийного реагирования. Сегодня это серьезная система в нашей стране. Сотрудники ИБРАЭ РАН приложили руку к тому, чтобы такие системы мониторинга появились в 29 регионах России. Они передают данные в региональное управление по чрезвычайным ситуациям, затем дальше вплоть до Национального центра управления кризисными ситуациями МЧС России.

Кроме этого, мы участвовали в создании отраслевой системы. На каждой станции установлено огромное количество датчиков. измеряющих радиацию, состав радионуклидов. спектр, количество в разных формах. Вокруг атомной станции в зоне наблюдения также расположено до 30 датчиков регистрации выхода радионуклидов за пределы здания станции. Вся собранная информация сразу доводится до кризисного центра «Росэнергоатома» на Ферганской улице. В случае аварийной ситуации группа оказания экстренной помощи атомным станциям (ОПАС) собирается вместе для анализа ситуации. Поскольку невозможно быстро собрать всех экспертов в одном месте, «Росэнергоатом» пошел по пути создания центров научно-технической поддержки. Один из таких центров расположен и в нашем институте. В режиме 24/7 дежурные специалисты готовы в любой момент включить компьютеры, запустить исходные данные и сосчитать, что будет через час, день, неделю.

Подобные центры созданы в «Гидропрессе», НИКИЭТ. проектных институтах и других профильных организациях – всего 14 центров научно-технической поддержки. В случае аварии каждый из них активируется для сбора и предоставления информации.

Поскольку аварии, к счастью, случаются очень редко, встает непростой вопрос: а как держать всю эту систему в живом состоянии, чтобы в нужный момент «затвор не заржавел» и «порох не просыпался»? Это удается с помощью тренировок. Несколько раз в год проводятся командно-штабные учения, один раз в год – полномасштабная тренировка на одной из атомных станций со всеми силами и средствами: пожарная служба, армия и т.д. Моделируется аварийное событие, и отрабатывается процесс принятия решений на территории станции и в кризисном центре. После завершения учений происходит разбор полетов: какие были ошибки, что необходимо подтянуть.

Кстати, недавно «Росэнергоатом» – оператор всех наших атомных станций – по рекомендации МАГАТЭ создал Консультативный совет по надзору за ядерной и радиационной безопасностью. В настоящее время я занимаю должность председателя этого совета. Мы регулярно встречаемся с генеральным директором «Росэнергоатома» и обсуждаем, что можно исправить и улучшить. Приятно, что нас слушают и стараются внедрять предложения.

Интересно, что японские коллеги легкомысленно отнеслись к Чернобыльской аварии, поплатившись за это аварией на станции «Фукусима-1». Кстати, благодаря нашей системе обработки данных мы в течение суток собрали информацию о японской станции, сформировали ряд разумных предположений о том, как будет развиваться ситуация, и провели полный цикл расчетов, чтобы предсказать, что и когда случится с каждым блоком и какие будут выбросы. Эта информация была доведена до руководства страны. Эту же информацию российская сторона попыталась донести до японцев. Причем речь шла о людях, которые сами прошли через ликвидацию последствий чернобыльской аварии, которые после этого 25 лет работали над тем, чтобы устранить все недостатки и несовершенства. Но японцы слушать не стали. Министр по чрезвычайным ситуациям (в то время С.К. Шойгу) отправил российских спасателей в Японию, где 20 тыс. человек погибли от землетрясения и цунами. Вместе с ними спецбортом МЧС в Японию отправились два джентльмена: один – мой приятель с чернобыльских времен из «Росатома» В.Г. Асмолов, второй – мой боевой зам В.Ф. Стрижов. Полетели два самолета. Первый борт со спасателями они сразу же посадили, а второй борт держали почти сутки, не давая разрешения на взлет. Наше посольство тогда проявило чудеса дипломатии, чтобы второй самолет со спасателями. В.Г. Асмоловым и В.Ф. Стрижовым был принят. Когда они все-таки прибыли в Японию и предложили результаты расчетов и практические советы, японские коллеги отказались от помощи. Однако спустя полгода к нам зачастили японские делегации одна за другой. С тех пор во многих текстах я употребляю оборот: к тяжелым авариям лучше готовиться до того, чем после того.

– Реализуемый сегодня проект «Прорыв» как раз нацелен на обеспечение принципиально нового вида атомной энергетики, а также на безопасность. Одна из главных целей – исключить аварии, которые требуют эвакуации, а тем более отселения людей с прилегающих территорий. Как вы считаете, спустя 35 лет после аварии на ЧАЭС и десятилетие после аварии на станции «Фукусима-1» сможем ли мы реализовать цели проекта «Прорыв» и обеспечить безопасные атомные станции?

– Последнее десятилетие я активно участвую в этом проекте, потому что убежден: цель поставлена очень правильно. Конечно, создавая нечто новое, мы можем столкнуться с неудачами или осознать, что все оказалось сложнее, чем мы думали. Но мы надеемся на успех.

В стране накоплен уникальный опыт работы с реакторами на быстрых нейтронах. В свое время этим направлением занимались американские, французские и японские коллеги. Но сегодня Россия – единственная страна, которая до сих пор успешно эксплуатирует реакторы с натриевым теплоносителем на быстрых нейтронах на Белоярской атомной станции: БН-600 и БН-800. Преимущество реактора БРЕСТ в «Прорыве» состоит в том, что вместо интенсивно горящего натрия используется расплав свинца, а вся конструкция собрана в одном корпусе – и парогенератор, и насосы. В них практически нет риска потери теплоносителя по причине выкипания или разрыва трубопровода.

Помимо этого, нитридное топливо более плотное, следовательно, запас реактивности, который приводит к разгону реактора. очень маленький. При аварийной ситуации не будет резкого взрыва. Эти два фактора и целый ряд других характеристик позволяют нам надеяться, что в результате освоения этой технологии мы реализуем более безопасную атомную энергетику – как сточки зрения безопасности самой электрогенерации на блоке с быстрыми реакторами, так и с точки зрения обращения с радиоактивными отходами. Важно и то, что в качестве топлива в быстрых реакторах используется природный уран. Отработавшее ядерное топливо эксплуатируется вновь, а отходов образуется намного меньше.

В рамках проекта «Прорыв» в Северске продолжается строительство комплекса, модуля фабрикации и рефабрикации топлива, реактора БРЕСТ и модуля переработки. Реализуется замкнутый ядерный топливный цикл в пределах одной площадки.

Зная наши успехи в области разработки компьютерных кодов, анализа, расчета, сотрудников ИБРАЭ РАН с самого начала пригласили сопровождать этот проект. Мы разрабатываем коды нового поколения, более точные, более быстрые, и снабжаем ими конструкторов и проектантов. Прошло почти десять лет с начала этого проекта, и у нас уже наработано больше десятка сложных, точных, прецизионных кодов, аттестованных в Ростехнадзоре.

Я уверен, что проект «Прорыв» – главный атомный инновационный проект в России и в мире. И если нам удастся его реализовать, через некоторое время весь мир перейдет на быстрые реакторы. Даже главный законодатель мод в энергетике американская компания Westinghouse Electric в качестве следующего технологического направления наметила для себя создание быстрых реакторов со свинцовым теплоносителем и нитридным топливом. Видимо, со здравым смыслом и научным знанием не поспоришь. Вполне возможно, что мир в скором времени пойдет по нашим стопам.

Беседовала Анастасия Рогачёва