В Обнинск в базата на АО „ГНЦ РФ – ФЭИ“ от 08 до 10 октомври 2018 г се проведе V международна научно-техническа конференция „Тежките течнометални топлоносители в ядрените технологии (ТЖМТ – 2018)“.
С кореспондента на AtomInfo.Bg беседва съветникът на генералния директор на ГНЦ РФ – ФЭИ Георгий ТОШИНСКИЙ.
В началото бяха атомните подводници
Сега проведохме петата по ред конференция по тежки течнометални топлоносители (ТЖМТ). Първата конференция се проведе преди 20 години, през 1998 г., когато Минатом ни позволи да говорим за усвояването на тази технология в реакторите на атомните подводници.
Тази технология бе усвоена само в Съветския съюз, сега в Русия. Американците искаха да я усвоят, но не се справиха със задачата.
Общо в страната са изградени осем подводници с топлоносител олово-бисмут (СВТ), както и два наземни стенда с пълномащабни реактори – в Обнинск и Соснов Бор. Сумарното време за работа на реакторите със СВТ е 80 реактор-години.
Развитието на тази технология бе съпроводено с големи трудности. Защо? Защото това беше напълно нова технология.
Работата по реактори със СВТ започна през 50-те години. Това беше периодът на студената война. Американците пуснаха първата си атомна подводница „Наутилус“ и създадоха ядрени оръжия. Съветският съюз трябваше да ги догонва.
Поставената задача на учените и инженерите бе приблизително следната: „Ще ви дадем толкова пари, колкото искате, но имате конкретен срок, за да завършите работата“. През този период от нас се изискваше да създадем реактор с топлоносител олово-бисмут за атомна подводница.
Ние предупредихме високопоставените ръководители: „Не знаем всичко за поведението на топлоносителя олово-бисмут. Нуждаем се от още няколко години за допълнителна научно-изследователска работа (НИР).“
Отговориха ни: „Няма време за това, правете реактора, както сега го разбирате. Ако не стане – ще го преправяте в движение.”
В крайна сметка така и стана. От осемте построени атомни подводници с реактори със СВТ, две лодки трябваше да бъдат изтеглени от състава на Военноморските сили поради аварии, които ги правеха непригодни за ремонт.
Опитът, който натрупахме, бе напълно проучен. Разработиха се мероприятия за предотвратяване на повторното възникване на аварии. В резултат на това серийните лодки са плавали две десетилетия без никакви проблеми и са получили много високи оценки от екипажите и от военно-политическото ръководство.
Днес тези подводници ги няма. Всички те са утилизирани. На нас задават въпроса: „Защо се врете в гражданската енергийна индустрия? Нямате какво да покажете, защото вашите лодки вече ги няма!“
Но каква беше истинската причина за извеждането от експлоатация на подводниците с оловно-бисмутни реактори?
Точката на топене на сплавта олово-бисмут е около 125 oC, тоест малко над точката на кипене на водата. За сравнение натрият има точка на топене 98 oC. По време на работа, топлоносителят трябва да е течен. Когато реакторът работи, няма проблеми с поддържането на течното състояние на олово-бисмут.
Но лодката не е атомна електроцентрала, която да работи непрекъснато. Лодката излиза в продължение на няколко месеца, след което се връща в базата, спира реакторите, подлага се на ремонт и т.н. Но ако спрем реактора, топлинният източник (т.нар. остатъчна топлина), която е достатъчна да поддържа топлоносителя в течно състояние, изчезва доста бързо!
Естествено, когато проектирахме нашите лодки, знаехме за този проблем. Парен котел бе предвиден и построен на брега. Когато лодката беше в базата, към нея се свързваше тръба за подаване на пара към отоплителната система на реакторния контур.
Нашият флот беше устроен по следния начин – в морето имаш един начин на живот и заплата, но други на брега. На практика се оказа, че е трудно да се поддържа тази система в работещо състояние. Или тръбите се пукат, или не се доставя гориво, а може и нещо друго. В резултат на това имаше проблеми с доставянето на топлина за подводниците.
А ние, учените и конструкторите, категорично настоявахме моряците да не позволяват топлоносителят олово-бисмут да замръзне. Както се изясни по-късно, искането беше неоснователно, но тогава не го знаехме.
Ще бъде лесно за вас да разберете от какво се страхувахме. Всеки знае какво може да се случи с радиаторите, ако водата замръзне в тях – те могат да се спукат. От същите съображения забранявахме замръзването на топлоносителя олово-бисмут.
Как моряците излизаха от ситуацията, когато имаше прекъсвания в доставката на топлина от брега? Много просто – оставяха реактора да работи на ниска мощност. Наистина малка, по-малко от един процент. Но все пак беше много неприятно – екипажът е натоварен, оборудването отработва своя ресурс.
Именно този проблем се превърна в основната причина за прекратяване експлоатацията на подводниците с оловно-бисмутни реактори.
Военните моряци ни казваха: „Вие сте направили отличен автомобил! Скоростен, приятен за шофиране … Това е истински атомен подводен изтребител, способен да избяга от американските торпеда и следователно неуязвим. Но ето, пристигнахме в къщи с вашия автомобил, но не можем да изключим двигателя. Точно както в Сибир, при студ минус 50 oC, когато двигателите просто ако се загасят – не могат да се запалят”.
Между другото, проблемът със замразяването / размразяването, в крайна сметка го решихме. Но по това време Съветският съюз се срина, а Русия тогава нямаше пари да възстанови втората реакторна технология за подводниците – втората, защото основната реакторна технология за подводници, както и в САЩ, е леката вода.
Американците също дадоха своя принос за факта, че подводниците със СВТ се превърнаха в история. Те отпуснаха средства за тяхното обезвреждане и настояха, че такива лодки трябва първи да бъдат унищожени. Техните експерти казаха: „Да, направихте най-добрите лодки в света, но като американски граждани ние искаме те да не съществуват повече“.
Реакторното продължение
Въз основа на опита, който беше критично анализиран, започнахме да разработваме гражданска установка, която се вля в проект, наречен СВБР-100 – оловно бисмутов бърз реактор, с мощност 100 MW (електрическа).
Както вече казах, използвахме опита на реакторите за подводни лодки, но проектът беше напълно преработен, за да отговори на изискванията на днешния ден.
Ще добавя, че наскоро публикувах книга, озаглавена „Разговори за ядрената енергетика, физика на реакторите и технология на модулни бързи реактори с топлоносител оловно-бисмут (за начинаещи и не само)“, базирана на лекциите, които вече 20-25 години чета ежегодно за инженери от Руските атомни електроцентрали. В нея цял раздел е посветен на опита от експлоатация на оловно-бисмутови реактори за подводници. Освен това, сборник от статии по тази тема беше публикуван на английски език – «LEAD-BISMUTH COOLED FAST REACTORS (Collection of Selected Articles and Papers)». LAMBERT Academic Publishing (2017-01-18) – ISBN-13. 978-3-330-92561-5.
Ясно е защо за СВБР-100 беше избран топлоносител олово-бисмут, защото имахме практически опит с такъв топлоносител.
СВБР-100 е модулен реактор с малка мощност. На световния пазар днес има реактори за енергоблокове с голяма електрическа мощност – 1000 MW, 1200 MW и още повече. Не е толкова лесно за тях да се избират площадки, те изискват мощни и дълги електропроводи. За разлика от тях, реакторът ни може да бъде поставен в близост до града и да го снабдява с електроенергия и топлина.
В Русия повече от половината от електроцентралите принадлежат към категорията малка и средна мощност и много от тях са на въглища. Можем да наблюдаваме подобна картина в много други страни. Вярваме, че замяната на тези централи е огромна потенциална ниша за СВБР-100.
Модулните реактори също имат допълнителни предимства. Те се произвеждат изцяло в заводи. Мощността от 100 MW (e) за СВБР-100 (и съответно габаритите на модула) беше избрана така, че пълната инсталация с парогенератори, помпи и др. да може да се доставя на площадкта на АЕЦ с ЖП транспорт.
Това е границата на мощността отгоре, но няма лимит на минималната. Важна характеристика на реактора е коефициентът на възпроизводство (КВ) на ядреното гориво. Бъдещата атомна електроцентрала е длъжна да работи с възпроизвеждане на горивото и да използва за суровина уран-238. При електрическа мощност на енергоблока от 100 MW в реактора СВБР-100 ще осигурим КВ = 1,05.
Това означава, че нашият реактор ще трябва да бъде зареден с делящ се изотоп (уран-235) само за пускане. По-нататък, в затворен цикъл, той сам ще си осигури гориво (плутоний). При по-ниски мощности (и съответно размери) коефициентът на възпроизводство (КВ) на нашия реактор ще се окаже по-маък от единица и той ще се превърне в потребител на делящия се изотоп – уран-235. Освен това, проектът СВБР-100 по начало предполага възможността той да работи както на ураново, така и на плутониево гориво, без да се променя конструкцията на реактора.
Предимствата на ТЖМТ
Искам да се спра за малко на това, с какво са привлекателни за ядрената енергетика ТЖМТ – освоеното олово-бисмут и оловото, което е в процес на усвояване.
В реакторите с ТЖМТ няма високо налягане, няма вода, която да кипи при тежки аварии, което всъщност води до повишаване на налягането и загуба на топлоносител от реактора. Ако във Фукушима се използваше олово-бисмут вместо вода, тогава катастрофата не би се случила.
Най-важното е, че в такива реактори няма конфликт между безопасността и икономиката. Поради свойствата на топлоносителя, безопасността до голяма степен се предоставя безплатно, което ни позволява да се надяваме, че реакторите с ТЖМТ ще бъдат икономически конкурентоспособни.
Изпълненият концептуален проект показва, че реакторите с топлоносител оловно-бисмут ще бъдат по-евтини от реакторите с вода под налягане. Разбира се, засега това са само разчети, но ако се окажат верни, пазарът сам ще отвори пътя за ТЖМТ.
За да потвърдим изчисленията си, трябва да изградим поне един енергоблок с реактор на СВТ. Както винаги, задачата за изграждане на първия образец, една от най-трудните, е свързана с най-големите рискове, с недоверие, с конкуренция … Има много причини, поради които тя не се решава толкова дълго време.
Често говорим за нашия опит на различни конференции и виждаме интерес от чуждестранните колеги. Днес 15 държави са започнали работа по тежките течни метали. Ще спомена някои от тях – Италия, Германия, Швейцария, Швеция, Белгия, Китай, Южна Корея, Япония … Моля, имайте предвид, че този списък включва и страни, в които е забранена ядрената енергетика, но те все пак извършват експериментални дейности по ТЖМТ.
Процесът е започнал. Духът излезе от бутилката, но засега той е много малък, а конкуренцията между школите в ядрения отрасъл е голяма. Психологически трудно е за учените и специалистите, които са се занимавали с водни реактори през целия си живот, да се примирят с това, че тяхното потомство ще работи до края на века и след това ще даде път на други реакторни технологии.
Но трябва да помним, че няма вечни технологии. Всяка технология в даден момент остарява, а друга идва на нейно място. Вземете авиацията като пример. Самолетът започва с бутални двигатели с витла. Необходими са по-високи скорости – идват турбореактивните двигатели. Железопътния транспорт – виждаме как електрическите локомотиви заменят парните. Да, това е дълъг и болезнен процес, но е обективен. Същото важи и за ядрената енергетика.
Във връзка с реакторите с ТЖМТ съм исторически оптимист. Такива реактори със сигурност ще се появят, ако не днес, то в по-продължителна база от време.
През 2015 г. бе подписано Парижкото споразумение за климата. За да се борят с емисиите на парникови газове, беше предложено разработването на слънчева и вятърна енергия, но за ядрената енергия – нито дума. А нали ядрената енергетика, ако тя функционира без аварии, може с пълно право да се нарече зелена енергия! Тя не гори кислород и не отделя парникови газове.
Ясно е защо в Парижкото споразумение предпочетоха да забравят за атома. На такива конференции отиват държавни служители и политици, които искат да бъдат преизбрани за следващия мандат. Ако населението в техните страни се страхува от ядрената енергетика, ако страда от радиофобия, тогава политиците, разбира се, няма да ни подкрепят.
Радиофобията е феномен, с който много трудо можем да се справим.Вероятността от тежки аварии на съвременните ядрени енергоблокове е около 10-7 на реактор-година.
Можем да съберем хората, да им кажем за тази вероятност (един инцидент на 10 милиона години), но опонентът ни ще излезе, знаейки, че теорията на вероятностите е приложима при случайни процеси и не е в състояние да предвиди кога точно това случайно ще се случи. „Или може би такава случайност ще се случи утре?“ – ще попита нашият опонент. Ако сме честни специалисти, сме длъжни да отговорим: „Да, може.“
И така, обосновката за безопасността на такива реактори, при които съществуват фактори на вътрешна потенциална опасност, като например високо налягане и водород, се извършва по метода на вероятностния анализ. Но за реактори, при които няма такива опасности, можем да обясним безопасността по детерминистичен начин.
С други думи, на въпроса „Каква е вероятността от тежка авария?“ Можем с право да отговорим „Нула“, защото сме премахнали причините, които могат да доведат до тежка вария.
Аз мисля и се надявам, че технологията на тежките течно метални топлоносители ще ни помогне в бъдеще да се справим с радиофобията на населението и да отворим пътя за широкото развитие на ядрената енергетика.
Благодаря, Георгий Ильич, за интервюто за AtomInfo.Bg.
