Германия полностью отказалась от АЭС, но при этом импортирует электроэнергию из Франции, где её генерируют те же самые атомные электростанции.
На юге Германии власти снесли две 160-метровые градирни некогда крупнейшей в стране атомной электростанции. СМИ пишут, что АЭС «Гундремминген» в Баварии была символом немецкой ядерной эпохи, которая подошла к концу. Отмечается, что подрыв начался в субботу в 12 часов дня. Охлаждающие башни обрушились почти одновременно, завершив важный этап демонтажа станции, окончательно остановленной в 2021 году. Как рассказали инженеры, при взрыве было уничтожено около 56 тысяч тонн железобетона, который впоследствии переработают в строительные материалы. Всего же за время демонтажа с площадки вывезено более 4700 тонн конструкций. «Атомная электростанция Гундремминген в Баварии была взорвана. С экономической точки зрения это почти безумный поступок. Настолько безумный, что мир даже проводит сравнение с взрывом статуй Будды талибами», — пишет местное издание Nuis.
Крупнейшая немецкая АЭС «Гундремминген» состоит из трех блоков. Второй остановили 31 декабря 2017 года в рамках реализации закона об отказе от атомной энергетики. Блок проработал всего 33 года (был запущен в 1984 году). Германия полностью отказалась от атомной энергетики после инцидента на японкой АЭС «Фукусима-1», чьи реакторы идентичны тем, что установлены на большинстве атомных электростанций в Германии, в том числе в «Гундремминген». Но по иронии судьбы ФРГ продолжает импортировать атомную энергию из Франции, где АЭС производят около 70% электроэнергии. И Франция не стесняется называть себя «зелёным» лидером Европы. Германия тоже нацелена на «зелёный» курс, правда, без АЭС, но с ветряками, солнечными батареями (и что там ещё самое «экологичное»?).
Ранее газета Bild писала, что специалисты из США планируют реактивацию ещё девяти атомных электростанций на территории Германии, в настоящее время оценивается стоимость мероприятия. Как отмечается в материале, консорциум американских компаний и инвесторов намерен добиться «поворота» в энергетической политике Германии.
Из архива: строительство Калининской АЭС.Геологические исследования в районе озер Песьво и Удомля начались еще в 1969 году.
Все в округе были в курсе, что намечается стройка, но что именно будут строить, не знали. Через год стали проводить собрания, рассказывать жителям, что такое АЭС, для чего нужна. И все равно долгое время старики называли станцию «акомной».
В октябре 1975 года был залит первый бетон в фундамент главного корпуса блока №1. А 9 мая 1984 года блок выдал в сеть ток. 28 июня его приняли в эксплуатацию.
На двух фотографиях изображены здания с одинаковой надписью: «Первая в мире АЭС». Одна фотография сделана в США, другая — в России. Кто же из них прав? На самом деле, обе страны имеют основания претендовать на это звание, но в разных аспектах развития атомной энергетики.
Первая демонстрация получения электроэнергии от ядерного реактора действительно произошла в США. В 1948 году на графитовом реакторе X-10 в Ок-Ридже (штат Теннесси) учёные зажгли рождественскую лампочку, используя игрушечный паровой двигатель Дженсена, соединённый с урановыми топливными стержнями. Однако это был лишь эксперимент, подтверждающий принципиальную возможность преобразования ядерной энергии в электрическую. Более значимое событие произошло 20 декабря 1951 года в Айдахо, где экспериментальный реактор-размножитель EBR-1 впервые выработал достаточное количество электроэнергии, чтобы зажечь четыре 200-ваттные лампочки, а на следующий день — осветить всё здание. Хотя EBR-1 не предназначался для коммерческого использования (его мощность составляла всего 200 кВт), он считается первой в мире экспериментальной атомной электростанцией.
Однако первой АЭС, подключённой к общей электросети и вырабатывающей электроэнергию в промышленных масштабах, стала Обнинская АЭС в СССР. Её запуск состоялся 27 июня 1954 года. Реактор этой станции имел мощность 5 МВт и использовал уран-графитовую схему с водяным теплоносителем. Именно Обнинская АЭС доказала, что атомная энергетика может быть не только экспериментальным направлением, но и практическим источником энергии для народного хозяйства.
Таким образом, США могут гордиться первыми успехами в экспериментальном использовании атома для генерации электричества, а СССР — созданием первой промышленной АЭС, подключённой к энергосистеме. Обе страны внесли ключевой вклад в развитие атомной энергетики, и каждая по-своему права, называя свои объекты «первыми в мире».
26 апреля 1986 года на Чернобыльской атомной электростанции имени В.И. Ленина, произошла крупнейшая в истории человечества техногенная катастрофа. В тот день четвертый энергоблок станции готовились остановить для планового ремонта, и персонал решил провести эксперимент, чтобы проверить, сможет ли турбогенератор вырабатывать электроэнергию для систем охлаждения реактора в случае потери внешнего питания. Однако цепочка роковых решений и конструктивных особенностей реактора РБМК-1000 привела к фатальным последствиям.
Как все произошло
В тот день на ЧАЭС планировалось провести эксперимент по проверке работы турбогенератора в режиме «выбега» — способности вырабатывать электроэнергию для систем охлаждения реактора в случае внезапной потери внешнего питания. Для этого мощность реактора заранее начали снижать, но за несколько часов до начала испытаний диспетчеры «Киевэнерго» потребовали отложить остановку энергоблока, так как станция должна была продолжить снабжение электричеством региона до завершения графика выработки энергии. Этот запрос привёл к критической задержке. Реактор, мощность которого уже снизили до 50%, почти 10 часов работал в нерасчётном режиме. Задержка привела к тому, что реактор оказался в нестабильном состоянии: в активной зоне накопился ксенон-135, поглощающий нейтроны и снижающий мощность. Чтобы компенсировать это, операторы извлекли из реактора почти все управляющие стержни, нарушив требования безопасности. В 1:23:04 26 апреля эксперимент начался. Турбогенератор отключили, и циркуляционные насосы, охлаждавшие реактор, стали терять мощность. Пар в активной зоне начал интенсивно образовываться, что в реакторах РБМК приводило к росту мощности. В 1:23:40 оператор нажал аварийную кнопку АЗ-5, чтобы заглушить реактор. Кнопка аварийной защиты АЗ-5 на реакторах типа РБМК-1000 отвечала за одновременный ввод в активную зону реактора одновременно всех регулирующих стержней. При этом, ввод стержней занимает некоторое время и если отпустить кнопку - прекратится. Но из-за давления пара в активной зоне реактора стержни не смогли полностью погрузится в него. Затем произошел кратковременный скачок мощности и через примерно десять секунд случился тепловой взрыв, сорвавший 2000-тонную плиту реактора. В атмосферу вырвались радиоактивные вещества: изотопы йода-131, цезия-137, стронция-90 и плутония. Огненный шар поднялся на высоту более километра, а графитовые блоки активной зоны загорелись, создав угрозу расплавления других энергоблоков.
Ликвидация последствий
Ликвидация последствий Чернобыльской катастрофы стала беспрецедентной операцией, потребовавшей героических усилий сотен тысяч людей и коренного изменения подходов к радиационной безопасности. Сразу после взрыва четвертого энергоблока началась отчаянная борьба за предотвращение ещё большей трагедии. Первыми в эпицентр прибыли пожарные, тушившие реактор без защитных костюмов и дозиметров. Многие из них получили смертельные дозы радиации, а 28 человек погибли в первые недели от острой лучевой болезни. Чтобы остановить выброс радиоактивных частиц, с 27 апреля вертолёты Ми-8 и Ми-6 начали сбрасывать в развороченный реактор мешки с песком, свинцом и бором — всего около 5 тысяч тонн материалов. Пилоты, совершавшие до 30 опасных заходов в день, работали в условиях невыносимой жары и радиации, разрушающей технику.
В последующие дни советские власти скрывали информацию о катастрофе. Только 28 апреля, когда радиационный фон был зафиксирован в Швеции, мир узнал о трагедии. К маю 1986 года стало ясно, что необходимо изолировать разрушенный реактор. Более 400 тысяч «ликвидаторов» со всего СССР были мобилизованы на строительство бетонного саркофага — «Укрытия». В зоне с уровнем радиации до 10 000 рентген в час (при норме 0,02 рентген/час) они вручную расчищали завалы, сбрасывая графитовые блоки обратно в реактор. Работа длилась минутами: роботы, присланные из Германии и Японии, выходили из строя из-за радиации, и людей бросали на смертельно опасные задачи. К ноябрю 1986 года саркофаг был завершён.
Одновременно шла дезактивация территории: снимали верхний слой почвы, закапывали заражённую технику, обрабатывали здания спецрастворами. В «рыжем лесу» под Припятью, где хвои приняли цвет ржавчины от радиации, деревья вырубили и захоронили в могильниках. Вокруг ЧАЭС создали 30-километровую зону отчуждения, переселив 116 тысяч человек.
Послесловие
Чернобыльская авария стала символом рисков ядерной энергетики и последствий секретности в критических ситуациях. Радиоактивное облако накрыло часть Европы, а в поражённых районах Украины, Белоруссии и России вырос уровень онкологических заболеваний и генетических мутаций.
Последствия для здоровья у людей оказались катастрофическими. У 134 ликвидаторов диагностировали острую лучевую болезнь, 28 умерли в первые месяцы. К 2005 году от последствий облучения скончались до 4 тысяч человек. В поражённых районах резко выросла заболеваемость раком щитовидной железы — у 6 тысяч детей, получивших дозы йода-131 через молоко. Генетические мутации, пороки развития и рост хронических болезней стали печальным наследием для поколений.
Природа зоны отчуждения, вопреки ожиданиям, превратилась в уникальный заповедник. При отсутствии человека здесь расцвели популяции волков, лосей, рысей и даже вернулись медведи. Однако радиация накопилась в древесине, грибах и организмах животных, создавая «невидимые мины» для экосистем.
Ликвидация последствий Чернобыльской катастрофы стала беспрецедентной операцией, потребовавшей героических усилий сотен тысяч людей и коренного изменения подходов к радиационной безопасности. Чернобыль стал символом как человеческой трагедии, так и урока, заставившего мир пересмотреть стандарты ядерной безопасности. Но память о подвиге ликвидаторов, шагнувших в радиационный ад, остаётся самым сильным напоминанием: цена ошибки в атомной эре неизмерима.
Китайские власти согласовали строительство в пустыне Гоби инновационной атомной электростанции на расплавленной соли, которая будет использовать в качестве топлива торий вместо урана. Создание новой АЭС начнется в следующем году.
Почему китайские специалисты решили использовать торий вместо урана? Во-первых, такой реактор не нуждается в воде для охлаждения, поскольку использует жидкую соль и углекислый газ для передачи тепла и выработки электроэнергии. Во-вторых, природных запасов тория больше, чем урана, поэтому не стоит беспокоится о том, что торий скоро закончится. В-третьих, ториевые реакторы обладают повышенной безопасностью и меньшим количеством ядерных отходов в долгосрочной перспективе.
Китайская АЭС на расплавленной соли тория в перспективе станет первый и единственным ядерным реактором на расплавленной соли с тех пор, как США остановили свой испытательный реактор в 1969 году.
Он имеет небольшие габариты и предназначен для тушения пожаров любого класса опасности в сложных условиях промышленных объектов, а также при неконтролируемом распространении огня в природных условиях.
Подает огнетушащее средство на расстояние 60 метров. Управляется дистанционно по радиоканалу на дальности до одного километра.
Дополнительно робот оснащен телекамерами, тепловизором и приборами химической и радиационной разведки. Оборудование прошло все необходимые испытания во Всероссийском научно-исследовательском институте противопожарной обороны МЧС России.
Было дождливое, весеннее утро. Сижу примус починяю, ищу для себя новые знания и что творится в мире сварочных технологий - роботизация, лазеры, вакуумы, три дэ принтинг железом. Оставят сварщиков в будущем без работы, подумал я с горечью. Падлы цифровые...
Но мои печали прервал звонок из цеха от нового (относительно) специалиста по созданию неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном нагреве.
"Шо хотель, дорогой мой?" - вопрошаю я, сжав, на всякий случай, булки. Ведь звонок "оттуда" не для того чтоб сказать что все хорошо, правда?
"Подойти, пожалуйста, на участок, Дилдий Самотыкович, тут кой-чего интересного" - слышу в ответ.
Неужели розы? (Это вам, доктор)
Надеваю на всякий случай спецовку, переобуваюсь, мажу лицо оружейной смазкой и веду вдоль позвоночника до второго щелчка пылью с пола, чтоб прикинуться своим и с улыбкой бегу на совершение подвига!
Требовалось заварить конструкцию, сосуд, ёмкость, корпус, не имеет значения, по этой схеме. Ничего сложного, особенно, если делал это много раз.
Но одну из деталей отправили на пескоструйную обработку ДО сварки, Карл. Это ж мозгов у распорядителя - нержавейку, на пескоструйку, ДО сварки!!!
Поясняю почему не надо так: песок хер пойми какой, он остается на поверхности и частично застревает в кромках, которые будут свариваться, и если не зачистить механическим способом, то на рентген-снимках будет такая ебола.
Вольфрама не будет (от сварщика зависит) но на снимке будут дефекты
Смотрю на это дело, чешу репу. Зачистка - это время, пыль, риски-царапки на изделии, а это экспорт. Зову сварщика в переговорную.
Говорю что давай сделаю один шов сам, без зачистки, покажу как выкрутиться, сэкономить время и намутить кросивое, ну в пределах допуска. А сам думаю, заодно запилю инструкцию для Капибары, эксклюзивчиком засру ленту))
Запесочили и ну и хер с ним. Переживем. Как точить вольфрам я Вам уже показывал, поэтому приступим сразу к сварке. Вроде остался еще похер в похеровницах, думаю не подведу.
Вот она - красота пескоструйки справа
Тут даже на прихватках видно каку.
Вот так мы начинаем КВН сборку ёмкости.
Делаем обязательно мощные прихватки изнутри, для того, чтобы повело минимально, ведь нержу очень сильно ведет от сварки, просто пипец как ведет.
Первый проход делается без присадки, чтобы сплавить детали воедино и закрепить их положение относительно друг друга.
Вот и последствия незачищенной обечайки - выше середины шва видны всплывшие, расплавленные частицы песка. Вот на этом моменте нужно быть предельно внимательным и контролировать чтоб всплыло всё. Сварщику сказал чтоб внимательно следил за моими движениями.
Накладывам второй проход уже с проволокой. Мы используем проволоку отечественного производства 04х19н11м3
Видите, уже чище, мы перед вторым проходом зачистили щеткой для УШМ
Примерно так должен выглядеть третий проход.
Что и получилось. Тут важно правильно добавлять присадку - кончик проволоки ведем напротив электрода, таким образом, с минимальным нагревом, наплавляем максимум шва
На четвертой "нитке" задаём ширину всего шва. В ПНАЭ чётко прописаны геометрические размеры, естесственно +/-
Ширина уже есть и как видите, шов чистый, без шлака от расплавленного песка.
Пятым проходом поднимаемся выше.
Нужно стараться, чтобы не перегревать, давать остывать, не тянуть длинную дугу. Тут уже снова появились точки от всплывшего песка. Убираем щеткой и продолжаем.
Ну и шестой, заключительный - им мы задаем высоту шва.
Примерно то что нужно. С побежалостями смотрится так себе, хотя некоторые от этого балдеют.
Убираем нахрен цветнину той же щеткой и видим всё блестящее, более-менее ровное
Вот такой готовый шов, высота, почему-то, больше ширины. Хз кто это придумал, институтам-разработчикам виднее. Прошу заметить - перегрева не было совсем, т.к. скотч бумажный и нифига не обуглился даже.
Отправили шов на дефектоскопию радиационным и капилярным методом - все отлично, сварщик понял, надеюсь у него тоже всё без деффектов.
Решил тут завести рубрику "Сматри что нашёл" (да, именно через "А". Потому что так хочу, хоть это и не правильно).
В чём суть рубрики: в информационном потоке и шуме теряется годный контент. К тому же, как показывает многолетняя практика, аудитория, которая потребляет годный контент, не стремится его распространять и делиться им (попробуйте поспорить, проиграете).
В этой рубрике буду размещать тот самый годный контент. По-моему личному мнению конечно же. (ну и буду это использовать для себя, как заметки) Нумеровать его буду просто #1 #2 и тд.
О том, что это за рубрика, я больше рассказывать дальше не буду. Просто буду ссылать сюда на этот пост. Так что не удивляйтесь, если вам скинули ссылку на этот пост.
Сегодня расскажу про крутую экскурсию на действующую атомную электростанцию. И не просто на АЭС, а в сам реакторный зал. И не простого водо-водяного реактора, а на реактор на быстрых нейтронах.
Можно просто посмотреть и покрутить всё мышкой, а можно с помощью очков и уже крутить головой.
Выкопал свои старые фотки, решил эксклюзивно для моего самого любимого ресурса решил провести самообсирание критику собственных трудов в начале трудового пути по ручной аргонодуговой.
Скажу сварщикам, которые, возможно, читают этот пост: не гонитесь за скоростью и эстетической красотой сразу, сначала у вас будет получаться медленно, перегрето, уёбищно некрасиво, вас будут тыкать носом в говно дефекты, а вы будете сопротивляться (зочем?).
В течение какго-то времени у вас начнет получаться и каждое качественно выполненное соединение будет вызывать у вас восторг и уверенность в себе.
Потом это всё превратится в рутину и вы начнете выёбываться наводить красоту и эстетику в своих швах. Но это не скоро.
Вот такой шов по ПНАЭ Г-7-009-89
Смотрится примерно так, не аккуратно до ужаса, но хотя-бы нет распространенных дефектов в виде наплывов и подрезов
Это стыковой
Края шва все испилены напильником, чтоб придать ему божеский вид
Он же, с приспособой для поддува
Вот этот тоже 2-04, но уже с большей толщиной стенки и, соответственно, больше по габаритам. Тут подвела чистота обработки плиты и трубы, поэтому малоопытному сварщику было трудно "склеить" границы шва с деталями.
Процесс заполнения
А это уже какая-то металлоконструкция, но тоже для ядерной станции
А вот то, о чем говорилBespiril - в атомке нельзя чтоб ширина валика была больше внутреннего диаметра сопла горелки, поэтому для больших толщин и ширин дрочились варили валиками шириной по 10 мм
Как бык поссал не очень ровно
Попытка сделать кросивое
Вот така фигня. Путь сварщика труден и тернист. Хорошо что я уже все это пережил, и теперь могу смотреть на эти уёбища некрасивости с улыбкой))
Белоярская АЭС — единственная в мире промышленная атомная электростанция с реакторами на быстрых нейтронах и, соответственно, жидкометаллическим теплоносителем. Такие АЭС разрабатывали во многих странах с конца 1950-х, но, кроме СССР и позднее России, они нигде надолго в эксплуатации не остались (за исключением исследовательских установок). Реакторы на быстрых нейтронах — один из примеров технологий в атомной энергетике, которые испытывали ранее, но оставили без существенного развития из-за низких экономических показателей. Их очень дорого строить. Новые материалы способны спровоцировать ренессанс подобных пока что экзотических схем
Перспективные проекты атомных электростанций в принципе невозможны без разработки новых материалов. Например, сверхкритические водяные реакторы (как ВВЭР-СКД) — в них роль теплоносителя играет вода в сверхкритическом состоянии. То есть ее давление превышает 22,1 мегапаскаля. Это выгодно, потому что позволяет повысить эффективность всей АЭС примерно до 45 процентов против 30-33 у реакторов нынешнего поколения. Сверхкритическую жидкость можно разогреть до более высоких температур, а любая тепловая машина работает тем эффективнее, чем больше разница температур между ее горячей и холодной частями.
Сверхкритическую воду в качестве теплоносителя давно используют в газовых тепловых электростанциях. Это сравнительно отработанная технология. Для атомной энергетики же это не просто новинка, а изменение, требующее пересмотра всей «начинки» АЭС. Да, конструкция реакторов станет проще, следовательно — дешевле и быстрее в изготовлении. Но есть большие проблемы.
Сверхкритическая вода по-другому замедляет нейтроны, может вызывать коррозию там, где обычная вода практически инертна, а также рискует начать разлагаться на кислород и водород под действием ионизирующего излучения в определенных условиях. Иными словами, перспективы огромные, но и вызов непростой.
В сверхкритических реакторах такое высокое давление внутри активной зоны, что при определенных спектрах им не подходят обычные топливные таблетки. Диоксид урана со всеми имеющимися вариантами покрытий просто не работал так, как требовалось физикам. Возможные материалы — кандидаты топлива тоже не подходили.
Наши специалисты долго думали над этой проблемой и пришли к альтернативному решению. Отказавшись от стандартных таблеток внутрь твэла с топливной композицией добавили компенсатор давления. Таким образом внешнее давление компенсировалось топливом, а избыточное распухание топлива забирал на себя компенсатор. Разумеется важны детали: были рассчитаны форма, толщина, подобран правильный материал компенсатора. Наглядная иллюстрация прикладного подхода: если какую-то задачу не получается решить имеющимися или перспективными средствами, имеет смысл объединить усилия ученых разных специальностей и конструкторов.
Не металлами едиными
В примерах выше почти всегда упоминались металлы либо их оксиды. Но это не единственные материалы, которыми занимаются материаловеды атомной отрасли. Естественно, есть еще керамики, пластики, бетоны и многое другое. Большая часть ресурсов уходит на разработку этих типов материалов.
Внимательный читатель уже, наверное, заметил, что не хватает целого спектра различных материалов, которые часто упоминаются в контексте высокотехнологичных отраслей. Да, мы о мета-, нано- и прочих приставках, а также об аддитивных технологиях.
Это не приоритетные направления, но по ним тоже ведут работу. Большие перспективы видны в печати металлическими порошками. У подразделений «Росатома» есть наработки по печати крупных деталей, вплоть до целой выгородки реактора — внутренних структур активной зоны, которые окружают тепловыделяющие элементы. Тем не менее есть большая проблема со специалистами в области экзотических материалов. Их огромный дефицит. Можно сказать, что экзотика в области материаловедения для атомной энергетики — крайне выгодное направление для выбора нынешними студентами.
Довольно часто это невероятно интересные и «красивые» технологии, уникальные люди, которые создают материалы с нестандартными сочетаниями свойств. Но нам не хватает людей. Причем речь идет не о специалистах в единственном числе, а о командах. Все наши разработки — это долгие проекты, за редким исключением. И мы должны гарантировать выход материала в промышленном масштабе к определенному сроку готовности изделия. В чем риски? Вот мы взяли сотрудника, он перспективный, занимается уникальной и очень многообещающей экзотикой. Но что делать, когда он заболеет? Женится? Поменяет приоритеты в жизни? Немного цинично, но это прагматизм прикладной науки.
Именно поэтому особо ценятся команды специалистов, научные школы, устойчивые кооперации. Да, договориться порой непросто: научные споры — зрелище не для слабонервных. Но и результат учитывает мнение не одного гения, а еще опыт эксплуатации прежних разработок и так далее. Для проверки своих возможностей у нас есть программа аванпроектов — сравнительно небольшое финансирование на перспективные идеи, которые мы поможем проверить с помощью своих ресурсов, главное — ответственно обосновать ожидаемые свойства материала.
В последние годы научная этика поменялась, и теперь в перечень работ по подготовке большого НИОКР принято включать не только аналитические обзоры, но небольшое исследование в обоснование разрабатываемой гипотезы. Все это помогает в реализации НИОКР и получении финансирования.
Какое будущее готовят уже сегодня
Материаловедение в атомной отрасли существует на стыке фундаментальных и практических дисциплин. Это одна из тех сфер человеческой деятельности, где всегда есть место чему-то новому, удивительному и при этом максимально связанному с реальностью, практикой.
Ближайшие десятилетия для ядерной энергетики обещают быть временем множества прорывов и революций, на нее возлагают большие надежды во всем мире. Назревает атомный ренессанс, и российские атомщики прямо сейчас воплощают в реальность проекты, которые наверняка будут востребованы уже завтра.
Особенно впечатляет, насколько сильна и важна кооперация в «атомном» материаловедении. Нет ни одного универсального предприятия или научной организации, слишком сложная дисциплина. За корпуса реакторов отвечает ПАО НПО «ЦНИИТМАШ», внутрикорпусные материалы делает и разрабатывает ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей» (Курчатовский институт) — список можно продолжать долго. При этом без постоянного тесного взаимодействия и обмена опытом успех невозможен.
Была у нас забавная история. Материаловеды в лаборатории, как оказалось, не совсем представляли возможности производства. Разработали кандидатный материал, изготовили образцы, подтвердили характеристики — и казалось бы, прямая дорога к масштабированию. Заказали изготовление промышленного полуфабриката на завод. Те посмотрели спецификацию, все сделали, как написано, отправили пробную партию обратно. В лаборатории смотрят, а свойства сильно различаются: чистота слишком высокая, нужных примесей нет. Звонят на завод: как так, куда подевали, всегда же были. Там им и отвечают: в спецификации же указали верхнюю планку, без нижней (обычно материаловеды уточняют, ведь есть привычный минимальный уровень), вот мы для вас выполнили заказ по высшему классу — оборудование позволяет. В итоге, с одной стороны, потратили время, с другой — подтвердили значимость примесей в определенной металлической матрице. Вывод: надо знать все нюансы технологии производства.
Это благодатная почва для развития не только самой атомной отрасли и молодых специалистов как ее части. Новые материалы, инженерные решения и сопутствующие открытия в фундаментальных науках двигают общий научно-технический прогресс в стране.
Помимо энергетики, разрабатываемые атомной отраслью материалы и решения применяют в точном машиностроении, медицине, электронике и космонавтике. Это мощнейший стимулятор роста и развития всех смежных областей экономики и промышленности.
Инженеры помещают замедлитель между столбиками топлива и повышают эффективность цепной реакции. Для реакторов, в которых теплоносителем выступает вода, она же служит замедлителем нейтронов.
Ну а захват «лишнего» нейтрона атомным ядром приводит к его превращению в изотоп. Например, уран-238 становится ураном-239. Поскольку в новом ядре соотношение протонов и нейтронов становится иным, его стабильность почти всегда существенно ниже, чем у изначального атома. В зависимости от того, какое топливо используется в реакторе, захват нейтрона может быть как полезным явлением, так и вредным. Комбинируя замедлители и отражатели нейтронов, активную зону конфигурируют так, чтобы в ней преобладали нейтроны нужных энергий.
Кроме ядерных реакций деления, в атомных реакторах постоянно идут процессы распада. Фактически почти все, что находится в топливных таблетках, радиоактивно: само топливо, продукты распада, ионизированные и подвергшиеся нейтронной бомбардировке материалы связующего для топлива. Это приводит к постоянному потоку альфа- и бета-частиц, гамма-квантов, а в особо редких случаях — непосредственно осколков деления.
Подытоживая все происходящее в реакторе, стоит выделить наиболее критические факторы, определяющие выбор материалов для его конструкции:
для активной зоны и окружающих ее конструкций — нейтронный поток и гамма-излучение, хотя второе в нормальных условиях имеет недостаточную интенсивность, чтобы значительно повредить материалы, и опасно только для людей;
для активной зоны и ее компонентов (например, выгородки реактора и каналов теплоносителя) — высокие температура и давление, нейтронный поток, наведенная радиоактивность и гамма-излучение в небольшой степени;
для тепловыделяющих сборок — высокие температура и давление, нейтронный поток, наведенная радиоактивность и гамма-излучение;
для топливных таблеток — сразу все, включая все виды ионизирующего излучения и особенно высокую температуру (некоторые типы топлива обладают плохой теплопроводностью и склонны к локальному перегреву).
При этом воздействие ионизирующего излучения на различные материалы вполне понятно и предсказуемо. А с высокими температурой и давлением инженеры научились работать уже давно — задолго до появления АЭС. Хотя некоторые прорывы возможны и в этой области, она неспецифична для атомной отрасли.
Нейтронное излучение — другое дело. Его эффекты в большой степени хаотичны и порой кажущаяся незначительной корректировка технологий обработки материала или его химического состава радикально изменяет его поведение в реакторе. Поэтому основной фокус внимания ученых-материаловедов «Росатома» и смежных организаций направлен на изучение взаимодействия нейтронного потока с различными материалами или их комбинациями.
Как разрабатывают новые материалы для атомной отрасли
Материаловедение — прикладная дисциплина, решающая в первую очередь практические задачи. Есть конструкция или отдельная деталь, для которых имеющиеся материалы неоптимальны — ищем способы их улучшить или создать новые. В общих чертах это и есть основной принцип разработки новых материалов во всех отраслях. Атомная энергетика здесь не исключение.
Но прежде всего важно определиться с терминологией. Дело в том, что для материаловеда само слово «материал» означает гораздо более узкое понятие, чем мы привыкли в быту.
Материал — это не просто дерево, металл, керамика, стекло или бетон. Конкретная сталь со строго определенным химическим составом, отлитая и закаленная — это один материал. Если она же кованая — уже другой. Или она закаленная, отпущенная при разных температурах — и ее свойства будут отличаться в широких пределах.
Для материаловеда важна биография образца: как и где добыли сырье для его изготовления, какие процедуры подготовки оно проходило, что именно с ним делали в процессе обработки. какие свойства приобрел этот материал в результате всех манипуляций с ним.
Выше, на видео симуляция каскада столкновений, вызванного попаданием тяжелого иона (трииодид бора) в металл (железо). Нейтронное излучение приводит к аналогичным эффектам, лишь вероятность взаимодействия отличается. Единичная частица, попадая в материал, вызывает смещение не только того атома, с которым сталкивается, но и всех его соседей. Им передается часть кинетической энергии, причем ее количество гораздо больше, чем при теплопереносе. В результате выбитыми со своих мест в кристаллической решетке могут оказаться не только атомы на поверхности, но и глубоко внутри материала. Так образуются полости, смещения фаз кристаллической решетки и даже микротрещины
Контроль и надзор в сфере ядерной безопасности, а соответственно, одобрение использования тех или иных материалов в ядерных установках осуществляет Ростехнадзор. Для конструктора оборудования АЭС существует объемный «справочник всех материалов», в котором содержится список всего, что прошло аттестационные испытания под определенные условия эксплуатации. Каждая строчка в этом документе — отдельный материал, который инженеры-конструкторы могут использовать в допустимых пределах.
Вне зависимости от того, насколько революционным и по всем расчетам безопасным получится проектируемое изделие, если в нем хоть где-то используют неаттестованные материалы, контролирующий орган такое строительство никогда не одобрит. Именно поэтому все новые материалы нужно тщательно испытывать и проверять на соответствие требованиям, установленным в стандартах и конструкторской документации.
В общих чертах идеализированный процесс разработки нового материала выглядит следующим образом. Сначала на этапе подготовки проекта, если выясняется, что существующих материалов недостаточно, ставится задача создать новые. Расчетными методами, моделированием подбирают список материалов-кандидатов, которые проходят первичную проверку в лабораторных условиях. Так тестируют их коррозийную устойчивость, механические и химические свойства. Одновременно проверяют возможность производства этих материалов на оборудовании, имеющемся в распоряжении самого предприятия или у его подрядчиков.
Образцы, которые подтвердили свои свойства во время первичных анализов, отправляют на облучение. Раньше приходилось загружать образцы в исследовательский реактор на несколько лет — только так можно оценить реальный эффект воздействия нейтронного потока. Он выражается в СНА, смещениях на атом кристаллической решетки, — единице дозы облучения, позволяющей сравнивать уровень повреждений в реакторах с различным нейтронным спектром и при облучении различными частицами.
Выше на картинке просвечивающая электронная микроскопия образца из титана, который подвергся жесткому нейтронному облучению. Белые многогранники — пустоты, возникшие в результате выбивания атомов с их мест в кристаллической решетке нейтронами. Темные продолговатые области — полосы осажденных титана, рения и осмия. Последние два элемента — результат трансмутации титана при захвате нейтрона. Исследование воздействия нейтронного потока на материалы критически важно не только для атомной энергетики, но и для термоядерной
Сейчас реактор используют только для финальных испытаний. На первых этапах отсева материалов-кандидатов можно применять ионный ускоритель. Его воздействие на образцы с практической точки зрения идентично нейтронному излучению. Так, пороговые дозы СНА набираются за считаные дни.
Помимо экономии времени, ускоритель делает разработку радиационно стойких материалов несравнимо дешевле — реакторное время очень дорого. Вдобавок после облучения материалы не нужно оставлять в бассейне выдержки еще на год, чтобы они потеряли наведенную радиоактивность.
После облучения материалы-кандидаты снова всесторонне изучают, их характеристики проходят тщательную проверку. И почти наверняка цикл повторяется, потому что ничего не подошло под целевые параметры. Иногда цикл выполняется несколько раз.
В итоге через несколько лет (ранее — спустя десятилетия) кропотливой работы получаются образцы новых материалов с заданными свойствами. Скорее всего, отработано даже их промышленное производство малыми партиями. Остаются только сертификационные испытания в реакторе, после которых контролирующие органы смогут выпустить заключение о допуске материала к использованию в определенных условиях. На все про все — не менее 10-12 лет с начала разработки до получения аттестации материалом.
Последние несколько лет на помощь материаловедам пришли цифровые технологии, в том числе искусственный интеллект. Алгоритмы машинного обучения, основанные на механизмах деградации и базах данных свойств известных материалов, значительно экономят время, проводя первичное отсеивание материалов-кандидатов или решая «обратную» задачу: подбирая состав и структуру материала под заданные условия эксплуатации по целевым характеристикам. Единственное, с чем ИИ пока справляется плохо, — способы обработки, но и этот недочет скоро будет исправлен: ученые и программисты «Росатома» работают в этом направлении.
Пример состояния микроструктуры металла после нейтронного облучения, просвечивающая электронная микроскопия образца уран-молибденового сплава. Слева — до воздействия, справа — после набора дозы около 150 СНА (эквивалент примерно двух лет работы в реакторе). Хорошо видно, что альфа- и бета-фазы сплава превратились в хаос, такой металл сильно поменяет свои прочностные свойства
Почему нельзя стоять на месте
Атомная энергетика — постоянная технологическая гонка. И разработка материалов для нее выступает лишним подтверждением этого тезиса. Учитывая длительность цикла разработки, сейчас внедряют то, что начинало создаваться три-четыре декады назад, а прошло аттестационные испытания 10-20 лет назад. Проще говоря, работа над сегодняшними проектами обеспечивает технологическое превосходство в 2040-2050-х годах. И любая заминка потенциально приводит к высокому риску отстать от темпа конкурентов на этих отдаленных рубежах планирования.
Благодаря этому непрерывному процессу развития отрасли не существует ни одной полностью идентичной АЭС. Каждый следующий проект в чем-то лучше предыдущего, даже если они принадлежат к одной серии. Иногда события в мире приводят к завышенным требованиям потенциальных потребителей, появляются новые уровни защиты, которые на следующем этапе отсекаются по экономическим соображениям. Это ни хорошо, ни плохо — просто особенность, нормальный ход событий.
Второй важнейший стимул развития материаловедения в ядерной энергетике — экономика. Атомные электростанции наконец-то снова становятся не единичными проектами, а практически серийными изделиями. Кроме них, в обозримом будущем заменить угольные и газовые электростанции базовой нагрузки нечем. Никакие ветряки и солнечные панели эту роль в энергосистеме занять не смогут, даже если им на помощь придут сверхъемкие накопители энергии.
Это означает, что стоимость выработанного АЭС киловатт-часа электроэнергии становится не просто существенным фактором оценки всего ее проекта, а критически важным. Она, в свою очередь, зависит от целого спектра параметров, часть из которых способны удешевить новые материалы. Снижение стоимости, габаритов или сроков изготовления любых деталей, агрегатов и узлов в масштабах столь колоссальных объектов, как АЭС, оборачивается экономией в миллионы или даже миллиарды.
Наверное, самый простой ответить на вопрос «Зачем разрабатывать для АЭС новые материалы?» — потому что АЭС со старыми материалами никто не купит. По совокупности причин, из которых экономика будет решающей. Даже несмотря на затраты НИОКР, современные станции экономически эффективнее старых — либо по срокам строительства, либо по стоимости эксплуатации.
Не стоит забывать и о психологическом факторе. Атомная энергетика, пожалуй, вызывает самую напряженную дискуссию в поле общественного мнения. Поэтому, если какая-то инновация не приносит заметного повышения экономических характеристик АЭС, но повышает ее безопасность в каких-либо даже самых маловероятных сценариях, ее имеет смысл реализовать.
В России разработку новых материалов и технологий ведут в рамках комплексной программы развития атомной науки, техники и технологий — КП РТТН. Мы создаем не только новые материалы для перспективных энергосистем, но и опытные целевые изделия, которые тоже проходят испытания. В результате на выходе мы получаем и технологию, и материал, готовые к промышленному внедрению, причем не только в атомной энергетике, но и авиации, машиностроении и других смежных отраслях.
Из последних разработок могу привести в пример технологию изготовления новых марок стали с повышенными прочностными свойствами, в том числе для атомных энергетических установок малой мощности. Тем самым мы решаем задачу уменьшения массогабаритных характеристик оборудования вокруг реакторной установки и получаем существенный выигрыш в массе — этот параметр весьма критичен для атомных станций малой мощности. В этом году как раз проходят аттестационные испытания по всему комплексу свойств новой стали.
В реакторном здании энергоблока № 2 Курской АЭС-2 завершены работы по установке в проектное положение купольной части наружной защитной оболочки (НЗО). Установленный «купол» - последняя часть НЗО. Первоначально был смонтирован шестой ярус - нижняя составляющая «купола»: крупногабаритная конструкция весом более 215 тонн. Через 2 дня - верхняя часть - сам «купол», весом 195 тонн, диаметром 34,7 метра и толщиной стен 1,5 метра. Теперь высота реакторного здания составляет 64,9 метра, а после бетонирования купола достигнет 65,4 метра.
Проектом строительства Курской АЭС-2 предусмотрены две защитные оболочки реакторного здания - внутренняя и наружная. Внутренняя исключает выход радиоактивных веществ в окружающую среду при нештатных ситуациях, наружная совместно с внутренней служит физической защитой от природных и техногенных внешних воздействий, включая землетрясение, ураганы и падение самолета.
Двойная защитная оболочка - отличительная особенность российских
проектов энергоблоков АЭС с реакторами ВВЭР-1200 и ВВЭР-ТОИ, которая
обеспечивает максимальный уровень безопасности АЭС. Расстояние между
внутренней и наружной оболочками 1,5 метра. Это конструктивная
особенность, которая впервые применяется на атомных станциях поколения
3+.
Монтажу каждого яруса обеих оболочек предшествовала
укрупнительная сборка составных элементов, которая выполнялась на
специальной площадке около реакторного здания второго энергоблока.
Завершение монтажа всех ярусов наружной защитной оболочки - это важный шаг к физическому пуску энергоблока. Вскоре начнутся работы по бетонированию купола, а после завершения этого этапа начнется монтаж системы пассивного отвода тепла (СПОТ).
Кран мостовой электрический кругового действия (полярный) для реакторного отделения.
Полярный кран устанавливается под куполом гермооболочки реакторного
здания АЭС и используется для перемещения грузов в реакторном отделении.
Тележка полярного крана перемещается вдоль моста, сам кран передвигается по круговому рельсу над шахтой ядерного реактора, что позволяет совершать транспортные операции в любой точке здания.
Полярный кран
Полярный кран выполняет следующие операции:
транспортно-технологические и ремонтные операции по обслуживанию
атомного реактора в период эксплуатации АЭС с грузами, включая
ядерноопасные грузы; операции по загрузке ядерного топлива в контейнер
свежего топлива и выгрузке отработанного топлива в транспортный коридор;
подъемно-транспортные и строительно-монтажные операции в период
строительства АЭС: операции по складированию оборудования (частей
реактора, корпусов парогенераторов, компенсатора, главных циркуляционных
насосов трубопроводов и др.), а затем по его установке на проектное
место.
Управление краном осуществляется с помощью кресла-пульта,
установленного в кабине управления, которая расположена вне крана, в
гермозоне реакторного помещения. Кроме органов управления краном
кресло-пульт оборудуется цветным сенсорным монитором, системой
видеонаблюдения и телефонной связью. Шкафы управления с
пускорегулирующей аппаратурой устанавливаются в отдельном помещении вне
гермозоны.
Полярные краны относятся к наиболее ответственному оборудованию АЭС, имеющему класс безопасности 1Н.
Восхищаюсь масштабами строительства реакторов и АЭС в целом. Самый настоящий технопрон.
Верхний полукорпус реактора для АЭС по весу почти как пустой Boeing 777 — 150 тонн. Перемещают изделие по воздуху с помощью мостового крана, грузоподъемностью 250 тонн.
Путь от сварочного до термо-прессового участка займет всего 15 минут. А вот время на строповку и установку полукорпуса на ложементы — 2 часа
Производственный цикл изготовления реактора — от получения заготовок до готового аппарата — занимает 3 года. Осторожность и точность важна в каждом действии.
Набивка парогенератора трубками. 11 тысяч змеевиков, диаметром 16 мм и длиной от 11 до 17 метров готовы к укладке внутрь корпуса. 105 горизонтальных рядов заполнят пространство парогенератора для дальнейшей работы – приварки донышек
Проверяют изделие на прочность при гидроиспытаниях
Залог успеха этой ответственной операции — точная установка в подземный стенд-кессон — до десятых долей миллиметра и полная герметизация устройства
Прежде чем 320-тонный корпус наполнят водой, на 8 главных циркуляционных патрубках ДУ 850 устанавливают заглушки. С помощью мостового крана на глубину 13 метров опускают корпус реактора, устанавливают специальные шпильки в опорное кольцо внутри кессона и фиксируют ими крышку.
В общей сложности подготовка занимает порядка 10 дней.
