| |||||||
К 40-летию реактора ИБР-2 Вспоминая историю, думая о будущем(Продолжение темы) На семинаре ЛНФ 22 июня 2022 года (см. №24 еженедельника от 30 июня 2022 г.) были представлены доклады В.Л.Аксёнова "О научной программе для реактора НЕПТУН" и Е.П.Шабалина "О динамике пульсирующих реакторов". Оба доклада имели вторые названия, соответственно: "Есть ли будущее у пульсирующих реакторов?" и "Диалектика познания истины на своих ошибках". Сегодня эти вторые названия стали еще более актуальными. Ниже мы публикуем дополнения докладчиков к своим предыдущим докладам.
|
В.Д.Ананьев, Д.И.Блохинцев, Е.П.Шабалин. |
На "бустерной дороге" оказалось больше препятствий, чем на пути пульсирующего реактора. Из 60 календарных лет работы базовых источников нейтронов в ЛНФ ОИЯИ 29 рабочих лет приходится на ИБР-2 и ИБР-2М и только 17 лет - на долю бустерного режима, в основном это работа усовершенствованной версии первого ИБР - ИБР-30 с ЛУЭ-40 (1969-2001). Третий раз пытались выйти на бустерный путь, создавая линейный индукционный ускоритель электронов ЛИУ-30 длиной 200 метров, который в сочетании с реактором ИБР-2 обещал дать короткие импульсы нейтронов со средней мощностью 500 кВт, что было бы в 25 раз выше, чем на ИБР-30 с ЛУЭ-40.
Однако уже при монтаже первых нескольких индукторов выяснилось, что принципиально невозможно обеспечить устойчивость сильноточного пучка электронов. И ИБР-2 "пошел" по пути пульсирующего реактора с длительностью импульса 200 мкс и мощностью 2 МВт.
Интересно, что цифра 2, которая появилась в названии реактора ИБР-2 как второго после ИБР, оказалась "заколдованной": по иронии судьбы мощность 2 МВт, определенная административно приемной комиссией 9 февраля 1984 г., вследствие технических причин стала реальным пределом для нового реактора, хотя проектная мощность ИБР-2 была установлена в 4 МВт. Персонал на сей раз был адекватен и знал, где надо остановиться. А вот в начальный период работы ИБР-30 (пущен в 1969-м) ошибок было сделано немало. Тут и непродуманная конструкция мишени пучка электронов, и халатность в обеспечении ядерной безопасности, и недостаточный уровень квалификации персонала, делавшего проект. К работам по проекту ИБР-2 (начавшимся почти одновременно с проектом ИБР-30) в 1966 году (а тогда планировалось создать пульсирующий реактор на мощность 10 МВт, то есть сразу сделать скачок более чем в 1000 раз - еще работал ИБР на трех киловаттах) были привлечены наиболее подготовленные инженеры и научные работники, что и сказалось на качестве проекта ИБР-30. И вполне вероятной можно считать аварию 11 июля 1972 года при работе ИБР-30 в режиме редких импульсов (1 импульс каждые 2 секунды) с неисправной системой управления. Тогда произошло плавление металлического плутония в твэлах реактора и разгерметизация одного твэла - того, что в течение долгого времени подвергался бомбардировке электронами, отраженными от мишени. К счастью, весь плутоний сконденсировался в виде окислов на стенках вентиляционной системы и не попал во внешнюю среду. При сооружении и при эксплуатации ИБР-2 и его модернизированной версии (с 2011 года) ничего подобного не происходило - урок 1972 года.
После трех десятков лет в общем-то успешной работы ИБР-2 и с 2011 года - модернизированного реактора (мощностью 1,5-2 МВт, с повышенным потоком нейтронов на выведенных пучках и с холодными замедлителями оригинальной конструкции) встал вопрос о дальнейшей эволюции ИБРов.
Во-первых, близился установленный ресурс здания реактора (2030-е годы), а во-вторых, опыт эксплуатации показал, что есть принципиальный физический запрет на работу выше ~2-3 МВт для пульсирующих реакторов на плутонии типа ИБР-2. Дело в том, что долгое время оставалась неясной причина положительного эффекта реактивности при снижении расхода натрия, влияющего на устойчивость работы реактора ИБР-2М. И только при глубоком анализе динамики пульсирующих реакторов большой мощности группе физиков, занимающихся проектом будущего реактора ЛНФ ОИЯИ, удалось сформулировать особенности пульсирующих реакторов и показать неизбежность колебательной неустойчивости в реакторах типа ИБР-2 с плутониевой загрузкой.
И.М.Франк и Ф.Л.Шапиро. |
И в заключение хочу еще раз отметить, что именно разработка проекта НЕПТУН открыла ранее не известные особенности пульсирующих реакторов и позволила понять и объяснить причины "капризов" ИБР-2М.
Одним из крупных достижений ОИЯИ, несомненно, является серия пульсирующих реакторов, не имеющих аналогов в мире. В середине 90-х годов прошлого столетия была реальная угроза, что реактор ИБР-2 окажется последним в этой серии. Не было средств на его эксплуатацию и, тем более, на дальнейшее развитие. Нам удалось преодолеть эти трудности и сегодня у нас есть ИБР-2М. Но опять есть опасность, что он будет последним. Нам представляется полезным вспомнить историю того периода с проекцией на наши дни. У меня нет цели писать летопись лаборатории, поэтому заранее прошу прощения у многих участников тех событий, кто не будет упомянут. Далее сформулированы схематически (прошу не упрекать за не всегда удачные формулировки) ключевые моменты, необходимые для создания нового реактора. Чтобы рассуждения не были абстрактными, они подкреплены конкретными примерами.
Н.Н.Боголюбов и В.Л.Аксёнов |
В наши дни физика по-прежнему богата перспективными для нейтронов направлениями. Не буду здесь повторять все, что было многократно сказано и написано. Отмечу только для примера возможность создания на реакторе НЕПТУН фабрики нейтрон-избыточных нуклидов для ядерной физики и астрофизики. Это научное направление пересекается с исследованиями ЛЯР имени Г.Н.Флёрова. Важно, чтобы научная программа ЛНФ была в составе общеинститутской научной программы.
Первый семинар в ЛНФ с идеей реактора НЕПТУН Е.П.Шабалин провел в мае 2015 года. Первый официальный доклад управляющим научным органам ОИЯИ о научной программе для реактора НЕПТУН был представлен в январе 2017 года на ПКК по физике конденсированного состояния. Разработка научного обоснования проекта была начата, но, к сожалению, окончательного документа, который можно было бы представить в государственные органы, до сих пор нет.
Яркие технические решения для экспериментальных комплексов. В 1990-1992 гг. совместно с физиками ПИЯФ РАН (Гатчина) и Центра технических исследований Финляндии был создан первый на импульсном источнике нейтронов фурье-дифрактометр высокого разрешения. Этот дифрактометр, позволяющий проводить измерения с практически предельным для нейтронной кристаллографии разрешением, разрушил существовавшее в научном сообществе предубеждение относительно ограниченности возможностей ИБР-2 и вывел его в число передовых импульсных источников нейтронов в мире.
В определенном смысле аналогом в наши дни мог бы стать комплекс очень холодных и ультрахолодных нейтронов на реакторе НЕПТУН.
Подготовка кадров - процесс непростой и длительный. О подготовке научных кадров для реализации стратегических планов развития нейтронных исследований в ОИЯИ подробно изложено в статье в "Сообщениях ОИЯИ" Р3-2021-14.
Поддержка научного сообщества абсолютно необходима, особенно в современной жизни. В 1990-е годы была сформирована Государственная программа РФ по нейтронным исследованиям вещества, в которой ЛНФ играла лидирующую роль, Россия стала членом Европейской ассоциации по рассеянию нейтронов и наконец, - страной-участницей Европейского центра нейтронных исследований - Института имени Лауэ и Ланжевена (Гренобль, Франция). В наши дни это все может иметь другие формы, но очевидно, что активное участие в национальных и международных проектах создает атмосферу взаимной поддержки на всех уровнях и над этим надо работать.
Взаимодействие с "Росатомом" . Отношения с ГК "Росатом" (ранее Министерство среднего машиностроения, Министерство по атомной энергии) имеют решающее значение при любых действиях с ядерными реакторами. Они основываются на всем выше сказанном. Мой опыт показывает, что ни один из этих пунктов исключить нельзя. Материал для реакторного топлива выделяется исходя из значимости научной программы и государственного интереса. Существует предубеждение, что "Росатом" интересуют только прикладные исследования. Это не так. Превращения нейтрона в антинейтрон или рассеяние нейтрона на нейтроне "Росатом" интересует точно так же, как и все научное сообщество. Еще раз хочу выразить благодарность министрам тех лет за постоянную поддержку. Л.Д.Рябев и В.Н.Михайлов помогали решать вопросы с материалом для топлива реакторов в Дубне и в Гренобле. Вопрос с модернизацией реактора ИБР-2 окончательно решил Е.О.Адамов, когда согласился оплатить за счет средств Минатома все работы предприятий министерства. Подчеркиваю, что эти решения принимались после многократных обсуждений на различных НТС и при мощной поддержке научного сообщества.
С проектом реактора НЕПТУН начало на этом пути было положено на совместном заседании президиума НТС "Росатома" и дирекции ОИЯИ 11 декабря 2019 года, где проект вызвал большой интерес и поддержку. Было подписано соглашение между "Росатомом" и ОИЯИ. К сожалению, эта деятельность не получила развития.
Есть еще одно условие - темп принятия решений и производства работ. Я бы еще добавил - условие решимости. Для начала надо было хотя бы определить площадку для будущего реакторного комплекса и возможности инженерно-технического обеспечения. Это необходимо даже с формальной точки зрения при разработке эскизного проекта. Например, проектные работы над реактором ИБР-2 еще не были закончены, а на выбранной площадке уже шли строительные работы. И не надо нам рассказывать, что были другие времена. Как сказал поэт, "времена не выбирают, в них живут и умирают".
Резюме. К сожалению, вышеизложенные условия реализации таких крупных проектов, как НЕПТУН, не выполняются. Заметим, эти условия необходимы для любого нового интенсивного источника нейтронов. Сегодня потерян темп и потеряна цель.
Мы заблудились в трех соснах: реакторы НЕПТУН, ИБР-4 ("улучшенный", по мнению авторов, проект реактора ИБР-2; по нашей же оценке это попытка идти вперед с головой, повернутой назад) и альтернативный вариант компактного источника нейтронов на базе ускорителя протонов или дейтронов. Классическая ситуация лебедя, рака и щуки. Очевидно, что мы зашли в тупик. В ситуации, когда нет возможностей двигаться по выбранному пути, надо выбирать другую траекторию.
Представляется логичным вступить в кооперацию с более опытным в строительстве импульсных реакторов партнером. У нас успешно развивается совместная работа с РФЯЦ ВНИИТФ имени академика Е.И.Забабахина (г. Снежинск) по изучению вопросов динамической устойчивости реактора НЕПТУН. Физики ЛНФ в начале 2000-х гг. проводили фундаментальные эксперименты по прямому измерению сечения рассеяния нейтрона на нейтроне с использованием одного из мощных импульсных реакторов ВНИИТФ. Ученые этого института неоднократно высказывали заинтересованность в продолжении работ. Нам представляется перспективным объединение усилий двух институтов и в создании реактора НЕПТУН. Возможно, на этом пути мы сможем реализовать новые идеи и новые технологии в продолжении серии уникальных пульсирующих реакторов и получить рекордные параметры для новых физических исследований.
|