США не успевают за атомным прогрессом России

12 августа 2018 г. 13:43:21

Россия приближается к созданию «вечного» атомного реактора

Конечно, вечного не бывает ничего. Поэтому слово «вечный» тут лучше взять в кавычки. Однако сообщение, попавшее в прессу из отчета Опытного конструкторского бюро машиностроения им. И. И. Африкантова (ОКБМ), позволяет все же говорить об этом не как о шутке.

Ядерный реактор с ресурсом на весь жизненный цикл

Дальше, правда, стоит слово «субмарины». Потому что ученые и конструкторы из «ОКБМ Африкантов», входящего в холдинг «Атомэнергомаш» Росатома, разработали, построили и уже испытали (указывается, что на атомных подлодках 4-го поколения) активную зону ядерного реактора с ресурсом на весь жизненный цикл АПЛ. То есть с точки зрения атомарины — вечную.

Жизненный цикл атомной подлодки — понятие довольно неустойчивое, потому что зависит от многих факторов. Точнее, от многих ресурсных факторов, так как обычно ресурсы разных систем сильно разнятся. Например, срок службы корпуса может рассчитываться на 25, 35, 50 и даже 100 лет в зависимости от материала, из которого он сделан. Огромное значение имеет ресурс двигателей и вообще общекорабельных систем. Вооружение — третья статья: там от сроков морального устаревания многое зависит. А вот по энергоустановкам стандарты были заданы еще американскими подлодками 3-го поколения. Их реакторы могут работать непрерывно. То есть без перезарядки активной зоны реактора, на полной мощности от 9 до 13 лет.

В общем, если взять интегрально, срок жизненного цикла атомной подлодки в 25-30 лет может считаться нормативным. А значит, коллективу «ОКБМ Африкантов» удалось создать активную зону со сроком службы без перезарядки примерно на столько же лет.

Что такое «активная зона»? Это главная зона ядерного реактора, где, собственно, и сжигается в управляемой цепной реакции ядерное топливо. Этакий «желудок» энергетической установки. Так вот, именно этот «желудок» теперь будет переваривать свою пищу вечно для каждой конкретной лодки. То есть можно будет не проводить новые и новые загрузки ядерного топлива. А это каждый раз на месяц работы, во время которого не только тратятся значительные средства, но и сама субмарина находится не в строю.

Что это за разработка?

Разумеется, разработка засекречена. Но в прессе появлялась информация о том, что в этом ОКБМ работали над новым типом реактора под шифром КТП-7И (или опытно-конструкторские работы под грифом «Феникс»). Как раз про него сообщалось, что это будет реактор со сроком службы активной зоны до 30 лет и более. И те же слова использовались: «Без перезарядки в течение всего жизненного цикла АПЛ».

Но в то же время проскальзывали и публикации о некоем совсем новом реакторе, призванном заменить нынешние водо-водяные, в котором реализуется принцип перегрева пара непосредственно в активной зоне.

Что именно построено в итоге, из нынешнего отчета неясно. Скорее всего, информация относится к первому указанному типу — обычному моноблочному реактору. Но так или иначе, можно говорить о большом успехе.

Из отчета ОКБМ следует, что испытания новой активной зоны проводились на лодке 4-го поколения. Имя ее не названо, но у нас во флоте служат из этого поколения подлодки 885 проекта «Ясень», из коих в строю одна — К-560 «Северодвинск», и проекта 955 «Борей», из которых в составе флота три: К-535 «Юрий Долгорукий», К-550 «Александр Невский» и К-551 «Владимир Мономах». Возможно, это был «Северодвинск» — на нем много чего новенького отрабатывалось.

Вечность у порога

Как для желудка критическую важность имеют его стенки, так и ядерный реактор невозможно представить без его стенок. Но если желудочный сок стенки своего «дома» обычно не проедает, то нейтроны при цепной реакции разъедают стенки реактора с безрассудной яростью. Точнее, они его делают более хрупким при внешнем укреплении стали, из которой сделан реактор. То есть под воздействием беспощадной бомбардировки нейтронов прочность стали корпуса формально растет, зато в ее толще появляются мелкие, наноразмерные полости и трещинки. Это и есть радиационное охрупчивание стали.

Для увеличения срока жизни реактора производится его так называемый восстановительный отжиг. Его технология изобретена в Национальном исследовательском центре «Курчатовский институт» (НИЦ КИ), и ей, в общем, немало лет. Согласно этой технологии, корпус нагревают, а затем охлаждают. В результате зерна в его структуре несколько меняются, что приводит к уменьшению полостей и росту устойчивости к трещинам. В результате срок службы реакторов продлевается до 45 лет.

В НИЦ КИ и Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ» сочли, что этого мало. Нет ли возможности провести повторный восстановительный отжиг? С тем, чтобы срок службы реактора увеличить лет этак до 60? Ведь это же экономия невероятная! Замена реактора сама по себе стоит огромных денег, но это также потери времени и, соответственно, выработки энергии АЭС. А поскольку в стоимости энергии АЭС основной вес занимают капитальные вложения на этапе строительства, то лишний отказ от замены реактора — дополнительное удешевление на выходе. Ведь замена реактора вполне сравнима по трудо- и деньгозатратам с созданием нового энергоблока.

Так вот, в совместном исследовании ученые выяснили, что второй отжиг вполне возможен и безопасен, о чем весной этого года и сообщили в авторитетном Journal of Nuclear Materials. А значит, продление сроков службы уже имеющихся реакторов до 60 лет уже не за горами.

Но и это еще не вечность. На вечность замахнулись в том же «Курчатнике», где вместе со специалистами из Петербургского ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей» и Ижорского завода разработали не имеющий аналогов в мире сплав для реакторов, позволяющий им служить аж 100 лет! Это, конечно, оговоримся, не новая информация — за эту работу ее участники уже награждены Государственной премией, — но важно, что и эта разработка вполне укладывается в общую парадигму создания в России «вечных» источников энергии и материалов для них.

В первую очередь из этого следует, конечно, большая экономическая выгода. Но к этому, кажется, «пристегивается» и информация о «вечных» крылатых ракетах, о компактных ядерных установках, работающих чуть ли не на проточном воздухе, о новых конструкционных материалах для гиперзвуковых летательных аппаратов и тому подобное. Похоже, что вся эта научно-конструкторская тематика берется в комплексе, одним пакетом. И в комплексе же разрабатывается.

Остается надеяться, что и эффект от нее будет комплексным — и энергетическим, и экономическим, и военным.

Синергетическим, иначе говоря.


Источник