Обращение к сайту «История Росатома» подразумевает согласие с правилами использования материалов сайта.
Пожалуйста, ознакомьтесь с приведёнными правилами до начала работы

Новая версия сайта «История Росатома» работает в тестовом режиме.
Если вы нашли опечатку или ошибку, пожалуйста, сообщите об этом через форму обратной связи

История атомных реакторов /

АРБУС

Исполь­зо­ва­ние атом­ной энергии для энерго­снабже­ния реги­о­нов Край­него Севера и Даль­него Востока про­должало манить уче­ных Мин­сред­маша кажущейся про­сто­той и эко­номи­че­ской эффек­тив­но­стью. Еще большего удешев­ле­ния сто­и­мо­сти «атом­ного» кило­ватт­часа можно было достичь при исполь­зо­ва­нии в каче­стве теп­ло­но­си­теля вме­сто воды орга­ни­че­ских жид­ко­стей. Возмож­ность исполь­зо­ва­ния в этом слу­чае деше­вых кон­струкци­он­ных мате­ри­а­лов, серийно выпус­ка­емого обо­ру­до­ва­ния, а также отказ от био­логи­че­ской защиты пер­вого кон­тура реак­тора, каза­лось, ста­вили такой энерго­и­сточ­ник вне кон­ку­ренции. А тут и повод под­хо­дящий подо­спел — для совет­ской науч­ной станции в Антарк­тиде тре­бо­вался мощ­ный источ­ник энергии для про­ве­де­ния науч­ных работ. Так родился про­ект АРБУС — АРк­ти­че­ская Блоч­ная УСта­новка (в даль­нейшем появился и вто­рой вари­ант назва­ния — Атом­ная Реак­тор­ная Блоч­ная УСта­новка).

Дву­ли­кий «АРБУС»

Реак­торы, в кото­рых в каче­стве теп­ло­но­си­теля исполь­зуются орга­ни­че­ские жид­ко­сти, обла­дают уни­каль­ными возмож­но­стями. Из-за низ­кой кор­ро­зи­он­ной актив­но­сти в каче­стве основ­ного кон­струкци­он­ного мате­ри­ала в них можно исполь­зо­вать деше­вые обыч­ные угле­ро­ди­стые стали. Кроме того, наве­ден­ная актив­ность в орга­ни­че­ском теп­ло­но­си­теле крайне низка по срав­не­нию с водой, что без про­блем допус­кает про­во­дить обслужи­ва­ние обо­ру­до­ва­ния пер­вого кон­тура реак­тора. Высо­кая темпе­ра­тура кипе­ния и низ­кая упругость паров теп­ло­но­си­теля поз­во­ляют сни­зить дав­ле­ние в 1-м кон­туре, что суще­ственно снижает веро­ят­ность ава­рии с раз­рывом корпуса или тру­бопро­во­дов.

Однако не бывает «плю­сов» без «мину­сов», и глав­ный из них заклю­чался в ради­аци­онно-терми­че­ском раз­ложе­нии орга­ники, сопро­вож­давшимся поли­кон­ден­сацией про­дук­тов рас­пада на теп­ло­обмен­ных поверх­но­стях твэ­лов. Под действием излу­че­ния и высо­кой темпе­ра­туры в орга­ни­че­ских жид­ко­стях начи­нают про­хо­дить процессы, ана­логич­ные неф­тя­ному кре­кингу. Потери теп­ло­но­си­теля в этом слу­чае состав­ляют от 0,1 до 1 кг веще­ства на 1 МВтч выра­бо­тан­ной элек­троэнергии. Оса­жде­ние высо­комо­ле­ку­ляр­ных соеди­не­ний на поверх­но­сти твэ­лов в виде пле­нок (фау­линг) ухуд­шает теп­ло­обмен­ные процессы, поэтому их нужно как можно быст­рее уда­лять из теп­ло­но­си­теля, то есть для реак­тора с орга­ни­че­ским теп­ло­но­си­те­лем необ­хо­димы посто­ян­ные реге­не­рация теп­ло­но­си­теля и его подпитка.

Эта про­блема стала глав­ной для уче­ных, кон­струк­то­ров и про­ек­ти­ровщи­ков АЭС «АРБУС». Их основ­ные уси­лия были направ­лены на поиски возмож­но­сти реге­не­рации про­дук­тов кре­кинга без выве­де­ния послед­них из кон­тура. И такой спо­соб, осно­ван­ный на процессе ката­ли­ти­че­ского гид­ро­кре­кинга, был най­ден. Про­ве­ден­ные пет­ле­вые иссле­до­ва­ния пока­зали, что при под­дер­жа­нии оптималь­ных парамет­ров процесса он обес­пе­чи­вает гид­ри­ро­ва­ние непре­дель­ных про­дук­тов ради­аци­он­ной дегид­ро­ге­ни­за­ции и селек­тив­ную деструкцию высо­комо­ле­ку­ляр­ных про­дук­тов радио­лиза. Это поз­во­лило рекомен­до­вать для пер­вого кон­тура реак­тора «АРБУС» гид­ро­ста­би­ли­зи­ро­ван­ный газойль, кото­рый отли­чали низ­кие темпе­ра­тура замер­за­ния (-40 °С) и сто­и­мость (также испыты­ва­лись и пока­зали хорошие результаты гид­ро­терфе­нил и дито­лилме­тан).

Науч­ное руко­вод­ство по созда­нию АЭС «АРБУС» взял на себя Инсти­тут атом­ной энергии им. Кур­ча­това, глав­ным кон­струк­то­ром стал НИКИЭТ.

Для реак­тора уста­новки «АРБУС» была выбрана двух­кон­тур­ная схема. Цир­ку­ляция теп­ло­но­си­теля пер­вого кон­тура осуществ­ля­лась по двум пет­лям с пода­чей в паро­ге­не­ра­торы со сво­бод­ным уров­нем испа­ре­ния. Каж­дая петля вклю­чала в себя паро­ге­не­ра­тор и компен­са­тор объема. Отдав тепло теп­ло­но­си­телю вто­рого кон­тура (воде), теп­ло­но­си­тель пер­вого кон­тура поступал в компен­са­торы объема (дега­за­торы), где были также уста­нов­лены сет­ча­тые фильтры гру­бой очистки. «Тон­кая» очистка теп­ло­но­си­теля осуществ­ля­лась в метал­ло­ке­рами­че­ских фильтрах, уста­нов­лен­ных на байпас­ных линиях цир­ку­ляци­он­ных насо­сов.

Вто­рой кон­тур уста­новки «АРБУС» пред­став­лял собой часть типо­вой кон­ден­саци­он­ной паро­тур­бин­ной элек­тро­станции. Насыщен­ный пар из паро­ге­не­ра­тора под дав­ле­нием 25 атм направ­лялся на тур­бину, после чего поступал в кон­ден­са­тор, охла­жда­емый водой или азо­том.

Обра­зующи­еся в процессе раз­ложе­ния теп­ло­но­си­теля низ­ко­кипящие фракции газойля кон­ден­си­ро­ва­лись в реси­вере, откуда пери­о­ди­че­ски сбра­сы­ва­лись в дре­наж­ный бак. Отбор теп­ло­но­си­теля на реге­не­рацию про­из­во­дился из пер­вого кон­тура, а реге­не­ри­ро­ван­ный газойль пода­вался в слив­ной бак.

Предпо­лага­лось, что АЭС «АРБУС» будет постав­ляться в виде отдель­ных пол­но­стью смон­ти­ро­ван­ных бло­ков, прошед­ших стен­до­вые испыта­ния на заводе-изго­то­ви­теле. Станция комплек­то­ва­лась 19 бло­ками, каж­дый весом не более 20 тонн, что поз­во­ляло пере­во­зить их как назем­ным, так и вод­ным транспор­том. Мон­таж АЭС на промплощадке занимал не более 3 месяцев.

Теп­ло­вая мощ­ность реак­тора состав­ляла 5 МВт, элек­три­че­ская — 750 кВт.

Реак­тор уста­новки «АРБУС» пред­став­лял собой свар­ной цилин­дри­че­ский сосуд высо­той 4365 мм, диамет­ром 1340 мм и толщи­ной стенки 20 мм. В реак­торе рас­по­лагался внут­рен­ний корпус, выпол­няющий сразу две задачи: форми­ро­ва­ние потока теп­ло­но­си­теля и креп­ле­ние актив­ной зоны. Вырав­ни­ва­ние ско­ро­стей теп­ло­но­си­теля по диаметру достига­лось за счет уста­новки на входе в актив­ную зону двух перфо­ри­ро­ван­ных плит. Темпе­ра­тура теп­ло­но­си­теля на входе в реак­тор состав­ляла 513 °С, на выходе — 523 °С.

Актив­ная зона комплек­то­ва­лась 69 теп­ло­вы­де­ляющими сбор­ками, состо­ящими из 6 концен­три­че­ски рас­по­ложен­ных твэ­лов. Твэлы для «АРБУС» изго­тав­ли­ва­лись из алюми­ни­е­вого сплава. В каче­стве топ­лива исполь­зо­ва­лась уран-силуми­но­вая компо­зиция, гаран­ти­ро­вавшая минималь­ный выход про­дук­тов рас­пада при нару­ше­нии герме­тич­но­сти твэ­лов. Пол­ная загрузка урана-235 в актив­ную зону состав­ляла 22,5 кг, обогаще­ние по урану-235 — 36 %. Работа реак­тора на пол­ной мощ­но­сти без пере­за­рядки актив­ной зоны была рас­счи­тана на 2 года.

Регу­ли­ровка работы реак­тора осуществ­ля­лась стерж­нями системы управ­ле­ния и защиты, изго­тов­лен­ными из бори­стой стали. 2 стержня пред­на­зна­ча­лись для авто­ма­ти­че­ского регу­ли­ро­ва­ния, 30 стерж­ней — для компен­сации темпе­ра­тур­ного эффекта и эффекта «отрав­ле­ния». Стержень СУЗ перемещался внутри трубы из нержа­веющей стали, рас­по­ложен­ной в цен­тре ТВС. При ава­рий­ной ситу­ации стержни падали в актив­ную зону, заглушая цеп­ную реакцию деле­ния.

Реше­ние о месте размеще­нии экс­пе­римен­таль­ной АЭС с теп­ло­но­си­те­лем — орга­ни­че­ской жид­ко­стью при­нимал министр Е. П. Слав­ский. Предпо­чте­ние было отдано Меле­кесу (г. Димит­ровград), где созда­вался новый центр ядер­ных тех­но­логий — научно-иссле­до­ва­тельский инсти­тут атом­ных реак­то­ров (НИИАР). Про­ект при­вязки АЭС к промплощадке выпол­нил ВНИИПИЭТ.

На площадке НИИАР АЭС «АРБУС» размеща­лась в отдель­ном зда­нии. Вне его рас­по­лага­лись элек­тро­ли­зер и слив­ные емко­сти. Пус­ко­вые потреб­но­сти реак­тора обес­пе­чи­вал отдель­ный дизель-гене­ра­тор. Обслужи­ва­нием станции занима­лись 17 чело­век.

Для про­ве­де­ния перегрузки актив­ной зоны станция укомплек­то­вы­ва­лась кон­тей­не­ром, коор­ди­натно-наво­дящим устройством, спе­цин­струмен­том для пере­за­рядки, хра­ни­лищем отра­бо­тан­ного топ­лива. Выгрузка и загрузка топ­лива в актив­ную зону осуществ­ля­лась с помощью мосто­вого крана.

Рас­четы актив­но­сти теп­ло­но­си­теля пер­вого кон­тура пока­зали, что даже в слу­чае нару­ше­ния герме­тич­но­сти твэ­лов она будет минималь­ной, что поз­во­лило отка­заться от био­логи­че­ской защиты пер­вого кон­тура и огра­ни­читься защи­той реак­тора (желе­зо­бе­тон, гра­фит, полиэти­лен).

Весь про­ект был реа­ли­зо­ван за 2,5 года, при этом мон­таж обо­ру­до­ва­ния (19 бло­ков) занял 7 месяцев. После сборки реак­тора была про­ве­дена его трой­ная промывка горя­чим дизель­ным топ­ли­вом.

Пуск уста­новки состо­ялся 11 авгу­ста 1963 года.

Во время физи­че­ского пуска реак­тора АЭС «АРБУС» были опре­де­лены кри­ти­че­ский уро­вень замед­ли­теля для пол­но­стью собран­ной актив­ной зоны, коли­че­ство регу­ли­рующих стерж­ней, необ­хо­димых для компен­сации пол­ного запаса реак­тив­но­сти, рас­пре­де­ле­ние потока нейтро­нов и др. В результате динами­че­ских иссле­до­ва­ний была выяв­лена такая осо­бен­ность аппа­рата, как срав­ни­тельно мед­лен­ное про­те­ка­ний процес­сов на всех, в том числе ава­рий­ных, режимах работы, благо­даря чему и твэлы и обо­ру­до­ва­ние пер­вого кон­тура рабо­тали в щадящих режимах. Это объяс­ня­лось большими объемами, как теп­ло­но­си­теля в пер­вом кон­туре, так и воды в паро­ге­не­ра­то­рах.

Результаты пер­вой кампа­нии АЭС «АРБУС» выявили недо­статки кон­струкции ТВС. Так исполь­зо­ва­ние дистанци­рующей решетки при­вело к накоп­ле­нию в ТВС про­дук­тов раз­ложе­ния, поэтому она была заме­нена на про­доль­ные ребра. Про­верка новой кон­струкции ТВС после 170 суток работы пока­зала хорошее состо­я­ние твэ­лов, кото­рые после уда­ле­ния отложе­ний путем отжига про­ра­бо­тали еще 110 эффек­тив­ных суток. Неко­то­рые изме­не­ния в кон­струкции ТВС были также вне­сены для лик­ви­дации выяв­лен­ных застой­ных зон и уве­ли­че­ния ско­ро­сти теп­ло­но­си­теля.

Однако к тому времени ока­за­лась скомпроме­ти­ро­вана глав­ная цель созда­ния АЭС «АРБУС», как энерго­и­сточ­ника для Антарк­тиды. Одна из клю­че­вых ста­тей Дого­вора об Антарк­тике от 1959 года запрещала здесь ядер­ные взрывы, как в воен­ных, так и в мир­ных целях. Это вкупе с запре­том уда­ле­ния в этот район радио­ак­тив­ных мате­ри­а­лов пре­вра­тило Антарк­тику в безъядер­ную зону. Дого­вор не преду­смат­ри­вал запрета на исполь­зо­ва­ние в Антарк­тике ядер­ного обо­ру­до­ва­ния или ядер­ной тех­ники. Ввиду этого обсто­я­тельства на аме­ри­кан­ской базе Мак-Мердо была сооружена и функци­о­ни­ро­вала в 1960-х гг. и пер­вой поло­вине 1970-х гг. атом­ная элек­тро­станция. А затем аме­ри­кан­ские иссле­до­ва­тели обна­ружили, что при работе этой АЭС про­ис­хо­дит утечка радио­ак­тив­ных отхо­дов. АЭС при­ш­лось демон­ти­ро­вать, а загряз­нен­ный ею район тща­тельно очи­стить. Поскольку работа АЭС «АРБУС» сопро­вож­да­лась нара­бот­кой радио­ак­тив­ных отхо­дов, из-за труд­но­сти реше­ния для неё в усло­виях Антарк­тики про­блемы пол­ной ядер­ной без­опас­но­сти про­ект размеще­ния атом­ной уста­новки для обес­пе­че­ния элек­троэнергией науч­ных иссле­до­ва­ний в Антарк­тике осуществ­лен не был, хотя ряд сотруд­ни­ков НИИАР прошел спе­ци­аль­ную мед­комис­сию и уже гото­вился к поездке в Антарк­тиду.

Как АЭС уста­новка «АРБУС» экс­плу­а­ти­ро­ва­лась 15 лет, за это время нара­ботка реак­тора соста­вила 789 эфф. суток. Она заре­комен­до­вала себя как высо­ко­на­деж­ная и без­опас­ная, про­стая и удоб­ная в управ­ле­нии — для её обслужи­ва­ния тре­бо­ва­лось 3 чело­века в смену. За этот период были отра­бо­таны реге­не­рация газойля, поз­во­лявшая исклю­чить его потери вслед­ствие обра­зо­ва­ния высо­ко­кипящих про­дук­тов радио­лиза, и тех­но­логия очистки твэ­лов от нерас­тво­римых отложе­ний вакуум-дистил­ляци­он­ным мето­дом. Также была про­из­ве­дена замена теп­ло­но­си­теля пер­вого кон­тура на гид­ро­терфе­нил, как более стойкий к воз­действию ради­ации.

За период с 1963 по 1978 гг. были зафик­си­ро­ваны только незна­чи­тель­ные непо­ладки, свя­зан­ные кон­ден­са­то­ром и деаэра­то­ром, а также один круп­ный инци­дент из-за поломки тур­бины. Отка­зов в работе обо­ру­до­ва­ния АЭС «АРБУС», спо­соб­ных при­ве­сти к тяже­лой ава­рии, не было.

В 1978 году руко­вод­ство отрасли при­няло реше­ние о пере­воде уста­новки на работу в режиме выра­ботки тепла для теп­ло­снабже­ния жилых посел­ков и промыш­лен­ных предпри­я­тий. Для этого тур­бина, кон­ден­са­тор и деаэра­тор были демон­ти­ро­ваны и заме­нены теп­ло­обмен­ни­ками, вме­сто гид­ро­терфе­нила в пер­вый кон­тур был залит дито­лилме­тан. Пар из паро­ге­не­ра­то­ров теперь пода­вался в бойлер, где кон­ден­си­ро­вался, подогре­вая сете­вую воду. Уста­новка полу­чила вто­рое назва­ние АСТ-1 (атом­ная станция теп­ло­снабже­ния). Фак­ти­че­ски уста­новка «АРБУС» стала в СССР пер­вой атом­ной станцией теп­ло­снабже­ния.

19 ноября 1979 года осуществ­лен пуск уста­новки в режиме выра­ботки тепла. В этот день она была выве­дена на мощ­ность 5 МВт и дала тепло для отоп­ле­ния зда­ний инсти­тута. В даль­нейшем мощ­ность реак­тора была уве­ли­чена до 8,1 МВт (огра­ни­че­ние на мощ­ность реак­тора накла­ды­вала низ­кая про­из­во­ди­тель­ность системы очистки). В таком режиме уста­новка «АРБУС» про­ра­бо­тала 735 эффек­тив­ных суток.

В мае 1988 года в связи с отсут­ствием финан­си­ро­ва­ния уста­новка АСТ-1 была оста­нов­лена и пере­ве­дена в режим времен­ной кон­сер­вации. Отра­бо­тан­ное ядер­ное топ­ливо выгружено из реак­тора в при­ре­ак­тор­ное хра­ни­лище и после выдержки, в 1989 году, выве­зено в цен­траль­ное хра­ни­лище ОТВС инсти­тута.

В 1990 году руко­вод­ство отрасли при­няло реше­ние о выводе АСТ-1 из экс­плу­а­тации.

В 1997-1998 гг. было про­ве­дено комплекс­ное обсле­до­ва­ние уста­новки и затем при­нята программа по выводу АСТ-1 из экс­плу­а­тации.