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 /

БН-800

Реак­тор БН-800 прошел довольно долгий и непро­стой путь, на кото­ром ему при­ш­лось пре­одо­леть множе­ство препон и препят­ствий, уми­рать и воз­рож­даться. Более чет­верти века прошло между раз­ра­бот­кой тех­ни­че­ской про­екта и вво­дом реак­тора в промыш­лен­ную экс­плу­а­тацию, поэтому про него можно ска­зать и очень ста­рый, и самый инно­ваци­он­ный.

Реак­тор-вели­кому­че­ник

Начало дол­гой и труд­ной исто­рии «быст­рого» реак­тора БН-800 лежит в дале­ком 1970 году, когда ФЭИ в инте­ре­сах Мини­стер­ства обо­роны подго­то­вило пред­ва­ри­тель­ное зада­ние на раз­ра­ботку на базе реак­тора БН-600 нового усо­вершен­ство­ван­ного быст­рого реак­тора БНК-600 (Быст­рый Натри­е­вый Кон­вер­тор) для нара­ботки оружей­ного плу­то­ния с попут­ным про­из­вод­ством элек­три­че­ской энергии. В процессе раз­ра­ботки про­екта мощ­ность реак­тора была повышена до 750 МВт(э), и он полу­чил новое назва­ние БНК-750 «Проме­тей».

С самого начала раз­ра­ботки про­екта нового реак­тора в каче­стве основ­ного вари­анта рас­смат­ри­ва­лось исполь­зо­ва­ние окис­ного уран-плу­то­ни­е­вого топ­лива (МОХ-топ­ливо). Однако, в связи с суще­ствующим тогда, по мне­нию руко­вод­ства Мини­стер­ства сред­него маши­но­стро­е­ния, дефици­том плу­то­ния, рас­чет­ные иссле­до­ва­ния про­во­ди­лись также и для «гибрид­ной» актив­ной зоны, в кото­рой наряду с МОХ-топ­ли­вом исполь­зо­ва­лось и обогащен­ное ура­но­вое топ­ливо.

Однако в даль­нейшем необ­хо­димость в подоб­ной уста­новке для нужд Мини­стер­ства обо­роны отпала, и по реше­нию мини­стра Е. П. Слав­ского в 1976 году про­ект БНК-600 был пере­профи­ли­ро­ван на созда­ние быст­рого энерге­ти­че­ского реак­тора с улучшен­ными по отноше­нию к БН-600 харак­те­ри­сти­ками и основ­ной зада­чей — про­из­вод­ство элек­три­че­ской энергии. В результате появился про­ект БН-800 с пол­ной загруз­кой актив­ной зоны МОХ-топ­ли­вом.

В про­екте БН-800 в основ­ном были сохра­нены принци­пи­аль­ные реше­ния БН-600, а наи­большие изме­не­ния кос­ну­лись вто­рого и тре­тьего кон­ту­ров, вклю­чая паро­ге­не­ра­торы, натри­е­вые насосы, пароэнерге­ти­че­скую часть. Так, уве­ли­че­ние мощ­но­сти реа­ли­зо­ва­лось в пре­де­лах корпуса реак­тора БН-600 за счет уве­ли­че­ния разме­ров актив­ной зоны и выяв­лен­ных резер­вов в поверх­но­сти теп­лопе­ре­дачи промежу­точ­ного теп­ло­обмен­ника. Актив­ная зона реак­тора отли­ча­лась большим коли­че­ством ТВС (516 шт.), большей высо­той актив­ной зоны — 1 м, и исполь­зо­ва­нием трех­зон­ного профи­ли­ро­ва­ния поля энерго­вы­де­ле­ния по ради­усу.

В 1980 году выхо­дит Поста­нов­ле­ние пра­ви­тельства о сооруже­нии на Бело­яр­ской и Южно-Уральской площад­ках по два блока быст­рых энерге­ти­че­ских реак­то­ров, вклю­чающих БН-800 и БН-1600. Однако, в связи с неко­то­рой задерж­кой по раз­ра­ботке реак­тора БН-1600, в 1983 году вышло новое Поста­нов­ле­ние ЦК КПСС и Совета мини­стров о сооруже­нии четырех бло­ков БН-800: трех бло­ков на Южно-Уральской площадке и одного блока на Бело­яр­ской АЭС. Работы по сооруже­нию бло­ков нача­лись в 1984 году (пуск пер­вого блока предпо­лагался в 1992 году). На Южно-Уральской станции уже был выкопан кот­ло­ван под 1-й блок, создана прак­ти­че­ски вся вспомога­тель­ная инфра­струк­тура. Нача­лись работы и на Бело­яр­ской АЭС.

Но после Чер­но­быльской ава­рии в 1986 году сооруже­ние новых АЭС в стране было «замо­рожено», а все про­екты ядер­ных бло­ков направ­лены на допол­ни­тель­ное рас­смот­ре­ние по обос­но­ва­нию без­опас­но­сти и, при необ­хо­димо­сти, кор­рек­ти­ровку в спе­ци­аль­ную комис­сию по рас­смот­ре­нию и ана­лизу новых про­ек­тов ядер­ных энерге­ти­че­ских уста­но­вок под эги­дой Ака­демии наук. Основ­ное заме­ча­ние, кото­рое выдви­нула комис­сия при рас­смот­ре­нии про­екта БН-800, каса­лось натри­е­вого пустот­ного эффекта реак­тив­но­сти (НПЭР), а именно: его довольно зна­чи­тель­ной положи­тель­ной вели­чины при уходе натрия из актив­ной зоны. Выход из создавшегося положе­ния был най­ден спе­ци­а­ли­стами ФЭИ, кото­рые пред­ложили вве­сти спе­ци­аль­ную «натри­е­вую» полость в теп­ло­вы­де­ляющую сборку актив­ной зоны за счет уда­ле­ния верх­него торце­вого экрана. Для защиты меха­низмов, рас­по­ложен­ных в пово­рот­ных проб­ках, от нейтрон­ного излу­че­ния над натри­е­вой поло­стью в теп­ло­вы­де­ляющей сборке (ТВС) помеща­ется верх­няя защита из кар­бида бора. В слу­чае закипа­ния натрия в актив­ной зоне резко воз­рас­тает утечка нейтро­нов через натри­е­вую полость, при­водя к вводу отрица­тель­ной реак­тив­но­сти, доводя НПЭР до нуле­вого зна­че­ния. В обос­но­ва­ние этого про­ект­ного реше­ния были про­ве­дены много­чис­лен­ные иссле­до­ва­ния, вклю­чая рас­четы и экс­пе­рименты на кри­ти­че­ских сбор­ках.

Кроме того, была изме­нена кон­струкци­он­ная сталь паро­ге­не­ра­тора, исполь­зо­вана одна тур­бина, система ава­рий­ной защиты полу­чила две неза­ви­симых под­си­стемы отвода тепла на раз­ных принци­пах действия и допол­ни­тель­ные стержни ава­рий­ной защиты, действие кото­рых осно­вано на пас­сив­ных принци­пах: при нормаль­ной экс­плу­а­тации эти стержни нахо­дятся во «взвешен­ном» состо­я­нии над актив­ной зоной за счет напора цир­ку­ли­рующего натрия, при пре­краще­нии цир­ку­ляции они «сва­ли­ваются» в актив­ную зону и оста­нав­ли­вают цеп­ную реакцию.

Ниже актив­ной зоны преду­смот­рен жаро­стойкий под­дон, пред­на­зна­чен­ный для сбора и охла­жде­ния фраг­мен­тов актив­ной зоны в слу­чае ава­рии (ловушка рас­плава).

Кроме того, за счет допол­ни­тель­ных тех­ни­че­ских реше­ний повышена сейсмо­стой­кость стро­и­тель­ных кон­струкций.

Однако в 1990-х годах стро­и­тельство энерго­блока не сдви­ну­лось с места из-за слож­ной эко­номи­че­ской ситу­ации в стране. Вме­сте с тем про­ект энерго­блока БН-800 про­должал совершен­ство­ваться, и к моменту при­ня­тия реше­ния о воз­об­нов­ле­нии его сооруже­ния обрел лучшие свои свойства и харак­те­ри­стики, удо­вле­тво­ряющие всем современ­ным тре­бо­ва­ниям по без­опас­но­сти.

В 2006 году финан­си­ро­ва­ние сооруже­ния энерго­блока с реак­то­ром БН-800 на Бело­яр­ской АЭС было вклю­чено отдель­ной стро­кой в Феде­раль­ную целе­вую программу «Раз­ви­тие атом­ного энергопромыш­лен­ного комплекса Рос­сии в 2007-2010 гг. и на пер­спек­тиву до 2015 года».

Работы по сооруже­нию БН-800 были воз­об­нов­лены в июне 2006 года.

К сен­тябрю 2011 года стро­и­тель­ная готов­ность блока оце­ни­ва­лась в 40 %. В связи с дли­тель­ным сро­ком стро­и­тельства объекта за период 1994-2011 гг. про­изошло изме­не­ние тре­бо­ва­ний к сооружа­емым АЭС, направ­лен­ным на даль­нейшее повыше­ние без­опас­но­сти и экс­плу­а­таци­он­ной надеж­но­сти; зна­чи­тельно изме­ни­лась номен­кла­тура выпус­ка­емого обо­ру­до­ва­ния, норма­тив­ная база про­ек­ти­ро­ва­ния. В 2011 году Госкорпо­рацией «Роса­том» было при­нято реше­ние о кор­рек­ти­ровке про­екта. В 2012-2014 гг. Гене­раль­ным про­ек­ти­ровщи­ком АО «Атомпро­ект» был откор­рек­ти­ро­ван тех­ни­че­ский про­ект БН-800, кото­рый прошел про­верку в ФАУ «Главгосэкс­пер­тиза» и полу­чил положи­тель­ное заклю­че­ние Госу­дар­ствен­ной экс­пер­тизы от 26.06.2015 года.

В окон­ча­тель­ном вари­анте была при­нята теп­ло­вая мощ­ность энерго­блока с реак­то­ром БН-800 2100 МВт, а элек­три­че­ская — 880 МВт. Внут­рен­ний диаметр корпуса реак­тора соста­вил 12,9 м при высоте 15 м. Корпус реак­тора пред­став­лял собой вер­ти­каль­ный цилин­дри­че­ский сосуд с конус­ной крыш­кой и эллип­ти­че­ским днищем с опор­ным кольцом. Темпе­ра­тура теп­ло­но­си­теля на входе в актив­ную зону — 354 0С, а на выходе — 547 0С. Пла­но­вый коэффици­ент исполь­зо­ва­ния уста­нов­лен­ной мощ­но­сти реак­тора соста­вил 85 %.

Реак­тор имеет интеграль­ную компо­новку обо­ру­до­ва­ния пер­вого кон­тура, при кото­рой актив­ная зона и зона вос­про­из­вод­ства с системой орга­ни­за­ции теп­ло­съема, органы управ­ле­ния реак­тив­но­стью, глав­ные цир­ку­ляци­он­ные насосы, ради­аци­он­ная защита, пово­рот­ные пробки, меха­низм перегрузки, эле­ва­торы загрузки и выгрузки, внут­ри­ре­ак­тор­ные устройства времен­ного хра­не­ния топ­лива, под­вески иони­за­ци­он­ных камер и теп­ло­но­си­тель пер­вого кон­тура размещены внутри корпуса реак­тора.

Актив­ная зона реак­тора БН-800 состоит из 1233 ячеек (2 из них без уста­нов­лен­ной сборки, пред­на­зна­чены для перегрузки гильз). Коли­че­ство сбо­рок (ТВС, РО СУЗ, гильз СУЗ) состав­ляет 1261 штук. Актив­ная зона реак­тора и боко­вая зона вос­про­из­вод­ства соби­раются из шестигран­ных ТВС разме­ром «под ключ» 96 мм. Снизу столба топ­лива в твэ­лах рас­по­лага­ется ниж­ний торце­вой экран с обед­нен­ной дву­оки­сью урана.

Еще в мае 2010 года стало ясно, что стар­то­вая загрузка БН-800 смешан­ным уран-плу­то­ни­е­вым оксид­ным топ­ли­вом (МОКС-топ­ли­вом) к дирек­тив­ным сро­кам пуска энерго­блока не будет обес­пе­чена в пол­ном объеме. Задержка про­изошла из-за того, что при созда­нии промыш­лен­ной тех­но­логии про­из­вод­ства МОКС-топ­лива выяви­лась необ­хо­димость уве­ли­че­ния объема научно-иссле­до­ва­тельских и опытно-кон­струк­тор­ских работ.

С уче­том этих обсто­я­тельств Госкорпо­рация «Роса­том» при­няла реше­ние о пуске БН-800 с так назы­ва­емой гибрид­ной актив­ной зоной реак­тора, кото­рая должна содержать 25 % МОКС-топ­лива и 75 % ура­но­вого оксид­ного (дву­окиси урана). Предпо­лага­лось, что по мере созда­ния промыш­лен­ного про­из­вод­ства МОКС-топ­лива реак­тор БН-800 будет постепенно пере­хо­дить на него путем замены топ­лива из дву­окиси урана.

19 декабря 2012 года на площадку стро­ящегося энерго­блока № 4 Бело­яр­ской АЭС при­был из Франции пер­вый кон­тей­нер с натрием. Поставщи­ком натрия для реак­тора БН-800 стала фран­цуз­ская компа­ния MSSA, кото­рая побе­дила в меж­ду­на­род­ном тен­дере. Пер­вый кон­тей­нер, при­бывший на площадку энерго­блока БН-800, доста­вил 18,5 тонн натрия. Всего в 2012 году для энерго­блока № 4 поступило 2000 тонн натрия.

При­емка натрия в энерго­блок нача­лась в сере­дине января 2013 года. Ввиду дли­тель­но­сти пери­ода накоп­ле­ния натрия для запол­не­ния реак­тора при­емка натрия стар­то­вала задолго до окон­ча­ния мон­таж­ных работ на основ­ном обо­ру­до­ва­нии блока, т.е. начавша­яся экс­плу­а­тация части обо­ру­до­ва­ния блока совме­сти­лась с про­долже­нием стро­и­тельно-мон­таж­ных работ на осталь­ном обо­ру­до­ва­нии.

30 авгу­ста 2013 года заверши­лась сборка реак­тора БН-800 с ими­таци­он­ной актив­ной зоной.

25 декабря 2013 года с разогрева реак­тора для даль­нейшего ввода теп­ло­но­си­теля начался этап физи­че­ского пуска реак­тора БН-800. 2 фев­раля 2014 года стар­то­вала загрузка в реак­тор теп­ло­вы­де­ляющих сбо­рок, завершивша­яся 23 июля. За два дня до этого коли­че­ство топ­лива, загружен­ного в реак­тор БН-800, достигло зна­че­ния, доста­точ­ного для начала ядер­ной реакции. Стар­то­вая актив­ная зона реак­тора содержала пус­ко­вой источ­ник нейтро­нов, 648 теп­ло­вы­де­ляющих сбо­рок, 36 сбо­рок, участ­вующих в раз­лич­ных системах управ­ле­ния и защиты.

27 июня 2014 года на реак­торе БН-800 осуществ­лён выход на минимально кон­тро­ли­ру­емый уро­вень мощ­но­сти (МКУ) — при­мерно в 21.46 по мос­ков­скому времени была достиг­нута мощ­ность 0,01 % от номи­нала, на кото­рой реак­тор удержи­вался дли­тель­ное время. Заверше­ние этапа физи­че­ского пуска реак­тора при­ш­лось на 30 июля.

Энерге­ти­че­ский пуск пла­ни­ро­вался на октябрь 2014 года, но был отложен из-за выяв­лен­ных недо­ра­бо­ток в кон­струкции ТВС. В 2010 году, когда было при­нято реше­ние исполь­зо­вать гибрид­ную зону, ОКБМ, как кон­струк­тор топ­лива, чтобы пере­рас­пре­де­лить поток натрия, при­ме­нил дрос­сель­ное устройство, кото­рое вкру­чи­ва­лось снизу в топ­лив­ную сборку. Как было уста­нов­лено, это соеди­не­ние при зна­чи­тель­ных рас­хо­дах натрия ока­за­лось нена­дёж­ным — оно вывин­чи­ва­лось и выпа­дало. Для реак­тора при­ш­лось изго­тав­ли­вать новую пар­тию ТВС (около 100 штук) с другим креп­ле­нием, из-за чего энергопуск был отложен.

После модифи­кации актив­ной зоны повтор­ный физпуск состо­ялся в конце июля 2015 года, а энергопуск реак­тора стар­то­вал 25 ноября 2015 года в 03:35 по мос­ков­скому времени. Тогда на энерго­блоке № 4 Бело­яр­ской АЭС с реак­то­ром БН-800 впер­вые был выра­бо­тан пар, с помощью кото­рого про­из­ве­дено проб­ное про­кру­чи­ва­ние тур­бины по штат­ной теп­ло­вой схеме (пер­вый «тол­чок» тур­бины). Перед выпол­не­нием этой проце­дуры мощ­ность реак­тора была под­нята до уровня 15 % от номи­наль­ной, чтобы паро­ге­не­ра­тор смог выра­бо­тать доста­точ­ное коли­че­ство пара для проб­ного «толчка» тур­бины. Основ­ная цель проце­дуры – про­ве­де­ние заме­ров виб­рации элемен­тов тур­бины для после­дующей виб­ро­на­ладки. На новом энерго­блоке уста­нов­лена паро­вая кон­ден­саци­он­ная тур­бина К-800-130/3000 мощ­но­стью 885 МВт про­из­вод­ства Ленинград­ского метал­ли­че­ского завода.

10 декабря 2015 года в 19:21 по мос­ков­скому времени энерго­блок № 4 Бело­яр­ской АЭС с реак­то­ром БН-800 был вклю­чен в сеть и выра­бо­тал первую элек­троэнергию в энерго­си­стему Урала. Теп­ло­вая мощ­ность реак­тора БН-800 была под­нята до уровня 25 % от номи­наль­ной, тур­бина выве­дена на частоту враще­ния 3000 обо­ро­тов в минуту. Затем была про­из­ве­дена син­хро­ни­за­ция гене­ра­тора нового энерго­блока с энерго­си­стемой, и теп­ло­вая мощ­ность реак­тора уве­ли­чена до 35 % от номи­наль­ной. Новый энерго­блок вклю­чился в энерго­си­стему на минималь­ном уровне элек­три­че­ской мощ­но­сти 235 МВт. Энергопуск реак­тора завершился 9 фев­раля 2016 года после выпол­не­ния всех преду­смот­рен­ных программой испыта­ний.

В тече­ние 2016 года шло постепен­ное осво­е­ние мощ­но­сти на этапах энергопуска, а затем на этапах опытно-промыш­лен­ной экс­плу­а­тации, про­во­ди­лись про­верки и испыта­ния обо­ру­до­ва­ния и систем на раз­лич­ных уров­нях мощ­но­сти и в раз­лич­ных экс­плу­а­таци­он­ных режимах.

Испыта­ния заверши­лись в авгу­сте 2016 года 15-суточ­ным комплекс­ным опро­бо­ва­нием на 100 % уровне мощ­но­сти, в ходе кото­рого энерго­блок под­твер­дил, что спо­со­бен ста­бильно нести нагрузку на номи­наль­ной мощ­но­сти в соот­вет­ствии с про­ект­ными парамет­рами.

31 октября 2016 года энерго­блок был вве­ден в промыш­лен­ную экс­плу­а­тацию, став круп­нейшим в мире энерго­бло­ком с реак­то­ром на быст­рых нейтро­нах.

В 2017 году аме­ри­кан­ский жур­нал по энерге­тике «Power» при­су­дил премию Power Awards за 2016 год про­екту чет­вер­того энерго­блока Бело­яр­ской АЭС с реак­то­ром на быст­рых нейтро­нах БН-800. При опре­де­ле­нии побе­ди­теля учи­ты­ва­лась возмож­ность решать с помощью атом­ного энерго­блока комплекс задач, в част­но­сти по про­из­вод­ству энергии и ути­ли­за­ции радио­ак­тив­ных отхо­дов. Жюри также отме­тило осо­бое зна­че­ние реак­тора БН-800 в реа­ли­за­ции рос­сийского под­хода по замы­ка­нию ядер­ного топ­лив­ного цикла.

Воз­ни­кающие на реак­торе БН-800 в процессе экс­плу­а­тации непо­ладки не имели кри­ти­че­ского зна­че­ния и быстро устра­ня­лись пер­со­на­лом энерго­блока. Так, напри­мер, при появ­ле­нии в актив­ной зоне гну­той сборки её извле­че­ние меха­низмом перегрузки ока­за­лось невозмож­ным из-за отсут­ствия визу­аль­ного кон­такта опе­ра­то­ром сборки. Спе­ци­а­ли­стами станции было пред­ложено исполь­зо­вать видео­камеру, помещен­ную в про­стейшую кон­струкцию типа водо­лаз­ного коло­кола,– открытую снизу трубу с под­ду­вом аргона сверху. Когда рас­плав натрия был вытес­нен из коло­кола, опе­ра­торы с помощью видео­связи смогли наве­сти меха­низм захвата, и гну­тая сборка была успешно извле­чена.

К 10 декабря 2018 года, сво­ему трех­ле­тию, энерго­блок с реак­то­ром БН-800 выра­бо­тал 13,7 млрд кВтч элек­троэнергии, а по пока­за­те­лям надёж­но­сти и без­опас­но­сти БН-800 вошел в число лучших ядер­ных реак­то­ров мира.

В январе 2020 года, после заверше­ния пер­вого в своей исто­рии капи­таль­ного ремонта, в реак­тор БН-800 была загружена пер­вая серий­ная пар­тия МОКС-топ­лива из 18 теп­ло­вы­де­ляющих сбо­рок.

В июле 2020 года Горно-хими­че­ский ком­би­нат изго­то­вил первую пол­ную перегрузку уран-плу­то­ни­е­вого МОКС-топ­лива в коли­че­стве 169 теп­ло­вы­де­ляющих сбо­рок. В фев­рале 2021 года в ходе ремонта в актив­ную зону реак­тора было загружено только уран-плу­то­ни­е­вое топ­ливо в коли­че­стве 160 ТВС. Таким обра­зом, актив­ная зона БН-800 ока­за­лась уже на треть запол­нен­ной инно­ваци­он­ным топ­ли­вом, а Бело­яр­ская АЭС стала ещё на шаг ближе к реа­ли­за­ции стра­теги­че­ского направ­ле­ния раз­ви­тия атом­ной отрасли — созда­нию новой тех­но­логи­че­ской платформы на основе замкну­того ядерно-топ­лив­ного цикла.

Пол­ная загрузка МОКС-топ­лива в реак­тор БН-800 запла­ни­ро­вана на 2022 год.