Как ученые выводят из эксплуатации один из первых реакторов на быстрых нейтронах?
9 ноября 2022 года редакцией интернет-портала фцп-ярб.рф при поддержке Госкорпорации «Росатом» и АО «Наука и инновации» организован технический тур на площадку АО «ГНЦ РФ – ФЭИ» (г. Обнинск, Калужская обл.), где в рамках Программы ликвидированы два критических стенда (АМБФ-2-1600 и МАТР-2) и два ускорителя (ЭГ-1 и ЭГ-2,5), а в настоящее время идет подготовка к выводу из эксплуатации ядерного реактора БР- 10 и обращение с ОЯТ и РАО.
Цель технического тура – знакомство с деятельностью предприятия и общественное освещение особенно важных работ, выполняемых в рамках мероприятий Программы.
В мероприятии приняли участие руководители и ведущие специалисты АО «ГНЦ РФ-ФЭИ», эксперты интернет-портала фцп-ярб.рф, представители научного и экологического сообществ, а также местные и отраслевые СМИ.
Участникам технического тура представили доклады о текущих достижениях Института в части вывоза со своей площадки отработавшего ядерного топлива и переработки радиоактивных щелочных металлов теплоносителя исследовательского реактора БР-10, а также провели обзорные экскурсии в здании самого реактора и в музее «Первая в мире АЭС».
Видеоотчет о прошедшем техническом туре можно посмотреть здесь, а фотоотчет здесь.
Фото: Участники технического тура у пульта управления «Первой в мире АЭС»
Переработка ОЯТ исследовательских реакторов
В Физико-энергетическом Институте имени А.И. Лейпунского вот уже более 75 лет разрабатывают ядерные энергетические установки. Первая в мире АЭС, первый промышленный реактор на быстрых нейтронах БН-350, первые космические ЯЭУ ТОПАЗ и БУК, проекты атомных подводных лодок 645, 705 с реактором, впервые использующим в качестве теплоносителя свинец и многое другое.
За годы работы в этой области в Институте было накоплено большое количество ОЯТ - различное по номенклатуре, по химическому составу, по масса-габаритным показателям.
«Пожалуй, нигде в составе России нет такого комплекса ядерных материалов, который был наработан в ФЭИ. Причем большая часть из этих установок носили имя или «первое в России», или «первое в мире». Их эксплуатировали, в основном, как исследовательские, на них проводили эксперименты, зачастую в экспериментах заключалось внесение аварийных ситуаций. Очень большое количество топлива прошло обследование в горячих камерах» - поделился советник главного инженера по системе обращения с ОЯТ, Мамаев Виктор Михайлович.
В 2011 году в ходе реализации ФЦП ЯРБ-1 был проведен пилотный вывоз ОЯТ с территории ФЭИ на переработку. В дальнейшем, масштабная модернизация инфраструктуры предприятия под эти нужны позволила значительно ускорить темпы.
В своем докладе Виктор Михайлович отметил: «Если в 2010 году хранилище ОЯТ было заполнено почти на 100%, то на момент 2022 года у нас осталось 4%. В 2024 году мы должны полностью закончить вывоз ОЯТ, которое было накоплено в ФЭИ с 1954 года. С середины 2000-х годов накопления ОЯТ в ФЭИ нет, есть только вывоз».
БР-10 – полигон для отработки технологий вывода из эксплуатации быстрых реакторов
В разное время в Институте в эксплуатации находилось 7 исследовательских реакторов, один из которых БР-10, и 24 критических стенда.
Быстрый исследовательский реактор БР-10 (до реконструкции в 1973 году - БР-5) был пущен в 1959 году и после 43-х лет безаварийной работы в 2002 году был остановлен. 
В течение 30 лет реактор БР-10 использовался для:
- изучения работоспособности топлива,
- исследований материалов,
- получения изотопов для биологических и медицинских целей,
- лечения онкологических заболеваний;
-
проверки и отработки технических решений, направленных на повышение безопасности быстрых энергетических реакторов.
Опыт работы этого реактора, стендов и установок ФЭИ был положен в основу проектов более мощного экспериментального реактора БОР-60 и энергетических реакторов БН-350, БН-600, БН-800.
В соответствии с решением Минатома 1997 года на базе остановленного БР-10 предписано создать научно-технический полигон для «отработки технологий вывода из эксплуатации быстрых реакторов».
«Исследовать проблему вывода из эксплуатации быстрых реакторов можно на больших реакторах БН-600, БН-800. Только в какое время и в какие деньги это выльется? Сказать можно одно, что в очень большое. А с другой стороны, проблемы быстрых маленьких и больших реакторов – одинаковые. Поэтому для исследований и отработки технологий, наиболее безопасно, дешевле и быстрее работать на маленьком реакторе. Это как исследовать законы генетики на мухах и на слонах, хотя законы одинаковые» - отметил Владимир Борисович Смыков, заместитель начальника отдела вывода из эксплуатации Института.
Вывод из эксплуатации исследовательского реактора БР-10 включает в себя 4 основных этапа: разгрузка и вывоз топлива, проведение дренирования теплоносителей и дезактивация внутренних полостей, переработка радиоактивных сред, и непосредственно сам демонтаж.
На старте подготовительных работ по выводу из эксплуатации реактора было установлено, что наибольшую проблему представляет переработка жидкометаллических теплоносителей 1 и 2 контура из-за их высокой пожарной и взрывоопасности при контакте с атмосферой или влагосодержащей средой. А без решения этой проблемы невозможно приступить непосредственно к демонтажу основных конструкций и оборудования БР-10.
Начиная с 2008 года в рамках ФЦП ЯРБ на исследовательском реакторе БР-10 учеными и специалистами ФЭИ выполняется целый комплекс работ по экспериментальному обоснованию технологий. Осуществлена разработка и применение новых безопасных технологий переработки РАО отработанных щелочных жидкометаллических теплоносителей (Na, NaK, NaKHg):
- технология твёрдо-фазного окисления (ТФО) шлаком медеплавильного производства для сдренированных щелочных металлов;
- технология газо-фазной нейтрализации (ГФН) недренируемых остатков щелочных металлов;
-
технология жидкометаллической хроматографии (ЖМХ) для выделения и нейтрализации ртути из щелочных металлов.
«25 лет назад, приблизительно, нам удалось найти метод и разработать на базе него технологию переработки щелочных металлов методом твердо-фазного окисления (ТФО). Если раньше металл «гасился» с помощью водных сред, то там получалось большое количество водных щелочных растворов, которые требуют отверждения. Мы разработали свою технологию. Щелочной металл мы перерабатываем отходами цветной промышленности и медеплавильного производства, т.е. шлаком медеплавильного производства. В одну стадию. И этот процесс экзотермичный. Выделяется достаточно большое количество тепловой энергии, которая уходит на то, что продукт через 10-15 минут переходит в жидко-плавкое состояние, затем остывает, твердеет и получается «камень». При этом у нас не образуется промежуточных жидких РАО, требующих отверждения и практически не образуется взрывоопасного водорода. Конечный продукт представляет собой твердый минерал, нерастворимый в воде, и помещается в стандартный невозвратный контейнер» - поделился Владимир Борисович.
На сегодняшний день создано и пущено в эксплуатацию новое оборудование для практической реализации разработанных безопасных технологий – модуль МАГМА-ТФО, модуль ЛУИЗА-РАО, модуль ГЕТТЕР в составе опытно-промышленной установки. Подробнее об этих установках Владимир Борисович рассказывал в интервью 2017 года.
К 2023 году планируется создать и ввести в эксплуатацию на исследовательском реакторе БР-10 более производительную установку МИНЕРАЛ-100/150 разовой производительностью 100-150 литров натрия за один цикл с учётом перспективы её востребованности для вывода из эксплуатации БОР-60 (НИИАР) и БН-350.
Фото: Участники технического тура у пульта управления исследовательского реактора БР-10
Ликвидация критических стендов и ускорителей
Помимо мероприятий, проводимых сегодня на БР-10, в копилке ФЭИ имеется опыт завершённого цикла работ по выводу из эксплуатации критических экспериментальных стендов АМБФ-2-1600, МАТР-2 и ускорителей ЭГ-1 и ЭГ-2.5 в период 2016-2018 гг.
По словам Романа Щепелева, несмотря на то, что весь объем работ можно уложить в несколько словосочетаний: подготовка проектной документации, получение разрешительной документации, демонтажные работы, получение положительного решения со стороны надзорных органов и снятие объекта с учета, «за собой это тянет большой многолетний труд».
В ходе технического тура приглашенные эксперты и журналисты смогли обсудить со специалистами Института все интересующие их вопросы и обменяться мнениями.
Наталья Ивановна Санжарова, научный руководитель ФГБНУ «ВНИИРАЭ»:
«Я хочу отметить высочайшую квалификацию специалистов ФЭИ. Безусловно, это один из главных залогов успеха, как и то, что они отрабатывают и создают новые безопасные технологии на своих объектах, которые можно трансформировать в отрасли. Огромное спасибо, что нам сегодня показали все это».
Сергей Викторович Фесенко, главный научный сотрудник ФГБНУ «ВНИИРАЭ»:
«Я еще раз убедился в том, что снятие с эксплуатации объекта использования атомной энергии является не менее высокотехнологичным процессом, чем его создание. Я рад, что у нас есть специалисты, которые обладают очень высокими компетенциями в этой области»
Иван Иванович Крышев, главный научный сотрудник ФГБУ «НПО «Тайфун»:
«В рамках ФЦП проводится колоссальная работа учеными ФЭИ, многое делается впервые не только в России, и за рубежом нет таких прогрессивных разработок. Тут зарождается идеология «полигона»: то, что делается в научном плане, потом будет тиражироваться для решения крупных проблем по реабилитации и по обеспечению безопасности объектов ядерного наследия.
Ученые призваны сформировать правильное, адекватное общественное понимание и позитивное отношение к атомной отрасли. На примере ядерного наследия как раз это все можно показать. Атомная отрасль в этом плане уникальна: много других проблем у нас в окружающей среде, а здесь ставятся грандиозные планы навести порядок и обеспечить экологическую безопасность. Центральная проблема здесь – радиоактивные отходы, поэтому уделяется особое внимание безопасному обращению, все это в рамках ФЦП постепенно решается.
Особое внимание уделяется мониторингу загрязнения окружающей среды – это мостик между специалистами и общественностью, данные которого могут показать, что в самом деле ситуация развивается в положительном направлении».
Артем Юрьевич Иванов, заведующий отделением ИБРАЭ РАН:
«Радиационный фактор является достаточно чувствительным для населения и общественности. В этой связи, одним из направлений информационно-просветительской работы является посещение с экспертами, общественностью и СМИ площадок реализации мероприятий, где своими глазами можно убедиться, как проводятся работы и что получается в результате. Главное, что все, что делается – безопасно и направлено на улучшение экологической обстановки. И в этом главная заслуга эксплуатирующих и подрядных организаций. Одной из таких организаций является Физико-энергетический институт, где собраны все компоненты ядерного наследия. В том числе, и «Первая в мире АЭС» – наглядный пример проекта редевелопмента: когда мы начинаем иначе использовать бывшие здания и сооружения объекта. Это очень хорошо для Обнинска как наукограда, и эту практику можно было бы распространить и на другие города. То есть там, где объекты расположены в городской черте, организовывать подобные музеи или показательные стенды для того, чтобы привлекать молодежь и интересующуюся общественность».
Таким образом, участники мероприятия подтвердили высокую важность проектов по ликвидации объектов ядерного наследия и отметили существенный вклад Программы в повышение уровня экологической безопасности региона.
Редакция портала фцп-ярб.рф выражает благодарность коллективу АО «ГНЦ-РФ ФЭИ» за помощь в организации технического тура!