– Да не суть, конструктивное оформление не важно, важен принцип работы, – ответил Александров. – В Дубне изначально строился синхрофазотрон, ускоритель элементарных частиц. По сути – труба с электромагнитами, в которой ускоряется поток протонов. Курчатов и Векслер переделали его в нуклотрон, увеличив энергетику, а затем пристроили к нему маленький экспериментальный реактор, конструкции Александра Ильича Лейпунского. Провели серию экспериментов, и получили из тория уран-233. Это и есть экспериментальная дубненская «РУНА».
Но она работает как исследовательский реактор. То есть – провели сеанс облучения, подождали неделю, пока реактор остынет и к нему можно будет хотя бы подойти в защитном костюме, за это время обработали результаты предыдущих экспериментов. Вынули манипулятором облучённые сборки, отправили на анализ, заложили следующую партию, облучили на других параметрах, и опять неделю ждём, обрабатываем результаты прошлого эксперимента. Нормальная исследовательская работа.
Промышленный реактор для выработки оружейного урана или плутония должен работать непрерывно. Просто смасштабировать дубненскую «РУНУ» не получится. Первоначально Векслер взял за образец проект реактора MYRRHA. Но с инженерной точки зрения это ужас нерождённого, как выразился Гашек.
(Устройство установок GUINEVERЕ и MYRRHA – http://tnenergy.livejournal.com/63810.html)
– Это почему? – уточнил Никита Сергеевич.
– Прежде всего – эвтектика свинец-висмут в качестве теплоносителя, – пояснил академик. – То есть образование опасного изотопа полония-210 там гарантировано. Мы с этим уже столкнулись при эксплуатации в Обнинске экспериментального реактора с жидкометаллическим теплоносителем, и удовлетворительного решения пока не нашли. В документах указывается, что при нормальных условиях эксплуатации и герметичном контуре проблема полония-210 не слишком актуальна. Он опасен при межконтурных течах, разгерметизации первого контура во время плановых ремонтов, перегрузке ядерного топлива или нештатных проливах радиоактивного теплоносителя в обслуживаемое помещение.
Практически весь полоний-210 содержится в теплоносителе в виде полонида свинца. Менее 1 процента полония переходит в газовую фазу, в виде аэрозоля. В принципе его возможно удалять из контура при помощи фильтров, но следует учитывать, что накопление полония в фильтре будет сопровождаться выделением тепла, то есть фильтр тоже надо охлаждать.
(источник – http://www.atominfo.ru/archive_leadbismuth.htm)
Хуже другое. В проекте MYRRHA облучаемые стержни расположены вертикально, поток протонов к мишени подводится сверху, то есть выгружать стержни получится только снизу. Для этого в проекте предусматриваются дистанционно управляемые манипуляторы, которые должны работать в объёме, заполненном горячим радиоактивным теплоносителем. Отработка манипуляторов, способных работать в таких условиях, займёт лет пять, если не все десять, по самым благостным оценкам.
– Так о чём они думали, когда такой проект принимали за основу? – удивился Хрущёв.
– Игорь Васильевич и Владимир Иосифович – не конструкторы, а учёные. Теоретики и экспериментаторы. Опыт конструирования у них, безусловно, есть, но, вероятно, недостаточный, – развёл руками Александров. – Когда они показали проект Лейпунскому, вот тут-то Александр Ильич за голову и схватился.
– И что делать будем? – спросил Никита Сергеевич.
– Ну... ЖМТ-теплоноситель они уже заменили водой, сообразили, что с проблемой полония на реакторе, который постоянно придётся разгерметизировать, им так просто не справиться. То, что годится для ампулизированного лодочного реактора, для промышленного не пригодно. Эффективность по нейтронному потоку будет похуже, но зато проблем поменьше.
Манипулятору в горячей воде тоже несладко пришлось бы, поэтому мы с Александром Ильичём подумали, и предложили сделать реактор по принципу барабана револьвера, – улыбнулся академик.
– То есть? – удивился Никита Сергеевич
– В нижней части трубы протонного канала ставим вакуумный затвор, чтобы не вакуумировать весь канал каждый раз при перезагрузке, – продолжал Александров. – Ставим не один бланкет с облучаемыми сборками, как в проекте MYRRHA, по центру, а несколько, во вращающейся конструкции внутри бака реактора. Количество будет зависеть от длительности цикла облучения и остывания облучённых сборок.
Внешняя оболочка бланкета стальная, двойная, внутри неё между стенок ставим свинцовую гильзу, которая будет оставаться в твёрдом состоянии. Похожая гильза использовалась и в установке GUINEVERE, и в нашей «РУНА-Т». Тот же эффект по части нейтронов, как от свинцового теплоносителя, но геморроя меньше. Протонный канал подходит к барабану не по центру, а ближе к краю, как ствол у револьвера. Манипулятор перегрузки при этом ставится сверху, над реактором, и работает в воздухе, а не в горячем теплоносителе.
Пока один бланкет облучается, остальные остывают. После цикла облучения конструкция внутри бака поворачивается, к каналу подводится следующий бланкет, а облучённый постепенно остывает. К тому моменту, когда он подходит к манипулятору для извлечения, он уже остынет. Манипулятор вынимает сборку из реактора и ставит на её место следующую, при очередном повороте она попадает под канал излучателя.
– Чёрт возьми! Умеете вы понятно объяснять, Анатолий Петрович, – улыбнулся Хрущёв. – Даже мне понятно. Спасибо. Так что мешает такую конструкцию начать делать уже сейчас?
– Мы пока не знаем, какой высоты её надо делать, – ответил Александров. – Нужно определиться, какую высоту бланкета выбрать, чтобы при заданной мощности излучателя облучить все сборки сверху донизу. Расчётных моделей для этого процесса пока что нет, требуются эксперименты, а это не быстро, учитывая, что облучённая сборка потом неделю остывает, теряя активность, прежде, чем с ней можно начинать работать. То есть, больше 50 экспериментов в год провести будет затруднительно. Или делать серии опытов, ежедневно облучая по одной сборке, и ставить анализы на поток. Так можно довести количество опытов до 250 в год, но это уже очень сложно организовать.
А от высоты конструкции будет зависеть высота всего реактора. Мы планируем сделать корпус и вращающуюся часть реактора с запасом по высоте, как говорится, больше – не меньше. Одно ясно – между опытной установкой и промышленным реактором дистанция огромного размера, и пробежать её за год-два нам не удастся.
– М-да... Это – проблема, – констатировал Никита Сергеевич. – То есть, на массовую переработку тория в уран-233 в ближайшее время можно не рассчитывать. И на скорое достижение ядерного паритета с США – тоже.
– Не совсем так, – покачал головой Александров. – Фактически, нам понадобятся три типа реакторов:
1. Реактор БН. Промышленный энергетический бридер, «сжигающий» и перерабатывающий уран-238, в плутоний-239 оружейного качества и вырабатывающий электроэнергию в паровом цикле, аналогичном таковому для лучших ТЭС, работающих на органическом топливе. Основной энергетический реактор, работающий на природном уране.
2. Реактор ВВЭР. Промышленный энергетический реактор с глубоким выжиганием топлива и длительной кампанией на одной загрузке топлива, он будет использовать торий-урановый топливный цикл.
Тут нужно немного пояснить. Торий весьма хорош для получения ядерного топлива в реакторах на тепловых нейтронах, например, как топливо для реактора ВВЭР. Хотя коэффициент воспроизводства тория будет всего лишь близок к 1 или чуть превосходить её при отличной компоновке реактора, исключающего «паразитные» потери нейтронов. Но тем не менее, и это хорошо, это позволяет достигать намного большего выгорания тория, при изначальной загрузке тория обогащённого ураном-233 на 5 процентов, в отличие от уранового топлива, обогащённого ураном-235. Таким образом, возможна более длительная кампания реактора ВВЭР без перезагрузки топлива – не 18 месяцев как предполагалось, а лет 5, а то и 10, если мы сумеем создать достаточно надёжные оболочки ТВЭЛ. Проблема с ураном-232 в реакторе на тепловых нейтронах также обстоит гораздо менее остро, чем в БН.