Стратегия атома

Через тернии к пуску

Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР о сооружении на Белоярской АЭС двух новых энергоблоков №№4 и 5 с реакторами на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем БН-800 и БН-1600 было принято еще в 1983 году. Основанием для такого решения послужили итоги успешной эксплуатации введенного в работу в 1980-м блока №3 с реактором БН-600, за пуск которого Белоярская АЭС была награждена орденом Трудового Красного Знамени.

В 1984—1985 годах на площадке будущего энергоблока №4 (БН-800) началось сооружение вспомогательных объектов, которые проектировались с расчетом сразу на два энергоблока. Однако вскоре распад страны и экономические катаклизмы почти на пятнадцать лет заморозили стройку.

В начале двухтысячных годов, с восстановлением благоприятной экономической ситуации в стране, Концерн «Росэнергоатом» за счет своих средств возобновил строительство блока. Первым весомым результатом стала сдача в эксплуатацию в 2004 году крупного комплекса теплоснабжения КТС-4.

С 2006 года к финансированию работ подключился государственный бюджет, выделив первый миллиард рублей. 18 июля началось бетонирование фундамента главного корпуса будущего энергоблока.

С принятием федеральной целевой программы развития атомного энергопромышленного комплекса государственные инвестиции в сооружение энергоблока №4 пошли по нарастающей, что позитивно отразилось на темпах строительных работ.

Сооружение нового блока шло непросто: за 90-е годы был во многом утрачен потенциал подрядных организаций. Пришлось решать проблемы восполнения квалифицированных кадров, преемственности опыта, адаптации к изменившейся законодательной, нормативной и финансово-экономической базе… На стройку были привлечены субподрядные организации из Свердловской и Челябинской областей, Пермского края, республик Башкортостан и Удмуртия. В ходе сооружения БН-800 были восстановлены производственные связи между научными, проектными, конструкторскими, строительными, монтажными организациями, заводами-изготовителями оборудования, наработан опыт сооружения крупных стратегических объектов в новых экономических условиях.

В силу конструкционных особенностей реактора БН, в отличие от серийных реакторов ВВЭР, его укрупнительная сборка из отдельных элементов производилась прямо на стройплощадке, в специальном здании. Затем восемь укрупненных элементов корпуса реактора были перемещены в шахту реакторного отделения главного корпуса энергоблока, где и осуществлялась их окончательная сборка. Для этого был создан временный монтажный купол с микроклиматическими условиями «чистой зоны», вокруг которого продолжалось возведение стен главного корпуса. Такое совмещение позволило сократить сроки строительно-монтажных работ.

В 2013 году началась приемка теплоносителя — натрия. Поскольку завод в Пермском крае, изготовивший в конце 70-х годов особо чистый натрий для БН-600, утратил эту технологию, 2 000 тонн натрия для БН-800 были поставлены из Франции.

В декабре 2013-го выполнен газовый разогрев реактора и началось его наполнение жидкометаллическим натриевым теплоносителем. 2 февраля 2014 года началась загрузка в реактор тепловыделяющих сборок с топливом, а 27 июня был впервые осуществлен его вывод на минимальный контролируемый уровень мощности (порядка 0,1% от номинальной).

Этап физического пуска опытно-промышленного реактора завершился в конце июля 2015 года: выполнены все необходимые проверки и ввод в работу устройств и систем, проведены многочисленные испытания и измерения. Сейчас энергоблок №4 готовится к энергетическому пуску — первому включению турбогенератора в энергосистему на малой мощности. Далее будут осуществляться длительные этапы постепенного подъема и освоения мощности — сдача энергоблока в опытно-промышленную, а затем в промышленную эксплуатацию. И только после этого новый энергоблок приступит к работе на номинальном уровне мощности.

Быстрый и безопасный

По своим конструкционно-технологическим особенностям реакторы типа БН Белоярской АЭС относятся к наиболее безопасным и экологически чистым аппаратам. Они обладают свойством самозащищенности: то есть при отклонении от нормального режима работы останавливают ядерную реакцию самостоятельно, в силу естественных законов природы, даже если не получат команду от человека или автоматики.

В корпусе реактора отсутствует высокое давление (оно всего чуть выше обычного атмосферного), а сам корпус состоит из двух (основного и страховочного), вложенных друг в друга по принципу матрешки. Также в реакторе отсутствует вода, а первый (внутриреакторный натриевый) контур отделен от третьего (пароводяного) промежуточным контуром с чистым нерадиоактивным натрием.

Реактор имеет интегральную компоновку: все оборудование первого контура, подвергающееся радиационному воздействию, заключено внутрь его корпуса. Большая теплоемкость и большой температурный запас у теплоносителя — жидкого натрия — в течение нескольких суток не позволит реактору перегреться, даже если он останется вообще без охлаждения.

Энергоблок с реактором БН-800 эволюционно продолжает конструкторско-технологические достижения своих предшественников: БН-600 (Белоярская АЭС), БН-350 (Мангышлакский АЭК, Казахстан), исследовательских и опытно-демонстрационных быстрых реакторов БР-1, БР-5, БОР-60. Кроме того, в русле современных тенденций в нем воплощен ряд дополнительных систем безопасности пассивного принципа, то есть работающих в силу физических законов природы, которые невозможно «отключить», например дополнительная система противоаварийного расхолаживания реактора путем естественной циркуляции воздуха через теплообменники (именно поэтому над энергоблоком возвышаются четыре трубы вместо традиционной одной): по законам физики, нагретый воздух сам собой поднимается по трубам вверх, втягивая за собой новую порцию охлаждающего воздуха. Дополнительная система противоаварийной защиты на основе стержней, взвешенных («плавающих») в потоке натрия и в случае прекращения циркуляции жидкого металла опускающихся в активную зону под собственным весом в силу закона всемирного тяготения. Внутри корпуса реактора смонтировано устройство «Поддон», способное в случае необходимости удержать расплав топлива.

На стратегическом направлении

Белоярская АЭС находится на стратегическом направлении развития атомной отрасли, связанном с переходом к новой технологической платформе. Основу этой платформы составит замкнутый ядерно-топливный цикл — круговорот топлива между реакторами на быстрых и тепловых нейтронах.

Запасы урана-235, на котором работают распространенные ныне реакторы на тепловых нейтронах, постепенно истощаются: ведь этого изотопа в урановой руде содержится менее одного процента. Быстрые реакторы способны вовлечь в производственный цикл неиспользуемый ныне уран-238, составляющий львиную долю в природном сырье, и превратить его в новое топливо.

Это позволит в десятки раз увеличить топливную базу атомной энергетики и свести к минимуму радиоактивные отходы. Отработавшее ядерное топливо других АЭС будет использоваться повторно. Также быстрые реакторы позволят дожигать накопившиеся в хранилищах долгоживущие изотопы.

По результатам эксплуатации БН-800 будет приниматься решение о создании быстрого натриевого реактора БН-1200 с более высокой экономической эффективностью, предназначенного для серийного сооружения. Поэтому специалисты, которых готовит УрФУ, будут востребованы на длительную перспективу.

Роман ТОПОРКОВ