Реактор «Жюль Горовиц»: никаких новостей
Текст: Татьяна ДАНИЛОВА
О строительстве материаловедческого реактора «Жюль Горовиц» уже два года нет никаких новостей. Пополнит ли этот проект печальный список неуспехов французских атомщиков?
Фото: Razel-bec.com, Flickr/IAEA
Исследовательский реактор — не более чем источник нейтронов для нужд экспериментов. Строящийся во французском Кадараше (по соседству с термоядерным ИТЭРом) материаловедческий реактор «Жюль Горовиц» будет очень ярким источником нейтронов с тепловым/промежуточным спектром и высокой скоростью набора дозы. Он строится прежде всего для испытания материалов и топлива будущих реакторов с тепловым спектром, прежде всего легководных.
Этим задачи «Жюля Горовица» не исчерпываются, и его вводом в строй владельцы проекта рассчитывают убить множество зайцев, о которых будет сказано ниже.
Строить этот реактор рекомендовал в 2002 году Европейский стратегический форум по исследовательской инфраструктуре (ESFRI), указав на почтенный возраст реакторов для испытаний материалов, работающих в Евросоюзе.
К предполагаемому году запуска реактора «Жюль Горовиц» — а первоначально его планировали запустить в 2014 году — исследовательским устройствам должно было исполниться:
BR2 (Бельгия) — 52 года;
HALDEN (Нидерланды) — 55 лет;
HFR (Нидерланды) — 54 года;
LVR15 (Чехия) — 58 лет;
MARIA (Польша) — 41 год;
OSIRIS (Франция) — 49 лет.
Строительством «Жюля Горовица» (далее JHR) занимается консорциум ответственных за ядерные исследования учреждений Франции, Чехии, Испании, Финляндии и Великобритании, плюс Еврокомиссия, плюс компании Electricité de France (EDF), Vattenfall и Areva. В консорциум входят два неевропейских участника: индийский DAE и японский JAEA.
JHR полностью оптимизирован для тестирования материалов и топлива при облучении в обычных, случайных и аварийных ситуациях.
Финансирование проекта легло в основном на Францию: 50 % — Комиссия по атомной энергии, 20 % — EDF, 10 % — Areva. Остальные 20 % согласились предоставить различные исследовательские институты ЕС.
Проект JHR реализуется в рамках Международного центра по исследовательским реакторам при МАГАТЭ и будет доступен учреждениям из государств — членов МАГАТЭ для образовательных целей, а также для совместных исследований и разработок.
Материаловедческие задачи JHR в основном таковы: исследования эффективности ядерного топлива для существующих и будущих реакторов; испытания материалов, используемых в реакторах. Также на нем будут испытываться образцы топлива для будущих реакторов. На JHR будут возможны эксперименты с элементами активных зон реакторов с газовыми, жидкометаллическими и жидкосолевыми петлями, а также с материалами и теплоносителями для быстрых реакторов. Наиболее интересны исследователям темы поиска новых материалов, сохраняющих рабочие свойства в максимально жестких условиях, то есть при высоких температурах и повреждающих дозах. С такого рода перспективных материалов начинается проектирование новых типов реакторов.
На JHR будут изучать и уже существующие материалы реакторов. Очень важно уточнить их ресурс и поведение во внештатных и аварийных ситуациях. Исследователям интересно и поведение существующего и будущего топлива в аварийных ситуациях. И, разумеется, на новой установке займутся исследованиями химии, физики и конструктивных решений по топливу, прежде всего путем облучения опытных топливных композиций и твэлов. Причем это будут твэлы практически для всех существующих реакторов.
Еще одна задача JHR — производство медицинских радиоизотопов. Предполагается, что на JHR будет нарабатываться до ¼ потребности Евросоюза в регулярных изотопах (а это примерно 8 млн протоколов в год) и до 50 % потребности в «специфических» изотопах. Производство радиоизотопов будут согласовывать с уже существующим голландским производством на высокопоточном реакторе в Петтене.
Кроме того, JHR станет полигоном, на котором будут отрабатывать методологическое и метрологическое обеспечение атомной отрасли: константы, параметры, верификацию решений и тому подобное. Здесь будут разрабатывать новые требования к безопасности атомных объектов и обеспечивать гармоничное международное регулирование.
И, конечно, на новой установке будут обучать следующие поколения атомщиков, готовить экспертов и прилагать усилия, чтобы обеспечить хорошее (или хотя бы реалистичное) отношение общества к атомной энергетике.
Однако и этот перечень задач JHR нельзя назвать исчерпывающим: новый реактор прослужит около 50 лет, а за это время могут возникнуть новые вопросы, ответы на которые придется искать при помощи материаловедческого реактора.
Этим задачи «Жюля Горовица» не исчерпываются, и его вводом в строй владельцы проекта рассчитывают убить множество зайцев, о которых будет сказано ниже.
Строить этот реактор рекомендовал в 2002 году Европейский стратегический форум по исследовательской инфраструктуре (ESFRI), указав на почтенный возраст реакторов для испытаний материалов, работающих в Евросоюзе.
К предполагаемому году запуска реактора «Жюль Горовиц» — а первоначально его планировали запустить в 2014 году — исследовательским устройствам должно было исполниться:
BR2 (Бельгия) — 52 года;
HALDEN (Нидерланды) — 55 лет;
HFR (Нидерланды) — 54 года;
LVR15 (Чехия) — 58 лет;
MARIA (Польша) — 41 год;
OSIRIS (Франция) — 49 лет.
Строительством «Жюля Горовица» (далее JHR) занимается консорциум ответственных за ядерные исследования учреждений Франции, Чехии, Испании, Финляндии и Великобритании, плюс Еврокомиссия, плюс компании Electricité de France (EDF), Vattenfall и Areva. В консорциум входят два неевропейских участника: индийский DAE и японский JAEA.
JHR полностью оптимизирован для тестирования материалов и топлива при облучении в обычных, случайных и аварийных ситуациях.
Финансирование проекта легло в основном на Францию: 50 % — Комиссия по атомной энергии, 20 % — EDF, 10 % — Areva. Остальные 20 % согласились предоставить различные исследовательские институты ЕС.
Проект JHR реализуется в рамках Международного центра по исследовательским реакторам при МАГАТЭ и будет доступен учреждениям из государств — членов МАГАТЭ для образовательных целей, а также для совместных исследований и разработок.
Материаловедческие задачи JHR в основном таковы: исследования эффективности ядерного топлива для существующих и будущих реакторов; испытания материалов, используемых в реакторах. Также на нем будут испытываться образцы топлива для будущих реакторов. На JHR будут возможны эксперименты с элементами активных зон реакторов с газовыми, жидкометаллическими и жидкосолевыми петлями, а также с материалами и теплоносителями для быстрых реакторов. Наиболее интересны исследователям темы поиска новых материалов, сохраняющих рабочие свойства в максимально жестких условиях, то есть при высоких температурах и повреждающих дозах. С такого рода перспективных материалов начинается проектирование новых типов реакторов.
На JHR будут изучать и уже существующие материалы реакторов. Очень важно уточнить их ресурс и поведение во внештатных и аварийных ситуациях. Исследователям интересно и поведение существующего и будущего топлива в аварийных ситуациях. И, разумеется, на новой установке займутся исследованиями химии, физики и конструктивных решений по топливу, прежде всего путем облучения опытных топливных композиций и твэлов. Причем это будут твэлы практически для всех существующих реакторов.
Еще одна задача JHR — производство медицинских радиоизотопов. Предполагается, что на JHR будет нарабатываться до ¼ потребности Евросоюза в регулярных изотопах (а это примерно 8 млн протоколов в год) и до 50 % потребности в «специфических» изотопах. Производство радиоизотопов будут согласовывать с уже существующим голландским производством на высокопоточном реакторе в Петтене.
Кроме того, JHR станет полигоном, на котором будут отрабатывать методологическое и метрологическое обеспечение атомной отрасли: константы, параметры, верификацию решений и тому подобное. Здесь будут разрабатывать новые требования к безопасности атомных объектов и обеспечивать гармоничное международное регулирование.
И, конечно, на новой установке будут обучать следующие поколения атомщиков, готовить экспертов и прилагать усилия, чтобы обеспечить хорошее (или хотя бы реалистичное) отношение общества к атомной энергетике.
Однако и этот перечень задач JHR нельзя назвать исчерпывающим: новый реактор прослужит около 50 лет, а за это время могут возникнуть новые вопросы, ответы на которые придется искать при помощи материаловедческого реактора.
В основе нового исследовательского центра испытания материалов, на который уже рассчитано множество европейских программ исследований, — классический легководный реактор бассейнового типа мощностью 100 МВт. Его первый контур принудительно охлаждается восходящим потоком воды под давлением 5–7 атм с температурой 1200С. Тепло отводится в теплообменник второго контура, снабженный внешним теплообменником, а тот, в свою очередь, — прудом-охладителем диаметром семь метров и 11 метров глубиной.
Плотная компактная активная зона (высотой 600 мм) частично окружена отражателем из бериллия. Нерегулярная решетка активной зоны устроена так, чтобы между топливными сборками и кольцевыми твэлами оставались промежутки, куда можно помещать устройства с испытываемыми материалами и мишени:
– две ячейки для экспериментов с топливом;
– одна — для испытаний материалов;
– одна — для контроля эксплуатации реактора;
– одна — для производства радиоизотопов.
JHR будет работать кампаниями от 30 до 70 дней при мощности 70–100 МВт, после чего последует останов на перегрузку облучательных устройств с материалами экспериментов и мишенями.
В последней презентации СЕА утверждается, что на JHR можно будет одновременно проводить 20 экспериментов. При этом контрольно-измерительный инструментарий, внутри реактора и вовне, позволяет проводить анализ в режиме реального времени, чего раньше не было нигде.
Для управления мощностью реактора и аварийного гашения цепной реакции предусмотрен механизм из 27 гафниевых стержней, которые могут вводиться в центр топливной сборки. В качестве топлива предполагается использовать 235U с плотностью 8 г/см³ и с обогащением более 20 %. Топливная сборка — цилиндр из восьми концентрических пластин из уранового сплава. 34 таких цилиндра, в каждом из которых содержится 21 кг 235U, установят в нерегулярную решетку из алюминиевого сплава.
Почему JHR спроектирован вразрез с декларируемой всему миру необходимостью перевода исследовательских реакторов на НОУ-топливо? Во-первых, применение ВОУ позволяет создать более компактную активную зону и удлинить топливную кампанию. А во‑вторых, практические нужды всегда приоритетны по сравнению с идеями, намерениями и декларациями.
Новое топливо на основе уран-молибденового сплава, дисперсно распределенного в алюминии, начали разрабатывать совместными усилиями ученые США, Франции и Аргентины (такие же исследования параллельно велись и в России).
Проектом предусмотрен и запасной вариант — топливо из силицида урана с обогащением 27%. То, что в 2013 году СЕА заключила договор с Росатомом о поставке металлического урана для топлива JHR, означает, что у зарубежных исследователей есть практические результаты работ по плотному топливу или хотя бы надежда на таковые. А пока известно лишь то, что металлический уран для JHR изготовил и поставил НЗХК — предприятие ТВЭЛ Росатома. (В 2015 году НЗХК также изготовил металлический уран для германского исследовательского реактора «Мюнхен-II».)
О безопасности JHR публикаций, пожалуй, больше, чем об особенностях его конструкции. Озаботились и сейсмоустойчивостью, установив здание реактора на особые опоры, и пожароопасностью, вырубив леса в окрестностях в качестве меры против нередких во Франции лесных пожаров. На случай тяжелой аварии предусмотрен отвод остаточного энерговыделения с помощью воздуха.
Плотная компактная активная зона (высотой 600 мм) частично окружена отражателем из бериллия. Нерегулярная решетка активной зоны устроена так, чтобы между топливными сборками и кольцевыми твэлами оставались промежутки, куда можно помещать устройства с испытываемыми материалами и мишени:
– две ячейки для экспериментов с топливом;
– одна — для испытаний материалов;
– одна — для контроля эксплуатации реактора;
– одна — для производства радиоизотопов.
JHR будет работать кампаниями от 30 до 70 дней при мощности 70–100 МВт, после чего последует останов на перегрузку облучательных устройств с материалами экспериментов и мишенями.
В последней презентации СЕА утверждается, что на JHR можно будет одновременно проводить 20 экспериментов. При этом контрольно-измерительный инструментарий, внутри реактора и вовне, позволяет проводить анализ в режиме реального времени, чего раньше не было нигде.
Для управления мощностью реактора и аварийного гашения цепной реакции предусмотрен механизм из 27 гафниевых стержней, которые могут вводиться в центр топливной сборки. В качестве топлива предполагается использовать 235U с плотностью 8 г/см³ и с обогащением более 20 %. Топливная сборка — цилиндр из восьми концентрических пластин из уранового сплава. 34 таких цилиндра, в каждом из которых содержится 21 кг 235U, установят в нерегулярную решетку из алюминиевого сплава.
Почему JHR спроектирован вразрез с декларируемой всему миру необходимостью перевода исследовательских реакторов на НОУ-топливо? Во-первых, применение ВОУ позволяет создать более компактную активную зону и удлинить топливную кампанию. А во‑вторых, практические нужды всегда приоритетны по сравнению с идеями, намерениями и декларациями.
Новое топливо на основе уран-молибденового сплава, дисперсно распределенного в алюминии, начали разрабатывать совместными усилиями ученые США, Франции и Аргентины (такие же исследования параллельно велись и в России).
Проектом предусмотрен и запасной вариант — топливо из силицида урана с обогащением 27%. То, что в 2013 году СЕА заключила договор с Росатомом о поставке металлического урана для топлива JHR, означает, что у зарубежных исследователей есть практические результаты работ по плотному топливу или хотя бы надежда на таковые. А пока известно лишь то, что металлический уран для JHR изготовил и поставил НЗХК — предприятие ТВЭЛ Росатома. (В 2015 году НЗХК также изготовил металлический уран для германского исследовательского реактора «Мюнхен-II».)
О безопасности JHR публикаций, пожалуй, больше, чем об особенностях его конструкции. Озаботились и сейсмоустойчивостью, установив здание реактора на особые опоры, и пожароопасностью, вырубив леса в окрестностях в качестве меры против нередких во Франции лесных пожаров. На случай тяжелой аварии предусмотрен отвод остаточного энерговыделения с помощью воздуха.
В проект внедрены все постфукусимские требования к безопасности, поэтому трудно понять, чтó стоит за июльским высказыванием французского регулятора ASN о «тревожном контексте», в котором прозвучал отчет об эксплуатационной безопасности в связи с финансовыми трудностями и прохождением реорганизации EDF, Areva и СЕА. Реализация всех крупных атомных проектов Франции, говорится в отчете, существенно отстает от графика, и перечисляются проекты: «Фламанвиль‑3», глубокое геологическое хранилище Cigéo, ИТЭР и, конечно, JHR. Возможно, речь идет о недофинансировании объектов или даже о снижении их приоритетности.
В 2007 году сумма сметы в 500 млн евро не казалась Франции неподъемной, но сегодня, когда она превышена вдвое, а пуск перенесен на семь лет, то есть на 2021 год, ситуация выглядит несколько иначе. Все французские участники проекта вместе со страной испытывают экономические трудности, которые уже привели к переносам сроков крупнейших атомных строек. Куратор проекта со стороны СЕА Ксавье Браво в январе 2016 года говорил, что JHR готов на 95 %, но он был, возможно, излишне оптимистичен.
Удвоение первоначальной сметной стоимости JHR (с 500 млн до минимум 1 млрд евро) и сроков его строительства вряд ли объясняется одной только имплементацией в проект новых требований безопасности. Дело скорее в утрате французскими атомщиками опыта управления крупными проектами, о чем говорит перечисление JHR в одном ряду со знаменитыми провалами Areva и EDF, похоронившими репутацию французских атомных компаний. В 2015 году Areva, не приводя подробностей, одной из причин тяжелых убытков называла строительство JHR в Кадараше.
Возможно, когда-нибудь мы узнаем подлинную историю строительства французского материаловедческого реактора. Но пока что в разделе новостей сайта JHR последняя публикация датируется 2015 годом. Дальнейшее — молчание.
В 2007 году сумма сметы в 500 млн евро не казалась Франции неподъемной, но сегодня, когда она превышена вдвое, а пуск перенесен на семь лет, то есть на 2021 год, ситуация выглядит несколько иначе. Все французские участники проекта вместе со страной испытывают экономические трудности, которые уже привели к переносам сроков крупнейших атомных строек. Куратор проекта со стороны СЕА Ксавье Браво в январе 2016 года говорил, что JHR готов на 95 %, но он был, возможно, излишне оптимистичен.
Удвоение первоначальной сметной стоимости JHR (с 500 млн до минимум 1 млрд евро) и сроков его строительства вряд ли объясняется одной только имплементацией в проект новых требований безопасности. Дело скорее в утрате французскими атомщиками опыта управления крупными проектами, о чем говорит перечисление JHR в одном ряду со знаменитыми провалами Areva и EDF, похоронившими репутацию французских атомных компаний. В 2015 году Areva, не приводя подробностей, одной из причин тяжелых убытков называла строительство JHR в Кадараше.
Возможно, когда-нибудь мы узнаем подлинную историю строительства французского материаловедческого реактора. Но пока что в разделе новостей сайта JHR последняя публикация датируется 2015 годом. Дальнейшее — молчание.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ НОМЕРА
