Чтобы «Фукусима» не пылила

В апреле «Техснабэкспорт», НИИАР и «Маяк» выиграли тендер на создание системы сбора пыли, образующейся при фрагментации обломков расплавленного ядерного топлива. Ее будут использовать на аварийных блоках АЭС «Фукусима-1».

Стоимость проекта — 2,7 млн долларов. Куратором выступает Mitsubishi Research Institute (MRI), он управляет средствами, которые японское правительство выделяет на работы по ликвидации последствий аварии на АЭС «Фукусима-1». Чтобы отбирать пробы и извлекать обломки расплавленного ядерного топлива, нужно оборудование для его фрагментации. Метод фрагментации окончательно не выбран: японцы рассматривают резку топлива под водой и на воздухе. Но и в том и в другом случае неизбежно будут образовываться радиоактивные золи — проще говоря, пыль.

В первой тройке

«Так как гарантировать герметичность аварийных блоков невозможно, золи — серьезная проблема, — рассказывает Сергей Семин, руководитель проектной группы департамента управления инновациями «Техснабэкспорта». — Избежать выхода радиоактивности, а также снизить дозовые нагрузки на персонал поможет система сбора пыли. В ходе проекта мы проведем исследования, чтобы заказчик обосновал перед надзорными органами и общественностью безопасность отбора проб и извлечения обломков облученного топлива с российским оборудованием».

У конкурсов MRI жесткие сроки. За две-три недели нашим предприятиям нужно было сформировать технические предложения, обсудить с соисполнителями работу и подготовить большой пакет документов. Сергей Семин говорит, что «Росатом» заказчики выбрали по многим причинам: «Обширная исследовательская инфраструктура, колоссальный опыт работы с ядерными и радиоактивными материалами, компетенции в области вывода из эксплуатации объектов использования атомной энергии и ликвидации последствий аварийных ситуаций. Еще одно преимущество — уникальные фильтры производства «Маяка», участие человека в их обслуживании если и потребуется, то минимальное».

Помимо «Росатома» финансирование получил японский Международный исследовательский институт по выводу из эксплуатации ядерных объектов (IRID) и французская инжиниринговая компания Onet Technologies.

Лабораторные работы

Чтобы убедиться в безопасности схемы отбора проб, первичного извлечения обломков и, наконец, крупномасштабных работ на «Фукусиме», летом следующего года в НИИАР начнут проводить эксперименты по резке ядерного топлива и образцов топливосодержащих материалов.

На сегодня у НИИАР две задачи: подготовить образцы для испытаний и сформулировать исходные требования к оборудованию для «Маяка». «Маяк» с учетом опыта в создании и эксплуатации систем специальной газоочистки сделает систему сбора пыли в лабораторном масштабе. «По итогам испытаний будут сформированы рекомендации и исходные требования к полномасштабной системе сбора пыли при извлечении расплавленного топлива на японской АЭС», — говорит генеральный директор «Маяка» Михаил Похлебаев.

Предполагается, что система будет состоять из узла резки со сменными инструментами и цепочкой фильтрующих модулей, выстроенных особым образом. Узел резки и первые фильтры разместят в горячей камере, а остальное вынесут в защитный перчаточный бокс. Параметры фильтрующих модулей не раскрывают — это коммерческая тайна.

«Перед тем как смонтировать оборудование в горячей камере, мы проверим его работоспособность на нерадиоактивных образцах оксидов металлов, а затем на образцах, содержащих уран и плутоний, — рассказывает заместитель начальника отделения радиохимических технологий НИИАР Сергей Погляд. — Нужно получить предварительные данные о размере частиц пыли, образующейся при фрагментации топлива разными методами. Пока мы рассматриваем обычные механические — долбление, резка фрезами и абразивными дисками — и экзотические: резка лазером и плазменной горелкой».

Субмикронный кордон

Когда предварительные данные будут получены, а режимы работы ступеней очистки уточнены, настанет черед резать образцы ОЯТ, схожие по выдержке и выгоранию с топливом на аварийных блоках. «Если для обычной пыли достаточно нескольких простых устройств, снижающих ее концентрацию до допустимых значений, то для радиоактивной проскок даже субмикронных частиц ведет к значительному выбросу радиоактивности. Мы должны создать сложную, многоступенчатую систему с фильтрующими устройствами, задерживающими частицы все меньшего и меньшего размера, — продолжает Сергей Погляд. — Радиоактивные частицы, как правило, электростатически заряжены, что будет учтено при разработке фильтров. Накапливаясь на тонком материале фильтра, частицы за счет остаточного тепловыделения и облучения повреждают его, вплоть до перфорации, это может вызвать внезапный выброс. Нам нужно точно знать ресурс фильтра, чтобы вовремя его сменить». Потом будут резать смоделированные образцы кориума — сплава топлива и конструкционных материалов.

«Техснабэкспорт» и НИИАР в марте этого года представили заказчикам модель старения имитаторов обломков ядерного топлива. «Теперь в наших руках есть инструмент по созданию крупномасштабных образцов топливосодержащих материалов, имитирующих разрушенное ядерное топливо на «Фукусиме». Их сделает НИИАР. Топливные материалы, цирконий и сталь, сплавят и соединят с бетоном. В лабораторных условиях будут воспроизведены все этапы аварии. Это даст самую близкую к реальности информацию о выходе в воздух и воду пыли, ее химическом и гранулометрическом составе, эффективности всех ступеней газоочистки», — говорит Сергей Погляд.