Большой циркониевый путь: как изменились твэлы за полвека существования

Оболочки твэлов для водо-водяных реакторов уже более полувека изготавливают из циркония. Но мало кто знает, как сильно за полвека изменилась и конструкция тепловыделяющих элементов, и способы их производства, и сплавы, из которых их делают. Старший научный сотрудник отделения разработки циркониевых материалов ВНИИНМ Егор Воробьев — ​один из тех, кто каждый день делает самую ходовую продукцию атомной отрасли еще немного лучше. Слово профессионалу.

НЕОБХОДИМЫЕ ЗНАНИЯ

Помимо материаловедения надо хорошо знать общую физику и химию. Английский язык необходим — ​все достижения мировой науки описаны английским языком, и тот, кто его не знает, не знает новой информации, результатов последних исследований. Нужно владеть компьютером на уровне опытного пользователя. Многие у нас в институте используют комплексные расчетные программы — ​мне кажется, что это не обязательно, сделать даже сложные расчеты и построить графики можно и в Excel или других простых программах. Но человек, не знающий даже Excel, не сможет ни достойно рассчитать и описать, ни представить результаты своей работы.

ГДЕ УЧИЛСЯ

Я окончил школу в 16 лет, «перепрыгнув» четвертый класс, и поступил в МИСиС. Учился на специалиста по наноматериалам. Это широчайшая сфера материаловедения. В нашем университете упор в учебной программе делали на физическую химию, металлофизику, квантовую механику. На четвертом курсе я понял, что мне интереснее всего металловедение и физика прочности, и связал себя с одноименной кафедрой. Мой научный руководитель Мстислав Андреевич Штремель ранее долго возглавлял кафедру металловедения и физики прочности, и много его студентов работают и руководят в разных сферах материаловедения. Он направил меня на производственную практику сюда, во ВНИИНМ, — ​к его ученику Владимиру Андреевичу Маркелову, начальнику отдела разработки циркониевых материалов. После практики я проходил здесь же и стажировку. Работа очень понравилась, потому мой диплом был посвящен циркониевым материалам и проблеме длительной прочности. После окончания вуза меня сразу приняли в институт Бочвара инженером-технологом. И тогда же поступил в аспирантуру МИСиСа. По идее, учащийся очной аспирантуры не может работать на полную ставку. Но начальство меня поддержало: мы договорились, что я буду после обеда уезжать на учебу, а затем возвращаться и работать подольше остальных — ​до восьми вечера. Уже в 25 лет я стал кандидатом наук.

ДОЛЖНОСТНЫЕ ОБЯЗАННОСТИ

Моя область работы — ​длительные испытания: на коррозионную стойкость в воде и ползучесть, длительную прочность циркониевых труб. Большой научный интерес представляет исследование и моделирование деформационного поведения материала при длительной эксплуатации в реакторе. Для этого приходится делать множество разной работы. Во-первых, искать в открытых и закрытых источниках информацию о новейших разработках в нашей области. Во-вторых, планировать длительные исследования и составляющие их эксперименты, писать технические задания для себя и команды. В-третьих, эти эксперименты проводить. В испытаниях на коррозию мое основное оборудование — ​это сосуды под высоким давлением, автоклавы, в которых воспроизводится коррозионная среда, похожая на ту, которая имеет место в работающем реакторе. В испытаниях на ползучесть труб под наружным давлением также используются автоклавы. А в испытаниях под внутренним — ​печи, которые при разогреве заранее герметизированных образцов труб воспроизводят напряженно-деформированное состояние твэла в реакторе. Из приборов применяю микрометр, толщиномер, штангенциркуль и другое оборудование для измерения геометрии образцов, аналитические весы для отслеживания степени окисления. В планах разработать собственную методику сварки и герметизации труб под давлением. Финал любой работы — подготовка научно-технического отчета и публикации о результатах исследования.

КАРЬЕРА

Я работаю во ВНИИНМ шесть лет. В нашем отделе молодые специалисты сначала занимаются всем по чуть-чуть: готовят образцы, помогают на разных испытаниях, ищут информацию для научных статей по разнообразным направлениям. Вместе с этим приходит понимание, что наш институт, отделение находятся в самом начале реализации стратегических задач топливного дивизиона, уже четверть века задающего тон на мировом рынке ядерных технологий. Так вчерашние студенты становятся материаловедами-универсалами, а затем к какой-то области проявляют больший интерес, начинают углубляться и становятся в ней профессионалами. У меня этот универсальный период длился совсем недолго. Длительными испытаниями у нас руководил и занимался высококлассный специалист, которому был нужен преемник. За несколько лет я догнал по навыкам своего учителя и стал планировать и проводить испытания, а также писать по ним отчеты самостоятельно.

ЧЕМ ЗАНИМАЕТСЯ ОТДЕЛЕНИЕ

Цирконий — ​почти идеальный конструкционный материал для ядерного топлива реакторов ВВЭР: у него низкое сечение захвата тепловых нейтронов, он хорошо переносит высокую температуру — ​а твэлы в ВВЭР при нормальных условиях эксплуатации нагреваются до 350–380 °C, в переходных режимах и выше 400 °C! Материал прочный, коррозионно-стойкий. Но, несмотря на полувековой опыт применения твэлов из циркония в реакторах, потенциал для их совершенствования остается. Модное сейчас направление — ​разработка толерантного топлива. Наш институт создает защитные покрытия для циркониевых твэлов, которые позволят не допустить бурного развития пароциркониевой реакции в аварийной ситуации — ​при температуре свыше 1 тыс. °C. Задача нашего отдела — ​исследование свойств таких твэлов. Во всем мире разрабатываются реакторы нового поколения — ​более мощные, чем современные. Повышение мощности сопровождается повышением выгорания топлива и давления теплоносителя. На действующих станциях продлевают топливные кампании для повышения экономической эффективности. Для инновационных и современных реакторов мы во ВНИИНМ создаем циркониевые твэлы с улучшенными прочностными характеристиками.