Сколько жизней у РБМК‑1000: уранграфитовым реакторам продлевают срок службы еще на пять лет

Четыре энергоблока с реакторами РБМК‑1000 остановлены после 45 лет службы, их выводят из эксплуатации. А вот срок жизни их младших братьев увеличивается: научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Доллежаля (НИКИЭТ) обосновал возможность повторного продления ресурса. «СР» разбиралась, могут ли реакторы жить вечно и какие перспективы есть у уранграфитовых технологий.

Операция «Модернизация»

Изначально конструкторы определили срок службы РБМК‑1000 всего в 30 лет. «Первые энергоблоки проектировались в конце 1960‑х, — ​рассказывает Алексей Слободчиков, заместитель гендиректора НИКИЭТ по проектированию, главный конструктор энергетических канальных реакторных установок и оборудования крупномасштабной энергетики. — ​К тому времени у СССР был уже 20‑летний опыт эксплуатации промышленных уранграфитовых реакторов, на его основании и были определены некоторые ограничивающие факторы, с учетом которых установили срок службы для РБМК‑1000».

На Игналинской и Чернобыльской АЭС блоки остановили даже раньше достижения 30‑летнего срока службы. А вот на Ленинградской, Курской и Смоленской станциях первые очереди РБМК‑1000 отработали в полтора раза дольше, чем изначально планировалось. На реакторах этого типа в разные годы вырабатывали 40–60 % атомной энергии нашей страны, да и сейчас РБМК являются одной из основ системы атомной электрогенерации.

«Первый реактор РБМК‑1000 был запущен в 1973 году на Ленинградской атомной станции, — ​напоминает Алексей Слободчиков. — ​В 2003 году подходил к концу его проектный срок службы. И вот на рубеже веков, в 1998 году, Минатом России запустил стратегическую программу по продлению сроков службы действующих энергоблоков РБМК‑1000. Она включала целый комплекс крупномасштабных работ по обоснованию безопасности и оценке остаточного ресурса оборудования. Были модернизированы как системы безопасности и управления, так и элементы реакторной установки. В итоге всем энергоблокам с реакторами РБМК‑1000 в России продлили жизнь на 15 лет».

Графитовые трудности

В 2010‑е годы реакторы РБМК столкнулись с достаточно серьезным эффектом — ​ускоренным формоизменением графитовой кладки. Под действием радиации и температуры графитовые блоки со временем изменяют свою геометрию и начинают друг друга «расталкивать», вызывая искривление как ячеек графитовых колонн, так и топливных каналов и каналов управления и защиты. Проблему заметили еще на промышленных уранграфитовых аппаратах, которые использовались для наработки ядерных материалов. РБМК проектировали с учетом этих особенностей. Но полностью избежать проблем не удалось.

«Впервые с этим столкнулись на Ленинградской АЭС. На первом блоке начало искривления впервые зафиксировали в 2011 году, а уже в 2012‑м искривление достигло таких значений, которые не позволяли дальше безопасно эксплуатировать реактор без дополнительных мероприятий, — ​говорит Алексей Слободчиков. — ​В поиске решения участвовали более десятка организаций: ­НИКИЭТ, Курчатовский институт, «Росэнергоатом», ВНИИАЭС (Всероссийский научно-­исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций. — ​«СР»), РФЯЦ-ВНИИЭФ (Российский федеральный ядерный центр — ​Всероссийский научно-­исследовательский институт экспериментальной физики. — ​«СР»), Опытное конструкторское бюро машиностроения им. Африкантова, компания «Диаконт» и др. Задача была сложнейшая. Чтобы компенсировать растрескивание, нужно уменьшить размеры блоков, удалив лишний графит. Предложили продольную резку графитовых блоков. Работы в активной зоне и контроль их качества выполняют автоматизированные системы и робототехнические комплексы. В ходе одного ремонта надо выполнить резку порядка 150 графитовых колонн, что позволяет уменьшить до необходимых величин искривление всей графитовой кладки».

Первый ремонт с восстановлением ресурса активной зоны на Ленинградской атомной станции занял почти год: с января по декабрь 2013‑го. Сейчас это занимает менее месяца. Процесс уже хотя бы раз выполнялся на всех российских энергоблоках РБМК‑1000, кроме второго и третьего блоков Смоленской атомной станции — ​там время еще не подошло.

Остаточный ресурс

С 2018 года первое поколение блоков РБМК‑1000 начали останавливать. Теперь готовят к выводу из эксплуатации первые и вторые блоки Ленинградской и Курской станций. Энергоблоки с реакторами РБМК‑1000 второго поколения (по два на Ленинградской и Курской АЭС и еще три на Смоленской) отличаются от первого конструктивно. «Ко времени начала проектирования второго поколения несколько изменились правила безопасности АЭС, это потребовало ряда новаторских технических решений. Изменения коснулись конструкции активной зоны и систем безопасности», — ​объясняет Алексей Слободчиков. Кроме того, условия эксплуатации энергоблоков первого и второго поколений отличались.

В 2022 году «Росатом» принял решение о начале работ по повторному продлению срока службы энергоблоков с реакторами РБМК до 50 лет. «На сегодня оценен остаточный ресурс элементов реакторной установки третьего энергоблока Ленинградской АЭС: технологических каналов, каналов системы управления и защиты, графитовой кладки, — ​рассказывает Алексей Слободчиков. — ​Определено, какое оборудование подлежит замене. Сделана оценка состояния строительных конструкций, систем управления и защиты. Документы, обосновывающие безопасность продления срока эксплуатации энергоблока, направлены в Ростехнадзор. К концу года ожидается получение лицензии на эксплуатацию. В настоящее время аналогичная работа выполняется для четвертого энергоблока Ленинградской атомной станции. Работы по продлению остальных блоков РБМК‑1000 тоже начаты».

Каналы в перспективе

По мнению Алексея Слободчикова, вопрос о продлении срока службы РБМК‑1000 дольше 50 лет неактуален. «Срок службы энергоблока, как и многих других сложных технических систем, определяется ресурсом незаменяемых элементов. В первую очередь это строительные конструкции. Для РБМК в этот класс еще входят крупные элементы реакторной установки, такие как барабаны­сепараторы, металлоконструкции реакторной установки, — ​говорит специалист. — ​Это оборудование заменить технически невозможно или экономически невыгодно. Кроме того, за десятилетия службы энергоблоков меняются подходы к энергоэффективности, производительности и условиям труда, меняется и уровень научно-­технического развития в целом».

Однако помимо выработки тепла и электроэнергии у РБМК‑1000 есть еще одна важная задача — ​наработка ценных изотопов для медицины и промышленности. «Сегодня канальный реактор — ​единственный, с помощью которого можно экономически эффективно получать широкий спектр изотопов, — ​объясняет Алексей Слободчиков. — ​Конструкция позволяет проводить перегрузку облучательных устройств на мощности: не требуется реактор останавливать, разуплотнять и т. д. Эта уникальная возможность одновременной наработки изотопов, тепла и энергии, по мнению специалистов НИКИЭТ и Курчатовского института, является серьезным основанием дальнейшего развития канального реакторостроения. В НИКИЭТ разработана концепция нового изотопного энергетического реактора, полностью отвечающего современным требованиям безопасности. Мощность его меньше, чем у действующих реакторов РБМК, — ​на первое место мы ставим задачу наработки изотопов».

Справка

РБМК расшифровывается как «реактор большой мощности канальный». Это гетерогенный реактор на тепловых нейтронах, в котором в качестве замедлителя используется графит. Теплоноситель — ​вода, топливо — ​двуокись урана. Графитовая кладка реактора — ​это вертикальные колонны высотой 8 м, составленные из блоков размером 250×250 мм с центральным отверстием. В блоки вставляются топливные каналы, вваренные в верхнюю и нижнюю металлоконструкции реактора. В эти каналы устанавливаются тепловыделяющие кассеты, состоящие из двух топливных сборок в сборе. Помимо топливных каналов в активной зоне РБМК находятся каналы системы управления и защиты. Все пространство графитовой кладки заключено в легкий цилиндрический корпус.

Оптоволоконный контроль

На российских атомных блоках с РБМК внедрена система контроля геометрии конструктивных элементов активной зоны ядерного реактора. В основе — ​оптоволоконные датчики, разработка ученых Российской академии наук. На специальной измерительной штанге датчики опускают в реакторные каналы. На измерение кривизны одного канала уходит 15 минут, затем штанга переставляется в следующий. Если показатель стрелы прогиба приближается к регламентированному показателю, значит, пора приступать к восстановлению ресурсных характеристик графитовой кладки реактора. Система может контролировать геометрию топлива без останова реактора и выгрузки тепловыделяющих сборок.