Не уронить реактор: дневник стажера программы «Нейтронно-физический комплекс»

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» продолжает программу стажировок на своем исследовательском реакторе. Это не только лабораторные работы, но и соревнование в запуске реактора — ​правда, в виртуальной реальности. Корреспондентка молодежной редакции «СР» студентка бакалавриата МИФИ по специальности «ядерная энергетика и теплофизика» Полина Бринза делится впечатлениями.

День первый

Собираемся в конференц-зале на лекцию о целях и задачах стажировки. Компания пестрая: мифисты, студенты из других опорных вузов «Росатома» и даже учитель физики из Санкт-Петербурга.

После лекции идем в лабораторию кафедры теоретической и экспериментальной физики ядерных реакторов. Осматриваем нейтронный генератор, дающий мощные пучки нейтронов для исследований. Узнаем о гамма-спектрометрии. Спектрометр ловит гамма-кванты, которые вылетают из образца, и определяет изотопы, содержащиеся в нем. Так можно узнать, например, какие радионуклиды накопились за время работы реактора в ядерном топливе. Нам показали, как собирают спектр образца из кобальта.

Далее в программе — ​посещение физического зала с уранграфитовым и уранводным стендами, так называемыми реакторами нулевой мощности. В стендах стоят стержни из природного урана — ​в графите и воде соответственно. Когда в них вводят нейтронный источник, образуется поток нейтронов, который можно измерить. Стенды подкритические: реакция не поддерживается сама по себе, если убрать источник, она затухнет. Задачка для стажеров — ​вычислить, при каких условиях стенд станет критическим. Спойлер: с природным ураном и водой такой фокус не прокатит (вода хорошо замедляет нейтроны, но и поглощает часть из них — в сочетании с низкой концентрацией урана «эффективных» нейтронов недостаточно для развития реакции), а вот с природным ураном и графитом — вполне.

Отправная точка — ​измерение потока нейтронов. Можно измерить на стенде, можно — ​в компьютерной программе: выбираешь параметры, и результат появляется в таблице. Но все дальнейшие расчеты надо проводить самому. Это было домашнее задание стажеров. Двух ночей на расчет коэффициента релаксации, материального параметра и размеров сборки, которая будет критической, оказалось достаточно. Есть еще один вариант выполнения этой работы — ​в лаборатории виртуальной реальности МИФИ с точной копией физического зала. Там даже визуализированы нейтронные поля внутри стендов.

Дни второй и третий

Наконец-то мы добрались до исследовательского реактора — ​ИРТ МИФИ. Здание реактора — ​отдельный корпус. Пройдя несколько рубежей безопасности (турникет, КПП с часовым и другой турникет), надев халаты и взяв карманные дозиметры, мы оказываемся у цели. Сейчас реактор остановлен на модернизацию систем, но, когда работает, здесь аншлаг. ИРТ выдает огромные потоки нейтронов и гамма-излучения. С их помощью можно изучать и изменять материалы, лечить людей и животных. В 1990‑е годы на ИРТ проводили нейтронзахватную терапию и вылечили от рака несколько десятков собак.

Поднимаемся на крышку реактора. Там есть небольшое окошко, чтобы смотреть вглубь активной зоны. Когда реактор включен, вода светится голубым — ​это черенковское излучение от заряженных частиц.

Нас проводили в пультовую. Множество кнопок, датчиков и переключателей на первый взгляд может свести с ума, но на самом деле все максимально оптимизировано — ​ничего лишнего. Всем стажерам разрешили по очереди нажать кнопку сигнализации. Кнопка очень тугая, это сделано специально, чтобы исключить случайное нажатие.

В будни ИРТ работает 24 часа в сутки, его запускают в понедельник утром и выключают в пятницу вечером — ​на выходные. В пультовой три человека: начальник смены, инженер управления (они вместе запускают реактор и следят за ним) и дежурный дозиметрист. Комната заполнена компьютерами, которые записывают показания датчиков: параметры реактора и радиационную обстановку. Раз в час эти же параметры положено вручную заносить в специальные журналы. И бумажные, и компьютерные записи хранятся до конца эксплуатации ИРТ. Во-первых, потомкам пригодится, во‑вторых, это требование безопасности: в случае аварии по записям можно восстановить хронологию событий.

На реакторе множество систем контроля нейтронного и гамма-излучения, аэрозолей и газов. Если хоть один детектор зафиксирует превышение, сработает аварийная защита, и реактор отключится. ИРТ сконструирован так, что, если вода куда-то убежит, реакция затухнет сама по себе.

В системе охлаждения реактора три контура, но используют только два. Дело в том, что при проектировании ученые думали, что большую роль будет играть нагрев стали при гамма-облучении, и третий контур нужен был именно для этого. Но оказалось, что вклад не такой большой и дополнительное охлаждение не нужно.

День четвертый

Нам предстояло запустить ИРТ в виртуальной реальности — ​быстро и качественно. В цифровом двой­нике реактора продублирована пультовая, все управление как в реальности, за это отвечает математическая модель. Вывести реактор на мощность оказалось не так-то просто даже с точной инструкцией. Если реактор разгоняется слишком быстро или мощность слишком большая, включится аварийная защита.

Мы разбились на команды по трое и начали. Оператор в VR-шлеме запускал реактор, помощники оператора направляли действия по инструкции, смотрели на монитор, морально поддерживали оператора. Команда-­победительница справилась чуть больше чем за 16 минут. Моя команда закончила второй — ​всего минута разницы. Все прошло по плану, без срабатывания аварийной защиты. Стажировку можно считать успешной.

Справка

ИРТ МИФИ — ​первый в мире реактор, заработавший в вузе. Физический пуск состоялся 26 мая 1967 года, энергетический — ​3 ноября 1967 года. Проект реактора и здания для него — ​типовой (ИРТ расшифровывается как «исследовательский реактор типовой»). В советское время таких установок было несколько, сейчас кроме мифистской работает только одна — ​в Томском политехническом университете.

Как попасть на стажировку

Стажировка «Нейтронно-физический комплекс» организуется дважды в год: в конце января и в конце июня. Желающим нужно заполнить форму для регистрации и кратко описать мотивацию своего участия. Следите за анонсами в телеграм-канале Института ядерной физики и технологий НИЯУ «МИФИ».