АВ‑3: история самого мощного реактора по наработке оружейного плутония

Мы продолжаем рассказ про отечественные реакторы. В конце 1940-х советское правительство решило в разы увеличить производство оружейного плутония: с 23 кг в 1949 году до 340 кг в 1954-м. Понадобились новые, более мощные уран-графитовые реакторы. Таким стал АВ‑3 — ​последний в этой линейке промышленных реакторов.

Быстро. Еще быстрее

Строительство реактора АВ‑3 с «целью увеличения производственной мощности комбината № 817» (сегодня — ​«Маяк») начали в марте 1951 года. Как и его предшественники, он был сооружен в рекордно короткие сроки, всего за год и восемь месяцев.

Основное технологическое оборудование для АВ‑3 изготовил и поставил «Уралмаш», электрооборудование — ​Подольский механический завод им. Калинина, технологическое оборудование монтировали специалисты управления № 11 «Союзпроммонтажа».

Начальником объекта распоряжением Совета Министров СССР был назначен Валентин Муравьев, имевший большой опыт работы в цветной металлургии. Первый графитовый кирпич в кладку положил заместитель главного инженера комбината Николай Семенов. Первая загрузка реактора велась в смешанном режиме — ​наряду с загрузкой блоков из природного урана в часть ячеек поместили блочки из обогащенного урана на основе магниевой керамики.

15 сентября 1952 года Госкомиссия приняла реактор в эксплуатацию, 4 октября произвели физпуск. Это был очень ответственный момент. В отличие от пусков предыдущих реакторов, на АВ‑3 был реализован измененный режим работы, с иными физическими характеристиками и составом активной зоны.

Загрузку урановых блоков в реактор завершили 10 октября. 15 октября в журнале технологических распоряжений была сделана запись: «Начальнику объекта АВ‑3 В. П. Муравьеву, гл. инженеру Б. В. Броховичу. В соответствии с программой пуска объекта АВ‑3 разрешить подъем мощности на первую ступень до 17 %». За сутки реактор был выведен на мощность 17 % от проектной, затем в течение 15 дней мощность подняли до проектной.

Расплата за ошибки

В первый год эксплуатации был выявлен ряд существенных недостатков проекта, в том числе нарушение герметичности оболочки рабочей продукции, заклинивание кюбеля с рабочей продукцией в шахте, что привело к загрязнению радиоактивными веществами производственных помещений и оборудования, переоблучению персонала. Так, при ликвидации последствий заклинивания кюбеля сотрудники получили суммарное облучение 3085 рентгенов, начальник объекта Валентин Муравьев — ​80–100 рентгенов.

Из-за недостаточной герметизации блочков они стали деформироваться и зависать в технологических каналах. При этом их оболочка повреждалась, что приводило к вымыванию из них высокоактивных осколков деления и значительному радиационному загрязнению поверхностей конструкции реактора, тракта сброса воды, центрального зала, шахт и бассейнов. В августе 1953 года руководство комбината поставило задачу — ​усовершенствовать конструкцию блочков, чтобы исключить нарушение герметичности. Она была решена за счет увеличения толщины оболочки с 1 мм до 3 мм.

Плата за конструкторское и технологическое несовершенство оказалась высокой: территория реактора, охладительная система, в том числе озеро Кызыл-Таш, были загрязнены, а более 100 работников получили аварийные дозы облучения. Но благодаря самоотверженности людей реактор вошел в нормальный режим работы.

В первый год работы число вынужденных остановов превысило 1,2 тыс. Утечки радиации значительно осложняли работу персонала. Но усилия, которые предпринимали специалисты для ликвидации последствий производственных сбоев, не пропали даром. В этот трудный период накапливался опыт, очень нужный всем работникам атомной отрасли.

Экспериментальный ПАВ

Для улучшения условий труда, устранения дефектов оборудования и перевода реактора на производство плутония в апреле — мае 1954 года на АВ‑3 был выполнен капитальный плановый ремонт, в котором приняло участие почти 500 сотрудников. Они получили облучение в среднем по 2,1 рентгена. Капитальный ремонт был проведен успешно, цель была достигнута.

Следующие семь лет реактор работал в режиме наработки плутония. В этот период в отрасли вели исследования для создания промышленного реактора двухцелевого назначения, который, накапливая плутоний, производил бы тепло и электрическую энергию для нужд народного хозяйства. В создании такого реактора принял участие и АВ‑3, на базе которого еще в мае 1953 года началось строительство экспериментальной петлевой установки ПАВ. Она состояла из четырех технологических каналов, установленных в активную зону: трубопроводов первого контура с запорной и регулирующей арматурой, теплообменника, циркуляционных и подпиточных насосов, системы контроля и управления.

Установка предназначалась для определения стойкости алюминиевых сплавов, из которых делали трубы технологических каналов, и защитной оболочки ядерного топлива в реальных условиях активной зоны. В качестве теплоносителя применяли дистиллированную воду.

25 января 1955 года установку ПАВ ввели в эксплуатацию. Она проработала до 26 сентября 1957 года, выдавая экспериментальные данные для создания двухцелевых промышленных реакторов. Правда, неполадки в системах ПАВ часто приводили к вынужденным остановкам реактора, нарушая нормальный режим его работы. Министерство решило запретить проведение экспериментальных работ на промышленных реакторах. Однако производство постоянно требовало совершенствования технологического процесса, создания новых видов топлива и конструкционных материалов.

Творческий подход

1 июля 1954 года в реакторном производстве «Маяка» прошли организационные реформы. Реакторы А, АИ и АВ‑3, расположенные на одной площадке, были объединены в завод № 156, директором которого стал Федор Овчинников. Объединение позволило укрепить технические службы, увеличить маневренность персонала при работах на самых напряженных участках, сократить управленческий аппарат.

Постепенно на реакторе построили современные хранилища ОЯТ, системы газоочистки, газгольдер для короткоживущих радионуклидов и аргона‑41, на приточной вентиляции установили фильтры Петрянова. В производство внедрили различные приспособления и инструменты. Так, по предложению талантливого слесаря Юрия Позднякова разработали станок рубки отработавших труб технологических каналов, напорную камеру для гидроудаления из станка рубки обрезков труб, приспособление для дистанционного сбора россыпи рабочих блочков в реакторном помещении. По предложению инженера Владимира Каракулева разработана, изготовлена и внедрена в производство гидроштанга, позволившая дистанционно заменять графитовые втулки в реакторе. По предложению инженера Михаила Гарина введено дистанционное управление охлаждением каналов СУЗ.

На реакторе смонтировали и ввели в эксплуатацию новую систему контроля целостности технологических каналов, которая обеспечивала дистанционный контроль давления, температуры и влажности в отдельных ячейках. Это помогало обнаружить дефектные каналы на ранней стадии и предотвратить замачивание графитовой кладки.

В апреле 1962 года на АВ‑3 операторы реактора впервые столкнулись с необычным эффектом — ​синусоидальными колебаниями мощности по высоте реактора, когда энерговыделение самопроизвольно перемещалось с одной стороны активной зоны в другую. Это явление в дальнейшем объяснили теорией ксеноновых колебаний. Установка нейтронных термодатчиков позволила контролировать распределение нейтронного потока по высоте активной зоны и регулировать распределение мощности по высоте с помощью нижних стержней СУЗ, тем самым стабилизировав работу реактора.

Усадка графитовой кладки, с которой нашли способы борьбы, сменилась распуханием и искривлением графитовых колонн, нарастающими от центра к периферии реактора. Это так называемое необратимое вторичное распухание. Коллектив завода нашел технические решения и приемы работы с деформированной графитовой кладкой — ​с подобными проблемами сталкивались на всех уран-графитовых реакторах.

Один за пятерых

Ситуация значительно улучшилась в начале 1960-х годов после второго капитального ремонта, когда были решены проблемы с вкладышами в каналы и с топливными элементами. Для предотвращения развала кладки реактора АВ‑3 были изготовлены каналы-натяжители и установлены по периметру реактора.

Со второго года работы реактора его мощность постепенно повышали, в 1963 году она достигла 600 МВт. Затем эксплуатационники в 1,5 раза увеличили расход воды за счет внедрения бутылочных труб, модернизировали системы СУЗ, ТС, РВЛС, провели ремонт графитовой кладки, сливных тоннелей, заменили вышедшие из строя трубы нижних водосборов. В результате этих и других работ производительность реактора АВ‑3 увеличилась в пять раз, он вышел на уровень мощности 1200 МВт и ежегодное производство плутония 270 кг в год.

За работы по увеличению мощности реактора АВ‑3 главному инженеру реакторного завода Борису Броховичу была присвоена ученая степень кандидата технических наук, а в 1966 году он был удостоен звания Героя Социалистического Труда. Государственную премию СССР получили еще три сотрудника, 35 работников реактора АВ‑3 были награждены орденами и 25 — ​медалями.

В 1971 году коллектив реактора АВ‑3 объединили с коллективом реактора А во главе с Владимиром Матвеенко. Это единственный случай в атомной отрасли, когда один человек был руководителем сразу двух реакторов.

Последнее прощай

В 1989 году реактор АВ‑3 вместе со своим предшественником АВ‑2 участвовал в поисковых работах по получению легированного кремния. Первое облучение слитков кремния и определение нейтронно-физических характеристик ячейки было проведено 28 июня 1989 года. По результатам пробного легирования и характеристикам распределения потока в ячейках легирования было принято решение о возможности получения кристаллов кремния с заданными свойствами.

АВ‑3 проработал 38 лет вместо пяти лет по проекту и мог еще работать. Но наступили времена, когда оружейные материалы стали не нужны. 1 ноября 1990 года реактор был разгружен и выведен из эксплуатации. Был митинг. Вокруг реактора собрались ветераны — ​прощались с ним, в центре пятачка реактора поставили графитовый кирпич с букетом алых роз, выращенных в заводской оранжерее.

При подготовке использовались материалы из архива газеты «Атомпресса», электронной библиотеки «История «Росатома» (elib.biblioatom.ru) и других открытых источников. Если вы были участником описываемых событий, знаете интересные факты о создании реакторов или обнаружили неточность в статье, напишите автору по адресу atom‑55@mail.ru.