Источник
Ядерная энергия - LiveJournal.com
Выбор редакции
13 января, 14:22

Борьба с нетолерантностью

  • 0

Меня попросили прокомментировать статью Handelsblatt с заголовком "Россия намеревается с помощью нового топлива произвести революцию в атомной энергетике" в которой рассказывается о толерантном топливе примерно в таком ключе: "В Росатоме считают, что они совершили прорыв в технологии безопасности. Чудесное средство называется «толерантное топливо», оно призвано восстановить положительный имидж атомной энергии в мире."Немецкая статья является пиарсопровождением события, которое никто из внеотраслевых журналистов не заметил - изготовлением "под елочку" компанием ТВЭЛ экспериментальных тепловыделяющих сборок с толерантным топливом. Эти сборки предназначены для испытания в реакторе МИР и фактически означают некое продвижение по пути разработки толерантного топлива для энергетических реакторов.Но что же такое, черт подери,толерантное топливо и почему оно так называется?"Толерантные" покрытия циркониевых твэлов. Подробности - ниже.Название "толерантное топливо" есть калька с английского Accident Tolerant Fuel (ATF), т.е. топливо, устойчивое к авариям. По смыслу это скорее "дуракоустойчивое топливо", прежде всего за счет снижения требований к надежности работы систем аварийного охлаждения активной зоны. Большой интерес у атомной индустрии к концепции такого топлива возник после аварии на Фукусимской АЭС, где значительная часть тяжести аварии сформировалась из-за взрывов водорода на трех блоках АЭС, А водород возник из-за хорошо известной пароциркониевой реакции - когда потерянное охлаждение АЗ реакторов приводит к температуре >1000 градусов и цирконий оболочек твэлов вытесняет водород из водяного пара.До сих пор борьба с этим типом аварий сводилась к усложнению систем аварийного охлаждения активной зоны - вводились различные ступени пассивной заливки, активной заливки, отвода тепла в атмосферу или в большой бассейн воды. Логика тут понятна - при любых единичных неисправностях системы охлаждения все же не допустить испарения воды из активной зоны, ее расплавления и как и вишенки на торте - пароциркониевой реакции.Однако, после аварии на Фукусиме, в отрасль пришла другая парадигма - а что, если вместо очередного удорожания системы аварийного охлаждения (путем, например, умножения ее на два и введения 8-канальной вместо 4-канальной) сделать топливо, в котором не будет пароциркониевой реакции? А? А? И плевать, что активная зона превратилась в озерцо лавы - водорода-то не будет! Такое топливо и называют "толерантным".Еще в 2012 году разработкой ATF активно занялись все основные поставщики топлива - Westinghouse, Areva, GE-Hitachi. Причем в виду поддержки этой идеи МАГАТЭ и министерства энергетики США работы повелись сразу по многим фронтам. А через 3-4 года после этого очнулся и ТВЭЛ - стало очевидно, что толерантное топливо, при всей половинчатости идеи, становится фактором конкурентноспособности - предлагать нетолерантный ТВС-К толерантным западным заказчикам скоро будет некомильфо.Какие варианты создания ATF топлива вообще есть?Первый и самый очевидный - отказаться от циркония в конструкции ТВС. Раньше все ТВС делали из хромоникелевых сталей, а цирконий стали применять потому что по совокупности механических характеристик и коррозионной стойкости он не уступает сталям, но при этом поглощает сильно меньше нейтронов, что приводит к уменьшению расхода природного урана на выработанный мегаватт*час.С учетом того, но разработать новое топливо стоит денег, этот вариант рассматривается всеми игроками как запасной.Интересно, что в области стальных оболочек для реакторов с водой под давлением ТВЭЛ является мировым лидером - в СССР любили технологичность и не очень заботились об экономии урана в исследовательских реакторах или ЯЭУ ледоколов. Второй вариант - нанести на циркониевые твэлы тонкий слой хрома гальваническим способом или магнетронным распылением. Хром затянет начало пароциркониевой реакции - на картинке ниже показано состояние твэла без покрытия (верхний) после 10 минут в водяном паре при 1200 С и твэла с покрытием в тех же условиях. Однако, видно, что коррозия всего в 4 раза меньше - пускай не через 10 минут, а через 40, но твэл точно так же разрушится, да? Не совсем.Дело в том, что разогрев топлива без охлаждения водой происходит из двух источников: радиоактивный распад продуктов деления урана, мощность которого постоянно уменьшается и запасенное в топливе тепло.О последнем стоит поговорить отдельно, т.к. это редко всплывающая вне скучных учебников концепция. Современное топливо сделано из диоксида урана - прекрасное стойкое керамическое химическое соединение, хорошо выдерживающее большие выгорания топлива, имеющее большую температуру плавления. Но у него есть один минус - диоксид урана плохо проводит тепло. Поэтому, что бы отдавать необходимую мощность, центр таблетки при работе на мощности может быть разогрет до 1600 градусов цельсия. При потере охлаждения в активной зоне оказывается не только несколько десятков мегаватт ядерного распада продуктов деления, но и 80 тонн урановой керамики, нагретой в сренем до 900 С, которые немедленно начинают разогревать цирконий.Отсюда рождается следующая идея толерантного топлива - отказаться от диоксида урана и перейти на один из вариантов более теплопроводного соеднинения урана - силицид USi3, нитрид UN или просто сплавы металлического урана с металлическим молибденом (как в Kilopower)Из такого топлива, в сочетании с хромовым покрытием, можно сделать активную зону, которая при потере охлаждающей воды просто не нагреется до критичных температур. Вышеназванные композиции так же обещают экономить нейтроны и улучшать утилизацию природного урана - т.е. такой вариант может окупиться чисто экономически, да еще и привнести улучшение безопасности. Однако, переход на новую химию влечет за собой довольно радикальное изменение конструкции активной зоны, а значит переделку парка существующих реакторов, если мы хотим поставлять топливо сегодня. Плюс - годы отработки новых композиций и обоснования безопасности перез атомными регуляторами. В общем переход на силицид, нитрид или металлическое топливо дает действительные выигрыши, но долго и очень дорого.Есть еще довольно экзотический вариант в виде многослойных твэлов со слоями из разного металла.Наконец, последний вариант - это использование в качестве оболочки твэлов не циркония, не стали, а композитного материала SiC-C (волокна карбида кремния в углеродной матрице) или SiC-SiC. Этот материал обладает очен хорошими теплометахическими свойствами, не подвержен коррозии водой и водяным паром, имеет наилучие нейтронно-физические характеристики (лучше циркония и стальи) и как бонус - почти нулевую активацию в результате кампании топлива. Однако пока никому в мире не удалось создать газоплотную оболочку твэла SiC-SiC, поэтому работы здесь скорее на научном этапе, и если этот вариант толерантного топлива когда-то и пойдет в жизнь, то не раньше, чем через 15-20 лет.Собственно, все эти 4 варианта изучают в ТВЭЛ, а 3 из них подготовлены к испытаниям в реакторе МИР в НИИАР.Однако, как я уже говорил, конкуренты впереди. Тогда, как ТВЭЛ только планирует загрузку в исследовательский реактор и в перспективе 2х лет - в энергетический, Framatome (бывшая Арева) поставили испытательную партию топлива с хромовым покрытием под загрузку этой весной а GNF загрузили опытную партию в BWR.  Вообще планы западных компаний выглядят так:Резюмируя, можно сказать, что изначально не однозначная идея половинчатого повышения безопасности дешевым путем превратилась в поле конкурентной борьбы. Как мы видим, к борьбе уже подключились пиарщики, обещающие "революцию в безопасности".P.S. У меня есть репост большой статьи специалиста из ВНИИНМ, посвященный технологиям толерантного топлива - все то же самое, только в 10 раз подробнее и детализированнее, часть 1, часть 2.

Выбор редакции
09 января, 17:26

Где Росатом будет зарабатывать деньги в 2030 году

  • 0

Написал большую статью для "Известий" про атомные станции малой мощности - первая попытка пописать что-то в серьезном формате, с "по нашим оценкам", "наш анализ показывает, что" и проч.Модульная реакторная установка NuScale, про которую много написано в статье.Большая цитата из середины"В чем же преимущества малых АЭС перед традиционными, большими, которые заставляют разработчиков плодить все новые и новые проекты? К ним можно отнести несколько моментов:"— Реакторные модули малых АЭС должны производиться на машиностроительных заводах крупными сериями в виде законченных блоков. Это сокращает сроки и снижает сложность строительства АЭС — краеугольные камни сегодняшних проблем рынка новой атомной энергетики.— Малые АЭС должны быть высокоманевренными, в отличие от своих больших собратьев, и поэтому хорошо дополнять переменчивые возобновляемые источники энергии — ветер и солнце. Поскольку все более менее перспективные планы строительства ветро-солнечной энергетики требуют дополняющих партнеров, подхватывающих энергетику ночью и в штиль, возникает большой потенциальный рынок — и он для маневренных АЭС.— Но и в рамках традиционных энергорешений АСММ получают новые ниши по сравнению с блоками гигаваттного калибра — это энергосистемы небольшого размера, куда большие АЭС просто «не лезут».— Малая модульная АЭС стоит дешевле в абсолютных значениях или может наращивать мощность последовательно, путем строительства все новых модулей, что сильно упрощает поиск финансирования для энергопроектов.Разумеется, есть и минусы, которые сводятся к одному: стоимость киловатт-часа, вырабатываемого на АСММ. Так, в известном проекте строительства реакторного модуля Toshiba 4S (10 МВт) в городке Галена (штат Аляска) стоимость электроэнергии получалась на уровне 56 центов за кВт·ч (~36 рублей за кВт·ч) — заметно дороже даже электроэнергии с дизель-генераторов. Проект плавучей малой АЭС (ПАТЭС) «Академик Ломоносов» в бездотационном варианте имел бы стоимость электроэнергии в районе 60 рублей за кВт·ч — и опять эта цена была бы неконкурентна с дизель-генерацией или угольной ТЭС, которая существует сегодня в месте будущей дислокации «Академика Ломоносова»."==Вообще хочу заметить, что формат статьи не позволяет прям уж лезть в технические подробности или новости этого поля - а они есть. Например компания NuScale, про которую я писал, мало того, что неплохо продвигается в лицензировании, еще и демонстрирует крутые фишки модульных АЭС - в своем проекте 12 модульной АЭС в INL им удалось продать два модуля - один самой лаборатории INL, а второй - Министерству Энергетики США. Т.е. получается, что для АЭС теперь необязательно фандрайзить 10 млрд долларов из одного источника - можно собирать меньшие суммы из разных, т.к. по сути модули АЭС независимы друг от друга.

Выбор редакции
05 января, 20:50

Проект ИТЭР в 2018 году

  • 0

ПроектПрошедший год для Международного Экспериментального Термоядерного Реактора ИТЭР (о проекте) стал, для внешнего наблюдателя, наверное, одним из самых спокойных за все годы строительства (с 2009 года). Для меня же лично этот год был отмечен посещением площадки ИТЭР в сентябре 2018 года, поэтому этот ежегодный отчет будет разбавлен личными впечатлениями и фотографиями.Три года назад у проекта официально сменился директор - им стал энергичный француз Бернар Биго. Осознавая сложное положение, в котором ИТЭР находился в момент начала его правления (нарастающее колоссальное отставание графика и перерасходы ставили вопрос о закрытии), Биго предпринял несколько важных управленческих решений, в том числе - создание “всеобъемлющего плана сооружения”. Как известно, графики такого масштаба точно соблюдаются только в момент создания/обновления, и за 2 прошедших года можно констатировать, что 100% следования даже новому графику нет. Однако, ситуация явно лучше, чем было в период 2009-2015 годов, и отставание на сегодня составляет 6-9 месяцев, тем более, что появляются варианты “уплотнения” планов сборки реактора. Величина в пределах года не слишком критична для такого проекта, вопрос в основном - что будет с динамикой отставания дальше? К сожалению, мне кажется - отставание будет нарастать. Одна из остающихся проблем - недофинансирование американцами своей части программы. Хотя масштаб этого недофинансирования в 2018 году был снижен вдвое, оно все равно остается и означает срывы поставок критичных элементов оборудования, которое оплачивает США. Так, например, система водяного охлаждения вакуумной камеры и дивертора была в итоге передана на разработку и производство от США к Евросоюзу в попытке сэкономить деньги и время. Но, очевидно, сроки этой системы все равно сползут. Ситуация с американским финансированием хорошо отражает общую проблему - в наднациональном проекте сталкиваются национальные амбиции, помноженные на амбиции конкретных людей, занятых в проекте из-за чего усложняется работа инженеров разработчиков (и так технически предельно сложная). Закрывая этот “социальный” момент я хочу лишь отметить, что человечество, чем дальше, тем больше будет сталкиваться с масштабными международными проектами и учиться их воплощать. Таким образом и негативный опыт ИТЭР и решения, которые позволяют этот негатив преодолеть ценны сами по себе. Например, если человечество серьезно возьмется за “аварийное” снижение выбросов СО2 - ИТЭР со своим “социальным” опытом тут может принести больше пользы, чем с энергетическим.Однако, вернемся к проекту. 2018 год, сам по себе, в целом прошел в поступательном движении - было создано много нового оборудования термоядерной установки, заработали важные стенды, получены важные научные результаты. В 2019 году ожидается отметка “70% выполненных работ по строительству зданий”. Давайте нырнем в детали. Строительство и монтаж оборудованияОсновная новость 2018 года - строительство пускового минимума практически закончено. Если еще в прошлом году я писал о новых готовых зданиях, то в 2018 году их не было, только достройка. Впрочем, впереди еще полный цикл строительства аж 4 объектов - здания управления комплексом, здания с резисторами сброса магнитной энергии и двух комплексов аварийных дизель-генераторов.За 2018 год самое сложное сооружение - комплексное здание токамака подросло на десяток метров и практически достигло верха по бетонным конструкциям, над которыми, впрочем, еще предстоит возвести крышу из металлоконструкций. Формально, строителям остается примерно год, чтобы закончить бетон, возвести крышу, разобрать промежуточную стенку между зданием предварительной сборки и реакторной шахтой и, наконец, начать сборку реактора.Прогресс в сооружении главного здания 2018 года - между синей и красной линией. Осталось совсем чуть-чуть.Вид на бетонное опорное кольцо реактора в сентябре 2018, буквально через неделю после его завершения. Фотография совсем не передает ощущения масштаба, чуть лучше его можно понять из снятого мной коротенького видеоВпрочем, еще до окончания сооружения, на нижних этажах этого здания была выполнена финишная отделка - этаж B2 уже готов к монтажу многочисленных трубопроводов, кабельных лотков, опор и оборудования.Нижний этаж B2 диагностического здания B74 готов под начало установки оборудованияВ 2018 году также продолжалось насыщения здания токамака не извлекаемыми элементами - в частности, на свои места встали 5 гигантских дренажных баков системы водяного охлаждения токамака и сверхпроводящий фидер (вакуумированная труба с электрическими и гидравлическими коммуникациями) полоидального магнита №4.Сегмент магнитного фидераДренажные баки и конденсаторы системы водяного охлаждения токамака. На фотографии не понятно, но это впечатляющие емкости высотой по 10 метров и диаметром почти в 5. В здании предварительной сборки продолжается монтаж стендов сборки секторов реактора - дело это идет сильно медленнее, чем изначально планировалось. Эти стенды, действительно, не простые устройства - из задача состоит в стыковки трех 300+ тонных элементов сегмента реактора в единое целое, для чего они имеют массу мощных приводов, в т.ч. платформы с 6-осевым позиционированием тороидальных магнитов. Однако долгая возня навевает грустные мысли, что все не так хорошо, как задумано, с проектированием сборки ИТЭР.Работа над первым стендом сборки идет уже больше года.Криокомбинат ИТЭР в 2018 году прошел через грандиозную установку всего крупногабаритного оборудования - абсорционного генератора азота, газгольдеров, криогенных баков, криоректификационных колонн, как и менее заметного, но не менее серьезного оборудования внутри здания: компрессоров, турбодетандеров, теплообменников, систем очистки азота и гелия. Однако к осени активность в здании сильно упала. Проблема связана с тем, что подсистема вентиляции-кондиционирования здания сейчас в перепроектировании, а значит вести многие работы нельзя.Бак для жидкого гелия объемом 125 кубометров - один из последних элементов крупногабаритного оборудования криокомбината.6-мегаваттные компрессоры азота с теплообменной обвязкойА это один из 18 компрессоров гелия мощностью в 2,5 мегаватта. Если приглядется, то можно увидеть, что электродвигатель отстыкован, т.к. окончательныймонтаж будет после завершения всех трубопроводов.Небольшой, но интересный момент - начата установка дверей биозащиты - огромных стотонных конструкций, которые будут закрывать ячейки доступа к реактору и гасить остатки нейтронного и гамма-излучения.Зато неплохо в 2018 году продвинулась электрика. Запущено здание распределительной подстанции постоянных нагрузок, через которое будут обеспечены ~110 мегаватт постоянно работающих устройств - насосов, вентиляторов, секций низкого напряжения и т.п.Угол здания подстанции постоянных нагрузок. Схема предусматривает подключение через 4 трансформатора и распределение энергии на напряжении 22 киловольта. Внутри унылые ряды шкафов и, удивительно удачно - пусконаладка системы управленияНа площадке продолжается сооружение дополнительной системы подземных галерей - плод очередной переработки проектов сетей электроснабжения и охлаждения оборудования. В 2019 году эта активность должна закончится, и площадка постепенно будет становится все красивее (впрочем, на мой взгляд, архитектура зданий и так уже отпадная). Системы сброса тепла (мощностью в 1150 мегаватт) в 2018 году была закончена в строительной части - и хотя есть отставание от графика минимум на полгода, в 2020 году она, видимо, будет запущена.Панорама строительства системы сброса тепла на весну и моделька того, что тут будет установлено. В целом систем состоит из 20 вентиляторных градирен, двух заглубленных буферных бассейнов для холодной и горячей воды и более 30 мощных насосов и теплообменников.Панорама на конец года. Градирни уже собираются, но вот переплетение труб и оборудования еще собирать не начали.Производство оборудованияПервым элементом, с которого начнется в 2020 году сборка токамака должно быть основание криостата, уложенное на опорное кольцо на дне шахты реактора. Постояв на этом кольце, могу отметить, что 30-метровый диаметр детали полностью стирает ощущение, что это машиностроительное изделие. В 2019 году основание криостата должно быть закончено в основной геометрии, однако, как мне кажется, наварка мелких элементов - креплений датчиков, тепловых экранов, кабелей и т.п. не позволит в 1 квартале 2020 года начать сборку реактора. Впрочем, за сдвиг этой даты конкурирует много других проблем.На данный момент днище основания и опорное кольцо готовы и идет выставка и приварка промежуточной обечайки 5 метровой высотыМой кадр места сварки двух сегментов кольца. Здесь толщина достигает 200 мм, т.к. на этом кольце будут стоять опоры вакуумной камеры и тороидальных колец (по сути - весь реактор весом около 15000 тонн). В этом кольце еще предстоит насверлить множество немаленьких отверстий под крепежные болты - это можно будет делать после сварки всего основания и выверки геометрии.На соседнем стапеле с основанием в 2018 была собрана вторая снизу “деталь” криостата - нижний цилиндр. В целом этот момент радует, сварка заняла примерно 1,5 года, и уложилась в срок.Опять же, повторюсь, фотографии не способны передать масштаба этих деталей. Даже живьем и предварительным знанием размеров это не кажется машиностроительными изделиями.Продолжается впечатляющий прогресс производства сверхпроводящих магнитов ИТЭР, не устаю повторять - самых грандиозных магнитов в истории человечества. Если 2017 год закончился готовностью первого намоточного пакета (т.е. сверхпроводящей части) и первого силового корпуса магнита тороидального поля, то к концу этого года был проведен криотест пакета и сборка в корпус катушки тороидального поля.В 2019 году на этом объединенном корпусе предстоит заварить все смыкания, заполнить пространство между пакетом и корпусом эпоксидной смолой, выполнить мехобработку корпуса в финальный размер и провести окончательные испытания - в конце 2019 года первая (из 18) катушка TF отправится на площадку для монтажа, что будет грандиозной победой.В тоже время продолжается производство чуть более слабых и простых (но не менее грандиозных по размерам) катушек полоидального поля - PF6 в Китае (готовы все галеты, т.е. модули из которых она собирается, идет сборка всей конструкции), PF5 на площадке ИТЭР (намотаны уже 6 галет из 8), PF1 в России.Макет в 1/8 будущей сверхпроводящей катушки PF5 сделанный из распиленной на части первой опытной галеты на фоне вакуумно-нагнетательной камеры для окончательной изоляции всей сборки. Справа виднеется криостенд для испытаний будущей катушки, которые пройдут чуть больше, чем через год.В США продолжается создание самого большого магнита в мире - 1000 тонного центрального соленоида ИТЭР, который будет состоять из 6 модулей. В 2018 году было закончено создание и настройка последнего технологического поста производства (криостенда, где модули будут испытываться на герметичность и способность выдерживать рабочий ток), на нем был испытан медный макет, после чего его распилили и убедились, что все производство было выполнено правильно. Уже в 2019 году всю цепочку пройдет первый модуль, а всего в производстве находятся уже 5 из 6.Распиленный макет модуля центрального соленоида. Более 400 витков сверхпроводящего кабеля с максимальным током в 55 килоампер в очень жесткой стальной рубашке разделены стекловолоконной электрической изоляцией, которая должна выдерживать до 15 киловольт без пробоя. Магнитная система ИТЭР будет иметь сверхмощный силовой элемент из шести стеклопластиковых колец диаметром более 5 метров и сечением 350х350 мм, которые обеспечат необходимую жесткость магнитной системы против расталкивающих пондемоторных сил. Для тестирования колец в 2018 году был построен стенд, который может создать распирающее усилие в 36000 тонн.Европа в 2018 году завершила создание прототипа крупнейшей криосорбционной помпы в мире - вакуумного насоса, который будет обеспечивать поддержание рабочего вакуума в тороидальной камере. Подписан договор на поставку этого одного из ключевых элементов токамака.Испытания криосорбционной помпы в лаборабории. Вес устройства - 8 тонн, длина 4 метра, диаметр - 1700 мм.Так же Европа (отвечающая за создание почти половины оборудования ИТЭР) изготовила в 2018 году прототип кассеты дивертора и один из приемников плазмы. Напомню, что дивертор отвечает за откачку плазмы для постоянной чистки от “термоядерного пепла” - лишнего гелия и загрязнений, которые хватает плазма со стенок.Корпус кассеты дивертора. Внутри эта штука будет охлаждаться водой (она пустотелая), а сверху на нее будут крепится три мишени для прилетающей плазмы, набранные из блочков вольфрама, внутри которых проложены трубки охлаждения. Всего дивертор будет состоять из 54 таких кассет.Одна из трех вольфрамовых мишений для плазмы, изготовленная в Европе во время тепловых испытаний в питерском НИИЭФА на стенде Цефей.Вольфрамовые блочки диверторных поверхностейВажным, как мне кажется, трендом 2018 года стало разворачивание производства множества мелких элементов ИТЭР - прежде всего измерительных датчиков: магнитного поля, токов, температур, потоков жидкого гелия.На данном фото - датчик магнитного поля, предназначенный для установки в жестких условиях внутри вакуумной камеры (радиация, температура до 200 С, вакуум).Китай в 2018 году изготовил первые опоры магнитов - наряду с тем, что это просто большие сложные изделия из нержавеющей стали, они еще и активно охлаждаемые и в целом требуют наличия довольно нетривиальной металлообработки. Кроме того в Китае заканчивается создание первого корректирующего сверхпроводящего магнита, одного из 18, необходимого для улучшения равномерности магнитного поля и уменьшения потерь тепла плазмой.Корректировочный магнит опускается в свой силовой корпусОпора тороидальной катушки, которую собирали выше. В работе верх этой опоры будет охлаждаться до ~30 K а низ будет иметь почти комнатную температуру.Металлообработкой занимается и Южная Корея в проекте, не сумевшая согласно планам в 2018 году завершить первый сектор вакуумной камеры, запредельно сложное изделие весом 300+ тонн, представляющее собой двухстеночный сосуд двойной кривизны со стенками в 20-60 мм. В настоящий момент изготовление вакуумной камеры явно лежит на “критическом пути”, т.е. определяет сроки выполнения проекта.Активно охлаждаемые тепловые экраны будут разделять горячую вакуумную камеру и холодные сверхпроводящие магниты. Благодаря вакууму и активному охлаждению гелием до ~90 К они снизят тепловую нагрузку на магниты в ~100 раз. На фото - первый собранные в Южной Корее сектор экранов.А вот европейская небольшая часть будущей вакуумной камеры (это часть стенки, образующей внутренний циллиндр вокруг центральной дырки тора - один из 9 подобных сегментов)В России, тем временем, в 2018 году успешно прошли испытания крутейших быстродействующих коммутаторов тока на 45 килоампер и 8 киловольт - они необходимы для создания скачков магнитного поля, нужных для запуска токамака. В ближайшие годы необходимо поставить на площадку несколько десятков таких блоков для монтажа на площадке ИТЭР.Кроме того, продолжают производится и испытываться гиротроны - мегаваттные радиолампы, 8 штук которых должна поставить Россиия, и которые будут обеспечивать пробой и нагрев плазмы в токамаке. Интересно, что для обоих систем радиочастотного нагрева требуются высоковольтные мощные источники постоянного тока, и по ним в 2018 году тоже были успехи, например в Европе был успешно испытан набор источников для пары гиротронов.Наконец, новость про лабораторию тестирования нейтральных пучков (NBTF) в Black… эээ, в итальянском городе Падуя. Нейтральные пучки дейтронов мощностью 30+ мегаватт - важнейшая подсистема нагрева плазмы и один из самых наукоемких узлов. В этом году в строй в лаборатории NBTF был введен стенд SPIDER, на котором должна пройти отработка создания долговременных пучков отрицательных ионов током до 40 ампер (это в ~4 раза превосходит текущий рекорд) необходимой геометрии.Стенд SPIDER - вакуумная бочка в ближайшем конце которой установлен источник отрицательных ионов. С этой стороны видны в основном всякие электрические и гидравлические коммуникации.С обратной стороны видны небольшие отверстия через которые будут электрически вытягиваться лучи отрицательных ионов.В этом же здании сооружается следующий, еще больший стенд MITICA, где пучки будут не только создаваться, но и электростатически ускорятся до 1 МэВ, нейтрализоваться и очищаться от остаточных ионов - в общем все то, что требуется от инжектора нейтрального пучка ИТЭР, только без самого ИТЭР. В частности в 2018 году здесь сильно продвинулись в сооружении мегавольтного источника питания ускорительной системы и сделали заказ промышленности на внутренние кишочки MITICA. Элементы ускорительной системы MITICA - справа сложный радиочастотный источник отрицательных ионов, а слева концептуально простые, но адские сложные в изготовлении ускоряющие сетки, каждая из которых отделена 200 киловольтным потенциалом от предыдущей.Высоковольтная платформа источника отрицательных ионов MITICA, которая в работе будет находится на потенциале -1 мегавольт.ЗаключениеПостоянно появляющиеся проблемы, скольжение сроков рамках ИТЭР, конечно, вызывают и легкое разочарование, и сомнения, однако, как мне кажется, это карма любого большого проекта, тем более настолько рекордного сразу во множестве областей. Главное же, что проект движется вперед, и движется неплохо, по большинству позиций оборудования выполняя его в срок и с нужными параметрами. Будем надеятся, что наметившиеся сложности с планированием работ и монтажом оборудования на площадке ИТЭР уйдут и дата первой плазмы в декабре 2025 будет не слишком сорвана. Ну а я продолжу рассказывать о проекте и в частности в скором времени напишу подробный отчет о своей поездке на площадку.

Выбор редакции
02 января, 16:12

Мировая ядерная энергетика в 2018 году

  • 0

Сухая статистика.В 2018 году атомная энергетика отыгралось за провалы 2017 года - было подключено к сети 10400 мегаватт новых мощностей (против 3305 мегаватт в 2017), и при этом закрыто 2827 мегаватт старых, таким образом общая мощность АЭС выросла на 7,57 ГВт с 392.6 ГВт до 400,2. За 4 последних года, в итоге, изменения мощности выглядят так: 2015 год +7,9 ГВт, 2016 год +9,2 ГВт, 2017 год +1,075, 2018 +7,6  - в среднем ~6,4 ГВт прироста в год. Ядерный ренессанс второй половине 2000х во всей красе. В отличии от меня, база PRIS считает момент рождения новых блоков слегка невнятно - где-то это первое подключение к сети, а где-то "начало коммерческой эксплуатации", т.е. окончания всяческих испытаний на мощности, которые в среднем занимают примерно полгода после первой критики реактора (по которой обычно считаю новые блоки я). Отсюда будет некое расхождение с предыдущим годовым постом, и может быть конфликты с другими статистиками по датам. Всего в строй встало 9 новых энергоблоков, было окончательно остановлено 3 старых, начато строительство 5 новых (причем 3 из них - Росатомом). Все пущенные блоки относились к технологии PWR/ВВЭР, т.е. двухконтурных реакторов с водой под давлением. Давайте посмотрим на них ближе. Новые блоки1. Итак, первым в 2018 году в новую коммерческую эксплуатацию вошел пущенный еще в 2017 году 4 блок Ростовской АЭС, классический ВВЭР-1000. Полезная мощность блока, которую засчитывает PRIS - 1011 мегаватт, полная (из которой вычитаются расходы на собственные нужды блока) - 1070 мегаватт. Строительство блока началось в 2010 году, физпуск произведен 29.12.2018. Вид на герметичное отделение реактора 4 блока Ростовской АЭС во время монтажа - бассейн выдержки ОЯТ, перегрузочная машина и за ней - шахта реактора.2. Второе подключение к сети в 2018 году так же произведено в России на 1 блоке Ленинградской АЭС-2. Энергоблок с ВВЭР-1200 "ленинградской версии" (как обычно у нас, одного типа нового гигаваттного блока на страну мало - для ВВЭР-1200 есть "московская" версия, которые сооружаются на НВАЭС и вот "ленинградская") потроен в рамках замещения мощностей выбывающей ЛАЭС-1 (как известно 1 блок этой ЛАЭС был остановлен навсегда 22 декабря 2018 года, так что замещение подоспело как раз вовремя). Сооружение блока заняло около 10 лет и обошлось в 160 млрд рублей. Первый блок ЛАЭС во время строительства.3. Все оставшиеся пуски 2018 года произошли в Китае, и первым китайцем стал 5 блок АЭС Yangjiang с реактором типа ACPR-1000, который был подключен к сети 23 мая 2018 года. Интересно, что это очередной китайский блок, который прошел путь от первого бетона до подключения к сети меньше, чем за 5 лет (18.09.2013-23.05.2018). Ну и как можно понять, это 6 блок в 6-блочной АЭС реакторами типа CPR-1000, CPR-1000+ и ACPR-1000 - все это эволюционное развития французского реактора типа CP0. Панорама АЭС Yangjiang. Пятый блок тут второй слева. 4. Следующим китайским блоком, подключенным к сети 30 июня стал 1 блок АЭС Тайшань (Taishan) с мощнейшим реактором в мире EPR-1700 (1660 мегаватт полезной мощности) французской конструкции. Я подробно писал и про реактор и про его приключения (от начала первой стройки с этим типом до пуска прошло почти 13 лет) и про конкретный пуск на Тайшане. Остается только добавить, что после подключения к сети у разработчиков возникли проблемы с АСУТП, которые не позволяли вывести блок на полную мощность, однако еще до конца 2018 года эти проблемы были решены и в декабре блок вошел в коммерческую эксплуатацию. Что ж, поздравляем французских разработчиков РУ и китайских строителей. Турбогенератор Тайшань-1 - крупнейшая паровая турбина в мире.5. Сразу после долгожданного пуска первого западного проекта поколения III+ (после ВВЭР-1200, APR-1400 и ABWR, тоже в некотором смысле претендовавших на "III+") последовал пуск  Саньмень (SANMEN) с реактором типа AP-1000 (опять претендента на III+. На самом деле критерии этой классификации так размыты, что записать туда можно много чего). Этот проект задержался по сравнению с первоначальными планами на почти пять лет и стал в итоге очень громким и скандальным. Подробнее об этом событии в отдельном посте а еще в одном - описание технологических особенностей AP-1000. Здесь только добавлю что реальная полная мощность AP-1000 порядка 1250 мегаватт, т.е. он мощнее даже ВВЭР-1200 и сравним с ВВЭР-1300. А в зачет PRIS записало для Sanmen-1 1157 МВт полезной электрической мощности.Первые два блока АЭС Саньмень в процессе строительства. В целом запланированно еще 4 блока с AP-1000/CAP-1000, но пока это продолжение зависло по политическим причинам.6,7,8. Здесь китайцы решили удивить весь мир, после первого AP-1000 были сразу запущенны еще три блока этого типа (первый раз в истории за один квартал вводятся сразу 4 новейших блока) - Саньмень-2 24 августа, Хаянг-1 (HAIYANG) 17 августа и Хаянг-2 13 октября.  Первый блок АЭС Haiyang с реактором AP-1000. Выглядит, на мой взгляд, довольно прикольно. 9. Наконец, последним подключением 2018 года стал 5 блок АЭС Таньвань с реактором ВВЭР-1000, таким образом все три основных иностранных конкурента на китайском рынке показали в 2018 году свои возможности. Еще 990 мегаватт в китайскую копилку.Четверка блоков Тяньваньской АЭС, построенных китайцами по отчественному проекту ВВЭР-1000. ЗакрытияОкончательные остановы в 2018 году, как обычно, были более разнообразны по облику закрываемых АЭС. Первой в 2018 году ушла на покой одноблочная АЭС Oyster Creek, расположенная в штате Нью Джерси, США. АЭС с кипящим реактором типа General Electric BWR-2 в контейнменте Mark-1 (ровно такая же конфигурация, как 1 блоке АЭС Фукусима) была подключена к сети 1 декабря 1969 года и имела лицензию на работу до 1 декабря 2029 года.Основной причиной закрытия стала нерентабельность АЭС в условиях дешевого газа и необходимости выполнять работы по модернизации АЭС в условиях найденных регулятором проблем с оборудованием АЭС. В фонде ликвидации АЭС за 49 лет работы успела накопить 982 млн доллара, которых, по видимому хватит на полную ликвидацию станции по схеме "зеленая площадка + сухое контейнерное хранилище ОЯТ". В настощее время АЭС выкупила фирма Holtec, которая на деньги фонда берется за 8 лет выполнить вывод из эксплуатации и ликвидацию станции. Учебный тренажер щита управления энергоблоком АЭС Oyster Creek 3 октября на покой ушла двухблочная Тайваньская АЭС Jinshan (или Chinshan - встречаются разные транскрипции), сразу обееми блоками. Это так же 2 General Electric BWR-4 в контейнментах Mark-2, мощностью по 604 мегаватта электрических, пущенные 10 декабря 1978 и 15 июля 1979 года. АЭС закрыта в рамках "планового" непродления лицензии за 40 летний рубеж в условиях сворачивания Тайванем атомной энергетики. Правда, уже после закрытия, был проведен референдум, где народ Тайваня высказался за наличие атомных мощностей на острове, что стало неприятной новостью для антиатомно настроенного правительства. Тем не менее, на судьбе Jinshan это уже никак не скажется. Владелец АЭС депонировал ~600 млн долларов на будущую разборку АЭС, которая, впрочем, будет растянута минимум на 25 лет, так что сумма еще наверняка вырастет. Наконец, 22 декабря был остановлен 1 блок Ленинградской АЭС - первенец советской серии реакторов типа РБМК и гигаваттных энергоблоков. Подключенный к сети 22 декабря 1973 года он отработал ровно 45 лет и был остановлен по плановому непродлению лицензии в условиях нарастающей стоимости содержания энергоблока и наличия замещающих мощностей. За пять лет до остановки на 1 блоке ЛАЭС была проведена большая "хирургия" на искривляющейся графитовой кладке. Как и у остальных РБМК, здесь есть проблемы с выводом из эксплуатации - сложная обширная конструкция, наличие 2000+ тонн облученного графита подразумевают, что доведение ЛАЭС до "зеленой площадки" будет очень долгой и дорогостоящей процедурой. Пример того, как это делается, можно посмотреть в этой статье Начатое новое строительствоВ 2018 году стартовало строительство всего 5 блоков, причем 3 из них - проекты Росатома. Формально первым "первым бетоном" в 2018 стало начало строительства 1 блока АЭС Аккую в Турции с реакторами ВВЭР-1200. Однако в реальности первый бетон был залит где-то в октябре 2018 года.  Эта АЭС должна стать первой в Турции, имеющий большой дефицит энергомощностей, однако в силу непростых отношений Турции и России, проект имеет определенные шансы никогда не дойти до пуска реактора. 29 апреля был залит первый бетон в фундаментную плиту 1 блока Курской АЭС-2 с реактором ВВЭР-1300/ТОИ, здесь уже расхождений реальной и формальной даты не было. Это второй проект замещения АЭС с РБМК (теперь, как понятно, Курской) и заодно первая АЭС с реактором ВВЭР-ТОИ, который, по задумке проектировщиков, должен стать дешевле, проще и быстрее возводится. Оценить простоту, скорость и дешевизну можно будет лет через 5-8.Наконец, 14 июля 2018 года в присутсвии премьер-министра Бангладеш, первый бетон был залит в основание 1 блока АЭС Руппур.  Двухблочная АЭС Руппур с ВВЭР-1000 сооружается в стране, где средняя мощность электрогенерации не превышает 6 ГВт в районе энергоузла Bhemara на берегу реки Падма (нижняя часть Ганга). С учетом жесткого энергодефицита в 160-миллионной стране, проект имеет все шансы быть реализованным.  Установка закладной детали Устройства Локализации Расплава (УЛР, так же известная как "ловушка расплава" на фундаменте "ядерного острова", АЭС Руппур. В сентябре эстафету первых бетонов у Росатома переняла корейская KHNP, возобновив строительство 6 блока АЭС Shin Kori с реактором APR-1400. Этот блок стартовал еще в 2016 году, однако после избрания нового "зеленого" президента Южной Кореи Мун Джэ-ина это строительство было приостановлено. Сооружение Shin Kori 6.Финальным "новичком" 2018 года является первых блок АЭС Hinkley Point C с реактором EPR-1700. Новая английская АЭС, известная своей невероятно высокой стоимостью сооружается довольно споро, но при этом о каком-то подобии "первого атомного бетона" было заявлено только в декабре 2018 года, хотя уже летом 2018 года ситуация выглядела такНе понимаю, как эта круглая штука может не быть основанием "ядерного острова" блока, а бетон в ней быть неядерным, ну да ладно. Так или иначе, EDF объявило о первом ядерном бетоне, ознаменовав начало официального строительства пятого реактора проекта EPR-1700 в мире.  Таким был 2018 год с точки зрения главных событий ядерной энергетики. Надеюсь, в ближайшем будущем так же написать о планах пусков на 2019 год, как я делал это в прошлом году, что бы можно потом было оценить "сбываемость". Ну и всех с наступившим Новым Годом!

Выбор редакции
31 декабря 2018, 12:30

Возвращение в эфир

  • 0

Наконец я нашел время и силы на блог и надеюсь, что дальше все будет как обычно. Пока я отсутствовал здесь, успел поучаствовать в написании сценария к одному ролику, и пары статей в издания, которые выйдут позже.Постараюсь на выходных написать годовой пост про ИТЭР, пост про интереснейшие энергостратегии Европы, которые выпускались в декабре (к климатической конференции ООН), закончить "На пути к Укрытию".Пока же давайте разберем одну уже не очень новую новость по поставке топлива Westinghouse на Украину.Перегрузка свежего топлива Westinghouse ТВС-WR на Запорожской АЭС перед загрузкой в реактор. Данная новость интересна утекшими цифрами стоимости американского топлива и сравнением с цифрами по стоимости топлива ТВЭЛ. Но прежде чем смотреть на них, хочется дать небольшой ликбез по тому, как складывается стоимость топлива для АЭС.В атомной энергетике Европы и США сложилась практика закупки ядерного топлива "по частям": разные переделы закупаются у разных контор и передаются от одной к другой, владельцем их при этом остается энергооператор. Таких переделов четыре: добыча природного урана, конверсия его в гексафторид (и затем обратно в диоксид), обогащение по 235 изотопу, изготовление таблеток, твэлов и ТВС (для краткости этот передел называется фабрикация ТВС). Для какого-нибудь американского частного владельца АЭС совершенно обыденным является купить уран у австралийской BHP Billiton, конверсию провести на мощностях Orano (Areva), обогащение - на ТВЭЛ, и уже обогащенный урановый продукт отдать на фабрикацию Westinghouse.Отсюда получается, что для получения точной цены ТВС на загрузке в реактор мы должны иметь доступ либо к внутренним документам энергооператора, либо к аж 4 сливам разных контрактов этого оператора. Посмотрим, как это выглядит в случае поставки американского и российского топлива на Украину, цитирую новость:"В поставке от 15 января 2018 года говорится, что украинской нацкомпании передали 42 единицы тепловыделяющих сборок с необлученным диоксидом урана TB3-WR для реакторов ВВЭР-1000 на 810,85 млн грн ($ 28 млн): 6 шт. TB3-WR 348 SR и 36 шт. TB3-WR 382 RR. Средняя стоимость каждой из них составила $ 677 тыс."Подробнее: https://eadaily.com/ru/news/2018/12/05/yadrenoe-toplivo-pochem-westinghouse-dlya-ukrainyВ тексте "Cargo description" так же читается, что фирме URENCO для обогащения было передано 140,295 и 3,214 кг природного урана на общую сумму 17,5 млн долларов, из которых и было изготовлено эти 42 ТВС. Кроме того в тексте видно "120330,053 ОРР" - это количество единиц разделительной работы, которое было потрачено центрифугами URENCO для обогащения урана. Здесь не очень понятно, оплачивалось ли обогащение по отдельному контракту, или включено в эту таможенную декларацию. С одной стороны стоимость природного урана по декларации получается очень высокой - 121 доллар за кг, в 2,5 раза выше спотовых цен. С другой стороны, уран по долгосрочным контрактам до сих пор стоит порядка 100 долларов за кг, а не 50, как на споте. Наконец, стоимость 120 тысяч ЕРР должна составить 7-9 млн долларов, т.е. получается, что если мы видим "контракт на максимально выгодных условиях", то вполне возможна цена по 677 тысяч долларов за одну ТВС  включающая все этапы, из которых Westinghouse достается 250 тысяч долларов за фабрикацию топлива.  В декларации от 15 сентября этого года говорится о поставке идентичной партии, но уже по другой цене — 638 млн грн ($ 22,39 млн). Средняя стоимость каждой сборки составила $ 533 тыс.Здесь обогащением занимается уже не URENCO а... ТВЭЛ, точнее "внучка" Росатома предприятие Internexco gmbh. Судя по меньшей стоимости партии урана и ЕРР (13,4 млн долларов) в декларациях все же указывается полная стоимость всех переделов (известно, что TENEX/ТВЭЛ обогащают дешевле, чем URENCO). А теперь посмотрим на такие же декларации касательно поставок топлива ТВЭЛом. ТВЭЛ, в отличии от Westinghouse, интегрирует в себе кроме фабрикации еще и конверсию и обогащениемПо таможенной декларации от 16 июля 2018 года, ПАО «Машиностроительный завод» (входит в состав топливной компании «ТВЭЛ» «Росатома») поставило на Хмельницкую АЭС «Энергоатома» 42 единицы тепловыделяющих сборок для реакторов ВВЭР-1000 на сумму 907,45 млн грн. ($ 31,84 млн). Средняя стоимость одной тепловыделяющей сборки составила $ 758 тыс.Здесь издание, которое я цитирую, задается вопросом, каким образом получается, что бездуховные сборки Westinghouse оказываются дешевле ТВЭЛ? И приходит к выводу, что стоимость природной компоненты и обогащения надо учитывать отдельно (т.е. прибавить к стоимости первой партии 17,5 млн, а к стоимости второй 13,4), получая стоимость одной ТВ3-WR  больше 1 млн долларов. Мне это кажется неверным, иначе бы было совершенно неочевидно, почему вторая партия американских ТВС 2018 года оказывается на 22% дешевле первой, а более дешевое обогащение и уран хорошо бы объяснили этот момент. Конечно, не видя контрактов, остается пространство для интерпретации данных документов, однако в целом полезно видеть документальное подтверждение, что годовая партия топлива для 1 гигаваттного блока ныне стоит 25-40 млн долларов, при том, что электроэнергии блок вырабатывает от 350 до 750 млн долларов, в зависимости от цен на электроэнергию.P.S. Что бы два раза не вставать: вышла новая "красная книга" - выходящий раз в два года обзор запасов, добычи и потребления урана в мире, весьма авторитетное издание.Подробнее: https://eadaily.com/ru/news/2018/12/05/yadrenoe-toplivo-pochem-westinghouse-dlya-ukrainy

Выбор редакции
11 ноября 2018, 16:44

На пути к "Укрытию"

  • 0

Этот пост - новая часть из серии, посвященной аварии на Чернобыльской АЭС. У меня уже есть пост про саму аварию и первые дни героической борьбы с ее последствиями (недавно полностью переписанный мной, советую!) , обсуждение природы взрыва, про радиационное заражение, которое возникло в результате аварии , коротенький пост про роботов на ЛПА, Сегодняшний же пост посвящен строительству “объекта Укрытие”, призванного изолировать радиоактивные руины 4 блока ЧАЭС от окружающей среды, предотвратить дальнейшие выбросы и защитить от прямого гамма-излучения работающих на других блоках ЧАЭС. Это была во многом героическая, но и одновременно инженерно крайне интересная стройка, мало освещенная в популярной прессе.Классический вид на "саркофаг" или "укрытие" спустя ~20 лет после катастрофы. Сразу за краном - западная контрфорсная стена, левее - северная каскадная.Рубежом перехода от острой фазы катастрофы стало прекращение масштабных выбросов радиоактивных аэрозолей из остатков четвертого блока ЧАЭС, которое произошло 6-7 мая 1986. Потухший радиоактивный “вулкан”, хотя и снял с повестки дня гонку со временем и снизил остроту аварии, оставил после 6 дней выбросов ужасающую руководство атомной отрасли и страны картину превращения аварии на промышленном объекте в региональную, а затем и глобальную радиационную катастрофу. Эвакуация Припяти, создание опасной для жизни зоны размером ~100х50 км, выпадение радиоактивных осадков по гигантской территории европейской части СССР, а также в нескольких европейских странах - первая неделя катастрофы приводит к одному стремлению - не допустить дальнейшего рассеяния радионуклидов из 4 блока ЧАЭС!Карта выпадения в результате аварии одного из самых летучих и неприятных изотопов Cs137Но, есть и другое, более рациональное желание - не потерять и саму ЧАЭС, возможность людям находиться на ней. Ведь это не только важный объект энергогенерации, но и радиационно и ядерно-опасный объект, за которым надо следить и эксплуатировать. А для этого нужно снизить радиоактивное заражение промышленной площадки АЭС, закиданной остатками активной зоны 4 реактора.Проектные институты Минсредмаша СССР  (напомню, что под этой вывеской скрывалось атомное министерство) в ходе мозгового штурма в мае 1986 года предложили множество вариантов изоляции останкой 4 блока, в том числе:“Курган”, предполагавший засыпку 4 энергоблока холмом грунта. Однако, этот вариант приводил к потере 3 энергоблока (который тоже оказался бы засыпан) и имел проблемы с обрушениями конструкций, которые приводят к выбросам радиоактивной пыли. “Монолит”, предполагавший заливку бетоном 4 энергоблока в монолит. Отвергнут из-за проблем с прочностью фундамента, не рассчитанного на такой вес и большими сложностями с заливкой внутренних помещений целиком (из-за воздушных подушек), и опять же обрушениями.“Арка”, предполагавшая сооружение надвижной на остатки 4 энергоблока конструкции. Самый щадящий по облучению строителей вариант, не прошел ввиду технологической сложности и длительности сооружения (как мы знаем в реальности эти оценки оправдались - “Новарка” сооружалась 5 лет и имела впечатляющую сложность)Многочисленные проекты независимой обстройки останков 4 энергоблока. В основном были отвергнуты по причине крайне высоких дозовых нагрузок на строителейВ итоге, за июнь был сформирован проект сооружения “Укрытия”, использовавший уцелевшие строительные конструкции 4 энергоблока ЧАЭС и решавший вопросы стабилизации радиоактивных руин и экранирования остальной площадки АЭС от гамма-излучения выброшенного топлива.Инженерные танки ИМР, которые видны на первом плане имели штатное ослабление гамма-излучения в 10 раз и фильтро-вентиляционную установку и активно использовались для сгребания радиоактивных обломков и грунта и разравнивании засыпки свежего грунта. Кроме того на фото видна площадка окончательного монтажа блоков "укрытия", кран DEMAG а слева - здание ХЖТО (хранилища жидких и твердых отходов) из которого велось управление монтажом укрытияОсновной сложностью для проектировщиков (кроме страшно сжатых сроков и недостатков информации) была проблема высокого радиоактивного излучения на будущей площадке строительства. Непосредственно возле блока максимальная разрешенная доза набиралась бы рабочими за 2...10 минут, и в отличии от “крышных котов”, убиравших обломки (о них дальше), здесь невозможно было обойтись многократной сменой рабочих на позициях. Необходимо было разработать комплекс технологий, позволяющих строить “Укрытие” без переоблучения персонала. В итоге  в строительстве использовались такие решения:С помощью инженерных машин разграждения(ИМР), часть из которых была так же обшита дополнительным свинцом сгрести максимальное количество обломков и загрязненного грунта с площадки будущего строительства к зданию разрушенного блокаПутем подсыпки свежего грунта организовать площадки (в относительном удалении от станции - 2..5 км) для монтажа будущих элементов конструкцииСтроительство “Укрытия” вести путем установки максимально крупных металлоконструкций друг на друга (без монтажа) с последующей заливкой бетоном, фактически речь шла об дистанционной установке опалубкиИспользовать уже установленные стенки, как радиационную теневую защиту для работы техники по монтажу следующих ступеней. Множество мелочей - перегрузка материалов, приходящих на строительство с “чистых” грузовиков на “грязные”, освинцованные конструкции, дистанционная разведка и контроль строительства и т.п. и т.д.Еще одним "героем" первых месяцев ликвидации последствий аварии станет инженерная машина БАТ-М, бульдозер с краном и фильтро-вентиляционной установкойПервым, довольно героическим, этапом строительства “Укрытия” стало уменьшение загрязненности площадок будущего строительства. С помощью обшитой свинцом техники, ну а также кое где вручную, с привлечением армии и работников минсредмаша производилось снятие зараженного грунта (5-10 см), с вывозом его в места хранения, подсыпка чистого грунта, укладка бетонных плит, нанесение пленкообразующих составов (для связывания радиоактивной пыли), дезактивация стен и крыш зданий (водой и щавелевой кислотой).  На самых “горячих” местах грунт заливался толстым слоем бетона для организации рабочих мест. Крупные загрязненные фрагменты, выброшенные части активной зоны были сдвинуты к завалу возле западной стены 4 блока ЧАЭС.Следующим этапом, который начался в июле 1986 стало сооружение так называемых “пионерных” стенок по периметру блока. Высотой и толщиной 4-6 метров, эти стенки должны были служить биозащитой для работающих на строительстве людей и техники. Поскольку сооружались они в тяжелейших радиационных условиях (кое где фон доходил до 250 р/ч), то делалось это полудистанционно - с помощью ИМР сооружались ЖД-пути (впрочем, с 1 стороны были использованы уже существующие пути), на них закатывались жд-платформы с установленными на них конструкциями стены и линиями бетонопровода, а затем из удаления вся эта конструкция бетонировалось. К середине августа “пионерные” стенки были сооружены с трех стороны от блока.Последняя фотография уже с поздних этапов сооружения "Укрытия". Внизу кадра видна забетонированная южная "пионерная стенка"Самое начало работы с северной стороны блока. Видно обнаженное помещение барабана-сепаратора (множество трубочек внутри здания). Между зданием и площадкой уже установлена пионерная стена, а площадка засыпана свежим грунтом. Параллельно была начата работа по строительство разделительной бетонной стены между 3 и 4 блоком, а также в машзале между турбоагрегатами 3 и 4 блока. Эта работа стала одной из самых сложный, т.е. здесь нельзя было применить совсем дистанционные методы. В машзале основная высота разделительной стены выполнялась установкой опалубки мостовыми кранами и заливкой ее бетоном. Выше точек, куда могли ставить краны пришлось ставить стенку вручную, со значительными дозозатратами строителей, и разделительная стенка станет одним из самых  “человекозатратных” объектов Укрытия.Вид на монтаж щитов второго "каскада" из корридора, соединявшего ХЖТО и ЧАЭС. Из этой точки было удобно наблюдать, но фон здесь был порядка 25-50 р/ч, поэтому делать это можно было только очень кратковременно. Видны краны 500 тонник и 650-тонный кран с суперлифтом (он сразу за рукой дозиметриста)Внутри здания реакторных отделения блоков 3-4 разделительная стенка выполнялась путем установки в проеемы больших бетонных блоков и цементирования щелей вокруг под биозащитой этих блоков. Коммуникации между 3 и 4 блоком резались по живому, что потом приведет к сложностями при перезапуске в 1987 3 блока обратно в работу.Монтаж части разделительной стены краном с освинцованными кабинами машиниста и водителяВ июле 1986 под прикрытием здания ХЖТО была создана укрупнительная база для металлоконструкций “Укрытия” и под прикрытием пионерной стенки - монтажная база. Внизу по центру - здание ХЖТО и видны укрупняемые конструкции угловой башни под его прикрытием. Так же проглядываются ЖД пути и платформа, с помощью которых металлоконструкции вытаскивали под краны.Монтаж секций металлоконструкций осуществлялся 3 немецкими кранами DEMAG, 2 из которых были срочно куплены СССР под задачу ликвидации. Для 1986 года эта была самая производительная крановая техника в мире - гусеничные краны грузоподъемностью 500 и 650 тонн (с использованием мобильного противовеса - суперлифта), что позволяло вести монтаж “Укрытия” максимально крупными фрагментами. Вторым важнейшим “импортным” элементом стали бетононасосы Putzmeister с длинными стрелами, позволяющие заливать полые металлоконструкции бетоном без излишнего приближения к радиоактивным руинам (забавно, но через 25 лет, Putzmeister будут играть важную роль и на ликвидации последствий аварии на Фукусимской АЭС).Сентябрь 1986, монтаж 2 каскада каскадной стены, его элементы висят на траверсе, позволяющей саморасстроповку конструкций после установки. Видны 2 крана DEMAG (№16 и 21), суперлифт и стрела бетононасоса "Пуцмейстер". Кран с суперлифтом стоит перед пионерной стенкой и работает под ее защитой. За работающей техникой начинаются завалы с фоном в тысячи рентген/час.Проект “Укрытия” предусматривал создание бетонного саркофага над разрушенной и заваленной обломками северной стеной реакторного здания. Эта часть была названа “каскадной стеной”, т.к. представляла собой каскад все более высоких и все более близких к блоку террас, при это сооружение их велось полудистанционно - установка металлоконструкций (МК) выполнялась кранами DEMAG с помощью траверсы с самоотцепом после установки, а заливка бетоном - бетононасосами под защитой предыдущего каскада. Управление стройкой велось дистанционно из бункера в здании ХЖТО с помощью телекамер, хотя, конечно, кроме крановщика на площадке вынуждено находились строповщики, управлявшие положением МК при установке с помощью многосотметровых фалов.После бетонирования двух каскадов, на первый устанавливали бетононасосы и под прикрытием биозащиты второго бетонировали третий. Роль строповщиков, за фалы управлявших положением монтируемых МК часто выполняли "партизаны" - призванные из запаса военнослужащие.Первый каскад выполнял также функции бетонного саркофага для обломков реактора, которые особенно обильно высыпались с северной части блока, а также сгребенных туда обломков их других мест площадки и зараженной в ходе этой работы техники. Бетонирование этого каскада-саркофага не обходилось без проблем - утечки бетона, оседание конструкции, обрушения обломков с выбросом пыли - хорошая иллюстрация, почему захоронения РАО не делают по принципу “ссыпать в яму и залить бетоном”. Интересно, что для уменьшения объема бетонирования, внутрь металлоконструкций забрасывались секции башенных кранов, обшитых сеткой-рабицой, которые выполняли роль “вытеснителей”. Вид на бетонирование 2 каскада. Видны щиты стены-опалубки с мощными распорками и заброшенные за них секции башенных кранов, обшитые сеткой для уменьшения объема заливаемого бетона.Сооружение 4 каскадов высотой от 10 до 30 метров заняло 2,5 месяца и было закончено к октябрю. Окончание строительства "Каскадной стены" и команда монтажников, отвечавших за металлоконструкции (были еще бетонщики, крановщики и т.п.)На углу здания была возведена башня из металлоконструкций, к которым с запада примкнула т.н. контрфорсная стена (по названию треугольных упорных элементов - контрфорсов). Все эти элементы также были смонтированы и забетонированы в том же стиле, что и каскадная стена, но уже в конце. Главной задачей после сооружения "каскада" стало строительство кровли, закрывающей блок сверху.Вот среди этих смертоносных развалин надо было найти опору для кровли, о чем рассказанно ниже. В процессе этого поиска использовалась не только фотосъемка, и но "нырки" в защищенной освинцованной кабинке, переносимой краном, и удары специальными грузами по потенциальным точкам опоры. Параллельно строительству стен велось и сооружение кровли “Укрытия”. Однако, прежде чем рассказать об этой части, необходимо вспомнить о “крышных котах”. Так называли отряд людей, задача которых была расчистка кровли от обломков активной зоны - графита, твс, технологических каналов, поглотителей и т.п. При этом мощность радиоактивных полей была настолько высока, что работы выполнялись бегом и не более 1-2 минут, после чего люди сдавали смену следующей бригаде и уезжали из зоны радиоактивного заражения. Через эту работу прошло почти 4000 человек. Советую посмотреть не только видео сверху, но и вообще множество потрясающей кинохроники с комментариями по работе "крышных котов" и ликвидации последствий аварии вообще на канале Telecon documentaryРегулярно всплывает вопрос (не)использования робототехники в Чернобыле и на Фукусиме - в принципе я уже писал большой текст про роботов на Фукусиме, и небольшой про Чернобыльских, но здесь только резюме: роботы не стали основной рабочей силой на ЧАЭС не из-за радиации, а просто в силу ущербности их кинематики, невозможности сравниться с человеком в ловкости и главное - скорости. На это так же влияет сложности манипулирования роботом, если оператор видит обстановку через 1-2 тв-камеры (сегодня эту проблему пытаются решить с помощью дополненной и виртуальной реальности, но понятно, в 1986 году мало кто вообще догадывался об этой сложности). В следующих частях мы еще вернемся к тематике робототехники и дистанционной техники в радиационных авариях и работах.Радиоуправляемый бульдозер KOMATSU, впрочем, использовался довольно активно.Так или иначе, к осени крыша была расчищена от обломков реактора, и строители приступили к сооружению защитной кровли. Непосредственно над центральным залом с бывшим реактором необходимо было расположить биозащиту из бетона. Поскольку строить опору для бетонной конструкции 70х50 метров было невозможно, а здание реактора было в непонятном состоянии после взрыва, пришлось рисковать, используя самые сохранившиеся конструкции здания для опирания будущей верхней биозащиты “Укрытия”На этой фотографии видно опирание кровельных балок и трубного наката на стену с помощью промежуточной металлоконструкции.С помощью “батискафа” - обшитой свинцом кабинки, переносимой кранами DEMAG  - проектировщики “ныряли” в радиоактивные руины, рассматривая потенциальных кандидатов под опору кровли. Выбранные в итоге точки (например вентшахта) дистанционно подливались бетоном (хотя эта операция оказалась в основном неудачной, и вообще, лить бетон без возможности поправить дистанционно установленную опалубку, оказалось крайне мучительной затеей), на них были установлены кранами опорные металлоконструкции и сооружение кровли началось.Разрез "Укрытия", север справа. Балка "Самолет" обозначена номером 27.Ее конструкция предусматривала расположение гигантских опорных балок (Б1, “Самолет”, Б2, Б5, “Мамонт”, “Осьминог”), опирающихся на уцелевшие конструкции 4 блока. На балку Б1, прямо над центральным залом, устанавливались трубы большого диаметра, этот трубный накат и защищал от гамма-излучения идущего вверх (которое рассеивалась воздухом во все стороны, создавая вокруг 4 блока приличное поле).На этой фотографии видно устройство южной половины кровли. Левее всего виднеется трубный накат (диаметр труб - 1,5 метра), опирающийся на "Самолет", дальше балка Б5, "южные тяжелые щиты", опитающиеся на балку "Мамонт" и наконец южные "клюшки", опитающиеся на "Осьминог".Первым к установке шел “Самолет”, представляющий собой две балки длиной 40 метров разнесенные на 25 метров и связанные между собой пространственной фермой из труб. Вес конструкции составлял 165 тонн а с траверсой (подвеской) - 177 тонн, что было даже чуть больше возможностей DEMAG при работе на большом вылете.Балка "Самолет" в монтаже. С перевозкой тяжелых конструкций, кстати, регулярно возникали проблемы - ломались тралы и тягачи, иногда для скорости приходилось просто последовательно переставлять конструкцию краном.Для большего погружения мне хочется привести цитату из книжки "Схватка с неизвестностью", посвященную довольно драматическому моменту установки балки "Самолет" в проектное положение.“Привезли “Самолет”, установили в предмонтажное положение, застроповали и начали поднимать. Все с нетерпением ждали, когда это закончится. Когда мы подняли, все шло нормально. Стали опускать стрелу и майновать (поднимать) груз. Вылет стрелы за счет ее опускания достиг проектной отметки монтажа. И вот, когда оставалось метра 2-2,5 опустить мы с Пашей Калининым пошли смотреть (из бункера к крану) этот самый ответственный момент. Команды давал Н.К. Страшневский, он отвечал за подъем. Мы с Пашей стоим за суперлифтом и вдруг слышим треск. Задние колеса суперлифта отрываются от земли и эта 400-тонная машина начинает качаться в воздухе. При этом сам кран, груз и стрела крана качаются вместе с суперлифтом. Левая гусеница на месте, а он качается и качается. Мы стоим и смотрим, чем все это кончится. Единственная мысль в голове “Упадет, не упадет?” Визуально мы видим, что вспомогательная 70-метровая стрела согнулась дугой. Представляете? На ней же висит груз. Я говорю: “Что сейчас будет?” “Как что?” - отвечает Павел. - “Стрела сейчас сломается и все рухнет. Надо уходить”."Самолет пошел на взлет". Это уже вторая, более успешная попытка. Обратите внимание, как близко кран стоит к зданию. А в это время крановщик и Н.К. Страшневский, сидевшие в кране уже его покинули. Мы видели, как фигуры одна за другой бегут от крана по площадке. Мы идем, а я думаю: “Если сейчас упадет, все это разрушит, и еще вдруг взрыв [реактора - tnenergy] произойдет?” Представляешь, 1200 тонн вместе с “Самолетом” упадут, все будут рушить, все корежить, и еще от машзала ничего не останется, и еще останки реактора не понятно как себя поведут? Тысячи мыслей в голове. Я говорю “Паш, как ты думаешь?” Он: “Должен упасть”. Мы отошли к зданию ХЖТО, смотрим. Груз раскачивается. Суперлифт встал в такое положение: задние колеса метра на 2 от земли оторвались. А передние стоят на земле. У меня мысли в голове “Сколько мне дадут?”, потому что я по большому счету крайний. Я подписывал, что площадка готова, мой кран в идеальном состоянии. В тот момент, когда это все произошло, я не знал, что правая гусеница просела, были проблемы с засыпкой площадки. Но потом мы поняли, что раз стрела изогнулась, то есть наклон всей конструкции, небольшой, 3-4 градуса, но этого достаточно. Поднимаемся наверх. Рудаков спрашивает: “Что произошло?” - “Трос лопнул, перекос суперлифта”. - “За счет чего?” - “Наверное кран наклонился, просела гусеница” - “Ну и что будем делать?”. “Тут рядом контейнер, загруженный свинцом. Поскольку суперлифт с краном связан, попробуем для устойчивости прижать его 40-тонным контейнером. Стрела должна немного подправиться, а утром я вызову кранового, поставим груз на площадку и вернем в предмонтажное положение”.Этот план сработает. После укрепления площадки вторая попытка установить “Самолет” будет успешна, при этом выдержат и стены разрушенного блока. Начнется монтаж трубного наката. Однако маленький эпизод показывает реальное напряжение сил и техники, которое нужно было для ведения столько непростого строительства. Конец первой части.Радиационная обстановка вокруг "Укрытия" в наше время (до установки "Арки")

Выбор редакции
01 ноября 2018, 19:18

Робосклады продолжают эволюционировать

  • 0

В свое время мне приходилось погружаться в тему роботизированных складов, где точная механика пытается соревноваться в скорости с водителями штабелеров (которые работали на не роботизированных складах). В принципе уже тогда были десятки форм роботов, но выглядело это все не очень эффективно, обычно решая какую-то одну небольшую задачу, ну скажем, доставления складируемого груза к комплектовщику и обратно в ячейку хранения, что-то вроде вот этогоПотом появилась система KIVA (которую купил Амазон) - уже что-то прикольное и выглядящее производительным, но все равно, на мой взгляд, довольно узко заточенное под задачи АмазонаНо вот, буквально недавно люди догадались, что для роботизированных складов можно не мимикрировать под людские склады. Для начала анимация того, как устроена новая системаХранение все еще не совсем универсально (например, типичная проверка склада на универсальность - умение хранить и выдавать выхлопную трубу машины), но гораздо, гораздо компактнее и может быть полностью автоматизировано в довольно универсальном ключе. Под последним я понимаю, что не придется для каждого склада изобретать свою систему конвееров, сканеров, перегружателей, автоматизировать это хозяйство, отлаживать и ловить исключения - здесь можно довольно уверено обойтись одними масштабируемыми решениями. И как это работает в реальности:Хотя, кажется, здесь отказались от "откапывания" корзин, которые редко нужны, но на мой взгляд, это будет реализовано в дальнейшем. Ну и напоследок уже доволько старенькое, но все еще очень впечатляющее видео с кучей промышленных манипуляторов, и с тем, что они умеют делать. Не зря это видео снято в Германии, ведь современные роботы - это на 60% умение проектировать крутую механику, на 30% - ПО и всего лишь на 10% - электроника. А в механике немцам, все же, пожалуй, нет равных.

Выбор редакции
29 октября 2018, 13:01

В России успешно написали отчет по ключевой системе ядерного космического двигателя

  • 0

С сегодняшнего утра мне уже несколько раз прислали ссылку на новость, где написано буквально "В России успешно испытали систему охлаждения ядерной электродвигательной установки мегаваттного класса." Исходным источником новости является ТВ Звезда, которая в подтверждение успешности испытания ссылается на документы госзакупки.... от 29.09.2016 года.Закупка эта производится на научно-исследовательскую работу Разработка предложений по летной верификации результатов наземных испытаний и проведению испытаний ключевых систем перспективных ЯЭДУ в космическом пространстве (Шифр НИР: "Верификация") Для этой закупки, на наше счастье, есть техническое задание, из которого можно узнать, что НИР направлена на разработку космических экспериментов, верифицирующих наземную отработку узлов ЯЭДУ мегаваттного класса, результатом НИР должны стать проекты этих космических экспериментов с элементами ЯЭДУ.Картинка в подтверждение новости "В России успешно испытали систему охлаждения ЯЭУ мегаваттного класса"Еще раз: результатом НИР должно стать описание на бумаге, как можно было бы проверить работоспособность космического буксира с ЯЭУ мегаваттного класса (этот проект хорошо известен под шифром ТЭМ - транспортно-энергетический модуль), не запуская сам буксир. Где здесь "успешное испытание системы охлаждения", я не знаю.Можно, конечно, предположить, что в реальности, действительно, прошло испытание системы сброса тепла (холодильников-излучателей), скорее всего не полноразмерных, а элемента панелей - его вполне можно провести на существующих термо-вакуумных стендах. Однако, ирония тут в том, что НИР заказана именно потому, что нигде в мире нет термо-вакуумного стенда, в котором можно было бы испытать полноразмерную систему охлаждения ТЭМ, прежде всего по охлаждению (нужно отводить ~2,5 мегаватта тепла на температуре жидкого азота).Кроме того, не слышно, что бы Минфин внезапно бы расщедрился, и откатил бы обратно сокращение финансирования Роскосмоса по ФЦП "Космос-2025" (а сумма в 2016 году была сокращена с 3 до 1,5 триллионов). Эта усушка финансирования привела к тому, что по ТЭМ до 2025 года решено было отделаться наземными испытаниями и разнообразными НИР, описывающими, как именно нам снять все технические риски к 2025 году, что бы уж потом-то точно построить и запустить летный ТЭМ. В частности кроме основной ОКР "Нуклон", по которой создаются технологии, которые позволят построить к 2025 году наземный прототип ТЭМ были заказаны НИР "Верификация", НИР "Отработка" (400 млн рублей) и НИР "Ядро" (160 млн рублей) - все они направлены на проработку проектного облика ТЭМ и снижение технических рисков.В итоге, из общей картины, я считаю, что у либо ТВ Звезда заменила "источники" первой попавшейся тематической госзакупкой, то ли у корреспондента сработала "напоминалка" по этой НИР, которая должна была закончится как раз в октябре 2018 года и так появилась новость, вводящая в заблуждение.P.S. Еще у меня про ТЭМ и про ядерные космические реакторы (и слайды лекции по этой тематике), а так же про реально испытываемый сегодня американский Kilopower.

Выбор редакции
22 октября 2018, 16:34

АЭС в Узбекистане и кредиты Росатому

  • 0

19 октября 2018 года в присутствии Путина и президента Узбекистана Шавката Мирзиёева был дан символический старт строительству АЭС российского дизайна в Узбекистане. Новая стройка в очередной раз всколыхнула тему кредитования экспортных АЭС Росатома - в частности под АЭС в Узбекистане планируется выделение 11,4 млрд долларов кредита (при полной стоимости строительства в районе 13 млрд долларов).Макет будущей Узбекской АЭС (c) Атоминфо. Видно, что проект визуально схож с энергоблоками ВВЭР-1200 НВАЭС-6,7Атомные электростанции являются одной из самых дорогих форм инфраструктуры, особенно если брать единичные объекты. Учитывая так же длительность жизненного цикла АЭС, поиск финансирования для их строительства всегда является весьма непростым квестом.В частности, в почти всех экспортных проектах Росатома фигурировали кредиты от Правительства РФ начиная прямо с первой волны АЭС: Тяньвань 1&2 в Китае, АЭС Куданкулам 1&2 в Индии строились на международные кредиты Минфина РФ и только 1 блок АЭС Бушер сооружался на деньги заказчика (впрочем, сумма там была настолько невысока по современным меркам, что это неудивительно).В дальнейшем, правда, Китай перешел на внутренние кредиты для строительства Российских АЭС (в т.ч. потому что произошла значительная локализация проектов - до 70% расходов идет китайским подрядчикам). Иран также нашел внутренние источники для оплаты 2 и 3 блока АЭС Бушер. Индия же продолжает исправно получать кредиты на строительство последующих очередей АЭС Куданкулам, впрочем, погашение первого кредита идет даже быстрее обязательств.Что касается новых экспортных направлений, то здесь ситуация гораздо более напряженная для Российских финансистов. Практически все проекты и все контракты новых АЭС на атом имеют Российское финансированиеПервенцем этой новой кредитно-атомной волны стала Белоруссия, получившая линию на 10 млрд долларов для строительства Белорусской АЭС. Основной механизм выделения финансов, впрочем, поменялся по сравнению с эпохой первой очереди Тяньваня и Куданкулами - кредитором стала госкопорация ВЭБ. Сам ВЭБ имел разные источники финансов - но во многом это были заемные средства с рынка, а разница в процентных ставках покрывались государством. Были и моменты прямого дофинансирования атомных проектов их госбюджета, однако, пока кредитов на строительство АЭС было мало, эти финасовые потоки тоже не были особо заметными.И здесь, мне кажется, кроется интересный момент - где будут взяты деньги на все имеющиеся проекты, а именно Куданкулам + Руппур + Аккую + Ханхикиви + Аль Дабаа + Узбекистан ~73 миллиарда долларов, 4,7 триллиона рублей?Поскольку выделение реальных денег при строительстве АЭС идет довольно долго - от 5 до 10 лет, а для бюджета еще и замазано привлечением ВЭБ разнообразных коммерческих кредитов, то до сих пор этот вопрос закрывался обычным бюджетным процессом, и лишь под капитализацию проекта АЭС Ханхикиви были использованы деньги ФНБ.Однако, видимо, такому положению вещей приходит конец. С одной стороны сокращается сам Федеральный Бюджет и борьба за его деньги становится более ожесточенной. При этом ВЭБ все больше погрязает в "плохих долгах" и требует все больше денег на решение старых проблем. С другой стороны вместо масштаба 1,5-2 миллиардов долларов в год к началу 2020х стоит ожидать 5-7 миллиардов долларов в год.Поэтому финансирование будущих проектов сейчас переносится на ФНБ. Интересные подробности этого рассказал (в новости РБК) министр финансов СилуановПо закону это станет возможно после того, как объем свободных средств ФНБ превысит 7% ВВП. Об этом журналистам рассказал первый вице-премьер — министр финансов Антон Силуанов.Общий объем ФНБ в конце текущего года составит 3,8 трлн руб., а свободный объем резервов (валюта, не связанная существующими инвестициями и хранящаяся на счетах в ЦБ) — 2,2 трлн руб. В начале 2019 года в ФНБ будет зачислена валюта, накопленная в результате покупок Минфина по бюджетному правилу на нефтегазовые сверхдоходы. В результате в конце 2019 года объем ФНБ достигнет почти 8 трлн руб., а без учета средств, уже размещенных в активы, — 6,4 трлн руб. Таким образом, правительство приблизится к объему ФНБ в размере 7% ВВП. После достижения этого уровня власти имеют право направлять деньги из фонда на инвестиции, рассказал Силуанов.Получается, что все грядущие атомные стройки будут финансироваться из нефтегазовых сверхдоходов - и в случае снижения цен на нефть или роста расходов бюджета (и уменьшении потока денег, идущих в ФНБ) денег на атомный экспорт может и не хватить.Например АЭС Аккую в настоящий момент профинансирована из госбюджета на 119 миллиардов рублей. Из этих денег начата реализация проекта, но уже сейчас заключены контракты на поставку оборудования на сумму, большую, чем 119 млрд рублей - а еще есть непосредственно строительство, которое в структуре себестоимости АЭС может занимать до 60%.Очевидно, что если Росатом не разрешит кризис вокруг поиска турецких партнеров, готовых вложить до 10 миллиардов долларов в АЭС, то для продолжения строительства понадобятся срочные вливания из того же ФНБ.Как видят ситуацию с возможным перекрытием крана из ФНБ финансисты Росатома. В итоге, если внутри России сложившееся финасирование новых АЭС ведет к снижению темпа строительства до минимума, то экспортные проекты оказываются в крайне некомфортной ситуации, когда в случае падения цен на нефть могут встать сразу несколько проектов. Формально, экономисты Росатома вспоминают и другие источники финансирования, но на мой взгляд, коммерческие банки в мире сегодня, мягко говоря, не согласны финансировать стройки АЭС в Египте или Турции. Посмотрим, конечно, как будут развиваться события, и какие механизмы придумают специалисты, но на сегодня, по моему мнению, ситуация неустойчива для старта множества новых проектов АЭС.

Выбор редакции
21 октября 2018, 12:15

Видео лекции по возобновляемой энергетике

  • 0

Видео из ВК к сожалению, ЖЖ не вставляет, поэтому ссылкойНу и слайды к лекции

Выбор редакции
17 октября 2018, 00:05

Лекция в Ставрополе 20 октября

  • 0

На мероприятии "Открытые лекции популяризаторов науки" 20 октября в Ставрополе прочитаю лекцию про возобновляемые источники энергии - их бурный рост, технологии, взаимосвязь с другими источниками, перспективы, проблемы и т.п. Один раз уже эту лекцию читал на Гикпикнике, и вроде всем (в т.ч. мне) понравилось, так как удалось уложить в нее многие наработанные за последние годы мысли и аналогии по этому явлению, которое для большинства пока еще терра инкогнита.Конкретика:Если кто-то из Ставрополя меня читает - приходите.

Выбор редакции
07 октября 2018, 22:54

Даунгрейд сделал исследовательский реактор ВВР-К лучше

  • 0

Все ядерные реакторы в мире можно поделить на 4 категории: энергетические, транспортные (атомные подводные лодки), наработчики изотопов и исследовательские. Интересно, что последняя категория почти что не мелькает в СМИ, но при этом является наиболее массовой: в мире работает 670 исследовательских реакторов и критсборок. Сегодня мы поговорим немного об этой категории реакторов в целом и об одной любопытной модернизации исследовательского реактора ВВР-К в Казахстане.Вид на исследовательский реактор бассейнового типа - на дне в центре большого бака с водой расположена активная зона с квадратными тепловыделяющими сборками (ТВС). Итак, исследовательские реакторы (ИР) - обширный зоопарк типов реакторов, решающих следующие задачи:Учебные реакторы для подготовки кадров атомной отрасли, обычно это бассейновые реакторы мощностью до 5 мегаваттИсследовательские реакторы, на которых отрабатываются новые идеи по технологиям и схемам реакторов - сегодня это всякие жидкосолевые или растворные машины, реакторы со сверхкритической водой и т.п. - в общем в тех прорывных направлениях, где очень сложно построить сразу большую машину.Источники нейтронов для физических задач, обычно это исследования материалов, их динамики, нейтронография, нейтронный активационный анализ и т.п. Материаловедческие реакторы - универсальные машины для испытания новых материалов (очевидно) для энергетических реакторов но также для первичной оценки новых конструкций топлива, изучения поведения топлива при авариях, изучения технологий новых теплоносителей (жидкие металлы, соль, газы) и т.д. Наработчики изотопов - часто эту функцию совмещают с предыдущей. Сегодня реакторы активно используются для наработки медицинских изотопов, кобальта-60, изотопов для науки и т.п.Критические сборки. Это реакторы околонулевой мощности, на которых экспериментально проверяются нейтронно-физические расчеты и безопасность новых конструкций реакторов (де-фактов все сильно новые конструкции и композиции реакторов проходят моделирование на критсборках).Из этого спектра ИР типы 1,2,6 обычно имеют невысокую мощность и относительно просты по конструкции, а 3,4,5 - наоборот относятся к так называемым высокопоточным реакторам. Видео пуска и работы 5-мегаваттного учебного реактора Penn State Breazeale Reactor типа TRIGA Mark-IIIОсновной удельной характеристикой высокопоточных реакторов является, как следует из названия, высокий поток нейтронов в активной зоне (АЗ). Чем выше поток нейтронов - тем быстрее можно провести материаловедческое исследование (например за 3 года против 10) или наработать новый изотоп. Более того, некоторые изотопы, скажем Калифорний 252 невозможно получить в реакторе с низким потоком - он будет распадаться быстрее, чем нарабатываться.Как добиваются высокого потока нейтронов в реакторе? Нейтроны в АЗ рождаются в делениях топливного материала и далее либо улетают за пределы АЗ, либо поглощаются конструкционными материалами в АЗ, либо продолжают цепную реакцию, вызывая следующее поколение делений. Самый мощный “рычаг” увеличения потока нейтронов - это чаще делить атомы топлива (урана 235, 233 или плутония 239), т.е. просто увеличить мощность. Больше тепловая мощность - больше нейтронная мощность (точнее, в обратном порядке) - больше поток нейтронов. Таким образом, используя стандартные решения от энергетических собратьев легко получить нейтронный поток ~10*14 нейтронов в секунду через сантиметр квадратный в центре активной зоны. Но, понятно, всегда хочется большего (например исследовать повреждения нейтронами металлов реактора быстрее чем в реальном времени, не 60 лет, а хотя бы 6). Первое, что сделали инженеры-проектировщики ИР - это увеличили теплонапряженность твэлов ИР, поменяв их конструкцию. Круглые трубки с таблетками UO2 - это хорошо, но нам нужно большее соотношение площади поверхности к объему топлива. Так появились тепловыделяющие сборки ИР с трубчатыми и пластинчатыми твэлами. К сожалению на этом пути быстро встала проблема с нейтронной физикой - увеличивая площадь мы увеличиваем удельную долю материала оболочек и теплоносителя в активной зоне. Все больше нейтронов поглощается этими “паразитными” материалами, и в какой-то момент реактор перестает выходить на критичность. Тупик? Нет, можно же поднять концентрацию топливого материала - например долю изотопа U235 в уране топлива. Оружейный уран? Не вопрос, именно на нем работают самые высокопоточные реакторы мира. Кроме того, можно отказаться от традиционного для энергетика использования оксидной керамики UO2 и перейти на какой-нибудь сплав урана с алюминием или молибденом в твэлах - он более теплопроводный, а значит нейтронную/тепловую мощность в реакторе можно задрать еще повыше. Таким образом нейтронный поток в свое время удалось поднять до максимальных значений в 10^15 нейтронов в секунду на сантиметр квадратный. Десятикратное преимущество на энергетическими реакторами - уже неплохо! Параллельно велась оптимизация и нейтронной физики. Например, обычная вода довольно неслабо поглощает нейтроны - поэтому в жидкометаллическом теплоносителе нейтронный поток еще выше за счет “дальних” нейтронов, прилетевших с периферии активной зоны (в водяном теплоносителе они не долетают - поглощаются). Можно оставить воду в качестве теплоносителя, но замедление выполнять “нейтронно-прозрачным” бериллием, более того из бериллия можно сделать “нейтронную ловушку” в центре реактора, в которую влетают быстрые нейтроны, замедляются об бериллий и остаются в нем (т.е. медленные нейтроны вылетают из ловушки в целом реже чем влетают быстрые чисто по геометрическим соображениям) - такая ловушка есть, например в одном из самых высокопоточных реакторов мира СМ-3 в НИИАР.Сразу три ИР в одном кадре - СМ (коричневый квадрат на заднем плане), РБТ-10/1 (торчащие в ряд трубки слева снизу кадра), РБТ-10/2 (трубки возле центра кадра) В итоге исследовательские реакторы постройки конца 70х годов достигли потока нейтронов в 2-5*10^15 в реакторах с водой, а на жидком металле и в 10 на 10*15 нейтронов в секунду на квадратный сантиметр. История закончена? С инженерной точки зрения - практически да, т.к. удельная тепловая мощность таких реакторов достигает предела, и рекорды плотности потока нейтронов начинают сказываться на удобстве эксплуатации (например, реактор становится слишком чувствителен к поглощающим нейтроны продуктам деления топлива и буквально через 10-15 дней его приходится останавливать и грузить свежее топливо).Но тут возникает новое явление. Контролирующие органы начинают задумываться, надежно ли охраняются запасы оружейного урана и плутония в сотнях исследовательских центрах и университетах по всему миру? Не было ли слишком поспешным решение повышать удельные характеристики ИР раскидывая по всему миру столь заманчивый материал? Главный американский исследовательский реактор HFIR (или один из двух главнейших) работает на оружейном уране и имеет крайне необычную конструкцию активной зоны - она составлена из одной единственной тепловыделяющей сборки, замену которой мы видим на фотографии.Из очевидных ответов на эти вопросы рождается программа МАГАТЭ RERTR направленная на “даунгрейды” ИР в мире, работающих на высокообогащенном уране или плутонии с целью перевода их на низкообогащенное топливо. Всего в мире работает порядка 200 с небольшим ИР на ВОУ/плутонии, которые и должны были стать целью программ конверсии топлива.Должны были, но не стали. Замена высокообогащенного урана в топливе на низкообогащенный “в лоб” приводит к тому, что реактор перестает работать, т.к. содержание делящихся материалов в реакторе падает меньше критического порога. Разумеется, можно увеличить объем полостей твэлов для топлива - однако, опять же, если делать это “в лоб”, это приведет к уменьшению максимальной допустимой мощности реактора, снижению нейтронного потока и прочих полезных характеристик. Поэтому, выполняя настойчивые пожелания по конверсии реактора его владельцы либо сталкиваются с падением полезной производительности… либо идут на всякие инженерные ухищрения, чтобы и перевести реактор на НОУ-топливо и остаться с теми же характеристиками. Давайте посмотрим на одну такую историю - реактор казахстанский исследовательских реактор ВВР-К, конвертированный в 2016 году.Реактор ВВР-К в реакторном зале. Точнее сам реактор размером с 200 литровую бочку расположен в центре бака, который стоит в центре бетонной биозащиты, которую мы и видим. Слева внизу - укрытие нейтроноводов.Пущенный в 1967 году, реактор бассейнового типа ВВР-К мощностью в 6 мегаватт используется Казахстаном сразу как источник нейтронов для научных и прикладных задач, материаловедческий реактор и наработчик изотопов. После распада СССР Казахстан получил в свое распоряжение реактор, работающий на урановом топливе с обогащением по 235U в 36%, поэтому через какое-то время попал под Российскую программу конверсии ВОУ реакторов в НОУ реакторы (которая охватила все подобные установки по всему бывшему СССР и восточному блоку). Разрез по конструкции ВВР-КОднако владельцы реактора - Казахстанский Институт Ядерной Физики не хотели мириться с ухудшением характеристик реактора (в 1990х годах КИЯФ научился продавать облучательное время своего реактора на международном рынке, поэтому ВВР-К являлся не обузой, а кормильцем). Совместно с российскими НИКИЭТ, ТВЭЛ, ВНИИНМ и СНИИП-Систематом были разработаны такие решения по топливу и активной зоне ВВР-К, которые позволили поднять характеристики установки при конверсии на НОУ-топливо. Исходно ВВР-К имел в активной зоне 85 гексагональных ячеек, в которых было расположено 6 каналов для облучения, 3 стержня аварийной защиты, 76 ТВС с трубчатыми твэлами, в 6 из которых были вставлены поглощающие элементы системы управления и защиты. Активная зона реактора окружена легководным отражателем нейтронов. Каждая ТВС содержала 5 концентрических шестигранных трубчатых твэла “бутербродного типа”, в котором между двумя оболочками из алюминиевого сплава располагался тонкий слой топлива - дисперсии мелких кристаллов UO2 в алюминии (содержание UO2 - 12%). Это решение позволяет очень интенсивно отводить тепло от уранового топлива, позволяя развивать высокие нейтронные мощности.Различные виды ТВС с развитой теплообменной поверхностью. Топливо представляет собой тонкую пластинку, закатанную в алюминиевый сплав в виде листа - твэла.Первым делом при конверсии обогащения топлива 36% -> 19,7% (топливо с обогащением <20% считается низкообогащенным) надо было как-то пропорционально поднять содержание урана в алюминиевой топливной матрице. На счастье ИЯФ в ТВЭЛ и ВНИИНМ были разработаны технологии, позволяющие формовать твэлы из топлива 70% алюминия + 30% UO2. При этом в силу увеличения концентрации топлива для обеспечения теплоотвода пришлось делать топливные листочки и их оболочки тоньше, а количество твэлов в ТВС увеличивать с 5 до 8.Сечение старого и нового топлива ВВР-К и параметры нового топливаОднако в итоге масса урана в каждой ТВС значительна возросла, что было использовано для уменьшения количества ТВС в активной зоне, а освободившиеся позиции были заполнены бериллиевым блоками. Т.к. бериллий поглощает нейтроны слабее воды, да и удельная тепловая мощность на литр активной зоны выросла, нейтронный поток в активной зоны в итоге получился выше, чем в исходном реакторе.  Увеличилось и количество периферийных облучательных каналов. При этом на реакторной установке не пришлось усиливать расход или напор охлаждающей системы, сокращать рабочии кампании реактора или еще как-то жертвовать производительностью.На мой взгляд, это прекрасный пример того, как ограничения и всякие “глупые” требования могут двигать прогресс вперед, в частности ТВЭЛ получил не только технологию нового керметного Al-UO2  топлива, но в рамках других программ конверсии разработал U-Mo-Si/Al топливо - все эти работы в будущем могут пригодится где-то еще. Процесс модернизации ВВР-ККроме того, “ретрофит” (новое содержимое в старых машинах) работы может быть не такие громкие, но важные с точки зрения рынка - мировой флот исследовательских реакторов стареет и умение модернизировать их, делать современное топливо для них позволяет Росатому зарабатывать на мировом рынке.