Международный коллектив российских и американских учёных переводит единственный в России действующий исследовательский ядерный реактор на низкообогащённое ядерное топливо. Успешное завершение работы значительно повысит безопасность установки и обеспечит стране выполнение обязательств по поддержанию международного режима ядерного нераспространения.
Проект «Разработка научно-технических основ конверсии исследовательских ядерных реакторов на низкообогащённое ядерное топливо с целью обеспечения ядерной и физической безопасности» поддержан ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2013 годы» (госконтракт № 11.519.11.6019). В основе проекта – сотрудничество учёных Физико-технического института Томского политехнического университета и Аргоннской национальной лаборатории.
Мировая общественность всё громче бьёт тревогу по поводу ядерных испытаний в Северной Корее и освоения Ираном атомных технологий. И даже если в этих опасениях больше политической игры, чем страха перед реальной угрозой, нельзя не признать, что возможности нецелевого использования ядерного материала высокого обогащения, в частности изотопа урана-235, расширились до критических пределов. Вопрос о том, как сделать более безопасными научные исследования в области ядерных технологий, волнует всё прогрессивное человечество. Один из способов достижения этой цели, активно разрабатываемый физиками, – строительство атомных реакторов на низкообогащённом ядерном топливе, а также перевод на новую технологию уже имеющихся установок. К реализации этой идеи приблизились в совместной работе учёные из Физико-технического института Томского политехнического университета и Аргоннской национальной лаборатории на базе Томского исследовательского ядерного реактора.
Отметим, что ведущие ядерные державы – США и Россия – ещё с 1993 года сотрудничают в области разработки низкообогащённого топлива для исследовательских реакторов (ИР), поставляемых Россией за рубеж. Взаимодействие стран по конверсии, т.е. по переводу реакторов с высокообогащённого на низкообогащённое ядерное топливо, в разное время было поддержано совместными заявлениями российских и американских лидеров: в 2005 году – Владимира Путина и Джорджа Буша, в 2009 году – Дмитрия Медведева и Барака Обамы. Технологии, получившие зелёный свет от сильных мира сего, нужны в первую очередь для того, чтобы можно было спокойно экспортировать их в третьи страны, которые очень нуждаются в атомной энергетике, но таят в себе потенциальную угрозу в случае, если им в руки попадёт высокообогащённый уран.
Томским учёным очень близка тема «безопасности ядерных материалов». По сути, Томский политех сегодня единственное учебное заведение в России с действующим исследовательским реактором. Томский ИР был пущен в 1967 году, реконструирован в 1985 году и в настоящее время не только относится к числу отечественных уникальных стендов и установок (УСУ) на территории Сибирского Федерального округа, но и включён в перечень важнейших научных комплексов и объектов современной исследовательской структуры России. Он строился как база для подготовки специалистов для атомной промышленности, одним из инициаторов его разработки был сам Игорь Курчатов; собственно, в Институте атомной энергии им. И.В. Курчатова и было принято решение о строительстве реактора в Томске.
В базовом виде установка представляет собой водо-водяной исследовательский реактор, т.е. в качестве замедлителя нейтронов и теплоносителя используется вода. Активная зона состоит из кассет со стержневыми тепловыделяющими элементами (твэл). Расположена она на дне 8-метрового алюминиевого бака в виде открытого бассейна, заполненного дистиллированной водой. Бак окружён биологической защитой, сделанной из специального бетона. Насосы перекачивают воду через активную зону, тем самым охлаждая твэлы. Реактор обладает большими возможностями для проведения экспериментов в области физики, химии, биологии, геологии и геохимии, чем долгое время с успехом пользуются научные группы институтов и предприятий Сибири и Дальнего Востока.
«На нашем реакторе – кстати, единственном действующем реакторе учебного заведения России – обогащение достигает 90%, и это вызывает определённые опасения, – рассказывает руководитель проекта Дмитрий Демянюк. – Однако мы активно развиваем ядерную науку и ведём подготовку студентов и аспирантов (по данной тематике уже подготовлена к защите кандидатская диссертация) для работы в госкорпорации “Росатом”. На реакторе мы также прилично зарабатываем – получаем в рамках хоздоговорных работ дополнительные внебюджетные средства. Мы продлили разрешение на эксплуатацию нашего реактора, имеем все необходимые лицензии и подготовленный персонал. Следуя современным трендам, мы поставили для себя задачу минимизировать угрозу возможной террористической атаки за счёт снижения обогащения топлива до параметров безопасного обращения».
Реактор в ТПУ активно используется и в научной, и в учебной работе. Перед коллективом лаборатории стояла задача, как перейти на менее обогащённый (а следовательно, более безопасный) уран для работы реактора, но не в ущерб эффективности установки, то есть требовалось ещё сохранить соотношение плотности нейтронного потока и мощности реактора на прежнем уровне.
Учёные проводили исследования, результаты которых могли бы дать ответ на вопрос о возможности конверсии с заменой топлива либо полной реконструкции активной зоны реактора. Анализ полученных данных показал, что перевода на новый тип топлива будет достаточно, не потребуется менять конструктивно сам корпус реактора.
На данном этапе исполнителям проекта удалось доказать, что в принципе конверсия возможна, потери главных характеристик работы реактора происходят в пределах допустимых значений; это позволит учёным в ближайшем будущем осуществить конверсию на практике. Достоверность полученных результатов подтвердилась перекрёстными расчётами российских и американских коллег. Учёные разработали модели нейтронно-физического и теплового состояния ИР, получили необходимые исходные характеристики самого ядерного топлива. Решать задачу создания такого топлива они планируют совместно с Новосибирским заводом химических концентратов. В настоящее время уже ведутся работы по сертификации топлива с предложенными характеристиками. По завершении этой работы коллектив получит опытную партию кассет с топливом низкого обогащения.
Работа томских учёных может заложить основы для перехода на низкообогащённое топливо и других атомных реакторов, так как сейчас конверсия актуальна для всех установок, имеющих высокое обогащение.
