Юрий Хомяков: коды нужно довести до людей

AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 16.12.2011

C 24 по 26 октября 2011 года в Обнинске прошёл семинар "Нейтроника-2011". Накануне семинара на вопросы электронного издания AtomInfo.Ru ответил заместитель директора по науке Института ядерных реакторов и атомной энергетики ГНЦ РФ - ФЭИ и председатель программного комитета семинара Юрий ХОМЯКОВ.

ПРОДОЛЖЕНИЕ ПОСЛЕ ФОТО

Юрий Хомяков, фото AtomInfo.Ru

О традициях и новшествах

Юрий Сергеевич, представьте, пожалуйста, семинар.

Семинар "Нейтроника" традиционный, проходит каждый год. Одна из традиций у российских расчётчиков - обязательно встречаться в конце октября.

В дополнение к традициям, появляются новшества. В прошлом семинар назывался отраслевым. В настоящее время он приобрёл межотраслевой статус, поскольку в нём принимают участие не только специалисты Росатома, но и Академия Наук, ИБРАЭ, Курчатовский Институт и другие.

В этом году семинар проводится в рамках форума, где рассматриваются вопросы безопасности быстрых реакторов, не только нейтронно-физические, но и теплофизические.

На самом деле, это важно. События на Фукусиме доказывают, что не бывает безопасности только ядерной или теплофизической. Проблемы нужно рассматривать в комплексе. Мы стараемся следовать тенденции к объединению, даже на организационном уровне. Например, в ФЭИ реакторный институт объединили с теплофизическим.

Другой момент, который мы обязательно должны обсудить на семинаре - вопрос о возможности превращения его в международный и поднятия уровня до конференции. Честно говоря, у меня есть аргументы и "за", и "против" этого.

Лицо нашего семинара - его сосредоточенность на относительно узкой области и высокий научно-технический уровень. Мы стремимся к обсуждению специфических, конкретных вопросов нейтронно-физических расчётов и экспериментов и не приветствуем доклады рекламного характера. Хотелось бы это сохранить. Я, по-видимому, не ошибусь, утверждая, что семинар "Нейтроника" - единственная площадка в России в данной научной области.

В этом году на семинаре планируется международное участие?

Нет, всё ещё нет. Последние два-три года мы постоянно возвращаемся к этому вопросу. К нам непрерывно обращаются специалисты из дальнего и ближнего зарубежья. В частности, там много и российских специалистов, которые рвутся приехать и рассказать о своих работах. Много звонят из Казахстана, Белоруссии.

Нам, конечно, хочется послушать, чем живут зарубежные коллеги. Как всегда, есть одно "но", одна интрига. Запуск инновационной ФЦП резко выдвинул Россию в лидеры по быстрым реакторам и перспективным топливным циклам. И у нас есть очень много вещей, которые мы должны обсуждать только между собой. Внутрироссийские задачи требуют особого внимания.

Поэтому, скорее всего, на будущее мы придумаем новый формат. Российская часть останется, а в дополнение к ней появится международный семинар с приглашением расчётчиков из-за рубежа.

Вы назвали Белоруссию и Казахстан? А Украина?

К Украине у нас отношение самое положительное. В конце концов, многие украинские расчётчики - наши старые друзья и товарищи со студенческой скамьи.

Именно с Украины заявок в этом году не было. Думаю, что отсутствие откликов связано с тем, что мы сами не позиционировали "Нейтронику-2011" как международное событие. Казахстанцы и белорусы сами находили на наших сайтах информацию и связывались с оргкомитетом, выясняя возможности участия.

Уверен, как только мы сменим формат семинара и введём международную часть, то без Украины не обойдётся. В первую очередь мы хотели бы, конечно, объединить тех людей, которые ближе к нам, из постсоветских республик. Мы с ними учились, работали, хорошо их знаем…

Общая ядерная культура.

Да. Поэтому я думаю, что именно с такого подхода и нужно начинать превращение семинара в международный.

Как, на Ваш взгляд, могло бы выглядеть сотрудничество расчётчиков из нескольких государств в рамках программы по развитию быстрых реакторов?

В последнее время - и это особенно заметно в нейтронике - центр тяжести перекладывается на коды и их верификацию. И тут как раз очень важно иметь разнообразие.

Общепринятая практика верификации - проведение международных бенчмарков с привлечением экспертов из разных организаций, где проводятся тесты и выискиваются плюсы и минусы кодов. Сотрудничество в данном случае просто обязательно.

Конечно, когда мы говорим о кодах, нельзя забывать, что коды это ещё и конкуренция. С этой точки зрения, все расчётчики страшно заинтересованы в том, чтобы понимать ситуацию у друзей-соперников. Поэтому и велик спрос на международные специализированные семинары.

Может ли сотрудничество по верификации кодов вылиться в реальную совместную программу? Не знаю, вопрос не ко мне. Это прерогатива руководства. Но, по крайней мере, импульсы от нас исходят. Когда заходит речь о формировании программы, многие сразу представляют круг специалистов из ближайшего окружения и могут предлагать для включения в общую программу.

Хочу особо подчеркнуть, что изначально программа быстрых реакторов всегда была международной. Традиции сотрудничества у нас одни из самых давних в отрасли. Если оборонные тематики и, в какой-то мере, легководные тематики были внутренними, то быстрые реакторы всегда были темой для обсуждения на международном уровне.

Аварийные коды

Вы говорите о расчётах быстрых реакторов, и может сложиться впечатление, что обнинский семинар посвящён только быстрой теме.

Впечатление неверное. На самом деле, семинар затрагивает нейтронику в полном объёме. Кстати, большая часть докладов в программе посвящена ВВЭР, реакторам, которые эксплуатируются на сегодняшний день.

Другое дело, что лично мне по специальности ближе быстрые реакторы и легче отвечать по ним на ваши вопросы. А так, в программе многие доклады идут по ВВЭР, и Курчатовский институт принимает в семинаре самое активное участие.

ИПМ представляет очень серьёзные и интересные работы по численным методам, не всегда привязанным к конкретным типам реакторных установок, по радиационной защите. Обсуждаются коды по безопасности ВВЭР, в том числе, ищутся способы адаптации их для быстрых реакторов.

Мы не хотим замыкания семинара в узкопрофессиональный по быстрым реакторам, или по тепловым, промежуточным, кипящим, не кипящим… Физика реакторов хороша тем, что расчётчики разных типов установок быстро находят общий язык друг с другом.

Фукусима показала важность комплексных кодов, которые могут рассчитывать аварийные ситуации. По легководным установкам такие коды есть. Как насчёт быстрых реакторов?

Года два-три назад в нашей области было чёткое разделение - была физика, была теплофизика и были коды по безопасности, как правило, под ними понимались аварийные коды. В них от нейтроники брались только входные данные.

Сегодня многое изменилось. Объясняется это стартом федеральной программы, в соответствии с которой для быстрых реакторов будут создаваться коды нового поколения, интегральные коды.

Очевидно, что необходимо интегрировать физику, теплофизику и прочность в единую взаимосвязанную систему. С этой точки зрения, старт программы уже даёт положительные результаты.

Очевидно также, что одно из главных направлений в нейтронике - коды нестационарные, динамические, уходящие от стандартных реактивностных подходов и приближений, предназначенные для объединения с кодами теплофизическими и аварийными. Надеюсь, что на обнинских семинарах мы будем слышать всё больше и больше об этой деятельности.

Где будут границы аварийных кодов? Та же Фукусима показывает, что, допустим, надо учитывать контакт кориума с бетоном, а этим раньше мало кто занимался.

Полагаю так - доходить надо до доз на население. Естественно, все возможные проплавления, взаимодействия внутри здания, выбросы в трубы и распространение в атмосфере должны в компетенцию аварийных кодов входить.

Аварийные коды нужно довести до людей. Почему? Потому что один из главных критериев реакторов, особенно реакторов IV поколения - жёсткие требования и ограничения по возможному облучению населения. У реакторов IV поколения мы должны полностью исключить возможности отселения и эвакуации и ограничить выбросы площадкой станции. Соответственно, аварийные коды должны уметь считать аварии вплоть до доз на население.

По сути дела получается, что аварийный код должен уметь считать весь блок, все процессы, которые происходят там, и учитывать обстановку за пределами блока - атмосферные потоки и так далее.

Именно так. Существует ещё специфика быстрых реакторов. Мы, быстровики, часто обсуждаем не только собственно блок, но варианты с топливным циклом. В частности, наиболее интегральной является концепция пристанционного топливного цикла

То есть, блок, а рядом с ним стоит перерабатывающий завод. И мы должны уметь учесть процессы, затрагивающие не только блок, но и завод.

Это очень амбициозная задача…

Если программа может считать очень многое, включая и окружение станции, то у неё должны быть правильные входные данные и модели, соответствующие конкретной площадке. Не получится ли в итоге так, что для каждой конкретной станции придётся разрабатывать отдельный аварийный код?

Методическая база, алгоритмы будут общими. Но под каждый блок, под каждую станцию потребуется создавать и поддерживать базу данных со всеми характеристиками.

Делать это придётся, но говорить об этом рано. Всё это должно нарабатываться тогда, когда более-менее завершена стадия технического проекта и приближается время строительства, выбраны площадки.

Базы данных

На сегодняшний день, у нас имеется один быстрый реактор на стадии строительства. Это известный всем БН-800 на Белоярской АЭС. Для него подобную систему создавать можно, и это делается. Там идёт стройка, понятно, что будет с зоной, почти полностью завершены все проектные вопросы. Мы приступаем к созданию баз данных для обеспечения нейтронно-физических, прочностных и теплогидравлических расчётов блока с БН-800.

Базы данных - очень важный аспект расчётов. Когда я говорю "код", я понимаю под ним не только собственно вычислительный код, а систему в составе кода и баз данных. Я включаю сюда средства автоматизации подготовки исходных данных. Это ещё один чрезвычайно важный и принципиальный момент, так как до 90% ошибок при расчётах возникает благодаря неверно подготовленным исходным данным.

Пора уходить от простых тривиальных решений, когда данные циркулируют в виде текстовых потоков. Пора создавать нормальные базы, с нормальными проверками данных, со средствами автоматического формирования входных наборов. Эта задача, при всей её внешней мелкости, принципиальна и серьёзна.

Итак, для БН-800 делается интегрированная система, расчётный код и база данных под конкретную площадку и конкретное топливо?

Да, вы всё правильно сказали и верно добавили про топливо. Для блока нужно создать топливные архивы. В дополнение к сказанному, необходимо иметь ещё и полностью описанные модели.

Все модели должны быть зафиксированы. Как я неоднократно говорил, в системе аттестации кодов, принятой на данный момент, есть слабое место. Аттестуется код, но никак не аттестуются методики подготовки входных данных и редко аттестуются экспериментальные данные, на которых код верифицируется.

Таким образом, должно быть создано обрамление вокруг кодов, которое чётко зафиксирует модели, верифицированные на определённых наборах экспериментальных данных. Когда такая система появится, тогда мы сможем гарантировать конечный результат. Код без системы - не более чем калькулятор.

Подобная работа выполняется в рамках ФЦП?

Не могу ответить точно на ваш вопрос. Потому что по сооружению БН-800 часть работ проходит по ФЦП, а часть делается за счёт концерна.

Но в любом случае, процесс идёт. Сейчас обсуждается программа физпуска блока, в том числе, те пункты, которые нужно выполнить в плане нейтронно-физического сопровождения.

Для других блоков какая ведётся работа?

Мне проще комментировать по быстрому направлению. У нас всё понятно. Для БН-800 используется расчётный инструментарий, который складывался годами и есть в наличии. Для следующих быстрых блоков, предполагаемых к запуску к 2017-2020 годам, есть надежда, что заработают все те коды и системы, над которыми мы трудимся сейчас.

То есть, СВБРы, БРЕСТы, БН-1200 мы, скорее всего, будем считать уже по интегральным кодам.

Физпуск БН-800

Юрий Сергеевич, пользуясь случаем, несколько вопросов по БН-800. В каком состоянии программа физпуска этого блока?

Рабочая группа по физпуску создана, состоялись её первые заседания. Определены организации, которые будут принимать в ней участие. До конца года мы должны разработать программу физпуска. Черновой вариант программы есть, обсуждается вторая её редакция.

Конечно, эта программа в значительной мере базируется на опыте пуска БН-600, хотя он пускался 30 лет назад. Мы пытаемся понять, как привести её в соответствие к современным требованиям. Это главная задача текущего года.

В 2012 году должен быть подготовлен и выпущен пакет всех методик для физпуска. А в 2013 или 2014 году собственно и произойдут физпуск и энергопуск. Времени осталось не так много.

Хотелось бы немного подробностей о программе физпуска. Что в неё войдёт?

Программа в основном определяется нормативными требованиями. Есть стандартный набор шагов, которые должны быть выполнены. Должна быть обеспечена безопасность набора критмассы, в быстрых реакторах это делается по-другому, чем в ВВЭР, из-за отсутствия борной кислоты. Нам, в отличие от ВВЭР, особенно важно сбалансировать реактивность реактора и правильно научиться измерять эффективность СУЗ.

Вы уже знаете, где будут расположены СУЗы и какие они будут? Картограмма первой загрузки принята?

У нас существует проект 90-ых годов. Он дорабатывается, и вскоре будет полностью завершён. С технической точки зрения там всё уже понятно, но с формальной ещё придётся подождать несколько месяцев.

Главная особенность БН-800 - это внедрение нового вида топлива, MOX. С этой точки зрения, мы должны рассмотреть все возможные нюансы.

Там не просто MOX, там гибридная зона из трёх видов топлив.

Да, конечно.

Простите, как Вы собираетесь пускать реактор на таком винегрете?

Не хочу опережать события, потому что нам надо самим всё хорошо обдумать. Но замечу - в чём-то переход на гибридный вариант упрощает нашу задачу, приближая её к пуску БН-600, который состоялся на урановой зоне.

Пускаться будет проще, а потом мы постепенно перейдём полностью на MOX. Постепенность позволит нам лучше чувствовать, как влияет на параметры реактора MOX-топливо, в том числе, на эффекты реактивности и другие важные характеристики.

Правильно ли мы понимаем, что выбран путь разделить две задачи - сначала пустить БН-800, показать, что мы (Россия) умеем делать то же, что и СССР, и только потом внедрять MOX?

Вообще-то, гибридная зона была вынужденным решением, и исходно она не планировалась. Мы элементарно не успеваем изготовить нужное число MOX-кассет к пуску.

Но нет худа без добра. С точки зрения методик, мы сможем перенять для пуска БН-800 многое от пуска БН-600. И это облегчает нашу задачу.

Методики пуска БН-600 сохранились? Это же было, действительно, Бог знает сколько времени назад.

Это один из ключевых вопросов. Нам очень повезло - ещё живы люди, пускавшие блок БН-600. Их немного, но они наш главный резерв.

Второе подспорье - опыт, получаемый нами при эксплуатации БН-600. Большое благо для нас всех, что удалось сохранить этот реактор!

Мы с 2003 по 2007 год проводили серию экспериментов на БН-600 и заодно обкатали в деле группу молодых специалистов. Мне трудно представить, что станет с французами, закрывшими "Phenix". Пройдут годы, и они потеряют весь свой опыт.

Сохранение БН-600 - большая удача. Продление его эксплуатации - также огромная наша победа. Есть площадка, на которой мы имеем возможность проверять наши бумажные выкладки и компьютерные расчёты. Поэтому я уверен, что пуск БН-800 будет обеспечен с нашей стороны хорошо.

Вопросы по выбору кассеты для БН-800, по зонам обогащения можно задавать?

Нет, пока рано. Понимание у нас есть, но давайте договоримся так. Вскоре должна появиться открытая публикация, в которой будут изложены многие данные по БН-800, по конечному варианту его проекта. Тогда можно будет обсуждать их, а сейчас я предпочёл бы не наводить тень на плетень.

Натриевые особенности

Какие особенности физпуска БН-800 связаны с тем, что это натриевый реактор?

Физпуск - это малая часть всех пусковых работ. В общей программе пуска более 1000 этапов, и среди них запланировано много испытаний натриевых систем. Но физпуск выполняется на небольшом уровне мощности, и к натрию не так много вопросов.

Хорошо, но пустотный эффект будет измеряться?

Это как раз один из них, из тех вопросов, что мы должны решить на совещаниях по программе.

С пустотным эффектом всё просто. С одной стороны, это важнейший параметр, и более того, это концептуальная вещь, потому что проект изначально всегда заявлялся как проект с нулевым НПЭР. Это наш российский проект, это наша концепция, известная всему миру.

С другой стороны, если мы возьмёмся измерять НПЭР, то сможем ли сделать это с хорошей точностью? Напомню - эффект нулевой! Сможем ли мы его увидеть?

В обоснование проекта БН-800 было проведено много экспериментов на БФС. Их информативность существенно выше, чем информативность реакторных измерений непосредственно на БН-800. И мы должны решить - стоит ли нам готовить для пусковой программы БН-800 специальные сборки для измерения НПЭР, тратить на это деньги, не очень понимая, какой результат мы в итоге получим и сумеем ли получить его вообще?

Не исключаю, что по пустотному эффекту мы остановимся на экспериментах на БФС.

Реально ли померить НПЭР на живом реакторе? Эффект реактивности есть интеграл по всему диапазону изменения параметра. Иными словами, чтобы узнать НПЭР у реактора, мы должны слить из активной зоны весь натрий.

Такие эксперименты делались на БН-350. Конечно, измерялся только локальный эффект, а интегральный померить невозможно. Другое дело, что можно померить локальный эффект и сравнить экспериментальное значение с расчётным.

Давний (почти 40 лет назад) опыт БН-350 показал, что натриевый пустотный эффект пребывает на грани чувствительности анализа. Более того, методически существует множество явлений, которые данный эффект замазывают.

Вам необходимо обеспечить блокировку расхода натрия, идентичность измеряемой ТВС штатным… Все эти нюансы - погрешность повторного сцепления органов СУЗ, воспроизведения температурных режимов, скорости теплоносителя и других эффектов, влияющих на реактивность - они больше по величине измеряемого эффекта, и выделить НПЭР из измерений очень сложно.

Поэтому я и говорю, что, может быть, лучшее враг хорошее, и не стоит вводить в программу сложный в исполнении и интерпретации эксперимент. На БФС мы собрали данных в обоснование проекта достаточно.

Гипотетический вопрос. Допустим, эксперимент всё-таки проведен, НПЭР посчитан и получился +0,001 цента. То есть, глубоко в пределах погрешностей, но формально положительный. Что делать в этом случае?

У всего должны быть пределы разумности. Если мы говорим про нулевой НПЭР, это не означает, что он тождественно равен нулю. Тем более, с новыми правилами ПБЯ допускается и положительный НПЭР, если это не противоречит безопасности.

Жёсткого формального критерия нет. Другое дело, что мы не можем допускать большие по модулю положительные эффекты.

Запроектные аварии

Как поведёт себя блок с БН при запроектных авариях?

Отвечу на ваш вопрос, но по проекту БН-1200. Мне проще говорить про этот проект, потому что мы докладывали по нему на конференции в Киото (2009 год).

При самых тяжёлых авариях с потерей электроснабжения (т.е. принудительного охлаждения активной зоны) и даже с несрабатыванием стержней аварийной защиты (!) у нас обеспечивается самозащищённость активной зоны.

Натрий закипает, это правда. Но температура его кипения ниже температуры плавления стальных оболочек. Поэтому какие-то повреждения оболочек возможны, но саморазрушения топлива не происходит. Отличный пример свойства самозащищённости.

В рамках БН-1200 это показано. Нет никаких сомнений, что примерно такой же результат будет и в БН-800.

В проекте БН-1200 предусматриваются специальные системы, которые позволяют отводить тепло при аварии непосредственно от активной зоны через воздушные теплообменники. При этом не потребуется ни второй, ни третий контура.

Ругать натрий с этой точки зрения бессмысленно. Пара "натрий-сталь" лучше пары "вода-цирконий".

Не происходит повреждение оболочек в течение какого времени? Всё-таки трудно представить, что при несрабатывании АЗ и потере охлаждения система без второго и третьего контура способна отводить от себя тепло.

Ответ звучит примерно так - не происходит в течение времени, достаточного для принятия решения по управлению запроектной аварией. Мы понимаем, что месяцами такое длиться не может. В проектах оговаривается время для принятия решений, и мы обязаны обеспечить на это время выживаемость аппарата.

А какое это время? Часы? Дни? Минуты?

Это порядка часов. Я не стал бы пока озвучивать конкретные цифры. Логику я объяснил, а конкретные цифры всё-таки лучше брать из публикаций по проекту, которые непременно будут.

МБИР и БФС

Последний наш вопрос касается МБИР, ещё одного быстрого реактора с натриевым теплоносителем, который должен появиться в России. Как обстоят дела с расчётами по МБИР?

Кстати, параллельно с нашим семинаром НИИАР организовал семинар по МБИР.

Это очень интересная установка. Никто в мире нового исследовательского быстрого реактора сейчас не проектирует и не планирует. Только мы, только Россия. На МБИР закладываются интересные, я бы сказал, требования. Естественно, такую зону считать сложно.

Но, как и для БН, путь у нас проложен. Все быстрые проекты в России сначала моделируются на БФС. Точно также и для МБИР все решения по активной зоне будут моделироваться на обнинском стенде. И в итоге проект МБИР будет обоснован не только расчётно, но и экспериментально.

Такая программа начинает готовиться. Кухня и технология разработки проектов быстрых реакторов в России не потеряна. Я говорил о важности того, что мы сохранили БН-600. Не менее, если не более важно, что мы сохранили в рабочем состоянии уникальный стенд БФС. России сегодня завидуют все.

Добавлю, что на право поставить эксперимент на БФС сегодня очередь. Есть ФЦП, есть коммерческие заказы, есть работы по модернизации БФС, потому что стенды будут модернизированы в обозримом будущем.

С Южной Кореей на БФС заканчиваются совместные работы. Может быть, начнёт развиваться сотрудничество с французами. БФС - это ключевая позиция с точки зрения нейтроники и обоснования нейтронно-физической части быстрых проектов.

Спасибо, Юрий Сергеевич, за как всегда интересное интервью для электронного издания AtomInfo.Ru.

Ключевые слова: Нейтронно-физические расчёты реакторов, ФЭИ, БН-800, Интервью, Юрий Хомяков

---

Другие новости:

Следствие проводит проверку по факту пожара на атомном ледоколе "Вайгач"

Погибло два человека из дежурной смены экипажа.

РФ и Индия планируют подписать документы о строительстве АЭС и поставках истребителей

Детали соглашений помощник российского президента не уточнил.

AREVA объявила список замороженных проектов в сфере ЯТЦ

Приостановки коснутся EREF, Georges Besse-II, MELOX, Comurhex, Trekkopje и Ryst Kuil.

---

---

---

---

Поиск по сайту: