AtomInfo.Ru


Станислав Субботин: работать, работать и работать

AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 20.01.2019

Научно-техническая конференция "Нейтронно-физические проблемы атомной энергетики (НЕЙТРОНИКА-2018)" прошла в Обнинске на базе АО "ГНЦ РФ - ФЭИ" (санаторий-профилакторий) с 28 по 30 ноября 2018 года.

На вопросы корреспондентов электронного издания AtomInfo.Ru ответил участник конференции Станислав СУББОТИН.

ПРОДОЛЖЕНИЕ ПОСЛЕ ФОТО

Станислав Субботин, фото Сергей Стожилов

На заднем плане

Станислав Анатольевич, мы записываем это интервью на конференции "Нейтроника-2018". На Ваш взгляд, какие задачи сегодня стоят перед направлением нейтронно-физических расчётов ядерных реакторов?

Я не в первый раз приезжаю на "Нейтронику". Более того, я принимал участие в самых первых конференциях, точнее, тогда ещё семинарах по нейтронно-физическим расчётам, которые организовывал ФЭИ.

Потом мне пришлось на довольно долгий срок отойти от нейтроники и заняться более общими вопросами, хотя она и оставалась их составной частью.

Несколько лет назад на одной из отраслевых МНТК была поднята тема о перспективах легководных реакторов. Я тоже выступал. Мой доклад был тринадцатым по счёту, и ни в одном из двенадцати предшествовавших докладов про нейтронную физику не было сказано ни слова.

Получилось так, что проблемы нейтроники на фоне проблем экономики или безопасности ушли на задний план. На самом деле, это неправильно. Когда мы говорим о перспективе, безопасности и других не менее важных вещах, мы всегда должны принимать во внимание нейтронику.

Почему же так вышло? Для ответа на этот вопрос вспомним, как начиналось развитие атомной энергетики. Для неё были взяты "донорные" решения из других технологий - например, стали, химия, таблица Вукаловича-Новикова... С помощью донорных технологий мы получили реактор ВВЭР.

А вот нейтронную физику для тех же ВВЭР нам пришлось разрабатывать самим, аналогов в других отраслях не было. Поэтому в нейтронику на ранних этапах вложились довольно серьёзно, а тех экспериментальных возможностей, которыми ядерная отрасль тогда располагала, хватило, чтобы довести нейтронику до способности рассчитывать критические состояния реакторов, эффекты реактивности и даже как-то обосновывать безопасность.

Говоря откровенно, не всё мы сделали сами. Кое-что удачно позаимствовали из-за рубежа, например, та же библиотека Омбрелларо от компании "Вестингауз".

"Вестингауз" для нейтроники легководных реакторов дал не только константы. В начале 80-ых годов он завёл нас на проблему спектрального регулирования. Они начали тогда использовать такие программы как MCNP, и у них получилось, что, варьируя водо-урановое отношение от единицы до двойки, можно существенно менять эффекты реактивности.

Сразу скажу, что у них в расчёты вкрались ошибки - может быть, константы плутония знали недостаточно хорошо, может быть, что-то ещё. Но в результате мы все лет на пять подсели на эту проблему, а в "Вестингаузе" о ней спокойно забыли, как это у них нередко бывало.

Вывод, к которому мы в конечном итоге пришли, такой. Сегодня мы можем достаточно хорошо считать нейтронную физику для ограниченных классов реакторов - тепловых реакторов и реакторов с быстрым спектром нейтронов.

Иными словами, мы хорошо считаем такие варианты реакторов, для которых есть экспериментальные данные, а общей серьёзной теории нейтронно-физических расчётов у нас до сих пор нет.

Да, есть уравнения диффузии или газовой кинетики, которые мы позаимствовали у наук-доноров. Повезло, что они нам подошли и что на эксперименты на ранних стадиях развития денег и других ресурсов не жалели. Но ведь эксперименты-то по большей части были холодные, без привлечения теплогидравлики.

Когда пускался БН-350, то всё, что было измерено - мощностные коэффициенты, температурные коэффициенты, и так далее - всё это после пуска пришлось пересчитывать.

В ФЭИ у нас был шутливый принцип: "Хороший расчётчик, зная результаты эксперимента, должен уметь подогнать под них свои расчёты за неделю". Принцип шутливый, но в нём только доля шутки.

Правда, про экспериментаторов говорили то же самое, только в зеркальном отражении - зная расчёты заранее, они должны уметь подогнать под них свой эксперимент.

Первоначально во главе процесса у нас стояли теоретики. И да, бывало, что они следовали принципу: "Если результаты эксперимента не соответствует теории, то тем хуже для эксперимента".

От Ньютона к Эйнштейну

Но вернёмся к истории. Итак, в какой-то момент времени заделов по нейтронной физике и нейтронным данным стало хватать для проектирования по легководным и быстрым реакторам.

С безопасностью сложнее. Я утверждал и утверждаю, что реальные аварийные процессы мы моделировать не можем ни расчётами, ни экспериментами.

В какой-то степени мы занимаемся ритуальной деятельностью и успокаиваем сами себя. В реальном аварийном процессе любая система будет вести себя как сложная, а сложная система отличается тем, что все траектории её поведения неповторимы.

Задача моделирования заключается в определении условий, которые позволяют нам избегать аварийных процессов за счёт использования наших моделей и теорий заведомо вдали от границ их достаточной достоверности (что предполагает использование не только методов "верификации", но и "фальсификации" теорий).

При численном моделировании аварийных процессов мы разделяем задачу на пространственную, временную и спектральную составляющие и при этом сильно упрощаем модель. По направлению аварийного моделирования, особенно для быстропротекающих процессов, нам ещё работать, работать и работать.

Но и с проектированием не всё так просто. Когда мы пошли на глубокие выгорания, то поняли, что очень плохо прогнозируем изменения изотопных концентраций.

В Курчатовском институте проводился семинар на тему точности расчётов эффектов реактивности в ВВЭР. И всё в обсуждении было хорошо, пока слово не взял присутствовавший экспериментатор. Он задал простой вопрос, поставивший всех в тупик: "С какой точностью вы знаете изотопные концентрации при выгорании?".

На реально работающем реакторе ВВЭР при больших глубинах выгорания мы попадаем в область неопределённости многих важных характеристик. Пока что эта проблема не актуализировалась. Но она есть, и она проявится при замыкании топливного цикла.

В замкнутом топливном цикле нам придётся фактически "цифровизировать" сопровождение жизненного цикла каждой ТВС, выдавать для неё паспорт с достаточно точным содержанием в ней различных радионуклидов. Написать-то паспорт мы можем, но как его проверить?

У нас были эксперименты, когда брались твэлы ВВЭР с известной историей, их растворяли и смотрели их нуклидный состав. Концентрации некоторых из продуктов деления предсказать расчётным образом пока не смог никто.

А почему не смогли? Недостаточно хорошо известны их сечения, или что-то иное?

До конца непонятны даже их предшественники. Мы можем более-менее хорошо определять выходы осколков при делении урана-235 или плутония-239. Но при глубоких выгораниях существенную роль начинает играть деление других, более тяжёлых изотопов.

Мы попадаем в ситуацию, когда часть нужных нам данных отсутствует, накапливается количество непонятностей, которые не стоит путать с неопределённостями. Как мы можем тогда поступить? Как и всегда, нам не остаётся ничего иного, кроме как работать на запасах до пределов, за которыми применимость наших теорий вызывает сомнения.

Проведу аналогию для лучшего понимания. Если мы описываем падение тела с десятого этажа, то нас вполне устроит ньютоновская механика. А вот если интересующее нас тело так или иначе разогналось до околосветовых скоростей, то придётся обратиться к теории Эйнштейна.

В нашем случае мы, выбирая по требованию экономики запасы, постепенно отходим от пределов применимости "ньютоновской механики". Но где же тот Эйнштейн, что напишет для нейтроники новые уравнения?

Ключевая роль

В замкнутом топливном цикле резко возрастает роль химиков. Они начинают задавать нам важные, с их точки зрения, вопросы - например, с какими нуклидами и в каких количествах мы столкнёмся при замыкании ЯТЦ всего лишь через несколько десятков лет, то есть на временном плече жизненного цикла разрабатываемой сейчас технологии по переработке облучённого топлива?

А что мы можем им ответить, если мы даже концентрации нуклидов в облучённой ТВС знаем неточно, не говоря уж о возможной логистике потоков нуклидов внутри многокомпонентной системы ЯЭ?

С конструкторами нейтронщики давно смогли найти общий язык. А вот с химиками им это ещё предстоит сделать. Но сделать придётся, если мы всерьёз хотим освоить замыкание топливного цикла.

Заказные эксперименты по глубоким выгораниям топлива становятся очень дороги, да и проводить их практически негде. Накопленные облучённые ТВС, если правильно сформулировать для химиков задачу, могут служить практически бесценным материалом для совершенствования нейтроно-физической теории в плане описания изменения нуклидных композиций в ядерных реакторах и в ядерном топливном цикле.

От дифференциальных уравнений нейтронике придётся в скором будущем перейти к интегро-дифференциальным. Другая сложность - придётся тщательно учитывать и экономить нейтроны.

Как мы раньше решали все свои нейтронно-физические проблемы? Утекла часть нейтронов - ну и ладно, поставим биологическую защиту. Спектр не тот - введём поглотитель или сталь сделаем потолще.

Но в замкнутой системе нейтроны нужно максимально возможно направлять на воспроизводство делящихся ядер. А также учитывать и другие современные требования - например, требования по выводу из эксплуатации. И по той, и по другой причине утечка нейтронов теперь нас должна интересовать не только в том смысле, какое граничное условие мы должны поставить.

Придётся улучшить наши знания о примесных ядрах. В самом первом проекте вывода первого блока Ленинградской атомной станции из эксплуатации всё было хорошо, кроме одного - он обошёлся бы в 2 тысячи человеко-зиверт. Это практически авария!

Чтобы больше не сталкиваться с такими проблемами, нужно хорошо знать концентрации примесей и уже на стадии проекта задаваться вопросом - какие дозы эти примеси могут обеспечить при выводе энергоблока из эксплуатации.

По той же Ленинградской станции... Да, конечно, исходный проект вывода отклонили, приняли другой. Но есть проблема - нужно понять, какие изотопы дают вклад в мощность дозы от бетона и других конструкционных материалов. Раньше нейтронщиков такие задачи не интересовали в принципе, а теперь ими придётся заниматься.

Бетоном всегда защитники больше интересовались...

Да, и считали, как правило, только ослабление потоков нейтронов и гамма квантов в бетоне. А концентрации изотопов в бетоне мало кого раньше интересовали.

Конструкционные материалы. Раньше в них нас интересовали поглощение нейтронов и с.н.а. Теперь нужно позаботиться о том, чтобы указать реальные составы конструкционных материалов на момент извлечения их из реактора. Между прочим, здесь тоже ещё непаханное поле.

Самое главное, что на что нужно обратить внимание - роль нейтроники вновь становится ключевой.

Точная информация о нуклидных составах в будущей многокомпонентной атомной энергетике с ЗЯТЦ необходима для выстраивания логики управления потоками нуклидов в системе, что необходимо для реализации базовых принципов и выполнения требований, сформулированных в рамках международных проектов ИНПРО и Gen-IV в качестве начальных условий перехода на траекторию устойчивого развития ЯЭ.

Нейтрон в атомной энергетике будущего станет своего рода эквивалентом денег, а системные процессы будут в чём-то схожи с финансовыми. Если не следить за системой в целом и интегральным нейтронным балансом, то неминуемо возникновение кризисов.

Впрочем, уже сегодня атомная энергетика в мире вошла в зону риска. Продолжается накапливание ОЯТ, ситуация с ресурсами урана непонятна. Если не заниматься системными расчётами с обязательным привлечением нейтроники, то вполне реально однажды столкнуться с опустевшими складами делящихся материалов и с КИУМами на уровне 0,1.

К сожалению, пока что нейтронщиков эти проблемы заботят мало. Во всяком случае, я не видел у них ни одной кандидатской, не говоря уж о докторской, в которых затрагивалась бы эта тема. Есть одно смягчающее обстоятельство - с такой темой сегодня непонятно, в какой диссертационный совет идти.

Для нейтронной физики открывается новое пространство, но освоение его идёт трудно. Не хватает людей, не хватает теории.

На самом деле, это радует. Это означает, что нейтроника вновь становится наукой, а не прикладным техническим направлением.

Осталось только доказать это. Сейчас же основной лозунг другой: "Настала эпоха инноваций, то есть превращения знаний в деньги. Знаний уже достаточно, так давайте делать из них деньги!". А я настаиваю на том, что знаний по-прежнему не хватает и они сами по себе, безотносительно к экономическим оценкам, являются самостоятельной ценностью.

Когда я рассматриваю систему атомной энергетики в целом, то у меня напрашивается следующая рекомендация. Как известно, у нас есть культура ядерной безопасности, благодаря которой легководные реакторы чувствуют себя лучше других за счёт своего большего мирового опыта. Нам нужно создавать и развивать у себя культуру безопасности развития системы ядерной энергетики.

Что это означает? Если кто-либо обнаруживает экспериментальным или расчётным путем какую-то непонятность или даже потенциальную неприятность, касающуюся того или иного элемента системы как в настоящее время, так и в будущем, то люди, занимающиеся этим элементом, должны её внимательно проанализировать и сделать выводы - например, сформулировать её как проблему и оценить необходимые ресурсы для её преодоления.

Просто отмахиваться от предупреждений нельзя, иначе непонятности, неприятности и угрозы будут накапливаться, и нам постоянно будут грозить кризисы.

Спасибо, Станислав Анатольевич, за интервью для электронного издания AtomInfo.Ru.

Станислав Субботин, фото Сергей Стожилов

Ключевые слова: Нейтронно-физические расчёты реакторов, Интервью, Станислав Субботин, Статьи


Другие новости:

"Hitachi" заморозила "Horizon"

Программа по строительству двух АЭС в Британии приостановлена.

Блок №2 АЭС "Haiyang" приступил к коммерческой эксплуатации

Строительство всех четырёх AP-1000 в Китае завершено.

На энергоблоке №1 Белорусской АЭС начался основной этап подготовки к загрузке ИТВС

В ближайшее время в проектное положение будет установлен БЗТ.

Герой дня

Ирина Московченко: итоги Нейтроники-2018

Ирина Московченко: итоги Нейтроники-2018

Публикация докладов "Нейтроники-2018" планируется в нашем электронном журнале "Вопросы атомной науки и техники. Cерия: ядерно-реакторные константы". Доклады будут публиковаться в 2019 году в мартовском и июньском номерах.



ИНТЕРВЬЮ

Вячеслав Першуков

Вячеслав Першуков
Как только решаются проблемы менеджмента и коммерции, далее встаёт вопрос: "А кто делать-то будет?". И сразу становится очевидной необходимость инженеров и учёных.


МНЕНИЕ

Владимир Рычин

Владимир Рычин
Затянувшаяся пауза с первыми бетонами привела к разговорам о том, что Китай якобы неявным образом сворачивает программу развития атомной энергетики. На самом деле, признаков полного отказа Китая от мирного атома не видно.


Поиск по сайту:


Rambler's Top100