«РОСАТОМ» / АО «ГНЦ РФ – ФЭИ»

Отдел технической диагностики и экспериментальных физических исследований реакторных установок

Историческая справка

В начале 60-х годов расчетно-теоретические и экспериментальные исследования промежуточных реакторов были сосредоточены в основном в лаборатории № 8 ФЭИ. Под руководством и при непосредственном участии бывших сотрудников лаборатории №8 доктора физ-мат. наук Б.Ф. Громова, доктора физ-мат. наук В.А. Кузнецова, доктора физ-мат. наук А.И. Могильнера, канд. физ-мат. наук Ю.А. Прохорова, доктора физ-мат. наук В.Я. Пупко, канд. физ-мат. наук Г.И. Тошинского, с.н.с. В.В. Чекунова, канд. физ-мат. наук Л.А. Чернова, коллективами физиков были проведены широкие исследования физики судовых реакторов на промежуточных нейтронах, позволившие осуществить разработку первых в мире реакторов на промежуточных нейтронах со свинцово-висмутовым теплоносителем – Проект № 645.

Проект №645

Реакторы на промежуточных нейтронах со свинцово-висмутовым теплоносителем – Проект № 645
Коллектив физиков - исследования физики судовых  реакторов на промежуточных нейтронах

13 августа 1964 г. Приказом директора ФЭИ № 028 была утверждена структура ФЭИ, на основании которой был образован сектор № 3 судовых атомных установок под руководством Громова Бориса Федоровича, в составе которого был образован отдел № 16 – отдел экспериментального изучения физики ядерных реакторов.

Экспериментальная база отдела №16 состояла из трёх критических стендов: ПНТФ, который был создан на здании 9 (в бывшей котельной) и двух критстендов на здании 166 – ПФ-3, который затем был реконструирован в ПФ-6, а позднее в ГРОТ-1, и ПФ-4.

На стенде ПНТФ изучались общие вопросы физики реакторов на промежуточных нейтронах, а стенды ПФ-3 и ПФ-4 были ориентированы на определенные проекты: первый – на изучение физики реакторов летательных аппаратов (ядерных ракетных двигателей ЯРД), а второй – на проекты энергетических установок для АПЛ с жидкометаллическим теплоносителем Pb-Bi. Именно на ПФ-4 моделировались U-Be активные зоны ядерных реакторов паропроизводящих установок (ППУ) Проектов 645 и 705. Научным руководителем работ на стенде ПФ-4 был Л.А. Чернов.

В состав отдела вошли лаборатории № 8 и № 66. Заведующим отделом №16 был назначен Кузнецов Вячеслав Алексеевич. В связи с развитием работ по физике реакторов для ядерных ракетных двигателей, в 1969 г. в отделе № 16 была организована лаборатория № 77. Таким образом, отдел № 16 стал состоять из трёх лабораторий и группы эксплуатации зданий и стендов.

В состав отдела № 16 вошла также довольно большая группа управления и служб, руководителями которой были Анатолий Александрович Веденеев, Виктор Павлович Радченко.

Лаборатория № 66 (руководитель – Могильнер Александр Иосифович) была сосредоточена на исследованиях кинетики и динамики ядерных реакторов, экспериментальных работах по исследованию вводимых в строй объектов.

Лаборатория № 8 (руководитель – Чернов Лионель Александрович) была нацелена на экспериментальные исследования физических характеристик перспективных реакторов на промежуточных нейтронах, разрабатываемых для ВМФ.

Лаборатория №77 (руководитель – Прохоров Юрий Александрович), кроме работ по физике реакторов на промежуточных нейтронах, вела работы по физике реакторов для ЯРД.

В конце 1966 года, во многом благодаря усилиям В.П. Радченко, было принято в эксплуатацию здание 215, в котором экспериментальная база в виде критических стендов (КС) получила свое дальнейшее развитие.

Служба эксплуатации зданий 215 и 166 обеспечивала безаварийную эксплуатацию оборудования зданий и стендов отдела, а также оказывала помощь заведующим лабораторий в подготовке и проведении экспериментов.

Изучение физики реакторов на критстендах отдела № 16 шло по многим направлениям: набор критмасс, измерение статвесов различных материалов, подробно изучались поля энерговыделений, пространственно-энергетические распределения нейтронов методами активационного анализа, с помощью спектрометров по времени пролета с механическими прерывателями нейтронов (ПФ-4 и ПФ-6), а также с импульсным источником нейтронов (ПФ-4).

На основе этих экспериментов проводилось тестирование расчетных программ, уточнялись константы по сечениям материалов и пр. Сотрудники лаборатории № 66 под руководством ее начальника А.И. Могильнера активно разрабатывали и вводили в практику эксперимента методики изучения характеристик ЯЭУ динамическими методами (группа В.Л. Череватенко), статистическими методами исследования физики реакторов занимались С.А. Морозов, Д.М. Швецов и др. При этом эти методики применялись как для изучения характеристик ядерных ракетных двигателей (ЯРД), так и ППУ с ЖМТ.

Атомная подводная лодка Проекта №705

27.07.67 введен в эксплуатацию КС ФГ-5, уникальный стенд для изучения физики реакторов с ЖМТ для АПЛ. Он имел штатный набор твэлов, штатную компоновку, возможность разогреваться до температуры 550 °C от электронагревателя путем продувки азота или прокачки эвтектики Pb-Bi. Стенд был оснащен большим количеством КИП, имел спектрометр по времени пролета с вертикальной пролетной базой и двухроторным механическим прерывателем, универсальный осциллятор для измерения статвесов материалов, автоматизированную многоканальную установку для обсчета твэл и другие экспериментальные устройства.

На этом стенде изучались характеристики ядерных реакторов с U-Be и гидридциркониевыми зонами для АПЛ Проекта №705.

Критический стенд «Стрела»,  на котором изучались физические характеристики ЯРД

14.02.68 принят в эксплуатацию критстенд «Стрела», на котором изучались физические характеристики ЯРД. Научным руководителем работ на критстендах космической тематики был Ю.А. Прохоров, а с его переходом руководителем отдела ядерной безопасности – И.И. Захаркин, затем А.Г. Портяной. По результатам исследований нейтронно-физических характеристик (НФХ) на КС «Стрела» был создан и испытан на объекте «Байкал» ЯРД 11Б91-ИР-100.

Энергетический пуск первого в СССР реактора ЯРД осуществлен 27.03.1978 под научным руководством большой группы специалистов отдела № 16 (И.И. Захаркин, А.А. Веденеев, А.Д. Овечкин и др.). Затем были огневые испытания и пуски еще трех ЯРД, в которых достигнуты температура рабочего тела (водорода) ≈2630 K при мощности 42 МВт с длительностью номинального режима 90 с и удельным импульсом ≈800 с.

31.03.69 введен в эксплуатацию универсальный по возможностям КС СГО, который заменил на обновленном техническом уровне стенд ПФ-4, выведенный к тому времени из эксплуатации.

30.09.71 в бокс № 3 здания 215 был переведен из здания 166 КС ГРОТ-1 (графитовый реактор однотвэльный), в котором в качестве замедлителя использовались графит и бериллий. На этом стенде изучались НФХ проекта уникального ЯРД, проект которого выполнен в НИИТП. Отдел №16 занимался изучением физики реактора этого изделия на уровне КС.

В 1968 году В.А. Кузнецов был назначен директором ФЭИ и отдел № 16 возглавил А.И. Могильнер, который стал идеологом создания центра по сбору, обработке и хранению экспериментальных данных, получаемых на многочисленных критических стэндах и исследовательских реакторах ФЭИ. Здание 215 стало называться реакторно-измерительный центр (РИЦ). В здании РИЦ был сосредоточен большой объем электронной аппаратуры, в том числе вычислительной, доступ к которой по проводной связи имели многие исследовательские лаборатории ФЭИ. Была проводная связь РИЦ с вычислительным центром ФЭИ.

А.И. Могильнер наметил фактически новый курс: техническая диагностика ЯЭУ. Впервые о целесообразности использования статистических методов, проводником которых он был, А.И. Могильнер говорил еще в самом начале 70-х годов, видя в них логическое продолжение деятельности руководимой им лаборатории № 66.

Сотрудники отдела № 16 занимались вопросами разработки методов и аппаратуры практически по всем направлениям реакторной техники, имевшейся в ФЭИ. Это диагностирование течи воды в натрий на реакторных установках типа БН (С.А. Морозов и др.), зашлаковывание активной зоны с ЖМТ на здании 75 (А.И. Могильнер, С.А. Морозов и др.), разработка алгоритмов диагностирования и оценки остаточного энергозапаса вместе с авторским сопровождением методик диагностирования ППУ всех АПЛ Проекта 705 на Северном флоте (В.Н. Богомолов, С.Н. Ковтун, И.Е. Сомов и др.), сопровождение и диагностика технического состояния при наземных испытаниях и работе в космосе установок «БУК» и «ТОПАЗ» (В.Л. Семенистый, В.Я. Поплавко, А.А. Бударин и др.).

В отделе 16 были разработаны новые методики контроля и диагностики на основе статистических методов:

  1. Измерения абсолютной мощности ядерного реактора; времени жизни мгновенных нейтронов и βэфф.
  2. Обнаружения газовых включений и кипения теплоносителя в а.з.
  3. Измерения расхода теплоносителя.
  4. Контроля вибраций внутрикорпусных конструкций реактора и др.

Был выполнен широкий круг экспериментальных исследований на реакторных установках 27ВТ, 27ВМ, КМ-1, КВ-1, КВ-2, АМ-1, БР-10, Бук, Топаз и различных АЭС. По результатам этих исследований были разработаны и внедрены на действующие ЯЭУ аппаратно-технические средства, реализующие алгоритмы перечисленных методик.

Авторитет школы диагностики ЯЭУ ФЭИ стал настолько высок, что специалистов ФЭИ стали приглашать на курирование проектов в ОКБ «Гидропресс», ИАЭ им. И.В. Курчатова, ОКБМ (С.А. Морозов, В.Н. Богомолов, В.М. Куприянов и др.).

Проект №705

Проект №705
Атомная подводная лодка Проекта №705

С 1988 по 2010 гг. руководителем отдела № 16 был Славий Алексеевич Морозов. Ему пришлось работать начальником отдела в непростое время перестройки. Тогда же отдел № 16 стал называться отделом технической диагностики и экспериментальных физических исследований реакторных установок.

Накопленные в отделе знания и опыт специалистов по контролю и диагностике физических параметров ЯЭУ различного типа позволили сориентировать деятельность отдела на разработку и внедрение систем контроля и диагностики на отечественных и зарубежных АЭС.

Много интересных экспериментальных работ на одностержневой модели выполнено на зд. 160 по диагностированию технического состояния системы теплоотвода реактора испарительного охлаждения (В.Н. Богомолов, В.Н. Замиусский и др.). Эти работы проводились в тесном взаимодействии с расчетчиками - работниками отдела № 3 (О.Г. Григорьев, Д.Е. Скориков и др.).

Было создано несколько экспериментальных установок, в том числе метрологический стенд для поверки измерительных каналов плотности нейтронного потока (МСПИК) с высокопоточным радионуклидным источником нейтронов и стенд, моделирующий течь воды из трубопровода в подызоляционное пространство (СКТВ-2М).

В 2011 году начальником отдела № 16 назначен Павел Александрович Дворников, который до этого несколько лет работал начальником лаборатории № 66 и был одним из основных исполнителей работ по разработке, поставке и внедрению систем диагностирования.

Несмотря на смену руководителей, изменение структуры и научных направлений в отделе № 16 всегда сохранялась и сохраняется традиция преемственности в вопросах достижения высокого качества выпускаемой продукции, ответственности за порученное дело по срокам и качеству не только перед руководством института и отрасли, но и перед получателем (заказчиком) продукции.

Основные направления работ

Основные направления работ

Конкурентоспособность отдела 16 в современных условиях

  • Работы по созданию систем контроля и диагностики для АЭС выполняются под надзором контролирующих органов (ЗАО «Агентство Надзора за Качеством» (ЗАО «АНК»), ФГУП ВО «Безопасность»), Ростехнадзора.
  • Системы контроля и диагностики имеют класс безопасности 2Н, 3Н (оборудование, важное для безопасности нормальной эксплуатации), к которому предъявляются повышенные требования к механическим, климатическим, сейсмическим, электромагнитным, радиационным воздействиям, характерным для условий АЭС.
  • Изготовленное оборудование проходит сертификацию в «Системе сертификации оборудования, изделий и технологий для ядерных установок, радиационных источников и пунктов хранения».
  • Разрабатываемые системы имеют высокий научно-технический уровень, востребованы на АЭС, что позволило ГНЦ РФ – ФЭИ стать одной из ведущих организаций в отрасли по разработке и внедрению систем контроля и диагностики ЯЭУ.

Отдел технической диагностики и экспериментальных физических исследований реакторных установок