Ашот Саркисов: свинец-висмут - технология, опередившая время

На вопросы электронного периодического издания AtomInfo.Ru отвечает академик РАН, председатель экспертного совета по проблемам флота и кораблестроению ВАК России, вице-адмирал Ашот Аракелович САРКИСОВ.

Изумление американцев

Ашот Аракелович, наш первый вопрос к Вам легко предугадать. Как Вы оцениваете сейчас, по прошествии лет, АПЛ проекта 705 со свинцово-висмутовым реактором?

Без всякого преувеличения могу сказать, что это был уникальный научно-технический прорыв, который опередил уровень того времени на несколько десятилетий. В западных публикациях устоялся тезис, что лодка 705 проекта опередила время на 20 лет. А я бы сказал, что на 40-45 лет.

Такая установка, конечно, могла быть создана только на основе самого широкого применения новейших научно-технических достижений. Пожалуй, это был единственный в нашей стране случай, когда научными руководителями создания подводной лодки являлись сразу четыре академика, ведущих специалиста в своей области. Первым из них упомяну Анатолия Петровича Александрова. За ядерную энергетическую установку отвечал Александр Ильич Лейпунский. За всю автоматизацию управления - Владимир Александрович Трапезников, а за электрооборудование - Андроник Гевондович Иосифьян, академик АН Армянской ССР.

Вот такая концентрация в проекте 705 была не столько личностей, сколько тех коллективов, которые стояли за этими личностями! И того научно-производственного потенциала, который был связан с ведущими советскими институтами. Всё это позволило создать установку, далеко обогнавшую время.

Я глубоко убеждён, что если бы не сложная экономическая ситуация, то свинцово-висмутовое направление на подводном флоте сумело бы освободиться от недостатков, свойственных всякому начальному периоду разработки новых проектов, и стать равноправным направлением в развитии АПЛ.

Откуда пошла идея использовать теплоноситель свинец-висмут? Для наземной энергетики тяжёлые металлы не были характерны.

Первоначально для новых АПЛ просматривался традиционный натрий. Но сыграли свою роль соображения пожароопасности. Был также принят во внимание неудачный опыт эксплуатации на американской АПЛ "Seawolf" (SSN-575). По-видимому, всё это вместе взятое и подтолкнуло к поискам альтернативного металлического теплоносителя.

Металлический теплоноситель был нужен по той причине, что разработчиков интересовал реактор на промежуточных или быстрых нейтронах, и поэтому теплоноситель не должен был содержать лёгких ядер, эффективно замедляющих нейтроны.

Не могу вам ответить точно, кто именно первым назвал свинец-висмут. Есть разные версии, различные варианты, но я думаю, что было бы справедливо приписать эту идею Александру Ильичу.

Я немного знал Лейпунского. Это был, конечно, незаурядный человек. Большой патриот, абсолютно не стеснявшийся своих патриотических чувств и подчёркнуто их выражавший. И талантливейший, конечно, физик. С горечью должен признать, что его незаслуженно обидели, не избрав в нашу академию наук, хотя он заслужил это многократно.

На первых этапах освоения свинца-висмута пришлось преодолеть немало трудностей, связанных с технологией этого нигде, никогда и никем не применявшегося ранее теплоносителя. Была создана лаборатория под руководством Валерия Ивановича Субботина. Построен в Обнинске стенд 27/ВТ, чьё пятидесятилетие отмечалось в 2008 году. В конце концов, основные проблемы были решены.

Первой лодкой со свинцово-висмутовыми реакторами стала АПЛ "К-27", построенная по проекту 645. К сожалению, в 1968 году она потерпела аварию и была плановым порядком затоплена в Карском море, недалеко от Новой Земли, где сейчас и покоится. Вопрос о её подъёме, на мой взгляд, является самостоятельной актуальной проблемой, требующей специального рассмотрения. Но эту тему оставим пока в стороне.

"К-27" позволила подтвердить правильность всех основных принятых конструктивных технологических решений, и наша страна приступила к строительству серии АПЛ 705 проекта. Эти лодки буквально взбудоражили американцев. Наш тогдашний наиболее вероятный противник, узнав о них, испытал шок.

Что их поразило больше всего? Во-первых, широкое применение титана, в том числе, при изготовлении корпуса, что позволило увеличить глубину погружения. Во-вторых, конечно же, установка. Неожиданно для всех у нас появилась установка с жидкометаллическим теплоносителем, позволившим создать малогабаритный реактор с большой плотностью объёмного энерговыделения. Иначе говоря, с возможностью получения больших мощностей при малых габаритах.

Последнее обстоятельство сразу открыло возможность создания подводной лодки небольшого размера, что на тот момент являлось важнейшей задачей. Многие умели строить АПЛ, но лодки получались большими. А тут в руках у СССР возникла принципиально новая технология, обеспечивавшая настоящий прорыв.

Обязательно я должен упомянуть о третьей особенности проекта 705 - его полная автоматизация, комплексная автоматизация управления и подводной лодкой, и энергетической установкой.

Ого! Честно говоря, даже не верится…

В то время это было сделано, понимаете? Сейчас о полной автоматизации только говорят, а на проекте 705 она была реализована.

Американцы оказались абсолютно не готовыми к честному состязанию с нами, и единственное, чем они активно занимались - это разведработой.

Свинец-висмут для них оказался неизвестным направлением?

У них даже задумок не было до тех пор, пока они не узнали о наших лодках. Поэтому они не пытались сделать что-то самостоятельно. Это совершенно новая технология, и для неё требовался огромный объём НИР и НИОКР. Одно дело, знать, что свинец-висмут годится как теплоноситель, другое - на практике использовать его в качестве рабочего тела, отводящего тепло из активной зоны реактора.

От проекта 705 к СВБР

Лодки со свинцово-висмутовыми реакторами были построены, и началась их эксплуатация. Об опыте эксплуатации есть самые разные отзывы, от положительных до негативных.

То, что есть негативные отклики, не удивительно. Имели место аварии, и аварии были неприятны тем, что они сопровождались застыванием, замерзанием теплоносителя, которое полностью выводило из строя энергетическую установку. Конструкция установки не допускала повторного разогрева после замерзания.

То есть, как только запустили реактор, его требовалось постоянно поддерживать в горячем состоянии?

Всё время. Это был родовой недостаток принятой конструкции реакторной установки. Даже в тех случаях, когда лодка была на берегу и бездействовала в течение месяцев, надо было поддерживать теплоноситель в разогретом состоянии.

Чего боялись? Что твэлы будут раздавлены при замерзании?

Нет, всё гораздо проще. Установка при замерзании выходила из строя. Необратимый процесс - как замёрзла, так выбрасывать. В проекте была масса мелких трубок, страшно разветвлённая система контуров, и технически было нереально везде освободиться от пробок, которые возникали в результате замерзания.

Это первый недостаток установки, и надо честно признать, что он существовал. Второй недостаток обуславливался тем, что выбор спектра промежуточных нейтронов стал неоптимальным решением. В результате приходилось иметь довольно большой запас реактивности, многократно превышавший эффективную долю запаздывающих нейтронов. То есть, всегда была потенциальная опасность неуправляемого цепного процесса.

И общий вес стержней был при этом высоким? И, как следствие, опасность аварии с самоходом стержней…

Да, за счёт этого. Это был второй недостаток. Были и другие претензии, это я вам могу сказать откровенно как человек, выступавший со стороны заказчика этих лодок. Но в целом, несмотря на то, что имело место несколько аварий, я считаю, что опыт эксплуатации подтвердил жизнеспособность и перспективность этого направления.

К сожалению, в то время не было возможности поддерживать два направления параллельно. Поэтому было построено семь подводных лодок 705-го проекта, и на этом серия завершила своё существование.

Приходилось слышать мнение от некоторых из Ваших коллег, что насосы никуда не годились.

Не согласен с таким утверждением. Те насосы, которые работали, свою задачу выполняли.

Я бы подошёл к делу так. Нельзя судить о правильности выбранного направления по ограниченному опыту эксплуатации. Было построено только несколько лодок, сделаны первые шаги. Если бы направление получило более широкое распространение, то, конечно, те идеи, которые сейчас реализуются в СВБР-100, были бы осуществлены и на лодках. Недостатки были бы ликвидированы, и мы могли бы с чистой совестью говорить, что свинцово-висмутовая установка по надёжности ничуть не уступает водо-водяным реакторам, а по безопасности превосходит их.

Почему превосходит? В первую очередь, потому что вода накладывает требование поддержания высокого давления в первом контуре. Жидкий металл этого не требует. У жидкометаллических реакторов нет потенциальной энергии, которая представляет собой "затаившийся" риск.

Я для себя сделал сравнительную таблицу - что нового предлагается реализовать в свинцово-висмутовом реакторе СВБР-100 по сравнению с реакторами подводных лодок? Первое - в СВБР перешли на быструю зону, что резко уменьшило запас реактивности и практически исключило возможность неуправляемого разгона. Даже при вынутых по ошибке стержнях СУЗ реактивность в СВБР оказывается меньше суммарной доли запаздывающих нейтронов, и реактор остаётся управляемым.

Второй революционный скачок, который мы хотели, но не успели сделать на подводных лодках - интегральная компоновка энергетической установки, допускающая останов реактора и повторный пуск с разогревом теплоносителя. Никаких мелких трубок, никаких разветвлённостей. В компоновке СВБР всё это исключено.

Для СВБР принято правильное решение, и я его поддержал - несколько снижено удельное энерговыделение. В наземном реакторе нет жёсткой необходимости в уменьшении габаритов, как на подводной лодке. Для СВБР нет смысла гнаться за напряжённость, памятуя о том, что это может быть чревато уменьшением надежности.

Следующий шаг, сделанный в СВБР - создание автоматизированной системы управления технологией теплоносителя. Она будет регулироваться не вручную, а системой автоматики.

То есть, автоматика будет держать примеси, температуру…

Да, она будет отслеживать заданные параметры, вводить необходимые добавки и делать другие необходимые вещи.

Очень правильно также, что в СВБР предусмотрели возможность естественной циркуляции в случае обесточивания установки. Так что, проект СВБР можно считать капитальным усовершенствованием свинцово-висмутовой технологии по сравнению с лодочными реакторами. В нём сохранены её уникальные положительные качества и одновременно исключены недостатки начальных этапов разработки.

Северо-западный мастер-план

СВБР - это будущее свинца-висмута. Но какова же судьба его наследия, лодок проекта 705? Есть ли у России чёткое понимание, что требуется с ними сделать?

Сначала отвечу вам кратко, одним предложением, а потом можем перейти к деталям. По выводу из эксплуатации лодок 705 проекта мы имеем совершенно чёткую картину, чёткие планы, и у нас нет ни одной технологической проблемы, которая бы не решалась.

Положение дел на сегодняшний день таково. Все лодки выведены из числа действующих. Девять отработавших выемных частей покоятся в специальных хранилищах ПВХ ОЯТ и РАО в посёлке Гремиха.

Извините, Вы можете уточнить значение термина "выемная часть"?

Отработавшая выемная часть - это активная зона, то есть, вся сборка активной зоны с топливом. В проекте 705 конструкция предусматривала выгрузку не поканально, а сразу всей зоны полностью. Зона там не такая большая, и поэтому её полная выгрузка была возможна.

Итак, семь подводных лодок были выгружены штатно, в горячем состоянии. Их выемные части были опущены в специальные стальные шахты и залиты слоем свинца-висмута. Потом этот свинец-висмут застывал и брал на себя роль дополнительной защиты. Как показал опыт, получающийся таким образом монолит с активной зоной внутри может храниться безопасно и без отрицательных экологических и радиационных воздействий на окружающую среду.

Часто вспоминают о полониевой проблеме…

Альфа-активный полоний, который образуется за счёт захвата нейтронов в висмуте, следует принимать во внимание при авариях с разливом теплоносителя. Но при эксплуатации и, тем более, при хранении вышедших из строя активных частей такой опасности просто не существует.

И вы задумайтесь - полоний ведь альфа-активный изотоп. Для защиты от такого излучения порой достаточно тонкой фольги, а мы заливаем реактор толстым слоем свинца-висмута. Так что, полоний при хранении реакторов не играет никакой роли.

Возвращаясь к исходной теме. Я сказал про семь выгруженных нормальных активных зон, но остаются ещё две аварийные. В сентябре 2009 года в Гремихе прошла операция по выгрузке выемной части из АПЛ №910. Это лодка аварийная, в 1989 году она была выведена из состава ВМФ и поставлена в режим ожидания своей дальнейшей судьбы.

Первоначально считалось, что выгрузка выемной части из аварийной лодки будет делом сложным, если не невозможным. Но эпопея выгрузки из лодки №910 показала, что задачу это можно решить. Конечно, для этого потребовалась смелость.

Я отдаю должное Валерию Николаевичу Пантелееву, который возглавлял операцию. Победителей не судят, а он стал очевидным победителем - выгрузил и сделал. Теперь Валерий Николаевич и его предприятие "СевРАО" готовятся к разгрузке блока реакторного отсека аварийной подводной лодки №900.

А что предполагается делать с активными зонами дальше?

В 2007 году мы закончили разработку стратегического мастер-плана утилизации и экологической реабилитации выведенных из эксплуатации объектов атомного флота и обеспечивающей инфраструктуры в Северо-Западном регионе России.

Несколько слов о важности этого документа. До 2002 года работы по данному направлению велись только по краткосрочным ведомственным планам, ориентированным на 5-7 лет вперёд. В них не охватывались все объекты, не учитывались должным образом взаимосвязи, и так далее.

В 2002 году на саммите G-8 в Кананаскисе было принято решение помочь России в ликвидации наследия холодной войны, выделив ей 10 миллиардов долларов в течение 10 лет. В качестве одной из главных задач рассматривалась задача утилизации подводных лодок и реабилитация объектов инфраструктуры, которые обслуживали АПЛ.

Но европейский банк реконструкции и развития поставил вопрос таким образом - мы не дадим России ни одного цента, пока у нашей страны не появится всеобъемлющий план. План, учитывающий все объекты, ориентированный на выполнение конечных целей, обосновывающий все приоритеты, и так далее. Тогда и была поставлена задача разработать мастер-план.

Руководство разработкой этого многотомного документа было поручено мне. Мы потратили на его составление целых четыре года.

В чём заключается его особенность? Прежде всего, он охватывает все объекты, представляющие радиационную опасность. И атомные подводные лодки, и атомные надводные корабли, и суда технологического обслуживания, и объекты береговой инфраструктуры. То есть всё, что представляет радиационную опасность. Ни один план раньше такой широтой не отличался.

Второе. В отличие от всех предыдущих планов, здесь осуществлена беспрецедентная глубина планирования. Мы планируем не на пять, не на семь лет, а вплоть до достижения конечных целей. Поэтому некоторые проекты, которые здесь предусмотрены, будут выполняться через 25-30 лет.

Что Вы имеете в виду под конечной целью?

Первое - полный вывоз всего ядерного топлива из региона. Второе - создание инфраструктур обращения с радиоактивными отходами и захоронение радиоактивных отходов в регионе. Третье и очень важное - экологическая реабилитация загрязнённых территорий до уровня, позволяющего использовать их в нормальных промышленных целях.

Вернёмся к особенностям мастер-плана. Две я уже назвал, дополню их третьей. Мы этот проект выполняли с учетом как нашего, так и западного опыта. До сих пор не было, пожалуй, ни одного отечественного планового документа, который разрабатывался бы с участием иностранных специалистов.

У нас был назначенный банком международный консультант. Правда, честно признаться, мы его больше консультировали, чем он нас, но, тем не менее, совместная работа с компанией-консультантом позволила использовать накопленный на Западе позитивный опыт в этих вопросах.

Наконец, четвёртая особенность мастер-плана. Если раньше планы составлялись, опираясь на исследования, сделанные ранее или выполняемые в других учреждениях, то в рамках стратегического мастер-плана было предусмотрено восемь специальных стратегических исследований, ориентированных на решение принципиально важных проблем.

Пример таких исследований Вы можете привести?

Пожалуйста - обоснование критериев реабилитации радиационно-загрязнённых объектов береговой инфраструктуры. Здесь подходы могут быть разные, например, зелёная лужайка или что-то другое. Нам нужно было обосновать тот разумный критерий, до уровня которого надо заниматься реабилитацией.

Второе специальное стратегическое исследование касалось реакторов с жидко-металлическими теплоносителем. Было много неясностей у нас, и требовалось создать цельную картину обращения с ними.

Также были проведены исследования по обращению с дефектным и неперерабатываемым ОЯТ, по усовершенствованию нормативной правовой базы в сфере комплексной утилизации АПЛ и экологической реабилитации ОЯТ и РАО и другие.

Каков на данный момент статус мастер-плана?

Прежде всего, с гордостью скажу, что он утверждён. Он одобрен ассамблеей стран-доноров и введён в действие приказом руководителя Росатома С.В.Кириенко 26 декабря 2007 года как основной плановый документ самого высокого уровня, определяющий все работы в области утилизации. Сейчас всё, что делается по утилизации и экологической реабилитации в северо-западном регионе, проходит в соответствии с мастер-планом.

Недавно в дополнение к мастер-плану была разработана информационная система управления - специализированная ИСУП. В январе этого года ИСУП была утверждена госкорпорацией "Росатом" и введена в действие.

Группа, которая занимается ИСУП, находится в ИБРАЭ. К ней стекаются все сведения по работам, связанным с утилизацией. Если возникают какие-то новые обстоятельства, требующие альтернативных решений, то подключается группа экспертов, созданная при проектном офисе "Комплексная утилизация АПЛ Госкорпорации "Росатом", которая анализирует ситуацию и рекомендует оптимальные действия. После этого решение утверждается руководством "Росатома" и выдаётся как указание тем, кто занимается этими работами.

Подчёркиваю ещё раз, что сейчас все работы, связанные с утилизацией выведенного из эксплуатации атомного подводного флота, а так же объектов инфраструктуры, которая его обслуживала, сверяются и ведутся в соответствии с предначертаниями стратегического мастер-плана.

Предвидение адмирала Риковера

Какой итог получился по реакторам? Что будут делать с выемными частями? Пойдут в хранилище?

Посмотрите мастер-план. Вот девять выемных частей, плюс ещё одна, которая находится в Сосновом Бору. В 2013 году начнётся их вывоз. Они сначала будут вывозиться к месту погрузки на железную дорогу морским путем специальным судном, которое строится сейчас в Италии, потом по железной дороге на площадку временного хранения.

Она будет расположена в Димитровграде?

Да, предполагается, что в Димитровграде. По каждой зоне составлен план по разборке и утилизации, от начала до конца.

Кроме реактора, есть ведь ещё собственно корпус и всё остальное. Если не ошибаемся, американцы предпочитают поставить всё это куда-нибудь лет на 50, чтобы всё спокойно высветилось.

Ответ простой. Всё, что связано с радиоактивностью, ограничивается реакторным отсеком. Как поступают американцы - и кстати, за что я воевал ещё в далёкие 80-ые годы, но тогда не получал поддержки? Они вырезают реакторный отсек вместе с реактором, в котором топлива уже нет. Иногда в этот реакторный отсек загружают радиоактивные детали и конструкции из других мест. Потом бочку с твёрдым радиоактивным металлом везут в пустыню Невада в штате Вашингтон и устанавливают на бетонные блоки.

В той местности очень маленькая влажность. Дожди там выпадают пять-семь дней в году. Поэтому всё хранилище просто обнесено колючей проволокой, а весь обслуживающий персонал - пара десятков человек.

Не могу не вспомнить экзотическую картину, которую я наблюдал в американском хранилище - по территории свободно идёт индеец в красочном облачении и с перьями. Задаём вопрос, как он туда попал. Ответ таков - это индейская земля, их община дала разрешение на строительство хранилища, но землю они продолжают считать своей и гуляют по ней, как им заблагорассудится.

Реакторные отсеки американцы собираются хранить в течение 70-80 лет. Мы спрашивали их - как вы планируете поступать по окончанию этого срока? Неофициально нам сказали, хитро улыбнувшись, что получат разрешение на следующие 70-80 лет хранения.

В США никто ничего с реакторными отсеками делать не собирается. Нет смысла. Есть, конечно, технологии, позволяющие в результате переплавки выделять радиоактивную часть, а остальное пускать в производство, в промышленность. Но это будут настолько дорогие стали, что смысла заниматься такой работой нет. Проще выдерживать в хранилище. И мы поступим точно также.

Остальная часть подводной лодки не радиоактивна. Она разрезается на части, разделяется резина, кабели, медь, сталь, и всё идет на переплавку в производство. Это классическая схема.

У нас пытались сначала отсеки разместить в штольнях, которые были выстроены в своё время в скальном массиве на Севере и Дальнем Востоке для укрытия подводных лодок в случае атомного удара. Штольни представляют собой циклопические сооружения.

Но я, когда в первый раз приехал на объект вместе с группой специалистов, обратил внимание на две вещи. Первое - уровень нижнего основания штолен на десять метров ниже уровня моря. Там стоит плотина, и в случае её прорыва отсеки окажутся в морской воде со всеми вытекающими последствиями.

И второе - обстановка там не слишком подходящая для длительного хранения отсеков. Считалось, что в скальном грунте должно быть сухо, но, на самом деле, там было "сыровато". В сутки через щели в штольни поступали десятки тонн воды.

Я в свое время, будучи ещё председателем научно-технического комитета ВМФ, написал главнокомандующему письмо, где обратил внимание на нецелесообразность такого способа обращения. Тем более, что мне на тот момент уже были известны разведданные об американских подходах к хранению реакторных отсеков.

Меня вызвал к себе главком, Сергей Георгиевич Горшков, и сказал так: "Что касается техники я с вами согласен. Но вы рассуждаете слишком узко. У меня есть ещё социальные проблемы. Что я буду делать с десятком тысяч строителей, которые остаются на севере без работы?". На том беседа и закончилась. Загрузка строительных предприятий, другие социальные вопросы интересовали главкома в не меньшей степени, чем решение технических проблем. И это было по-своему понятно.

Всё-таки, в конце концов от этой идеи благополучно отказались, и сегодня мы идём тем же путём, что и в остальном мире. Хранение отсеков никакой опасности для окружающей среды не представляет. За ними нужно присматривать и осуществлять локальный мониторинг.

Так вот и заканчивается жизненный цикл подводных лодок. Хотелось бы вернуться к концу 50-ых годов, когда началась разработка и была спущена первая атомная подводная лодка. Это было время гонки вооружений, отчаянное время. У нас, к сожалению, весь жизненный цикл продуман не был. Считалось, что надо в первую очередь строить, а обо всём прочем можно задуматься и потом.

Американцы действовали по тому же принципу?

Нет. У них руководителем создания АПЛ был адмирал Риковер. Читая его мемуары, я сам своими глазами нашёл в документах, относящихся к времени разработки "Наутилуса", указания о том, что надо думать о конечных стадиях обращения. Поэтому американцы так легко подошли к этому этапу, у них была готова концепция и даже выбрано место для хранения.

Знаете, наше личное мнение - Риковер был просто фантастически умный специалист.

Да, умный и пробивной. И очень проницательный. Незаурядный человек, конечно. Ничего не скажешь. Но тем приятнее подчеркнуть, что талант нашего российского ученого и конструктора оказался значительно более богатым и многообразным, чем американский. И лодки со свинцом-висмутом появились в нашей стране, а не в Соединённых Штатах. А американцы так и "упёрлись" в водо-водяные реакторы.

Благодаря нашему заделу, полученному на лодках, мы можем теперь переходить к созданию АЭС малой мощности с реакторами СВБР. Свинцово-висмутовые реакторы прописаны в ФЦП на новой технологической платформе. Есть все шансы, что этот реактор будет построен, им заинтересовался, как все знают, Дерипаска.

Сколько времени может потребоваться потенциальным конкурентам, чтобы догнать Россию по свинцу-висмуту?

Точную оценку дать трудно. Если где-то будут сконцентрированы большие деньги, то с учётом известного нашего опыта, который в значительной степени сегодня раскрыт, то время на создание таких технологий развитой страной я оцениваю, как лет 15, не менее.

Но спать нам ни в коем случае не надо! Нужно торопиться. Нужно работать, продвигаться вперёд и сохранять созданный в советские времена отрыв от конкурентов.

Большое спасибо, Ашот Аракелович, за интересное интервью для электронного издания AtomInfo.Ru. И, конечно же, поздравляем Вас с великим праздником - Днём Победы!

ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru