Как на АЭС Фукусима: японские атомщики провели опасный эксперимент в Курчатове

Уникальные исследования в сфере атомной энергии, аналогов которым нет во всём мире, проводятся на базе Национального ядерного центра города Курчатов Абайской области. Центр создан 32 года назад,  и 30 из них он сотрудничает с японским научным миром. Их совместные проекты расширили назначение мирного атома и изменили отношение людей к ядерной индустрии. По случаю круглой даты курчатовские учёные пригласили своих партнёров в гости. Какие плоды принесло коллаборация двух стран, и что задумали ядерщики в будущем, в материале корреспондента BaigeNews.kz.

В эти дни Курчатов принимает передовую группу учёных из страны восходящего солнца. С 4 по 7 июня в Национальном ядерном центре Казахстана (НЯЦ РК) проходит международный научно-технический семинар "30 лет казахстанско-японского научно-технического сотрудничества в области мирного использования атомной энергии".

Цель семинара - подвести итоги 30-ти летнего партнёрства РГП НЯЦ РК и японских организаций, обсудить планы и направления предстоящего сотрудничества, и, конечно, вспомнить, как всё начиналось!

Риск оправдан

История совместной работы учёных из двух стран началась в 1994 году, а судьбоносная предыстория, которая есть в любом большом деле, произошла годом ранее.  

Летом 1993 года на конференции в Нижнем Новгороде познакомились два человека, заинтересованных в развитии атомной энергетики своих стран. Тогда Казахстан и Япония, столкнувшиеся с последствиями ядерных испытаний и атак, искали новые пути развития и применения  мирного атома.

Встретились и разговорились Олег Пивоваров из Института  атомной энергии Казахстана и главный идеолог Японии по реакторам четвёртого поколения изТокийского технологического института господин Й. Фуджи-ё.

Пивоваров рассказал коллеге, что учёные из Японии несколько раз посещали испытательный полигон, НЯЦ, которому на тот момент был уже год, но визиты ничем не заканчивались, хотя сотрудники центра были открыты для партнёрства в любой форме.

Слова о желании работать вместе и информативный доклад Пивоварова произвели на Фуджи-ё большое впечатление, и он принял приглашение посетить  конференцию по ядерным технологиям в Казахстане, которая проходила осенью 1993 года.

Тогда японские учёные не видели потенциала казахстанской стороны, но Фуджи-ё это не остановило, он убедил своих коллег в обратном.

В декабре 1993 года теперь уже он пригласил казахстанских специалистов в Токийский технологический институт, где работал директором исследовательской лаборатории ядерных реакторов, и представил казахстанскую делегацию правительственным чиновникам. Это был решающий шаг, после которого через год, в сентябре 1994 года, было заключено первое рамочное соглашение и подписан первый годовой контракт по проведению экспериментов.

Первыми совместными проектами стали экспериментальные исследования тяжёлых аварий водо-охлаждаемых реакторов, а также экспериментальные исследования по обоснованию конструкции активной зоны реактора на быстрых нейтронах, которая исключает возможность возникновения повторной критичности.

"30 лет - это достаточно большой срок и хорошая дата, которую мы сегодня отмечаем. Сегодня уже достаточно широкий состав японских организаций, с которыми мы проводим совместные исследования. Главный итог - это то, что мы вышли на новый уровень взаимодействия, где есть доверие, понимание, оценка знания того, что мы можем и как можем делать. И что мы и дальше будем развивать наши отношения", - поделился планами генеральный директор НЯЦ РК Эрлан Батырбеков, открывая конференцию.

Глава и голова!

Самые масштабные проекты в партнёрстве с японской компанией Toshiba -  это Fukushima Debris и CORMIT. Эти уникальные эксперименты пока не повторил никто. В частности, в рамках проекта Fukushima Debris учёные из ядерного центра  смогли расплавить активную зону, аналогичную той, что есть сейчас в аварийном реакторе на Фукусиме. Участники проекта провели физические, химические исследования и дали определённые рекомендации по тому, как же всё-таки нужно извлекать расплав из активной зоны.

Главным результатом исследований в рамках проекта  CORMIT  стало создание "ловушек", которые сейчас используются на действующих реакторах Японии.

"У нас много планов по дальнейшему развитию - это ионная спектроскопия. На основе нашего материаловедческого "Токамака КТМ", планируем получить новые знания для развития термоядерного управляемого синтеза", - поделился планами глава НЯЦ Эрлан Гадлетович.

Делегацию учёных, участников международных проектов из Японии, возглавил Президент агентства по атомной энергии Когучи Масанори. Руководит ведомством второй год,  в Казахстан приехал впервые. Он рассказал журналистам о своём видении результатов  научного партнёрства. Стоит отметить, что учёные из НЯЦ РК принимают участие в ликвидации последствий на атомной электростанции Фукусимы. Применяются результаты совместно проведённых исследований на базе Национального ядерного центра РК.

"Я буквально второй год нахожусь на должности руководителя японского агентства по атомной энергетике и всё, что до этого времени было реализовано, не видел лично. Однако считаю, что работа была проведена на долгосрочной основе и на очень высоком уровне. Оцениваю результаты  высоко. Эти исследования будут играть большую роль для разработки более безопасных быстрых реакторов будущего.  Также мы знаем, что в Казахстане сейчас проводится обсуждение возможного принятия решения о строительстве атомной электростанции. Наше агентство по атомной энергетике и другие японские организации, которые относятся к этой отрасли, могут помочь в этом", - рассказал во время беседы Когучи Масанори.

Глава атомного ведомства поделился с корреспондентом BaigeNews.kz и своими первыми впечатлениями о Казахстане. Его удивили тёплый климат, местное гостеприимство и гастрономические традиции.

"Для меня было открытием, но климат оказался мягче,  чем я думал. Он похож на климат Японии. Зимой здесь, наверное, всё выглядит по-другому!  В первый день для нас организовали ужин в юрте, приготовили щедрое застолье, вкусную еду, которому предшествовали ваши национальные ритуалы. И мы получили огромное удовольствие от этого погружения!  А на горячее мы ели бешбармак и баранью голову.  Всё было вкусно и очень уютно! Спасибо казахстанцам за эти эмоции", - поделился впечатлением Когучи Масанори, который, во время трапезы, раздал двум своим заместителям приготовленные уши барашка.

Лаборатория в тысячи гектар

Миссия Национального ядерного центра РК - научно-техническая поддержка политики Правительства Республики Казахстан в области мирного использования атомной энергии. Центр осуществляет деятельность по пяти стратегическим направлениям и объединяет три научно-исследовательских института: Институт атомной энергии, Институт радиационной безопасности и экологии, Институт геофизических исследований, а также предприятие "Байкал", которое занимается инженерно-техническими работами и проектами. Число сотрудников - 1780 человек.

Исследовательская база НЯЦ включает в себя два исследовательских реактора, экспериментальные стенды, установки, хранилища ампульных источников ионизирующего излучения, хранилище ангарного типа, лабораторные корпуса, которые оснащены самым современным оборудованием. Учёные создали здесь казахстанский материаловедческий Токамак (тороидальная камера с магнитными катушками), который позволяют проводить уникальные исследования  в области управляемого термоядерного синтеза. Ну и, конечно, семипалатинский испытательный ядерный полигон, который на сегодня является  крупнейшей в мире исследовательской естественной природной лабораторией.  

Роль центра на сегодня очень велика. Предприятие обеспечивает научно-техническую поддержку в подготовительной работе по внедрению атомной электростанции. Используя собственные опыт и компетенции в этой сфере, учёные готовы обеспечить поддержку на всех этапах жизненного цикла атомной электростанции в соответствии с классификацией МАГАТЭ.

За 30 лет  казахстанские и японские учёные выполнили немало сложных экспериментальных исследований в области обоснования безопасности реакторов действующих АЭС,  в области развития и применения реакторов на быстрых нейтронах, а также в сфере исследования обоснования и развития атомной энергетики Республики Казахстан.

Серьёзное внимание в этой коллаборации уделяется вопросам сохранения и развития кадрового потенциала атомной отрасли.

Большой интерес

Заместитель генерального директора по научной работе НЯЦ РК Владимир Витюк подробно посвятил участников конференции в самые главные достижения и проекты 30-летнего сотрудничества. Так, отечественные учёные и их японские коллеги разработали уникальный метод проведения исследования по моделированию тяжёлых аварий на атомных электростанциях с плавлением активной зоны. 

"Здесь мы провели исследование взаимодействия расплавленных материалов активной зоны с водой, бетоном, различными металлическими сооружениями, которые представляют собой элементы противоаварийных конструкций. И сегодня результаты наших исследований весьма востребованы крупнейшими разработчиками реакторных технологий", - прокомментировал Владимир Витюк.

Так, например, полученные данные проекта CORMIT позволили определить термически стабильные материалы, устойчивые к воздействию расплава активной зоны. Эти материалы будут использоваться в противоаварийных ловушках расплава, которые устанавливаются под корпусом реактора на атомных электростанциях

"Результаты наших исследований уже нашли реальное применение на атомных электростанциях Японии", - резюмировал работу Владимир Витюк.

В рамках реализации проекта Fukushima Debris совместно с компанией Toshiba был успешно  смоделирован расплав активной зоны реактора аварийного реактора АЭС Фукусима и изучены его физические и химические свойства.

"С использованием полученных данных были выработаны рекомендации по дальнейшему обращению с данным расплавом, рекомендации по разработке инструментария и методов его извлечения, который сегодня находится под аварийными энергоблоками. В следующем году начнутся работы по извлечению расплавов из-под аварийных реакторов АЭС Фукусимы", - прокомментировал Владимир Витюк.

Большую работу учёные выполняют в области безопасности реакторов четвёртого поколения - это реакторы на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем, которые станут основой атомной энергетики в будущем. В этом направлении совместно с японским агентством по атомной энергетике проводятся многолетние работы.

Спикер отметил, что за последние годы НЯЦ существенно расширил географию партнёров.  С 2019 года совместно с французским Комиссариатом по атомной энергии и альтернативным энергоисточникам реализуется многолетний контракт SAIGA. Цель - изучение поведения топливной сборки французского реактора на быстрых нейтронах в условиях тяжёлой аварии.

"Отдельно стоит отметить наше успешное сотрудничество с национальными лабораториями США в рамках реализации масштабных проектов по конверсии наших исследовательских реакторов на низкообогащённом топливе. В частности, итогом многолетней работы стало то, что в мае 2023 года один из наших реакторов успешно начал работу на низкообогащённом уране", - пояснил Владимир Витюк.

Параллельно в НЯЦ ведётся работа по разбавлению и утилизации своими силами запасов высоко обогащенного топлива, а также по разработке способов производства нового экспериментального низкообогащенного уранового топлива, говорят в центре.

С целью утилизации топлива сотрудники НЯЦ разработали специальную технологию утилизации методом сухого смешивания, которая уже получила положительное заключение МАГАТЭ.

"И, как результат, наш национальный ядерный центр стал единственной организацией в мире, которая является разработчиком и обладателем технологии разбавления и иммобилизации облученного высокообогащённого уранового графитового  топлива", - рассказал о достижениях центра Витюк.

Одна из важнейших задач атомной энергетической отрасли -  это реализация технологии обращения с отработавшим ядерным топливом и радиоактивными отходами.

Сотрудничество продолжается

Работу в рамках проекта  EAGLE прокомментировал главный специалист по ядерным технологиям Института атомной энергии НЯЦ РК Александр Вурим.

"Исследования на установке, в первую очередь, направлены на смягчение последствий тяжелой аварии ядерного энергетического реактора, на сведение к минимуму возможности разрушения защитных барьеров - силового корпуса, бетонного основания реактора - препятствующих выходу кориума и продуктов деления в окружающую среду", - посвятил участников конференции в детали проекта Александр Давидович.

На реакторе выполнили порядка 150 методических экспериментов, два среднемасштабных эксперимента и девять полномасштабных испытаний экспериментальных устройств. В 2024 году программа EAGLE была завершена.

"Вместе с результатами возникли и новые задачи, новые вопросы, и, соответственно, желание получить на них ответы". В этой связи в настоящее время обсуждается двухлетний проект, в рамках которого есть возможность проведения экспериментов.  Таким образом, история проекта EAGLE продолжается", - заметил Александр Вурим.

Дальнейшие планы сотрудничества Казахстана и Японии в сфере атомной энергетики уже обсуждаются. Глава НЯЦ Эрлан Батырбеков совсем недавно был в Японии, где обсудил с руководителями профильных организаций планы до 2030 года. Стороны рассматривают новые по сложности эксперименты, чтобы найти возможность поднять на высокий уровень безопасность реактора будущего - реактора четвёртого поколения.

"У нас большие планы по подготовке кадров. Мы совместно готовим специалистов для различных областей атомной энергетики. На сегодняшний день уже есть инструкторы, которые прошли обучение и, являясь сотрудниками национального центра, уже сами проводят курсы по обучению персонала, по обучению людей, которые будут вовлечены и в строительство атомной электростанции. Нет сомнения в том, что они обладают опытом проведения самых сложных экспериментально-теоретических исследований, и мы выражаем надежду, что весь этот потенциал будет и в дальнейшем использоваться, будет востребован для безопасного развития атомной энергетики на благо наших стран - Японии и Казахстана", - заключил глава НЯЦ Эрлан Батырбеков.

Фото: НЯЦ РК.