МЕНЮ

Зустріч із мирним атомом

Як працює дослідницький реактор в Інституті ядерних досліджень

Ви знали, що в Києві діє справжній ядерний реактор? Щоправда, невеликий, дослідницький. Якщо на звичайній атомній станції у реактор завантажують близько 200 тонн палива, то у реактор на території Інституту ядерних досліджень НАН України — усього п’ять кілограмів. Звісно, «усього», коли йдеться про радіоактивні речовини, це поняття відносне. Тож режим роботи на території інституту суворий, з вулиці туди не зайдеш.

Утім, нам пощастило потрапити на екскурсію до ІЯД. Такі події відбуваються не частіше разу на рік, правила пропуску не менш суворі, ніж на заходи з умовним президентом. На противагу цьому атмосфера на території інституту дружня, а самі співробітники раді розповісти про свою роботу.

ЛОКАЦІЯ

Маршрутка зупиняється біля Інституту фізики. Інститут ядерних досліджень розташовується через дорогу, його не проминеш, бо на вході — веселкова мозаїка на тему мирного атома, «Ковалі сучасності» Галини Зубченко та Григорія Пришедька.

Сама територія установи мальовнича, багато зелені. Історично місцевість називається Багринова гора, колись тут були гаї та галявини вперемішку з городами. Тож не дивує, що такі землі вподобали забудовники: у санітарну зону реактора буквально вгризається висотний житловий комплекс. Неймовірний ексклюзив — квартири з видом на реактор, куди там Дніпру з київськими пагорбами, правда?

РЕАКТОР ВВР-М (ЗОВНІШНІЙ ВИГЛЯД)

ІСТОРІЯ

Інститут засновано 1970 року. «Але ядерна фізика розвивалася в Україні ще до того, — додає Юрій СТЕПАНЕНКО, науковий співробітник ІЯД. — Якщо брати радянський час, перша ядерна реакція у континентальній Європі — коли літій бомбардували протонами — була здійснена в Харкові. Взагалі харківська лабораторія №1 була передовою в Радянському Союзі».

ІЯД сформували на базі відділів Інституту фізики, що займалися вивченням ядерної тематики. Дослідницький реактор ВВР-М на десять років старший за установу і спочатку підпорядковувався Інституту фізики. Також у 1956 році запущено циклотрон У-120 (циклотрон — то циклічний прискорювач важких заряджених частинок, тобто протонів та іонів), з яким зараз працюють в Інституті ядерних досліджень. Потім компанію йому склав циклотрон У-240.

Ідея створити Інститут ядерних досліджень належала академіку АН УРСР Митрофану Пасічнику — авторитетній в радянській Україні людині. Він доклав багато зусиль для втілення цього проєкту і став першим директором ІЯД.

КОНТРОЛЬ І ХАЛАТИ

Коли входимо до будівлі, де розташовується реактор, одягаємо білі халати. Заодно роздивляємося плакати про правила радіаційної безпеки.

Як пояснює наш гід, заступник головного інженера ядерного реактора Валерій ШЕВЕЛЬ, у будівлі існує дві зони: вільного і суворого режиму, причому остання ділиться ще на три зони. І якщо з будівлі атомної електростанції завжди треба виходити через контроль, то тут — тільки якщо ви полишаєте зону суворого режиму.

ЕЛЕКТРОСТАТИЧНИЙ ПЕРЕЗАРЯДНИЙ ПРИСКОРЮВАЧ ЕГП-10К (ТАНДЕМ)

ВОДНО-ВОДЯНИЙ, МОДЕРНІЗОВАНИЙ

Реактор на території інституту двоконтурний. Як пояснює інженер управління реактором Дмитро СТРАТІЛАТ, у першому контурі циркулює радіоактивний теплоносій, який відводить тепло від ядерного палива та перекачується насосами у теплообмінники, де передає теплову енергію воді другого контуру. Другий контур реакторної установки не радіоактивний, вода, яка циркулює там, потрапляє на вентиляторну градирню. Чотири секції цієї градирні дозволяють знизити температуру води в активній зоні, яка під час роботи реактора не перевищує 55 градусів С.

Установка належить до дослідницьких реакторів басейного типу ВВР-М — водно-водяний модернізований. На АЕС України діють лише водно-водяні корпусні реактори, а ось у Чорнобилі, як ви, можливо, запам’ятали з суперрейтингового серіалу, був РБМК (російською розшифровується як «реактор большой мощности канальный»)

РЕАКТОР ВЕЛИКИЙ, РЕАКТОР МАЛЕНЬКИЙ

Молодший науковий співробітник ІЯД Микола ГОЛЯК пояснює на прикладі кухні: «По суті ВВЕР (водо-водяний енергетичний реактор, промисловий. — Ред.) — це каструля, куди ви налили воду і яку закрили кришкою. Закрили дуже герметично, всі отвори запаяли і почали кип’ятити під тиском, більшим за атмосферний».

Тип реактора, який використовується на українських атомних станціях, — ВВЕР-1000 — може виробляти 1000 мегават енергії. Тиск там значно вищий, ніж у дослідницькому реакторі — до 15,7 мегапаскаля. Плюс, у справжньому реакторі АЕС вода підігрівається до 300 — 320 градусів С. У парогенераторі, отримавши тепло з першого контуру, температура води другого контуру становить близько 280 градусів С. Там, при меншому тиску — 6,4 мегапаскаля — вода перетворюється на пару, яка потрапляє на турбіну та приводить у рух електрогенератор, що безпосередньо виробляє електроенергію.

На дослідницькому реакторі ВВР-М виробляти електроенергію не потрібно. Відповідно, тиски у двох контурах трохи вищі за атмосферний, і вода як теплоносій працює за невисоких температур.

ЗАВІДУВАЧ ВІДДІЛУ ЯДЕРНИХ РЕАКЦІЙ ОРЕСТ ПОВОРОЗНИК РОЗПОВІДАЄ ПРО ПРИНЦИПИ РОБОТИ ЦИКЛОТРОНУ У-240 ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ВИМІРЮВАННЯ

ТИХО І СІРО

У реакторній залі всі переходять на шепіт і намагаються вловити щось надзвичайне. Ми стоїмо рядком на вузькому майданчику біля стіни і роздивляємося цю сіру споруду в центрі зали. Узагалі сірий тут домінує, виділяються хіба що жовті з чорним позначки «обережно, радіоактивність» і коробка з яскраво-синіми бахілами на кришці реактора.

В іншому приміщенні стоїть макет активної зони інститутського реактора у реальному масштабі, й на ньому нам показують роботу установки в деталях.

ПРОЦЕСИ В АКТИВНІЙ ЗОНІ

По-перше, паливо. В активну зону завантажуються тепловидільні елементи, або ТВЕЛи, з діоксидом урану в алюмінієвій матриці, збагачення становить 19,75% по урану-235. Загалом в активній зоні розміщують 262 тепловидільних елементи, які встановлюються на опірну решітку.

Щільність потоку нейтронів всередині активної зони — 1,2 х 10 у 14-й степені нейтронів на сантиметр квадратний за секунду. Очевидно, що це неймовірно багато, а наскільки — навіть важко уявити. До речі, на атомних станціях, де використовується паливо з меншим показником збагачення — близько 4% — щільність потоку нейтронів менша, максимум 2 х 10 у 12-й степені.

У першому контурі циркулює дистильована вода, яка охолоджує реактор. Ще одна важлива її функція — перетворення швидких нейтронів на теплові. За один акт поділу урану-235 може виділятися енергія до 20 мегаелектронвольт. Третя функція води — захист від випромінювання. Також навколо активної зони дослідницького реактора розташовується берилієвий відбивач нейтронів — на атомних станціях такого немає.

За допомогою вертикальних експериментальних каналів реактора можливе опромінення різноманітних зразків безпосередньо біля активної зони реактора. За допомогою горизонтальних експериментальних каналів пучки нейтронів виводять із реактора в експериментальний зал для опромінення мішеней і дослідження властивостей нейтронів.

Прикриває все це сталева захисна кришка завтовшки півметра.

При аварії реактор зупиняється автоматично. Є більше десяти параметрів, за якими це може відбутися, — через зменшення витрат теплоносія тощо. «Якщо реактор знаходиться в штатному режимі, шкоди він не завдасть, — запевняє Валерій Шевель. — Висота труби — 60 метрів, на виході утворюється короткоживучий аргон-41, який розпадається за 0,8 години. Причому розпадається він у газгольдері, встановленому на виході з реактора».

ВІДВІДУВАЧ ФОТОГРАФУЄ СТАЦІОНАРНІ ДОЗИМЕТРИ ТА СИСТЕМУ ПОПЕРЕДЖЕННЯ РАДІАЦІЙНОЇ НЕБЕЗПЕКИ

ЕЛЕКТРОНІКА І КРИМІНАЛІСТИКА

Реактор є не лише науковим інструментом, також це незамінна річ у певних видах виробництва. За радянських часів в ІЯД легували близько трьох тонн кремнію на рік, отриманий матеріал використовувався в електронній промисловості, наприклад, при виробництві мікросхем. Завдяки фосфору, який утворюється при легуванні кремнію, можна створювати особливо складні, «багатоповерхові» мікросхеми.

Ще за допомогою реактора можна проводити нейтронно-активаційний аналіз. Якщо опромінити тепловими нейтронами, скажімо, геологічну пробу, можна чітко сказати, скільки в ній золота, срібла та інших потрібних матеріалів.

В останні сім років у інституті працює лабораторія ядерної криміналістики, де можна проводити дослідження щодо нелегального поширення радіоактивних матеріалів, забруднень тощо.

СПРАВИ МЕДИЧНІ

Про медицину варто сказати окремо. Завдяки реактору можна отримати радіоактивні речовини для лікування та діагностики. Наприклад, технецій-99m, який використовують при діагностиці захворювань кори головного мозку, печінки, суглобів тощо.

Технецій-99m живе мізерно мало, тому його отримують на місці проведення процедури — з молібдену-99, який, у свою чергу, утворюється при поділі урану-235. В ІЯД в основному використовують такий спосіб отримання молібдену-99: молібден-98 опромінюють в активній зоні реактора. Потім у клініці, у спеціальному генераторі, ця сировина ставиться на сорбент з оксиду алюмінію, і у підсумку медики отримують невелику пробірку з технецієм. Цю мічену сполуку вводять до організму людини, за 30 секунд пацієнта підключають до спеціального детектора з гамма-камерами, і тоді можна роздивитись у деталях місця, куди потрапила речовина, навіть такі важкодоступні, як серцевий клапан.

На реакторі можна отримати багато інших ізотопів, наприклад, ірідій-192, який використовується для дослідження зварних з’єднань і у брахітерапії, різновиді радіотерапії, коли джерело випромінювання вводиться безпосередньо всередину ураженого органу. Через таку делікатність методики її часто використовують при лікуванні жіночих і чоловічих захворювань.

ІНЖЕНЕР УПРАВЛІННЯ ДМИТРО СТРАТІЛАТ ПОКАЗУЄ МАКЕТ АКТИВНОЇ ЗОНИ ТА ПАЛИВНИХ ЗБІРОК РЕАКТОРА ВВР-М

ГАРЯЧІ КАМЕРИ ДЛЯ РАДІОАКТИВНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

Дослідницький реактор використовують також, щоб перевіряти «здоров’я» реакторів атомних станцій. Якщо в ньому опромінити циліндричні зразки-свідки (вони від початку закладаються у конструкцію реактора, а потім поступово використовуються для техогляду), можна сказати, що станеться з корпусом атомної станції через кілька років.

Як досліджують зразки з реакторів, ми побачили у приміщенні так званих гарячих камер. Самі гарячі камери — це лабораторії, де можна працювати з великою радіоактивністю, приблизно 10 у шостій степені Кюрі. Вони побудовані у 1974 році, як пояснює Микола Голяк, тоді у Радянському Союзі існував великий попит на радіаційні дослідження різних матеріалів, особливо для виробництва баків і реакторів підводних човнів, приладів для космосу та військової техніки.

УВАГА НА КОРПУС

«Ми знаходимось у приміщенні третьої зони, яке є безпечним для постійного перебування персоналу, — зауважує Микола Голяк. — У другій і першій зонах заборонено знаходитися персоналу і решті людей, які не мають дозволу на роботу з джерелами іонізуючого випромінювання».

Нам показують ззовні камери, які є першою зоною. Туди можна зайти для роботи з обладнанням самої лабораторії, ремонту тощо, але після дезактивації приміщення. І навіть тоді треба максимально прибрати джерела випромінювання. Ними стають будь-які предмети, що взаємодіяли з іншим джерелом випромінювання (для унаочнення: одяг пожежників, які працювали у перші години після аварії на ЧАЕС, досі створює радіаційний фон у сотні разів вищий за норму).

Микола Голяк розповідає, що в корпусі діючого енергетичного реактора є спеціальні шахти, куди завантажують зразки. Після опромінення ці зразки-свідки близько п’яти сантиметрів завдовжки доставляють до лабораторій, і ніхто не може чіпати їх без спеціальних засобів, бо вони надзвичайно активні. До гарячої камери зразки поміщають через інше приміщення, і в цій лабораторії працюють дистанційно, за допомогою металевих рук-маніпуляторів, контролюючи процес через товстелезне скло. Камери, до яких заходять співробітники, менш активні, там знаходяться лише частини збірок.

«Персонал кожного відділу каже, що саме їхній відділ найважливіший. Ми кажемо, що головне — це корпус реактора, — усміхаючись, запевняє Голяк. — От що було головною проблемою після аварії на ЧАЕС? Радіаційне забруднення. Не сама аварія, а те, що вона спричинила викид хмари радіаційного забруднення. Корпус є єдиним бар’єром, який захищає середовище, персонал, людей взагалі від забруднення радіоактивними матеріалами».

ЯК РЕАКТОР ПЕРЕВІРЯЮТЬ НА МІЦНІСТЬ

Щоб зрозуміти, наскільки у даний момент корпус реактора є безпечним, орієнтуються на показник крихкості металу. У гарячих камерах досліджують, при яких температурах метал втрачає властивості в’язкості й стає крихким. «Алюмінієвий дріт гнеться легко, але зламати його важко. А високолегована сталь не гнеться, але в якийсь момент просто руйнується, це крихко-в’язкий перехід. Цей момент нам дуже важливо знати», — підкреслює Микола Голяк.

Коли корпус реактора тільки побудовано, відомий показник температури, при якій відбувається перехід від в’язкого руйнування до крихкого. Але коли реактор починає працювати, при бомбардуванні нейтронами стінок корпусу метал деградує, може виникнути ризик руйнування внаслідок поширення тріщин.

Микола тримає в руках дослідницькі болванки зі сталі, схожої на ту, що використовується в корпусі реактора. Також є контрольні зразки, які дають уявлення про початковий стан реактора, їх порівнюють з опроміненими. Потім завдяки аналізу і статистиці обраховують температуру крихко-в’язкого переходу.

Загалом в ІЯД практикують три основні типи випробувань. Перший — на ударну в’язкість, коли зразок ставлять на маятниковий копер, маятник піднімається вгору, вдаряє по зразку і ламає його, а дослідники обраховують енергію, яка знадобилася для цього. Друге випробування — на триопорний вигін. Третій вид — випробування на розтяг, коли метал по суті рвуть, розтягуючи циліндричні зразки. Після того визначається межа плинності — коли починаються пластичні, незворотні деформації матеріалу.

Коли отримані всі показники, дослідники будують графік, що показує загальний стан металу, з якого виготовлено зразки, можна зробити висновок, що при таких-то температурах корпус витримає таке-то навантаження. Ці дані порівнюють із початковими, і стає зрозумілим, скільки ще можна експлуатувати корпус реактора.

ВІЧНА ГРОШОВА ПРОБЛЕМА

А скільки ще можна використовувати сам дослідницький реактор? Від початку закладався термін експлуатації 40 років, після того установка регулярно проходила перевірки на витривалість. У 2014 році Державна інспекція ядерного регулювання подовжила термін експлуатації київського реактора до 31 грудня 2023 року.

«Ми ще не набрали й половини флюенса нейтронів (інтегральна величина потоку нейтронів за часом на одиницю площі, кажучи просто, перевищення цього показника може призвести до радіаційних пошкоджень. — Авт.). За проектом, флюенс становить 10 у 23-й степені нейтронів, — зауважує Валерій Шевель. — Це постійно перевіряється. Коли буде набрано критичний флюенс, будуть зроблені висновки, чи продовжувати експлуатацію установки. Бо персонал старішає, напрями, з якими тут працюють, теж наразі не розробляються. За останні п’ять-десять років реактор працював дуже мало».

Сьогодні проблема фінансування для реактора є більш нагальною, ніж технічні показники. На рік робота установки потребує близько 12 мільйонів гривень. Торік держава виділила «аж» 380 тисяч гривень.

«Для міста, для країни навіть 12 мільйонів — це не гроші, — переконаний Валерій Шевель. — Зараз держава не виділяє особливо коштів на паливо, воно у нас з того часу, коли ми вивезли з Росії високозбагачене паливо в обмін на низько збагачене, тому палива у нас достатньо. Але для кого і для чого? Реактор начебто готовий для роботи, але працювати просто так не може».

***

Через лісосмугу наша група виходить на галявину, заховану серед сосон і кленів. Там ми заїдаємо і запиваємо враження черешнею і чаєм, цілком на природі, хоч і з видом на житлові масиви. У нас сієста, як і в реактора, що за кількасот метрів.

Марія ПРОКОПЕНКО. Фото Миколи ТИМЧЕНКА, «День»