Хлопкин Н.С.: работы по ядерным энергетическим установкам

В апреле 1962 года я был назначен заместителем А.П. Александрова по морским ядерным энергетическим установкам . Навалилась масса дополнительных забот по реакторным установкам для атомных подводных лодок , которые в это время строились ускоренными темпами. Коснусь лишь двух серьезных проблем. Прежде всего - организация работ по повышению ресурса парогенераторов. Их трубные поверхности из нержавеющей стали теряли герметичность через несколько тысяч часов работы, хотя на наземном стенде-прототипе в Обнинске парогенераторы работали нормально. Я обратил внимание А. П .Александрова на то, что в литературе появились данные о склонности нержавеющей стали к коррозионному растрескиванию под напряжением в присутствии ионов хлора и что подобные условия существуют в наших парогенераторах. Были приняты меры по совершенствованию водно-химических режимов, но проверка их в условиях ледоколов показала, что все равно трудно достичь ресурса 12-15 тыс. час, что недостаточно. Были срочно изготовлены трубные поверхности парогенераторов из различных материалов, и приняты решения об ускоренной эксплуатации новых парогенераторов на подводных лодках. Результаты этих работ позволили снять проблему работоспособности трубных систем парогенераторов. Одновременно была решена задача сведения к минимуму положительного выбега реактивности при разогреве активных зон. В новых активных зонах он не превышал долей при рабочих температурах. Конечно температурный коэффициент реактивности всегда был отрицательный, что упрощало управление реактором. По требованию заказчика энергозапас активных зон второго поколения был увеличен почти в два раза по сравнению с эксплуатируемыми. Существенно усложнилась физика реакторов, так как вынуждены были перейти на новую элементную базу и применить комбинацию выгорающих поглотителей. Были разработаны новые программы расчета, адекватность которых была подтверждена экспериментами на критстендах и сопоставлением расчетных и замеренных на объектах изменений физических характеристик. Руководил расчетными работами Г.А. Гладков , а экспериментами Н.А. Лазуков .

Сложнее оказалось дело с работоспособностью активных зон. Она была подтверждена петлевыми испытаниями. Но вскоре было обнаружено увеличение повреждаемости оболочек с повышением жесткости спектра нейтронов. На объектах спектр был существенно жестче, и тепловыделяющие элементы теряли свою герметичность гораздо раньше, чем в петлевых испытаниях. Введение ингибиторов коррозии в теплоноситель эффекта не дало. Расширение работ по активным зонам потребовало создания физической лаборатории (заведующий Г.Е. Романцов ). Ввиду возникновения ряда нерасчетных режимов при эксплуатации ядерных энергетических установок пришлось создать и инженерную лабораторию - для выдачи рекомендаций флоту в этих условиях. Эти две лаборатории, а также лаборатория нестационарных процессов вошли в состав сектора N 67 , начальником которого я был назначен в 1966 году. Одновременно усовершенствованы методы контроля состояния активных зон в процессе эксплуатации и пополнены приборным парком радиохимические лаборатории баз. На атомных ледоколах был внедрен непрерывный приборный контроль состояния активных зон по гамма-активности теплоносителя и по концентрации в нем запаздывающих нейтронов. Для контроля изменения физических характеристик активных зон на объектах во время эксплуатации были организованы физические лаборатории на военно-морских базах, а на ледоколах введена должность главного физика. Особое место во втором поколении занимает ядерная энергетическая установка В-5 , разработанная НИКИЭТ для подводной лодки проекта 661 . Мощность ее реакторов была почти в два раза выше, чем остальных. Пришлось применить кассетную структуру активной зоны, чтобы разместить в ней больше топлива. Это привело к необычно большому температурному эффекту реактивности, и чтобы его уменьшить был применен бериллиевый отражатель. Подводная лодка проекта 661 имела до сих пор непревзойденную скорость 44,7 узла, но в серию не пошла из-за большой шумности. В 1962-1968 годах Минатомом ( Б.П. Папковский ) были разработаны нормативные документы, регламентирующие разработку, изготовление, испытания морских ЯЭУ и оборудования для них. В дальнейшем разработка нормативной документации по ядерной и нормативной безопасности Минатомом была поручена Курчатовскому институту, как головной организации. Учитывая специфику установок и разную административную принадлежность, были разработаны правила ядерной безопасности (ПБЯ) отдельно для подводных лодок и ледоколов. К этому времени были сформированы нами - головной организацией Минатома нормы водно-химических режимов I и III контуров.

Удалось добиться самоподдерживающихся водно-химических режимов. Благодаря этому работа установок с отключенными фильтрами перешла в разряд нормальной. Раньше отключение фильтров не допускалось. Такой режим считался аварийным. Ядерные энергетические установки III поколения для подводных лодок начали разрабатываться ОКБМ в 1963 году. Удалось найти решения, позволившие в габаритах установок II поколения поднять мощность реакторов в два раза, существенно повысить ресурс оборудования, надежность, ядерную и радиационную безопасность. На основе этих решений годом позже началось проектирование и ледокольных ЯЭУ второго поколения , которое вскоре пришлось форсировать. Ресурс первой установки а/л "Ленин" был исчерпан, и было решено ее не ремонтировать, а заменить целиком на новую. Это удалось сделать довольно быстро. И в 1970 году а/л "Ленин" вышел в навигацию с новой установкой. Наземный стенд-прототип установки III поколения для подводных лодок вошел в строй в 1975 году, а первая подводная с подобной установкой была сдана в 1980 году. Курчатовский институт внедрил в этих установках импульсную пусковую аппаратуру, на 3- 4 порядка более чувствительную ранее используемой, что существенно расширило диапазон контроля реакторов. Я принимал участие в комплексных швартовных испытаниях головных кораблей. Комплексная бригада Курчатовского института вела детальные исследования характеристик установок с помощью специально созданной регистрирующей аппаратуры, что позволило создать банк данных по динамике и статике установок. Но и здесь в основном я занимался активными зонами. Повышение энергонапряженности активных зон, их энергозапаса в два и более раз, вновь потребовало создания новой элементной базы тепловыделяющих элементов и проведения тщательной отработки. Было испытано более 15 типов и разновидностей активных зон. Петлевые испытания сборок, испытания в работе на ледоколах по прямому назначению, испытания на стенде-прототипе имели свои особенности и по спектру нейтронов и по режима эксплуатации, что потребовало создания методики пересчета ресурсных характеристик активных зон. С конца 1969 года ОКБМ начало проектировать ядерную энергетическую установку для тяжелого ракетного крейсера. Первый крейсер вошел в строй в 1980 году, практически одновременно с первыми подводными лодками III поколения . Реакторная установка не имела наземного стенда-прототипа. Самую высокую мощность среди морских реакторов, самые высокие энергозапасы активных зон, более высокие требования по работоспособности, ресурсу и срокам оборудования удалось обеспечить на основе решений по установкам для подводных лодок III поколения и на основе опыта эксплуатации ледокольных установок II поколения. Мой вклад в эти разработки был отмечен присуждением Государственной премии . После ухода в 1987 году А.П.Александрова с поста директора в Институте атомной энергии им.И.В.Курчатова на меня было возложено руководство морскими ядерными энергетическими установками военного и гражданского назначения.

Атомный флот страны продолжал развиваться. Была разработана и согласована всеми ведомствами новая судостроительная программа, но тут грянула перестройка .

Ссылки: