Академик РАН: развитие ядерной энергетики заставляет смотреть на новые технологии

Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАН (ИБРАЭ) в ноябре 2018 года отметил свое 30-летие. За прошедшие десятилетия ИБРАЭ стал одним из ведущих мировых научных центров по изучению безопасности на ядерных объектах. О прошлом, настоящем и будущем института и о перспективах развития ядерной энергетики ТАСС рассказал создатель ИБРАЭ, научный руководитель института академик РАН Леонид Большов. 

— Леонид Александрович, атомные станции существуют с 1970-х годов. Почему решение заниматься их безопасностью было принято только 30 лет назад?

— Институт был создан исключительно потому, что 26 апреля 1986 года произошла одна из самых крупных в мире аварий — авария на Чернобыльской АЭС. В процессе ликвидации последствий выяснилось, что знаний именно по тяжелым аварийным ситуациям на АЭС — как они возникают и как их преодолевать — недостаточно. На уровне политбюро ЦК КПСС, то есть на самом высшем уровне руководства СССР, было принято решение создавать институт, независимый от промышленности и органов надзора, который будет заниматься научными вопросами в обосновании безопасности на АЭС, помогать повышать уровень безопасности с научной точки зрения.

— Среди сотрудников действующих АЭС на тот момент не было специалистов по безопасности? 

— Когда произошла Чернобыльская авария, стало понятно, что люди, которые осуществляют техническое руководство АЭС, очень хорошо разбираются в действующих станциях — знают все про их проектирование, эксплуатацию, проектные аварии, но только не про тяжелые аварии.

Понимаете, тогда в принципе считалось, что таких аварий на АЭС не бывает. Предлагалось даже строить АЭС на Красной площади, так все были уверены в невозможности нештатных ситуаций. Единственная крупная авария на АЭС случилась в 1979 году на американской станции Три-Майл-Айленд (крупнейшая авария в истории коммерческой атомной энергетики США — прим.ТАСС). Тогда произошло расплавление около 50% активной зоны реактора, но за пределы станции радиоактивность не вышла. Это было серьезным предупреждением для мировой атомной энергетики. Но в Советском Союзе мы, честно говоря, легко прошли мимо этого события, решив, что это американцы, у них уровень подготовки операторов недостаточно высокий, так как на этих позициях работают люди без высшего образования — у них моряки после службы на атомных подлодках управляют реакторами. А у нас на АЭС работают инженеры, которые заканчивают высшие учебные заведения, прежде всего, Московский инженерно-физический институт (МИФИ, в настоящее время — Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"). 

— Как вы стали специалистами по тяжелым авариям на АЭС? 

— На место Чернобыльской аварии прилетел Евгений Велихов (выдающийся физик, долгие годы возглавлял Институт атомной энергии им. И.В. Курчатова — прим.ТАСС). И убедился, что его коллеги не знают ответов на многие вопросы. Он стал привлекать физиков из Курчатовского института, из разных подразделений, которые не были связаны с атомной энергетикой. Например, я занимался вопросами разных новых технологий — лазеры, нелинейная оптика, лазерный синтез и много чего другого. И в первые дни после аварии нам пришлось разбираться с тем, как ведет себя расплав топлива внутри четвертого блока АЭС, с какой скоростью он расплавляет подстилающие конструкции и породы, как быстро дойдет до водоносного горизонта и что нужно сделать, чтобы гарантированным образом это предотвратить. Используя весь опыт, накопленный до этого времени при анализе разных физических и технологических процессов, мы достаточно быстро, буквально за две недели, построили науку по взаимодействию расплава активной зоны с окружающей средой и подготовили рекомендации по гарантированному застыванию расплава.

— Например? Что принципиально нового было предложено?

— Мы придумали и обосновали строительство ловушки для расплава топлива под четвертым блоком Чернобыльской АЭС, что на удивление было быстро выполнено: в июне 1986 года шахтеры уже вырыли туннель, собрали плиты, металлические конструкции, сварили вместе трубы, по которым должна была течь вода на случай, если расплав проплавит фундаментную плиту четвертого блока. 

— Чем вы с коллегами стали заниматься после завершения ликвидации аварии в Чернобыле?

— После сооружения саркофага над реактором мы вернулись к своим непосредственным обязанностям и думали, что дальше жизнь так и продолжится. Но в 1988 году меня вызвал Велихов и сказал, что принято решение создавать академический институт, а, мол, я в Чернобыле показал, что разбираюсь в этой тематике, — так я и стал руководителем ИБРАЭ. Очень многое из того, чем мы тогда начали заниматься, воспринималось поначалу в штыки — высокопоставленные представители атомной науки говорили нам, что тяжелые аварии нужно предотвращать, а не изучать. И двери Министерства по атомной энергетике для нас первые несколько лет были закрыты на большой замок. Поэтому мы пошли на мировой рынок и благополучие института в первые 10–12 лет в немалой степени было связано с тем, что мы повышали безопасность атомной энергетики США, Франции и Германии. 

От ловушек расплава до ядерных кодов 

— Каковы, по вашему мнению, основные результаты ИБРАЭ за прошедшие десятилетия?

— Изучая тяжелые аварии, как они происходят, в чем отличия от работы атомной станции в штатном режиме, ученые описывают многие процессы. Начиная от того, как в реакторе течет вода, и заканчивая тем, как во время водородного взрыва летят продукты деления, как радиоактивные продукты деления урана попадают в атмосферу и распространяются в зависимости от направления ветра, осадков и многие, многие ситуации. Все это легло в основу создания физических и математических моделей, компьютерных кодов или просто кодов, как мы их называем. Специалистам ИБРАЭ удалось создать такие коды для всех процессов, которые возможны на современных АЭС. 

— Как вы проверяли свои модели? Раньше не было современных компьютеров и таких вычислительных способностей.

— Например, ловушку под четвертым блоком Чернобыльской АЭС мы уже рассчитывали с помощью двумерных моделей, и картинки были типа тех, что и сейчас можно увидеть, потому что мы занимались самыми передовыми областями науки. Как вы знаете, верификация любых моделей — эксперимент, но специально поставленный в контролируемых условиях, с предварительными расчетами. Один из первых подобных проектов — о том, как при аварии на АЭС удержать расплав урана в корпусе реактора, — был организован в Курчатовском институте. Мы обеспечивали расчетно-теоретическую часть этого проекта. А физики Курчатовского института проводили само удержание. На основе этих расчетов и экспериментов была дана рекомендация строить ловушки на новых реакторах для удержания расплавленного топлива заранее, а не после того, как случилась авария. 

— В чем их основной принцип?

— Ловушки нужны на случай, если в корпусе реактора расплав активной зоны удержать не удалось, корпус проплавился. Тогда расплав должен попасть внутрь ловушки — зоны с охлаждаемой водой стенками. Внутри этой зоны также содержится так называемый жертвенный материал, который быстро расплавляется, приводит все в жидкое состояние. И дальше эта радиоактивная смесь бурлит как кастрюля на плите, а стенки охлаждаются. Важно, что радиоактивность не улетает вверх и не опускается вниз. 

Другой пример — одна из наших недавних работ, которую мы выполнили вместе с коллегами из Института по эксплуатации атомных станций, — создали "цифровой двойник" первого блока второй Нововоронежской АЭС. Это цифровые модели, которые описывают физические процессы, протекающие на АЭС в самых разных условиях, например, что произойдет при пуске: появляется возможность заранее проверить, правильно ли создан проект. Если вдруг возникают какие-то отклонения, можно спрогнозировать, к чему это может привести.  

Еще одно направление нашей работы, которое родилось также в результате трагедии, и я даже помню когда — в конце 1988 года после Спитакского землетрясения (крупное землетрясение в Армении — прим. ТАСС). Оно немного задело атомную станцию в Мецаморе. 

— Землетрясение повлияло на АЭС?

— Самую малость зацепило, ничего критичного там не было, но местные жители стали выступать против АЭС, требовали ее закрыть. Чтобы разобраться в ситуации, приехали специалисты из нашего института и из США. И тогда первый раз мы построили модели, как радиоактивность, вылетевшая при той или иной аварии из станции, распространяется с учетом ветра, дождей и прочего. Появилось направление, которое сейчас является одним из основных в работе ИБРАЭ, — научная основа радиационного мониторинга и аварийного реагирования. За прошедшие годы в 29 регионах нашей страны были созданы системы радиационного мониторинга. Они собраны в единую комплексную систему мониторинга защиты населения (КСМЗН). Вся полученная на них информация стекается в ситуационный кризисный центр МЧС и в ситуационный кризисный центр "Росатома". А у нас здесь в академическом институте 24 часа в сутки семь дней в неделю работает центр научно-технической поддержки этой системы.

Переход к новой ядерной энергетике 

— После аварии на Чернобыльской АЭС была проделана большая работа. Что же стало причиной аварии на японской АЭС "Фукусима-1" в 2011 году?

— Я вам рассказал, как мы отнеслись к аварии на американской станции. Точно также японцы отнеслись к нашей аварии — это в диком СССР, где книжек не читают, правил не соблюдают. Я был в 1992 году в составе академической делегации в Японии, мы ездили по разным предприятиям, были и в TEPCO (Tokyo Electric Power Company), которая эксплуатирует фукусимскую станцию. Спросили у их представителей: как вы готовите своих операторов к тяжелым авариям? Они сказали: какие тяжелые аварии? У нас очень хорошо обученные и очень хорошо дисциплинированные операторы, у нас такого быть не может. И в итоге, они наступили ровно на те же грабли, что и мы с Чернобыльской АЭС. Хотя МАГАТЭ их два раза предупреждало, что не все в порядке с конкретными станциями, в том числе с "Фукусимой-1". Однако японцы рассудили, что денег нужно на эти исправления много, а эксплуатировать "Фукусиму" они собирались только несколько лет, невыгодно им показалось исправлять ошибки.

— И в чем же была их ошибка?

— Это может звучать странно, но на самом деле, фукусимская авария показала, что атомная энергетика — очень надежная технология. Что после гигантского землетрясения и гигантского цунами практически все системы станции были в рабочем состоянии. Но оказалось, что дизель-генераторы, которые в случае чрезвычайной ситуации должны охлаждать реакторы и не дать им взорваться, были поставлены в подвале. Японцы посчитали, что пятиметровая стена сможет защитить их от цунами. Однако в 2011 году волна цунами была 15 метров. И она залила дизель-генераторы и все оборудование. Поэтому они смогли запустить систему охлаждения только на пятом и шестом блоках. А всего-то нужно было — поднять эти генераторы повыше. И все. Не было бы аварии такого масштаба.

— Что предпринимала Россия, когда стало известно об аварии на АЭС в Японии?

— Я был в это время в Вашингтоне и получил соответствующий звонок от коллег. Предлагаю им, давайте просчитаем самый катастрофический сценарий: все шесть блоков взорвались и выбросили радиоактивность в атмосферу, ветер дует точно на Владивосток, и, когда облако приходит во Владивосток, там выпадает ливень и все осаждается. Такого в жизни точно не бывает, вероятность этого исчезающе мала. Но просчитали этот вариант, и выяснилось, что даже в этом случае доза для самой чувствительной части населения — для детей — на уровне 10 миллизиверт в год, то есть на здоровье никоим образом не повлияет. Поэтому мы выдали четкие рекомендации, что в Приморье, Владивостоке ничего делать не надо. Единственное, что мы посоветовали нашему правительству, — включить на полную катушку работу с общественностью. В итоге в 400 пунктах проводились измерения радиационного фона и по всем каналам — ТВ, радио, печать, бегущая строка — каждые 15 минут передавалась информация о радиационном фоне — настолько малом, что причин для беспокойства нет.

— Японцы сотрудничали с вашим институтом?

— Они в первые месяцы ни с кем не стали сотрудничать именно вследствие того, что не были готовы, не было у них информации, что делать в таких случаях. Например, вместо того чтобы ограниченное число людей временно отселить, почистить территорию и вернуть обратно, они отселили огромное количество народу. Причем не сразу им сказали, что опасно, что не опасно, перепугали всех, естественно. И расхлебывают эти последствия до сих пор — в Японии по одному блоку АЭС запускается в год после неимоверных мучений. А страна без своих природных ресурсов, для них атомная энергетика крайне как нужна. Но они поставили под сомнение будущее своей атомной энергетики, а также создали проблемы и в других странах. Например, немцы отказываются от строительства АЭС, швейцарцы решили, что они выводят из эксплуатации блоки, и даже французы, у которых 75% атомного электричества, под натиском зеленых взяли обязательство снизить этот показатель до 50%.

Поэтому задача дальнейшего развития атомной энергетики заставляет нас смотреть на новые технологии. В этом смысле у России сегодня есть очень серьезное преимущество перед другими странами.

— О каких новых технологиях? Вы имеете в виду проект "Прорыв"?

— Да, в стране с 2010 года действует ФЦП "Новые технологические платформы атомной энергетики, замкнутый топливный цикл с быстрыми реакторами", или проект "Прорыв", который дает возможность надеяться, что у нас будут более безопасные и одновременно более дешевые атомные станции. Они будут более эффективно использовать топливо — и не уран-235, которого всего 0,7% в природной руде, а основной изотоп, уран-238, не производя при этом оружейных материалов. И наш институт, хоть мы и не занимались ранее реакторами на быстрых нейтронах, принял решение, что мы будем развиваться в сторону новых технологий и сделаем систему кодов нового поколения для таких атомных станций. И за последние восемь лет 17 кодов нового поколения для свинцовых, натриевых и свинцово-висмутовых реакторов с описанием всех процессов, в том числе на завершающих стадиях топливного цикла, были разработаны. Более половины кодов уже прошли аттестацию в Ростехнадзоре и используются нашими коллегами для обоснования безопасности на станциях нового поколения. И мы активно продолжаем эту работу. 

— Какие еще проекты будущего можете назвать?

— По завершающим стадиям ядерного топливного цикла приведу два примера. Была в начале 2000-х годов проблема — Теченский каскад водоемов (хранилище жидких радиоактивных отходов (ЖРО) — прим.ТАСС), принадлежащий производственному объединению "Маяк". Это первое предприятие, где делали плутоний для ядерного оружия. В годы холодной войны экологические проблемы были далеко не первым приоритетом, потому высокоактивные отходы сбрасывали в водоемы. И в конце 1990-х годов встал серьезно вопрос, что же с такими водоемами делать. В годы с обильными осадками возникала угроза переполнения водоемов и загрязнения обитаемой части поймы реки Теча. Мы предложили модель поведения всей водной системы с двумя обводными каналами, позволяющую вести мониторинг и управление уровнем воды. Ситуация стала стабильной. Был также предложен комплекс мер, который приведет к тому, что где-то ближе к 2045 году последние водоемы уже не будут содержать ЖРО. И в дальнейшем объект можно будет снимать с контроля Ростехнадзора. 

Второй пример — высокорадиоактивные отходы, которые накоплены на "Маяке", требуют захоронения. Для этого предложено создать подземный пункт захоронения РАО в Нижнеканском скальном массиве (Красноярский край). Сегодня в "Росатоме" утверждена стратегия создания этого пункта. На первом этапе будет организована подземная лаборатория, в которой будут проведены исследования о возможности захоронения РАО. На основе полученных данных будут принимать решение о строительстве пункта захоронения отходов. В общем, по минимуму эта программа рассчитана до 2065 года. 

— То есть теперь "Росатом" охотно вам заказывает проекты?

— Да, за 30 лет существования ИБРАЭ мы прошли путь от полного неприятия до тесного взаимодействия с "Росатомом". Являемся сейчас головной организацией по ряду проектов и рассчитываем это сотрудничество только развивать в дальнейшем, не забывая при этом про независимость своего положения.

Беседовала Дарья Золотухина