Презентация - Необходимость разработки и строительства в Республике Беларусь исследовательского ядерного реактора

Государственное научное учреждение «Объединенный институт энергетических и ядерных исследований -Сосны» Национальной академии наук Беларуси О необходимости разработки и строительства в Республике Беларусь исследовательского ядерного реактора А. В. Кузьмин, С. Н. Сикорин, Т. К. Григорович

Состояние исследовательских реакторов в мире По данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) в настоящее время в мире эксплуатируется 246 исследовательских ядерных реакторов. 19 исследовательских реакторов находятся в режиме временного останова, а 140 – в режиме длительного останова. 343 исследовательских реактора выведены из эксплуатации. Продолжается строительство 6 новых исследовательских реакторов. Разработаны проекты и начаты строительные работы на площадках 12 новых исследовательских реакторов. Кроме того, рассматривается возможность строительства 6 новых и модернизация ряда существующих исследовательских реакторов.

Распределение исследовательских реакторов по странам

Количество исследовательских реакторов в развитых и развивающихся странах

Новые проекты исследовательских реакторов

Назначение исследовательских реакторов Исследовательские реакторы предназначены для выполнения следующих работ: Физические исследования. Формирование выведенных потоков нейтронного и гамма–излучения в экспериментальных каналах (вертикальных, горизонтальных или наклонных), проходящих через отражатель и радиационную защиту. Объекты облучения и экспериментальное оборудование находятся за пределами радиационной защиты реактора. Радиационное материаловедение. Основные экспериментальные элементы - вертикальные каналы, позволяющие доставлять объекты облучения в области активной зоны и отражателя. Инженерные исследования. Использование автономных контуров охлаждения для поддержания требуемых режимов испытания новых инженерных решений для ТВЭЛ, ТВС и других элементов конструкции реакторов. Проведение натурных испытаний в условиях, максимально приближенных к реальным.

Назначение исследовательских реакторов (продолжение) Нейтронная физика, нейтронно–активационный анализ, неразрушающий контроль качества изделий, неразрушающий анализ состава материалов, нейтронная радиография и другие нейтронные методы. Радиационная химия, исследование стойкости синтетических материалов в мощных полях нейтронного и гамма-излучений и т. п. Производство радионуклидов, включая медицинские изотопы и изотопы трансурановых элементов. Радиобиологические и медицинские исследования, включая обработку продукции сельского хозяйства и проведение медицинской диагностики и терапии. Обучение и подготовка персонала в областях: физика реакторов; безопасность реакторов; ядерная и радиационная безопасность; динамика реактора, а также для развития навыков и компетенций в области экспериментальных методов ядерной физики и управления сложными объектами. Другие.

Применение исследовательских реакторов в мире

Рекомендации МАГАТЭ по исследовательским реакторам

Рекомендации МАГАТЭ по исследовательским реакторам

Исследовательский реактор ИРТ-2000 (ИРТ-М) Республики Беларусь В 1962г. на существующей научно-исследовательской площадке ГНУ «ОИЭЯИ-Сосны» НАН Беларуси был введен в эксплуатацию исследовательский реактор ИРТ-2000. В 1976г. указанный реактор был модернизирован (ИРТ-М) с доведением тепловой мощности до 5 МВт. В 1988г. реактор ИРТ-М был остановлен и в конце 90-х гг. прошедшего столетия выведен из эксплуатации. Указанный реактор использовался для проведения многочисленных исследований, в первую очередь по атомной энергетике, в частности, на нем была создана петлевая установка ГПУ-100П с теплоносителем нитрин (N2O4+NO), на которой исследовались как ампульные образцы конструкционных материалов и топливных композиций, так и конструкции твэлов и тепловыделяющих сборок, а также изучено влияние температуры, давления, нейтронного и гамма-излучения на изменение физико-химических свойств теплоносителя нитрин и др. (отработан весь комплекс проблем, связанных с созданием передвижной АЭС «Памир-630Д»). Кроме того на этом реакторе проводились научные исследования в различных областях (физики твердого тела и полупроводников, геологии, медицины, радиационной химии и др. ), в частности на нем была создана петлевая установка ХЯУ-5 для изучения радиационно-химических процессов под действием осколков деления (получение гидразина из аммиака). Взамен выведенного из эксплуатации реактора ИРТ-М в Республике Беларусь планировалось построить два новых исследовательских реактора, но в связи с распадом СССР это не было осуществлено.

Исследовательский реактор ИРТ-2000 Республики Беларусь

Предложение о строительстве нового исследовательского реактора в Республике Беларусь В 2012-2015 гг. НАН Беларуси неоднократно обращалась в заинтересованные министерства и ведомства Республики Беларусь (министерства энергетики, промышленности, обороны, здравоохранения, образования, по чрезвычайным ситуациям, сельского хозяйства и продовольствия, Госкомвоенпром и др. ) с запросом о целесообразности строительства и направлениях использования нового исследовательского реактора в Республике Беларусь. Указанные министерства и ведомства в части их касающейся проявили заинтересованность в строительстве в Республике Беларусь многофункционального исследовательского ядерного реактора, который должен быть предназначен для решения широкого круга как научных, так и прикладных задач.

Планируемые направления использования исследовательского реактора в Республике Беларусь: ядерная физика, физика элементарных частиц, физика ядерных реакторов, физика твердого тела, физика конденсированного состояния, радиационная физика, радиационная химия, радиационная биология, нейтронный структурный анализ, радиационное материаловедение, нейтронно-активационный анализ вещества, нейтронная радиография и томография материалов и изделий, нейтронно-трансмутационное легирование материалов, исследование детекторов ионизирующих излучений и контрольно-измерительных приборов, радиационная стойкость изделий электронной техники и радиоэлектронной аппаратуры,

Планируемые направления использования исследовательского реактора в Республике Беларусь (продолжение): сертификация и сертификационные испытания изделий, предназначенных для использования в условиях воздействия ионизирующих излучений, исследование перспективных видов ядерного топлива, поглощающих и конструкционных материалов, проведение физических, материаловедческих, теплогидравлических и других исследований с целью верификации математических расчетных кодов, испытание и апробация новых типов оборудования различных технологических систем, инновационных приборов и систем управления, контроля и диагностики реактора, геохронология (радиоизотопное датирование), нейтронозахватная терапия, производство изотопов для медицинских, промышленных и сельскохозяйственных целей, радиационная стерилизация медицинских изделий и продуктов питания, источник позитронов (двухступенчатый нейтрон-гамма-позитронный конвертор), источник холодных нейтронов, обучение и подготовка кадров в области ядерной энергетики.

Бассейновые исследовательские реакторы На основе проведенного анализа существующих разработок исследовательских реакторов с учетом основных технических требований к исследовательскому реактору применительно к условиям Республики Беларусь наиболее подходящими являются выполняемые в Госкорпорации «Росатом» (АО «НИКИЭТ», АО «НЗХК», АО «ГСПИ» и др. ) и НИЦ «Курчатовский институт» разработки бассейновых исследовательских реакторов с водяным теплоносителем тепловой мощностью 10 – 20 МВт с низкообогащенным (19,7 % по урану-235) ядерным топливом. Разрабатываемые исследовательские реакторы имеют конкурентоспособные потребительские параметры и обеспечивают широкий круг исследований. Это реакторы бассейнового типа с принудительной циркуляцией теплоносителя через активную зону. В качестве теплоносителя, замедлителя, торцевого отражателя и радиационной защиты используется деминерализованная вода. Выбор бассейнового типа реактора вполне оправдан длительной историей безопасной и эффективной работы таких установок. Имея высокие параметры безопасности, бассейновые реакторы позволяют в то же время обеспечивать высокие плотности потоков тепловых нейтронов, достаточные для проведения практически всех исследований, в которых используются тепловые нейтроны. Основные параметры разрабатываемых реакторов приведены в таблице.

Основные потребительские характеристики бассейновых исследовательских реакторов мощностью 10 МВт и 20 МВт

Схемы активных зон исследовательского реактора мощностью 10 МВт с ТВС ИРТ-4М (а) и ВВР-КН (б)

Схема активной зоны исследовательского реактора тепловой мощностью 20 МВт с ТВС ВВР-КН

Схема активной зоны исследовательского реактора тепловой мощностью 20 МВт с ТВС ИРТ-4М

Схема бассейнового исследовательского реактора тепловой мощностью 10 МВт

Схема бассейнового исследовательского реактора тепловой мощностью 20 МВт

Технические характеристики ТВС с НОУ ядерным топливом, разработанных в России

ТВС ИРТ-4М

ТВС ВВР-КН

Задачами материаловедческого комплекса являются: Проведение исследований в области физики радиационных повреждений. Решение прикладных задач в области реакторного материаловедения. Организация и проведение исследований реакторных материалов и элементов активных зон ядерных реакторов.

Примеры использования исследовательского реактора Материаловедческий комплекс Пример размещения горячих камер

Производство ядерно-легированного кремния обеспечит потребности электрической и электронной индустрии в полупроводниках высокого качества. Расчетная производительность монокристаллов кремния диаметром 105 и номиналом удельного электрического сопротивления 65 Ом*см составит не менее 5 т/год. Диаметр монокристалла – до 205 мм. Длина монокристалла – до 500 мм. Диапазон номиналов удельного электрического сопротивления – 3 - 500 Ом*см. Легирующая примесь – фосфор. Радиальная неоднородность – 3 - 5 %. Отклонение от номинала легирования – 7 - 10 %.

Примеры использования исследовательского реактора Нуклиды, перспективные для производства

В ОИЭЯИ – Сосны НАН Беларуси и Институте энергетики НАН Беларуси были построены соответствующие расчетные модели и с использованием математических кодов проведены предварительные расчеты некоторых нейтронно-физических характеристик и теплогидравлических параметров бассейновых водоохлаждаемых исследовательских реакторов с активной зоной на основе ТВС ИРТ-4М и ВВР-КН. Расчетные исследования показали возможность компоновки активных зон различной конфигурации, пригодных для решения широкого круга фундаментальных и прикладных задач в интересах народного хозяйства Республики Беларусь.

Взаимодействие с Госкорпорацией «Росатом» В мае 2014 г. разработан, согласован и подписан Меморандум о намерениях между Госкорпорацией «Росатом» и НАН Беларуси по сотрудничеству в области создания исследовательского реактора на территории Республики Беларусь. В сентябре 2014 г. Госкорпорация «Росатом» направила в НАН Беларуси материалы технического предложения по созданию центра ядерной науки и технологий на базе многоцелевого исследовательского ядерного реактора бассейнового типа тепловой мощностью 10-20 МВт. В апреле 2015 г. НАН Беларуси подготовлены и направлены в Госкорпорацию «Росатом» основные исходные данные для использования на первом этапе работ. В качестве места размещения исследовательского реактора предложено рассмотреть площадку ГНУ «ОИЭЯИ-Сосны». В октябре 2015 г. Госкорпорация «Росатом» направила в НАН Беларуси технико-коммерческое предложение на разработку предпроектной документации: декларации о намерениях, обоснования инвестиций, включающего эскизный проект исследовательского реактора, и задание на проектирование реактора и центра ядерной науки и технологий.

Заключение Согласно действующему в Республике Беларусь законодательству работы по созданию многоцелевого исследовательского реактора и центра ядерной науки и технологий на его основе должны включать как минимум три этапа: 1) разработка , согласование и утверждение предпроектной документации; 2) разработка, согласование и утверждение проекта; 3) строительство реактора и центра. В соответствии с вышеизложенным предлагается: 1. В 2016 г. – подготовить, согласовать и подписать Соглашение между Правительством Республики Беларусь и Правительством Российской Федерации о проектировании и строительстве в Республике Беларусь многофункционального исследовательского реактора и центра ядерной науки и технологий на его основе. 2. В 2016-2017 гг. – разработать и утвердить предпроектную документацию. 3. В 2017 г. – подготовить, согласовать и утвердить программу Союзного государства по разработке проектной документации реактора и центра. 4. В 2018-2020 гг. – разработать и утвердить проект реактора и центра. 5. В 2021-2025 гг. – осуществить строительство реактора и центра (при наличии нескольких очередей сроки строительства центра могут быть увеличены).