Вісник НАН України. 2015. № 11. С. 15–18.

КАРНАУХОВ Іван Михайлович –
академік НАН України, заступник генерального директора
Національного наукового центру «Харківський фізико-технічний інститут»

ПРО ПІДГОТОВКУ ДО ЗАПУСКУ ДЖЕРЕЛА НЕЙТРОНІВ НА ПІДКРИТИЧНІЙ ЗБІРЦІ
Стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України
7 жовтня 2015 року

Доповідь присвячено результатам виконання робіт із завершення спорудження та введення в експлуатацію новітньої ядерної підкритичної установки «Джерело нейтронів, засноване на підкритичній збірці, що керується лінійним прискорювачем електронів». 

Упродовж кількох років у Національному науковому центрі «Харківський фізико-технічний інститут» (ННЦ ХФТІ) спільно з Аргонською національною лабораторією (США) ведуться роботи зі створення ядерної підкритичної установки «Джерело нейтронів, засноване на підкритичній збірці, що керується лінійним прискорювачем електронів». Метою проекту є розроблення та дослідження властивостей перспективних ядерних систем, якими є підкритичні збірки, керовані прискорювачами заряджених частинок, а також створення в Україні сучасної експериментальної бази для проведення фундаментальних і прикладних досліджень на основі безпечного інтенсивного джерела нейтронів.

В Україні є добре розвинена ядерна електроенергетика. Більш як половина загального обсягу виробництва електроенергії генерується на ядерних блоках водо-водяного типу (ВВЕР). Такі системи характеризуються високою економічною ефективністю і досить високою надійністю. Безсумнівно, реактори водо-водяного типу становитимуть основу вітчизняної ядерної електроенергетики ще протягом багатьох років, проте вони мають певні недоліки – і інженерні (у разі ядерного інциденту може виникнути некерована ланцюгова реакція, втрата теплоносія тощо), і екологічні (розплавлення активної зони накопичення радіонуклідів та трансуранових елементів, причому період піврозпаду останніх становить тисячі років), не можна виключати і можливість ядерного тероризму.

В основі роботи ядерного реактора лежить розмноження частинок – нейтронів. Тому одним з найважливіших параметрів є ефективний коефіцієнт розмноження нейтронів k_еф, який визначається як співвідношення числа нейтронів наступного покоління до числа нейтронів попереднього покоління в усьому об’ємі активної зони ядерного реактора. Уся нині діюча у світі ядерна енергетика працює на закритичних установках, у яких k_еф > 1.

Сталий розвиток сучасної ядерної енергетики потребує нових ядерних технологій, серед яких на особливу увагу заслуговують системи на основі підкритичних збірок, що керуються прискорювачами. Ефективний коефіцієнт розмноження нейтронів у таких установках k_еф < 1. У Законі України «Про використання ядерної енергії та радіаційну безпеку» термін ядерна підкритична установка визначається як об’єкт, призначений для поводження з ядерними матеріалами і розташований у межах визначеної проектом території, конструкція і технічні характеристики якого унеможливлюють виникнення самопідтримувальної ланцюгової реакції поділу за будь-яких умов експлуатації.

Отже, в ядерних підкритичних установках виникнення ядерного інциденту є абсолютно неможливим, оскільки самі конструктивні особливості об’єкта повністю виключають самопідтримувальну ланцюгову реакцію поділу ядер. Це кардинально змінює підходи до гарантування ядерної безпеки, дає змогу спалювати все уранове паливо і сприяє більшій екологічності ядерної енергетики.

Дослідження з метою застосування ядерних підкритичних установок розпочалися у світі кілька десятиліть тому. У різних країнах – Франції, Бельгії, Італії, США, Індії, Китаї, Росії, Білорусі та ін. – уже функціонують такі об’єкти, і на них відпрацьовуються основні принципи роботи установок. Однак усі вони є установками з нульовим виходом теплової енергії. Для того щоб відбувалося виділення тепла, потрібне досить потужне зовнішнє джерело нейтронів, яке має компенсувати їх нестачу в системі. Сучасний розвиток прискорювальної техніки уможливив створення таких джерел нейтронів із достатньою потужністю.

Споруджена у ННЦ ХФТІ ядерна підкритична установка «Джерело нейтронів, засноване на підкритичній збірці, що керується лінійним прискорювачем електронів» є втіленням дійсно унікального проекту. Це буде перша і поки що єдина у світі установка, заснована на підкритичній збірці, зі значною загальною тепловою потужністю – 260 кВт. Зараз Європейський Союз розробляє проект подібної установки, розрахованої на значно більшу теплову енергію, але її будівництво у Бельгії завершиться не раніше 2022 р.

Проект джерела нейтронів на підкритичній збірці вийшов уже на завершальну стадію. У процесі проектування багато уваги було приділено системам безпеки. З метою унеможливлення ядерного тероризму використовується низькозбагачене паливо (менш як 20% за ізотопом U²³⁵). До будівлі, в якій розміщена сама установка, висуваються надзвичайно високі санітарно-екологічні вимоги. Усю систему біологічного захисту виконано з важкого бетону щільністю 4,8 т/м³ і загальною масою понад 600 т. Втрати пучка зведено до мінімуму, тобто практично весь пучок поглинається мішенню. Для охолодження мішені й активної зони підкритичної збірки розроблено устаткування перших контурів охолодження і досить складну систему діагностики. Повний текст