Как в СССР придумали ядерный реактор на колёсах, а потом он превратился в фонтан
Не так давно в самых разнообразных источниках стали появляться сообщения об активной разработке российскими компаниями передвижных атомных электростанций, а подобный проект от американских разработчиков в прошлом году подвергся жестокой критике профессионального сообщества.
Военные готовы уже сейчас начать закупки любых самоходных реакторов, лишь бы работали: такой можно было бы питать спрятанные в самых отдаленных местах ракетные комплексы и огромные базы. И гражданское применение не придется долго выдумывать: передвижная электростанция — удивительно перспективная идея, которая позволила бы обеспечить почти бесконечной электроэнергией самые труднодоступные регионы.
Однако, скорее всего ждать придется довольно долго. Российские и белорусские учёные уже имеют опыт создания подобных комплексов, и назвать его успешным вряд ли повернется язык.
Знакомьтесь: передвижная АЭС «Памир-630Д» на колёсном шасси для условий Крайнего Севера, уникальная разработка, которую убила человеческая паника и правительственные интриги.
Ползучие реакторы для дальнего Севера
К слову, «Памир» стал не первым «ползающим» реактором: ещё в начале шестидесятых Физико-энергетический институт Обнинска («Лаборатория В») создал и передал в опытную эксплуатацию комплекс ТЭС-3 (Транспортабельная атомная ЭлектроСтанция), который использовал уникальное шасси последнего советского тяжёлого танка Т-10 с 750-сильным дизелем.
Точнее, целых четыре. Именно столько потребовалось для размещения оборудования. Комплекс получил общую массу свыше 300 тонн, а для его работы потребовалась жёсткая связь всех модулей с помощью проводов и трубопроводов.
Установку оснастили довольно примитивным водо-водяным реактором. В качестве охладителя он использовал циркулирующую воду, которая охлаждалась через внушительных размеров воздушный радиатор. Так что до места развертывания махина доехать могла, но работа требовала установки на постоянное место. Процесс небыстрый и тоже требует серьезной подготовки.
Несмотря на удачную эксплуатацию, в серию комплекс не запустили. А военные продолжали требовать компактный и автономный источник электричества для объектов, находящихся в отдаленных районах с отсутствием дорог, больших круглогодичных аэродромов и стационарных линий электропередач.
Проект требований к будущему комплексу был чрезвычайно необычным. Передвижная атомная электростанция должна была:
- работать при температурах от −50 до +35°С и высокой влажности,
- иметь автоматизированное управление энергоустановкой,
- умещаться на стандартных железнодорожных платформах О-2Т, в грузовых кабинах самолётов и вертолетов.
Время работы реактора на одной закладке топлива должно было быть не менее 10 000 часов и работать непрерывно не меньше 2000 часов, не перегреваясь.
Система должна была уметь «выключаться» для перемещения, причем демонтаж был так же оговорен — не дольше 30 часов. С «марша» она должна была запускаться не дольше, чем 6 часов.
Кроме того, проектировщикам следовало придумать, как снизить расходование воды, которая в условиях тундры ненамного доступнее солярки.
Для разработки подобного комплекса в Белорусской ССР в 1973 году в Институте ядерной энергетики Академии наук Белорусской ССР (после распада СССР переименован в Объединенный институт энергетических и ядерных исследований «Сосны») создали специальное конструкторское бюро (СКБ) с опытным производством, которое должно было создать принципиально новый тип электростанции.
Возглавил разработку уникального реактора и модульного колёсного комплекса для его перемещения, которые вошли в состав проекта «Памир», небезызвестный директор института, Василий Борисович Нестеренко, знакомый многим по материалам Чернобыльской трагедии.
Будущее энергетики: передвижная АЭС Памир
Подходящего шасси не нашлось, поэтому для «Памира» на основе самого распространенного в СССР тяжёлого грузовика МАЗ-537 разработали новый тягач МАЗ-7960 с обновлённым двигателем и улучшенным управлением.
Разработка потребовала не только новое колёсное шасси, но и принципиально отличный от всех ранее существовавших реактор, поэтому потребовала почти 12 лет.
В результате многолетней работы в 1985 году была создана и пущена первая в мире передвижная атомная электростанция «Памир-630Д» — единственная на данный момент АЭС на колёсном шасси, которая действительно работала.
Разработка, как уже упоминалось ранее, потребовала создание принципиально нового реактора: ранее использованный в ТЭС-3 водо-водный оказался недостаточно эффективен и обладал рядом проблем с охлаждением при использовании при высоких температурах.
Поэтому белорусские атомщики применили в «Памире» реактор на основе тетраокиси азота, который выступил одновременно теплоносителем и рабочим телом.
Вещество, обладающее высокой теплоёмкостью, теплопроводностью и плотностью при низкой вязкости позволило сделать реактор одноконтурным, что обеспечивало компактность без снижения мощности.
Однако не обошлось без проблем: главному использованному веществу, тетраоксиду диазота, свойственна крайне высокая коррозийная агрессивность, особенно при кипении и конденсации, что повышало шанс прорыва контура турбогенератора.
Была и другая проблема: в случае прорыва контура (что для передвижной АЭС и по сей день является одним из основных аварийных сценариев) тетраоксид моментально реагирует с любой водой, встреченной по пути.
Для человека это смертельно опасно: стоит вдохнуть небольшую дозу, чтобы заполнить лёгкие азотной кислотой. Тоже самое, но с чуть меньшей летальностью, произойдет при попадании рабочего вещества подобного реактора на кожу.
Для отработки устойчивого термодинамического цикла с участием теплоносителя и рабочего тела нетрадиционного типа применялись самые неожиданные решения, в частности, стенд «Вихрь-2».
Импровизированный турбогенераторный блок собрали из турбореактивного авиадвигателя ВК-1 с форсажной камерой и замкнутого контура с тетраоксидом. Не самое устойчивое решение.
Во время испытаний трагически погиб один из сотрудников КБ: он ненамеренно вдохнул ядовитый газ, когда во время опыта из разорвавшегося трубопровода вырвалось оранжевое облачко, заполнив лёгкие кислотой.
Несмотря на все проблемы, реакторная установка была создана в «железе» и прошла испытания. Сложная схема обеспечила отличные характеристики, недостижимые в случае применения более классических схем.
Так, тепловая мощность реакторной установки «Памира» составила 5 МВт, эффективная электрическая мощность — 630 кВт.
Немного, но подобная силовая установка практически не требует ресурсов во время работы: на одной загрузке топлива «Памир-630Д» мог работать до пяти лет, получая только воду, необязательные расходные материалы для грузовиков и питание персонала.
Для сравнения, топливо атомной электростанции обновляется раз в 1–5 лет, ТЭС-3 требовала загрузку свежего материала не реже, чем раз в год.
Безопасный втройне
Поскольку для проекта были выдвинуты жесткие требования по размерам и массе, инженерам пришлось заново придумывать не только сам реактор, но и к системе безопасности.
К тому же, хотя Чернобыльская катастрофа была впереди, опасения вызывали любые ядерные проекты. АЭС, способная эксплуатироваться в любой точке мира, вероятно — не в самое спокойное время, требовала особенных подходов.
Систему безопасности разделили на 3 контура.
Первый контур безопасности обеспечивался с помощью уникальной компьютерной системы управления реактором, которая осуществляла комплексную автоматизацию АЭС, управляя всеми процессами от пуска реактора до приема электрической нагрузки оптимального управления при нормальной или аварийной эксплуатации.
Первый в мире автономно работающий реактор — не больше, не меньше.
Второй контур реализовали с помощью самого цикла работы реактора: большое количество жидкого теплоносителя в технологическом контуре гарантировало надёжное охлаждение реактора при аварийном отключении, повреждениях реактора и в ходе других нештатных процессов.
Третьим контуром системы стала собственно активная зона, выполненная с огромным запасом прочности из наиболее актуальных материалов. Денег не пожалели.
Бесконечная энергия всего в 4 прицепах
Для транспортировки элементов проекта «Памир» потребовалось 4 колёсных шасси, два из которых — тяжелые тягачи МАЗ-7960, специально разработанные на основе тягача МАЗ-537.
Основные блоки электростанции, реактор и турбогенераторный блок для преобразования энергии в электрическую, размещались на двух специально доработанных полуприцепах МАЗ-9994 грузоподъемностью 65 тонн.
Помимо реактора с биозащитой в реакторном блоке размещались система аварийного расхолаживания, шкаф распределительного устройства собственных нужд и два автономных дизель-генератора по 16 кВт.
Ультрасовременная на тот момент система автоматизированного управления размещалась на тяжёлом тягаче КрАЗ-255.
Такой же перевозил вспомогательный энергоблок с двумя резервными дизель-генераторами по 100 кВт, необходимый для работы автоматики и вспомогательных устройств.
Как это работало?
Модульный комплекс атомной электростанции «Памир-630Д», как и его предшественник ТЭС-3, был рассчитан на стационарную работу.
Основная задача шасси была доставить блоки до нужного места (предполагалось, что под них будет вырыт небольшой котлован), где с полуприцепов МАЗ-9994 с реакторным и турбогенераторным блоками снимали колесах, приподнимая на домкратах.
Блоки соединяли трубопроводами с герметичными сочленениями и подключали к установленным на расстоянии в 100–150 метров КрАЗам с блоками управления и резервной энергоустановкой.
Ближе — нельзя, требования радиационной безопасности. Дальше — нельзя, линии связи начнут сбоить.
Реконструкция аналогичного размещения ТЭС-3
Установка была рассчитана на перевозку железнодорожным, морским и авиационным транспортом. По прибытии ПАЭС на место дислокации реакторный и турбогенераторный блоки устанавливались рядом и соединялись трубопроводами с герметичными сочленениями.
Для установки и обслуживания требовалось всего порядка 28 человек. Не так уж и много, если разобраться.
Несчастливая судьба уникальной разработки
Было изготовлено два комплекта ПАЭС: первый предназначался для ходовых испытаний в полевых условиях, второй использовался исключительно в роли лабораторного стенда.
На первом и состоялся 24 ноября 1985 года электрический пуск реактора ПАЭС «Памир». Испытания, в ходе которых установку дважды выводили на проектную мощность проходили немногим меньше года, до сентября 1986 года.
Время общей наработки на разных режимах нагрузки составило 3500 часов. Таким образом, испытания можно считать успешными, и «Памир-630Д» вполне мог встать на конвейер.
Однако комплекс ещё летом 1986 года стали подвергать ожесточенной критике на фоне Чернобыльской аварии. Испытания сначала приостановили, а в феврале 1988 года по решению Совмина СССР и президиума Академии наук БССР работы по проекту «Памир-630Д» были прекращены.
Основная причина завершения проекта значилась как «недостаточная научная обоснованность выбора теплоносителя».
Оба экземпляра передвижной АЭС вывели из эксплуатации и разрезали в конце 1986 года. Тягачи пошли на разбор. До наших дней «Памир-630Д» дожил в немногочисленных даже по меркам закрытых советских проектов схемах, описаниях и масштабных моделях.
Сохранилось только 2 элемента комплекса: металлическая конструкция активной зоны реактора превратилась в фонтан на территории института-разработчика. Часть нержавеющих труб парогенератора превратили в декор ночного клуба «Реактор» в Минске, ныне закрытом.
За что на самом деле могли списать «Памир»?
Если закопаться глубже, судьба удачного проекта остаётся загадкой: даже в разгар «зеленой истерии» военные раз за разом отмахивались от гражданских, создавая и более опасные вещи.
Причина завершения так же выглядит по меньшей мере глупо: кто, как не отраслевой институт, создавал эту самую науку и её обоснованность?
Все встает на свои места после подробного знакомства с личностью главного конструктора «Памира», Виктора Нестеренко. Дело в том, что именно, директор Института ядерной энергетики АН Белорусской ССР, отвечал за всю атомную энергетику республики Белорусской ССР.
И он же оказался первым публичным лицом, которое озаботилось безопасностью людей на Чернобыльской АЭС во время аварии, обратив внимание на пожар в реакторном блоке.
Нормальный [уровень радиации] — это 10–15 [микрорентген в час], то, что было. Я в машину, заехал взял аппаратуру и уехал в Чернобыльскую зону. …> Это где-то часов в семь-восемь вечера я укатил туда. Я пересек Бобруйск, за Бобруйском где-то на 25 километре примерно под 5 тысяч микрорентген в час, я проскочил такое поле небольшое — может быть, километра два. Потом опять упало. Доехал, повернул на Хойники, в Хойниках где-то было на уровне 15–18 тысяч микрорентген. Я пошел на Брагин, в районе Брагина где-то 30–35 [тысяч микрорентген] было, потом вернулся, проскочил Наровлю, в Наровле было где-то, наверное, тоже около 25–30 тысяч [микрорентген].
На утро 29 апреля 1986 года Василий Нестеренко с результатами исследования приехал в минский ЦК рассказать о ситуации, сложившейся из-за взрыва реактора на Чернобыльской атомной электростанции.
Чтобы прождать целый день и оказаться за спинами более громких деятелей. Его активно проигнорировали, а позже, уже вменяя в вину бездеятельность (как все понимают, наоборот), с должности. Ученый потерял карьеру и сильно подорвал здоровье.
За труды ему одним из первых уже в новой Беларуси выдали официальную инвалидность и пенсию.
В девяностых ученому удалось создать научно-технический центр «Радиометр» и произвести более 300 тысяч дозиметров, которые раздали населению. После ученый возглавил независимый радиационной безопасности «Белрад».
Но к большой государственной науке после событий Чернобыля доктора технических наук, профессора, член-корреспондента АН БССР, заслуженного деятеля науки и техники исчезнувшей БССР, лауреата государственной премии БССР Виктора Нестеренко уже не пускали.
Счастливое будущее передвижных ядерных станций
Хотя проект «Памир» был бесславно закрыт и забыт, подобно удивительным экранопланам Алексеева, тема сухопутных передвижных атомных станций ещё не закрыта.
В 2015 году появилось сообщение, что входящая в холдинг «Атомэнергопром» компания «НИКИЭТ» ведёт разработку транспортабельной энергоустановки малой мощности «ГРЭМ» на основе советских проектов космических источников атомной энергии.
«ГРЭМ» представляет собой газоохлаждаемый реактор со смесью гелия и ксенона в качестве теплоносителя с проектной электрической мощностью 1 МВт, размещенный на шасси грузовика МАЗ, однотипном с колёсным тягачом «Ураган».
В тот же год министр обороны Российской Федерации Шойгу дал ход проекту мобильной атомной станции, главным разработчиком которой выбрали «Инжиниринговая компания инновационных проектов» (ИКИП).
Планировалось, то опытный образец модульной АЭС будет создан уже к 2020 году и будет использовать разнообразные варианты шасси для различных условий: базовая версия будет использовать шасси грузовых автомобилей, а в для условий Крайнего Севера создадут специальные гусеничные или даже санные варианты.
Так дело Виктора Нестеренко живет. Но пока — только в проектах и сохранившихся архивных документах.
