Атомные технологии Казахстана: опыт и потенциал отечественных ученых-ядерщиков

Ядерная энергетика предполагает максимальный уровень развития технологий и подготовку высококвалифицированных кадров. Хоть Казахстан только решает возводить ли первую атомную электростанцию, это не означает, что отечественные ученые не имеют опыта в этой сфере.

Помимо Мангистауского атомного энергетического комбината (МАЭК), работающего с 1968 года, в Казахстане действует Национальный ядерный центр, основанный в 1957 году, на заре мировой атомной энергетики. Каков опыт Казахстана в ядерных технологиях, как готовят молодых кадров и каков потенциал атомной энергетики в стране, читайте в материале Azattyq Rýhy.

Как развивался мирный атом

Реакторные установки АЭС делятся на так называемые «поколения», сообщил заместитель директора по испытаниям, филиал «Институт атомной энергии» РГП «Национальный ядерный центр РК» Вячеслав Гныря. Первое поколение реакторов обладало минимальным набором технологических защит, признает он. Так как их основной задачей было использовать атомную энергию в мирных целях для выработки энергии. Целью реакторов второго поколения была экономическая выгода. Технологическая защита этих реакторов была далека от совершенства, отметил он.

«Авария на АЭС Три-Майл-Айленд, произошедшая в 1979 году, также крупнейшая в истории атомной энергетики авария на Чернобыльской АЭС в 1986 году заставили научное сообщество кардинально пересмотреть свои подходы в отношении разработки, строительства и эксплуатации АЭС. Во главу угла были поставлены вопросы безопасности, с учетом этого была проведена масштабная модернизация уже действующих АЭС, а также внесены существенные изменения в проекты на тот момент разрабатываемых перспективных реакторных установок. Так появилось третье поколение реакторов, с совершенно иной философией безопасности и улучшенными технико-экономическими показателями в целом», –пояснил Вячеслав Сергеевич.

А авария на АЭС второго поколения Фукусима в 2011 году инициировала существенное ужесточение требований по безопасности к уже имеющимся реакторам второго и третьего поколений и проектируемым перспективным реакторным установкам, продолжил замглавы Института атомной энергии.

«Сегодня все реакторы, которые предлагаются мировыми поставщиками атомных технологий к строительству, относятся к поколению III и III+.  При их разработке уже учтены все возможные инциденты и аварии, которые происходили ранее и которые в принципе теоретически могут произойти. Сама физика реакторов сейчас устраивается таким образом, что при любом отклонении от условий нормальной эксплуатации всегда имеет место обусловленная физическими законами отрицательная обратная связь, возвращающая работу реактора в нормальный режим», – добавил он.

Ученые-ядерщики уже разрабатывают реакторы IV поколения, которые призваны замкнуть ядерный топливный цикл, расширить топливно-ресурсную базу атомной энергетики, обрести абсолютную безопасность и существенно снизить капитальные затраты на строительство, поделился представитель Национального ядерного центра.

Каким будет АЭС в Казахстане

«В Казахстан рассматриваются реакторы поколения 3 и 3+. Они максимально безопасны и имеют дублирующие друг друга активные и пассивные системы безопасности. Пассивные системы безопасности не нуждаются во внешнем подводе энергии и способны под действием естественных физических законов, как гравитация. Пассивные системы охлаждения в настоящее время способны самостоятельно отводить тепло от аварийного реактора в течении 3 суток при полном бездействии со стороны персонала», – сообщил Вячеслав Сергеевич.

По его словам, защита современных АЭС состоит из специализированных физических барьеров:

• первое физическое препятствие для выхода радионуклидов, образующихся во время реакции ядерного деления, является само ядерное топливо, его специализированная структура;
• второй барьер – герметическая металлическая оболочка топливовыделительного элемента, в которой находится ядерное топливо;
• корпус реактора из стали толщиной приблизительно 20 сантиметров – это третий барьер;
• четвертый – это двойной герметичный контаймент, который изначально устойчив к 8-бальным землетрясениям, наводнениям и даже к столкновению с 400-тонным самолетом, летящим со скоростью 720 километров в час.

«При возникновении любой аварийной ситуации все последствия аварии ограничиваются этой защитной оболочкой. В случае самой тяжелой маловероятной аварии, когда активная зона реактора расплавится, в современной АЭС предусмотрена специализированная подреакторная ловушка расплава, которая надежно локализует этот расплав, а также всевозможные системы охлаждения и нейтрализации иных последствий такой тяжелой гипотетической аварии», – утверждает эксперт.

Вероятность тяжелой аварии для современных АЭС крайне низкая – раз в 10 миллионов лет, а срок эксплуатации АЭС – от 60 лет до 80 лет, заверил он.

Достижения отечественных ученых-ядерщиков

Сегодня АЭС – это максимально безопасные технологии, благодаря огромному труду ученых и инженеров. Казахстан также внес существенный вклад в повышение безопасности атомных технологий, мы в этом компетентны и по праву можем этим гордиться, заявил Вячеслав Сергеевич.

Ученые Национального ядерного центра разработали уникальные методы проведения внутри и вне реакторных экспериментов по моделированию тяжелых аварий с расплавлением активной зоны водо-водяных реакторов, продолжил он.

«В этом плане нами проведены уникальные исследования взаимодействия расплава активной зоны с водой, бетоном и различными металлическими конструкциями. И сегодня результаты наших исследований в этой области весьма востребованы крупнейшими производителями ядерных технологий. Полученные нами научные данные в рамках проекта CORMIT нашли реальное применение при сооружении специальных ловушек расплава активной зоны на действующих атомных электростанциях в Японии», – сообщил замглавы Института атомной энергии.

Результаты исследований казахстанских ядерщиков используются для выработки мер по ликвидации последствий аварии на АЭС «Фукусима», добавил он.

«Мы единственные, кому удалось экспериментально смоделировать расплав топлива аварийных реакторов АЭС «Фукусима», исследовать его физические и химические свойства и дать соответствующие рекомендации по его утилизации», – подчеркнул спикер.

Отечественные ученые также участвуют в разработке реакторов IV поколения – реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическим охлаждением, которые станут основой атомной энергетики в недалеком будущем.

«В этом направлении совместно с японским агентством по атомной энергии проводятся многолетние работы в рамках проекта EAGLE – а именно изучения поведения топлива в условиях тяжелых авариях с потерей теплоносителя строящегося в Японии реактора на быстрых нейтронах. С 2019 года мы реализуем новую 7-летнюю экспериментальную программу в поддержку безопасности французского реактора на быстрых нейтронах нового поколения ASTRID. Нами проведены реакторные испытания в режимах, близких к аварийным нового, инновационного смешанного нитридного уран-плутониевого топлива (СНУП) нового российского реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем БРЕСТ-ОД-300, строительство которого ведется в рамках проекта «Прорыв», – перечислил эксперт.

По его словам, можно с уверенностью сказать, что разработки, знания и технологии в области безопасности ядерных реакторов позволили Казахстану стать одним из лучших и максимально востребованными в атомной энергетике.

Достаточно ли кадров для АЭС в Казахстане

При подготовке кадров для атомной энергетики Министерство науки и высшего образования сотрудничает с Министерством труда и социальной защиты населения и профессиональными организациями в этой сфере, как «КазАтомПром». Разработка образовательной программы также ведется с учетом потребности рынка труда, сообщила заместитель председателя комитета высшего и послевузовского образования МНВО Жанна Есинбаева.

«Миннауки формирует госзаказ на подготовку кадров, опираясь на среднесрочный прогноз в потребности в кадрах для отраслей экономики страны, который представляет Минтруда. На сегодня подготовка кадров по ядерной и атомной промышленности осуществляется по группам образовательных программ «Физика» и «Горное дело и добыча полезных ископаемых», «Энергетика и электротехника», «Теплоэнергетика», «Горная инженерия», – перечислила замглавы комитета.

По его данным, в этом учебном году по этим специальностям выделили 5246 грантов:

• из них 4530 на бакалавриат,
• 590 на магистратуру,
• 126 на докторантуру.

Казахстанские вузы разработали учебные программы, специализирующиеся именно на атомной и ядерной энергетике: «Ядерная физика», «Ядерная инженерия», «Ядерная физика и атомная энергетика», «Теоретическая ядерная физика», «Материалы и технологии материалов атомной промышленности», «Инновационные методы получения урановой продукции».

«Открытие филиалов ведущих зарубежных вузов позволило, прежде всего, трансформировать образовательный процесс и изменить научную экосистему вуза путем передачи новых технологий. Создан филиал Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (РФ), на базе Казахского национального университета имени аль-Фараби. КазНУ совместно с Национальным исследовательским ядерным университетом «МИФИ» запущены двудипломные образовательные программы магистратуры «Теоретическая ядерная физика» и «Ядерная медицина». Также в КазНУ действует двудипломная программа на бакалавриате по образовательной программе «Ядерная физика» с Университетом «Дубна» (РФ)», – продолжила Есинбаева.

Кроме того, на базе Каспийского университета технологий и инжиниринга имени Ш.Есенова открыт филиал Берлинского технического университета (ФРГ).

«Также партнерами выступили Гамбурский университет прикладных наук, Технический университет прикладных наук в городе Вильдау, Саарский университет прикладных наук техники и экономики, Университет прикладных наук города Хоф, Университет прикладных наук города Миттвайда, Гамбурский технический университет, Университет Кобленц, Дармштатский технический университет. В данном филиале реализуются такие программы, как: «Энергетический и экологический инжиниринг», «Инжиниринг экологических систем», «Химическая инженерия и процессы», «Энергетический менеджмент», – отметила спикер.

Также на базе Алматинского университета энергетики и связи имени Г. Даукеева в этом году открыт филиал университета Анхальта (ФРГ), где будет осуществляться подготовка специалистов по электротехнике и энергетике, отметила представитель МНВО.

«ВКТУ имени Д.Серикбаева стал членом региональной сети «Образование и подготовка специалистов в области ядерных технологий (STAR-NET) и вышел на мировой уровень подготовки специалистов в области ядерных технологий под эгидой МАГАТЭ. Также ВКТУ стал участником Комиссии СНГ по мирному использованию атомной энергии «Атом-СНГ». На сегодняшний день партнерами вузов в данной сфере являются научные институты и их филиалы, такие как «Национальный ядерный центр РК», «АО Ульбинский металлургический завод», «АО Титано-магниевый комбинат», ТОО «ТехноАналит», ТОО «Производственная фирма «BEST», «Институт ядерной физики» Министерства энергетики в городе Алматы, где имеется современное научное оборудование, такие как «Токамак КТМ», ЯМР-спектроскопия, рентгеновский дифрактометр, рентгенофлуоресцентный спектрометр», – подчеркнула она.

Есинбаева добавила, что разработка образовательных программ, производственная практика и последующее трудоустройство проводится в тесном взаимодействии с работодателями.

Напомним, в настоящее время в мире эксплуатируются 416 атомных энергоблоков в 32 странах. Кроме того, в стадии строительства сегодня находится еще 59 атомных энергоблоков. Атомная энергетика генерирует одну десятую часть глобальной электроэнергии.

В тройку лидеров по атомной энергогенерации входят США, Франция и Китай.