200 тысяч килловатт под водой

В свое время СССР добился ядерного паритета благодаря решению трех задач: созданию ядерного оружия, ракет наземного базирования и атомных подводных лодок как средства скрытной доставки ядерного оружия до территории потенциального противника. Побеседовать о развитии подводной атомной энергетики мы решили с патриархами этого направления деятельности «Росатома», участвовавшими в создании нескольких поколений реакторов АПЛ различных типов, - Георгием Ильичом Тошинским и Евгением Петровичем Клочковым.

- Кто первым создал атомную субмарину?

Г.Т.: Когда в 1952 г. вышло постановление о создании советских атомных подводных лодок, подписанное лично И.В. Сталиным, Соединенные Штаты Америки уже закончили строительство своей субмарины «Наутилус». Постановление было ответом Советского Союза. Мы уже имели ядерное оружие, а вот средств его скрытной доставки у нас не еще было. Их надо было создавать.

- Кто занялся проектом?

Е.К.: Научным руководителем всей программы создания атомного флота России стал академик Анатолий Петрович Александров, один из отцов советской ядерной энергетики. Общепризнанной точкой отсчета начала работ считается 1952 г., но работы по определению возможности размещения ядерной установки на подводной лодке велись уже в 1950 г.

- То есть в 1952 г. проект был уже практически готов? По крайней мере, в чертеже?

Е.К.: Нет, что вы. Проекту предшествовали несколько лет напряженной работы. Сначала специалисты думали, какой реактор делать. Рассматривали несколько вариантов: с бериллиевым замедлителем и гелиевым охлаждением (индекс ВТ, научный руководитель - А.И. Лейпунский), модифицированный вариант проекта под индексом ВТ, в котором вместо гелиевого теплоносителя предполагалось использовать жидкометаллический; с графитовым замедлителем и гелиевым охлаждением (индекс ШГ, научный руководитель - А.П. Александров); с графитовым замедлителем и водяным охлаждением (индекс АМ, научный руководитель - И.В. Курчатов). Предложения с индексами ШГ и АМ в конце концов были отвергнуты в силу разных технических и научных причин. В конце 1952 г. к указанным выше вариантам реакторов для АПЛ был добавлен четвертый – энергетический реактор корпусного типа с водой под давлением, индекс ЭРКТ (впоследствии – ВМ), научным руководителем которого был А.П. Александров. Именно эти реакторы стали основой ядерных энергетических установок (ЯЭУ) морского назначения во всем мире. Пошел в малой серии и модернизированный проект с индексом ВТ, у которого было преимущество по температуре и выход на гребной винт был более мощным.

- Как они разрабатывались?

Г.Т.: Начну с предыстории. Я окончил Московский энергетический институт (МЭИ), физико-энергетический факультет, как и Евгений Петрович. В 1951 г. нам определяли темы дипломных проектов. Перед нашей группой была поставлена задача: исследовать возможность применения атомной энергии на флоте. Нас бросили как котят в воду – никто ведь ничего не знал. Мне досталась подводная лодка. Что это такое, я прочитал в Большой советской энциклопедии. Моим дипломным проектом стал корпусный реактор с водой под давлением. Академик Николай Сидорович Хлопкин раскопал, что это был первый проект корпусного реактора с водой под давлением, который сыграл свою роль в выборе основного направления еще до того, как в 1952 г. вышло постановление.

- Получается, АПЛ выросли из вашего дипломного проекта?

Г.Т.: Это очень смело сказано. Но толика моего труда там есть. Курьез еще тогда получился. Я сделал чертеж отсека в разрезе, там были лестницы для перехода с палубы на палубу с поручнями. Председатель комиссии Александров показывает мне на этот поручень, спрашивает: «Что это такое?». Я говорю: «Анатолий Петрович, это лестница. У моряков она трапом называется». Он улыбнулся и сказал: «Я знаю». Ведь мне не было известно, что он раньше занимался разминированием кораблей, так что с флотом очень давно дружил. И дальше спрашивает: «А что же у вас поручни на уровне щиколотки?» Он сразу увидел несуразность. Он всегда вникал в мелочи. Академик Игорь Васильевич Курчатов, когда собирал команду для разработки атомной бомбы, сказал: «Надо пригласить Александрова. Он знает много ненужных вещей, но как раз здесь они могут пригодиться».

Когда я пришел в Физико-энергетический институт (ФЭИ, а тогда это была лаборатория «В»), мы занимались свинцово-висмутовым реактором под руководством Александра Ильича Лейпунского. В 1952 г. у нас начались проекты и по воде, и по жидкому металлу. С тех пор я всю жизнь занимался реакторами с теплоносителем свинец-висмут начиная от расчетов и разработок и до испытаний и обобщения опыта эксплуатации. А водо-водяными реакторами стали заниматься выпускники нашего факультета, направленные в Курчатовский институт, - Г.А. Гладков, Н.С. Хлопкин, Б.А. Буйницкий и Б.Г. Пологих. Сегодня эти реакторы доведены до высокой степени совершенства.

Е.К.: Тогда была другая страна, все было немного по-другому. Надо было найти топливо, материалы оболочки твэла (тепловыделяющего элемента)* и чехла ТВС (тепловыделяющей сборки)**, определиться с компоновочным решением. Начиная с 1965 г. Научно-исследовательский институт ядерных реакторов (НИИАР) вывозил с Кольского полуострова и Дальнего Востока по 20 сборок в год. Исследование каждой сборки занимало около года. В то время в нашем институте примерно 35-40% объема научно-исследовательских работ были связаны с военно-морской тематикой.

Критической точкой стал 1974 г. В 1969 г. Александров на всех нас сильно рассердился: мол, мы ничего не понимаем в вопросе радиационных повреждений материалов. Он предложил твэл, который ранее не использовался. Потом была разработана схема распухания топлива (под распуханием понимают относительное изменение объема ядерного топлива, связанное с делением ядер) и повреждения оболочек твэла. Мы создали топливо, которое в отличие от двуокиси урана распухало при работе не наружу, а вовнутрь. Создали твэл с так называемым компенсатором распухания. В 1974 г. сконструировали принципиально новое облучательное устройство, в котором испытали более 2 тыс. твэлов и макетов, и до сегодня с ним работаем. К концу 1980-х гг. схема распухания в твэлах водо-водяных реакторов была отработана. Были созданы новая оболочка, компенсаторы распухания, улучшенное топливо. Это сразу дало резкий рывок в ресурсе твэла.

Изначально на АПЛ в нашей стране реакторы имели горизонтальное расположение, как и было в проекте Георгия Ильича, но не получилось. Перешли на вертикальное расположение.

- Вертикальные реакторы безопаснее?

Е.К.: Николай Антонович Доллежаль, главный конструктор, тогда отказался от горизонтального расположения, потому что возникали проблемы при перегрузе топлива. Главный создатель уран-бериллиевого твэла для реакторов со свинцово-висмутовым теплоносителем - Владимир Александрович Малых. У меня в то время на реакторе МИР были две петли специально для испытаний таких твэлов. Было достигнуто высокое выгорание, намного превышавшее проектное значение, заданное в тактико-технических характеристиках. Судьба твэла для реактора со свинцово-висмутовым теплоносителем тоже зависела от распухания топлива и материала оболочки. Сейчас те лодки уже все списаны, но тогда их называли «лодки-истребители», они ходили с рекордной скоростью - 80 км/ч.

- Хорошая скорость. Они от торпед могли уходить?

Е.К.: И уходили. Американцы внесли их в Книгу рекордов Гиннесса.

В Обнинске в ФЭИ было два наземных стенда-прототипа - один с водо-водяным реактором, а другой – со свинцово-висмутовым. Нужно было создать системы управления и защиты. Советский Союз первым в мире применил в качестве нейтронно-поглощающего материала европий - 63-й элемент периодической системы Менделеева. Использование европия имело огромные последствия. Это исключительно сильный гамма-источник. На нашу долю выпало обоснование стойкости стержней регулирования ядерных реакторов. Мы обосновали радиационную стойкость поглощающих материалов на основе европия.

Также мы отработали на наших петлевых установках двухфазный метод дезактивации. Радиоактивность была большая, и поверхности и контуры нужно было дезактивировать. Это было очень давно, чуть ли не 40 лет назад.

На сегодня мы уже закончили работы по кораблям проекта 955 («Борей») – «Юрий Долгорукий», «Владимир Мономах», проекта 885 («Ясень») – «Северодвинск». Но обоснование радиационных характеристик ТВС этих проектов мы сделали еще в 1986 г. Цикл обоснований активных зон занимает длительное время. Вначале проходят петлевые испытания, потом создается зона, она идет на ледокол, а после успешных испытаний - на лодку. Потом твэлы везут обратно в НИИАР для исследования. Только через 15-17 лет дается заключение, насколько хороши твэл и его ресурс.

- Какое самое сложное решение было в вашей карьере?

Е.К.: Самое сложное - доказать другим, что ты прав. Нужно было доказать научному сообществу, что мы создали топливо, распухающее вовнутрь Это удалось сделать лишь спустя десятилетие, после изучения большого числа твэлов.

Трудно было создать специальное устройство, в котором можно было быстро менять негерметичный твэл на новый. С коллегами из ФЭИ мы сделали такое устройство и для теплоносителей на основе свинца-висмута, которое позволяло бы разбирать топливную сборку в «горячих» камерах, при температуре выше 150⁰ С, с помощью манипулятора.

Г.Т.: У меня самым сложным было не совсем мое личное решение. Подводные лодки с теплоносителем свинец-висмут осваивались с большим трудом. Не было ни отечественного, ни зарубежного опыта, мы были первыми. Именно поэтому на начальном этапе было много неудач, вплоть до того, что на реакторе первой опытной подводной лодки случилась серьезная авария. Но мы сделали правильные выводы. Хотя в результате этой аварии часть зоны расплавилась, воздух в отсеке остался чистым, а контур - герметичным. Это был важный момент. Специалисты ФЭИ В.И. Субботин, Ю.И. Орлов и П.Н. Мартынов решили проблему технологии теплоносителя, что потребовало около 15 лет. Из восьми подводных лодок с такими реакторами досрочно выведены из состава ВМФ были три: две опытных и одна головная лодка. Пять серийных АПЛ эксплуатировались надежно. Очень трудно было доказать военно-морскому сообществу, что причины аварии - самой первой - связаны с теплоносителем.

Опытные лодки прекратили свое существование в конце 1990-х гг., по НТВ даже был показан очень интересный получасовой фильм «Заказ Русанова» из серии «Тайны забытых побед». Их списали, потому что содержать на базе было очень трудно, ведь теплоноситель требовалось держать все время в жидком состоянии. Моряки сказали: «Представьте, что у вас есть скоростной автомобиль, но, приехав домой, вы не можете заглушить двигатель. Если вы не решите эту проблему, нам такие машины не нужны».

- Их можно понять…

- Проблема была решена, но к тому времени Советский Союз уже распался, стали успешно эксплуатироваться водяные реакторы, и это направление атомного флота закончило свое существование.

Сегодня разрабатываются гражданские реакторы СВБР-100 с теплоносителем свинец-висмут именно на основе опыта, который был получен на подводных лодках. Новая конструкция более совершенна, но сама технология была освоена раньше.

Е.К.: Работать со свинцово-висмутовым теплоносителем действительно было непросто: содержание растворенного в нем кислорода должно находиться в ограниченном диапазоне. Это научились делать, но не сразу. Потом мы и на воде достигли такой же скорости, как и на свинце-висмуте. Мировой рекорд скорости принадлежит водо-водяной лодке, не свинцово-висмутовой.

Была еще другая, не менее важная проблема. Необходимо найти сталь, которая может работать долго, не меньше 7 тыс. часов.

^{Атомная подводная лодка принимает участие в плановых летних учениях Тихоокеанского флота на Камчатке (фото: РИА Новости)}

Г.Т.: Сегодня технологии ушли далеко вперед. В ФЭИ в отделении А.Е. Русанова получены результаты испытаний стали при температуре 620⁰ С: 50 тыс. часов без следов коррозии. Так что сегодня эта проблема решена.

Е.К.: Что касается радиационной опасности. На первой установке в Обнинске были течи теплоносителя в отсек. Это был 1960 г.

Г.Т.: Потом этот теплоноситель удаляли ломиками как твердые отходы.

- Но это же гарантированная лучевая болезнь!

Г.Т.: Это не так. Теплоноситель дает слабое проникающее гамма-излучение. Основной фактор опасности - поступление полония (это альфа-излучатель) в организм при вдыхании воздуха, загрязненного аэрозолями этого вещества. Для контроля все регулярно сдавали биологические пробы для радиометрического анализа. Поэтому было объективно установлено, что никто из персонала не получил дозу внутреннего облучения полонием, превышающую лимит по санитарным правилам.

В 1990 г. американские медики опубликовали статью. В США на крупном заводе, где делали чистый полоний, исследовали смертность персонала (4,5 тыс. человек) спустя 40 лет. Сравнили со средней смертностью в штате Огайо и в Соединенных Штатах. Согласитесь, 4,5 тыс. человек - весьма представительная группа. Оказалось, нет абсолютно никакой корреляции продолжительности жизни и того, работал человек с полонием или нет.

Е.К.: Я читаю студентам лекции и говорю: первое место среди факторов, влияющих на продолжительность жизни, занимает курение, которое сокращает нам жизнь в среднем на 3,5-4,5 тыс. дней (9-12 лет). На седьмом месте стоит онкология. Воздействие радиации только на 102-м месте: 0,002 дня, т.е. три минуты.

Г.Т.: У нас санитарные правила чрезмерно жесткие, это все признают. Если фон превышает 50 мЗв (миллизиверт) в год, начинается отселение. А международный конгресс по радиационной защите говорит, что если фон ниже 150 мЗв, то нет никаких признаков радиационного воздействия.

Е.К.: Там, где сегодня проходит шоссе Самара — Москва, есть ледниковые озера, радиационный фон которых составляет 450 мкр/ч (микрорентген в час)***. А в Бомбее - 6500 мкр/ч! И люди живут там уже 10 тысяч лет. Все теории о вреде или пользе радиации недоказуемы. Но психологически радиация очень страшна.

- Да, люди боятся.

Е.К.: В 22-23 года мы совершенно спокойно курили на крышке реактора. Но все-таки внутреннее альфа-излучение - это достаточно сложно. Его надо опасаться больше всего, а совсем не внешнего гамма-излучения.

Атомная подводная лодка «Самара» на генеральной репетиции военно-морского парада и театрали-зованного представления, посвященных Дню Военно-Морского Флота, 2010 г. (фото: РИА Новости)

- Какие перспективы у нашего подводного атомного флота, подводной атомной энергетики?

Г.Т.: По сравнению с американскими АПЛ наши лодки более компактные, обладают лучшими характеристиками. Я не согласен только с тем, что водоохлаждаемые реакторы - это венец творения. Один тот факт, что вода в реакторе работает под давлением 150-200 атмосфер, создает потенциальную опасность. Надо, чтобы конструктор-проектировщик правильно использовал эти факторы, и тогда у нас получится установка более безопасная, а возможно, и более экономичная.

Г.Т.: Я был на конференции в Ницце в 2011 г., вскоре после аварии на АЭС «Фукусима-1». Туда председателем комиссии по атомной энергии Франции был приглашен Сергей Владиленович Кириенко. На специальной сессии он сделал очень интересный доклад – об ответных действиях «Росатома», обозначив три этапа. Первый, ближнесрочный этап, уже завершен, это стресс-тесты всех действующих АЭС, тренировки, учеба, мобильное электро- и водоснабжение. Среднесрочный этап - переработка проектов строящихся АЭС, чтобы их безопасность в большей степени опиралась на пассивные системы, не требующие электроэнергии. Третий этап он назвал дальнесрочным - это переход к технологиям естественной безопасности, т.е. когда законы природы устраняют факторы риска. В частности, тяжелые жидкометаллические теплоносители - сплав свинец-висмут в СВБР-100 и свинец в реакторе БРЕСТ - устраняют основные факторы потенциальной опасности. Они не горят, не взрываются и не требуют высокого давления. Это придает реакторам свойства внутренней самозащищенности.

- Такой реактор, как мне кажется, должен быть и более мобилен?

Г.Т.: Мобильность зависит от того, какова мощность, можно ли транспортировать, много ли систем безопасности. Если говорить о реакторах малой мощности, то это плавучие АЭС. «Михаил Ломоносов» - это же тоже мобильный реактор. Я думаю, что если бы делали такой проект со свинцом-висмутом, то он бы был более компактным, более простым. Я много лет общаюсь с офицерами, которые занимаются эксплуатацией и жидкометаллических, и водяных реакторов. Они говорят, что в походе гораздо проще эксплуатировать как раз жидкий металл. Сложности возникают когда лодка стоит на базе, т.к. необходимы специальные условия. Сегодня и они уже преодолены, но когда-то это был браковочный признак.

Е.К.: Теперь я отвечу на ваш вопрос о судьбе русского атомного подводного флота. Советский Союз построил 248 подводных лодок, Соединенные Штаты - 122. Мы окружили Америку в 25-мильных зонах, подлетное время исчислялось минутами…

Сейчас мы берем не количеством, а качеством. Противоборство идет в системе равновесия сил, ответного удара, или, как говорила госпожа Тэтчер, в равновесии страха. Построив 12 лодок класса «Юрий Долгорукий» и «Владимир Мономах», мы можем быть спокойны – они нам все это обеспечат.

Мы можем гордиться тем, что создали и Советский Союз, и современная Россия. На всех этапах развития. Сегодня при помощи компьютерной мышки можно управлять всем реактором. Куда техника шагнула - и куда шагнет еще!

Беседовал Валерий Чумаков

http://scientificrussia.ru/articles/200-tysyach-killovatt