Владимир Губарев

    Почти двести лет прошло с того дня, как в шведском селении Иттербю был найден необычный минерал, и в нем опытный глаз геолога увидел неведомую "землю". Главное ее отличие было в том, что она не растворялась в воде... По современным представлениям, это были тугоплавкие окислы, но подобной терминологии в науке тогда не существовало, а потому название было иное – "редкоземельные элементы". Весь XIX век эти "земли" будто далекие звезды притягивали к себе исследователей. Их было немного – всего 14 химических элементов, но тем не менее изучение свойств каждого требовало десятилетий. Лантаноиды открылись химикам лишь в XX веке, и эти серебристо-белые металлы сыграли особую роль в разных областях техники.
    Процесс их получения необычайно сложен. Более того – экзотичен! Ведь созданы специальные "стальные бомбы", в которых они выплавляются, а также очень прочные тигли из тантала, причем плавка идет в атмосфере аргона... Трудности получения оправдываются тем эффектом, который вносят лантаноиды в соединения, где они присутствуют. Это и жаропрочность (ракеты), коррозионная стойкость (все виды техники), окраска фарфора, создание глазурей и эмалей, чистота кристаллов (лазеры) и множество сплавов.
    Но особую роль одному из представителей лантаноидов – эрбию – суждено сыграть в спасении реакторов РБМК...
    События последних лет на мировом рынке ядерного топлива напоминают битвы при Аустерлице, Бородино и Ватерлоо одновременно. Причем победы одерживают то французы (их атомные монстры ведут себя по традиции весьма напористо), то "союзники" – то бишь англичане и американцы. Ну а нам, русским, до последнего времени отводилась роль "побеждаемых", которые вынуждены сражаться и отступать, потом вновь собирать силенки, вести "партизанскую войну"... Речь ведь идет о мировом рынке ядерного топлива с оборотом во многие миллиарды долларов, и на него западные монополисты нас пускать не намерены.
    Конкуренция в атомной энергетике началась еще в те времена, когда АЭС в Советском Союзе начали строиться "серийно". Их становилось все больше, и речь уже шла о большой атомной энергетике, состоящей из сотен энергоблоков. В основном это должны были быть реакторы РБМК. В апреле 1986 года их эксплуатировалось 15, и они производили половину всей электроэнергии, получаемой на АЭС.
    Чернобыль подвел страшную черту в истории реакторов РБМК...
    После распада СССР и социалистического содружества в образовавшуюся "брешь" ринулись атомные монстры США, Канады, Франции, Англии, Германии. Разгорелась битва за снабжение топливом атомных электростанций – тех самых, которые раньше полностью зависели от СССР, поскольку строились с нашей помощью и по нашим проектам. Но тем не менее это не смущало конкурентов. При поддержке своих правительств они добились закрытия ряда АЭС, а на остальных начались проводиться тендеры. Наши атомщики создали концерн "ТВЭЛ" (это группа предприятий и институтов, которые общими усилиями создают тепловыделяющие элементы для АЭС – "сердца" активных зон реакторов), и эта молодая, с точки зрения рынка, фирма бросила вызов таким гигантам, как "Вестингауз" и "Сименс". И вот уже несколько лет эта битва идет непрерывно и весьма ожесточенно. Есть в ней свои "Бородино" и "Ватерлоо". Концерн "ТВЭЛ" – потом он стал открытым акционерным обществом – проиграл тендер в Чехии, но взял реванш на Украине и постепенно потеснил западных конкурентов даже на новых для себя рынках. В частности, весьма убедительно заявил о себе в Китае, куда будет поставлять топливо для новых мощных атомных станций.
    Одна из причин успеха – это огромное внимание, которое уделяется научным исследованиям при создании "активных зон" реакторов. К счастью, за полвека атомной эры в России сложились великолепные научные коллективы и предприятия, которые работают вместе и сообща решают сложнейшие научно-технические проблемы. Даже при отсутствии денег в стране ОАО "ТВЭЛ" старается поддерживать отраслевую науку, потому что прекрасно понимает: если прекратить финансирование научных институтов, начнется отставание от ведущих мировых фирм. А конкуренция – вещь не только жесткая, но и творческая – по сути дела, сегодня идет соревнование в познании ядерного топлива, и лидерство на мировом рынке будет обеспечено лишь тем, кто сумеет создать не только экономичное и эффективное, но и надежное ядерное топливо.
    Из заключения о причинах аварии в Чернобыле:
    "Исследования показали, что катастрофический характер аварии объяснялся чрезвычайно неудачной конструкцией поглощающих стержней системы аварийной защиты реактора и неудачным выбором физических характеристик активной зоны на стадии проектирования".
    Чтобы избавиться от этого дефекта, после аварии в Чернобыле на всех АЭС такого типа были введены дополнительные поглотители. Один из специалистов выразился по этому поводу весьма образно: "Мы забили в реактор осиновые колья!" Возможно, он имел в виду будущее реакторов РБМК – мол, через некоторое время они будут выведены из эксплуатации, так как эффективность их работы резко снизилась. Наверное, так бы и случилось, если бы ученые и специалисты не понимали, что "осиновые колья" в активной зоне реактора – мера вынужденная, сиюминутная, что нужно искать иные пути обеспечения безопасности. И один из них – топливо.
    И вот в этой области случилась настоящая сенсация – в России создано уникальное ядерное топливо для атомных электростанций, равного которому нет в мировой практике. Более того, оно уже апробировано на действующих АЭС, и в первую очередь на Игналинской. Образно говоря, в Литве и случилось то самое "Ватерлоо", которое возвестило о победе атомщиков России.
    Успех принес эрбий.
    Атомная промышленность с самого начала имела дело с "экзотическими" материалами. Без них невозможно создать сплавы и соединения, которые способны выдерживать сверхвысокие температуры и давления, а также весьма "избирательно" относиться к нейтронам. И это прежде всего – лантаноиды, семейство которых состоит из 14 химических элементов. Среди них – эрбий. Вместе со скандием и иттрием они образуют группу редкоземельных элементов.
    Было хорошо известно, что в Советском Союзе ученые и специалисты создали весьма эффективную технологию получения сверхчистых редкоземельных элементов, а потому после свободного выхода наших предприятий на мировые рынки началась настоящая "охота" за тем же скандием, иттрием и другими лантаноидами. Металлы бесконтрольно вывозились за границу и сбывались там по бросовым ценам. К счастью, эрбий остался как бы в стороне. Коммерсанты не подозревали, что в недрах атомных НИИ разрабатывается уникальное ядерное топливо, где роль выгорающего поглотителя будет играть эрбий, а знаменитый "Машиностроительный завод" в Электростали – первенец нашей атомной промышленности – начнет выпускать с ним твэлы для реакторов РБМК, и это сразу же скажется на эффективности работы АЭС, а также на ее безопасности.
    Итак, главным героем при создании нового вида топлива стал эрбий. Об этом мы говорили с генеральным директором ПО "Машиностроительный завод" Валерием Алексеевичем Межуевым.
    – Вы начинаете разговор с эрбия, почему? – спросил я.
    – Это сегодня наша забота и наша гордость, – ответил он. – Этот поглотитель уже показал свою созидающую роль в работе реакторов, и в первую очередь в повышении их безопасности. После Чернобыля перед конструкторами встала задача: убрать избыточный температурный эффект, который возникает при разогреве реактора. Были приняты разные меры, в том числе и сугубо технические, чтобы избежать повторения подобного. Эффект удалось "обуздать", но полностью избавиться от него не получалось.
    – Потребовалось изменить топливо?
    – Верно! И тут в полной мере проявляются великолепные свойства эрбия. При повышении температуры у него изменяются резонансные свойства, и эта его особенность весьма полезна. Эрбий поможет убрать поглощающие стержни, которые ради безопасности поставлены в реактор, и это улучшит энергополе, поднимется тепловыделение, а также повысится выгорание урана. Все это необычайно важно. А потому, когда мы узнали о разработках нового топлива, то активно включились в исследования. Переход на новое топливо был осуществлен очень быстро – мы создали новый участок, а затем и линию. Сейчас кассеты уже изготавливаются, они прекрасно работают на Игналинской и Ленинградской АЭС.
    Кстати, появись такое топливо раньше, не возникла бы на Западе легенда о том, что реакторы РБМК (их еще называют реакторами Чернобыльского типа) используются для получения ряда компонентов ядерного оружия. Дело в том, что дополнительные стержни из бористой стали, которые были введены ради повышения безопасности реактора, поглощали нейтроны. Это снижало эффективность работы реактора, а потому западные специалисты предположили, что столь "неразумная трата нейтронов вызвана какими-то специальными работами, и ясно, что они связаны с оружием..." К сожалению, дополнительные меры защиты РБМК – а это было именно так – не предотвратили катастрофу в Чернобыле...
    И только после нее для создания нового топлива с эрбием был открыт "зеленый свет".
    Из служебной записки ученых руководству ОАО "ТВЭЛ":
    "Исследования показывали, что при переходе на топливо с эрбиевым выгорающим поглотителем возможно избавиться от дополнительных поглотителей – "пожирателей нейтронов", которые к тому же и сами по себе стоят значительных денег. Полученный в настоящее время на РБМК уровень безопасности будет достигнут другим, более функциональным путем. Более того, возникнет возможность существенного сокращения объемов отработавшего ядерного топлива, что также идет в копилку повышения безопасности. При всем при этом применение топлива с эрбиевым поглотителем позволяет получить на РБМК экономический эффект, выражаемый десятками миллионов долларов в год... Подобное топливо не имеет аналогов в мировой практике развития энергетических ядерных реакторов".
    Необычность ситуации в том, что, несмотря на тяжелейшее финансовое положение в отрасли, инициатива ученых была поддержана, первая партия топливных сборок сделана для второго блока Игналинской АЭС, их испытания полностью подтвердили прогнозы ученых, в том числе и по экономической эффективности. Ну а о безопасности и говорить нечего! Предполагается полностью "переоснастить" все АЭС новым топливом уже в ближайшие годы.
    Нет, рано еще ставить крест на науке России, хотя это и пытаются сделать некоторые конкуренты на Западе. История создания нового ядерного топлива свидетельствует о том, что разумный подход к поддержке отечественной науки, четкая оценка приоритетов и адресная поддержка исследовательских коллективов и предприятий – все это позволяет нам весьма эффективно работать на мировом рынке.