Особенно остро проблема исследований тяжелых аварий на АЭС поднялась после аварии на Чернобыльской атомной электростанции в 1986 году, на которой произошло разрушение реактора, плавление активной зоны и поступление образовавшегося расплава за барьеры безопасности. Для исключения повторения подобных катастроф, руководствуясь принципом глубокоэшелонированной защиты АЭС, во ФГУП «НИТИ им. А.П. Александрова» был развернут комплекс работ по исследованию тяжелых аварий. В кратчайшие сроки был создан уникальный комплекс установок «Расплав», позволяющий проводить экспериментальные исследования на химически прототипных тяжелым авариям расплавах при условиях по теплофизическим параметрам, отвечающих условиям аварийного реактора. В основе работы установок комплекса лежит метод индукционной плавки и длительного удержания в холодном тигле химически агрессивных высокотемпературных расплавов, аналогичных расплаву активной зоны ядерного реактора (кориума).
Комплекс работ по исследованию тяжёлых аварий включает в себя:
- экспериментально-расчетное исследование процессов взаимодействия кориума с конструкционными и функциональными материалами ЯЭУ и АЭС;
- разработка и исследование материалов и технологий, предназначенных для повышения уровня безопасности АЭС;
- изготовление модельных образцов высокотемпературных материалов (в том числе модельного кориума) методом индукционной плавки в холодном тигле заинтересованным предприятиям.
На комплексе экспериментальных установок «Расплав» проводятся работы, которые охватывают практически все аспекты тяжелых аварий и в процессе этих работ открыты и исследованы явления, имеющие принципиальное значение для понимания тяжелоаварийных процессов. Для оценки и обобщения полученных экспериментальных результатов используются расчетные модели и коды собственной разработки предприятия.
Научно-исследовательские работы ведутся совместно с известными научными и образовательными учреждениями СПбГЭТУ «ЛЭТИ», СПбГТИ (ТУ), ИХС РАН, ФТИ им. А.Ф. Иоффе, АО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина», АО «Атомпроект», ИБРАЭ РАН по заказу отечественных и международных организаций.
Характеристики установок | |
Метод удержания расплава | Индукционная плавка в холодном тигле (ИПХТ) |
Установки | Расплав-2, Расплав-2с, Расплав-3, Расплав-4, Расплав-5 |
Установленная мощность, кВт | 25-260 |
Частота тока при нагреве, МГц | 0.01-5.28 |
Масса расплава в тигле, кг | 0.1-10 |
Температура расплава, °С | до 3000 |
Атмосфера | Ar, N2, He, Ar/H2, воздух, пар и их смеси |
Состав расплава | оксидные (включая расплавы с высоким электросопротивлением), металлические, карбидные, нитридные и смешанные системы включая прототипные тяжелым авариям расплавы (содержащие U) |
Возможные манипуляции с расплавом | Закалка, охлаждение с заданной скоростью, вытяжка тигля из индуктора, слив расплава |
Полученные данные имеют широкое признание в России и за рубежом и используются мировыми научными центрами при обосновании безопасности имеющихся и разрабатываемых проектов атомных электростанций.
Разработанные и обоснованные устройства локализации расплава активной зоны (ловушки), были одобрены отечествеными и международными надзорными организациями и первое в мировой практике устройство такого типа реализовано при строительстве Тяньваньской АЭС с реакторами ВВЭР-1000. Сегодня наличие ловушки расплава является одним из ключевых факторов при конкуренции различных проектов АЭС.
«Кристаллизация расплава в системе UO2-SiO2»
«Слив расплава кориума на стальное основание»
«Подача воды на поверхность расплава оксидного кориума»
«Взаимодействие жертвенного материала с расплавом»
Базируясь на тридцатилетнем опыте выполнения экспериментальных исследований высокотемпературных процессов ФГУП «НИТИ им. А.П. Александрова» готово к решению следующих задач:
- исследованию высокотемпературных процессов и устойчивости различных материалов в условиях экстремально высоких температур и градиентов тепловых потоков;
- созданию новых материалов, отвечающих современным требованиям атомной энергетики;
- созданию новых технологий, обеспечивающих повышение уровня безопасности АЭС.