АЭС станет ключевым звеном

Все свое…

В мае Президент Касым-Жомарт Токаев на встрече с научным сообществом страны напомнил о стоящей перед Казахстаном цели по достижению углеродной нейтральности к 2060 году. Надеж­ным источником «зеленой» генерации названа атомная энергетика . «Наша страна занимает первое место в мире по объёму добываемого природного урана и имеет собственное производство компонентов ядерного топлива. Это наше существенное конкурентное преимущество, которое следует использовать», – подчеркнул Глава государства.

Казахстан – одна из немногих стран, обладающих технологиями добычи и переработки урана. Таких в мире всего около десятка. Более того, наша республика – единственное в Центральной Азии государство, располагающее полным циклом производства топлива для атомных реакторов. На Ульбинском металлургическом заводе выпус­кают топливные «таблетки», а на дочерней «Ульбе-ТВС» – готовые сборки.

Для справки: цена одной тепло­выделяющей сборки на мировом рынке варьируется в пределах 1 млн долларов плюс-минус в несколько сот тысяч! На сегодня весь объём продукции, 100%, уходит на экспорт.

Иначе говоря, казахстанский уран и мощности по его переработке помогают развитию энергетики других стран. И это, конечно, превосходно – сильный экспортный потенциал идёт в зачёт нашей экономике. Но ещё правильнее, если бы отечест­венные ресурсы, в том числе рудники, заводы, кадры, опыт, стали частью собственной индустрии, в данном случае – атомной энергетики.

Сама логика подсказывает: цепочка казахстанского мирного атома должна получить ключевое звено – саму атомную электростанцию.

На днях Ульбинский металлургический завод дал возможность СМИ своими глазами увидеть, как делают ядерное топливо.

По словам председателя правления АО «УМЗ» Сергея Бежецкого, участок тепловыделяющих сборок (ТВС) рассчитан на ежегодный выпуск 400 тонн урана (в изделиях). На сегодня объём производства – 200 тонн. Вся продукция на 100% сборки по французской технологии AFA 3G. Именно на её основе построе­на часть реакторов атомных станций в Китае. Если в основе АЭС, которую могут возвести в Казахстане, будет та же технология, то «Ульба» вполне способна стать поставщиком топлива.

– Тема строительства АЭС не входит в зону ответственности «Казатомпрома» и нашего предприятия, – поясняет руководитель. – Но я могу сказать, что если для атомной станции в Казахстане будет выбран французский или китайский дизайн реактора, то на заводе ничего не нужно будет дополнительно менять. Мы просто увеличим производительность участка тепловыделяющих сборок. Если будет выбрана другая технология, «Ульба» в любом случае станет участником проекта, выпуская топливные «таблетки». Их мы можем делать любого дизайна.

Ещё раз: страна сможет сама обеспечивать свою АЭС супердорогими высокотехнологичными изделиями – тепловыделяющими сборками – при условии выбора определенной технологии. В противном случае, как пояснил председатель правления АО «УМЗ», вопрос потребует дополнительного обсуждения.

Защита и тренировки

Быть или не быть в Казахстане атомной генерации? На этот вопрос даст ответ предстоящий референдум. На сегодня в обществе продолжаются дебаты по вопросу безопасности.

Одни приводят опубликованный в Википедии список из 25 различных аварий в разных уголках планеты, ставших причиной радиоактивного загрязнения. Он открывается аварией на реакторе в Чок-Риверской лаборатории в 1952 году и завершается инцидентом пятилетней давности в Неноксе в 2019-м. Наиболее масштабные катастрофы – на Чернобыльской АЭС в 1986 году и на Фукусиме-1 в 2011-м. Другие говорят о важности учета такого объективного фактора, как радиофобия населения, вызванная во многом наследием Семипалатинского ядерного испытательного полигона.

В руководстве «Ульбы» не стали комментировать стереотипы и обывательские страхи, а дали журналистам возможность самим оценить уровень технологий и радиационной безопасности.

Первое производство на маршруте пресс-тура – урановое. Оно действует с 1954 года, то есть у заводчан накоплен 70-летний опыт. Здесь, собственно, и выпускают основной компонент ядерного топлива – урановые «таблетки».

Используемый материал имеет альфа-излучение. Защититься от него можно листом бумаги, главное, чтобы частицы не попали в органы дыхания. Поэтому каждый из участников тура получает дозиметр, шапочку, халат, бахилы, перчатки и респиратор.

Директор завода Константин Кузьмин рассказывает: для персонала регулярно проводятся тренировки на случай аварии. Топливные «таблетки» выпускаются с 1977 года – почти полвека! Действия работников по тому, что делать, как и куда эвакуироваться, доведены до автоматизма. «Пока не было ни одного инцидента», – замечает директор.

Весь персонал, имеющий дело с ядерным материалом, работает в спецодежде, перчатках, респираторах. После каждой смены форму отправляют на санобработку. В обязательном порядке положено иметь дозиметр. «По санитарным нормам в год допускается уровень в 20 миллизивертов, – поясняет руководитель. – Наши работники получают меньше одного миллизиверта».

Производственная цепочка схематично выглядит так: из гексафторида урана получают порошок диоксида урана, затем он проходит механическую обработку, к нему добавляют связующий компонент и порообразователь. После порошок прессуют в таблетки и спекают в печах. В реальности это сложнейшая технология, включающая опасные агрессивные вещества, например, азотную кислоту и аммиачную воду.

Происходят серьёзные технические процессы с использованием редкого и уникального оборудования – экстракторов, центрифуг, печей, аналитической, контрольно-измерительной аппаратуры... Например, один из этапов – восстановление порошка из пульпы – требует подачи в печи водорода, а само спекание происходит при температуре 1 750 градусов!

Константин Кузьмин показывает финишную стадию: спеченные «таблетки» поступают на станок, где им придают нужный дизайн и проверяют на соответствие требованиям. Собственно, вот она – готовая продукция. Одна крохотная «таблетка» размером в несколько миллиметров эквивалентна 700 кило угля! Раньше эти изделия «Ульба» отправляла в Россию, сейчас – на китайский рынок.

Контроль по максимуму

В буквальном смысле «через стенку» от уранового производства – корпус нового, введенного в эксплуатацию в конце 2021 года завода «Ульба-ТВС». Строгая пропускная система, опять – халаты, головные уборы, бахилы. Ещё в гардеробе специалисты поясняют: если в цехе, где выпускают урановые «таблетки», важно защитить себя от ядерного материала, то на производстве тепловыделяющих сборок изделия защищают от человека.

Здесь абсолютная стерильность, ни пылинки. Даже перчатки у персонала капроновые – без ворса. «Ни к чему не прикасаться руками, – строго предупреждают журналистов. – Если на изделии останутся потожировые пятна, оно будет считаться испорченным».

«Ульба-ТВС» – необходимое логическое звено, благодаря которому Казахстан получил полный цикл производства ядерного топлива. Управляющий директор по ядерно-топливному циклу «Казатомпрома» Асет Махамбетов поясняет: страна располагает 13% мировых запасов урана, больше только у Австралии.

С 2009 года на Казахстан приходится 40% мирового производства урана, это лидирующая позиция. На УМЗ накоплен почти полувековой опыт выпуска урановых «таблеток». По логике, здесь же, на площадке предприятия, следовало бы изготавливать ТВЭЛы – тепловыделяющие элементы и ТВСы – тепловыделяющие сборки. Именно так выстроены производства в США, Франции, Японии. У нас же исторически сложилась ситуация, когда стратегические заводы оказались разделены территориально. Если урановую «начинку» выпускали в Усть-Каменогорске, то ТВСы – в подмосковной Электростали. Это было намеренное решение руководства Советского Союза, опасавшегося возможной бомбардировки ядерных производств. С 2021 года этот пробел был успешно закрыт за счёт создания совместного казахстанско-китайского современного предприятия.

«Ульба-ТВС» разделена на три технологических участка: производство ТВЭЛов, скелетонов и готовых сборок. Между ними в буквальном смысле проложен маршрут, отмеченный цветными линиями. Без лишних пояснений видно: производство предельно автоматизировано и роботизировано, сотрудников почти не видно.

Гендиректор производства Арман Сулейменов показывает полый серебристый стержень – он из тугоплавкого, коррозионностойкого циркониевого сплава. Длина трубки 4 метра. На старте пневматика продувает её сжатым воздухом – полость должна быть идеально чистой. Дальше робот устанавливает на стержне заглушку, сваривает, с помощью вибрационного устройства в трубку загружают примерно 290 топливных таблеток. Автомат вставляет пружину, закачивает под давлением инертный газ гелий, сваривает со второй заглушкой. ТВЭЛ с урановой начинкой весом 1 740 граммов готов!

– На каждом этапе идёт контроль сканером, датчики считывают параметры на соответствие по обогащению, длине топливного столба, весу, комплектации и так далее, – объясняет генеральный директор. – Отклонения недопустимы.

Следующий участок – производство скелетонов, или четырёхгранного каркаса из трубок и решеток. «Фишка» процесса – контроль изделия. Вдоль конструкции движется установка, в определенных точках опускается щуп, считываются геометрические параметры. При несоответствии всего в пару микрон конструкция бракуется. Все данные отражаются на мониторах операторов в цвете: зелёный – норма, желтый – следует обратить внимание, красный – недопустимые дефекты.

Третий участок – конвейер, где в скелетоны загружают ТВЭЛы. Арман Асхатович уточняет: процесс компьютеризирован, у каждой тепловыделяющей сборки своя карта расположения стержней. Скелетон устанавливается и закрепляется на прочнейшем ротационном столе из цельного мрамора. Автоматика партиями подает начиненные стержни и медленно протягивает их на всю длину. Слой за слоем, все 264 ТВЭЛа.

На финише к сборке прикручивают хвостовик, головку, очищают воздухом и отправляют на контроль так называемым «пауком» – установкой, которая должна подтвердить идеальные параметры ТВС. Если «паук» встретит хоть малейшее препятствие, это отразится на мониторах. Дополнительный контроль проводят на электронной вышке: датчики снимают данные по всей длине сборки и выдают результат на экране в виде 3D-модели. Точность замеров – до тысячных миллиметра.

– Строгий многоступенчатый контроль продиктован высокими требованиями по безопасности на атомных станциях, – комментирует руководитель. – Сборку необходимо идеально установить в реакторе. Если возникнет необходимость замедлить или остановить ядерную реакцию, в сборку опускаются поглощающие стержни, они должны погружаться беспрепятственно.

Общий вес одной сборки примерно 665 кг, урана в ней 450 кило. Каждая ТВС рассчитана на эксплуатацию в течение пяти лет.

Заказчикам готовые изделия отправляются в бронированных транспортно-упаковочных контейнерах, напоминающих саркофаги. Система крепления защищает ТВСы от любой тряски и повреждений. Перевозки по железной дороге сопровождаются и контролируются службами безопасности с уведомлением МАГАТЭ, с обязательным радиационным контролем.

Наш пресс-тур завершается. В заключение управляющий директор по ядерно-топливному циклу НАК «Казатомпром» Асет Махамбетов резюмирует: в мире действуют сотни реакторов на низкообогащенном и даже природном уране. Если будет принято решение о строительстве казахстанской АЭС, Ульбинский металлургический завод с его уникальным опытом, передовыми технологиями и высококвалифицированным персоналом сможет предложить необходимые компоненты ядерного топлива.