Реактор ПИК, созданный на базе Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова, несведущие люди иногда называют русским адронным коллайдером. Но, к чести наших ученых, их проект вовсе не «отечественный аналог» – это принципиально другой научно-исследовательский комплекс. По разным причинам его строительство растянулось на 30 лет, но сейчас ПИК в состоянии практически минутной готовности.
Бронированные двери, охрана, коридоры, снова охрана, помещения, лестницы, лифты. И вот мы у цели. Сотрудники говорят, что, оказавшись здесь впервые, очень легко заблудиться. Начальник смены исследовательского ядерного реактора ПИК Максим Владимирович Румянцев – мой проводник и экскурсовод. Мы стоим в технологическом зале – большом полупустом помещении, сплошь металлическом и блестящем. Спускаемся по лестнице. Максим Владимирович подходит к шахте глубиной в несколько этажей.
Рядом с нами ядерный реактор. Вблизи он кажется совсем небольшим, но если посмотреть вниз, кружится голова.
Над реактором располагается машина для перегрузки ядерного топлива и образцов, на ней будут работать два человека. Основной пункт управления в другом зале, где находятся пульты, поражающие своими масштабами. Специалист рассказывает, что с ними могут управляться и пять человек, хотя кажется, что должно быть как минимум двадцать.
В России и СНГ на начало 2000-х годов было зарегистрировано 112 исследовательских ядерных установок (ИЯУ) в рабочем состоянии. ПИК – самый серьезный из них и самый мощный реактор, на котором можно проводить исследования. Можно сказать, одна из главных надежд российской науки. Аббревиатура расшифровывается как «пучковый исследовательский комплекс»; одновременно П и К – первые буквы фамилий: Юрий Петров и Кир Коноплев, авторы идеи этого реактора.
В 1965 году в Брукхэйвене, США, появилась первая установка, предназначенная для пучковых исследований (HFBR). Советские ученые сформулировали основные идеи проекта ПИК в конце 60-х, но его строительство началось лишь в 1976 году. Через 10 лет закончили сооружение здания, где должен был расположиться реактор, выполнили монтажные работы, начали налаживать отдельные системы. Но работа приостановилась: 26 апреля 1986 года произошла авария на Чернобыльской атомной электростанции. Были пересмотрены требования к безопасности ядерных реакторов, и оказалось, что проект ПИК нужно переработать. Новый план утвердили только в 1991 году, после чего собирались проводить работы по оснащению объекта дополнительными системами безопасности. В 1992 году ПИК прошел экспертизу из семи уровней, затем – международную проверку. Ведущие мировые специалисты по исследовательским реакторам из США, Германии, Франции, Великобритании и других стран подтвердили, что проект реактора выполнен на мировом уровне и соответствует всем требованиям безопасности. Но завершению строительства помешал экономический кризис 90-х – финансирование было катастрофически сокращено. Ситуация изменилась лишь в 1999 году, после того как руководители трех российских ведомств – Академии наук, Минатома и Миннауки – подписали решение о завершении строительства ПИКа.
Основная продукция энергетических ядерных реакторов – тепло. Исследовательские реакторы используются для получения потоков нейтронов и гамма-квантов, которые попадают из активной зоны в предусмотренные конструкцией экспериментальные устройства.
Реактор ПИК составляют: активная зона с ядерным топливом и замедлителем; отражатель нейтронов, окружающий активную зону; система регулирования цепной реакции, в том числе аварийной защиты, система управления. Генерируемое реактором тепло через градирни переходит в атмосферу. Легководная активная зона объемом около 50 литров помещена в тяжеловодный отражатель и представляет собой интенсивный источник быстрых нейтронов деления тепловой мощностью 100 МВт. Такая схема (с использованием воды), впервые примененная на ПИКе, признана наиболее эффективной. Ее используют почти все современные проекты – такие как ОRРНЕЕ (Франция), FRM II (Германия), ARR (Австралия) и так и не реализованный проект АNS (США).
Единственный современный нейтронный источник в России – это импульсный реактор ИБР-2 в ОИЯИ (Дубна), но его возможностей недостаточно для широкого класса экспериментов.
По многим параметрам наша ядерная установка превосходит своего конкурента – французский реактор, расположенный в Институте Лауэ-Ланжевена в Гренобле: 100 МВт против французских 58 МВт, плотность нейтронного потока более чем 1015 н/см2•с (на французском – вдвое меньше). На исследовательском реакторе HFIR в Ок-Ридж, США, поток нейтронов в 1,5 раза меньше, чем на ПИКе, хотя его тепловая мощность такая же. Главная гордость ПИКа – наличие источников горячих, холодных и ультрахолодных нейтронов.
Ученые говорят, что в течение 10–15 лет у нашего реактора не появится достойных соперников.
Для проведения физических исследований ПИК оснащен специальными устройствами: это центральный экспериментальный канал, источники холодных и горячих нейтронов; горизонтальные, наклонные и вертикальные экспериментальные каналы. Общее число позиций на пучках для постановки экспериментальных установок – 50: это значит, что одновременно можно будет проводить 50 различных исследований. Такого на данный момент нет нигде – на французском реакторе может работать лишь 40 установок.
В исследовательских реакторах используются нейтроны различных энергий, но часто для особых исследований нужны холодные нейтроны. Энергия нейтронов, из-за наличия у них массы, значительно меньше, чем энергия рентгеновских и гамма-лучей при той же длине волны. Эта энергия оказывается сравнимой с энергией тепловых колебаний атомов и молекул в веществе, что дает возможность изучать не только усредненную статическую атомную структуру вещества, но и динамические процессы, в нем происходящие. Нейтроны взаимодействуют с атомными ядрами, а не с электронами оболочки атомов, как рентгеновские и гамма-лучи, что обусловливает их большую чувствительность в отношении атомов элементов близко расположенных в таблице Менделеева. При этом наличие у нейтронов магнитно-дипольного момента позволяет изучать структуру и динамику магнитных материалов. Ультрахолодные нейтроны используются для изучения фундаментальных свойств самого нейтрона и являются чувствительным инструментом в исследованиях конденсированного состояния вещества. Доля холодных нейтронов при работе реактора невелика (около 1%), и для ее увеличения используются специальные устройства – источники холодных нейтронов.
Потоки нейтронов, создаваемые в активной зоне, позволят проводить исследования в области ядерной физики, физики твердого тела, радиационной химии, биологии, геологии, медицины. На экспериментальных устройствах реактора могут осуществляться и работы прикладного характера, такие как производство легированного кремния, радиоактивных изотопов, получение новых материалов, нейтрон-активационный анализ, материаловедческие исследования, очистка от трития и кондиционирование тяжелой воды.
Мы поднимаемся по лестнице, выходящей из технологического зала. Она ведет в маленькую комнату – санпропускник с раковиной и прибором радиационного контроля. Мне предлагают проверить руки на предмет радио-активных загрязнений – для этого их нужно приложить к прибору и подержать десять секунд. Все в порядке. Теперь мы идем на встречу с заместителем директора института по реакторной части Сергеем Лавровичем Смольским. Он рассказывает о том, что главная ценность отделения нейтронных исследований не столько необыкновенный реактор, сколько люди работающие на нем: «Средний возраст сотрудников нашего института – 45 лет, это на 5 лет меньше, чем в других. В реакторном отделе работают 308 человек от 20 до 83 лет». Работа на исследовательской установке очень ответственна и связана с опасными процессами. Непросты и работники реакторного комплекса: например, чтобы стать начальником смены ядерного реактора, нужно получить высшее профессиональное образование и проработать по специальности не менее 7 лет. В Петербурге есть всего одно учебное заведение, готовящее профессионалов по этому направлению, – Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. Поэтому часто привлекается молодежь из других городов, в основном из Томска. Для таких специалистов предусмотрены и особые условия – их обеспечивают жильем.
Многих из тех, кто бывал в Институте ядерной физики в Гатчине, интересовало – где же та самая кнопка, которая запускает ядерный реактор? Но любопытствующих разочаровывают: оказывается, такой кнопки нет, это миф – один из многих мифов, окутавших ядерный реактор с коротким названием ПИК. Чтобы запустить его, понадобится несколько дней – для поэтапного пуска всех систем и загрузки ядерного топлива в активную зону. Первый набор критической массы запланирован на 2011 год, вскоре после этого намечен пуск реактора. Его с нетерпением ждут не только работники института и российские ученые, но и специалисты из разных стран. В частности, немецкие исследователи планируют перенести на ПИК восемь экспериментальных установок, а в будущем на комплексе планируется создать Международный центр нейтронных исследований. Что ж, остается только дождаться пуска, и можно будет с гордостью сказать, что российская наука впереди планеты всей. По крайней мере, на ближайшие лет десять.
Текст: Екатерина ГавришЭто новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
