Сначала БР‑1

В начале 1955 года в Лаборатории «Б» под руководством Лейпунского запустили первый в стране экспериментальный реактор на быстрых нейтронах БР‑1 — ​энергоблок нулевой мощности на металлическом плутонии. Для активной зоны БР‑1 требовалось около 12 кг этого вещества, но практически весь вырабатываемый в то время на промышленных реакторах плутоний шел на производство атомных бомб. Тем не менее глава Минсредмаша дал указание выделить его из далеко не обильных запасов. Примерно через год столько же плутония выделили на следующий реактор.



Так выглядел экспериментальный энергоблок БР‑1 на металлическом плутонии

БР‑1 предназначался для нейтронно-физических и технологических исследований, не требующих больших потоков нейтронов. На физических реакторах нулевой мощности проводятся, как правило, две основные серии исследований: путем последовательной сборки активной зоны определяются критические размеры при различных композициях активной зоны и отражателя или изучаются различные характеристики конкретных систем.

Конструкция реактора БР‑1 была довольно простой. Он имел компактную активную зону высотой и диаметром около 13 см, набранную из плутониевых стержней диаметром 1 см, очехлованных нержавеющей сталью, — ​твэлов контейнерного типа. Из-за низкой мощности для реактора не создавали системы охлаждения. Критическая загрузка реактора составляла около 12 кг, максимальная мощность — ​50 Вт.

В качестве материалов сменных экранов в реакторе использовали обедненный уран, торий, медь, никель, железо. Вывод реактора на мощность и поддержание заданного режима осуществляли как вручную, так и автоматически. В качестве органов регулирования и защиты использовали подвижные внутренние части экрана, изготовленные из того же материала, что и основной экран. При поступлении аварийного сигнала регуляторы падали под действием собственного веса, вызывая быстрое уменьшение реактивности. Биологической защитой блока служили бетонные стены реакторного зала толщиной 1 м.

Для проведения физических исследований в любом месте активной зоны можно было создать канал, вынимая один из плутониевых стержней. Кроме того, вертикальные измерительные каналы имелись и в экране.

Источник неприятностей

На этапе пусконаладочных работ произошел неприятный инцидент. При первоначальной заливке ртуть в реактор подавалась из сливного бака путем повышения в нем газового давления. Ртути не хватало, решили опустить ее уровень в баке до минимально возможного, вследствие чего произошел сильный гидроудар, забросивший ртуть в газовые и вспомогательные трубопроводы, ее пришлось оттуда извлекать. Чтобы инцидент не повторился, в дальнейшем ртуть перекачивали специальным насосом.

Ртуть была главным источником неприятностей при эксплуатации реактора. Во всех обслуживаемых помещениях, в том числе в пультовой, пол блестел от капелек ртути, и пультовики начинали рабочий день с их сбора. Несмотря на регулярное мытье полов, измерения концентрации ртути в воздухе зачастую показывали 20-кратное превышение предельно допустимой концентрации.



Несмотря на регулярное мытье полов, концентрация ртути в реакторном зале БР‑2 часто зашкаливала

Исследование взаимодействия быстрых нейтронов с веществом было одной из главных задач реактора БР‑2. Поэтому он был снабжен большим числом экспериментальных устройств. В результате впервые на БР‑2 был получен опыт работы активных зон в условиях затесненных пучков твэлов при охлаждении жидким металлом при тепловых потоках через поверхность оболочек около 1,2 млн кДж/м2·ч.

Подробные исследования на БР‑2 коэффициента воспроизводства показали результат КВ = 1,8±0,3. Меньший по сравнению с реактором БР‑1 коэффициент объяснялся большой утечкой нейтронов из-за недостаточного количества урана в экране, поскольку воспроизводство топлива не являлось основной целью реактора.

Несколько месяцев реактор БР‑2 работал стабильно, однако затем начала теряться реактивность. Обнаружили трещины в твэлах, это приводило к вымыванию плутония. Возникло плутониевое загрязнение теплоносителя и оборудования реактора. Основная программа физических измерений и проверки эксплуатационной надежности реактора БР‑2 была выполнена, и руководство лаборатории приняло решение прекратить работу установки. В апреле 1957 года реактор был остановлен, ртуть слили, а твэлы извлекли из активной зоны.

Извлечение твэлов

Твэлы вручную зацепляли штатным захватом и тут же проверяли их извлекаемость. Если твэл не удавалось сдвинуть с места, к процедуре привлекали крановщика. Находившийся в закрытом лабиринте крановщик вытягивал твэл, контролируя усилие динамометром. Твэл подводили к иллюминатору лабиринта, где проводился его первичный осмотр. Затем твэлы через отверстие в полу опускали в манипуляторную, где после обтирки и удаления следов ртути производился тщательный осмотр поверхности. Было установлено, что у нескольких твэлов оболочки частично прокорродировали, и топливо из них высыпалось. В дальнейшем отработанное топливо в специальных бетонных контейнерах отправили в спецхранилище.

Эксплуатация реактора продемонстрировала бесперспективность ртути как теплоносителя из-за плохой совместимости с конструкционными материалами и токсичности.

Вместе с тем анализ ситуации показал, что после демонтажа ртутных систем реактора БР‑2 и незначительной реконструкции в здании № 170 (впоследствии № 85), где располагался реактор БР‑2, можно будет разместить другой реактор. Им стал натриевый экспериментальный реактор БР‑5.

Источник - strana-rosatom.ru