ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ПЛАНЫ ДАЛЬНЕЙШЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РУ БОР-60Ю.М. Крашенинников, Л.Б. Нечаев, А.С. КорольковОАО «ГНЦ НИИАР»

НАЗНАЧЕНИЕ РУ БОР-60
Исследовательская ядерная установка БОР-60 является одной из первых реакторных установок с реактором на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем.
Реакторная установка БОР-60 предназначена для обоснования и экспериментальной проверки основных технических и технологических решений, определяющих параметры перспективных АЭС с реакторами на быстрых нейтронах.

Установка является экспериментальной базой для испытаний топливных элементов различных конструкций, для испытаний топливных, поглощающих и конструкционных материалов в условиях высоких рабочих параметров натриевого теплоносителя, а также для получения опыта технологии радиоактивного натрия.
Установка используется также для наработки изотопной продукции, производства электроэнергии и для нужд теплоснабжения промплощадок ОАО «ГНЦ НИИАР».
НАЗНАЧЕНИЕ РУ БОР-60

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ РУ БОР-60

Основные характеристики реактора БОР-60

Основные характеристики реактора БОР-60

Тепловая схема РУ БОР-60
1 - реактор; 2, 5, 7, 11 - насосы первого и второго контура;
3, 10 - промежуточные теплообменники; 4, 8 - парогенераторы;
6 - воздушный теплообменник; 9 – турбина, 12 – ТФУ.

Реактор БОР-60 в разрезе:
1 – входной патрубок,
2 – камера высокого давления,
3 – корзина,
4 – тепловая и нейтронная защита
корпуса реактора,
5 – страховочный кожух,
6 –выходной патрубок
7 – опорный фланец,
8 – сборки активной зоны и
бокового экрана,
9 – привод СУЗ,
10 – перегрузочный канал,
11 – опорный фланец,
12 – большая поворотная пробка,
13 – малая поворотная пробка.
Конструкция реактора

Экспериментальные возможности реактора БОР-60
Картограмма загрузки реактора БОР-60
1 – гидрид циркония, 2 – стержень CУЗ, 3 – источник,
4 – ТВС, 5 – сборка бокового экрана, 6 материаловедческая сборка, 7 - инструментованная ячейка.
Возможности по загрузке реактора

В различные ячейки реактора может быть загружено большое количество экспериментальных сборок, при этом величина плотности потока нейтронов (Fn) в отдельных ячейках может отличаться более чем в 3 раза при максимальном значении 3,7×1015см-2с-1 (при тепловой мощности 60МВт и компактной загрузке реактора).
В активной зоне возможно одновременное размещение до 12 экспериментальных облучательных устройств (ОУ) с конструкционными материалами.
Количество экспериментальных ТВС с перспективными топливными композициями в активной зоне и ОУ с конструкционными материалами в боковом экране практически не регламентируется.
Экспериментальные возможности реактора БОР-60

Экспериментальные возможности реактора БОР-60
В реакторе имеется специальный термометрический канал, позволяющий размещать экспериментальные устройства непосредственно в активной зоне с выводом информации об условиях облучения материалов по 30-50 линиям связи.
Реактор оснащён также двумя горизонтальными (ГЭК) и
9-ю вертикальными (ВЭК) каналами, расположенными за корпусом реактора.
Накоплен большой опыт по созданию и использованию различных инструментованных экспериментальных устройств, в том числе петель-ампул с принудительной и естественной циркуляцией, использующих в качестве теплоносителя натрий и тяжёлые металлы.

исследования деформации радиационного роста и радиационной ползучести трубчатых образцов циркониевых сплавов в областях температур 315-345°С и 360-390°С;
экспериментальные исследования термической стабильности радиационного роста и радиационных повреждений структуры плоских и криволинейных (сегментных) образцов циркониевых сплавов при температуре облучения ≤ 330°С;
исследование материалов ВКУ для обоснования работоспособности ВВЭР со сроком эксплуатации 60 лет при температуре облучения образцов ≤ 340ºС до повреждающей дозы 70 сна;
Основные направления исследований

реакторные испытания образцов кремнистых сталей марок 10Х15Н9С3Б1-Ш (ЭП302-Ш) и 04Х15Н11С3МТ-ВИ при двух уровнях температуры до повреждающей дозы 34 сна и чугуна СПЧФ до повреждающей дозы 5-6 сна для сравнительных исследований деградации физико-механических свойств под воздействием реакторного облучения;
исследования внутриреакторной длительной прочности материалов оболочек твэлов реактора СВБР-100 (сталь ЭП-823Ш) при температуре 600-650ºС;
реакторные испытания капсул с образцами гидрида гафния в активной зоне реактора БОР-60 при температурах (500±20)°С и (600±30)°С;
Основные направления исследований

ресурсные испытания макетов твэлов РУ СВБР-100 при температуре внутренней поверхности оболочки твэла в горячем пятне на первом этапе испытаний 500±30ºС и линейных нагрузках ≤ 350 Вт/см;
реакторные испытания 19-ти твэльной разборной ЭТВС в обоснование работоспособности: - твэла с виброуплотнённым МОКС-топливом с различными вариантами расположения в твэлах теплоизоляторов-геттеров;
- твэла с таблеточным МОКС-топливом, изготовленным в ОАО «ГНЦ НИИАР».
Основные направления исследований

Производство радионуклидной продукции
В реакторе БОР-60 ведется наработка Sr-89 и Gd-153, которые являются одними из основных изотопов, включенных в номенклатуру планируемого к созданию в Димитровграде Федерального Центра медицинской радиологии.
В отдельные микрокампании реактора загрузка активной зоны нетопливными экспериментальными ОУ составляла максимально разрешенное количество 12 шт, максимальная загрузка бокового экрана экспериментальными ОУ достигала 8 шт.

Основные показатели работы реактора
БОР-60 в 2009-2010г.г.

Показатели работы РУ БОР-60 с момента пуска

Продление срока эксплуатации РУ БОР-60
Важным направлением деятельности является продление срока эксплуатации РУ БОР-60. Продолжение эксплуатации реактора БОР-60 имеет исключительно важное значение для реализации Программы развития атомной отрасли Российской Федерации, поскольку разработка инновационных проектов требует выполнения больших объемов научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, в проведении которых роль реактора БОР-60, учитывая его уникальные экспериментальные возможности, является весьма значительной.
Работы по продлению срока эксплуатации ведутся с середины 80-х годов. Всего было проведено пять комплексных обследования ИЯУ БОР-60.
По результатам последнего обследования срок эксплуатации ИЯУ БОР-60 продлен до 31.12.2015г.

Продление срока эксплуатации РУ БОР-60
В рамках работ по продлению срока эксплуатации РУ БОР-60 в 2009-2010 г.г. был проведен ряд расчетных, и экспериментальных работ:
Экспериментальное уточнение режимов эксплуатации плит МПП реактора с помощью термонейтронного зонда.
Расчетно-экспериментальное определение нейтронно-физических характеристик по высоте защитных плит МПП реактора БОР-60.
Анализ и обобщение результатов исследований изменения свойств конструкционных материалов реактора БР-10 после длительного нейтронного облучения, а также других материалов, аналогичных по составу с материалами реактора БОР-60.
Комплекс работ по проверке состояния защитных плит МПП и удерживающих их шпилек.

Продление срока эксплуатации РУ БОР-60
Анализ результатов материаловедческих исследований конструкционных материалов реактора БОР-60 за весь период эксплуатации с целью оценки состояния материалов элементов конструкции реактора.
Выполнены расчеты прочности критических элементов реактора, оборудования и трубопроводов.
Анализ последствий отказов критических элементов реактора БОР-60, оценка влияния отказов на безопасность.
Проведена вырезка образца направляющей трубы ИМ АР-2 (сталь Х18Н10Т) отработавшего в реакторе 32 года и проведены материаловедческие исследования.
Для обеспечения сейсмической устойчивости баков II контура выполнены работы по усилению крепления опор баков.
В 2009г. завершено проведение комплексного обследования ИЯУ БОР-60 с целью продления ресурса.

Перспективы БОР-60
Дальнейшие перспективы реактора БОР-60, в первую очередь, обусловлены его высокой востребованностью для проведения НИОКР по заказам как предприятий
Росатома, так и зарубежных заказчиков.
Принята «Программа реакторных испытаний и облучательных экспериментов в реакторе БОР-60 на период c 2009г. до 2015г.», составленная на основе долгосрочных планов НИР по основным направлениям реакторостроения.
Планируемые на ближайшие годы испытания реакторных материалов охватывают практически весь спектр существующих и разрабатываемых типов реакторов от быстрых (БН-800, БН-1800, «БРЕСТ», СВБР) и тепловых (АЭС-2006, ВВЭР-1500, ГТ-МГР, ВТГР) до термоядерных (ИТЭР) и реакторов специального назначения.

Экспериментальное обоснование материалов БН-К
Испытания твэлов с рециклированным виброуплотненным уран-плутониевым оксидным топливом в составе разборной 19-ти твэльной ЭТВС
Испытания экспериментальных твэлов «АМОКС» с добавками Am в составе разборной 19-ти твэльной ЭТВС
Исследование работоспособности твэлов с топливной композицией на основе инертной матрицы из карбида циркония для выжигания минор-актинидов
Облучение образцов топлива в реакторе БОР-60 для экспериментального исследования многократного рецикла топливных композиций, в том числе с МА
Испытания ЭТВС с твэльными оболочками из ферритно-мартенситных сталей ЭК-181 и ЧС-139
Исследование внутриреакторной длительной прочности материалов оболочек твэлов реактора БН-1200.

Эксперименты по обоснованию конструкционных материалов реактора СВБР-100
1. Испытания образцов оболочечной стали ЭП823.
2. Ресурсные испытания макетов твэл СВБР-100.
3. Ресурсные испытания макета ПЭЛ.
4. Ресурсные испытания макета РИН (ПИН).
5. Облучение макетов твэлов СВБР-100 в составе
автономной свинцово-висмутовой петли (АСВП).
6. Реакторные испытания стали ЭП302 при разных
температурах.
7. Испытания образцов стали ЭП823 при температуре
≤ 330°С для определения режимов отжига.

Эксперименты по обоснованию конструкционных материалов реактора БРЕСТ-ОД-300
1. Облучение макетов твэлов различного конструктивно- технологического исполнения.
2. Облучение макетов твэлов реактора БРЕСТ-ОД-300 в составе АКСТ-2М.
3. Облучение твэлов с (U-Pu)N, моделирующим составы стартовой и регулярной загрузки.
4. Сравнительные испытания различных вариантов
таблеток поглотителя.
5. Испытания макетов пэлов в составе разборных материаловедческих сборок.

Эксперименты по обоснованию плотного топлива
1. Испытания твэлов со смешанным нитридным топливом с повышенной линейной мощностью в составе разборной ЭТВС.
2. Испытания инструментированных твэлов с нитридным смешанным топливом в составе «термопакета».

Эксперименты в обоснование новых материалов для тепловых реакторов
Испытания образцов из сплавов Э110 опт. и Э635М при Т=360-390ºС.
Испытания образцов оболочечных труб из сплавов Э110опт., Э110М и Э635 на радиационную ползучесть.
3. Продолжение испытаний материала ВКУ ВВЭР со сроком эксплуатации 60 лет до повреждающих доз ~ 100 сна.

Техническое перевооружение реактора БОР-60
Для обеспечения потребности в проведении исследований на ИР в обоснование технических проектов перспективных реакторов, а также для исключения перерыва в проведении исследований необходимо продлить срок эксплуатации ИЯУ БОР-60 на период после 2015 г., вплоть до ввода в эксплуатации нового реактора МБИР. С этой целью планируется выполнить техническое перевооружение ИЯУ.

Техническое перевооружение реактора БОР-60
Проект технического перевооружения предусматривает:
Модернизацию системы управления и защиты реактора БОР-60 и резервного пункта управления.
Замену физически и морально устаревших средств измерения системы технологического контроля.
Модернизацию системы радиационного контроля ИЯУ БОР-60.
Реконструкцию 3-го контура с заменой главного паропровода.
Модернизацию системы аварийного электроснабжения.
Реновацию обеспечивающих технологических систем (вентиляции, спец канализации, водо- пароснабжения и др.).
Модернизацию системы контроля герметичности оболочек твэлов (КГО).
Модернизацию информационно-измерительной системы ИЯУ БОР-60 с созданием подсистемы диагностики состояния оборудования.
Модернизацию направляющих труб ИМ СУЗ реактора БОР-60 для усиления крепления плит радиационной защиты малой поворотной пробки (МПП) реактора.
Модернизацию системы аварийной защиты парогенераторов.
Работы по повышению пожарной безопасности.

Техническое перевооружение реактора БОР-60
Состояние работ:
- Разработано техническое задание на разработку
проекта по техническому перевооружению реактора
БОР-60.
- Разрабатываются частные технические задания на
модернизацию отдельных систем.
- Начата разработка проектов.