ТЭС-3

Атомный энер­го­с­а­мо­ход

Прин­ци­пи­ально путь дости­же­ния этой цели был оче­ви­ден — это блочно-ком­плек­т­ная поставка обо­ру­до­ва­ния и стро­и­тель­ных деталей зданий в мак­си­мально под­го­то­в­лен­ном и опро­бо­ван­ном на заводах виде. В усло­виях север­ных районов подоб­ные меро­при­ятия дают осо­бенно большой эффект из-за сезон­но­сти и высокой сто­и­мо­сти стро­и­тельно-мон­таж­ных работ.

Первым такую идею сфор­му­ли­ро­вал руко­во­ди­тель Мин­сред­маша Е. П. Слав­ский в 1955 году в ходе визита на Киров­ский завод (ЛКЗ). В его беседе с дирек­то­ром ЛКЗ И. М. Синевым впервые про­зву­чало пред­ло­же­ние о раз­ра­ботке мобиль­ной атомной элек­тро­стан­ции, которая могла бы питать элек­тро­энер­гией гра­ждан­ские и военные объекты, рас­поло­жен­ные в отда­лен­ных районах Крайнего Севера и Сибири.

ЛКЗ, назна­чен­ный голов­ным раз­ра­бот­чи­ком и изго­то­ви­те­лем, в коо­пе­ра­ции с Яро­с­лав­ским паро­во­зо­стро­и­тель­ным заводом под­го­то­вил два проекта атом­ного энер­го­по­езда — пере­движ­ной АЭС неболь­шой мощ­но­сти для тран­с­пор­ти­ровки по желез­ной дороге (ТЭС-1 и ТЭС-2). Первый пре­ду­сма­т­ри­вал одно­кон­тур­ную схему реак­тора с газо­тур­бин­ной уста­нов­кой, второй — схему с исполь­зо­ва­нием паро­тур­бин­ной уста­новки самого локо­мотива. Вскоре Е. П. Слав­ский под­клю­чает к раз­ра­ботке проекта Лабо­ра­то­рию «В» (ФЭИ), спе­ци­али­сты которой пред­ло­жили поставить элек­тро­стан­цию на гусе­ницы, сделав ее прак­ти­че­ски вез­де­ход­ной. Идея пере­движ­ной АЭС на гусе­ни­цах каза­лась весьма заман­чи­вой: станция на гусе­ни­цах своим ходом может подойти к потре­би­телю, и обес­пе­чи­вать его элек­тро­энер­гией тре­бу­е­мое время. Это исклю­чало необ­хо­ди­мость воз­ве­де­ния зданий и соо­ру­же­ний в усло­виях вечной мерз­лоты.

Парал­лельно шел широкий поиск с целью отбора наи­бо­лее пер­спек­тив­ных про­ек­т­ных решений для прак­ти­че­ской реали­за­ции опытно-демон­стра­ци­он­ных про­тоти­пов малых АЭС. Рас­сма­т­ри­ва­лась воз­мож­ность соз­да­ния малых АЭС в раз­лич­ных стро­и­тельно-ком­по­но­воч­ных моди­фи­ка­циях и с реак­то­рами разных типов, в част­но­сти: в виде энер­го­по­езда, на желез­но­до­рож­ных плат­фор­мах, барже, пере­движ­ных на пнев­ма­ти­че­ском и гусе­нич­ном ходу и ста­ци­о­нар­ных (блочно-тран­с­пор­та­бель­ных). В каче­стве реак­тор­ной уста­новки изу­чались реак­торы раз­лич­ных типов: водно-гра­фи­то­вые, кор­пус­ные лег­ко­вод­ные (водо-водяные двух­кон­тур­ные и кипящие одно­кон­тур­ные), органо-орга­ни­че­ские и высо­ко­тем­пе­ра­тур­ные газовые.

В октябре 1956 года на сове­ща­нии в Мин­сред­маше было принято решение, пре­ду­сма­т­ри­вав­шее в каче­стве основ­ного вари­анта раз­ра­ботку кон­струк­тор­ским бюро ЛКЗ пере­движ­ной АЭС с водо-водяным реак­то­ром на теп­ло­вых нейтро­нах элек­три­че­ской мощ­но­стью 1,5 МВт, с раз­ме­ще­нием её на тан­ко­вых плат­фор­мах. Решение пору­чало также про­ра­ботку вари­ан­тов реак­тора с ртутным теп­ло­но­си­те­лем и теп­ло­но­си­те­лем свинец-висмут.

В марте 1957 года эскизный проект пере­движ­ной станции с водо-водяным реак­то­ром был готов, и в апреле 1957 года выдано тех­ни­че­ское задание на пром­пло­щадку для раз­ме­ще­ния и экс­плу­а­та­ции уста­новки на тер­ри­то­рии ФЭИ (ген­про­ек­ти­ров­щик — ВНИПИЭТ).

При соз­да­нии ТЭС-3 (Тран­с­пор­та­бель­ная Элек­тро­Стан­ция, 3-й вариант, такой индекс получил проект) кон­струк­торы и про­ек­ти­ров­щики мак­си­мально исполь­зо­вали обо­ру­до­ва­ние и тех­ноло­ги­че­ские решения, при­ня­тые при соз­да­нии реак­то­ров типа ВМ и ледо­кола «Ленин».

Все обо­ру­до­ва­ние тран­с­пор­та­бель­ной АЭС ТЭС-3 раз­ме­ща­лось на 4-х гусе­нич­ных само­ход­ных тран­с­пор­те­рах с обо­гре­ва­е­мыми утеп­лен­ными кузо­вами вагон­ного типа. На двух из них рас­по­ла­га­лась реак­тор­ная паро­ге­не­ра­тор­ная уста­новка, на остав­шихся — тур­бо­ге­не­ра­тор, пульт упра­в­ле­ния и вспо­мо­га­тель­ное обо­ру­до­ва­ние. Общий вес обо­ру­до­ва­ния, уста­но­в­лен­ного на тран­с­пор­те­рах, соста­в­лял 201 тонну. В каче­стве тран­с­пор­те­ров исполь­зо­вались удли­нен­ные до 10 катков гусе­нич­ные шасси на базе танка Т-10. Мак­си­маль­ная ско­рость тран­с­пор­тера соста­в­ляла 15 км/час.

Изго­то­ви­те­лем уста­новки высту­пил Киров­ский завод.

Уста­новка ТЭС-3 соз­да­ва­лась как демон­стра­ци­он­ный пол­но­мас­штаб­ный про­тотип круп­но­блоч­ной тран­с­пор­ти­ру­е­мой АЭС, изго­та­в­ли­ва­е­мой на заводе в мак­си­мально готовом к экс­плу­а­та­ции виде. В нера­зо­бран­ном виде ТЭС-3 легко раз­ме­ща­лась на четырех желез­но­до­рож­ных плат­фор­мах и могла быть доста­в­лена в любое место. А туда, где нет желез­ной дороги, ТЭС-3 при­хо­дила своим ходом. Так как ТЭС-3 пред­по­ла­га­лось экс­плу­а­ти­ро­вать в основ­ном ста­ци­о­нарно, ряд узлов, свя­зан­ных с ходовой частью энер­го­с­а­мо­хо­дов, по при­бы­тии станции на пром­пло­щадку, мог быть демон­ти­ро­ван (дизели, гусе­ницы и т.д.). В этом случае рамы само­хо­дов играли роль фун­да­мен­т­ных рам.

Два вез­де­хода, на которых рас­по­ла­гались атомный реактор, цир­ку­ля­ци­он­ные насосы, паро­ге­не­ра­торы, теп­ло­об­мен­ник, явля­лись источ­ни­ком силь­ного излу­че­ния, поэтому должны быть хорошо изо­ли­ро­ваны. Пред­по­ла­га­лось их уста­на­в­ли­вать или в есте­ствен­ных укры­тиях, или же в вырытой траншее с желе­зо­бетон­ными щитами, зако­пан­ными в землю. Монтаж такой уста­новки на месте ее экс­плу­а­та­ции сво­дился к про­кладке тру­бо­про­во­дов и кабелей между вез­де­хо­дами. Дизель­ный дви­га­тель, уста­но­в­лен­ный на шасси с элек­тро­ге­не­ра­то­ром, выпол­нял также роль пуско­вого и резерв­ного источ­ника питания соб­ствен­ных нужд АЭС.

Для уста­новки ТЭС-3 был выбран водо-водяной реактор теп­ло­вой мощ­но­стью 8,8 МВт с двух­кон­тур­ной схемой выра­ботки пара, пода­ва­е­мого на турбину. Элек­три­че­ская мощ­ность ТЭС-3 соста­в­ляла 1,5 МВт. В актив­ной зоне реак­тора, имеющей форму цилин­дра высотой 600 мм и диа­мет­ром 660 мм, раз­ме­щались 74 теп­ло­вы­де­ля­ю­щих сборки из коак­си­ально рас­поло­жен­ных дис­пер­си­он­ных коль­це­вых твэлов с высо­ко­о­бо­га­щен­ным ураном. В каче­стве топ­лив­ной ком­по­зи­ции исполь­зо­вался интер­метал­лид UAl3, залитый силу­ми­ном.

Дав­ле­ние воды в корпусе реак­тора соста­в­ляло 130 атм, тем­пе­ра­тура на входе в реактор — 275 °С и на выходе — 300 °С.

Реактор рас­счи­ты­вался на кам­па­нию 250 суток, а при частич­ной доза­грузке теп­ло­вы­де­ля­ю­щих эле­мен­тов — до 1 года. Расход топлива на ТЭС-3 незна­чи­те­лен — до 14 г урана-235 за сутки.

При соз­да­нии мало­га­ба­рит­ной пере­движ­ной ядерной энер­гети­че­ской уста­новки раз­ра­бот­чи­кам при­шлось к решению многих вопро­сов под­хо­дить с прин­ци­пи­ально новых позиций. Напри­мер, ори­ги­наль­ной явля­лась кон­струк­ция биоло­ги­че­ской защиты реак­тора, состо­я­щей из трех частей. Первая часть в виде свин­цо­вого стакана, в котором нахо­дится реактор, раз­ме­ща­ется на реак­тор­ном само­ходе и служит для защиты от излу­че­ния оста­но­в­лен­ного реак­тора, напри­мер, во время ремонта или тран­с­пор­ти­ровки АЭС на новое место работы. Второй частью защиты явля­ется вода или раствор борной кислоты, зали­ва­е­мые в бак, в котором раз­ме­щен свин­цо­вый стакан с реак­то­ром. Эта ком­по­нента защиты служит для сни­же­ния акти­ва­ции мате­ри­а­лов кузова и ходовой части плат­формы от нейтрон­ного излу­че­ния при работе реак­тора и перед тран­с­пор­ти­ров­кой сли­ва­ется. Основ­ной защитой при работе реак­тора служила грун­то­вая обва­ловка траншеи, в которой нахо­дятся вез­де­ходы с обо­ру­до­ва­нием первого контура. Такой подход к про­ек­ти­ро­ва­нию защиты поз­во­лил обес­пе­чить необ­хо­ди­мое сни­же­ние уровней излу­че­ния при весе тран­с­пор­ти­ру­е­мой защиты 28,5 т, что соста­в­ляло лишь 13 % общего веса обо­ру­до­ва­ния ТЭС-3.

При­ме­ром другой задачи, успешно решен­ной при соз­да­нии ТЭС-3, явля­ется раз­ра­ботка системы пере­грузки реак­тора в полевых усло­виях с при­ме­не­нием защит­ного кон­тейнера и обыч­ного подъем­ного авто­крана гру­зо­подъем­но­стью 25 тонн.

К декабрю 1959 года все нестан­дарт­ное обо­ру­до­ва­ние было изго­то­в­лено и к марту 1960 года смон­ти­ро­вано на тан­ко­вых плат­фор­мах. В июне 1960 завер­ши­лось про­ве­де­ние ком­плекс­ных завод­ских испы­та­ний (без загрузки ядер­ного топлива).

В августе 1960 года уста­новка ТЭС-3 была доста­в­лена на пло­щадку Физико-энер­гети­че­ского инсти­тута (г. Обнинск) и раз­ме­щена по сосед­ству с Первой АЭС. Энер­го­с­а­мо­ходы были уста­но­в­лены в общей траншее глу­би­ной 2,8 м, стены и пере­кры­тие которой выпол­нены из сбор­ного желе­зо­бетона и снаружи засы­паны грунтом. Вез­де­ход с тур­бо­ге­не­ра­то­ром и пультом упра­в­ле­ния рас­по­ла­гались на поверх­но­сти земли.

7 июня 1961 года реактор ТЭС-3 достиг кри­тич­но­сти, а 13 октября 1961 года турбина ТЭС-3 впервые стала под полез­ную нагрузку и выдала элек­три­че­ский ток в систему Мосэнерго. После отра­ботки про­ек­т­ной кам­па­нии в 210 эффек­тив­ных суток реактор был оста­но­в­лен для про­ве­де­ния регла­мен­т­ных работ.

Экс­плу­а­та­ция ТЭС-3 пока­зала доста­точ­ную надеж­ность, хорошую упра­в­ля­е­мость и удоб­ство обслу­жи­ва­ния. Средний КИУМ за 250 эффек­тив­ных суток работы реак­тора составил 0,46, что явля­ется хорошим пока­за­те­лем для экс­пе­ри­мен­таль­ной уста­новки. Из крупных инци­ден­тов следует отметить дли­тель­ный останов уста­новки из-за выхода из строя глав­ного цир­ку­ля­ци­он­ного насоса первого контура, потре­бо­вав­шее его замены. За весь период работы реак­тора не было ни одного случая выхода твэлов из строя.

В про­цессе экс­плу­а­та­ции было выпол­нено большое коли­че­ство экс­пе­ри­мен­тов для уточ­не­ния харак­те­ри­стик уста­новки, а также для выя­в­ле­ния и про­верки путей даль­нейшего совер­шен­ство­ва­ния малых АЭС. В част­но­сти, на уста­новке был про­ве­ден ряд экс­пе­ри­мен­тов по про­верке воз­мож­но­сти и каче­ства работы реак­тора в режиме само­ре­гу­ли­ро­ва­ния и само­ком­пен­са­ции при «сколь­зя­щих» пара­мет­рах пара, пода­ва­е­мого на турбину, а также по изу­че­нию эффек­тив­но­сти биоло­ги­че­ской защиты при вве­де­нии в воду борной кислоты.

Экс­пе­ри­менты, напри­мер, пока­зали воз­мож­ность отказа от системы авто­ма­ти­че­ского регу­ли­ро­ва­ния мощ­но­сти, если реактор обла­дает отри­ца­тель­ным коэф­фи­ци­ен­том реак­тив­но­сти во всем интер­вале тем­пе­ра­тур. Ока­за­лось, что раз­о­б­щен­ность пультов упра­в­ле­ния на каждой из плат­форм затруд­няет экс­плу­а­та­цию и уве­ли­чи­вает чис­лен­ность пер­со­нала (на ТЭС-3 экс­плу­а­та­ци­он­ный пер­со­нал соста­в­лял 3 чело­века в смену).

В ходе экс­плу­а­та­ции из-за неу­дач­ной кон­струк­ции воз­ни­кли про­блемы и с баком биоло­ги­че­ской защиты, вслед­ствие чего было выска­зано пред­по­чте­ние отка­заться от него при даль­нейшем совер­шен­ство­ва­нии кон­струк­ции.

В 1963 году в ФЭИ нача­лась под­го­товка ко второй кам­па­нии ТЭС-3, в январе 1964 года утвер­ждено тех­ни­че­ское задание на проект второй актив­ной зоны. Про­грамма второй загрузки реак­тора ТЭС-3 пре­ду­сма­т­ри­вала мас­со­вое испы­та­ние новых видов твэлов, ввод бора в первый контур реак­тора, облу­че­ние мате­ри­а­ло­вед­че­ских образ­цов. Однако из-за отказа Мини­стер­ства обороны от раз­ви­тия этого напра­в­ле­ния даль­нейшие работы по ТЭС-3 были пре­кра­щены.

20 апреля 1966 года нача­лась раз­грузка реак­тора, завер­шив­ша­яся 5 мая 1966 года. 18 июля 1966 года была завер­шена кон­сер­ва­ция 1-го контура. С 1969 года уста­новка ТЭС-3 нахо­ди­лась в ФЭИ в пол­но­стью закон­сер­ви­ро­ван­ном состо­я­нии. В 1985 году после ревизии само­ход­ная плат­форма с тур­би­ной была отпра­в­лена на Кам­чатку в рас­по­ря­же­ние геолого-раз­ве­доч­ной экс­пе­ди­ции.

В целом соз­да­ние ТЭС-3 поз­во­лило уточ­нить основ­ные научно-тех­ни­че­ские прин­ципы про­ек­ти­ро­ва­ния АЭС с водо-водя­ными реак­то­рами для отда­лен­ных районов СССР.

---

Фотогалерея‍4