Вековая сталь для атомных реакторов

«Материал – он как воздух, – говорит Георгий Павлович Карзов, лауреат Государственной премии в области науки и техники 2013 года.  – Пока воздух чистый, мы не задумываемся о том, чем мы дышим. Но стоит появиться каким-то загрязнениям или недостатку кислорода, тут же обращаем на это внимание. С материалами происходит тоже самое – пока все работает как надо, никто не задумывается, из чего это сделано». 

Государственная премия, которую заместитель директора ЦНИИ  конструкционных материалов (КМ) «Прометей» Георгий Павловчи Карзов разделил с директором Курчатовского центра ядерных технологий  Ярославом Штромбахом и генеральнмй директором ОАО НПО «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения» Алексеем Дубом, присуждена за разработку особой стали. Благодаря своему составу  эта сталь имеет высокую радиационную устойчивость. Срок жизни ядерного реактора, изготовленного с использованием  такой стали, достигает 100 лет. 

 

Если говорить о технике, то материалы – это прежде всего знания. Знания  о том, как тот или иной материал поведет себя в определенной ситуации, о технологии производства и о том, каким должно быть производство, на котором будет реализована данная технология. «Только те материалы мы можем назвать нашими, отечественными, которые полностью производятся в нашей стране – от формулы до производства из них конечного продукта», – считает Карзов. 

Сталь марки 15Х2МФA-A полностью отечественный продукт, не имеющий мировых аналогов. Путь к новому материалу начался почти 75 лет назад, когда был образован институт «Прометей» и его первой стратегической задачей стала разработка брони для легендарного танка Т-34. После окончания Великой Отечественной войны институт переключился на разработку материалов для первых советских атомных подводных лодок. 

Почему сталь для корпуса атомного реактора должна обладать какими-то особенными свойствами? Под действием нейтронного облучения происходит искажение кристаллической решетки материала, в результате чего материал теряет пластичность и приобретает хрупкость. Кроме того, под воздействием радиации в материале идут диффузионные процессы (в обычных условиях такие процессы имеют значение лишь при температуре на 200°С и выше). И это тоже приводит к потере пластичности. И если изменения кристаллической решетки остановить невозможно, то с диффузией можно бороться, изменяя состав стали.  

В стали 15Х2МФA-A, благодаря высочайшей степени очистки от примесей, диффузионные процессы минимизированы.  Испытания стали проводились как на экспериментальных реакторах, так и на действующей Кольской АЭС, в условиях, когда действие нейтронного облучения в несколько раз превышает обычное воздействие на корпус реактора. Секрет уникальной стали кроется в ее названии.  15Х2МФA-A: 15 означает, что содержание углерода не превышает 0,15%; Х2 — больше 2% хрома, точнее 2,5%; М — до 1% молибдена; Ф – до 0,35% ванадия, А – чистая по примесям, а вторая А означает, что особо чистая. Примеси, а в стали это обычно фосфор и медь, как раз больше всех диффундируют, поэтому суперочистка – непременное условие для суперматериала. В стали «Прометея» порядка 0,005% фосфора и 0,15% меди. В обычных сталях, к примеру, допускается содержание фосфора до 0,05%. 

В настоящее время на украинском заводе «Энергомашспецсталь», входящем в состав ОАО «Атомэнергомаш», изготавливаются три компонента корпуса атомного реактора проекта ВВЭР-ТОИ (типовой оптимизированный и информатизированный проект двухблочной АЭС с реактором технологии ВВЭР – водо-водяной энергетический реактор, выполняемый в современной информационной среде и в соответствии с требованиями ядерной и радиационной безопасности) , которые могут быть использованы для строительства Курской АЭС-2.  Производство стали и изделий из нее также контролируется специалистами  ЦНИИ «Прометей». 

Как отметил  Карзов, атомный реактор является единственным незаменяемым элементом атомных электростанций. Поэтому к концу срока эксплуатации, чтобы не прекращалась выработка электроэнергии, приходится строить новые реакторы, а старые консервируются. Но определение срока службы реактора происходит не только при проектировании, но и в ходе эксплуатации, и некоторым реакторам срок жизни продлевается. Экспертная оценка производится по специально разработанной технологии, которая принята во всем мире. Срок жизни реактора зависит от многих факторов и материалов, из которых он построен. Работающие сейчас станции рассчитаны на 40-60 лет. Продление жизни реактора может быть на 10-15 лет, но в конце концов все они закончат свой век. На сколько же можно будет продлить век новой стали – покажет время. 

Говоря об атомной энергетике, нельзя не вспомнить о трагедии Чернобыля и недавней аварии на АЭС Фукусима в Японии. Последняя вызвала волну заявлений о том, что нужно избавляться от атомных реакторов. Но пока альтернативы атомной энергетике нет, и вряд ли в XXI веке мы сможем ее найти и начать эксплуатировать,  считает Георгий Павлович. Так что «Прометей» еще долго не останется без работы.