Ананьев Владимир Дмитриевич. Двадцать лет на службе науки

26 января 2017

Воспоминания о реакторе ИБР-2

Закончив с золотой медалью среднюю школу и с отличием Московский энергетический институт, Владимир Дмитриевич Ананьев с апреля 1959 года начал работать инженером в Лаборатории нейтронной физики, возглавляемой академиком И. М. Франком, на импульсном ядерном реакторе ИБР — новейшем в то время нейтронном источнике.

С 1966 года в ЛНФ начались проектные работы по созданию мощного нейтронного источника нового поколения — импульсного реактора ИБР-2, и в это время В. Д. Ананьев был назначен главным инженером проекта ИБР-2. С этого времени работа над уникальным проектом, не имеющим мировых аналогов, и затем руководство строительством, созданием и эксплуатацией ИБР-2 в качестве главного инженера реактора стали основой профессиональной деятельности В. Д. Ананьева.

Владимир Дмитриевич непосредственно руководил пуско-наладочными работами, физическим и энергетическим пусками на реакторе, координировал и возглавлял совместную работу привлеченных к проекту институтов и заводов. Ему принадлежит авторство значительного количества реализованных принципиальных технических решений и идей в проекте реактора.

Благодаря самоотверженной и упорной работе большого коллектива, возглавляемого В. Д. Ананьевым, с февраля 1984 года реактор ИБР-2 был введен в штатную эксплуатацию.

Интернациональный коллектив ученых Объединенного института ядерных исследований и мировое нейтронное сообщество получили самый интенсивный в мире импульсный источник нейтронов для широкого круга ядерно-физических исследований. Ежегодно на реакторе выполняется более 150 экспериментов учеными из более чем 30 стран. По своим физическим характеристикам реактор ИБР-2 сегодня лучший действующий нейтронный источник в России. В решающей степени благодаря этому Объединенный институт ядерных исследований в настоящее время является одним из мировых лидеров в области экспериментальной нейтронной физики.

В июле 1987 года В. Д. Ананьев был назначен на должность главного инженера Лаборатории нейтронной физики имени И. М. Франка. В 1996 году под его руководством началась сложнейшая многоэтапная работа по выполнению программы модернизации реактора ИБР-2, которая предусматривает выполнение значительного комплекса работ, включая разработку, изготовление и монтаж нового реакторного оборудования. Данная программа учитывает опыт эксплуатации реактора и проведенных на нем экспериментальных исследований и содержит ряд новых современных технических решений, заметно улучшающих эксплуатационные и физические характеристики реактора, что позволит говорить о создании фактически нового реактора ИБР-2М. Работы по модернизации ИБР-2 ведутся в тесной кооперации с Российским Федеральным агентством по атомной энергии.

Глубокое знание реакторной физики и техники, огромный опыт, организаторский талант, безусловный авторитет и осознание личной ответственности отличают Владимира Дмитриевича как успешного руководителя большого коллектива инженеров, техников и рабочих Лаборатории нейтронной физики имени И. М. Франка.

Искренний, порядочный человек, создавший прекрасную семью, посадивший сад, своими руками построивший в нем уютный и красивый дом, — это тоже Владимир Дмитриевич.

Заслуги В. Д. Ананьева перед научным сообществом, перед государством неоднократно отмечались высокими наградами. В 1970 году В. Д. Ананьев награжден медалью «За доблестный труд. В ознаменование 100-летия со дня рождения В. И. Ленина», в 1982-м — орденом «Знак Почета», в 1987-м — медалью «Ветеран труда», в 1995-м — юбилейным знаком «50-летие отрасли», в 1996-м — орденом «Дружбы народов», в 1997-м — медалью «В память 850-летия Москвы». В 1997 году Владимир Дмитриевич получил премию Правительства РФ, в 2000 году награжден знаком «Ветеран атомной энергетики и промышленности». Имеет звание «Почетный сотрудник ОИЯИ».

9 февраля 1984 года реактор ИБР-2 был принят в постоянную эксплуатацию. Этому историческому событию предшествовали длительные исследования во время физического и энергетического пуска с 1977 по 1984 годы.

Остановлюсь несколько подробнее на том, как проходил этот знаменательный день. Приемку реактора выполняла Государственная комиссия, которую возглавлял А. М. Петросьянц — председатель Госкомитета по использованию атомной энергии СССР. В комиссию входили крупнейшие специалисты СССР в области реакторной техники: Н. А. Доллежаль — директор НИКИЭТ, главный конструктор ИБР-2, О. Д. Казачковский — директор ФЭИ (г. Обнинск), В. А. Цыканов — директор НИИАР (г. Димитровград). От ОИЯИ в комиссии были директор ЛНФ И. М. Франк, главный инженер ОИЯИ Ю. Н. Денисов и заместитель директора ЛНФ Ю. С. Язвицкий. Были представлены также специалисты Госатомнадзора, Минздрава СССР, отдела охраны труда ЦК профсоюза. Всего в комиссии было 13 человек, кроме того, привлекалась группа экспертов (более 20 человек) из различных организаций и ОИЯИ.

Государственная комиссия была назначена еще в 1977 году перед физическим пуском ИБР-2 без теплоносителя и в дальнейшем давала разрешение на проведение физического пуска с натрием и энергетического пуска.

Заседание 9 февраля было последним. Был заслушан доклад В. Д. Ананьева об итогах работ по энергетическому пуску реактора ИБР-2. Затем очень четко доложили Б. Н. Бунин — о состоянии СУЗ ИБР-2, В. С. Дмитриев (НИКИЭТ) — о состоянии и работоспособности подвижного отражателя, В. А. Архипов — о радиационной обстановке на ИБР-2. С интересом было воспринято сообщение Ю. М.
Останевича о первых физических экспериментах на пучках ИБР-2, который выступал, как всегда, ярко и убедительно. Дискуссия была живой и конструктивной. Комиссия высоко оценила результаты работы по энергетическому пуску, готовность персонала. Но оставался открытым вопрос, какой уровень мощности разрешить при эксплуатации. Следует пояснить, что к этому времени нами были изучены и освоены два режима: 25 Гц до 2 МВт и 5 Гц до 1 МВт. Дирекция ОИЯИ склонялась к тому, чтобы ограничиться на достигнутом. С этим комиссия не согласилась, а детально проанализировав ситуацию с режимом 5 Гц (именно он был так нужен физикам-экспериментаторам), постановила принять ИБР-2 в эксплуатацию на мощности 2 МВт в режимах 5 Гц и 25 Гц. Нам давалось два месяца для постепенного выхода на 2 МВт при 5 Гц.

9 апреля 1984 года эта мощность была успешно достигнута, выполнены все необходимые исследования реактора, которые полностью подтвердили возможность работы на мощности 2 МВт при 5 Гц. Итак, пусковой период на реакторе был завершен, начался новый этап плановых физических исследований на выведенных нейтронных пучках. Сегодня, 20 лет спустя, подводя итог этому периоду из истории ИБР-2, мы должны вспомнить наших учителей, наших научных руководителей: Дмитрия Ивановича Блохинцева и Илью Михайловича Франка, без которых, ИБР-2 просто не было бы. Необходимо также сказать, что в создание реактора ИБР-2 и его исследования во время пуска определяющий вклад внесли Н. А. Хрястов (НИКИЭТ), М. Т. Воронцов (ГСПИ), Е. П. Шабалин, Б. Н. Бунин, А. И. Бабаев.

Все последующие годы реактор успешно работал на физический эксперимент, обеспечив пользователям около 43500 часов. Достаточно быстро было освоено 12 нейтронных пучков в экспериментальных залах, заработала облучательная установка «Регата». Все 20 лет работы ИБР-2 не были годами рутинной эксплуатации, шло постоянное развитие и совершенствование установки.

Постепенно повышалась стабильность работы реактора, то есть сокращалось количество непредвиденных срабатываний аварийной защиты (отказы оборудования, посадки в электрических сетях, ошибки персонала). Этот показатель за 20 лет улучшен в два раза. В большой степени это зависело от надежной работы системы управления и защиты (СУЗ) реактора, которая включает в себя сложнейшую электронику контроля реакторных параметров и большое количество приборов, а также от первоклассных специалистов службы СУЗ: Б. Н. Бунина, Л. В. Едунова, Н. П. Анцупова, В. Г. Ермилова, Ю. Н. Тихомирова.

Одной из главных задач эксплуатации реактора была своевременная замена подвижного отражателя (ПО), ресурс работы которого ограничивался 7-8 годами. Всего на ИБР-2 было использовано три машины; ПО-1 (1977-1986 гг.), ПО-2 (1987-1994 гг.), ПО-2Р (1995-2003 гг.). В каждой последующей учитывался опыт эксплуатации предыдущей. Ни один из подвижных отражателей не имел поломок и выводился из работы только по одной причине — выработке установленного ресурса. В этом заслуга В. П. Воронкина, В. К. Титкова, А. Ф. Зацепина, В. Д. Сизарева (НИКИЭТ).

Очень высокую надежность за годы эксплуатации установки показали тепловыделяющие элементы (твэлы), разработанные И. С. Головниным в ВНИИНМ имени Бочвара и изготовленные на ПО «Маяк». Не было ни одного случая разгерметизации твэлов. Как показали исследования двух максимально нагруженных тепловыделяющих сборок, выполненные в 2001-2002 гг. в специализированной лаборатории, оболочка и топливная композиция твэла сохранили работоспособность и допускают дальнейшую безопасную эксплуатацию. Работами по топливу ИБР-2 на всех этапах успешно руководил А. И. Бабаев.

Надежно работает натриевая система охлаждения реактора. Как известно, натрий, являясь очень эффективным теплоносителем, в то же время требует особо пристального внимания от персонала, четкого соблюдения всех технологических требований. Конечно, залогом успешной работы этой системы явился качественный монтаж натриевых контуров (прежде всего, сварка трубопроводов), выполненный специалистами монтажного треста. Значительный вклад в создание натриевой системы внес Ю. В. Кульпин.

Хотелось бы остановиться на высокой экономичности нашего реактора. При большой импульсной мощности ИБР-2 — 1500 МВт его средняя мощность невелика, всего 2 МВт и, как следствие этого, расход ядерного топлива (его выгорание) мал. Так, за время эксплуатации реактор догружался топливом всего дважды. Относительно невелики и другие эксплуатационные расходы. Все это позволило нам преодолеть трудности 90-х годов. Все 20 лет на реакторе ИБР-2 строго выдерживался график работы на физический эксперимент.

Еще один пример совершенствования ИБР-2 — это создание источника холодных нейтронов (криогенного замедлителя) на основе метана. Первый опытный образец такого замедлителя был опробован в 1992 году, а в 1999-м под руководством Е. П. Шабалина и А. А. Белякова был запущен штатный криогенный замедлитель разработки НИКИЭТ (И. Т. Третьяков), который увеличил поток холодных нейтронов в 10 раз для трех пучков реактора.

Все эти годы на ИБР-2 постоянно осуществляется строгий контроль за радиационной обстановкой. При выполнении сложных регламентных работ (перегрузка топлива, замены ПО, замедлителей и т. д.) персоналом реактора во главе с А. В. Виноградовым проводилась тщательная подготовка. В результате не было никаких радиационных инцидентов. Это в решающей степени заслуга В. А. Архипова и С. В. Куликова.

Очевидно, что каждая установка, а ядерная в особенности, требует обновления, замены оборудования, которое выработало установленный ресурс. Понимая это, мы уже с 1995 года начали работы по модернизации ИБР-2. Однако финансовые трудности ОИЯИ в то время не позволяли развернуть ее широким фронтом. Поэтому нами в 1999 году была разработана «Концепция модернизации ИБР-2 на период до 2010 года», которая предполагает постепенную, с учетом реальных финансовых возможностей ОИЯИ, подготовку нового оборудования для реактора и параллельно работу ИБР-2 до выработки его остаточного ресурса.

По завершении модернизации ИБР-2 в 2010 году мы планируем создать новый модернизированный реактор ИБР-2М повышенной безопасности и надежности (ресурс тепловыделяющих элементов будет увеличен в 1,5 раза, подвижного отражателя в 2,5 раза). При этом поток тепловых нейтронов увеличивается в 1,5 раза при неизменной средней мощности 2 МВт. Все это позволит использовать новый реактор ИБР-2М после 2010 года в течение 20-25 лет.

Переломным оказался 2000 год. Проект модернизации ИБР-2 получил финансовую поддержку Минатома России, которая нашла отражение в «Соглашении между Минатомом России и ОИЯИ о модернизации ИБР-2». Здесь я должен сказать о большом вкладе В. Л. Аксенова, тогда директора лаборатории, в инициировании и подготовке этого документа. Начиная с 2000 года темп работ по модернизации существенно ускорился. На сегодня в модернизацию ИБР-2 вложено средств около 40 процентов от полной стоимости.

За это время выполнена большая часть конструкторских работ по новому реактору, изготовлены твэлы для новой топливной загрузки, изготовлен и испытан новый подвижный отражатель ПО-3. Таким образом, я оцениваю ситуацию оптимистически и считаю, что медленно, но верно мы приближаемся к цели.

За годы работы ИБР-2 вокруг реактора сложился сильный коллектив специалистов и рабочих, способный решать сложные технические задачи. Хочется сказать самые теплые слова благодарности нашей старой гвардии: Е. П. Шабалину, А. И. Бабаеву, Б. Н. Бунину, В. П. Воронкину, В. П. Попову, А. И. Селезневу, В. П. Пластинину и другим специалистам, которые по-прежнему находятся на переднем крае работ по ИБР-2. Конечно, нам очень нужен приток молодых людей. Это очень серьезный вопрос для будущего нашего реактора. К сожалению, он решается крайне медленно.

Исполнилось 50 лет создания первого импульсного исследовательского реактора на быстрых нейтронах ИБР. Со всеми этапами — от идеи до пуско-наладочных работ — этого замечательного проекта, с полузабытыми реалиями того времени можно познакомиться по воспоминаниям В. Д. Ананьева.

От идеи — до пуско-наладочных работ

Физическая идея импульсного реактора периодического действия проста и изящна. Она была высказана впервые Д. И. Блохинцевым в конце 1955 года на семинаре в ФЭИ (Обнинск), когда обсуждался эксперимент с использованием прерывателя пучка нейтронов от обычного стационарного реактора.

Вот как описывает это Дмитрий Иванович: «Когда мы обсуждали целесообразность создания такой установки (селектора) в ФЭИ, то мне бросилась в глаза несуразность всей идеи: действительно, необходимо было сооружать мощный реактор, чтобы иметь большую интенсивность в пучке нейтронов. Однако используется лишь небольшая доля этой мощности, ведь при вращении селектора большую часть времени пучок перекрыт... А не разумней ли заставить реактор работать импульсами, периодически разжигая в нем цепную реакцию?»

Д. И. Блохинцев предлагает схему такого реактора: имеется неподвижная активная зона из плутония, около нее с большой скоростью вращается стальной диск, на периферии которого вмонтирован урановый вкладыш (подвижная зона). При прохождении урана через центр неподвижной зоны реактор на короткое время становится надкритическим, в результате чего развивается нейтронный импульс. И так на каждый оборот диска, то есть мы имеем периодическую генерацию нейтронных импульсов.

В дальнейшем специалисты ФЭИ И. И. Бондаренко и Ю. Я. Стависский развили и теоретически обосновали идею ИБР. С этим «приданым» Д. И. Блохинцев и приехал в Дубну в 1956 году в качестве первого директора ОИЯИ.

Рисунок реактора ИБР сохранился в архиве А. Б. Попова.

Однако то, что реактор ИБР будет построен в Дубне, воспринималось далеко не однозначно. Руководство Средмаша планировало в составе ОИЯИ построить технологическую лабораторию с мощным стационарным реактором за рекой Дубна. Такая перспектива казалась Дмитрию Ивановичу весьма сомнительной по ряду причин: она не вписывалась в тематику ОИЯИ как центра фундаментальных исследований, а также по экономическим и кадровым соображениям.

При решающей поддержке И. В. Курчатова удалось склонить министра Средмаша А. П. Завенягина к реализации предложения Д. И. Блохинцева о создании в ОИЯИ Лаборатории нейтронной физики с базовой установкой — реактором ИБР. Итак, ИБР получил прописку в Дубне. На пост директора ЛНФ был приглашен И. М. Франк.

Началась разработка проекта. Научное руководство и физическую часть выполнял ФЭИ: О. Д. Казачковский — научный руководитель работ, И. И. Бондаренко, Ю. Я. Стависский, Ф. И. Украинцев, В. П. Зиновьев, Н. В. Краснояров, В. А. Малых. Там же была разработана электронная аппаратура СУЗ при участии Ю. А. Блюмкиной.

Проектирование тепловыделяющих элементов активной зоны проходило во ВНИИНМ (А. С. Займовский, И. С. Головнин), а изготовили их на комбинате «Маяк». В Центральном институте авиационного моторостроения имени П. И. Баранова была сконструирована и изготовлена Г. Е. Блохиным и В. А. Бочковским подвижная часть реактора — модулятор реактивности. В Подлипках в ЦНИИ-58 В. Г. Грабина изготавливались механизмы СУЗ и узлы активной зоны (П. М. Назаров, В. М. Лебедев).

Строительную часть проекта выполнял Ленинградский проектный институт (Б. В. Крутиков). В 1957 году началось строительство, темп работ был высокий, через три года основные строительные и монтажные работы были завершены. Сейчас это вызывает удивление! В скорости ведения строительства большая заслуга главного инженера ЛНФ С. К. Николаева, на котором лежала координация работ и комплектация эксплуатационного персонала реактора.

В июле 1959 года начинается очень важный этап — критическая сборка реактора. Проводилась она для того, чтобы экспериментально определить критмассу и ряд параметров, влияющих на длительность нейтронного импульса. Критстенд был создан в здании № 45 (экспериментальный павильон на 100-метровой базе). Сейчас этого здания нет: при строительстве ИБР-2 в 1970 году оно было снесено. Подготовкой стенда занимался Б. Н. Дерягин. Ему много помогали Н. А. Мацуев и рабочие мастерской.

Вскоре появляется главная ударная сила — команда из ФЭИ во главе с начальником физпуска Ю. Я. Стависским. В нее входят Ф. И. Украинцев, В. П. Зиновьев, Ю. А. Блюмкина, В. И. Вьюнников, П. А. Тютюнников. От ЛНФ в пусковой группе — Б. Н. Дерягин (руководство загрузкой твэлов), Б. Н. Бунин (оператор пульта), Ю. Т. Кандиорин (загружающий), Е. П. Шабалин (помощник загружающего), В. М. Назаров (дозиметрический контроль); Ж. А. Козлов, П. С. Анцупов и Б. П. Шмаков работают на пересчетках; С. А Квасников, В. Д. Ананьев и Ким Хен Бон (КНДР) — дублеры физиков ФЭИ, Н. Л. Владимиров — протоколист.

Работа на критстенде была очень интересной, и мы очень многому научились у наших опытных коллег из Обнинска. Критсборка прошла успешно, но были и неожиданности. Оказалось, что параметр, характеризующий скорость изменения реактивности при прохождении уранового вкладыша через активную зону существенно меньше, чем предсказывалось. Соответственно росла длительность нейтронного импульса. В связи с этим для уточнения первых данных в январе-феврале 1960 года была проведена критсборка-II, которой руководил Н. В. Краснояров (ФЭИ). К этим работам были привлечены, помимо участников первой сборки, В. А. Евсюков, А. А. Лошкарев, Н. Т. Хотько, Е. Н. Кулагин, А. Г. Пименов, Э. В. Волковысский. Ходом работ на критстенде постоянно интересовались Д. И. Блохинцев и И. М. Франк.

В апреле 1960 года подготовка ИБРа к пуску вышла на финишную прямую. Были проведены ходовые испытания машины (модулятора реактивности) до 6000 об/мин. Эти испытания обеспечивали Б. Н. Дерягин, С. А. Квасников, В. Д. Ананьев, Е. П. Шабалин, Б. Н. Ананьев, Н. С. Бычков, В. Н. Жуков, В. Д. Суздальцев, Н. А. Кульков. Закончилась наладка пульта управления и щитовых в зданиях 43 и 44 при активном участии Б. Н. Бунина, П. С. Анцупова, Н. Л. Владимирова, В. А. Евсюкова, В. Дрожжина, А. К. Попова, Г. В. Ветохина, Б. Е. Лощилова, И. В. Назаровой, Е. П. Тарасова, И. Н. Мартынова.

Силами В. М. Назарова, Ж. А. Козлова, А. И. Мотина, В. П. Шмакова была приготовлена к пуску дозиметрическая аппаратура. Активно включились в работу молодые инженеры В. Д. Денисов, В. П. Пластинин и группа китайских специалистов: Ван Ши-ди, Чень Те-юн, Цзен Най-гун. Оперативно работали конструкторы во главе с Б. И. Вороновым и мастерская под руководством Н. А. Мацуева.

Вся лаборатория была заряжена на пуск ИБРа, все ждали и готовили пуск. Но, пожалуй, больше других начала работы реактора ждали наши физики-экспериментаторы. Забегая вперед, скажу, что в испытании реактора приняли непосредственное участие физики под руководством Ф. Л. Шапиро: Ю. С. Язвицкий, В. И. Лущиков, А. Б. Попов, Г. С. Самосват, В. П. Алфименков, В. Н. Ефимов, а также электронщики во главе с Г. И. Забиякиным.

И вот 26 мая 1960 года выходит приказ № 174 директора ОИЯИ Д. И. Блохинцева: «В связи с окончанием наладочных работ реактора ИБР приступить... к пуску и исследованию реактора, согласно утвержденной мною программе». Руководитель пуска — Ю. Я. Стависский, ему помогают специалисты ФЭИ Ф. И. Украинцев, В. П. Зиновьев, Ю. А. Блюмкина. Научный руководитель работ О. Д. Казачковский подписывает первое задание: начать загрузку активной зоны твэлами (как тогда говорили — стержнями). Набор критмассы и исследования реактора в стационарном режиме (без вращения модулятора реактивности) продолжались 20 дней. 17 июня ИБР достиг критичности на запаздывающих нейтронах. Далее наступил самый ответственный момент: в работу включается модулятор реактивности на 5000 оборотов в минуту и начинается вывод реактора на импульсную критичность с переходом через критичность по мгновенным нейтронам. Этого еще никто и никогда не делал в управляемом режиме. Мало того, для любого реактора такая возможность запрещена техническими средствами, в противном случае — неконтролируемый разгон реактора.

23 июня — решающий день. На пульте — Д. И. Блохинцев, И. М. Франк, О. Д. Казачковский и, конечно, пусковая группа во главе с Ю. Я. Стависским. За пультом — С. А. Квасников (кстати, именно он в 2001 году и заглушил реактор при выводе его из эксплуатации). Медленно идет ввод реактивности с помощью регулятора, постоянно измеряется нарастание нейтронного потока. На осциллографе появляются первые импульсы, они сильно флуктуируют, так как еще мала мощность — всего несколько милливатт. Далее по мере ее роста они стабилизируются, и все облегченно переводят дыхание. В 21.00 первая мощность реактора 30 Вт, первые нейтронные импульсы длительностью 35 мкс, они генерируются 83 раза в секунду. Все в радостном возбуждении поздравляют друг друга. Родился новый уникальный реактор!

По этому поводу дирекция ОИЯИ поздравляла участников пуска и ЛНФ в приказе № 200:

15 июля средняя мощность ИБРа была доведена до проектной — 1 кВт.

Пуск реактора, а затем его успешная работа на физический эксперимент имели большое значение. Благодаря этому в ЛНФ была создана серия импульсных нейтронных источников: бустер ИБР и микротрон (1965), ИБР-30 и бустер ИБР-30 плюс ЛУЭ-40 (1969), ИБР-2 (1977), ИРЕН (2008) и, наконец, модернизированный ИБР-2М, пуск которого ожидается в скором времени. За эти годы интенсивность нейтронных источников выросла в две тысячи раз, изменялась конструкция, но физическая идеология оставалась прежней. На реакторе ИБР сформировался коллектив специалистов, который затем успешно развивал и совершенствовал импульсные источники ЛНФ.