Жаңа буын реакторларының қауіпсіздігі бойынша зерттеулер: Қазақстанның жаһандық атом ғылымындағы рөлі қандай

Әлемдік энергетикада қауіпсіздігі жоғары әрі көпфункционалды жаңа буын реакторларына көшу үрдісі белсенді қарқын алып келеді. Еліміз ядролық технологияларды жай ғана тұтынушы емес, төртінші буын реакторларының қауіпсіздігін әлемдік деңгейде негіздейтін басты серіктеске айналуда.

Жаңа буын реакторлары дегеніміз не және олар дәстүрлі энергетикалық реакторлардан несімен ерекшеленеді?

Жаңа буын реакторлары қауіпсіздікке, отынды тиімді пайдалануға, қалдықтарды азайтуға, қолдану икемділігіне және тек электр энергиясын ғана емес, өнеркәсіптік жылу, сутегі, суды тұщыландыру және басқа да міндеттер үшін жұмыс істеу мүмкіндігіне көбірек назар аударылатын жобалар.

Олар өлшемі, жылутасығыш түрі, отын түрі, температуралық режимі, нейтрондар спектрі және қауіпсіздік тәсілдері бойынша ерекшеленуі мүмкін. Мысалы, перспективалы бағыттарға шағын модульдік реакторлар, жылдам реакторлар, жоғары температуралы газбен салқындатылатын реакторлар, қорғасын және натрий жылдам реакторлары, балқытылған тұз реакторлары жатады.

Негізгі айырмашылық реакторды ауытқуларға анағұрлым орнықты, өмірлік цикл бойынша үнемдірек және болашақ энергетикасына бейім етуге ұмтылу. Болашақ энергетикасында тек мегаваттар ғана емес, сенімділік, маневрлік, төмен көміртекті із және өнеркәсіппен бірігу де қажет.

Неліктен әлемде шағын модульдік реакторлар, жылдам реакторлар және басқа перспективалы технологиялар дамып келеді?

Әлем тұрақты жұмыс істей алатын, төмен көміртекті электр энергиясын беретін және жаңартылатын энергия көздерін толықтыра алатын орнықты энергия көздерін іздеуде. Шағын модульдік реакторлар оларды икемдірек салуға, инфрақұрылымы шектеулі өңірлерде қолдануға, оқшауланған энергия жүйелерінде немесе өнеркәсіптік объектілерде пайдалануға мүмкіндік беретінімен қызықты.

Жылдам реакторлар ядролық отынды анағұрлым толық пайдалану және отын циклін тұйықтау әлеуеті тұрғысынан маңызды. Жоғары температуралы реакторлар өнеркәсіптік жылу мен сутегі өндіру үшін пайдалы болуы мүмкін. Яғни мәселе көмір генерациясын жай ғана алмастыруда емес, жаңа технологиялық платформа құруда.

Сонымен қатар технологияның перспективалы болуы оның жаппай енгізуге автоматты түрде дайын екенін білдірмейді. Әрбір технология зерттеу, сынақ, лицензиялау, демонстрация және пайдалану тәжірибесін жинақтау жолынан өтуі тиіс.

Жаңа буын реакторларын әзірлеу кезінде қандай жаңа сын-қатерлер туындайды?

Жаңа реакторлар жаңа мүмкіндіктер береді, бірақ сонымен қатар жаңа сұрақтар қояды. Егер жаңа жылутасығыш қолданылса, оның химиялық қасиеттерін, материалдармен үйлесімділігін, авариялық режимдердегі мінез-құлқын зерттеу қажет. Егер жаңа отын қолданылса, оның сенімділігін, жылуөткізгіштігін, радиациялық төзімділігін және зақымдану кезіндегі мінез-құлқын растау керек.

Шағын модульдік реакторлар үшін сериялық өндіріс, лицензиялау, модульдерді тасымалдау, физикалық қорғау, шалғай аудандарда пайдалану және персоналды даярлау мәселелері маңызды. Жылдам реакторлар үшін нейтрондық-физикалық сипаттамалар, белсенді аймақтың мінез-құлқы, сұйыкметалдық жылутасығыштардың жылуфизикасы және отын циклімен жұмыс істеу маңызды.

Яғни жаңа технологиялар дәстүрлі жобалардан кем емес, кейде одан да көп зерттеуді талап етеді. Ғылыми растаусыз перспективалы идея қауіпсіз өнеркәсіптік технологияға айналмайды.

Неліктен жаңа реакторлық технологиялар үшін эксперименттік стендтер мен сынақ қондырғылары ерекше маңызды?

Жаңа технологиялар үшін көбіне жинақталған тәжірибе жеткіліксіз. Біз классикалық су-сулы реакторларды жақсы білуіміз мүмкін, бірақ натрий, қорғасын, гелий, балқытылған тұздар, жоғары температуралар немесе жаңа отын түрлері туралы сөз болғанда, қосымша эксперименттік деректер қажет.

Стендтер жылу алмасуды, жылутасығыш айналымын, коррозияны, материалдардың өзара әрекеттесуін, авариялық процестерді, жабдық пен датчиктердің жұмысын зерттеуге мүмкіндік береді. Зерттеу реакторлары отын мен материалдардың нақты радиациялық өрістегі мінез-құлқын тексеруге мүмкіндік береді.

Эксперименттік база ғылыми идея мен өнеркәсіптік қауіпсіздік арасындағы көпір. Онсыз жаңа буын реакторларын енгізу туралы сенімді айту мүмкін емес.

Қазақстанның жылдам реакторлардың қауіпсіздігін зерттеуде бірегей тәжірибесі бар. ҚР ҰЯО базасында жапондық ұйымдармен, соның ішінде JAEA-мен бірлесіп, 2000-жылдардың басынан бері натрийлі жылдам реакторлардың қауіпсіздігін, оның ішінде белсенді аймақтың балқуымен байланысты ауыр авария процестерін зерттеуге бағытталған EAGLE жобасы іске асырылып келеді. Зерттеулер ИГР реакторындағы реакторлық эксперименттерді де, EAGLE стендіндегі реактордан тыс сынақтарды да қамтиды.

2026 жылға қарай EAGLE, EAGLE-2 және EAGLE-3 бағдарламалары аясында шамамен 200 дайындық сынағы, 2 аралық және 9 толық ауқымды реакторлық эксперимент, сондай-ақ 65-тен астам реактордан тыс сынақ орындалды. Бұл жай ғана зертханалық жұмыс емес, Қазақстанның төртінші буын реакторларының қауіпсіздігін халықаралық деңгейде негіздеуге қосқан үлесі.

Жылдам реакторлар үшін қандай қауіпсіздік мәселелері жеке зерттеуді талап етеді?

Жылдам реакторлар белсенді аймақ физикасымен ерекшеленеді және көбіне басқа жылутасығыштарды пайдаланады. Сондықтан нейтрондық-физикалық сипаттамалар, реактивтіліктің мінез-құлқы, жылулық режимдер, белсенді аймақты салқындату, жоғары жану деңгейіндегі отынның мінез-құлқы және авариялық процестер жеке зерттеледі.

Егер сұйықметалдық жылутасығыш қолданылса, оның материалдармен өзара әрекеттесуін, ықтимал химиялық реакцияларды, коррозияны, қатуды, жылутасығышты тазартуды, қоспаларды бақылауды және жабдықтың сенімділігін зерттеу маңызды. Сондай-ақ отынмен жұмыс істеу, радиациялық қорғау және отын циклі мәселелері қарастырылады.

Жылдам реакторлардың артықшылығы ядролық отынды анағұрлым тиімді пайдалану әлеуетінде. Бірақ бұл әлеует қауіпсіздікті қатаң ғылыми негіздеумен қатар жүруі тиіс.

Натрий немесе қорғасын сияқты сұйықметалдық жылутасығышы бар реакторлардың қауіпсіздік ерекшеліктері қандай?

Сұйықметалдық жылутасығыштардың маңызды артықшылықтары бар: жылуды жақсы өткізеді, төмен қысымда және жоғары температурада жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Бұл тиімділік пен қауіпсіздік үшін қосымша артықшылықтар бере алады. Бірақ әрбір жылутасығыштың өз ерекшелігі бар.

Натрий жылуды жақсы әкетеді, бірақ сумен және ауамен әрекеттескенде химиялық тұрғыдан белсенді. Сондықтан натрийлі жүйелер үшін герметикалылық, ағып кетуді бақылау, натрийдің сумен жанасуын болдырмау, арнайы өрт қауіпсіздігі және диагностика жүйелері ерекше маңызды.

Қорғасын және қорғасын-висмут жылутасығыштары химиялық тұрғыдан белсенділігі төменірек, бірақ басқа міндеттер қояды: материалдардың коррозиясы, оттегі режимін бақылау, жылутасығыштың жоғары тығыздығы, эрозиялық процестер және қату мәселелері. Сондықтан мұндай реакторлардың қауіпсіздігі терең материалтануды, жылутасығыш химиясын және жабдықты эксперименттік тексеруді талап етеді.

Өнеркәсіптік жылу, сутегі және төмен көміртекті энергетика тұрғысынан жоғары температуралы реакторлардың қандай перспективалары бар?

Жоғары температуралы реакторлар тек электр энергиясын ғана емес, жоғары әлеуетті жылуды да өндіре алатынымен қызықты. Мұндай жылу өнеркәсіпте, химия өндірісінде, металлургияда, мұнай-химияда, суды тұщыландыруда және сутегі өндіруде пайдаланылуы мүмкін. Қазақстан үшін бұл бағыт ұзақ мерзімді перспективада маңызды болуы мүмкін, өйткені елде энергияны көп қажет ететін өнеркәсіп бар және көміртекті ізді азайтуға мүдделі. Сутегі энергетикасы да төмен көміртекті энергия мен жылудың сенімді көздерін қажет етеді.

Бірақ мынаны атап өту қажет: жоғары температуралы реакторлар отынның, графит және керамикалық материалдардың, жылутасығыштың, жылуды әкету жүйелерінің және өнеркәсіптік интеграцияның қауіпсіздігін жеке негіздеуді талап етеді. Бұл бағыт зерттеулер, халықаралық бағдарламалар және кадр даярлау арқылы дамуы тиіс.

Қазақстан үшін бұл бағыт ҰЯО базасында жоғары температуралы реакторлық технологияларға қатысты зерттеулер тәжірибесінің болуымен де қызықты. ИВГ.1М реакторы жоғары температуралы газбен салқындатылатын реакторлардың отын жинақтары мен белсенді аймақтарын сынау үшін пайдаланылады. Сонымен қатар "Лиана" стендінде ИВГ.1М реакторында сәулелендіру кезінде құрылымдық материалдардағы сутегі изотоптарының жоғары температуралы масса тасымалдау процестері зерттеледі.

Бұл дәстүрлі атом энергетикасы үшін ғана емес, перспективалы бағыттар үшін де маңызды: сутегі энергетикасы, өнеркәсіптік жылу, термоядролық зерттеулер және қатал температуралық әрі радиациялық жағдайларда жұмыс істей алатын материалдарды әзірлеу.

Жаңа реакторлық технологияның практикалық қолдануға дайындығы қалай бағаланады?

Технологияның дайындығы бірнеше белгі бойынша бағаланады. Біріншіден, реактор физикасы мен негізгі жүйелердің жұмыс қабілеті расталуы тиіс. Екіншіден, отын, материалдар, жылутасығыш және авариялық режимдер бойынша эксперименттік деректер болуы керек. Үшіншіден, лицензиялау жолы және қауіпсіздік талаптарына сәйкестігі түсінікті болуы қажет.

Сонымен қатар демонстрациялық жобалар, өнеркәсіптік дайындық, өндіру мүмкіндіктері, өмірлік цикл құны, қалдықтармен жұмыс істеу, персоналға қойылатын талаптар және ұқсас жүйелерді пайдалану тәжірибесі ескеріледі.

Басқаша айтқанда, технология презентацияда әдемі көрінген кезде емес, оның қауіпсіздігі, сенімділігі, экономикасы және пайдалану жарамдылығы дәлелдермен расталған кезде дайын деп саналады.

Қазақстан жаңа буын реакторларын зерттеуде тек технология тұтынушысы ғана емес, ғылыми әріптес ретінде қалай қатысады?

Қазақстанда халықаралық зерттеулерге қатысуға мүмкіндік беретін ғылыми инфрақұрылым мен тәжірибе бар. Бізде зерттеу реакторлары, сынақ стендтері, материалтану базасы, есептік модельдеу, радиациялық қауіпсіздік, ядролық физика және ядролық материалдармен жұмыс істеу бойынша мамандар бар. Сондай-ақ МАГАТЭ-мен, зерттеу орталықтарымен және технологиялық әріптестермен халықаралық ынтымақтастық тәжірибесі маңызды.

Ел үшін АЭС тапсырыс берушісі ғана емес, ғылыми-техникалық тізбектің қатысушысы болу маңызды. Бұл шешімдердің сапасын арттырады, ұлттық сараптаманы күшейтеді және болашақ жоғары технологиялық салалар үшін негіз қалыптастырады.

Қазақстан халықаралық зерттеулерге ғылыми әріптес ретінде қазірдің өзінде қатысып келеді. Ең көрнекі мысал натрийлі жылдам реакторлардың қауіпсіздігі саласындағы ҚР ҰЯО мен Жапонияның атом энергиясы агенттігі JAEA арасындағы EAGLE жобасы бойынша ынтымақтастық. 2026 жылы тараптар IV буындағы перспективалы жапон реакторларының қауіпсіздігін негіздеуге арналған реакторлық, реактордан тыс және шағын ауқымды эксперименттерді қамтитын EAGLE-4 жұмыстарын жалғастыруды талқылады.

Тағы бір мысал Қазақстанның термоядролық зерттеулер үшін материалтану базасын дамытуға қатысуы. Қазақстандық материалтану токамагы КТМ термоядролық реакторлардың қалыпты және авариялық жұмыс жағдайларында, оның ішінде плазма үзілуі режимдерінде материалдар мен технологияларды сынауға арналған.

Бұл Қазақстан ядролық технологиялардың тұтынушысы ғана емес, перспективалы энергетикалық жүйелердің қауіпсіздігі бойынша халықаралық ғылыми күн тәртібіне үлес қоса алатын ел екенін көрсетеді.

Атом энергетикасын дамытуда отандық ғылыми институттар қандай рөл атқара алады?

Отандық ғылыми институттар тәуелсіз әрі құзыретті ғылыми-техникалық тірек рөлін атқаруы тиіс. Олар жобалық шешімдерді талдауға, техникалық талаптарды дайындауға, қауіпсіздікті бағалауға, радиациялық және экологиялық мониторингке, материалтанулық зерттеулерге, кадр даярлауға және сараптамаға қатыса алады.

Ғылым тек формалды түрде немесе кейінгі кезеңдерде ғана қосылмауы маңызды. Ғылыми ұйымдар технология мен алаңды таңдаудан бастап пайдалану мен ұзақ мерзімді мониторингке дейінгі барлық кезеңге басынан қатысуы керек.

ҚР ҰЯО-ның бұл жердегі рөлі практикалық сипатқа ие. Бұл технология мен алаңды таңдауды ғылыми-техникалық сүйемелдеу, жобалық шешімдерді талдау, есептік және эксперименттік зерттеулер жүргізу, радиациялық-экологиялық мониторинг, кадр даярлау, тәуелсіз сараптамалық қолдау және халықаралық жобаларға қатысу.

АЭС қауіпсіздігі тақырыбы бойынша қоғамға жеткізгіңіз келетін басты ой қандай?

Басты ой мынадай: атом энергетикасының қауіпсіздігі сенім мәселесі емес, білім, технология, бақылау және жауапкершілік мәселесі. Қоғам сұрақ қоюға құқылы, ал сарапшылар оларға түсінікті және ашық жауап беруге міндетті.

Қазіргі АЭС күрделі, бірақ басқарылатын технологиялық объект. Оның қауіпсіздігі жоба, қорғаныс жүйелері, персоналды даярлау, ғылыми зерттеулер, мемлекеттік қадағалау және тұрақты мониторинг арқылы қамтамасыз етіледі.

Қазақстан үшін атом энергетикасын тек электр энергиясының көзі ретінде ғана емес, ғылым, білім, инженерия және технологиялық даму бағыты ретінде де дамыту маңызды. Егер біз кәсіби, ашық және жауапты әрекет етсек, атом энергетикасы елдің қауіпсіз әрі орнықты болашағының маңызды бөлігіне айнала алады.

Қоғам мынаны білуі тиіс: Қазақстан атом энергетикасына ғылыми базасыз келіп отырған жоқ. Елде зерттеу реакторлары, сынақ стендтері, радиоэкологиялық зерттеулер тәжірибесі, халықаралық жобалар және ядролық технологиялармен ондаған жыл бойы бейбіт мақсатта жұмыс істеп келе жатқан мамандар бар.

Сондықтан АЭС қауіпсіздігі сөзбен емес, біліммен, зерттеулермен, инженерлік тәртіппен, ашық мониторингпен, күшті реттеумен және дайындалған отандық кадрлармен қамтамасыз етілуі тиіс. Қазақстан атом энергетикасын дәл осылай дамытуда, ал болашақта бұл сала электр энергиясының көзі ғана емес, елдің технологиялық дамуының негізіне де айнала алады.

Мәтіннен қате тапсаңыз, бізге жазыңыз