Записки советского инженера. часть 4

                О РАБОТЕ И ЖИЗНИ.

                Часть 4


                РЕАКТОР

        После проведенного энергетического пуска реактора ИВГ площадка 10 обрела новый статус. Так как реакторные испытания на 1-м и 2-м рабочих местах должны были стать регулярными, в Объединённой экспедиции была создана  отдельная служба, которая занималась организацией пусков. Она готовила оперативные документы, организовывала сменный режим работы персонала. Ее начальником был назначен Щербатюк из 242-й лаборатории, заместителем стал наш Фисенко, перешедший в Объединённую экспедицию.

        Резко возросла роль службы радиационной безопасности и дозиметрического контроля. После энергопуска ИВГ и при проведении других пусков радиационная опасность стала реальным и первейшим фактором, регламентирующим все работы на площадке. Всем, или почти всем, работникам, работающим на объекте, стали платить за «вредность», ввели талоны на бесплатное питание в столовой, укороченный рабочий день. Был оборудован санпропускник на въезде в техзону, саншлюзы на входе в реакторный корпус. Сменный персонал и работники техзоны получили индивидуальные дозиметры-кассеты. Вводились и другие мероприятия, принятые на ядерно- и радиационноопасных производствах.

        Проведение испытаний таких опасных устройств, как ядерные двигатели и реакторы для ракет и самолетов является методически сложным делом. Чтобы получить  высокие рабочие параметры и малый вес двигателей, их конструкции являются очень напряженными и работающими на пределе прочностных свойств материалов, в отличие, например, от реакторов атомных электростанций. Кроме того, они при проведении испытаний подвергаются интенсивному воздействию  ионизирующего излучения,  влияющего на прочностные свойства материалов. Так что при проведении испытаний вполне возможны разрушения конструкционных элементов, влекущие возможный вынос радиоактивных материалов во внешнюю среду, атмосферу, помещения.
 
        Часто испытания для того и проводятся, чтобы оценить предельные возможности конструкций, в этих случаях испытываемая техника специально доводится до разрушения. В силу специфической опасности для окружающей среды ядерного ракетного двигателя, число их натурных  испытаний с выведением реактора на предельно высокий уровень мощности желательно сделать минимальным. Следовательно, каждый пуск должен быть высокоинформативным, а это предполагает наличие большого числа измерений во время пуска и тщательную методическую подготовку пуска.

        Можно ли ядерные установки при испытаниях специально доводить до разрушения? Дискуссия по этому сакраментальному вопросу велась в публикациях и трудах ученых и специалистов нашего профиля в начале 70-х годов. Так, в диссертации моего шефа и научного руководителя Демянко Ю.Г. «Некоторые вопросы методики наземных испытаний ЯРД» утверждалось и доказывалось, что при отдельных испытаниях ЯРД элементы конструкции должны обязательно доводиться до разрушения, чтобы оценить реальные предельные характеристики и динамику разрушений конструкции. Другое дело, что при таких аварийных экспериментах безопасность персонала и радиационные последствия должны прогнозироваться и приниматься меры к их уменьшению.
 
        Например, меры, аналогичные принимавшимся в 60-х годах при открытых испытаниях ядерного оружия. Такой подход к испытаниям ядерного ракетного двигателя разделяли и в США в 60-е годы. Так, в 1964 году в Неваде был проведен эксперимент с реактором ЯРД «KIVI-TNT», когда реактор был специально введен в условия неконтролируемого разгона мощности. Произошел тепловой (неядерный!) взрыв реактора с эквивалентной мощностью взрыва примерно 300 килограмм тротила. Радиационные последствия взрыва,  радиоактивное загрязнение местности, были несколько меньше, чем  при наземном взрыве атомной бомбы указанной мощности.

        Но такой подход к испытаниям ядерного ракетного двигателя хоть и был оправдан методически, уже в 70-х годах стал неприемлем по экологическим соображениям, а в 80-х годах, особенно после Чернобыльской катастрофы, подвергался ожесточенной критике. В начале 80-х годов я в своей кандидатской диссертации, по предложению моего научного руководителя Демянко,  разработал программу эксперимента, аналогичного американскому «KIVI-TNT», с разрушением реактора ЯРД модели 11Б91 в условиях семипалатинского полигона. Физические, тепловые, метеорологические расчеты показывали, что при тепловом взрыве реактора ЯРД модели 11Б91 размер загрязняемой радионуклидами площади ограничивается примерно десятикилометровой зоной.
 
        Радиационные последствия испытания в этой зоне практически исчезают за один год. Следы конечно, остаются, но они несоизмеримы, например, с чернобыльскими. Во-первых, потому, что в реакторе ЯРД модели 11Б91 делящегося вещества, урана, всего  несколько килограммов, а в реакторе атомной электростанции  несколько тонн. Во-вторых, за время своей работы при эксперименте, составляющей минуты, реактор ЯРД накапливает количество продуктов распада урана в десятки тысяч раз меньше, чем реактор АЭС, который нарабатывает их годами. В-третьих, тепловой взрыв реактора ЯРД сопровождается разрушением конструкции, распылением и разлетом элементов конструкции и ликвидацией критической массы делящегося вещества.

        При взрыве же реактора АЭС из-за больших размеров его активная зона частично расплавляется, частично испаряется, частично разрушается, но критическая масса делящегося вещества, локализованного в активной зоне, все же остается. Хуже того, условия самоподдерживающейся цепной ядерной реакции даже улучшаются за счет сплавления топливных элементов и разрушения или выброса из активной зоны поглощающих нейтроны регулирующих и компенсационных стержней системы управления нейтронной мощности и аварийной защиты.
 
        Это приводит к тому, что реактор АЭС после взрыва при определённых условиях может стать неуправляемым и начинает «пыхтеть», периодически разогреваясь и выбрасывая облако паров, насыщенное радионуклидами. Затем за счет отрицательного температурного эффекта ядерная реакция прекращается, реактор остывает, и ядерная реакция снова возобновляется, и т.д. Что и было продемонстрировано аварийным чернобыльским реактором он «пыхтел» почти две недели, выбрасывая облака радиоактивных газов, пока его не забросали нейтронопоглощающими веществами (содержащей бор породой).

        Тем не менее, при защите моей диссертации, раздел ее, содержащий программу предельных испытаний ЯРД с доведением до разрушения реактора, подвергся ожесточенной критике. В разгоревшейся полемике сторонники «чистых» испытаний - экологисты обвиняли меня чуть ли не в преступных умыслах. Остается добавить, что защита проходила в начале 1988 года, когда «чернобыльская рана еще кровоточила», экологи везде «давили» технократов, а «перестройка и гласность» были в самом разгаре. Мне оставалось на защите повиниться, сказать, что разработка программы, это еще не проведение эксперимента, сослаться на проведенный в США такой эксперимент и указать, что программой-методикой преследовалась цель исследования последствий при взрыве ядерного двигателя при его испытаниях или эксплуатации в составе ракеты в условиях нештатной ситуации. Аварии ведь нельзя исключить полностью.

        Почти противоположный подход в методическом обеспечении реакторных испытаний практиковался  в Объединённой экспедиции, Подольским научно-исследовательским технологическим институтом и в целом в Минсредмаше. При любых испытаниях аварийные режимы не допускались, во всяком случае, режимы испытаний с разрушением конструкций не планировались. При подготовке пусков реакторов специально проводился комплекс исследований по обеспечению их безаварийного проведения и выработке мероприятий по предотвращению аварии, если все же она могла произойти. Под аварией понимался выход реактора из под контроля, разрушение, даже частичное, активной зоны реактора, повлекшее выход радиоактивности в окружающую среду, за исключением расчетного выхода с выхлопной струей.
 
        Идеологом такого подхода на наших испытаниях выступал заместитель начальника лаборатории 242 Тухватулин Ш.  Им, совместно с Пивоваровым и Фисенко, был разработан и применен в практике испытаний тепловыделяющих сборок ЯРД в реакторе ИВГ вероятностный метод расчета аварийных ситуаций, основанный на анализе «деревьев» отказов элементов реактора и стендовых систем. Над этим двухтомным трудом по анализу безопасности каждого пуска реактора ИВГ по нескольку месяцев работала вся 242-я лаборатория.

        В дальнейшем подобная практика подготовки «безаварийных» пусков реакторов, видимо, себя оправдала. Отказы и в реакторах и в стендовых системах на пусках, конечно же, происходили, но благодаря принимаемым заранее мерам по блокированию последствий практически всех мыслимых отказов, радиационных аварий удавалось избегать. Но реактор ИВГ был лишь инструментом для отработки элементов реактора ЯРД, он не работал на предельных режимах для его конструкции и не нуждался в их экспериментальной проверке. Другое дело реактор ЯРД модели 11Б91, режимы работы которого, особенно по динамике, были на пределе возможностей применяемых материалов и в процессе испытаний требовали проверки и оценки запаса прочности.

        Весь 1976 год на площадке 10 шли трудовые будни. Регулярно проводились исследовательские пуски реактора ИВГ. Большую часть времени я занимался с инженерами 242-й  лаборатории составлением документации на эти пуски, особенно по анализу аварийных ситуаций. На пусках работал в сменах. Я тогда особенно сдружился с Сергеем Концевым, инженером 242-й  лаборатории, выпускником КАИ 1972 года. Он был очень разносторонне эрудированный человек, заводной, весельчак и балагур. В лаборатории он постоянно затевал какие-нибудь мероприятия, часто на пару с Могилатовым. Родом он был  из села Красноярского края, с большой теплотой рассказывал о своей родине, людях деревни, очень любил и часто цитировал деревенские произведения Василия Шукшина. Он работал расчетчиком-программистом, обрабатывал на ЭВМ данные газодинамических продувок технологических каналов реактора.
 
        Осенью 1976 года лаборатория 242 устроила пышные проводы своего начальника Могилатова. Он, отработав 13 лет на полигоне, возвращался на работу в Москву в Курчатовский институт. На проводах в столовой управления было все руководство Объединенной экспедиции и лаборатория 242. Концерт и своеобразное шоу на свои проводы силами 242-й  лаборатории подготовил сам Могилатов с Концевым. Мне запомнилась частушка:
        Плачет Грознов в темном лесе
        Лавреников не может спать
        Им теперь на НТСе
        Слово некому сказать.

        Грознов и Лавреников это начальники двух других научных лабораторий Объединенной экспедиции, с которыми постоянно на научно-технических советах  спорил и препирался Могилатов.

        В экспедиции 20 монтажные и наладочные работы на 2-м рабочем месте шли ни шатко, ни валко. Частично этой работе мешали постоянные пуски реактора ИВГ, когда почти на неделю приостанавливались все другие работы на объекте из-за радиационной обстановки и режима. Иногда работы тормозились из-за задержек в поставке оборудования, а также из-за недостатка внимания к ходу этих работ со стороны Руководства НИИ тепловых процессов и отрасли. Костылев, непосредственно курировавший ход этих работ, бывал на полигоне наездами, а другие руководители института и Главка Минобщемаша вообще не приезжали. Видимо, в целом в Министерстве ослабевал интерес к этой тематике, и работа двигалась по инерции и благодаря инициативе и пробивным качествам Костылева.
 
        Иевлев, как главный идеолог и авторитет по проблеме создания ядерного ракетного двигателя, с середины 1976 года увязал в новой научно-технической задаче, которую ему поручило наше Министерство: так называемый заказ 700 (генератор плазмы). Попытки создать такой генератор столкнулись с массой конструкторских и технологических проблем. В принципе задача решалась, но ее практическое освоение растянулось во времени. Иевлев В.М. был назначен Главным конструктором заказа 700 и для задачи создания ядерного ракетного двигателя стал человеком потерянным.

        Но, тем не менее, монтажные работы на 2-м рабочем месте и работы с реактором ЯРБ модели 11Б91 в КБ химавтоматики и Физико-энергетическом институте  велись. В начале 1977 года реактор в разобранном виде был доставлен из Физико-энергетического института на полигон, собран, препарирован датчиками и подготовлен к холодным газодинамическим испытаниям, продувкам азотом, с целью снятия газодинамических характеристик и настройки на заданный по условиям испытаний расход водорода.

   ИСПЫТАНИЯ

        К лету 1977 года нашу  расчетно-методическую группу экспедиции 20  отозвали из 242-й лаборатории Объединённой экспедиции и поручили заниматься текущими задачами подготовки испытаний реактора ЯРД модели 11Б91 по программе пускового минимума. Осипову поручили быть ведущим при проведении холодных газодинамических испытаний реактора, Игнашев курировал продувки технологических каналов реактора ядерного ракетного двигателя модели 11Б91, которые велись на газодинамическом стенде объекта ИВГ.
 
        Мне Демянко поручил отдельную задачу. Необходимо было разработать и изготовить установку для электромоделирования температурных полей в замедлителе реактора ЯРД модели 11Б91. В этом реакторе замедлитель нейтронов был твердым и изготовлен из гидрида циркония. Обычно в ядерных реакторах замедлитель бывает водяным, либо из тяжелой воды, или графитовым. В реакторе ЯРД модели 11Б91 физики и конструкторы решили применить в качестве замедлителя такой экзотический материал, как гидрид циркония. В качестве ядерного материала он был превосходным, но в отношении его термопрочности возникали большие сомнения. Для прочностных расчетов необходимо было знать распределение температуры по замедлителю при работе реактора. В то время методы численных расчетов на ЭВМ только внедрялись в инженерную практику, и сами ЭВМ не были столь производительны, как современные компьютеры. Широко применялись аналитические методы расчета и аналоговое моделирование.

        Для аналогового моделирования температурного поля замедлителя реактора ЯРД модели 11Б91 наиболее подходящим было применение электропроводной бумаги. Из листа бумаги вырезалась плоская модель замедлителя. По границам модели при помощи контактов, приклеенных электропроводным клеем, подводился постоянный ток с напряжением, соответствующим граничным температурам. Распределение электрических потенциалов на поверхности бумажной модели соответствовало распределению температур в замедлителе, так как оба процесса, распространение тепла в замедлителе и распределение электрического потенциала на электропроводной бумаге, описывались одинаковыми дифференциальными уравнениями. Оставалось измерить потенциалы на бумаге, и по коэффициентам пересчитать их в значения температур.

        Самой сложной и громоздкой частью электромодельной установки являлась панель с переменными электроэлементами (резисторами, конденсаторами), которыми задавались граничные температуры и внутреннее тепловыделение в замедлителе. С целью ознакомиться с опытом создания таких установок меня послали в командировку в НИИ тепловых процессов и КБ химавтоматики, где методы электромоделирования применялись в практике тепловых расчетов узлов ракетных двигателей.  В НИИ тепловых процессов в отделе 1 отделения 3  я посмотрел установку ЭГДА для электромоделирования, созданную инженерами Петровым и Борисовым, в КБ химавтоматики около 2-х недель изучал методики моделирования на электропроводной бумаге. Работники отдела 102 КБ химавтоматики, где были модельные установки, снабдили меня электропроводной бумагой, электропроводным клеем, подробно рассказывали особенности  настройки модели и проведения измерений.

        В КБ химавтоматики и Воронеже я был впервые. Производила впечатление обширность территории завода и КБ, крупнейшей фирмы по жидкостным ракетным двигателям в СССР. В здании КБ был даже зимний сад для отдыха сотрудников в обеденное время. Город Воронеж, конечно, отличался от Москвы своей провинциальностью. В магазинах было бедновато, в общественный транспорт в часы пик было не влезть, достопримечательностей особых не было. Я ходил по вечерам  в кино да гулял по центральной части города – проспекту Революции.

        Вернувшись на полигон, я погрузился в выполнение задачи аналогового моделирования. Проектную работу по созданию установки взяла на себя конструктор Люба Храмова, хорошо знавшая порядок изготовления приборов. Я занимался методическими вопросами и руководством монтажа нашими испытателями-прибористами.

        Летом 1977 года в экспедицию 20 в числе кадрового пополнения приехали молодые специалисты, впервые после массового приезда 1973 года. Это были выпускники кафедры Костылева из МВТУ Герасины Володя и Марина, Белеховы Володя и Лариса и Бурмистров из МАИ. Все они очень быстро влились в коллектив, были общительными, веселыми. Бурмистров и Герасин играли на гитаре, знали студенческий фольклор.

        В это время на площадке, где мы жили и работали целыми неделями, сложилась дружная компания, в которую входили кроме меня Уржа, Осипов, Лучаков, Герасин, Бурмистров, Рыженков, Шараментов, все ребята из научных секторов, так называемые «яйцеголовые». Вечерами мы собирались у кого-нибудь в комнате, спорили на различные темы, слушали музыку, играли в преферанс. Тогда  в моде у интеллигентной молодежи была игра в преферанс, не на деньги, конечно.  Другими группировками были компания Шулятьева Е, объединявшая рыболовов-охотников Мешина, Демидова, Соловьева, Пенькова, Суринова, и компания Рослякова, объединявшая «карьеристов». В неё входили Дмитропавленко, Апальков, Гайворонский.

          Этим же летом меня и Осипова повысили в должности до старших инженеров. В нашей группе Гриша Осипов стал играть ведущую роль благодаря своей коммуникабельности, живости ума и характера, хорошим организаторским способностям, проявленным во время холодных испытаний реактора ЯРД, и лояльности к нему Демянко. Я на долгие годы стал как бы тенью Осипова, вторым человеком в методической группе. Игнашев вскоре перешел работать в полюбившуюся нам 242-ю лабораторию Объединенной экспедиции.
 
        Бурмистров, направленный под мое начало, был молодым специалистом, несколько медлительным, ужасным снобом, но очень хорошим товарищем. Приехавший в конце 1977 года в нашу группу Рыженков В., мой однокурсник из МАИ, по своим склонностям и характеру не проявлял особого интереса к научной, аналитической работе, зато был исключительно хозяйственным и ушлым. Через некоторое время Демянко нашел применение организаторским и коммуникационным способностям Рыженкова, прикрепив его для выполнения поручений к группе «киношников» из нашего Министерства, приехавших снимать испытания ЯРД и фильм о полигоне. В гостинице на площадке Бурмистров и Рыженков жили в одной комнате, и их отношения, в силу полной противоположности характеров, служили предметом постоянных шуток и разговоров. К примеру, утром проспав и торопливо собираясь на автобус в техзону, Рыженков говорит Бурмистрову: «Володя, опаздываем!». На что Бурмистров, еще только умываясь, отвечает, посмотрев на часы: «Не опоздаем, еще 5 секунд осталось».

        В середине 1977 года были сняты с должности начальник  экспедиции 20 Зайцев  и его заместитель на полигоне Чернов. Начальником экспедиции 20 по совместительству был назначен заместитель начальника отделения 3 НИИ тепловых процессов Костылев А.М.
 
        Конец 1977 года проходил в авралах. В Объединённой экспедиции были свернуты работы на реакторе ИВГ для сосредоточения усилий обеих экспедиций на подготовке программы пускового минимуму испытаний ЯРД модели 11Б91. Одновременно шли гидродинамические испытания реактора ЯРД, продувки технологических каналов для этого реактора, пусконаладочные работы на объединенных стендовых системах 1-го и 2-го рабочих мест. Принимались нестандартные технические решения по привязке систем 1-го рабочего места ко 2-му рабочему месту.
 
        242-я  лаборатория Объединённой экспедиции трудилась над анализом аварийных ситуаций. Методическая группа нашей экспедиции еще усилилась пополнением из НИИ тепловых процессов. Под управление начальника объекта ИВГ передавались системы 2-го рабочего места и эксплуатирующий их персонал экспедиции 20. Оставшиеся незадействованными в сменах работники экспедиции 20 готовили проведение спутных экспериментов. Физики готовились к исследованию выхлопной струи на вынос радионуклидов, теплофизикам поручался  обсчет и анализ теплового состояния оборудования, подвергающегося радиационному нагреву и нагреву от выхлопной струи водорода, измерение и анализ вибраций и пульсаций, напряжений в конструкции реактора, группе динамики поручалось измерение нейтронно-физических параметров реактора с помощью особо точной аппаратуры.

        Зима 1977-78 года  выдалась холодной и снежной. В феврале бушевали такие бураны, что приходилось по две недели безвыездно жить на площадке. Заметенные  снежными сугробами дороги расчищались танками, а продукты на площадку доставлялись вертолетами. К энергетическому пуску реактора ЯРД модели 11Б91 готовились тщательно. Было проведено несколько холодных пусков на водороде, в том числе с выводом реактора на физический, практически близкий к нулю, уровень мощности с целью проверок аварийной защиты и тренировки операторов. Сам пуск переносился несколько раз по метеоусловиям.

        Наконец  27 марта он был проведен успешно, хоть и с досрочным остановом реактора по срабатыванию аварийной защиты. Реактор отработал на заданном уровне мощности на 50 секунд меньше запланированного времени. Однако последующий анализ показал, что срабатывание защиты можно считать ложным из-за того, что погрешности датчика измерения рабочего давления газа в реакторе и прибора, задающего максимальную величину давления для срабатывания аварийной защиты, перекрывались. Несмотря на этот срыв, пуск считался успешным, так как подтвердились все физические и тепловые характеристики реактора. Последующие дни были заполнены обработкой и анализом результатов измерений.

        Проведенный через неделю контрольный холодный пуск реактора закончился аварийно. После пуска не удалось загерметизировать реактор крышкой для консервации технологических каналов и предотвращения выхода из них радиоактивности. Осмотр и анализ показали, что образовались трещины в корпусе реактора в районе сопла. Заварить их было можно, но сложность ситуации состояла в том, что реактор еще «не высветился», работать и находиться возле него можно было не более 30 минут,  чтобы не превысить предельную дозовую нагрузку для персонала 25 рентген. Тем не менее, восстановительные работы по заварке трещин в корпусе были проведены оперативно в условиях радиационного воздействия и дозовой нагрузки на персонал.
 
        Так мы столкнулись с проблемой изменения прочностных характеристик материалов под воздействием интенсивного нейтронного и ионизирующего излучения и водорода. Вообще-то, охрупчивание сталей в среде водорода проблема не новая, и примененная для корпуса реактора сталь не должна была столь значительно потерять прочность, так как выбиралась с учетом этого воздействия. Дополнительную потерю прочности можно было объяснить либо воздействием радиации, либо, что осталось предположением, перегрузкой от неравномерной затяжки крышки болтами на корпусе реактора.

        Провести оперативное исследование радиационного и водородного охрупчивания этой марки стали поручили молодому инженеру Герасину В.  Научное руководство над этой работой взял Володя Тверской, незадолго до этого защитивший в НИИ тепловых процессов кандидатскую диссертацию по акустическим методам исследования прочности конструкционных материалов. Возникшая проблема с корпусом реактора отодвинула проведение последующих пусков в серии испытаний, предусмотренных программой пускового минимума.

                Октябрь 2013 г.