Эксперт № 20 (2013)

Американцы не могут, французы не могут — придется самим

Ирик Имамутдинов

Академик Федор Митенков прошел все ключевые стадии развития ядерной отрасли — от разделения изотопов до реакторов на быстрых нейтронах. У него свой взгляд на будущее атомной энергетики

Федор Михайлович Митенков

Фото: Александр Иванюк

Академик РАН Федор Михайлович Митенков — ученый мировой величины, патриарх отечественной ядерной индустрии. С 1969 года почти три десятилетия он стоял у руля флагмана российского атомного машиностроения — горьковского Опытного конструкторского бюро машиностроения имени И. И. Африкантова (ОКБМ), сейчас продолжает работать там же в качестве советника директора по научным вопросам. Производственную деятельность ученый начал в 1950 году в конструкторском бюро Горьковского машиностроительного завода, где вначале занимался теоретическим обоснованием проектов диффузионных машин для получения обогащенного урана. Позднее участвовал как ведущий исполнитель в создании уникального оборудования для атомной промышленности, в конструировании силовой установки для ледокола «Ленин» и первого поколения атомных подводных лодок (АПЛ). Внес значительный вклад в разработку и создание серии ядерных реакторов для военно-морского и гражданского флота, атомных энергоблоков. Под руководством и при участии Федора Митенкова в ОКБМ были созданы атомные паропроизводящие установки для всех советских атомных ледоколов, сотен АПЛ и надводных кораблей ВМФ, реакторы на быстрых нейтронах БН-350, БН-600, ядерные реакторы для атомных станций теплоснабжения и проекты реакторных установок для малой атомной энергетики.

— Федор Михайлович, вы известны как конструктор ядерных силовых установок для ВМФ, ваш мировой приоритет в разработке натриевых реакторов на быстрых нейтронах подтвержден премией « Глобальная энергия», лауреатом которой вы стали еще в 2004 году. Между тем ваша кандидатская работа посвящена диффузному обогащению урана. Как связаны эти темы в вашей карьере?

— Я успешно закончил физический факультет Саратовского университета имени Чернышевского, и мой профессор Александр Давидович Степухович, который руководил организованной им же лабораторией химической физики, к моей радости, пригласил меня в аспирантуру. Он возлагал на меня определенные надежды, так как под его руководством, еще студентом, я подготовил к публикации три работы по кинетике цепного распада этана. Я успел даже сдать вступительные экзамены, когда неожиданно для всех попал в поле зрения специальной комиссии из Москвы, отбиравшей перспективных выпускников-физиков для распределения по линии Первого главного управления, в ведении которого находилась вся атомная промышленность. Хотя факультет поддерживал мое желание заниматься чистой наукой, отвертеться от приказа могущественного ведомства я не смог и в результате в конце 1950 года вместо аспирантуры попал на знаменитый Артиллерийский завод имени Сталина (позже Горьковский машиностроительный завод. — « Эксперт» ) для работы в Особом конструкторском бюро.

— Известно, что горьковскому ОКБ по проектированию специальных машин отводилась особая роль в советском атомном проекте.

— Верно, нужно было заниматься широким кругом вопросов, решение которых порой было чрезвычайно сложным и столь же увлекательным. И задачи были интересные, к счастью, и наука интересная, так что то, чем мне пришлось здесь заниматься более пятидесяти лет, скучным не назовешь. Но вначале, помню, мне там не очень понравилось: на заводе, как мне тогда казалось, к теории относились весьма пренебрежительно, считали главным критерием исследовательской работы практику и предпочитали расчетам натурные опыты, реализацию в железе. А я же готовился к университетской науке, и, учтя это, тогдашний главный конструктор ОКБ Анатолий Иванович Савин (один из создателей ракетно-космической обороны страны, в 1960-е он разработал знаменитые истребители спутников — оружие для уничтожения орбитальных средств нападения. — « Эксперт» ), он потом стал академиком, направил меня в расчетное подразделение, которое тогда занималось именно обогащением урана и участвовало в разработке газодиффузионных машин.

— Но ведь в начале 1950- х уже работали первые советские диффузионные обогатительные заводы и в Новоуральске, и в Томске.

— Это так, но проблема заключалась в невысокой производительности диффузионного оборудования и огромной энергозатратности процесса, так что в то время увеличение выпуска оружейного урана во многом зависело как раз от вопросов энергетики. А представьте себе, какая в те годы была электроэнергетика где-нибудь в Сибири, приходилось строить мощные электростанции специально для работы таких предприятий. Поэтому эти машины продолжали совершенствоваться и в Ленинграде, и здесь у нас, в Горьком. И в некоторых вопросах мы ленинградцев опередили. Мы смогли создать компрессор так называемого половинного расхода, который потреблял электроэнергии в разы меньше своего предшественника. Когда мы сдавали эти новые машины заказчикам, они просто пришли в восторг от того, что экономится столько электроэнергии.

— Потом эта удачная разработка была передана, видимо, и в конкурирующее ОКБ ленинградского Кировского завода?

— Здесь вышла такая история. То, что мы сделали, было событием, которое интересовало всю отрасль, потому что обогащение урана тогда было одной из ключевых задач всей страны. Главный конструктор ленинградского КБ Николай Михайлович Синев позвонил моему руководителю Игорю Ивановичу Африкантову (выдающийся конструктор, долгие годы возглавлял ОКБ Горьковского машиностроительного завода, а позже и ОКБМ, возникшее на месте конструкторского бюро. — « Эксперт» ) и попросил: «Нам стало известно, что Митенкову удалось существенно уменьшить затраты электроэнергии. Мы же занимаемся одной проблемой, не передадите нам необходимую информацию?» Игорь Иванович понимал, насколько важна наша разработка для отрасли, для страны в целом, и попросил меня помочь ленинградским товарищам. Я ему ответил, что мы, конечно, все им передадим, но закавыка в том, что теоретически осмыслить полученное нам самим не удалось, так как мы достигли успеха опытным путем. Я поехал в Ленинград и честно им все последовательно рассказал. Рассказал, что вопреки мнению академика Миллионщикова (Михаил Дмитриевич Миллионщиков — известный специалист в области аэрогидродинамики, механики и прикладной физики, в то время научный руководитель проектов по совершенствованию газодиффузионных машин. — « Эксперт» ) предложил использовать вместо осевого компрессора центробежный и что Африкантов поддержал меня. Поведал им, как мы меняли конструкцию сверхзвукового компрессора, как я мучил своих конструкторов, пока искали необходимую геометрию лопаток на выходе из компрессора и перепробовали все, что можно было, а получив нужную лопатку, стали ее просто буквально копировать, повторяя эту, можно сказать, в значительной степени случайную находку. Рассказал и то, что теоретически объяснить, изложив какой-то математической функцией, какими-то алгоритмами, почему и как это работает в сверхзвуковых течениях, мы не готовы, потому что просто не понимаем сами всего.

— Чем же закончилась история с Кировским заводом?

— А не пошло это дело в Ленинграде. Как будто скопировали они все. Я же им конструкцию свою всю привез в чертежах. Они повторили все по нашей документации, но у них не получилось. Николай Михайлович позвонил Африкантову и серьезно сказал: а все-таки ваш порученец Митенков не сказал всего, что знал. Я Игорю Ивановичу поклялся, что это не так. Я, кстати, впервые рассказываю эту историю вам, неспециалисту, и до сей поры очень неприятно вспоминать, что мне не поверили до конца. А позже уже сам академик Миллионщиков предложил мне изложить результаты в работе на базе накопленных материалов по центробежному варианту компрессора, и под его научным руководством я подготовил диссертацию на соискание ученой степени кандидата технических наук. Но вопросы, конечно, остались и после этой работы.

— А сейчас нашли объяснение вашей тогдашней находке, может, просчитали на современных вычислительных средствах эти сверхзвуковые течения?

— Вы знаете, я все годы следил за изучением процессов в сверхзвуковых течениях, имел хорошие связи с учеными ЦАГИ, (Центрального аэрогидродинамического института имени Жуковского). Представьте себе, та же сложность с теорией и в авиации, с ней и сейчас конструкторы сталкиваются при проектировании сверхзвуковой техники. Объяснить все получается не всегда. Ведь не случайно тот же ЦАГИ построил когда-то специальные стенды в натуральную величину, с помощью которых и сейчас ищут решения с точки зрения управления такими самолетами, и многие из таких решений по-прежнему находят только благодаря практическим изысканиям.

— Федор Михайлович, а ведь в те же 50- е годы параллельно шла и работа над судовыми реакторами...

— То, что мы за это дело взялись, логично вытекало из нашей работы и над диффузионными машинами, и над промышленными реакторами (для наработки плутония. — « Эксперт» ). В 1953 году нашему ОКБ было поручено проектирование первой атомной установки для ледокола «Ленин». Африкантов попросил меня подумать, нужно ли отдавать разработку главного циркуляционного насоса реактора на сторону или сможем сделать сами. Я подумал, что раз мы справились с компрессорами, то и с насосами должно все получиться. Этот ледокол стал весьма большим техническим достижением нашей страны, он первым прошел от Мурманска до Берингова пролива и обратно, нигде не задерживаясь. Американцы сделали похожее судно почти одновременно с нами, но оно у них проработало недолго, а у нас «Ленина» вывели из эксплуатации после наработки более ста тысяч часов, причем только из-за изношенности корпуса судна, а его ядерная установка (ЯУ) сохраняла полную работоспособность, не было выявлено никакого заметного износа деталей. Электрические, механические и гидравлические характеристики ЯУ сохранили свои проектные значения.

Теперь относительно морской военной тематики. Центр тяжести наших работ со временем действительно переместился на создание атомных установок для военно-морского флота, для подлодок и других кораблей, включая даже глиссеры. Одновременно с работой над реактором «Ленина» у нас началось проектирование установок для военных моряков. Наше ОКБ привлекли к этому проекту, когда группа конструкторов и ученых из НИИ-8 (теперь это НИКИЭТ), возглавляемая Николаем Антоновичем Доллежалем, уже какое-то время работала над энергетической установкой. Мы разработали свой блочный вариант водо-водяной реакторной установки. Вопрос отбора проекта обсуждался на отраслевом научно-техническом совете. С точки зрения конструкции и технологий наш вариант настолько выигрывал по сравнению с тем, что было у Доллежаля, что главк вынужден был принять решение о выборе именно нашего проекта, и в целом эти основные результаты нашей работы использовались для всех последующих судовых реакторных установок.

— С какими организациями вы взаимодействовали при разработке морских ЯУ? С обнинским Физико- энергетическим институтом ( ФЭИ)?

— Тогда мы работали с Курчатовским институтом. А с ФЭИ мы стали сотрудничать, когда Александр Ильич Лейпунский (выдающийся советский физик-ядерщик, руководил программой создания ядерных реакторов с жидкометаллическим теплоносителем для ВМФ. — « Эксперт» ) предложил использовать в качестве теплоносителя эвтектику — смесь свинца с висмутом. И мы, кстати, длительное время работали над этим вместе с ним. У нас со специалистами ФЭИ были хорошие отношения, но по некоторым концептуальным вопросам мы с ними не просто спорили, а даже ссорились. Мы взялись за это задание под напором начальника главка, поручившего нашему ОКБМ изготовить наземный прототип жидкометаллического реактора для ВМФ. Отказаться было нельзя, но мы никогда не скрывали и своего скептического отношения к проекту с таким теплоносителем в целом. В итоге потратили много усилий, довели до положительного результата, до работоспособного реактора, но я всегда и везде, где нужно, конечно, даже на заседаниях совета ВПК, говорил, что свинцово-висмутовый теплоноситель для использования в военно-морском флоте — тяжелая нагрузка. Главный конструктор лодки (Александр Карпович Назаров, конструктор АПЛ в СКБ-143, впоследствии СПМБМ «Малахит». — « Эксперт» ) сказал даже как-то на одном из заседаний, что в первый раз видит, как автор успешного проекта от него сам же отказывается. При использовании такого теплоносителя выделялся очень опасный для людей ядовитый полоний, были проблемы с поддержанием теплоносителя в жидком состоянии во время стоянки лодок, для этого нужна была специальная печь и так далее. Положительным же было то, что наша установка с этим теплоносителем обеспечила самую высокую скорость подводного хода в мире — 42 узла при хорошем звуке. Потом подольский КБ «Гидропресс» принял у нас дела и продолжил проектировать на металлическом теплоносителе. Позже были созданы силовые установки с водо-водяными реакторами, показавшие, что можно получить похожие характеристики, в том числе по скорости, без тех непреодолимых трудностей, которые характерны для свинцово-висмутовых реакторов.

— Известно, что ОКБМ работу с металлическим теплоносителем все же успешно продолжило, я говорю о быстрых натриевых реакторах для энергетики.

— Применительно к энергетическим быстрым реакторам мы по рекомендации Лейпунского с самого начала как на теплоноситель ориентировались на натрий, хотя он бурно реагирует с водой и водяным паром. Решающими для нас стали его исключительно хорошие теплофизические свойства: высокая теплопроводность, большая теплоемкость. К тому же у натрия пониженное коррозионное воздействие на конструкционные материалы реактора, и он довольно просто чистится по ходу эксплуатации. Мы к этой работе относились очень серьезно, потому что знали, что для энергетики будущего нужно строить не один реактор, а серию, ведь они способны фактически навсегда решить проблему ядерного топлива (подробнее об этом см. «Перезагрузка Минсредмаша», № 45 за 2012 год. — « Эксперт» ). Первый демонстрационный энергетический реактор на быстрых нейтронах БН-350 мы ввели в строй в 1973 году.

— На Мангышлаке, около города Шевченко.

— Да, на восточном побережье Каспия, теперь это город Актау. Там море очень соленое, и мы часть мощности, получаемой в реакторной установке, использовали для опреснения воды методом выпаривания, а частично тратили на выработку электроэнергии, в течение многих лет работал этот реактор без каких-либо приключений. Но главное то, что, эксплуатируя установку, мы набирались бесценного опыта.

Рисунок: Константин Батынков

— Неужели, Федор Михайлович, вот так сразу, без вопросов запустили в работу совершенно новое тогда и очевидно очень сложное оборудование?

— Конечно, без проблем не обошлось. К сожалению, здесь сказались некоторые недоработки ФЭИ, научного руководителя проекта, в части стендовых испытаний. Когда мы перед пуском стали заполнять систему, выяснилось, что натрий не идет, случился затор. Борис Федорович Громов (замдиректора ФЭИ, возглавил программу по жидкометаллическим ЯУ после смерти Лейпунского) утверждал, что они в институте изучили натрий как теплоноситель якобы до предела. У них в ФЭИ давно работал экспериментальный натриевый реактор БР-5, но объем натрия в нем там меньше двух кубических метров, а у нас-то на БН-350 — больше 500. Тем не менее Громов считал, что это мы что-то не так сделали. Приехал сам со своими специалистами, повторили они всю технологическую операцию, натрий сначала пошел, а потом снова встал. Мы стали размышлять и пришли к заключению: из-за того, что диаметр трубопровода достаточно большой, по мере его заполнения скорость уменьшается, натрий переохлаждается и образуются пробки. Эту идею, что скорости, поверхности, объемы — все это действует совместно и в этом причина того, что мы каждый раз натыкаемся на эти пробки, я высказал Борису Федоровичу. Мы это все подработали, запустили, и в целом БН-350 показал запроектные характеристики, и у нас сложилось убеждение, что с учетом этого опыта мы сможем создать уже серийный реактор БН-500, известный теперь как БН-600. Но работая над новым БН, мы стали еще осторожнее относиться ко всем технологическим процессам с натрием. Провели много натурных испытаний, потому что главным для нас было убедиться в правильности расчетов по физике этих процессов. У 350-го была довольно сложная петлевая схема отвода тепла, но он проработал довольно надежно двадцать пять лет, а для 500-го мы придумали поворотную конструкцию, которая обеспечивала при необходимости возможность демонтажа, и можно было очистить зазоры, если они забивались натрием. Эту реакторную установку мы запустили в 1980 году на Белоярской АЭС, она до сих пор действует, и это не опытный какой-то экспериментальный блок — он фактически создан по серийной технологии.

— В следующем году там же, на Урале, планируют запустить БН-800. Кроме того, в вашем бюро проектируется БН-1200, есть и конкурирующая натриевой технология на свинцовом теплоносителе — причем обе эти разработки вошли в официальную программу « Росатома» « Прорыв». Что вы думаете об этих проектах?

— БН-800 по конструктиву близок к БН-500, только мощность на нем больше. Мы все проверили, дополнительно убедились в его надежной работоспособности, так что нет оснований думать, что неожиданно может проявиться что-то новое с точки зрения эксплуатации. Еще в более полной мере возможности быстрого натриевого реактора мы сейчас воплощаем в БН-1200, разрабатываемом как раз в рамках «Прорыва». Что же касается установки со свинцовым теплоносителем, то декларируют, что она может быть эффективнее натриевого по технико-экономическим показателям и безопасности. Мы, как разработчики быстрого натриевого реактора, в этом не уверены. Пусть сначала сделают хотя бы демонстрационный образец, пусть он поработает. Пока же, я считаю, нашему натриевому реактору альтернативы нет. На мой взгляд, если серьезно относиться к быстрым реакторам, то, безусловно, работа должна вестись с натриевым теплоносителем.

— Федор Михайлович, а все же с какими проблемами столкнутся создатели свинцового реактора?

— Я не случайно рассказал про пуск БН-350. Казалось бы, натрий в Обнинске к тому времени изучили досконально, все попробовали, все просчитали, и тем не менее случилась та непредвиденная ситуация. Свинец же вообще не изученный теплоноситель, в этом плане нужно много работать. Кто-то сможет обоснованно гарантировать, что к определенному году этот реактор будет работать? Я этим вопросом (тогда это был проект «Брест-300») очень серьезно занимался по поручению Александра Юрьевича Румянцева, когда он был министром по атомной энергии (с 2001-го по 2005 год. — « Эксперт» ). Он просил меня проделать анализ надежности подобного реактора и просчитать теоретически возможные аварийные состояния. Используя возможности вычислительной техники саровского ВНИИЭФа, мы, в частности, показали и доказали, что в таком реакторе может реализоваться наложение бегущей волны (идущей, к примеру, от прохудившегося теплообменника), отраженной от стен реактора, и не исключена соответствующая взрывная реакция. Это, кстати, очень оригинальный и интересный, с точки зрения физиков, вопрос — отраженная волна в таких условиях. Мы просчитали и другие сценарии, связанные с безопасностью. Я об этой работе говорил и действующему главе «Росатома» Сергею Владиленовичу Кириенко, чтобы он посмотрел отчет, который мы тогда направили Румянцеву.

— На основе ЯУ для ВМФ вы, в частности, создали реакторы КЛТ-40 для плавучих электростанций. А что еще можно конвертировать из военного опыта?

— Я никак не могу достучаться до наших руководителей с проектом ЯУ с полной естественной циркуляцией теплоносителя (ЕЦТ). Такой установке не нужны циркуляционные насосы, поэтому она получается дешевле, а с технической точки зрения — намного проще и безопаснее. Эта технология позволяет в аварийных случаях снять тепло с активной зоны, не прибегая к принудительной циркуляции от внешних источников питания, и, будь она у японцев в нужный момент, ничего бы с «Фукусимой» не случилось. Американцы многое делают для того, чтобы разработать подобный реактор; насколько я знаю, недавно они собрали установку, но она у них не пошла. Французы в этом плане тоже очень много стараются. Сейчас у них ЕЦТ используется только для обеспечения тишины, акустических характеристик, а при основном движении все равно включаются циркуляционные насосы. В свое время я соблазнил наших специалистов этой увлекательной задачей, сказал: «Американцы не могут, французы не могут, значит, придется нам браться за это дело».

— То есть у нас есть технология всережимной естественной циркуляции?

— Мы спроектировали такую реакторную установку для флота. В 1994 году руководство разрешило мне даже, не выдавая секретов, сделать доклад на конференции в Лионе. На мое выступление собрались, как мне показалось по заданным потом профессиональным вопросам, одни представители офицерского состава, французы, да и не только они. Главный специалист, отвечающий за французскую атомную отрасль, предлагал нам создать совместное предприятие, американцы упрашивали: давайте совместно поработаем над таким реактором. Но к тому времени мы уже так далеко зашли в наших разработках, что руководство не согласилось работать с ними, ссылаясь на секретность. С тех пор прошло уже много лет, и я предлагал хотя бы статью опубликовать, чтобы обозначить наши приоритеты, американцы-то все подряд патентуют, а мне — «надо подумать», вот до сих пор думаем.

— Эта установка существует и в железе?

— Она надежно проработала двенадцать с половиной лет на стенде нашего постоянного партнера (речь идет о сосновоборском НИТИ им. А. П. Александрова под Петербургом, где в 1996 году был пущен стенд под ЕЦТ-реактор. — «Эксперт» ). При этом обеспечивалась естественная циркуляция с учетом принятой у военных процедуры смены режимов, причем ее характеристики даже несколько превысили наши теоретические оценки. Этой ЯУ чрезвычайно заинтересовались генеральные конструкторы лодок, в частности Игорь Дмитриевич Спасский, в свое время генеральный конструктор ЦКБ морской техники «Рубин», их очень устраивало, что все управление установкой идет от величины расхода теплоносителя через реактор. Но вот эта новизна смущает некоторых наших руководителей, а я уже просто устал их агитировать. Ведь эта разработка имеет значение не только для флота: на принципе моноблочной установки с всережимной ЕЦТ, в котором все оборудование первого контура размещается в корпусе реактора, можно и обязательно надо строить стационарные энергоблоки. Это будет небольшая интегральная ЯУ с высокой гарантией безопасности. Ее несложно будет доставить в собранном виде в отдаленные районы Сибири или на Арктическое побережье, чтобы обеспечить энергетикой освоение этого ключевого для России края.