Ученые Томского политехнического университета создали не имеющий мировых аналогов тренажер для производств по разделению изотопов. Разработка уже внедрена на двух предприятиях Росатома. С помощью тренажера сотрудники этих предприятий отрабатывают алгоритмы действий при возникновении нештатных аварийных ситуаций на производстве. Кроме этого, политехники адаптировали тренажер для студентов вуза, и теперь на нем отрабатывают навыки будущие атомщики.
«В ядерно-топливном цикле самая сложная задача — получение изотопно-модифицированного ядерного топлива.
Дело в том, что природная смесь урана не пригодна для ядерного реактора. Ее необходимо обогащать. Осуществляется это как раз с помощью процесса разделения изотопов. Это сложный и высокотехнологический процесс изменения изотопного состава вещества, состоящего из смеси различных изотопов одного химического элемента. Из одной смеси изотопов или химических соединений на выходе процесса получают две смеси: одна с повышенным содержанием требуемого изотопа (обогащенная смесь), другая с пониженным (обедненная смесь). Трудность этого процесса заключается в том, что изотопы обладают практически одинаковыми физико-химическими свойствами, и разделить их очень сложно. Именно поэтому не многие страны обладают подобной технологией. Сегодня такие производства есть в России, Франции, США, Японии, Китае, Голландии, Германии, Иране, Пакистане. Исторически сложилось так, что в США и Франции для разделения изотопов используется газовая диффузия, а в России — более эффективный, на мой взгляд, метод — газовые центрифуги, которые можно использовать не с одной целью, как на зарубежных предприятиях, а для выполнения различных производственных задач. Однако оборудование это очень сложное и дорогое», — рассказывает доцент Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Сергей Тимченко.
Газовая центрифуга вращается на высоких скоростях. Центробежная сила придавливает газ с содержащимися в нем изотопами к стенке, за счет диффузии более легкие изотопы занимают свой радиус, а более тяжелые — свой. Усиливает этот эффект особая гидравлика центрифуги. Далее их переводят из газовой в твердую фазу и получают металлический уран, а затем прессуют его в ТВЭЛы.
«Современная газовая центрифуга может работать несколько десятков лет. Именно поэтому очень важно поддерживать необходимый технологический режим, чтобы сохранять это дорогостоящее оборудование в рабочем состоянии,
— описывает процесс Сергей Тимченко. — Могут возникнуть и аварийные ситуации — отключение электроэнергии, износ оборудования, гидравлическая волна и так далее. Важно, чтобы персонал мог как можно быстрее на это отреагировать. Для этого действия сотрудников должны быть отточены до автоматизма. Отрабатывать такие ситуации в жизни, на работающем оборудовании практически невозможно. Вспомнить и суметь применить знания из толстенной инструкции в момент возникновения аварии, не имея опыта физических действий, тоже проблематично. Чтобы решить эту проблему, по заказу наших партнеров из Росатома, мы создали тренажер, который помогает нарабатывать персоналу опыт действий в аварийных ситуациях», — объясняет Сергей Тимченко.
Самые распространенные аварийные ситуации связаны с отказом оборудования. Например, может сломаться или остановиться компрессор, или же выйдут из строя клапаны. Кроме этого, из-за износа в процессе долгой эксплуатации может начать разрушаться сама газовая центрифуга. Разрушившись, она может повредить другие, целые центрифуги. В таких случаях нужно уметь правильно разобраться в ситуации и, желательно, с минимальным материальным ущербом.
«С такими штатными ситуациями на предприятиях, как правило, проблем не возникает. Но бывают и крупные, нештатные аварии, при возникновении которых нужно суметь быстро принять меры. Например, если случится перерыв в подаче электричества из-за аварии на энергосетях или другая крупная проблема. В наш тренажер установлены как раз такие ситуации», — говорит Сергей Тимченко.
Он уточняет, что тренажер уже внедрен на предприятия Росатома — АО «СХК» («Сибирский химический комбинат») и АО «ПО «Электрохимический завод». С помощью него на СХК специалисты подтверждают квалификацию — в частности, работа на тренажере ТПУ была включена в один из экзаменов на предприятии.
Добавим, после внедрения тренажера на предприятиях, ученые ТПУ решили использовать его также для обучения студентов-атомщиков. За несколько лет тестовую версию тренажера прошел уже не один курс политехников. В 2017 году его внедрение в учебный процесс было полностью завершено. Подробнее в газете ТПУ «За кадры» →
Справка:
ТПУ — участник Проекта 5-100, ключевым результатом которого должно стать появление в России к 2020-му году современных университетов-лидеров с эффективной структурой управления и международной академической репутацией, способных задавать тенденции развития мирового высшего образования.