На передовой «мирного атома»

Долгоиграющие батарейки

 Андрей Зарипов, сотрудник ФГУП ПО «Маяк» ищет химически нейтральные источники цезия

Источник радионуклидов цезий-137 не используется на АЭС, а предназначен для объектов менее масштабных, но более массовых и в быту гораздо более нужных каждому человеку. Он применяется в установках, для радиотерапии, дефектоскопии, в устройствах для обеззараживания продуктов питания, кормов для животных, а также донорской крови.

К сожалению, облучение донорской крови применяется пока только в США и Западной Европе, а до российской медицины в массовом порядке эта технология ещё не дошла. Но наши радиационные технологии тоже к этому неизбежно придут.

Единственное в мире место, где производятся цезиевые источники для установок медицинского назначения, находится в России, на ПО «Маяк».

Облучательные установки в России эксплуатируются, но выпускаются они в основном на Западе. Поэтому наш «Маяк» работает почти полностью на экспорт. Упрощенно говоря, он изготавливает долгоиграющие батарейки для радиоактивных обеззараживающих установок. В перспективе Россия, конечно, будет производить и радиоактивные установки, но пока закупает британские, разработанные компанией REVISS. Эта фирма — главный потребитель цезиевых источников, производимых на «Маяке». Английский аппарат, представляющий собой, устройство, работающее на российских источниках ионизирующего гамма-излучения, которые имеют цилиндрическую форму, и весьма разнообразные размеры: от спичечной головки до спичечной коробки. Британские приборы, оснащённые российскими источниками гамма-излучения, продаются во многих странах мира на всех континентах.

Но действующие технологии сейчас основаны на использовании цезия в виде его хлорида, потому что цезий в чистом виде в природе долго не хранится, а сразу вступает в химические соединения. Но и хлорид цезия тоже весьма агрессивный материал, представляющий угрозу для окружающей среды. Попав в воду даже в малых количествах, он делает её опасной. МАГАТЭ озабочено этим обстоятельством и постоянно задаётся вопросом: а есть ли у России и других стран альтернативные варианты использования цезия?

Для уменьшения риска наши специалисты принимают меры по повышению герметичности цезиевых «батареек». Но более надёжным представляется использовать цезий в составе других материалов.

Такой окончательный вид принимают керамические «таблетки» фосфата цезия. Металлическая оболочка здесь тоже будет сооружена, но её разрушение не станет катастрофическим, как в случае с хлоридом цезия

Фосфатные соединения цезия (по сути керамика) представляют собой более химически стойкие и нейтральные соединения, чем хлорид цезия. Этими фосфатами уже давно, около 20 лет, занимается нижегородский университет им. Лобачевского. Учёный Андрей Зарипов, работающий сегодня на предприятии «Росатома» ПО «Маяк» в г. Озерске Челябинской области, проходил учёбу в аспирантуре этого ВУЗа и потому он не торопится присваивать себе приоритет в сфере работ с фосфатом цезия.

Так внешне выглядит операция по синтезу фосфата цезия. Объёмы производства и экспорта измеряются не тоннами, а килограммами

Керамика — это неорганические вещества, к которым относятся силикаты, алюмофосфаты, спечённые при высокой температуре. Под словом «керамика» вообще в большей мере подразумевается не вещество, а технология. Так что фосфаты цезия тоже относятся именно к керамике. И по структуре больше напоминают не соль (как хлорид цезия), а очень прочный красный кирпич или же фаянс. Цезий даёт гамма-излучение, находясь в составе любого соединения, и в случае с фосфатом (керамикой) мы получаем наиболее химически нейтральный его источник. А значит,— безопасный и экологичный материал.

Как рассказывает Андрей Зарипов, главной задачей было подобрать состав, который содержал бы в себе максимально возможное количество цезия, обеспечивая тем самым максимальную ёмкость «батарейки». Определив химическую формулу (у керамики она бывает довольно сложная), провели синтез этого вещества. После этого тщательно исследовали — как оно ведёт себя в водной и других средах. Затем разработали оптимальную технологию производства. Сырьём для «батареек» стали нитратные, щелочные и другие типы жидких ядерных отходов.

На данный момент на «Маяке» уже создано опытное производство, на котором в июне 2011 г. получены первые экземпляры керамических таблеток. Габариты примерно такие, как и у «батареек» на основе хлоридов. Самые маленькие пока делать сложно — слишком кропотливые для этого требуются операции. Но успешно произведены средние и большие типы источников излучения. Сегодня главный вопрос — какова мощность керамических «батареек», и не придётся ли английским партнёрам «Маяка» переделывать свои установки для работы с ними? Вот что отвечает на это сам Андрей Зарипов: «В фосфате 52% цезия, в хлориде — около 67%. Эта разница может привести лишь к необходимости увеличения объёма батарейки. Можно вместо пяти таблеток на основе хлорида ставить шесть керамических. Или просвечивать кровь и продукты придётся на 15 % времени дольше. Перестроиться на новые, более безопасные, источники гамма-излучения будет несложно».

- В других странах мира фосфатами цезия занимаются? — продолжаем мы беседу с учёным.

- Вопрос использования этих соединений в качестве источника гамма-излучения для установок не изучается пока больше нигде. В Штатах, например, работают только над более надёжным и технологичным методом захоронения цезиевых отходов.

-А есть ли альтернатива цезиевым облучателям?

-Есть! Другой радионуклид — Кобальт-60, который может выполнять многие аналогичные функции. Он используется в виде металла. Чтобы создать кобальтовый источник, необходимо его облучить реактором. Обработанный нейтронами кобальт сам становится источником гамма-излучения. Но он имеет немало недостатков. Во-первых, кобальт в разы дороже для производства, чем цезий. К тому же, кобальтовые батарейки служат втрое меньше. Во-вторых, кобальт не может использоваться для облучения донорской крови из-за особенностей гамма излучения, поэтому для обработки донорской крови является нежелательным качеством. И пока для обработки крови цезий — единственный материал.

Когда советует «база знаний»

  Надежда Плешакова, ведущий инженер Смоленского филиала учебно-тренировочного центра «Атомтехэнерго»: «Российские операторы стремятся вникнуть в сущность процесса»

Главное эргономическое требование к блочному щиту управления АЭС — сделать так, чтобы оператору было максимально удобно осуществлять управление с щита, более эффективно и легко воспринимать информацию, быстро и чётко оценивать обстановку на энергоблоке.

Надежда Плешакова — ведущий инженер-программист Смоленского филиала учебно-тренировочного центра «Атомтехэнерго» ОАО «Атомтехэнерго». Она занимается анализом деятельности операторов БЩУ АЭС уже на протяжении шести лет под началом доктора технических наук, профессора, заведующего кафедрой автоматизированных систем управления Обнинского ин-ститута атомной энергетики Алексея Никитича Анохина.

А.Анохин специализируется в основном на эргономике БЩУ атомных станций, экспертизе человеко-машинных интерфейсов центров управления, эвристических методов системного анализа, представления знаний в системах с искусственным интеллектом.

Предполагается, что прототип такой системы заработает к концу 2012 г. на полномасштабном тренажёре одной из российских АЭС.

Надежда Плешакова представила проект под названием «Интеллектуальная система компьютеризованных аварийных процедур для операторов блочных щитов управления АЭС». Проект направлен в первую очередь на повышение безопасности АЭС. Операторы будут пользоваться интеллектуальной системой, которая значительно облегчит и сделает более эффективным процесс управления в случае сбоев, нештатных или аварийных ситуаций. Речь идёт о специальной компьютерной программе, в которую заложены алгоритмы оптимального управления, методы искусственного интеллекта и анализа ситуации.

— Если на энергоблоке возникает нештатная или аварийная ситуация, — рассказывает Надежда, — то операторы действуют согласно инструкций. Это бумажные документы, объём которых может достигать нескольких сотен страниц текста. Из-за громоздкости и недостатков самих инструкций повышается вероятность ошибок операторов: пока найдут, пока прочитают, пока выполнят… И всё это в условиях стресса и дефицита времени. В нашем проекте вся информация и рекомендации заложены в, так называемую, базу знаний, с помощью которой система может в режиме реального времени проанализировать сложившуюся ситуацию, отобрать нужную процедуру и пошагово представлять её оператору, тем самым облегчая ему приведение блока в безопасное и стабильное состояние.

Блочный щит управления БЩУ-1

Можно было бы подумать, что система заменяет оператора в процессе управления. Однако это не так. Система не принимает решения, а лишь даёт подсказки. Но эти подсказки в условиях цейтнота могут стать очень полезными. Есть такие автоматические системы, которые выполняют некоторые команды самостоятельно, есть и те, что для выполнения команды или некой процедуры запрашивают одобрения у оператора. А наша система — именно «советчик», поскольку только предоставляет оператору всю необходимую информацию для принятия решения и помогает в управлении. А само решение принимает только человек. Именно на нём лежит вся ответственность за выполненные действия!

Сама идея такой системы не нова. В Норвегии, Франции, Корее уже на протяжении более 5 лет занимаются подобными разработками. Но ни одна из таких систем пока не введена в промышленную эксплуатацию, а в лучшем случае находится на стадии апробации и опытной эксплуатации на полномасштабных тренажёрах АЭС.

Россия отстаёт сегодня в области разработки систем компьютеризованных процедур. Во многом это случилось после и по причине аварии на Чернобыльской АЭС. С другой стороны, наверстывая упущенное, можно в разработках частично использовать опыт передовых в области атомной энергетики стран, в частности Норвегии и Франции, и не повторять ошибки зарубежных коллег. Тем не менее полностью скопировать и адаптировать имеющиеся зарубежные программы для России невозможно в принципе. Во-первых, эти разработки не обнародованы столь полно и подробно, чтобы их просто можно было бы изучить и приспособить для российских условий. Во-вторых, в такой системе необходимо учитывать особенности наших энергоблоков. А в-третьих, и прежде всего — именно по причине принципиально различного подхода к работе российских и зарубежных операторов. Зарубежные операторы, как правило, в большей мере работают строго «по методу робота» — на данном конкретном участке выполняются конкретные процедуры, предусмотренные именно для каждого отдельного случая. И даже если действия инструкций идут вразрез с мнением оператора, для него всё равно первичны указания инструкций. Российские же операторы, как правило, имеют более глубокие и фундаментальные знания и потому в каждом отдельном случае они в большей мере стараются вникнуть в природу и сущность происходящего процесса, а потом уже найти процедуру и действовать по ней, адаптируя её в случае необходимости под сложившуюся ситуацию._тм