Өзектілігі.
Қазақстан Республикасы Президенті Қ.К. Тоқаевпен бекітілген «Қазақстан Республикасының көміртегі бейтараптығына қол жеткізуінің 2060 жылға дейінгі стратегиясы» Жарлығында қуаттардың құрылымына тұрақты энергия көзі ретінде АЭС кіреді деп айқындалған. Бұл бағытта атом энергетикасын дамыту жөніндегі пайымды қалыптастыру, атом электр станциясын (АЭС) салу туралы шешім дайындау бойынша дәйекті жұмыс жүргізілуде. Мұндай шешім, сөзсіз, оны дамыту үшін ғылыми-технологиялық негіз жасайтын осы саладағы қолданыстағы құзыреттерге, кадрлық әлеуетке және ғылыми зерттеулердің нәтижелеріне сүйенетін болады.
АЭС құруды қолдауға арналған ғылыми зерттеулер қолданылатын технологияларды таңдауға және АЭС-ті қауіпсіз және тиімді пайдалануды қамтамасыз етуге қатысты негізделген шешімдер қабылдау үшін қажетті сапалы және объективті деректерді қалыптастыруға ықпал етеді. Бірінші кезеңде АЭС жұмыс істеуінің бірнеше, неғұрлым сындарлы аспектілеріне назар аудару маңызды болып табылады, атап айтқанда, реакторлардың перспективалы түрлерінің ядролық-физикалық сипаттамаларын болжамды бағалауға, радиоактивті қалдықтармен (РАҚ) және пайдаланылған ядролық отынмен (ПЯО) жұмыс істеу тұжырымдамасын айқындауға, сондай-ақ АЭС орналасқан ауданда радиациялық мониторинг жүйесінің схемасы мен құрамына қойылатын талаптарды тұжырымдауды қамтиды. Зерттеулер жүргізу үшін асы аспектілерді таңдау жаңа деректер алу перспективасымен де, олардың жағары әлеуметтік-экономикалық әсерімен де негізделген.
АЭС-ті пайдалану кезінде ядролық реакторда өтетені физикалық процестерді нақты түсіну және болжау мүмкіндігі маңызды болып табылады, бұл оларды егжей-тегжейлі модельдеуді қамтамасыз етуге мүмкіндік беретін есептік үлгілерді жасаумен қамтамасыз етіледі. Дәлелденген мамандандырылған бағдарламалық кешендерді пайдалана отырып есептік модельдерді әзірлеу және оларды қолдану реактор жұмысының реактивтілік, реттеу орандарының тиімділігі, энергия бөлу өрісі, жылу тасығыштың параметрлері және т.б. сияқты маңызды сипаттамаларын түсінуді қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Зерттеулер барысында алянған ядролық-физикалық сипатамалар бойынша жаңа деректер және алынған құзыреттер ядролық реакторды және оның отын кампаниясын басқару алгоритмдерін құрудың негізіне жатады.
Пайдаланылған ядролық отын мен радиактивті қалдықтарды басқару ядролық энергетиканың маңызды аспектісі болып табылады. Әрбір ел және АЭС пайдаланушы ұйым нақты жағдайларды ескере отырып, пайдаланылған отын мен радиоактивті қалдықтарды басқарудың жеке бағдарламалары мен стратегияларын әзірлеуді. Қазақстан үшін атом энергетикасын енгізудің бастапқы кезеңінде олардың қоршаған ортаға барынша аз әсер етуін қамтамасыз ететін дұрыс бағытты айқындау, РЯО мен РАҚ басқаруға оңтайлы тәсілдерді әзірлеу аса маңызды. Қазіргі уақытта ПЯО-ны ұзақ мерзімді бақыланатын сақтау тұжырымдамасы неғұрлым оңтайлы болып табылады, ол болашақта оны қайта өңдеу және ядролық отын циклінде бөлінетін материалдарды қайта пайдалану мүмкіндігін қамтамасыз ету кезінде бағалы ресурс ретінде қабылданады. Бұл ресурстық әлеуетті толық пайдалануға ықпал ететін болады. Осындай ұзақ мерзімді сақтауды қамтамасыз ету үшін осындай сақтауға арналған контейнерлер ретінде пайдаланылатын материалдардың радиациялық төзімділігі жөніндегі ғылыми негізделген деректер қажет. АЭС-те пайда болатын РАҚ-қа қатысты кәдеге жаратудың әртүрлі нұсқалары да болуы мүмкін, бұл ретте зерттеу нәтижелері Қазақстан Республикасының жағдайлары үшін неғұрлым оңтайлы таңдауға ықпал ететін болады.
Ядролық отын циклінің объектілері қоршаған ортаға көп факторлы әсер етеді, алайда жұртшылықтың жоғары назары радиациялық факторға бағытталған. Бағдарлама шеңберінде АЭС-тің қоршаған ортаға және оны пайдалану кезеңінде өңір халқына ықтимал теріс радиациялық әсерін бағалау үшін адамның алдыңғы қызметіне, оның ішінде қоршаған орта объектілерінде, жергілікті тамақ өнімдерінде, су мен ауада ядролық қаруды сынағаннан кейінгі жаһандық радиоактивті құлдырауларға негізделген негізгі радионуклидтер мазмұнының деректері алынатын болады. Қосымша АЭС-тің штаттық жұмысы кезінде және штаттан тыс және авариялық жағдайлар кезінде радионуклидтердің түсу мүмкіндігін есептеу орындалады, хромосомдық аберрациялардың фондық деңгейі және халық үшін дозаларды бағалау айқындалады. АЭС әсер ету аймағындағы аумақтар мен елді мекендердің радиациялық мониторингі жүйесінің негіздерін құру қорытынды болады, бұл радиациялық қауіпсіздікті қамтамасыз ету үшін қажетті шарт болып табылады және Қазақстан Республикасының отын-энергетикалық кешенін одан әрі дамытуға ықпал етеді.
Бағдарламаның мақсаты – Қазақстан Республикасында атом электр станциясын құруды және оның қауіпсіз жұмыс істеуін қолдауға арналған ғылыми зерттеулер кешенін жүргізу.
Күтілетін нәтижелері
Тікелей нәтижелер:
1 бағыт бойынша. «Энергетикалық реакторлардың перспективалық жобаларының ядролық-физикалық сипаттамаларын зерттеу»:
- Қазақстан Республикасында салуға қаралып отырған энергетикалық реактордың актив аймағының есептік моделі әзірленді;
- әзірленген моделдерді пайдалана отырып реакторды іске қосу бойынша маңызды сипаттамалар есептелді: бірінші отындық жүктеу кезіндегі реактивтілік қоры, реактивтіліктің температуралық коэффициенті, реттеу органдарының тиімділігі, бірінші кампанияның басындағы энергия бөлу өрісі;
- алынған нәтижелердің негізінде реактордың актив аймағының конструкцияларына салынған техникалық шешімдерді талдау орындалды.
2 бағыт бойынша. «Пайдаланылған ядролық отынды және радиоактивті қалдықтарды басқару»:
- сақтау бассейнінде және станция жанындағы қоймада ылғалды және құрғақ сақтау процесінде ПЯО физикалық параметрлерінің есептік деректері алынды;
- АЭС-ті пайдалану процесінде пайда болатын РАҚ-мен жұмыс істеу және көму бойынша ұсыныстар әзірленді;
- коррозиялық процестің есептік модельі әзірленді және ПЯО ұзақ (100 жылға дейін) құрғақ сақтау жағдайында тұрақтандыру пеналдардың материалдарының ресурстық беріктілігі бойынша эксперименттік деректер алынды.
3 бағыт бойынша. «АЭС әсер ету аймағында радиациалық мониторинг жүйесінің негізін әзірлеу»:
- табиғи экожүйелердің объектілерінде (топырақ жамылғысы, өсімдік, жануарлар, ауа бассейні, су объектілері) радионуклидтердің құрамының сандық деректері алынды, жиналу коэффициенті есептелді;
- елді мекендегі радиациялық жағдайды сипаттайтынрадионуклидтердің құрамының (топырақ жамылғысындағы, су бассейніндегі (соның ішінде үй-жайларда), су пайдалану объектілерінде, ауылшаруашылық өнімдеріндегі радионуклидтердің құрамы) сандық деректері алынды, жиналу коэффициенті есептелді;
- биологиялық объектілердің фондық хромосомдық аберрацияларын индикациялау жүргізілді, халыққа арналған дозалық жүктемені бағалау орындалды;
- АЭС әсер ету аймағында радиациялық мониторингті ұйымдастыру және жүргізуге қойылатын негізгі талаптар әзірленді.
Соңғы нәтижесі:
1 бағыт бойынша. «Энергетикалық реакторлардың перспективалық жобаларының ядролық-физикалық сипаттамаларын зерттеу»:
Энергетикалық ядролық реакторлардың перспективалық жобаларының ядролық-физикалық сипаттамалары бойынша деректер кешені, олардың көлемдік-материалдық сипаттамаларын егжей-тегжейлі моделдей отырып актив аймақтардың есептік компьютерлік моделдері алынатын болады. Актив аймақтың конструкциясына салынған техникалық шешімдерді талдау нәтижелері.
Қазақстан Республикасында құрылыс үшін перспективалы реакторлары бар атом электр станциясын тиімді пайдалану шарттарын талдау үшін жаңа деректерді алудың экономикалық тиімділігі.
Қоршаған орта үшін қауіпсіз АЭС пайдалануға ықпал ететін нәтижелерді алу болып табылатын экологиялық әсер.
Күрделі есептік зерттеулер жүргізу тәжірибесі түріндегі әлеуметтік әсер Қазақстан Республикасының реакторлық ядролық физика саласындағы ғылыми-зерттеу әлеуетін дамытуға, жаңа ғылыми бағыттарды дамытуға, докторанттар мен магистранттар даярлауға серпін берді.
2 бағыт бойынша. «Пайдаланылған ядролық отынды және радиоактивті қалдықтарды басқару»:
Құрғақ және ылғалды сақтау процесінде пайдаланылған ядролық отынның параметрлері; АЭС радиоактивті қалдықтарымен жұмыс істеу технологияларын таңдау жөніндегі ұсынымдар; ПЯО ұзақ уақыт сақтауға арналған контейнерлер материалдарының ресурстық беріктігін анықтауға арналған деректер алынатын болады.
АЭС пайдалану кезінде пысықталатын РАҚ және ПЯО-мен жұмыс істеудің барынша тиімді және экономикалық қолайлы тәсілдерін таңдауға негізделген экономикалық тиімділік.
АЭС-тің жұмыс істеуі кезінде пайда болатын ПЯО және РАҚ-тан радиациялық жүктемені азайту үшін шешімдер әзірлеуден тұратын экологиялық әсер.
Әлеуметтік әсер: жүргізілетін зерттеулер атом энергетикасына сенімнің артуына ықпал етеді, АЭС-тің неғұрлым өткір және қоғамдық маңызы бар проблемасын - радиоактивті қалдықтармен қауіпсіз жұмыс істеуді шешуге өз үлесін қосады.
3 бағыт бойынша. «АЭС әсер ету аймағында радиациалық мониторинг жүйесінің негізін әзірлеу»:
АЭС құрылысы үшін таңдап алынған аумақтың табиғи ортасының негізгі компоненттеріндегі радионуклидтер құрамының деңгейі айқындалатын болады. Табиғи экожүйе объектілерінде зерттелетін радионуклидтердің бөлінуі туралы және АЭС орналасқан ауданда тұратын халықтың ішкі және сыртқы сәулеленуінің күтілетін жылдық тиімді дозасының мәндері туралы ақпарат алынды. АЭС әсер ету аймағындағы аумақтар мен елді мекендердің радиациялық мониторинг жүйесін құру үшін ұсынымдар әзірленді.
Экономикалық тиімділік оның схемасы мен құрамына қойылатын талаптарды нақты тұжырымдауға мүмкіндік беретін және оны болашақта құру кезінде қолданылған шешімдердің артық немесе жеткіліксіз болуына жол бермеуге мүмкіндік беретін АЭС экологиялық мониторингі жүйесін ұйымдастыру мәселесін ғылыми пысықтаудан тұрады.
Экологиялық тиімділік сапалы радиациялық мониторингті қамтамасыз етуге қойылатын ғылыми негізделген талаптарды қалыптастырудан тұрады, ол ықтимал қауіптерді уақтылы тіркеуге және халық пен қоршаған ортаға радиациялық жүктемені төмендете отырып, оларға жедел ден қоюға мүмкіндік береді.
Әлеуметтік әсер: АЭС экологиялық мониторингі жүйесін құру үшін әзірленген ұсынымдар радиациялық ластану қаупін анықтау және оның алдын алу бойынша уақтылы шешім қабылдау есебінен ҚР-да белгіленген нормативтік дозалық жүктемелерді одан әрі көтермеуді қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. АЭС әсер ету аймағындағы нақты радиациялық жағдай туралы ақпараттың қолжетімділігі және «ашықтығы» қамтамасыз етілетін болады.
Бағдарламаны іске асыру нәтижесінде қамтамасыз етілетін болады:
ҒЗЖ негізгі нәтижелері
«Қазақстан Республикасында атом электр станциясын құруды және оның қауіпсіз жұмыс істеуін қолдауға арналған зерттеулер» бағдарламасы бойынша жұмыстарды орындау кезінде 2023 жылы келесі маңызды нәтижелер алынды:
1 бөлім «Энергетикалық реакторлардың перспективалық жобаларының ядролық-физикалық сипаттамаларын зерттеу» бойынша:
Реактордың әртүрлі үлгілерінің конструкциялық шешімдеріне талдамалық шолу нәтижелері бойынша неғұрлым перспективалы ядролық (энергетикалық) реакторлардың - ВВЭР-1000 және ВВЭР-1200 үлгісіндегі су-су энергетикалық реакторлардың; БН-600 және БН-800 үлгісіндегі шапшаң нейтрондардағы реакторлардың; HTGR-30 үлгісіндегі аз қуатты жоғары температуралы реактордың белсенді аймақтарын компьютерлік модельдеу үшін кіріс деректері жинақталған. Сондай-ақ мейлінше перспективалы ММР конструкциялары қаралды.
Белсенді аймақтың өлшемдік-материалдық құрамының және реакторды жүктеу үшін пайдаланылатын ядролық отын параметрлерінің негізгі деректері қалыптастырылды. Әртүрлі актив аймақтарда қолданылатын материалдардың физикалық және нейтрондық-физикалық қасиеттеріне сипаттама берілді. Келтірілген деректердің саны қаралған реакторлардың актив аймағын модельдеуді орындауға мүмкіндік береді. Компьютерлік модельді нақтылау қосымша элементтерді ескере отырып, жеке твэлдердің қабықтары мен өзектерін модельдеудің 3-D деңгейінде мүмкін болады: қашықтықтағы торлар, твэлдердің және ТВС-тің бүйір бөліктері.
Сондай-ақ компьютерлік модельдерді кейіннен верификациялау үшін деректер қалыптастырылды. Бұл әртүрлі нейтрондық-физикалық параметрлер бойынша модельдеу сапасын бағалауға мүмкіндік береді. Бұл параметрлерге реактордың реактивтілік қоры, реактивтілік коэффициенттері, отын кампаниясының ұзақтығы және басқалар жатады.
2 бөлім «Пайдаланылған ядролық отынды және радиоактивті қалдықтарды басқару» бойынша:
1) Пайдаланылған ядролық отынды және радиоактивті қалдықтарды басқару жөніндегі жұмыстар шеңберінде қолданыстағы АЭС-те радиоактивті қалдықтармен және пайдаланылған ядролық отынмен жұмыс істеу нұсқаларына талдамалық шолу жүргізілді (Ж қосымшасы), Қазақстан Республикасының АЭС кандидаттық ядролық реакторлары үшін ПЯО және РАҚ ықтимал түрлері бойынша деректер қалыптастырылды. ПЯО және РАҚ-пен жұмыс істеу әдістері ІІІ және ІІІ + буынының су-су энергетикалық реакторларына қатысты зерттелді.
Бүгінгі күні неғұрлым кең таралған ашық ЯОЦ жағдайында ПЯО қайта өңделмейді және станциялық бассейндерде аралық ұстаудан кейін АЭС жанында орналасқан арнайы қоймаларға немесе қоймаларға «құрғақ» сақтауға жіберіледі, ол ондаған жылға созылуы мүмкін. ПЯО ұзақ сақталғаннан кейін оны түпкілікті көмуге жіберу көзделеді. Бұл тәсiл қазiргi уақытта Қазақстан Республикасында БН-350 реакторлық қондырғысының ПЯО-на қатысты жүзеге асырылуда, ол станциялық бассейнде ұсталғаннан кейiн КҚК-ге оралған және оны түпкiлiктi кәдеге жарату туралы шешiм қабылданғанға дейiн ұзақ мерзiмдi сақтаудың ашық алаңында орналастырылған. Қазақстанда ПЯО-ны қайта өңдеу бойынша мүмкіндіктердің, сондай-ақ құрылысы техникалық жағынан күрделі, қымбат тұратын және көп жылдық зертханалық зерттеулер жүргізуді талап ететін жоғары активті қалдықтарға арналған қолданыстағы РҚКП-ның болмауына байланысты ағымдағы сәтте ұзақ мерзімді сақтау ПЯО-ға қатысты неғұрлым артықшылықты стратегия болып табылады.
Барлық елдерде жалпы қабылданған қағидаттарға сәйкес РАҚ-пен жұмыс істеу тәртібі ұлттық заңнамамен және халықаралық келісімдермен регламенттелген. РАҚ АЭС-та пайда болғаннан кейін қауіптілік пен экономикалық негізділікті азайту мақсатында оларды ұзақ уақыт сақтау немесе түпкілікті көму алдында бірқатар қайта құру және орын ауыстыру процестеріне ұшырайды. Процестердің бірізділігі әртүрлі болуы мүмкін, бірақ ол РАҚ-ты санаттар бойынша жинауды және сұрыптауды қамтиды; көлемді өңдеу және азайту; ауа баптау; тасымалдау; сақтау немесе көму.
АЭС қалдықтарын өңдеу және баптау әдістері қазіргі уақытта тиімділік пен сенімділіктің жоғары деңгейіне жетті және қалдықтармен жұмыс істеудің бүкіл жүйесінің қауіпсіздігі мен үнемділігін арттыру мақсатында жетілдіруді жалғастыруда.
Соңғы әлемдік үрдістерге сәйкес АЭС жобалау және салу кезінде пайдаланудың бүкіл кезеңі ішінде АЭС-тің экологиялық қауіпсіздігін қамтамасыз ететін қоймалары бар пайда болатын РАҚ қайта өңдеу жөніндегі қондырғылар кешендерімен жарақтандырылады. Кешен құрамына, әдетте, сұрыптау учаскесі, ұсақтау және престеу қондырғылары, СРҚ-ны ион селективті тазарту қондырғысы, өртеу қондырғысы, цементтеу қондырғысы және барлық пайда болатын РАҚ-ты ұзақ уақыт сақтау немесе көму талаптарына жауап беретін кондицияланған жай-күйге көшіруге арналған басқа да жабдық кіреді. АЭС-тегі кондицияланған РАҚ сақтау қоймалары оларды түпкілікті оқшаулау пункттеріне бергенге дейін сақтаудың қауіпсіз шарттарын сақтай отырып, бүкіл пайдалану кезеңінде РАҚ барлық көлемін орналастыруды қамтамасыз етеді.
2) ПЯО радионуклидтерінің герметикалық емес твэлдердің шығуы үшін бірінші кедергі функциясын орындайтын тұрақтандырушы пенал материалдарын реакторлық сәулелендіру іске асырылды.
Тұрақтандырғыш пеналдар үшін конструкциялық материал ретінде 12Х18Н10Т болат таңдалып алынды, ол БН-350 реакторының герметикалық емес твэлдерін орау кезінде пайдаланылған. Жұмыстың осы кезеңінде:
Сәулеленген болаттың алынған үлгілері күйдіру, тұрақтандырушы пенал материалының пайдалану сипаттамаларының өзгеруіне сәулеленудің әсерін зерттеу (физикалық-механикалық қасиеттері мен құрылымдық-фазалық жай-күйі) және тұрақтандырушы пенал материалдарының коррозиялық және ресурстық беріктігін анықтау үшін қолданылатын болады.
3 бөлім «АЭС әсер ету аймағында радиациалық мониторинг жүйесінің негізін әзірлеу» бойынша:
1) АЭС атмосфералық шығарындыларын сипаттайтын көп жылдық деректерді талдау негізінде негізгі радионуклидтер - жиынтық белсенділікке салымшылар айқындалды. Уақыт өте келе бақыланатын радионуклидтердің тізбесі ұлғаю жағына қарай өзгергені анықталды. Уақыт өте келе бақыланатын радионуклидтердің тізбесі ұлғаю жағына қарай өзгергені анықталды. Мысалы, радиоэкологиялық маңызы бар 14C және 3H радионуклидтерінің құрамындағы шығарындылар 2018 жылдан кейін ғана көптеген АЭС үшін анықтала бастады. Тестілік есептеулер нақ осы радионуклидтер АЭС орналасқан өңірлердегі халыққа дозалық жүктемеге негізгі үлес қоса алатынын көрсетті. Радиоактивті ластанудың «нөлдік» фонын бағалау кезінде анықталуы қажет радионуклидтердің тізбесі анықталды: табиғи (40K, 238U, 226Ra, 232Th, 222Rn) және техногендік (90Sr, 137Cs, 3H, 14C) радионуклидтер. Осы радионуклидтердің құрамын бағалауға жататын табиғи экожүйе объектілеріне топырақты, суды, атмосфералық ауаны, өсімдіктер мен жануарлар дүниесін жатқызу қажет. Табиғи экожүйе объектілерінде АЭС жұмысы процесінде пайда болатын радионуклидтер деректерінің мазмұнын анықтау үшін әдістемелерге шолу жасалды.
2) АЭС-ті қалыпты пайдаланған кезде немесе авариялық жағдайда Халыққа және персоналға радиациялық жүктемені айқындау әдістемесі бойынша ұсынымдарға шолу жүргізілді. АЭС-тің штаттық (RESRAD, CROM, PC-CREAM 08®, ESTE Annual Impacts, РОМ) және авариялық (ESTE, НОСТРАДАМУС, RECASS, RODOS) шығарындылары кезінде сәулеленудің әртүрлі жолдары бойынша халыққа дозалық жүктемелерді болжау үшін есептік құралдардың негізгі сипаттамалары, функциялары, артықшылықтары мен кемшіліктері қаралды. Модельдің түрі, кіріс және шығыс деректері, қолдау көрсетілетін платформалар, лицензия түрі және т.б. сияқты бағдарламалық құралдардың сапасы мен тиімділігін бағалауға болатын критерийлер бөлінген. Зерттеу критерийлеріне сәйкес келетін топтың бас іріктемесін қалыптастыру үшін Алматы облысы Жамбыл ауданы Үлкен ауылдық округінің жалғыз әкімшілік бірлігі - Үлкен ауылы елді мекені анықталды. Халыққа және АЭС персоналына радиациялық жүктемені айқындау әдістемесі - флуоресценттік in situ будандастыру (FISH) әдістемесі, АЭС құрылысы жоспарланатын өңірдегі тұрақты хромосомдық аберрациялардың фондық деңгейін айқындау үшін пайдаланылатын молекулярлық-цитогенетикалық әдіс анықталды, оған зерттеуге қатысу үшін ақпараттық келісім және сауалнама критерийлері әзірленді.
Жұмыстардың нәтижелері бойынша 2023 жылы «Импульсті графитті реактор: твэлдер мен ЖБҚ сынау үшін пайдалану және қолдану тәжірибесі» монографиясы жарияланды, онда ИГР негізгі сипаттамалары берілді, Қазақстанда салу үшін перспективалы ретінде қарастыруға болатын жаңа ядролық энергнтикалық реакторлардың қауіпсіздігін негіздеуге зерттеуді қолдаға оны пайдалану және қолданудағы тәжірибесі қорытындыланды. Сондай-ақ, осы бағдарлама бойынша орындалатын ҒЗЖ шеңберінде пайдаланылған ядролық отынның әртүрлі түрлерін, оның ішінде игерілген ядролық отынның жоғары байытылған зерттеулері негізінде жұмыс істеу және қайта өңдеу технологияларының негіздемесінде зерттеулер жүргізілетін болады.
ҒЗЖ кейьір материалдары 2023 жылы 14-17 қараша аралығында Ресейдің Мәскеу қаласында өткен «Ядролық энергнтиканың инновациялық жобалары мен технологиялары» VI Халықаралық ғылыми-практикалық конференциясында сынап көрілді.