ГлавнаяНикулина А. В. → Лауреат циркониевой медали

Никулина Антонина Васильевна

Главный специалист отдела разработки циркониевых материалов ВНИИНМ, единственная женщина в России, награжденная за вклад в производство циркониевых изделий для ядерной энергетики медалью имени Вильяма Кролля.

Лауреат циркониевой медали

Во ВНИИНМ, который в прошлом назывался «девяткой», я попала по распределению после окончания кафедры металловедения института цветных металлов и золота имени М.И. Калинина, которой руководил А.А. Бочвар. В последующем этот институт вошел в состав института сталей и сплавов (МИСиС). Что такое «девятка», я не знала, так как в 1953 году информации о ней не было. Работу начала в лаборатории металловедения урана. Примерно в 1955 году, когда «девятку» возглавлял Бочвар, правительством была поставлена задача по созданию в СССР циркониевого производства для активных зон реакторов на тепловых нейтронах (ВВЭР, РБМК). Решение этой задачи было поручено нашему институту, и я как молодой металловед оказалась в центре начала событий. Перед предприятиями стояла задача по созданию металлургического процесса получения циркония. И каждое предприятие занималось созданием собственного процесса получения. Одновременно стояла задача выплавки слитков из этого металла.

Цирконий – химически активный металл, и требовалось обеспечить его чистоту при переработке. Я должна была давать оценку разрабатываемым материалам, хотя сама все видела впервые и не имела никакой информации об этом металле из научной литературы. Цирконий был редким металлом, и из всех доступных источников информации о нем я найти не смогла. Так постепенно развивалось направление. Были отсеяны отдельные методы, не обеспечивающие получение чистого металла.

На начальных этапах был выбран иодидный процесс финировки, позволивший получить наиболее очищенный от примесей металл. После этого начались исследования такого циркония применительно к атомным реакторам, результаты которых позволили определить влияние примесей и легирующих элементов на свойства циркония и разработать требования к составу сплава. Первое необходимое свойство – коррозионная стойкость в теплосистеме. О других качествах речь вначале не шла. По мере накопления результатов стали появляться данные по коррозии металла и необходимости легирования.

Около шестидесятого года была поставлена задача создания промышленного производства циркония и его сплавов для развивающейся в СССР атомной энергетики. К этому временив качестве основного процесса получения циркония ядерной чистоты был выбран электролитический способ.

В 1960 году появилась конкретная большая задача производить оболочки твэлов, труб технологических каналов и других деталей для активных зон реакторов РБМК. В 1964 году выпуск таких изделий был полностью налажен. В это время были определены все необходимые добавки, которые обеспечивали высокую коррозионную стойкость оболочек твэлов и других изделий в реакторах ВВЭР малой мощности. Это были бинарные сплавы.

Использование электролитической основы для этих сплавов не обеспечивает им требуемого сопротивления коррозии. Тогда во ВНИИНМ появились разработки нового сплава. Появился сплав Э635, прочный и очень радиационно-стойкий сплав. Вообще все наши сплавы были приняты на вооружение за рубежом. Они называются по-разному, но все они имеют общее происхождение. Достаточно того, что во всей литературе иностранные авторы с уважением ссылаются на то, что это были основные разработки еще Советского Союза.

Я одна из первых от СССР участвовала в международной конференции «Цирконий в ядерной промышленности» в 1966 году. С тех пор, кстати, американцы каждые два года организуют симпозиумы по этой тематике. На одном из таких мероприятий я познакомилась с адмиралом Риковером – создателем американских атомных подводных лодок. Он был первым лауреатом циркониевой медали Кролла, а я девятой после него. Эта медаль

присваивается международным сообществом за успехи в развитии циркониевой промышленности, и это мероприятие проходит и в наши дни. Кроме того, я состою в международном комитете по присуждению этих медалей во всем мире.

Уникальность циркония в том, что на планете есть всего четыре элемента таблицы Менделеева, которые имеют малый коэффициент захвата нейтронов. Это алюминий, бериллий, магний и цирконий. Кроме циркония остальные элементы по различным причинам не годятся для производства и использования в реакторах.

Поэтому большая заслуга нашего института в том, что хотя мы и отставали от американских разработок примерно лет на десять, но в результате наши материалы оказались на передовых позициях. Нами выбраны для легирования циркония три элемента – олово, ниобий и железо. Один сплав французы взяли, потому что у нас тогда патента не было, и назвали его М-5. Это то же самый сплав, но они его позже легализовали.

На основе нашего знаменитого 635-го сплава американцы создали свой аналог. А еще один сплав с двумя процентами ниобия позаимствовали у нас канадцы. Словом известных сплавов очень мало и три из них наши, разработанные в СССР.

Сегодня основные используемые в мире сплавы - американские, так называемые цирковые. Производитель этой продукции в основном Вестингауз, он производит сплавы для разных реакторов. Арева сейчас развивает производство в Индии. Китайцы увлеченно создают собственные сплавы и японцы. Но здесь есть такая тонкость: производители циркония, как и у нас, проходят весь путь от металлургии до получения готового изделия. То есть слитки, трубы и так далее. Американцы и французы имеют такое хозяйство. А вот японцы покупают полуфабрикаты, берегут свою экологию, поэтому процесса металлургического не воспроизводят, начинают только с холодной переработки. Они покупают цирконий и сами изготавливают изделия. Или, скажем, индусы и китайцы сейчас уже осваивают с начала цикла. Поэтому уникальность нашего завода в Глазове в том, что он на себе все абсолютно замыкает. И металлургия, извлечение из руды, и получение циркония, и выплавка слитков, прокат…

У нас сейчас сложилась такая ситуация. В металлургии циркония Советский Союз всегда шел своей дорогой и никому не подражал. Во всем мире производят цирконий, который идет в слитки, называемый «губчатый». Он и правда в виде губки получается из руды путем восстановления магнием. А у нас цирконий другого происхождения – он в виде порошка, который получается электролизом расплавленных солей. Это наша отечественная разработка, которая родилась в нашем институте. На рынке сейчас требования к изделиям растут в связи с повышением требований к безопасности реакторов. И если раньше требования выставлялись для работы циркониевых изделий в обычных нормальных, стабильных условиях эксплуатации, то в последнее время появились требования, чтобы циркониевые изделия выдерживали нагрузку в аварийных ситуациях. Редко, но они бывают, как в Чернобыле. Выставлено требование к циркониевым изделиям – сохранение целостности, в предаварийных ситуациях, так называемых LOCA, до 1200 градусов.

Это требование появилось в последние годы, когда мы решили выходить на международный рынок. Оказалось, что сплавы на губчатой основе в условиях LOCA стоят лучше, чем на электролитной основе. Потребовалось создание производства губчатого циркония на Чепецком заводе. Однако оказалось, что это не

простая задача.

Сегодня ухудшилась дисциплина, нет должного контроля за процессами, повысился брак. Институту приходится разбираться в причинах этого, что затрудняет продвижение. Кроме того, часто меняется оборудование в связи с заинтересованностью завода в более высокопроизводительном оборудовании. Цирконий очень чувствителен к изменениям технологии, теряется стабильность свойств изделия и их качества. Качество

поверхности циркониевых изделий тоже нуждается в улучшении, поверхность оказывает большое влияние на их коррозионное поведение. Это нуждается в постоянном наблюдении и внесении корректировки в процесс.

В связи с этим сегодня имеется большая необходимость в восстановлении утерянного в технологических процессах, обеспечивающих стабильное высокое качествоизделия.

Во-вторых, каждый циркониевый сплав, его разработка перед внедрением занимает не менее 30 лет. Сейчас получается так, что все убеждаются, что наш 110-й сплав не выдерживает прочности, его надо упрочнять. У нас – исследователей – уже была подготовлена эта ситуация, мы разработали сплав, на базе этого сплава легировали его кислородом и железом. Название 110-й-М. Это было вот уже лет 20-30 назад. Уже в реакторах постоял этот материал. Сейчас он готовится к сборкам для поставки за рубеж из этого сплава. Столько вот вылеживается сплав. 635-й сплав готов тоже. Он уже проверен хорошо, но его сейчас используют для несущих деталей конструкций, на нем жесткость вот этой сборки держится. Хотя стоит вопрос еще больше повысить его сопротивление ползучесть.

Понимаете, уникальность нашей циркониевой наукиво всем мире заключается в том, что фактически всеми разработками занимаются здесь, во ВНИИНМ. Во всем мире по сплавам работают много стран, развивающих атомную энергетику (США, Канада, Франция, Япония). Американское общество стандартов все работы объединяет. Работающих с цирконием лабораторий в мире много, а мы одни и в этом наша ценность. Если же говорить о преемственности, то в России нет другого предприятия, где может зародиться такие лаборатории, аналогичные существующим во ВНИИНМ.

Это грандиозный опыт. К сожалению, специалисты меняются, уходят. Сейчас настолько изменилась система организации работы, молодые специалисты 70-80% заняты оформлениями бумаг и только к концу года заключают договор. Какая там работа? Это первое. Во-вторых, раньше рождались наши материалы, ВНИИНМ был головным институтом в этом смысле, но с нами работали академические институты, проектные институты, и мы все были равноправны. Мы здесь только лишь отвечали за все. А сейчас мы здесь, в институте не можем воспроизвести все эти условия, реакторные испытания, которые стоят очень дорого. Академические институты нам помогали очень много: готовили диаграммы состояний, у нас были большие связи и контакты, а сейчас этого всего нет. Поэтому как развиваться – я затрудняюсь сказать. Сегодня мы наблюдаем не сворачивание, а как бы сужение всего происходящего. И мы абсолютно серьезно можем потерять эту компетенцию. В науку, увы, пришла коммерция. А коммерция науку хоронит.

 

Предприятия: ВНИИНМ имени А.А. Бочвара, ОАО (Институт специальных металлов НКВД, Инспецмет НКВД, НИИ-9, ВНИИ неорганических материалов), Министерство среднего машиностроения СССР, аппарат (Минсредмаш СССР, Министерство атомной энергетики и промышленности СССР, Министерство Российской Федерации по атомной энергии, Минатом России, Федеральное агентство по атомной энергии, Росатом, Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом», госкорпорация «Росатом»)