Юдин Анатолий Иванович

Конструктор твэлов

В 1951 году после окон­ча­ния Москов­ского меха­ни­че­ского инсти­тута (ныне МИФИ) по спе­ци­аль­но­сти «авто­ма­тика и теле­ме­ха­ника» я был напра­в­лен на работу в НИИ-9 Спе­ци­аль­ного метал­лур­ги­че­ского упра­в­ле­ния НКВД СССР (ныне АО «ВНИИНМ»). Пяти­де­ся­тые годы 20 века запо­мни­лись мне как время без­завет­ного труда и посто­ян­ного само­об­ра­зо­ва­ния, изу­че­ния любой инфор­ма­ции об ана­ло­гич­ных работах за рубежом, как время учёбы на ошибках и радости от успехов. Конечно, слож­но­стей в работе было много: всегда сжатые сроки выпол­не­ния поста­в­лен­ных задач, обя­за­тель­ное тре­бо­ва­ние высо­кого каче­ства любой доку­мен­та­ции и изделий, необ­хо­ди­мость довести тео­рети­че­ское решение вопроса до кон­крет­ного вне­дре­ния в про­из­вод­ство новой мето­дики, ори­ги­наль­ной уста­новки или изо­б­ретён­ного прибора. В те годы прак­ти­че­ски все рабо­тали не счита­ясь со вре­ме­нем и здо­ро­вьем, все были полны энту­зи­азма, стреми­лись повы­сить свой КПД. Это, несо­мненно, давало гро­мад­ные резуль­таты, в полной мере оценить которые можно только сейчас, по про­ше­ствии более чем полу­века.

В 1961 году я был назна­чен началь­ни­ком группы в лабо­ра­то­рии авто­ма­ти­за­ции тех­ноло­ги­че­ских про­цес­сов (Л-24) под руко­вод­ством В. В. Гор­ского. Это поз­во­лило интен­си­фи­ци­ро­вать научную, про­ек­т­ную и кон­струк­тор­скую работу в области нераз­ру­ша­ю­щего кон­троля, которым я зани­мался. Осо­бенно памятен мне тот период шести­де­ся­тых годов, когда меня при­вле­кли к выпол­не­нию Заказа № 501, полу­чен­ного Элек­тро­сталь­ским маши­но­стро­и­тель­ным заводом (ЭМЗ) в соот­вет­ствии с рас­по­ря­же­нием Совета Мини­стров СССР.

На ЭМЗ тогда осва­и­ва­лась тех­ноло­гия изго­то­в­ле­ния виб­ро­уплот­нён­ных паро­пе­ре­гре­ва­тель­ных теп­ло­вы­де­ля­ю­щих эле­мен­тов (твэлов) дис­пер­си­он­ного типа диа­мет­ром 20 мм и длиной 6 000 мм. Они были спро­ек­ти­ро­ваны во ВНИИНМ твэль­ной тех­ноло­ги­че­ской группой А. В. Позд­ня­ко­вой под руко­вод­ством началь­ника Л-18 А. Г. Само­йлова и пред­на­зна­чались для реак­тора АМБ второго блока Бело­яр­ской атомной элек­тро­стан­ции в Свер­д­лов­ской области.

К 1967 году выяс­ни­лось, что раз­ра­бо­тан­ный ранее высо­коча­стот­ный прибор для опре­де­ле­ния границ раздела сред деля­ще­гося мате­ри­ала не выдаёт иско­мого резуль­тата. С целью испра­в­ле­ния ситу­а­ции руко­вод­ство отдела пору­чило началь­нику Л-24 раз­ра­бо­тать аль­тер­на­тив­ный прибор. В. В. Горский поставил мне задачу: в крат­чайшие сроки пред­ло­жить идею и схему нового прибора для опре­де­ле­ния границ раздела сред. С задачей мы справи­лись: мной был раз­ра­бо­тан изо­топ­ный ука­за­тель границ раздела сред (УГРИ-2), который вскоре прошел испы­та­ния и вне­дре­ние на ЭМЗ.

В ходе испы­та­ний УГРИ-2 мне удалось осно­ва­тельно изучить тех­ноло­ги­че­ский процесс изго­то­в­ле­ния твэлов на ЭМЗ. Меня бес­по­ко­ило наличие неко­то­рых недо­ра­бо­ток в тех­ноло­гии, что выра­жа­лось в сбоях на этапе засыпки диок­сида урана в оболочки, при про­питке порошка медно-маг­ни­е­вым сплавом в печи разо­грева и при выгрузке сборки из печи разо­грева.

Как ока­за­лось, крупка диок­сида урана засы­па­лась в оболочки твэлов без какой-либо пред­ва­ри­тель­ной под­го­товки, непо­сред­ственно из тран­с­порт­ного кон­тейнера, имев­шего нефик­си­ро­ван­ное ручное упра­в­ле­ние. При такой засыпке по всему объёму сер­деч­ника обра­зо­вы­вались мел­ко­дис­пер­с­ные пробки, которые не только плохо про­пи­ты­вались медно-маг­ни­е­вым сплавом, но и мешали ему рав­но­мерно рас­пре­де­ляться по сер­деч­нику. Чтобы добиться рав­но­мер­ной про­питки сер­деч­ника, при­хо­ди­лось суще­ственно пере­гре­вать и бачок со сплавом, и сборку твэлов, а также уве­ли­чи­вать время, отво­ди­мое на про­питку сер­деч­ни­ков. Дли­тель­ный пере­грев при­во­дил к суще­ствен­ному утол­ще­нию эвтек­ти­че­ского слоя на вну­трен­них оболоч­ках твэлов, а значит, к нара­щи­ва­нию барьера, пре­пят­ство­вав­шего отводу тепла от сер­деч­ника к теп­ло­но­си­телю. Надо было избавиться от этих нега­тив­ных явлений. Но как? Я пред­поло­жил, что в данном случае могут помочь при­ну­ди­тель­ное рас­пре­де­ле­ние диок­сида урана по фрак­ци­он­ному составу и обес­пе­че­ние непре­рыв­но­сти струи при засыпке порошка.

Реали­зуя свою идею, я раз­ра­бо­тал кон­струк­цию нового четы­рех­сек­ци­он­ного бункера-доза­тора, обес­пе­чи­вав­шего нужное рас­пре­де­ле­ние крупки в секциях, полу­че­ние необ­хо­ди­мого фрак­ци­он­ного состава и непре­рыв­ность исте­че­ния порошка. Мой бункер-дозатор поз­во­лял запол­нять крупной фрак­цией порошка и нижнюю часть, и пери­фе­рию, и верх стер­ж­ней, устра­няя при этом слу­чайные скоп­ле­ния мел­ко­дис­пер­с­ной крупки и давая воз­мож­ность рав­но­мерно про­пи­ты­вать медно-маг­ни­е­вым сплавом сер­деч­ники по всей их длине. А рав­но­мер­ное рас­пре­де­ле­ние топлива в сер­деч­нике твэла исклю­чало воз­ник­но­ве­ние в нём тем­пе­ра­тур­ных пере­па­дов в про­цессе экс­плу­а­та­ции и, соот­вет­ственно, пре­пят­ство­вало поя­в­ле­нию меха­ни­че­ских напря­же­ний, при­во­дя­щих к обра­зо­ва­нию микро- и макро­пор, мелких отвер­стий и дыр, чре­ва­тых выходом осколоч­ных про­дук­тов из твэла в пер­вич­ный контур теп­ло­но­си­теля.

Работая на ЭМЗ с УГРИ-2, я также видел, что при выгрузке сборки из печи разо­грева и опус­ка­нии её на пол виб­ро­стенда сборка гнётся. При изгибе сборки эвтек­ти­че­ский слой неиз­бежно под­вер­га­ется неза­пла­ни­ро­ван­ному воз­действию и раз­ру­ша­ется слу­чайным образом, так же слу­чайно изменяя условия теп­ло­съёма с сер­деч­ника твэла в теп­ло­но­си­тель. В реаль­ных усло­виях реак­тора это может при­ве­сти к ката­строфе. Для пре­дот­вра­ще­ния дефор­ма­ции сборки при её пере­ме­ще­нии мной было найдено такое кон­струк­тив­ное решение: осна­ще­ние рёбрами жёст­ко­сти несущей трубы сборки. Со своими кон­струк­тор­скими идеями и пред­ло­же­ни­ями по совер­шен­ство­ва­нию тех­ноло­гии про­из­вод­ства твэлов дис­пер­си­он­ного типа я озна­ко­мил В. В. Гор­ского и А. В. Позд­ня­кову. И получил одо­бре­ние.

В том же 1967 году стало ясно, что при отра­ботке твэль­ной тех­ноло­гии ЭМЗ прак­ти­че­ски пол­но­стью израс­хо­до­вал нор­ма­тив­ные запасы деля­щихся и кон­струк­ци­он­ных мате­ри­а­лов, но добился при этом неу­те­ши­тель­ных резуль­та­тов. Время, отведён­ное на отра­ботку тех­ноло­гии, под­хо­дило к концу, а в каждой пробной серии почти поло­вина про­дук­ции бра­ко­ва­лась, и лишь 50% твэлов оце­ни­вались как при­год­ные для даль­нейшего исполь­зо­ва­ния.

В тот период главным инже­не­ром ЭМЗ был К. Я. Егоров. Видя, что срок сдачи Заказа № 501 неу­мо­лимо при­бли­жа­ется, он решил уза­ко­нить пяти­де­сяти­про­цен­т­ное отбра­ко­вы­ва­ние про­из­во­ди­мых на ЭМЗ твэлов дис­пер­си­он­ного типа. Чтобы офи­ци­ально про­ве­сти такое решение, необ­хо­димо было полу­чить согла­сие пред­при­ятия-раз­ра­бот­чика, то есть ВНИИНМ. Инсти­тут должен был согла­ситься на пяти­де­сяти­про­цен­т­ный выход готовой про­дук­ции и дать раз­ре­ше­ние на штатный выпуск её с таким про­цен­том брака.

К. Я. Егоров при­гла­сил А. В. Позд­ня­кову на завод в Элек­тро­сталь. Зная, о чём пойдёт речь, Альбина Васи­льевна пред­ва­ри­тельно выяс­нила у меня, сколько времени потре­бу­ется для пере­вода «в металл» нового четырёх­сек­ци­он­ного бункера-доза­тора и для устройства на заводе стенда, поз­во­ля­ю­щего засы­пать порошок диок­сида урана в оболочки твэлов по усо­вер­шен­ство­ван­ной тех­ноло­гии. Я просил на эту работу две недели. На ЭМЗ состо­ялся тяжёлый раз­го­вор, в ходе кото­рого Альбину Васи­льевну прак­ти­че­ски при­ну­ждали зави­зи­ро­вать выпуск твэлов в рамках Заказа № 501 с пяти­де­сяти­про­цен­т­ным браком. А. В. Позд­ня­кова попро­сила пере­не­сти окон­ча­тель­ное решение вопроса на две недели с тем, чтобы реали­зо­вать пред­ло­же­ния А. И. Юдина.

За период отсрочки на заводе был собран и уста­но­в­лен мой четырёх­сек­ци­он­ный бункер-дозатор, сделан новый стенд сна­ря­же­ния твэлов и начат выпуск изделий по усо­вер­шен­ство­ван­ной тех­ноло­гии. Суть нов­ше­ств состо­яла в том, что в секциях бункера-доза­тора фор­ми­ро­вался порошок с опре­делён­ным фрак­ци­он­ным соста­вом, процесс запол­не­ния порош­ком оболо­чек твэлов стал авто­ма­ти­че­ским, непре­рыв­ным и рав­но­мер­ным. Это пре­дот­вра­щало поя­в­ле­ние поло­стей и устра­няло скоп­ле­ния мел­ко­дис­пер­с­ных слоёв на концах сер­деч­ника и по всему его объему. За счет рав­но­мер­ного рас­пре­де­ле­ния крупки в твэлах нор­мали­зо­вался процесс их заливки медно-маг­ни­е­вым сплавом. Сокра­щались период и тем­пе­ра­тура заливки. Эвтек­ти­че­ский слой на оболоч­ках умень­шался с 80–85 мкм до 2–5 мкм.

Резуль­тат вне­дрен­ных усо­вер­шен­ство­ва­ний пре­взо­шел все ожи­да­ния: 97% и даже 100% годной про­дук­ции. Уль­тра­з­ву­ко­вой прибор кон­струк­ции В. Т. Про­ня­кина и В. Т. Шмарова, исполь­зо­вав­шийся для кон­троля каче­ства твэлов, пока­зы­вал сплош­ные белые полосы с попа­да­ю­щимися кое-где неболь­шими черными пятнами вместо прежних черных полос с редкими белыми пятнами. Я был рад и гор­дился тем, что мой вклад в общее дело поз­во­лил суще­ственно повы­сить выход рабо­то­с­по­соб­ных энер­гети­че­ских твэлов.

В 1968 году по пред­ло­же­нию А. В. Позд­ня­ко­вой диаметр твэлов дис­пер­си­он­ного типа был уве­ли­чен до 23 мм. На ЭМЗ посту­пил прави­тель­ствен­ный Заказ № 502, пре­ду­сма­т­ри­вав­ший осво­е­ние тех­ноло­гии про­из­вод­ства обно­в­лен­ных теп­ло­вы­де­ля­ю­щих эле­мен­тов. Пред­по­ла­гая, что все труд­но­сти с осво­е­нием про­из­вод­ства твэлов уже позади, руко­вод­ство ЭМЗ отка­за­лось от науч­ного руко­вод­ства со стороны ВНИИНМ. Два года работ­ники Элек­тро­сталь­ского завода кор­рек­ти­ро­вали доку­мен­та­цию и отра­ба­ты­вали тех­ноло­гию изго­то­в­ле­ния уве­ли­чен­ных в диа­метре твэлов. Однако резуль­тат вновь ока­зался пла­чев­ным: поло­вина бра­ко­ван­ной про­дук­ции.

В тот период я работал по другой тема­тике и решал в 50-м корпусе ЭМЗ другую задачу. Но попав в цех №39, где нахо­ди­лась зна­ко­мая уста­новка, я не мог не пройти по всей тех­ноло­ги­че­ской цепочке изго­то­в­ле­ния твэлов. Мое вни­ма­ние при­вле­кли мно­го­чи­с­лен­ные нару­ше­ния исход­ной тех­ноло­гии, которые допус­кались работ­ни­ками завода. Всего таких нару­ше­ний я нас­читал более два­дцати. Обдумав уви­ден­ное на ЭМЗ, я составил доклад­ную записку на имя д.т.н., про­фес­сора А. Г. Само­йлова и в скором времени лично изложил её суть Андрею Гри­го­рье­вичу. Мои основ­ные пред­ло­же­ния как кон­струк­тора и изо­б­рета­теля состо­яли в сле­ду­ю­щем. На бункер-дозатор следует уста­но­вить мой уже опро­бо­ван­ный прибор УГРИ, обес­пе­чи­ва­ю­щий кон­троль высоты столба засы­па­е­мого порошка. Для устра­не­ния мел­ко­дис­пер­с­ных пробок, поя­в­ля­ю­щихся в верхней части засы­па­е­мого порошка, в донной части бункера-доза­тора, на его вну­трен­ней стенке, необ­хо­димо встро­ить допол­ни­тель­ные «карманы», вме­ща­ю­щие по 0,5 кг диок­сида урана, которые авто­ма­ти­че­ски будут запол­няться круп­но­ф­рак­ци­он­ной крупкой. Выход­ные отвер­стия из этих «кар­ма­нов» будут откры­ваться только тогда, когда из основ­ных секций бункера-доза­тора высы­п­лется вся крупка. Кроме того, для раз­грузки тяги клапана, пере­кры­ва­ю­щего донное отвер­стие, следует ввести в кон­струк­цию бункера-доза­тора экран тяги в виде трубки, рас­по­ла­га­ю­щейся по всей длине этой тяги, что поз­во­лит клапану, пере­кры­ва­ю­щему отвер­стие, сво­бодно пере­ме­щаться и надежно пере­кры­вать выход­ное отвер­стие. При этом кромку клапана необ­хо­димо сделать острой, чтобы при виб­ра­ции он не при­от­кры­вал донное отвер­стие.

Через неко­то­рое время на ЭМЗ состо­я­лось сове­ща­ние, посвящён­ное резуль­та­там осво­е­ния твэль­ной тех­ноло­гии. От ВНИИНМ на это сове­ща­ние были при­гла­шены сотруд­ники Л-18 В. П. Косто­ма­ров и П. В. Морозов, а также началь­ник этой лабо­ра­то­рии А. Г. Само­йлов. Андрей Гри­го­рье­вич пред­ло­жил и мне поехать в Элек­тро­сталь. На сове­ща­нии высту­пали многие. Я тоже взял слово и изложил содер­жа­ние своей доклад­ной записки. По итогам сове­ща­ния было решено немед­ленно при­сту­пить к устра­не­нию выя­в­лен­ных недо­стат­ков, взяв за основу заме­ча­ния и пред­ло­же­ния, изло­жен­ные в доклад­ной записке А. И. Юдина.

За корот­кий период все кон­струк­тив­ные недо­ра­ботки и откло­не­ния от тех­ноло­гии изго­то­в­ле­ния твэлов, реко­мен­до­ван­ной ВНИИНМ, были устра­нены. В резуль­тате выход каче­ствен­ных твэлов достиг 100%. И со сле­ду­ю­щего года на второй блок Бело­яр­ской АЭС стали серийно поста­в­ляться теп­ло­вы­де­ля­ю­щие эле­менты, про­из­ведён­ные на ЭМЗ. Они рабо­тали пре­красно. Вплоть до снятия реак­тора с экс­плу­а­та­ции не было ни одного случая выхода этих твэлов из строя.

Моё участие в работе Элек­тро­сталь­ского маши­но­стро­и­тель­ного завода по про­из­вод­ству энер­гети­че­ских твэлов было отме­чено довольно нео­бычно — выдачей удо­сто­ве­ре­ния испол­кома Москов­ского город­ского Совета депу­та­тов тру­дя­щихся о бес­сроч­ном пре­до­ста­в­ле­нии Юдину А. И., изо­б­рета­телю, рабо­та­ю­щему во ВНИИНМ, права поль­зо­ва­ния допол­ни­тель­ной жилой пло­ща­дью в размере 20 кв.м. для слу­жеб­ных занятий на дому.

Во ВНИИНМ мне дове­лось рабо­тать 45 лет. За эти годы мной и при моем непо­сред­ствен­ном руко­вод­стве было раз­ра­бо­тано и вне­дрено в про­из­вод­ство на заводах в Москве, Челя­бин­ске-40, Элек­тро­стали и Усть-Каме­но­гор­ске 45 уста­но­вок и при­бо­ров для нераз­ру­ша­ю­щих испы­та­ний и нераз­ру­ша­ю­щего кон­троля спе­циз­де­лий, пред­на­зна­чен­ных для энер­гети­че­ских, тран­с­порт­ных и других типов реак­то­ров. Прак­ти­че­ски всю свою жизнь кон­струк­тора и изо­б­рета­теля я прожил, думая о твэлах, трудясь в инте­ре­сах обо­ронно-про­мыш­лен­ного ком­плекса страны и неиз­менно следуя правилу: «Не всегда говори, что знаешь, но всегда знай, что гово­ришь».