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».