Архив
7октября
январяфевралямартаапрелямаяиюняиюляавгустасентябряоктябряноябрядекабря
2022
202220212020201920182017201620152014201320122011201020092008
ПнВтСрЧтПтСбВс
Перейти
Прочтений: 3960Томск, ТПУ, Фото

Распад урана и свет во тьме: за кулисами ядерного реактора

Как работает единственный за Уралом исследовательский ядерный реактор Томского политеха

Распад урана и свет во тьме: за кулисами ядерного реактора
Дмитрий Кандинский / vtomske.ru

Ядерный реактор Томского политехнического университета — единственный в России действующий реактор при вузе. Он был запущен в 1967 году и с тех пор неоднократно модернизировался. Среди направлений работы реактора — ядерная медицина. В частности, здесь производят радиофармпрепараты для диагностики и терапии рака.

В этом году у томского реактора юбилей — 55 лет с запуска. О том, как устроен исследовательский реактор, чем занимаются ученые в лабораториях, мы расскажем в нашем материале.

***

Немного истории. Строительство исследовательского ядерного реактора началось в 1959 году. Одновременно вокруг него строился жилой поселок Спутник для сотрудников и обслуживающего персонала. Физический пуск реактора мощностью 1 МВт произошел 22 июля 1967 года.

За первый год эксплуатации мощность реактора довели до 2 МВт. На объекте начали проводить исследования по нейтронно-активационному анализу, ядерной биологии, медицине, радиофизические исследования материалов, работы с полупроводниками.

За полвека реактор ТПУ пережил несколько реконструкций, в частности, в 1977 году для него смонтировали новый бак из стали и изменили схему охлаждения активной зоны. Это позволило увеличить мощность в три раза — до 6 МВт.

В конце 80-х, по данным политеха, на реакторе появилась установка для ядерного легирования кремния, начались исследования в области радиофармпрепаратов. В конце 90-х здесь развернулось производство изотопов для онкологических клиник Сибири.

В 2016 году была завершена масштабная модернизация, начавшаяся в 2014-м. На ее проведение ТПУ получил из госказны 147 миллионов рублей. В результате были установлены дополнительные экспериментальные каналы, в которых идет облучение, модернизированы все линии легирования кремния, производства радиофармпрепаратов, линия для испытания материалов под воздействием мощных потоков нейтронов и гамма-излучения.

В 2021 году Томский политех продлил лицензию на право эксплуатации своего исследовательского ядерного реактора на 10 лет.

Бассейн и свет во тьме

Исследовательский реактор ТПУ является бассейновым — его активная зона, состоящая из топливных элементов и регулирующих стержней, размещается в бассейне с водой. Его объем — 50 кубометров, глубина бака — семь метров.

Вода в бассейне сверхчистая — деминерализованная. Она не оставляет никаких отложений. Выполняет вода несколько функций: охлаждение зоны, биологическая защита от излучения и одна из основных — замедление нейтронов.

Слой воды непосредственно над активной зоной реактора настолько сильно экранирует излучение, что операторы могут безопасно работать непосредственно над реактором.

Бассейн окружен бетоном, а сверху вмонтировано толстое стекло. Оно прозрачное, поэтому когда реактор запущен на полную мощность, на дне бака можно увидеть синее свечение. Это эффект Вавилова — Черенкова. Свечение вызывается заряженными альфа- и бета-частицами, которые движутся быстрее скорости распространения света в прозрачной среде (воде).

Бассейн постоянно подпитывается. Полностью воду в нем не меняют, но во время работы происходит естественная убыль, в частности, из-за вентиляции в зале.

В качестве топлива в реакторе используется уран-235. При поглощении одного нейтрона он испускает два. Они вступают в реакцию с другими атомами урана, в результате чего нейтронов становится больше. Данный процесс называется цепной ядерной реакцией.

Часть нейтронов поглощается водой и бетоном вокруг бассейна, другие нейтроны используются в экспериментальных каналах для проведения исследований. Еще часть поглощают специальные стержни из карбида бора, которые нужны для регулирования количества нейтронов в активной зоне реактора, поясняют в ТПУ.

В зале реактора есть оборудование дозиметрического контроля, оно работает по принципу светофора. Когда у прибора горит красная лампа, это означает, что возле бассейна можно находиться не больше часа, поясняют специалисты. Желтый цвет говорит о том, что можно работать несколько часов, зеленый — ограничений нет.

Управление реактором происходит из пультовой. В каждую смену за пультом находятся два человека: начальник смены и инженер по управлению реактором. Начальник смены отвечает за все, что происходит во время его работы.

Из пультовой регулируют все процессы по реактору: вывод его на мощность, изменение мощности, остановка работы и другие вещи, касающиеся эксплуатации.

С декабря прошлого года на реакторе работает магистрантка Томского политехнического университета физик-ядерщик Алина Горбунова. Девушка учится на втором курсе магистратуры по программе «Ядерные реакторы и энергетические установки».

Недавно Алина получила разрешение Ростехнадзора на самостоятельную работу в должности инженера по управлению исследовательским ядерным реактором. Чтобы получить разрешение, ей нужно было пройти полугодовое обучение, стажировку и сдать в общей сложности девять экзаменов — внутренних и перед комиссией Ростехнадзора, непосредственно на реакторе.

По данным ТПУ, Алина Горбунова стала первой девушкой в стране с таким разрешением.

— Ядерный реактор — это вообще моя любовь. Мне очень нравится ядерная физика и все, что с ней связано. Ощущение того, что ты, маленький человек, управляешь такой большой энергией, понимаешь, как это работает, можешь контролировать процессы — очень вдохновляет, — рассказала Алина.

Свое будущее она связывает только с атомной энергетикой.

На случай нештатных ситуаций у персонала разработаны необходимые инструкции. Например, при пожаре необходимо остановить работу реактора, объявить об эвакуации, предупредить охрану.

Пожарным, когда они приедут на место, начальник смены должен доложить, что оборудование обесточено, и дать информацию о радиационном фоне в предполагаемом месте возгорания.

Нештатные ситуации на исследовательском реакторе отрабатывают во время учений.

Спасительная радиация

У исследовательского реактора Томского политеха несколько направлений работы — ядерная медицина, изотопное конструирование, нейтрон-активационный анализ, а также радиационные и ресурсные испытания приборов. Обо всем по порядку.

С помощью реактора политехнический университет разрабатывает и производит радиофармпрепараты — лекарственные средства, содержащие радиоизотопы. Их применяют при диагностике и лечении онкологических заболеваний.

— Радиоактивный изотоп выступает меткой в радиофармацевтическом лекарственном препарате, который при диагностике регистрируется гамма-камерой или при терапии оказывает лечебное воздействие на организм. При диагностике радиоактивная метка «прикрепляется» к реагенту и накапливается в определенном органе. Далее по количественному накоплению, скорости накопления и выведения выявляют работоспособность органа. При терапии изотоп вводится в организм для борьбы со злокачественным новообразованием, — поясняет начальник производственного отдела радиофармпрепаратов, завлабораторией № 31 ядерного реактора Евгений Нестеров.

Так, на базе реактора ученые получают диагностический изотоп технеций-99м. Это один из самых популярных радиоактивных изотопов в медицинской диагностике.

Для получения технеция специалисты облучают оксид молибдена. После этого радиоактивный порошок растворяется в колоннах, где формируется водная фаза радиоактивного препарата молибден. В течение 66 часов он распадается на технеций. В дальнейшем технеций растворяют в физрастворе. Готовый препарат фасуют по флаконам и отвозят в медучреждения.

А несколько лет назад ТПУ начал выпуск «чистых» изотопов лютеция (лютеций-177) для лечения рака. Преимущество лютеция-177 в том, что лечит он локально — убивает только патологические участки в организме, то есть раковые клетки.

Также разработаны оригинальные технологии получения иридия-192, вольфрама-188, рения-188, итрия-90.

Облученный кремний и голубые топазы

Научными направлениями другой лаборатории — № 33 — являются исследование воздействия нейтронного и гамма- излучения на конденсированные среды.

Лаборатория включает в себя комплекс ядерного легирования кремния. Сам по себе кремний является диэлектриком. Но под воздействием потока нейтронов внутри слитков чистого кремния появляются равномерные вкрапления атомов фосфора. Это делает кремний хорошим полупроводником одновременно с высоким сопротивлением.

По информации Томского политеха, вуз сейчас легирует кремний для всех российских производителей полупроводниковой продукции, а также для ряда зарубежных заказчиков. Это почти 5 % от всего объема ядерно-легированного кремния в мире.

Еще одно приложение изотопного конструирования на реакторе — окраска драгоценных и полудрагоценных камней, например, топазов. В природе они встречаются разных цветов, но ценится больше всего небесно-голубой. В природе найти такие топазы сейчас сложно, поэтому нужного цвета добиваются при помощи облучения быстрыми нейтронами.

После облучения камни становятся радиоактивными, и чтобы они стали безопасными, их отправляют в хранилище радиоактивных образцов для выдержки. Она может продлиться до года.

Подсчитать изотопы

Еще одно направление работы исследовательского реактора — нейтрон-активационный анализ (НАА). Это ядерный процесс, используемый для определения концентрации элементов или изотопов в образцах самых разных материалов.

— Если вы облучаете потоком нейтронов какой-то материал, он активируется и испускает гамма-излучение. Каждый элемент имеет набор гамма-линий, по которым его можно определить в будущем. <...> После облучения вещество некоторое время выдерживается и далее измеряется с помощью специального детектора, — пояснил инженер научной лаборатории изотопного анализа и технологий Иван Ушаков.

На реакторе проводится элементный анализ геологических, биологических, медицинских и других образцов.

По информации ТПУ, также на реакторе проводятся испытания, в процессе которых изучается поведение различных приборов в радиационной среде. Для этого моделируется ситуация, когда прибор «проживает» свой срок службы за относительно короткий срок. Это делается, чтобы отследить изменение свойств приборов и оценить их работоспособность и предполагаемый ресурс.

Исследовательский реактор выполняет еще одну функцию — образовательную. В год здесь проходят обучение несколько сотен студентов, которые изучают управление, проектирование атомных станций, ядерную безопасность, нераспространение ядерных материалов, ядерную медицину, в том числе производство радиофармпрепаратов.

Материал изменен. Добавлена информация про инженера реактора Алину Горбунову.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен, чтобы не пропускать самое интересное
Новости СМИ, 18+
Нашли опечатку — Ctrl+Enter

Редакция новостей: (3822) 902-904

×
Страница:
Ошибка:
Комментарий:
Сообщение отправлено. Спасибо за участие!
×