«Тренер» для атомщиков

Студенты ТПУ обучаются на не имеющем мировых аналогов тренажере для производств по разделению изотопов

«Ядерная держава — это не то государство, у которого есть ядерное оружие, а то, где есть производство, позволяющее получать изотопно-модифицированные материалы. В частности, уран», — такими словами начинает свой рассказ об интереснейшей и крайне ответственной науке — физике разделения изотопов — доцент Инженерной школы ядерных технологий Томского политехнического университета Сергей Тимченко.

Сегодня в мире производства по разделению изотопов существуют лишь в ряде ведущих атомных держав. Лидеры в этом направлении — Россия, США и Франция. Информация об уникальных технологиях каждого производства, а также о количестве содержащихся на предприятиях газовых центрифуг для разделения изотопов хранится под строгим секретом. Производства по разделению изотопов крайне нужные, но и, в случае возникновения аварий или нештатных ситуаций, крайне дорогие. Именно поэтому к пульту управления заводами по разделению изотопов на атомных предприятиях допускаются только лучшие и опытнейшие инженеры.

Между тем, студенты ТПУ уже с 3-го курса учатся управлять таким высокотехнологичным производством, благодаря уникальному, не имеющему мировых аналогов, тренажеру, разработанному учеными Томского политеха. С его помощью молодые инженеры знакомятся с тем, как работает реальное производство, усваивают принципы самой технологии разделения изотопов, а также отрабатывают штатные и нештатные аварийные ситуации, которые могут возникнуть на предприятии.

Как разделить изотопы и не разбить центрифуги

— В ядерно-топливном цикле самая сложная задача — получение изотопно-модифицированного ядерного топлива. Дело в том, что природная смесь урана не пригодна для ядерного реактора. Ее необходимо обогащать. Осуществляется это как раз с помощью процесса разделения изотопов. Это сложный и высотехнологический процесс изменения изотопного состава вещества, состоящего из смеси различных изотопов одного химического элемента. Из одной смеси изотопов или химических соединений на выходе процесса получают две смеси: одна с повышенным содержанием требуемого изотопа (обогащенная смесь), другая с пониженным (обедненная смесь). Трудность заключается в том, что изотопы обладают практически одинаковыми физико-химическими свойствами, и разделить их очень сложно. Именно поэтому не многие страны обладают подобной технологией. Сегодня такие производства есть в России, Франции, США, Японии, Китае, Голландии, Германии, Иране, Пакистане, — отмечает Сергей Тимченко. — Исторически сложилось так, что в США и Франции для разделения изотопов используется газовая диффузия, а в России — более эффективный метод — газовые центрифуги, которые можно использовать не с одной целью, как на зарубежных предприятиях, а для выполнения различных производственных задач. Однако оборудование это очень сложное и дорогое.

Газовая центрифуга вращается на высоких скоростях. Центробежная сила придавливает газ с содержащимися в нем изотопами к стенке, за счет диффузии более легкие изотопы занимают свой радиус, а более тяжелые — свой. Усиливает этот эффект особая гидравлика центрифуги. Далее их переводят из газовой фазы в твердую и получают металлический уран, а затем прессуют его в ТВЭЛы. —Современная газовая центрифуга может работать несколько десятков лет. Именно поэтому очень важно поддерживать необходимый технологический режим, чтобы сохранять это дорогостоящее оборудование в рабочем состоянии, — описывает процесс Сергей Тимченко.?—

Могут возникнуть и аварийные ситуации: отключение электроэнергии, износ оборудования, гидравлическая волна и т. д. Важно, чтобы персонал мог как можно быстрее на это отреагировать. Для этого действия сотрудников должны быть отточены до автоматизма. Отрабатывать такие ситуации в жизни, на работающем оборудовании практически невозможно. Вспомнить и суметь применить знания из инструкции в момент возникновения аварии, не имея опыта физических действий, тоже проблематично. Чтобы решить эту проблему, по заказу наших партнеров из Росатома мы создали тренажер, который помогает нарабатывать персоналу опыт действий в аварийных ситуациях.

Тренажер политехников уже внедрен на предприятия Росатома — АО «СХК» («Сибирский химический комбинат») и АО «ПО «Электрохимический завод». С помощью него сейчас на СХК специалисты подтверждают квалификацию. В частности, работа на тренажере ТПУ была включена в один из экзаменов на предприятии. Сергей Тимченко добавляет, что на сегодняшний день аналогичных тренажеров не существует не только в России, но и за рубежом.

Опыт без производственных потерь

После внедрения такого «помощника» на предприятиях, ученые ТПУ решили использовать его также для обучения студентов-атомщиков. В 2017 году внедрение тренажера в учебный процесс было полностью завершено. За несколько лет его испробовал уже не один курс политехников. Так, к примеру, выпускник вуза Иван Ушаков, ныне инженер школы ядерных технологий ТПУ, стал одним из первых, кто прошел обучение на этом тренажере, а после окончания университета принял участие в создании его упрощенной версии для студентов.

— Для студента, не знакомого с элементарными вещами, промышленная версия — сложная. На первых порах ребята путались, не понимали, что нужно делать. Тогда мы упростили тренажер, внедрив в него штатные ситуации на предприятии. Это стандартные будничные операции: включение и вывод оборудования из работы, включение и переключение клапанов, датчиков, переход оборудования из одного режима работы в другой и т. д.

И только после того, как ребята осваивают штатные ситуации, они переходят к более сложным заданиям — решению проблем в случае возникновения аварийных ситуаций, — добавляет Иван Ушаков.

Помогали ученым ТПУ моделировать штатные производственные процессы для студентов сотрудники СХК. Программа состоит из двух блоков: теоретического и практического. Выполняя задание, студент попутно отвечает на теоретические вопросы, которые появляются тут же, во всплывающем окне.

— Чтобы стать инженером щита и получить доступ к пульту управления дорогостоящим оборудованием, выпускнику вуза предстоит проработать в цехе на протяжении нескольких лет. Да и потом не всех сотрудников допускают до управления. А наш тренажер уже сейчас позволяет студентам поработать с системой управления газовыми центрифугами и понять, как все устроено. Это помогает нам выпускать подготовленных к реальным условиям производства специалистов, — заключает Сергей Тимченко.

Виталина Михетко