Значення атомної енергетики для забезпечення енергетичної незалежності України важко переоцінити, а надто напередодні нинішнього осінньо-зимового періоду — найважчого за часів незалежності нашої країни. Нові методи оцінювання міцності та прогнозування ресурсу критичних елементів обладнання АЕС було висвітлено у доповіді в.о. директора Інституту проблем міцності імені Г.С. Писаренка НАН України Олександра ЧИРКОВА на засіданні президії академії.
На атомні електростанції припадає понад 50% усієї виробленої в Україні електроенергії. Як нагадав президент НАН академік Анатолій Загородній, на наших АЕС працює п’ятнадцять енергоблоків. Термін експлуатації дванадцяти з них було подовжено для роботи в понадпроєктний період, у чому значна заслуга і науковців академії.
Так, в Інституті проблем міцності імені Г.С. Писаренка отримано суттєві фундаментальні та прикладні результати, які знайшли втілення в практиці розрахунків з обґрунтування понадпроєктного строку експлуатації енергоблоків АЕС.
Першу частину доповіді Олександра Чиркова було присвячено розвитку та теоретичному обґрунтуванню математичних моделей і методів розв’язання нелінійних крайових задач, що описують неізотермічні процеси непружного деформування за умов інтенсивного термосилового навантаження тривалого нейтронного опромінення та докритичного пошкодження металу.
Друга частина містила практичні результати, що демонструють можливості та переваги розроблених методів розрахунку для оцінки міцності критичних елементів обладнання першого контуру реакторної установки ВВЕР-1000, зокрема корпусів реакторів, вузлів приварки колекторів теплоносія до корпусу парогенераторів та елементів внутрішньокорпусних пристроїв.
— Моделювання кінетики напружено деформованого стану та аналіз опору руйнуванню елементів обладнання АЕС належить до найскладніших задач механіки матеріалів і конструкцій, математичних і розрахункових методів аналізу, — зауважив Олександр Чирков.
Як ішлося у доповіді, розроблені методи впроваджено у спеціалізований програмний комплекс, який дозволено до застосування в атомній галузі України. Крім того, для оцінки міцності та ресурсу корпусів реакторів ВВЕР розроблено галузевий нормативний документ, який використано для обґрунтування подовження строків служби енергоблоків атомних станцій України.
Створений апарат розрахункових досліджень отримав вагоме впровадження у практику розрахунків подальшого строку експлуатації енергоблоків атомних станцій. Зокрема — для виконання державної експертизи робіт з обґрунтування міцності та опору руйнуванню корпусів реакторів ВВЕР-1000 на енергоблоках Запорізької, Рівненської та Південноукраїнської АЕС, для обґрунтування міцності основного металу та зварних швів парогенераторів енергоблока № 3 Рівненської АЕС. А також — для розрахунків на міцність корпусу та його складових частин дослідницького ядерного реактора Інституту ядерних досліджень НАН України.
Як зауважив академік-секретар відділення інформатики, заступник директора Інституту кібернетики імені В.М. Глушкова НАНУ академік Олександр Хіміч, найбільш вагомі теоретичні результати досліджень полягають у побудові та обґрунтуванні математичних моделей розвитку загальної теорії змішаних проєктно-сіткових методів скінченних елементів та розробці методів розв’язання нелінійних крайових задач багатофакторного аналізу нелінійного неізотермічного деформування. Крім того, за словами академіка Хіміча, результати є важливими для ширшого класу задач математичного моделювання механіки непружного деформування.
Світова практика свідчить про можливість подовження строку експлуатації атомних енергоблоків типу ВВЕР до 50–60 років і більше. Про це нагадав заступник директора Інституту електрозварювання імені Є.О. Патона НАН академік Леонід Лобанов, зауваживши, що науково-прикладні розробки Інституту проблем міцності НАН сприяють розв’язанню цього питання. Він також розповів, що до співпраці в галузі міцності ресурсу обладнання атомної енергетики залучено широке коло науковців академії.
Зокрема, фахівці Інституту електрозварювання розробили методику визначення залишкових напружень у зоні зварних з’єднань корпусів реакторів типу ВВЕР-1000 — як додаток до методики Інституту проблем міцності НАН.
Державний науково-технічний центр з ядерної та радіаційної безпеки розпочав плідну співпрацю з ІПМ більш як 20 років тому. Про це розповів начальник цього центру Олексій Шугайло. Зокрема, інститут залучено до виконання державних експертиз з ядерної та радіаційної безпеки в частині виконання перевіркових розрахунків обґрунтувань міцності корпусів реакторів, парогенераторів, компенсаторів тиску тощо. Також установи виконували спільні науково-дослідні роботи, зокрема було проведено вивчення та оцінку поведінки оболонки реактора ВВЕР-1000 в умовах змінених сейсмічних вихідних даних та їхній вплив на зусилля натягу арматурних канатів. Окрім того, було відзначено участь Інституту проблем міцності в аналізі повноти та достатності розрахункових обґрунтувань безпечної експлуатації корпусу реактора і виконанні перевіркових розрахунків на міцність цього важливого елементу. У результаті строк експлуатації декількох енергоблоків наших АЕС було подовжено до 2025–2027 року.
«Ми очікуємо, що подальші кроки ще як мінімум на 10 років подовжать термін експлуатації шляхом проведення періодичної переоцінки безпеки», — додав Олексій Шугайло.
На думку завідувача відділу Інституту проблем міцності імені Г.С. Писаренка НАН академіка Валерія Харченка, для розширення наукомістких досліджень і ефективнішої їх координації потрібна державна програма з науково-технічної підтримки безпечної експлуатації атомних станцій та продовження їхнього ресурсу — із широким залученням академічних інститутів.
Підготував Дмитро ШУЛІКІН
Фото пресслужби НАН
Газета “Світ”, № 35 – 36, вересень, 2022 р.