Как принятое некогда политическое решение о постепенном отказе Германии от атомной энергетики отразится на экологии, сказать пока трудно. Но то, что это решение больно ударило по некоторым направлениям научно-исследовательских работ, сомнений не вызывает. Одна из таких дисциплин - безопасность атомных реакторов. Некогда Германия была в этой области лидером, а сегодня здесь мало кто занимается этой тематикой. Тем большего внимания заслуживают опыты на установке TOPFLOW (Transient Two Phase Flow Test Facility), осуществляемые специалистами Института проблем безопасности Исследовательского центра в Дрездене-Россендоре. Эта многоцелевая установка для проведения термогидравлических экспериментов была сооружена в 2002 году и с тех пор служит испытательным стендом, позволяющим изучать технологические процессы в двухфазной среде в условиях высоких давлений и температур.

Эксперименты продолжаются

В изрядно упрощенном виде ее можно описать как огромный электропаровой котел и связанную с ним систему резервуаров и трубопроводов, по которым циркулирует вода - вернее, смесь воды и водяного пара. Мощность установки достигает 4 мегаватт, давление - 70 бар, температура - 286 градусов Цельсия. Это позволило дрезденским исследователям использовать ее для моделирования условий, характерных для первого контура атомного реактора. "Установка дает нам возможность во всех деталях проследить за перемещением этой двухфазной среды, - говорит инженер Уве Хампель (Uwe Hampel), - мы видим поверхность потока и движение пузырьков, мы можем судить о размере пузырьков, мы знаем, на какую область потока - середину или края - приходится максимум паровыделения".

Конечно, все это ученые видят не непосредственно в трубе, а на экране своих компьютерных мониторов. Исходную информацию для такой визуализации они получают от особых сенсоров, представляющих собой что-то вроде натянутых внутри трубопровода поперек течения тонких проволочных сеток с квадратными ячейками. В каждой точке пересечения двух проволочек ученые могут измерить электропроводность среды и таким образом определить, находится ли в этой точке жидкость или газ. Каждый такой сенсор состоит из 64 узлов по вертикали и стольких же узлов по горизонтали и регистрирует 10 тысяч кадров в секунду. Впрочем, благодаря специальным высокоскоростным видеокамерам дрезденские ученые имеют возможность судить и о форме пузырьков.

"Мы привыкли представлять себе пузырьки газа в жидкой среде более или менее сферическими, - говорит Уве Хампель, - однако в условиях высокой турбулентности потока возникают мощные завихрения. При этом образуются пузырьки неправильной, рваной формы, хотя структура пара в целом и сохраняет когерентность. Алгоритмы, используемые нами для расчетов, позволяют виртуально экстрагировать пузырьки из потока и измерять их - объем, площадь поверхности и ряд других параметров".

Результаты пользутся спросом, но пока больше за рубежом

Все эти данные обобщаются в рамках большой компьютерной модели, на основе которой рассчитываются динамические характеристики жидкостных и газовых потоков в контурах АЭС. "Результаты наших измерений пользуются огромным спросом в других странах, - говорит Хампель. - Ведь теоретикам, занимающимся разработкой математического аппарата, нужны экспериментальные данные для проверки своих алгоритмов".

На той же установке дрезденские ученые моделируют и конкретные аварийные сценарии - вроде разгерметизации контура охлаждения в реакторе с водой под давлением. Полученные экспериментальные данные помогают в создании более надежных компьютерных моделей. И все же исследователи не теряют надежды, что их работа не только поможет избежать аварийных ситуаций на действующих АЭС, но и внесет важный вклад в проектирование атомных реакторов следующего поколения. Ведь в Германии близятся парламентские выборы, после которых новое правительство может и пересмотреть старое решение об отказе от атомной энергетики.

Впрочем, "даже если нынешний курс останется прежним, Германии все равно следует в собственных интересах держать руку на пульсе развития отрасли и прилагать максимум усилий к обеспечению безопасности реакторов, в какой бы стране они ни возводились, - говорит профессор Франк Петер Вайс (Frank Peter Weiß), директор Исследовательского центра в Дрездене-Россендорфе. - А значит, мы обязаны сохранить высокий уровень квалификации в этой технологической сфере".

Автор: Владимир Фрадкин

Редактор: Ефим Шуман