„Branduolinė energetika yra sudėtinga sritis, reikalaujanti aukščiausio lygio žinių ir ilgalaikės patirties. Tad jau šiandien būtina rūpintis specialistų išlaikymu ir kompetencijų stiprinimu, net jei sprendimai dėl naujų branduolinių projektų bus priimti tik ateityje“, – sako LEI Branduolinių įrenginių saugos laboratorijos vadovas dr. Sigitas Rimkevičius. Jo vadovaujamas mokslo padalinys savo darbu prisideda prie saugesnės, patikimesnės ir tvaresnės energetikos ateities.
Įgyta reikšminga patirtis
Branduolinių įrenginių saugos laboratorija – tai vienas svarbiausių mokslo centrų, Lietuvoje atliekančių branduolinės saugos ir energetikos sistemų tyrimus. Ilgametę savo patirtį laboratorija pradėjo kaupti 1992 m., kai po valstybės nepriklausomybės atkūrimo susikūrė Ignalinos atominės elektrinės saugos analizės grupė. Vėliau ši grupė išaugo į atskirą laboratoriją, kuri 1998 m. oficialiai tapo savarankišku instituto mokslo padaliniu.
Dr. S. Rimkevičius pasakoja, kad pagrindinė laboratorijos veikla iš pradžių buvo susijusi su Ignalinos AE saugos užtikrinimu bei modernizacija, kad ji atitiktų tarptautinius standartus. Vėliau daug dėmesio skirta saugiam elektrinės eksploatacijos nutraukimui. Ši patirtis tapo pamatu laboratorijoje atliekamiems šiuolaikiniams tyrimams, kurie neapsiriboja vien tik branduoline energetika.
„Dauguma šiuo metu laboratorijoje veikiančių tyrimų grupių susiformavo remiantis patirtimi, įgyta dirbant su Ignalinos AE. Elektrinės reaktoriuje buvo daugiau nei 1600 kuro kanalų, kuriuose cirkuliavo branduolinį kurą aušinantis vanduo. Modeliuojant tokią sudėtingą sistemą, įgijome stiprių kompetencijų, kurias vėliau buvo galima pritaikyti ir kitose srityse, pavyzdžiui, šilumos tinklų modeliavime, – atskleidė laboratorijos vyriausiasis mokslo darbuotojas dr. Egidijus Urbonavičius. – Viena iš svarbių branduolinės saugos sričių yra tikimybinė saugos analizė. Jos metu kuriami įvairūs galimų avarinių scenarijų modeliai, vertinamos jų tikimybės ir pasekmės. Patirtis šioje srityje natūraliai peraugo į energetikos sistemų patikimumo ir saugos vertinimus, kuriuos šiandien galima taikyti ne tik branduolinėje energetikoje, bet ir visame sektoriuje.“
Išmanieji reaktoriai
Šiuo metu laboratorijos veiklą sudaro keturios tyrimų kryptys. Branduolinės energetikos technologijų tyrimų grupė, koordinuojama dr. Tado Kaliatkos, rūpinasi eksploatuojamų branduolinių jėgainių sauga ir patikimumu, dirba su pažangių branduolinių mažųjų modulinių reaktorių (MMR) technologijomis, atlieka tyrimus, susijusius su branduolinės energetikos objektų uždarymu ir saugos užtikrinimu.
„Mažieji moduliniai reaktoriai šiuo metu yra labai perspektyvi ir aktuali tema. Nors ši idėja nėra nauja, pastaruoju metu ji tapo itin populiari dėl geopolitinės situacijos, elektros energijos krizių, augančių kainų ir kitų iššūkių. Vis daugiau dėmesio skiriama mažiesiems branduoliniams reaktoriams, kuriuos būtų galima statyti arčiau miestų, gamyklų, duomenų centrų ar kitų objektų, užtikrinant jiems pastovų ir saugų elektros tiekimą, – paaiškino dr. T. Kaliatka. – Šioje srityje veikia daugybė startuolių ir yra sukurta daug skirtingų MMR koncepcijų. Nors Europoje kol kas nėra pastatytų ir realiai veikiančių tokių reaktorių, keletą pavyzdžių galima rasti pasaulyje. Vienas jų – Rusijoje, laive sumontuotas reaktorius, kuris gali prisijungti prie elektros tinklo ir aprūpinti energija nuo elektros tinklų nutolusius vartotojus, pavyzdžiui, miestą ar gamyklą. MMR taip pat pastatyti Kinijoje ir Argentinoje, o Kanadoje statomas BWRX-300 MMR, kokius planuojama diegti ir Europoje. Europos Komisija, siekdama pagreitinti šių klimatui neutralių energijos gamybos technologijų diegimą, sudarė MMR pramonės aljansą. Jo tikslas – palengvinti ir paspartinti pirmųjų MMR projektų kūrimą, demonstravimą ir diegimą Europoje 2030 m. pradžioje. Šiuo metu atrinkta 10 perspektyviausių MMR koncepcijų, kurias mūsų mokslininkai su partneriais tiria ir siekia pritaikyti Europoje.“
Pasak T. Kaliatkos, laboratorijos mokslininkai aljanse ne tik tiria saugą eksploatuojant šiuos reaktorius, bet ir analizuoja projektavime nenumatytų avarijų atvejus. Jie taip pat nagrinėja klausimus, susijusius su neutronų pernašos procesais, kurie, lyginant su dabartiniais reaktoriais, keičiasi dėl mažesnių reaktoriaus matmenų ar naudojamų medžiagų. Be to, testuojami nauji, avarijoms atsparūs kurai, atliekamos analizės, apžvelgiami šioje sparčiai besivystančioje srityje atlikti eksperimentiniai tyrimai bei modeliavimo pasiekimai. Neužmirštami klausimai, susiję su MMR uždarymu, bei kuro tvarkymu. Kadangi šioje srityje yra daug naujovių ir sparčiai vystomi tyrimai, laboratorijos mokslininkai stengiasi nuolat dalyvauti projektuose ir neatsilikti nuo pasaulinių tendencijų.
Dalelių sąveikos tyrimai
Kita laboratorijos veiklos kryptis – branduolių sintezės technologijų ir dalelių greitintuvų tyrimai. Dr. E. Urbonavičiaus koordinuojami mokslininkai tiria elementariųjų dalelių – neutronų, protonų, jonų – pernašos procesus ir jų sąveiką su įvairiomis medžiagomis. Tai leidžia geriau suprasti, kaip dalelės veikia branduolių sintezės įrenginių viduje esančias medžiagas, prognozuoti jų elgseną bei galimus gedimus.
Viena iš pagrindinių šios grupės tyrimų krypčių – medžiagų aktyvacija, t. y. kaip branduolių sintezės procese medžiagos tampa radioaktyvios dėl neutronų poveikio. Šios žinios yra itin svarbios planuojant įrenginių eksploataciją, techninę priežiūrą ir saugų radioaktyviųjų atliekų tvarkymą. Taip pat mokslininkai aktyviai nagrinėja branduolių sintezės įrenginių saugą ir patikimumą. Jie vertina galimų gedimų scenarijus, jų pasekmes bei kuria priemones, užtikrinančias stabilų ir saugų įrenginių darbą, kuris nekeltų pavojaus aplinkai ir žmonėms.
Svarbi šios laboratorijos grupės veiklos dalis – bendradarbiavimas su tarptautinėmis organizacijomis. Mokslininkai dalyvauja tarptautiniuose projektuose ir tinkluose, keičiasi naujausiomis žiniomis apie branduolių sintezės technologijas, dalelių greitintuvus bei saugos standartus. Tai leidžia Lietuvai aktyviai dalyvauti pasauliniuose mokslo atradimuose ir technologijų plėtroje.
Ateities energetika
Dr. E. Urbonavičius taip pat koordinuoja Lietuvos mokslininkų grupės darbą tarptautiniame Europos valstybių projekte EUROfusion, kurio tikslas – atlikti tyrimus ir pasiruošti būsimos branduolių sintezės elektrinės statybai.
Pasak mokslininko, lyginant su kitais energijos gamybos būdais, branduolių sintezė yra švaresnė ir saugesnė, nes jos reakcijos produktas yra neradioaktyvus helis, o į aplinką neišmetama CO2 ar kitų šiltnamio efektą sukeliančių dujų. Tad tai – tikra ateities technologija.
„Branduolių sintezė yra dviejų lengvų branduolių susiliejimas į vieną, sunkesnį. Šiam procesui įvykdyti reikalinga labai didelė energija, tačiau įvykus reakcijai, išsiskiria dar didesni energijos kiekiai, nei reikėjo sintezei prasidėti. Ši reakcija savaime vyksta žvaigždėse, jos dėka Saulė spinduliuoja energiją, kurios dalis šildo mūsų Žemę ir palaiko joje gyvybę, – paaiškino jis. – Šiuo metu Prancūzijoje statomas eksperimentinis reaktorius ITER, kuriuo mokslininkai nori įrodyti, kad įmanoma įžiebti Saulę Žemėje, ir iš branduolių sintezės atgauti daugiau energijos negu jos yra investuojama į reakciją. Išbandžius reaktorių, vėliau bus statoma reali branduolių sintezės elektrinė, kuri jau gamins elektrą ir ją tieks į tinklą. Su šiuo projektu dirba ir mūsų laboratorijos mokslininkai.“
Mokslo tyrimai – pramonei
Trečioji laboratorijos veiklų kryptis orientuota į praktinį termohidraulikos žinių pritaikymą, kuriant inovatyvius produktus ir pažangias technologijas. Šią sritį kuruoja dr. Marijus Šeporaitis, kurio koordinuojama mokslininkų grupė vykdo tiek fundamentinius, tiek taikomuosius tyrimus, siekiant spręsti aktualius pramonės iššūkius.
Mokslininkų kompetencija apima kelias svarbias sritis, kurios leidžia gilintis į sudėtingus fizikos ir inžinerijos procesus. Analizuojami termodinamikos procesai, tiriami šiluminių sistemų veikimo principai, siekiant atrasti efektyvesnius sprendimus. Atliekami šilumos ir masės mainų tyrimai, kurie padeda geriau suprasti ir optimizuoti šilumos bei masės pernašos procesus įvairiose pramoninėse sistemose. Taip pat naudojamas srautų dinamikos skaitinis modeliavimas (CFD), leidžiantis tiksliai modeliuoti skysčių ir dujų tekėjimą sudėtingose sistemose, taip prognozuojant ir gerinant jų našumą. Atliekami degimo ir sprogimo procesų tyrimai, kurių tikslas yra analizuoti ir modeliuoti šiuos reiškinius, užtikrinant procesų saugumą bei efektyvesnį valdymą.
Mokslininkų grupė nuolat plečia tarptautinės patirties bagažą. Pavyzdžiui, vyriausiasis mokslo darbuotojas dr. Mantas Povilaitis stažavosi JAV Nacionaliniame standartų ir technologijų institute (NIST) – viename iš pirmaujančių pasaulyje neutronų tyrimų centrų. Ši patirtis praturtina laboratorijos fundamentinių tyrimų lygį ir atveria naujas bendradarbiavimo galimybes.
Laboratorija taip pat aktyviai bendradarbiauja su pramonės įmonėmis, paversdama mokslines įžvalgas praktiniais sprendimais. Ilgametė partnerystė su viena seniausių Lietuvos metalo apdirbimo įmonių „ASTRA LT“ yra puikus to pavyzdys. Bendradarbiavimas, prasidėjęs nuo smūgio sugėriklių kūrimo Ignalinos AE panaudoto branduolinio kuro konteineriams, sėkmingai tęsiamas iki šiol, laboratorijai prisidedant prie įvairių „ASTRA LT“ technologinių ir produktų kūrimo projektų.
Svarbiausia – matematiniai įgūdžiai
Ketvirtoji laboratorijos tyrimų kryptis – energetikos sistemų integracijos, patikimumo, saugumo ir atsparumo trikdžiams tyrimai. Dr. Lino Martišausko kuruojami mokslininkai tiria, kaip užtikrinti energijos tiekimo saugumą, išmaniųjų miestų energetinių sistemų darnią integraciją bei technologinių sistemų atsparumą įvairiems trikdžiams. Ypatingas dėmesys skiriamas tiek visos energetikos sistemos energijos tiekimo saugumo vertinimui, tiek galimų avarinių situacijų ir trikdžių analizavimui. Taip pat vertinamas statybinių konstrukcijų, vamzdynų ir pramonės įrenginių patikimumas bei struktūrinis vientisumas, atsižvelgiant į tokius veiksnius kaip korozija, mechaniniai pažeidimai ar kiti defektai.
Šioje kryptyje taikomos pažangios tikimybinės saugos analizės metodikos, derinant statistinius, eksperimentinius ir modelinius tyrimus. Kuriami matematiniai optimizavimo modeliai, padedantys rasti efektyviausius sprendimus, kurie užtikrina energijos tiekimą ne tik mažiausiomis sąnaudomis, tačiau ir atsižvelgiant į energetinio saugumo dedamąją. Visa tai svarbu ne tik energijos tiekimo saugumui, bet ir platesniam kontekstui – klimatui neutralios, tvarios ir atsparios energetikos sistemos kūrimui.
Pasak dr. L. Martišausko, ši sritis reikalauja daug matematinių žinių. Skirtingai nei kitose branduolinės energetikos srityse, kur daugiausia remiamasi fizikos ir inžinerijos principais, energetikos sistemų modeliavime ir tikimybinėje saugoje svarbiausiu tampa gebėjimas matematiškai modeliuoti ir įvertinti riziką. Matematika čia tampa pagrindiniu įrankiu ne tik skaičiuoti, bet ir prognozuoti, įvertinti riziką bei priimti sprendimus.
Žinios neatsiranda per naktį
Nors Branduolinių įrenginių saugos laboratorijos veikla iš pradžių koncentravosi į branduolinės saugos klausimus, šiandien ji apima kur kas platesnį spektrą – nuo šiluminės fizikos ir branduolių sintezės tyrimų iki sisteminės energetikos atsparumo analizės. Čia dirbančių mokslininkų tikslas yra užtikrinti branduolinių ir visos šalies energetikos sistemų patikimumą, saugumą ir pažangą, glaudžiai bendradarbiaujant su tarptautiniais partneriais, pramone ir akademiniu pasauliu.
Pasak laboratorijos vadovo dr. S. Rimkevičiaus, artimoje ateityje planuojama į Institutą sugrąžinti ir branduolinės energetikos studijų programą bei vėl pradėti rengti jaunus šios srities specialistus.
„Jaunų specialistų pritraukimas yra didelis iššūkis, su kuriuo susiduriame. Kol branduolinės energetikos ateitis Lietuvoje neaiški, jaunuoliai nelabai nori rinktis šią, jų akimis, neperspektyvią specialybę, – pastebi jis. – Tačiau mes turime žvelgti plačiau – į ilgalaikę perspektyvą. Galimybė Lietuvai ateityje grįžti prie branduolinės energetikos išlieka, o kai tai nutiks, prireiks šios srities specialistų. Deja, jų per vieną naktį neišugdysi, šios srities kompetencijos ugdomos metų metus. Todėl turime išmintingai investuoti į jaunąją kartą dabar, kad ateityje turėtume žmonių, kurie gebės priimti atsakingus sprendimus, saugoti visuomenę ir užtikrinti šalies energetinį saugumą.“
Dr. S. Rimkevičius atkreipė dėmesį, kad vien reaktorių pastatyti neužtenka, būtinas išsilavinęs ir patyręs personalas, kuris sugebėtų juos eksploatuoti saugiai ir efektyviai. Ne mažiau svarbus ir valstybės priežiūros vaidmuo – būtini kvalifikuoti specialistai, atsakingi už branduolinių įrenginių priežiūrą, kurie kompetentingai vertintų techninę dokumentaciją, tikrintų saugos analizę ir priimtų sprendimus, užtikrinančius visuomenės apsaugą. Be to, reikalingos ir nepriklausomos mokslinės institucijos, kurios teiktų ekspertinę paramą tiek įrenginių operatoriams, tiek ir priežiūrą vykdančioms įstaigoms.
