ВЯРБ: Відділ радіаційного матеріалознавства та радіційного приладобудування

Завідувач відділу, д-р фіз.-мат. наук

 Габєлков Сергій Володимирович

Сергій Володимирович Габєлков народився 10 квітня 1961 р. у м. Балаклея Харківської області. У 1984 р. закінчив фізико-технічний факультет Харківського державного університету ім. О. М. Горького (зараз Харківський національний університет імені Н. В. Каразіна). С. В. Габєлков пропрацював 25 років у Національному науковому центрі «Харківський фізико-технічний інститут», пройшов шлях від молодшого наукового співробітника до начальника лабораторії радіаційно-стійких керамічних матеріалів. В ІПБ АЕС НАН України працює з 2012 р.

Кандидатську дисертацію захистив у 1996 р., докторську — у 2014 р.

Він є співавтором 147 наукових праць, серед яких 1 монографія, 6 патентів і авторських свідоцтв та 54 наукові статті.

Відділ матеріалознавства паливовмісних матеріалів (ПВМ) засновано у 1994 р. Фахівцями відділу були проведені науково-дослідні роботи по вивченню механічних, теплофізичних, електрофізичних, магнітних та інших властивостей ПВМ. Як і в перші роки, найбільшу увагу було приділено лавоподібним паливовмісним матеріалам (ЛПВМ), як найбільш радіаційно небезпечним.

Було досліджено фізико-хімічні процеси, які проходили у цих матеріалах, як при їх утворенні під час аварії 4-го енергоблока Чорнобильської АЕС, так і в подальшому при знаходженні в об’єкті «Укриття». Це дозволило розробити можливий сценарій аварії та створити уявлення про цей унікальний клас матеріалів.

Зусиллями колективу відділу було належним чином підготовлено приміщення I та II класу робіт з радіоактивними матеріалами та оформлено всі необхідні документи з урахуванням вимог ядерної на радіаційної безпеки.

На сьогодні у відділі працює 7 співробітників. Відділ виконує дослідження як за бюджетною тематикою, так і роботи за договорами з іншими організаціями України.

Основні напрямки діяльності Відділу:

• фізика радіаційних ушкоджень у керамічних та склокерамічних матеріалах;
• експериментальні дослідження опромінених конструкційних матеріалів і компонентів активної зони ядерних реакторів, що перебували під дією аварійних умов;
• експериментальні дослідження актуальних фізико-хімічних властивостей опроміненого ядерного палива і ПВМ створеного комплексу «Новий безпечний конфайнмент — Об’єкт Укриття» (НБК-ОУ);
• моніторинг стану і поведінки ПВМ об’єкта «Укриття» як фундаментально нерівноважної системи;
• розробка методичних та технологічних підходів до створення методів твердофазного кондиціонування ЛПВМ для забезпечення умов тривалого зберігання і/або їх захоронення у майбутньому.

Виконувані завдання:

• поглиблення рівня розуміння фізичних процесів, що відбуваються в ядерних матеріалах за умов важких ядерних аварій;
• експертна оцінка існуючих та пропонованих засобів поводження з матеріалами, що містять опромінене паливо та його компоненти;
• напрацювання рекомендацій щодо поводження з радіоактивними матеріалами НБК-ОУ в процесі його перетворення на екологічно безпечну систему;
• моніторинг стану ПВМ за змінами їх стану та фізичних характеристик;
• прогнозування стану й поведінки ПВМ комплексу НБК-ОУ в середньостроковій перспективі.

Результати діяльності за науковими напрямами:

• створена модель деградації мікроструктури ЛПВМ комплексу НБК-ОУ, виділено фізико-хімічні процеси, що визначають еволюцію мікроструктури ЛПВМ, визначено стадії деградації та їх тривалість;
• надано прогноз поведінки ЛПВМ на середньострокову перспективу;
• проведено моніторинг фізико-механічних властивостей ЛПВМ.

Дослідження, проведені відділом останнім часом, показали, що, наряду з газовими порами і тріщинами, ПВМ містять нанорозмірні порові канали. Показано, що саме наноканали з’єднали газові пори між собою і з зовнішнім середовищем, і забезпечили формування відкритої пористості матеріалу, яка відповідає за надходження повітря і води в структури ПВМ, що здійснює суттєвий вплив на процеси деградації їх структури і властивостей.

Серед великої кількості фізичних і хімічних процесів, що проходили раніше і проходять зараз у ПВМ, було виділено процеси, які визначають формування мікроструктури ПВМ (рис. 1), а саме:

• формування відкритих порових каналів у ПВМ за рахунок об’єднання, принаймні, частини треків альфа-часток, утворених при альфа-розпадах радіонуклідів;
• проникнення кисню повітря у ПВМ до включень оксидів урану через відкриті нанорозмірні порові канали;
• окислення киснем повітря оксиду урану UO₂ у включеннях;
• формування тріщин у ПВМ за рахунок збільшення обсягів включень оксидів урану;
• проникнення води у ПВМ через тріщини до включень оксидів урану;
• руйнування ПВМ через коливання температури за рахунок зміни агрегатного стану води, що знаходиться в газових порах і тріщинах;
• взаємодія води і розчинених у ній солей і газів з вищими оксидами урану і продуктами активації, утворення гідратів і розчинних сполук урану і трансуранових елементів.

Результати діяльності відділу знайшли своє відображення у численних звітах, наукових публікаціях в авторитетних тематичних виданнях як вітчизняних, так і закордонних.

Сектор дистанційних комплексів і технологій

     Напрями діяльності:

• розробка, випробування та впровадження обладнання, пристроїв, механізмів і програмного забезпечення для робіт у сферах атомної енергетики, ядерної та радіаційної безпеки, екології;
• проведення науково-дослідних робіт, пов’язаних із залученням радіаційно стійкої дистанційно керованої техніки;
• аналіз міжнародного досвіду розробок та використання дистанційно керованих пристроїв у сферах атомної енергетики, ядерної і радіаційної безпеки та екології.

Результати діяльності за науковими напрямами:

     За роки існування відділу було здійснено низку розробок і створено прототипи дистанційно керованих агрегатів (ДКА) для реалізації таких робіт як:

• радіаційна розвідка і моніторинг;
• відбір проб радіоактивних аерозолів і твердих РАВ;
• фрагментація високоактивних ПВМ;
• контейнеризація твердих РАВ;
• нанесення пилопригнічуючих розчинів на скупчення ПВМ;
• теплофізичні дослідження скупчень ПВМ.

     У ході розробки дистанційних пристроїв та агрегатів, команда відділу постійно стикається з необхідністю впровадження інноваційних та нестандартних рішень для вирішення кожної окремої технічної проблеми. Нижче наведено декілька прикладів таких рішень, що впроваджувались останніми роками:

• гвинтові шнеки в якості рушіїв мобільного роботизованого комплексу для роботи в стволах горизонтальних свердловин;
• «Рефлектор» – конструктивно простий механічний пристрій, що дозволяє використовувати звичайні відеокамери замість коштовних радіостійких камер в умовах високих рівнів радіоактивного випромінювання в навколишньому середовищі;
• ручні, дешеві та безпечні для персоналу фрагментатори твердих РАВ;
• «Магнітохід» – робот на магнітних колесах для пересування по вертикальних металевих поверхнях;
• впровадження телескопічного підіймального органу, що забезпечує жорсткість позиціювання виконавчого органу на кран-балкових системах, та багато інших нетривіальних рішень.

     На сьогодні фахівці відділу відіграють ключову роль у створенні нової міжнародної Академії зі зняття з експлуатації АЕС спільно зі спеціалістами компанії-партнера Інституту «Qingdao Xianchu energy development group ltd.».

     Спільна діяльність ІПБ АЕС з китайською компанією-партнером розпочалась у 2015 р. Одним із перших і найперспективніших напрямів діяльності майбутньої Академії стали розробка та виготовлення дистанційних технологічних комплексів. Для сторін співробітництва була очевидною необхідність розробки роботизованої техніки для робіт, пов’язаних із виведенням з експлуатації об’єктів ядерної промисловості.

     Фахівці відділу беруть активну участь у роботах, пов’язаних із введенням в експлуатацію «НБК-ОУ».

     Спеціалісти відділу беруть участь у кількох напрямках міжнародної діяльності Інституту, у тому числі взаємодіють зі спеціалістами європейських освітніх та наукових закладів, виконують проектні роботи в рамках співробітництва Інституту з НАТО, за результатами наукової діяльності виступають із доповідями на міжнародних науково-технічних конференціях.

     Також використано дистанційно керований агрегат для відбору проб лавоподібних ПВМ, розроблений в рамках НДР «Розробка заходів, що підвищують ядерну, радіаційну й екологічну безпеку об’єкта «Укриття» та нового безпечного конфайнмента».

Агрегати впроваджено на Чорнобильській АЕС.