俄羅斯四臺第一代 RBMK-1000 反應堆核電機組在服役 45 年后關閉并退役。然而，NA Dollezhal 動力工程科學研究設計院 (Nikiet) 建議將第二代 RBMK 反應堆的使用壽命從 45 年延長至 50 年。

RBMK(Reactor Bolshoi Moshnosti Kanalnii – 高功率通道反應堆)是一種使用石墨作為慢化劑的非均質熱中子反應堆。冷卻劑是水，燃料是二氧化鈾。反應堆的石墨堆是 8 米高的垂直柱，由 250×250 毫米的塊組成，中間有一個孔。焊接在反應堆上下金屬結構中的燃料通道插入塊中。這些通道中安裝了由兩個燃料組件組成的燃料筒。除了燃料通道外，RBMK 堆芯還包含用于控制和保護系統的通道。石墨砌體的整個空間被封裝在一個輕質圓柱體中。

最初，設計人員將 RBMK-1000 的使用壽命確定為 30 年。“第一批發電機組是在 20 世紀 60 年代末設計的，”Nikiet 副總經理兼首席設計師 Alexey Slobodchikov 說。“到那時，蘇聯已經有了 20 年的工業鈾石墨反應堆運行經驗，并確定了一些限制因素，RBMK-1000 的使用壽命就是基于這些因素確定的。”

RBMK-1000 反應堆在切爾諾貝利(烏克蘭)核電站(四臺機組)、伊格納利納(立陶宛)核電站(兩臺機組)和俄羅斯三座核電站建設。這些核電站包括列寧格勒(四臺機組)、庫爾斯克(四臺機組)和斯摩棱斯克(三臺機組)。

伊格納利納和切爾諾貝利的機組甚至在達到 30 年使用壽命之前就關閉了。4 號機組在 1986 年事故發生后關閉，其他機組在 2000 年之前全部關閉。伊格納利納的反應堆都在 2009 年關閉，這是立陶宛加入歐盟的條件。然而，在俄羅斯的列寧格勒、庫爾斯克和斯摩棱斯克核電站，第一代機組的運行時間比原計劃長 15 年，占俄羅斯核電產量的 40% 至 60%。

“第一臺 RBMK-1000 于 1973 年在列寧格勒核電站投入使用，”Slobodchikov 回憶道。“2003 年，它的設計壽命即將結束。1998 年，俄羅斯原子能部啟動了一項延長 RBMK-1000 機組使用壽命的戰略計劃。該計劃包括一系列大規模的安全論證工作和設備剩余壽命評估。安全和控制系統以及反應堆設備元件都進行了現代化改造。因此，俄羅斯所有配備 RBMK-1000 反應堆的發電機組的使用壽命都延長了 15 年。”

2010 年代，RBMK 反應堆遇到了一個相當嚴重的問題——石墨堆加速變形。在輻射和溫度的影響下，石墨塊的幾何形狀會隨著時間的推移而改變，并開始相互“推擠”，導致石墨柱單元、燃料通道以及控制和保護通道都出現彎曲。早期的工業鈾石墨工廠已經注意到了這種發展，RBMK 的設計也考慮到了這一特點。但問題無法完全避免。

“我們在列寧格勒核電站第一次遇到這種情況，”斯洛博奇科夫說。“在 1 號機組，變形的開始最早記錄在 2011 年，到 2012 年已經達到一個地步，如果不采取額外措施，就無法繼續安全運行。” 許多組織參與了解決方案的搜索。其中包括 Nikiet、庫爾恰托夫研究所、Rosenergoatom、全俄核電站運行科學研究所 (VNIIAES)、俄羅斯聯邦核中心 - 全俄實驗物理研究所 (RFNC-VNIIEF)、阿夫里坎托夫機械工程實驗設計局等。

這項任務極其艱巨。必須通過去除多余的石墨來減小塊的尺寸。堆芯內的工作由自動化系統和機器人綜合體完成。一次維修需要切割大約 150 個石墨柱，這樣才能將石墨堆的變形減小到所需的尺寸。列寧格勒核電站的第一次維修耗時近一年。現在只需不到一個月。除了斯摩棱斯克 2 號和 3 號機組外，俄羅斯所有 RBMK-1000 機組都至少進行過一次該過程，斯摩棱斯克 2 號和 3 號機組目前還不需要該過程。

第一代 RBMK 反應堆于 2018 年開始關閉，列寧格勒和庫爾斯克核電站的 1 號和 2 號機組正在準備退役。第二代 RBMK 反應堆(列寧格勒和庫爾斯克的 3 號和 4 號機組以及斯摩棱斯克的 1-3 號機組)第 1000 代(列寧格勒和庫爾斯克核電站的兩座機組以及斯摩棱斯克的三座機組)的構造不同。“到第二代設計開始時，核電站的安全法規略有變化，需要大量新的技術解決方案。這些變化影響了核心和安全系統的設計，”Slobodchikov 解釋道。

2022 年，俄羅斯原子能公司決定開始將 RBMK 的使用壽命延長至 50 年。“今天，已經評估了列寧格勒核電站第三發電機組反應堆列寧格勒 3 號機組的剩余資源——技術通道、控制和保護通道、石墨砌體，”斯洛博奇科夫說。“需要更換的設備已經確定。建筑結構、控制和保護系統的狀況已經評估。證明機組壽命延長安全性的文件已發送給 Rostekhnadzor [監管機構]。預計年底前將獲得運營許可證。列寧格勒 4 號機組正在進行類似工作。其他 RBMK 機組的擴建工作也已開始。”

然而，斯洛博奇科夫明確表示，將 RBMK-1000 機組的使用壽命延長至 50 年以上是不可能的。“與其他復雜的技術系統一樣，機組的使用壽命取決于不可更換元件(包括建筑結構)的狀況。對于 RBMK 機組，這還包括反應堆裝置的大型部件，例如分離器筒和金屬結構，”他指出。“從技術上講，更換這些設備是不可能的，或者在經濟上無利可圖。此外，能源效率、生產力和工作條件的方法也在發生變化，總體科學技術發展水平也發生了變化。”

所有 RBMK 都引入了一套用于監測核反應堆堆芯結構元件幾何形狀的系統。該系統使用俄羅斯科學院科學家開發的光纖傳感器。傳感器通過特殊的測量桿放入反應堆通道中。需要 15 分鐘來測量每個通道的變形，并決定是否開始恢復石墨襯里的資源特性。該系統可以在不關閉反應堆和卸載燃料組件的情況下控制燃料幾何形狀。

除了產生熱量和電力外，RBMK 還用于開發用于醫學和工業的寶貴同位素。“如今，通道反應堆是唯一能夠經濟高效地生產多種同位素的反應堆，”Slobodchikov 說。“這種設計使得在運行過程中重新裝載輻照裝置成為可能：無需停止反應堆。這一重要特性促使 Nikiet 和庫爾恰托夫研究所的專家考慮進一步開發通道反應堆。Nikiet 開發了一種完全符合現代安全要求的新型同位素能量反應堆的概念。它的功率低于現有的 RBMK——我們優先考慮生產同位素的任務。”