О чем говорят ученые

10 и 11 февраля атомщики отмечали День российской науки. 10-го собрались в госкорпорации узким кругом: Алексей Лихачев награждал ведущих ученых отрасли. 11-го ученые и руководители госкорпорации отправились в гости: в Курчатовском институте прошла сессия с участием Российской академии наук и «Росатома». Я побывала и там и там, чтобы узнать, о чем говорят ученые.

После вручения государственных и ведомственных наград в зале коллегий аксакалов инновационного блока, научных руководителей ведущих НИИ и стратегических направлений научно-технологического развития отрасли пригласили на неофициальную часть. О чем говорят ученые на банкете? О работе. «Я пришел в отрасль 73 года назад. Мне с работой очень повезло, — ​рассказывает академик РАН, научный консультант гендиректора «Росэнергоатома», научный руководитель приоритетного направления научно-технологического развития «Водородная энергетика» Николай Пономарев-Степной. — ​Я участвовал в разработках атомных самолетов, ядерных ракетных двигателей, космических энергоустановок, высокотемпературных реакторов. В настоящее время занимаюсь проблемами двухкомпонентной энергетики и атомно-водородных технологий».

Николай Пономарев-Степной подчеркнул, что лимит времени для вхождения в водородную энергетику для «Росатома» практически исчерпан: «Темпы развития атомно-водородных технологий для крупномасштабного производства и потребления водорода недостаточно высоки, и здесь требуются дополнительные усилия и исследователей, и управленцев. Я не устаю повторять, что атомно-водородная энергетика для страны и для «Рос­атома» может и должна стать ключевым направлением развития».

Научный руководитель направления «Ядерная медицина», академик Валентин Смирнов, наоборот, весьма удовлетворен тем, как пошло дело после определения приоритетов развития и формирования единого отраслевого тематического плана НИОКР. «Новый режим работы от нас потребовал большей ответственности: то, что мы делаем, должно быть востребовано, — ​отметил Валентин Смирнов. — ​Мы должны работать на потребителя — ​медицину. Должность научного руководителя направления, с одной стороны, похожа на позицию охранника, который не пускает людей в здание, если у них нет пропуска. У нас таким пропуском является востребованность, я настаиваю на том, что каждая научная работа в ядерной медицине должна иметь заказчика».

О чем говорят ученые на совместной научной сессии Академии наук, «Росатома» и Курчатовского института? О сотрудничестве. «Необходимо правильно использовать те инструменты, что есть у нас, для выполнения совместных интересных прикладных и фундаментальных проектов, — ​подчеркнул президент РАН, академик Александр Сергеев. — ​Все инструменты, которые есть в распоряжении Академии наук, мы хотим поставить на службу вам». Какие это инструменты? Президент России поручил академии формировать проекты в рамках научно-технологической стратегии страны. «Стратегия подготовлена уже больше трех лет назад. К сожалению, исполнение стартует тяжело. Но есть финансирование. Надо понять, как наши общие проекты в стратегию вписать, — ​сказал Александр Сергеев. — «Росатом» предложил идеи, в том числе по созданию целого семейства композитных материалов. Нам нужно сотрудничать и по проектам в ядерной медицине. Кстати, интересный проект «Росатом» развивает в области водорода». Академия разрабатывает ­про­­­­грамму фундаментальных исследований на ­2021–2035 годы. «Будем стараться, чтобы она стала еще одним инструментом реализации наших совместных инициатив, — ​подчеркнул президент РАН. — ​Предусмотрено хорошее дополнительное финансирование НИОКР со стороны государства».

По инициативе Академии наук в ближайшее время в стране объявят конкурс на «стомиллионники»: госфинансирование до 100 млн рублей получат научные проекты, которые могут привести к фундаментальному результату мирового уровня. «Конкурс будет открытый. Мне кажется, что в рамках направлений, которые традиционно курирует «Росатом», и в рамках новых направлений госкорпорации могут появиться такие проекты», — говорит Александр Сергеев.

О чем говорят ученые, когда собираются вместе? О новых исследованиях. Эволюция водо-водяных реакторов, космос, малые АЭС, материалы для Арктики — ниже о разработках, представленных на научной сессии в Курчатовском институте.

РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВВЭР

Стратегия научно-технологического развития «Росатома» предполагает, что уже в этом десятилетии появятся водо-водяные реакторы со спектральным регулированием (ВВЭР-С), которые позволят снизить расход урана. А в следующем десятилетии существенно продвинется проект реактора с водой сверхкритического давления (ВВЭР-СКД). О том, что сделано за последний год, рассказал научный руководитель направления, советник гендиректора «Росатома» Владимир Асмолов: «По ВВЭР-С выполнены конструкторские проработки ТВС, сборки вытеснителей, поглощающих стержней системы управления и защиты реактора, блока защитных труб реактора». До 2024 года будет создано техзадание, эскизный и концептуальный проекты реактора, выполнены все предпроектные и базовые НИОКР. К 2028 году будет полностью завершено проектирование АЭС с ВВЭР-С, а не позднее 2033 года такую станцию уже хотят построить. «Пока все идет по плану, но мы прошли только первый год (реализации стратегии. — «Лаб. СР»)», — ​подчеркнул Владимир Асмолов.

Разработка ВВЭР-СКД идет в рамках международной программы по созданию реакторов четвертого поколения, Generation‑4. В этом году «Росатом» впервые выделил 2 млн евро — ​взнос, который будет потрачен на собственные НИР и даст России доступ к результатам работ других стран-участниц. Основные направления ближайших НИОКР — ​создание конструкционных материалов для корпуса реактора, внутрикорпусных устройств и активной зоны, разработка водно-химических режимов, построение и верификация моделей расчета гидродинамики и теплообмена, нейтронных характеристик перспективной установки.

МАТЕРИАЛЫ

Для воплощения амбициозной госпрограммы по развитию Арктики нужны новые материалы, способные противостоять лютому холоду — ​порядка −​60 °C. Под руководством ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей» ученые-атомщики создали серию таких материалов — ​хладостойкие стали c индексом Arc для нового поколения ледоколов и буровых платформ. Они пластичны, хорошо свариваются и очень прочные. «Скорость сварки наших материалов — ​до 100 м/ч, это позволит строить корабли быстрее и, следовательно, сделает их дешевле», — ​отметил гендиректор «Прометея» Алексей Орыщенко. По его словам, уже принято решение строить корпус ледокола нового поколения «Лидер» из Arc-сталей.

А для внутрикорпусных устройств перспективных ВВЭР-СКД создаются материалы, которые должны надежно работать в адской жаре — ​до 650 °C. В рамках единого отраслевого темплана «Росатома», например, испытывается сталь 07X12НМФБ. Лабораторные эксперименты показали, что материал обладает нужной радиационной и коррозионной стойкостью. Исследования продолжаются, рассматриваются также несколько вариантов титановых сплавов.

Заместитель гендиректора АО «Наука и инновации», научный руководитель стратегического направления «Материалы» Алексей Дуб одним из главных достижений НИОКР прошлого года назвал применение методик ускоренных имитационных исследований. Они помогли сузить круг кандидатных материалов со 120 до 34.

КОСМОС

Человечество готовится осваивать средний и дальний космос — ​нужны более мощные энергоустановки. О разработке ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса для перспективных космических кораблей многие уже слышали. Но для преобразования электрической энергии, производимой ЯЭДУ, в тягу понадобятся новые мощные двигатели — ​гораздо более эффективные, чем существующие жидкостные.

Атомщики разрабатывают безэлектродный плазменный ракетный двигатель (БПРД) с магнитной термоизоляцией, рассказал руководитель комплекса физико-химических технологий Курчатовского института Сергей Коробцев. Это будет двигатель высокого удельного импульса, рабочее вещество в котором находится в состоянии плазмы. Потенциальные преимущества инновации — ​высокая энергетическая эффективность, возможность использовать в качестве рабочего тела практически любое вещество, большой ресурс работы. Максимальная мощность двигателя ограничивается только мощностью питания высокочастотного генератора (который еще тоже предстоит создать). На основе БПРД можно будет выстраивать космические системы наблюдения, связи, а также перехвата опасных объектов — ​например астероидов, летящих в сторону Земли.

Российская программа освоения Луны предполагает, что к середине 2030-х годов на спутнике появится полноценная посещаемая база. Ей нужен будет надежный источник энергии, и тут может помочь еще одна интересная разработка ядерщиков — ​налунная атомная станция на основе технологии прямого термоэлектрического преобразования энергии «Селена». Источником тепла в ней будет ядерный реактор. Проходя через термоэлектрический генератор, тепло будет преобразовываться в электричество. Налунную станцию предлагают разместить в прочном сооружении диаметром около 8 м и высотой порядка 20 м.

АЭС МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Проектов малых АЭС сегодня множество, но атомная термоэлектрическая станция «Елена» занимает особое место: только в ней используется прямой метод преобразования тепловой энергии в электрическую. Демонстрационный прототип «Елены» уже много лет работает в Курчатовском институте. Модернизированный проект, «Елена-М», вдохновленный арктической программой РФ, представил заместитель руководителя комплекса ядерных транспортных энергетических технологий института Виталий Куштан. Назначение станции — ​обеспечение теплом, электроэнергией и пресной водой потребителей в отдаленных районах. Проектная электрическая мощность — ​от 0,1 до 1 МВт. Реактор работает в режиме саморегулирования во всем диапазоне электрической нагрузки, не нуждается в обслуживании — ​присутствие персонала необходимо лишь при монтаже, запуске и демонтаже реактора. На весь срок работы, 25–30 лет, хватит одной загрузки топлива.

Еще один любопытный проект — ​модульная ядерная энергоустановка для подводного добычного комплекса. В качестве референтного образца ученые предлагают использовать реактор «Гамма» тепловой мощностью 125 МВт, введенный в эксплуатацию в 1981 году в Курчатовском институте. Особенности установки — ​саморегулирование, система охлаждения на основе естественной циркуляции теплоносителя, термоэлектрический метод преобразования энергии, одноразовая загрузка активной зоны на весь период эксплуатации, трехконтурная схема передачи тепла от активной зоны к охлаждающей технической воде. Ученые планируют добавить элементы искусственного интеллекта, чтобы интегрировать установку в умные производственные комплексы.

Итоги сессии подвел гендиректор «Росатома» Алексей Лихачев: «Заявленное лидерство российской атомной отрасли в глобальной атомной индустрии нам предстоит укреплять. Без поддержки РАН и Курчатовского института мы не справимся, и если будет у нас успех, то он точно будет совместный. Мир меняется, многие вызовы звучат угрожающе, мы должны быть к этому готовы, а значит, должны серьезно повысить эффективность наших проектов».