«Лазерные комплексы — штучный товар»
Как с помощью плазмы сделать практически вечными лопасти турбин самолетов, как использовать лазерные технологии для тушения пожаров на газовых скважинах, когда появится термоядерная энергетика и как заработать на фундаментальной науке — об этом и многом другом «СР» рассказал генеральный директор ГНЦ РФ «ТРИНИТИ» Владимир Черковец.
— Интересная аббревиатура у вашего института: и «Троица» по-английски, и кодовое название первого испытания атомной бомбы в США…
— До 1991 года мы были филиалом Института атомной энергии им. Курчатова, находимся в Троицке. Так что некоторая связь с обеими «Троицами», святой и ядерной, есть. ГНЦ РФ «ТРИНИТИ» расшифровывается как Государственный научный центр Российской Федерации «Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований». Мы проводим фундаментальные, поисковые и прикладные исследования в области управляемого ядерного синтеза, лазерной физики и технологии, преобразования энергии, физики плазмы и плазменных технологий. Больше половины работ связано с оборонной тематикой, основанной на перспективных физических принципах. Но эту тему затрагивать не будем.
— Работа на оборонку не мешает вам участвовать в международных проектах, например ИТЭР. Какие задачи вы там решаете?
— В проекте ИТЭР мы работаем по двум направлениям. Первое — исследование процессов взаимодействия плазмы со стенкой камеры токамака. Плазма, ограниченная в магнитном поле, все же неустойчива, она может выплескиваться на стенки камеры. Поэтому важно иметь хорошую жаропрочную первую стенку. Мы предлагаем сделать ее из вольфрам-литиевой среды. Поскольку литий легко плавится и испаряется, он сможет охладить стенку в случае прорыва плазмы. Сама стенка будет вольфрамовая. Экспериментальные работы проводятся на уникальном термоядерном комплексе «Токамак с сильным полем», а конкретно на Т‑11М, одном из трех действующих в России токамаков. Кроме того, процесс моделируется на нашем комплексе плазменных ускорителей, где создаются мощные плазменные потоки и исследуется, что происходит со стенкой под их воздействием.
Второе направление — разработка датчиков для измерения количества нейтронов в плазме. Измеренный поток нейтронов будет доказательством того, что управляемая термоядерная реакция идет эффективно.
«ИНОГДА Я ДУМАЮ О ПОДЛОДКЕ «КУРСК», ЗАТОНУВШЕЙ В 2000 ГОДУ: ЕСЛИ БЫ ТОГДА НАША ТЕХНОЛОГИЯ СУЩЕСТВОВАЛА, МОЖНО БЫЛО БЫ БЫСТРО РАЗРЕЗАТЬ КОРПУС В НУЖНОМ МЕСТЕ»
Кроме того, в соответствии с межправительственным соглашением мы участвуем в создании экспериментального российско-итальянского токамака «Игнитор». Эти работы совместно проводят Курчатовский институт и ТРИНИТИ под руководством академика Евгения Велихова. Разработана концепция реализации в Троицке этого уникального мегапроекта. В 2017 году наш институт выиграл конкурс Минобрнауки по модернизации комплекса ТСП для размещения этого токамака.
На попутных технологиях
— Когда появится термоядерная энергетика?
— Занимающихся проблемой управляемого термоядерного синтеза спрашивают об этом часто. Я отвечаю словами руководителя советской термоядерной программы, академика Льва Андреевича Арцимовича. Он еще в 1960-е годы сказал: «Термоядерная энергетика появится тогда, когда станет действительно необходима человечеству». То есть когда традиционная энергетика будет явно на исходе. Главное — не опоздать и создать к этому моменту научный задел термоядерной энергетики, решающей энергетическую проблему навсегда.
Но сопутствующие технологии, возникающие по ходу исследований термояда, можно использовать уже сейчас. Например, мы обнаружили, что импульс плазменного сгустка, ускоренный в плазменных ускорителях, меняет многие свойства стенки камеры токамака — делает ее более жаропрочной, твердой и коррозионно-стойкой. Значит, при помощи плазменных потоков можно изменять свойства поверхности.
— И где можно применить эту технологию?
— Сейчас, например, заключаем договор с ОКБ им. Люльки, производящим авиационные двигатели. Будем применять плазму в сочетании с лазерным излучением для повышения износостойкости лопаток турбин самолетов. После обработки импульсным потоком плазмы на поверхности лопаток появится твердая «корочка», в результате они станут многократно долговечнее. Эксперименты и испытания образцов уже проведены, теперь планируем поставить ОКБ специальную установку. Кроме того, ведем переговоры с ТВЭЛ о создании опытного образца установки для покрытия хромом тепловыделяющих сборок реакторов ВВЭР плазменным способом.
— Для чего это нужно?
— Для решения известной проблемы водородной безопасности, создания толерантного топлива. Во время работы ВВЭР происходит гидролиз воды, концентрация водорода повышается, что может привести к взрыву. Конечно, на станциях принимают меры по снижению риска, содержание водорода постоянно контролируется. Мы же предлагаем дополнительные меры безопасности. Цирконий, из которого сделаны оболочки тепловыделяющих элементов, ускоряет процесс наработки водорода. Можно при помощи плазмы с использованием газового разряда покрыть цирконий инертным металлом. Например, слоем хрома толщиной порядка 100 мк. Именно этот способ обсуждаем с ТВЭЛ и ВНИИНМ им. Бочвара.
«Это не пирожки!»
— Какие перспективные направления применения лазерных технологий изучают в ТРИНИТИ?
— Мы получили премию Правительства РФ за разработку и создание мобильного лазерного технологического комплекса, МЛТК, для ликвидации последствий аварий на газовых скважинах. Работа с такими авариями — дело сложное. Когда скважина горит, то ближе чем на 100 м к ней не подойдешь. Надземная часть скважины — металлоконструкция высотой с трехэтажный дом, которая взрывается и разрушается от высокой температуры.
Раньше горящие скважины тушили месяцами. Чтобы остановить пожар, требуется поставить заглушку на скважину, но вначале нужно пробиться к ней через разрушенные конструкции и аккуратно срезать наземную часть устья. Приходилось стрелять по ней из артиллерийских орудий либо рыть тоннель для подземных взрывов.
В 2010 году мы создали МЛТК‑20, который может срезать конструкцию с безопасного расстояния. Получается гораздо быстрее и точнее. Тушение пожара теперь занимает три-четыре дня. Комплекс состоит из четырех контейнеров, 2×2 м каждый. В них находятся излучатели и телескоп. Все вместе весит 20 т. Перевозить можно на самолетах, вертолетах, автотранспорте. В контейнерах могут находиться и люди, управляющие комплексом, чтобы не пострадать от высокой температуры в области пожара.
Выставочный макет формирующего телескопа установки МЛТК‑20
— Сколько стоит такой комплекс? Успешно ли он продается?
— Комплексы типа МЛТК — это не пирожки! Это штучный товар, изготовленный на заказ. Стоил он в те годы 150 млн рублей. Заявок на комплексы для тушения скважин от других компаний пока не поступало.
— Как развивается эта технология?
— Мы развиваем линейку дистанционных лазерных комплексов для решения разных задач. Например, в стадии разработки находится МЛТК для очистки больших территорий, покрытых льдом и снегом, от нефти. Эти задачи актуальны в Арктике. Под действием луча лазера лед или снег тают, оставшаяся на поверхности нефтяная пленка сгорает.
Хотя лично мне претит идея нагрева чего-либо лазерным лучом. Ведь чтобы его получить, требуются колоссальные усилия: необходимо превратить тепловое, хаотическое, движение частиц в упорядоченное. И потом опять превратить в тепло! Но иногда это единственный вариант решения.
Например, есть перспективное направление — лазерная подводная резка. Это сложная задача, потому что вода плотнее воздуха и лазерный луч в ней рассеивается и поглощается гораздо сильнее. Можно, конечно, луч провести по оптоволокну, но лишь на небольшое расстояние, а дальше лучу все равно придется преодолеть слой воды. Именно тут и начинается наша технология. Мы уже представляем, что нужно сделать с лучом, чтобы он дошел до цели и начал резать. Насколько мне известно, в мире активно занимаются этой проблемой.
«В НАЧАЛЕ ПОИСКОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МЫ НЕ ЗНАЕМ, КОМУ ОНИ ПРИГОДЯТСЯ. РАЗВЕ ФАРАДЕЙ С МАКСВЕЛЛОМ, КОТОРЫЕ ИЗУЧАЛИ ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ, ДУМАЛИ 200 ЛЕТ НАЗАД О ПОЯВЛЕНИИ СМАРТФОНОВ?»
— Кому может понадобиться лазерная подводная резка?
— Это прикладная тема, которая заинтересует и военных, и гражданских. С помощью лазерной подводной резки можно проводить строительные, ремонтные работы, демонтаж. Можно будет, допустим, резать отработанные твэлы под водой, а не на воздухе, как сейчас. Решать проблемы с авариями на подводных нефтяных скважинах. Подводный лазер может справиться с достаточно большой толщиной металла. Иногда я думаю о подлодке «Курск», затонувшей в 2000 году, — если бы тогда наша технология существовала, можно было бы быстро разрезать корпус лодки в нужном месте — для оперативных спасательных работ. Ведь она затонула на глубине всего 100 м.
Фарадей и смартфоны
— Недавно в «Росатоме» объявили конкурс аванпроектов. Как вы относитесь к такой инициативе?
— Я являюсь одним из участников организации конкурса как председатель НТС № 7 «Нуклидные, лазерные, плазменные и радиационные технологии». Отношусь к конкурсу крайне положительно. Практически произошел сдвиг внимания в область науки. Не на словах, а на деле. Это показательная инициатива, которую важно довести до конца, чтобы аванпроекты действительно состоялись. Конкурс, кстати, многих вдохновил. На рассмотрение подано 669 проектов. После первого отбора часть отсеялась, осталось 300. Цель аванпроектов — разработка технических заданий на НИОКР, которые, пройдя второй отбор, войдут в тематический план отрасли.
— ТРИНИТИ подавал проекты на этот конкурс?
— Наш институт подал 35 проектов. Среди интересных — лазерная подводная резка, мы уже ее обсудили. Еще один касается термоакустического прямого преобразования энергии, в результате чего можно будет получать электроэнергию из звуковой волны. Нетривиальная задача, которой занимаются во всем мире.
Другой аванпроект более практический — исследование газового разряда и разработка ряда импульсных ламп накачки лазерных систем. Мы уже создали ксеноновые лампы. В результате импульсного разряда ксенон излучает фотоны с определенной длиной волны. Эту яркую вспышку будут использовать для накачки активной среды в мощной лазерной установке термоядерного синтеза, которую сейчас строят в Сарове. Мы уже организовали производство таких ламп, поставки начнутся в этом году. В общей сложности для установки нужно 12 тыс. ламп. Одна лампа стоит 250–300 тыс. рублей — заработаем более 3 млрд.
— Для вашего института это мелочь или приличный доход?
— Это должно быть мелочью, потому что основное дело научного института — фундаментально-поисковые исследования. Именно они должны приносить деньги.
— Но разве можно сегодня заработать на фундаментальных исследованиях?
— Сложный вопрос. Проблема в том, что в начальной фазе поисковых исследований мы просто не знаем, кому они пригодятся. И не можем знать. Разве Фарадей с Максвеллом, которые изучали электромагнетизм, думали 200 лет назад о появлении смартфонов?
1–4 % расходов крупнейших корпораций, IBM, GM, Ford, Microsoft, — на фундаментально-поисковую науку. На этой стадии не ставится вопрос о быстром практическом результате. Например, сколько колес будет у нового джипа? А может, он будет вообще без них! Повторю слова руководителей нашей отрасли: корпорация живет на советском научном заделе, и срочно необходим второй научный задел. А он может возникнуть только из полноценного занятия именно фундаментальной и поисковой наукой.
Но надо сказать, что деление на фундаментально-поисковую и прикладную науку очень условно. Сегодня, например, в ТРИНИТИ вся работа, связанная с военными заказами, прикладная. В части гражданских проектов на фундаментально-поисковые исследования приходится примерно половина работ.
— 2018-й год гендиректор «Росатома» Алексей Лихачев объявил Годом науки. Грядут реформы в научном блоке. Какие, по-вашему, необходимы изменения и почему?
— Вообще-то, реформа уже началась. На наш взгляд, надо существенно ускорить процесс, консолидировать все составляющие науки в «Росатоме» — из БУИ, ЯОКа, других дивизионов. Обязательно объединить наши усилия с Курчатовским институтом и институтами РАН, что фактически уже и делается.
Есть интересная история?
Напишите нам
