От жаропрочных сплавов до космических телескопов: какие ключевые проекты связывают «Росатом» и РАН

В этом году Российская академия наук празднует 300‑летие. РАН — ​в определенном смысле мать «Росатома»: Лаборатория № 2, с которой начиналась отрасль, была создана при академии. Как сейчас складываются отношения госкорпорации и РАН и какое значение имеет это сотрудничество для науки?

«РАН и «Росатом» — ​ключевые звенья в технологическом суверенитете России», — ​считает председатель научно-технического совета госкорпорации, научный руководитель снежинского ядерного центра академик РАН Георгий Рыкованов. Академические институты — ​давние партнеры атомной отрасли по оборонной тематике. Основные гражданские направления сотрудничества упакованы в комплексную программу «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в РФ» (КП РТТН). «Особенно важна роль академии в экспертизе отраслевых программ, — ​добавляет Георгий Рыкованов. — ​Приведу в пример БРЕСТ-ОД‑300: инновационный характер обусловил неприменимость к этой реакторной установке ряда нормативов атомной энергетики. И именно положительная экспертиза комиссии РАН под председательством академика Сергея Алексеенко стала основанием для того, чтобы Ростехнадзор дал разрешение на сооружение».

РАН — ​один из главных партнеров атомщиков в переходе на двухкомпонентную энергетику с реакторами на быстрых и тепловых нейтронах. Георгий Рыкованов рассказывает: «Для отработки технологий долговременного хранения и захоронения продуктов переработки облученного ядерного топлива «Росатом» ведет строительство подземной лаборатории. Научное руководство осуществляет Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАН. Ведутся исследования по выделению короткоживущей фракции цезия‑137 и стронция‑90, фракции минорных актинидов и их трансмутации. В работе под общим руководством академика Бориса Мясоедова участвуют институты отделения химических наук РАН».

Роль РАН в проекте «Разработка новых материалов и технологий для перспективных энергетических систем» РТТН охарактеризовал его научный руководитель, первый заместитель гендиректора АО «Наука и инновации» Алексей Дуб: «Для комплексной экспертизы результаты регулярно обсуждаются на научном совете РАН по материалам и наноматериалам и на координационном совете РАН. Академические институты выступают исполнителями исследований. Прежде всего это Институт проблем химической физики, Институт катализа, Институт высокотемпературной электрохимии, Институт металлургии и материаловедения. В кооперации с последним, например, мы работаем над созданием в России полного цикла производства перспективных постоянных магнитов на основе редкоземельных сплавов. От экспериментов уже перешли к реализации».

Научный руководитель работ «Росатома» в области ядерной медицины, руководитель научно-производственного центра медицинских изделий Троицкого института инновационных и термоядерных исследований академик Валентин Смирнов комментирует партнерство с РАН в своем направлении: «Мы наладили взаимодействие команд ученых и разработчиков, поэтому сегодня в стране есть широкая линейка собственных изотопов для медицины, современное производство радиофармпрепаратов, строятся центры радионуклидной терапии, выпускается новое медоборудование. В этом году завершается разработка модулятора для источников СВЧ-излучения, который заместит зарубежный аналог в комплексах дистанционной лучевой терапии «Торус» и «Оникс». Совместно с Физическим институтом РАН и Институтом прикладной физики РАН создаются аппараты лазерно-электронной лучевой терапии, разрабатывается магнитно-резонансный томограф».

«Росатом» и РАН — ​соучредители Национального центра физики и математики (НЦФМ). Его научный руководитель академик и экс-президент РАН Александр Сергеев подчеркивает: «Это не только площадка для исследований, но и кооперация многих институтов и университетов. Научную программу НЦФМ разрабатывает и курирует научно-технический совет, в котором более двух десятков академиков и член-корреспондентов РАН. Ученые участвуют в проектах мегасайенс-установок: комптоновского источника для диагностики ядерных и нуклонных процессов, лазера экзаваттного уровня мощности. Эти проекты мы на каждом этапе проводим через экспертизу РАН».

Проекты институтов «Росатома» и РАН

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

• НИИ НПО «Луч» по заказу Института высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН разрабатывает технологию изготовления крупногабаритных тиглей из оксида магния. Эти изделия обладают высокой температурной и коррозионной стойкостью (даже в расплавленном металле) и превосходной теплопроводностью. Тигли из оксида магния нужны для установок электролитического восстановления оксидов (электролизеров металлизации). Опытные образцы «Луч» должен сделать в этом году.

• Ученые Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН и Троицкого института инновационных и термоядерных исследований (ТРИНИТИ) исследуют теплофизические свой­ства веществ при рекордно высоком давлении в сильнейших магнитных полях. Это нужно для разработки материалов атомной и термоядерной энергетики будущего. В ТРИНИТИ под проект создан импульсный источник линейчатого рентгеновского излучения мощностью 10 ГВт. На установках ОИВТ достигнуто рекордное значение магнитного поля — ​120 мегагаусс.

• Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники (НИКИЭТ) и ОИВТ исследуют физико-химические процессы при окислении сталей в контакте со свинцовым теплоносителем, проводя атомистические суперкомпьютерные расчеты методами квантовой первопринципной молекулярной динамики.

МЕДИЦИНА

• В НИИЭФА в прошлом году испытали экспериментальный образец лазерной установки для наработки гиперполяризованного по ядерному спину изотопа ксенон‑129. Перспективы его применения в магнитно-резонансной томографии изучаются совместно с Казанским научным центром РАН.

Термоядерные исследования

• Институт прикладной физики (ИПФ) РАН — ​мировой лидер в разработке гиротронных комплексов, которые, в частности, используются для нагрева плазмы в установках управляемого термоядерного синтеза. ТРИНИТИ сотрудничает с ИПФ по проекту системы электронно-циклотронного нагрева плазмы для токамака с реакторными технологиями. Он станет прототипом промышленного термоядерного реактора.

• Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры (НИИЭФА) привлекает к своим проектам Физико-технический институт (ФТИ) РАН. В прошлом году по заказу НИИЭФА проведены расчеты и разработана конструкция эквивалента плазменной нагрузки системы дополнительного высокочастотного нагрева плазмы для казахстанского материаловедческого токамака. В рамках подготовки концептуального проекта системы ионно-циклотронного нагрева российского токамака Т‑15МД специалисты ФТИ РАН рассчитали поглощение быстрой магнитозвуковой волны разными компонентами плазмы.

Космос

• Предприятия «Росатома» участвовали в создании астрофизической обсерватории «Спектр-РГ», которая с 2019 года осуществляет обзор всего неба в рентгеновском диапазоне для построения широкомасштабной карты Вселенной. Саровский ядерный центр совместно с Институтом космических исследований РАН разработал телескоп ART-XC, Московское опытно-конструкторское бюро «Марс» — ​систему управления и сейчас поддерживает жизнедеятельность космического аппарата.

• В прошлом году ученые «Луча» и Института металлургии и материаловедения РАН отработали технологии изготовления жаропрочных молибденовых сплавов для ракетной техники. Детали из них могут работать в вакууме при температуре 1,8 тыс. °C.

Безопасность

• Ученые Российского федерального ядерного центра «Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики» (РФЯЦ-ВНИИТФ) с коллегами из Института ядерной физики Сибирского отделения РАН работают над уникальным комплексом импульсной томографии (КИТ), который обеспечит научно-технический суверенитет России. КИТ позволит измерять структуру твердых веществ, инициировать структурные превращения, получать теневые изображения на три момента времени в девяти ракурсах и т. д. Аналогов в мире нет. В 2022 году в РФЯЦ-ВНИИТФ запустили линейный индукционный ускоритель и первую очередь комплекса. Идет строительство второй очереди.

• Прогнозирование динамических процессов при высоких плотностях энергии и исследование неидеальных эффектов в плотных средах — проект ТРИНИТИ, ОИВТ, Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии и Федерального исследовательского центра химической физики. Проект нацелен на разработку технологий предотвращения аварийных ситуаций и повышение водородной взрывобезопасности объектов ядерной энергетики. На установке «Ангара-5-1» в ТРИНИТИ исследуют свойства плазмы, разрабатывают модели коррозии в хранилищах радиоактивных отходов, катализаторы для систем водородной взрывобезопасности. Академические институты разработали метод повышения водородной взрывобезопасности, сверхтугоплавкие карбиды, численные модели ядерного топлива и наполняют базу данных о свойствах материалов при воздействии ударной волной.

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

• НИКИЭТ и Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАН разрабатывают и тестируют расчетные коды нового поколения для нужд атомной энергетики.

• По техническим заданиям НИКИЭТ Институт теплофизики Сибирского отделения РАН и ОИВТ РАН экспериментально исследуют гидродинамику и теплообмен в проектах инновационных реакторов. Цикл работ охватывает вопросы теплообмена в каналах сложной формы, с закруткой потока, в средах с внутренним энерговыделением; исследования полей температуры и пульсаций температуры при смешении разнотемпературных потоков жидкого свинца в камерах; исследования сложного переноса тепла в режиме термогравитационной свободной конвекции жидкого свинца и др.

• Научно-исследовательский институт атомных реакторов и Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН экспериментально обосновывают технологии и оборудование для пирохимической переработки топлива реакторов на быстрых нейтронах, а также разрабатывают экспериментальные методы обращения с топливной солью перспективного жидкосолевого ядерного реактора.