В Томском политехе запустили участок никелирования кобальта

На базе Томского политехнического университета (ТПУ) создан участок никелирования кобальтовых заготовок, необходимых для наработки радиоактивного изотопа кобальт-60 в энергетических канальных реакторах. Так называемые кобальтовые мишени — главный элемент в системах радиационной стерилизации, которые развивает «Росатом».

«Железная» работа

Разработанная учеными ТПУ технология построена на методе ионного распыления материалов в вакууме. Главное преимущество вакуумно-плазменного осаждения — экологичность. Это хорошая альтернатива традиционному гальваническому методу никелирования, при котором образуются токсичные химические отходы, а нужная сила сцепления никеля с заготовкой обеспечивается не всегда.

Новая технология позволяет получать прецизионные изделия (созданные при соблюдении высочайшей точности параметров) для последующего облучения в реакторах РБМК. Ключевой элемент кобальтовой мишени — миниатюрные цилиндры из стабильного изотопа кобальт-59. Их размещают в активной зоне реакторов РБМК на пять лет. Под действием тепловых нейтронов атомы кобальта-59 получают дополнительный нейтрон, образуется кобальт-60 — радиоактивный изотоп, мощный источник жесткого гамма-излучения с периодом полураспада 5,27 года. При этом реактор продолжает генерировать электричество в штатном режиме.

«Наше подразделение более 20 лет развивает научное направление, разрабатывает и производит установки для решения различных задач, — говорит доцент Научно-образовательного центра (НОЦ) Вейнберга ТПУ, руководитель нового участка Дмитрий Сиделев. — Наши научные результаты интегрированы в практику — мы делаем реальное «железо», отрабатываем технологию и обучаем студентов. Студенты становятся первыми, кто работает на новых установках. Таким образом, мы комплексно решаем задачу: не только разрабатываем приборы, но и готовим специалистов для работы с ними».

Камера сцепления

Студент 3-го курса ТПУ Антон Ильин два года совмещает учебу с работой в лаборатории ионно-плазменных технологий в материаловедении Инженерной школы ядерных технологий ТПУ. Последний год занимался разработкой и запуском вакуумно-плазменной камеры, которая и стала основой нового производственного участка.

«Наша задача — обеспечить однородное прочное покрытие заготовок из кобальта-59 никелем, — поясняет молодой ученый. — Заготовки нужно будет транспортировать, с ними будут взаимодействовать люди. Мы защищаем и сами мишени, и людей, которые с ними работают, ведь после облучения кобальт-59 переходит в радиоактивный кобальт-60, а прямой контакт с ним опасен».

Установка полностью спроектирована сотрудниками НОЦ Вейнберга и произведена в мастерских Томского политеха. Испытания подтвердили, что формируемые никелевые пленки обладают высочайшей адгезией — способностью разнородных материалов сцепляться друг с другом. Они полностью сохраняют целостность даже при экстремальных термических нагрузках.

«Поставленная перед нашими учеными задача была нетривиальной, — подчеркивает и. о. ректора ТПУ Леонид Сухих. — Сложность заключалась в том, чтобы технология могла обеспечить адгезию никелевого покрытия к кобальту на всей его поверхности, без микронных изъянов. Это важный параметр качества конечного изделия. Наши физики справились с поставленной задачей, показав себя специалистами по нестандартным решениям».

В ближайшее время коллективу лаборатории предстоит пройти комплексную аттестацию производственного участка с участием главного конструктора реакторных установок типа РБМК для получения официального разрешения на запуск серийного производства. Мощности производственной линии рассчитаны на выпуск не менее 100 заготовок в сутки.

Незаменимый изотоп

Производством кобальта-60 на реакторах РБМК более 30 лет занимается «Росэнергоатом» и сейчас занимает порядка 30 % рынка его производства в мире, отмечает директор по бизнес-развитию концерна Никита Константинов. По его данным, около 15 % изделий медицинского назначения в мире стерилизуются именно российским изотопом.

«Но стабильной технологии подготовки кобальтовых заготовок для последующего облучения в реакторе до недавнего времени у нас не было, — добавляет Никита Константинов. — С Дмитрием Сиделевым мы познакомились практически случайно, на выставке. Предложили подумать над решением нашей проблемы и спустя два года получили полностью работающую установку».

Ряд изделий и продуктов питания можно стерилизовать только радиацией — чай, специи или морепродукты, которые еще на траулерах замораживают в большие ледяные брикеты, приводит примеры Никита Константинов: «Это касается и медицинских изделий — хирургических перчаток, одноразовых шприцев. Мы развиваем сеть стерилизационных центров по всей России и нуждаемся в постоянном источнике мишеней из кобальта-60. Сейчас мы можем полностью замкнуть весь цикл». По его оценке, запущенная в ТПУ установка никелирования кобальтовых мишеней полностью покрывает потребности «Росэнергоатома» в производстве заготовок. Если понадобится больше, ученые Томского политеха готовы изготовить еще одну вакуумно-плазменную камеру.

В России действуют 26 установок радиационной стерилизации. Крупнейшими игроками на этом рынке сейчас являются «Акцентр» (входит в «Росатом Технологии здоровья», под этим брендом работают четыре центра, пятый строится в Казани) и региональный центр облучательных технологий «Эра» (резидент ТОР «Озерск» в Челябинской области). Их общая производительность оценивается примерно в 70 тыс. т обработанной продукции в год.

В рамках форума

Производственный участок никелирования кобальтовых заготовок открылся в рамках первого Томского международного энергетического форума. Он проходил с 24 по 27 июня и собрал более 400 экспертов из разных регионов России и пяти зарубежных стран. Участники форума обсуждали развитие геотермальной энергетики, новых атомных технологий, энергоснабжения отдаленных регионов и перспективных видов топлива. Мероприятие приурочено к 130-летию ТПУ и 70-летию теплоэнергетического образования в Сибири.