Быстрее, выше, мощнее: топ-10 прорывов обнинских атомщиков

Физико-энергетический институт им. Лейпунского отмечает 80-летие. Пуск первой в мире АЭС — самое известное, но далеко не единственное достижение ученых ФЭИ. К юбилею научного центра в Обнинске «СР» вспомнила его прорывные открытия и разработки. Большинство используется и сегодня, на новом технологическом витке.

Быстрый натрий

Меньше чем через год после пуска уран-графитового реактора первой в мире АЭС в Лаборатории «В» (см. справку) запустили первый в СССР реактор на быстрых нейтронах БР-1. Теплоносителя не было — установка нулевой мощности предназначалась исключительно для физических расчетов. В следующей, БР-2, использовали ртутный теплоноситель (как в первом в мире американском быстром реакторе Clementine), однако высокое коррозионное воздействие на конструкционные материалы вынудило отказаться от ртути в пользу жидкого натрия, который и стал визитной карточкой ФЭИ. Разработки ученых лежат в основе проектов действующих сейчас промышленных быстрых реакторов БН-800 и БН-600 и исследовательского БОР-60. На Белоярской АЭС готовятся к строительству блока четвертого поколения с натриевым БН-1200М.

Первый наукоград

Обнинск вырос вокруг Лаборатории «В» и развивался как город ученых. Сейчас там больше десятка научных организаций: Научно-исследовательский физико-химический институт им. Карпова (входит в «Росатом»), Медицинский радиологический научный центр им. Цыба, всероссийские НИИ гидрометеорологической информации и сельскохозяйственной метеорологии и др. Обнинские общественники, среди которых были и сотрудники ФЭИ, в конце 1990-х годов многое сделали для того, чтобы был принят федеральный закон «О статусе наукограда РФ». В 2000 году Обнинск первым получил этот статус. Сейчас в России 14 наукоградов, в Калужской области Обнинск по-прежнему такой один.

Самоходная АЭС

Сегодня малые модульные реакторы (ММР) — глобальный тренд. По данным Международного агентства по атомной энергии, в мире прорабатывается около 50 проектов и концепций ММР. А в ФЭИ еще в 1961 году построили транспортабельную электростанцию электрической мощностью 1,5 МВт. ТЭС-3 размещалась на четырех самоходных гусеничных шасси на базе удлиненного шасси тяжелого танка Т-10 и предназначалась для Крайнего Севера. Ренессанс малой атомной энергетики ФЭИ встречает новыми проектами. Среди них — блочно-транспортабельная АЭС с быстрым натриевым реактором и газотурбинным преобразователем.

Подводный рекордсмен

Под научным руководством ФЭИ разработаны первые в СССР реакторы для атомных подводных лодок. В институте занялись силовыми установками двух типов. Один — водо-водяные с жидкометаллическим теплоносителем (свинец и висмут). Другой — уникальная советская разработка, позволившая создать сверхскоростные и малошумные подлодки. Среди них — самые быстрые в мире серийные боевые подлодки проекта 705 «Лира». Они развивали скорость 42 узла (средняя скорость современных атомных подлодок — порядка 30 узлов). В кораблестроении с тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями по разным причинам не сложилось, однако на основе этих наработок родились проекты энергетических реакторов. Блок четвертого поколения с быстрым свинцовым реактором БРЕСТ-ОД-300 сооружается в Северске.

Прямое преобразование

Еще за год до запуска первого искусственного спутника Земли руководитель Лаборатории «В» Александр Лейпунский предложил оснащать космические аппараты ядерными энергоустановками. После проработки проектов с машинным преобразованием энергии (ртутный и калиевый пар, газотурбинная схема) предпочтение отдали схеме прямого преобразования с полупроводниковыми элементами. Летные испытания термоэлектрической установки «Бук» на аппарате «Космос-367» состоялись в 1970 году. Позже в ФЭИ разработали реактор-преобразователь «Топаз» на более перспективном, термоэмиссионном, принципе преобразования энергии. На нем основана и современная разработка института — автономный источник «Аист-МП» для энергоснабжения морских платформ.

Эврика!

Ученые ФЭИ — авторы пяти официально зарегистрированных открытий. Последнее, в области физики плазмы, сделано в 2014 году. Сотрудники института с коллегами из Санкт-Петербургского горного университета обнаружили ранее неизвестное явление фазового превращения аморфного мелкодисперсного углерода в графен в среде низкотемпературной газоразрядной цезиевой плазмы. Открытие сулит прорыв в термоэмиссионных технологиях плазменной электроэнергетики.

Возвращение в авиацию

В 1950-е годы Лаборатория «В» участвовала в разработке реакторов с жидкометаллическими теплоносителями (натрий, литий) для атомного самолета, однако в железе та идея не воплотилась. В XXI веке ФЭИ вернулся в авиацию — решил проблему дефицита комплектующих из-за санкций. Институт наладил серийный выпуск водяных и воздушных фильтров для Airbus, Boeing, SSJ 100 и Embraer. Другая разработка — экспресс-система оценки качества горючего, которая за минуту проводит нейтронно-активационный анализ авиационного керосина и других видов углеводородного топлива.

Лучи здоровья

В 1958 году в ФЭИ открыли горячую лабораторию — 30 горячих камер, 16 защитных боксов, мощная вентиляционная система и производственные помещения. Предназначался комплекс для исследований облученного топлива, а с 1980-х там ведутся разработки и для ядерной медицины. Научно-производственный комплекс изотопов и радиофармпрепаратов ФЭИ выпускает 16 продуктов: генераторы рения-188 для диагностики и терапии онкологии и заболеваний суставов, микроисточники с йодом-125 для брахитерапии рака предстательной железы, офтальмоаппликаторы с рутением-106 для лучевой терапии глазных опухолей и др. ФЭИ — один из трех мировых производителей актиния-225, альфа-эмиттера для таргетной терапии рака. Этот изотоп в институте получают по собственной технологии.

Атомное Лего

Весь атомный мир признает, что будущее — за быстрыми реакторами. И только ФЭИ обладает экспериментальной базой, позволяющей изучать нейтронно-физические характеристики активных зон бридеров с различными жидкометаллическими теплоносителями и видами топлива. Комплекс быстрых физических стендов (БФС) называют лего: из элементов этого гигантского конструктора ученые составляют активные зоны ядерных реакторов новых типов. За полвека на БФС испытали модели всех ныне действующих быстрых реакторов: ИБР-2, БОР-60, БН-600, БН-800, CEFR и др. В конце 2023 года собрали модель активной зоны перспективного БН-1200М. Это самая большая критическая сборка в истории исследований — 4,7 тыс. топливных стержней.

Ядерно-лазерная энергетика

ФЭИ — пионер в теме лазеров с ядерной накачкой. Ученые решают проблему прямого преобразования энергии деления ядер урана-235 в лазерную энергию с помощью оптического квантового усилителя. Эти разработки открывают путь к ядерно-лазерной энергетике, эффективной передаче энергии на огромные расстояния — даже в космос. Создана уникальная реакторно-лазерная система на основе оптического квантового усилителя с ядерной накачкой. Она состоит из двух модулей: запального импульсного реактора БАРС-6 и лазерного блока. Нейтроны от ядерной реакции вызывают ионизацию газа, что приводит к генерации лазерного луча.

Справка

Постановление Совета народных комиссаров о создании первой в СССР научно-исследовательской организации для разработки энергетических реакторов (Лаборатории «В») было подписано 19 декабря 1945 года. Однако ее днем рождения считается 31 мая 1946 года, когда вышел первый приказ по лаборатории. 25 августа 1960 года Лабораторию «В» переименовали в Физико-энергетический институт. В 1994 году ФЭИ получил статус Государственного научного центра РФ, с 1996 года носит имя прославленного ученого Александра Лейпунского.