Как провести лето с пользой для науки

В музее «Атом» на ВДНХ подвели итоги Проектной школы науки и технологий — 2026. Организованная «Росатомом» школа проходила в Обнинске с 15 по 25 августа. Под руководством студентов, аспирантов и молодых специалистов отрасли 80 выпускников 8–10-х классов работали над научными и инженерными проектами. Результаты показали в «Атоме» топ-менеджерам «Росатома». Рассказываем о трех проектах.

Поймать позитроний

Чтобы обнаружить даже самые крохотные, меньше 10 нм, дефекты в материале, используют позитронную аннигиляционную спектроскопию. В образец вводят позитрон, он сталкивается с электроном, происходит аннигиляция, и рождаются два гамма-кванта (фотона). В некоторых веществах перед аннигиляцией позитрон и электрон могут связываться в систему — позитроний. Скорость этих преобразований зависит от электронной структуры образца и наличия микродефектов. Меньше пустот — быстрее наступит аннигиляция.

Чтобы определить, сколько времени прошло между рождением позитрона и аннигиляцией, нужен хороший детектор, который регистрирует гамма-кванты. Выбором такого детектора и занялись участники проектной школы.

Основа детектора — сцинтиллятор и кремниевый фотоумножитель. Атомы вещества-сцинтиллятора поглощают гамма-кванты и испускают свет. Свет попадает на матрицу фотоумножителя и преобразуется в импульс тока. Школьники сравнивали два сцинтиллятора: органический и неорганический. Обработали спектры, полученные на обоих сцинтилляторах, и рассчитали энергетическое разрешение. Чем меньше это разрешение, тем лучше детектор отличает фотон одной энергии от другой. Вывод: оба сцинтиллятора хорошо различают гамма-кванты по энергиям, но органический высвечивает быстрее и дает лучшее временное разрешение.

Напечатать РИТЭГ

Одна из проблем современной атомной энергетики — обращение с отработавшим ядерным топливом. В нем содержатся долгоживущие минорные актиниды. Например, период полураспада америция-241 — 432 года. Школьники предложили использовать его в радиоизотопном термоэлектрическом генераторе — РИТЭГе. Тепло от распада подается на термоэлектрический преобразователь, и возникает электрический ток. КПД у таких генераторов невелик, мощность тоже, зато они десятилетиями вырабатывают электроэнергию, не требуя вмешательств. Поэтому РИТЭГи ставят на марсоходы и космические зонды. Правда, по мере снижения активности источника снижается мощность. В этом смысле америций-241 выигрывает у плутония-238, который подпитывает генераторы на «Кьюриосити», «Галилео» и других космических исследовательских аппаратах.

Школьники разработали РИТЭГ, построили 3D-модель и провели инженерные расчеты: масса топлива, мощность, скорость снижения мощности, даже толщина стенки капсулы, в которой будет храниться америций-241 и которая выдержит перегрузки при запуске. Макет генератора в миниатюре напечатали на 3D-принтере и показали на защите проектов.

Найти «истинную случайность»

Генерация случайных чисел важна в математическом моделировании и криптографии. Проблема в том, что обычно эти числа псевдослучайные (похожие на случайные с точки зрения статистики) — их генерирует алгоритм. А если есть алгоритм, его можно взломать. Квантовые генераторы опираются не на алгоритм, а на физические процессы, поэтому выдают истинно случайные последовательности. Такой генератор и разрабатывали школьники.

Основная часть генератора — оптическая схема. Фотодетектор преобразует полученный на выходе схемы оптический сигнал в электрический ток, ток усиливается и преобразуется в напряжение. Школьники написали программу, которая из данных, полученных при измерении напряжения, генерирует истинно случайную последовательность из нулей и единиц. Система тестов доказала, что последовательность действительно является случайной и генератор работает правильно.

Евгений Абакумов
Заместитель гендиректора «Росатома» по науке и стратегии

— Когда школьники работают над реальными задачами отрасли, они быстро перестают быть просто учениками и становятся полноценными соавторами прикладных решений. Ребята предложили вполне рабочие идеи — будь то компактные детекторы частиц или инструменты для проверки контента на ИИ-генерацию. Такие инициативы помогают будущим специалистам адаптироваться к специфике отрасли и с первых шагов понять, как научные исследования обеспечивают получение практических результатов.