Космос, суперкомпьютер и ЕГЭ по физике: новоиспеченные члены РАН из «Росатома» поделились мыслями

В июле прошла встреча, посвященная недавно избранным в РАН членам-корреспондентам и академику из «Росатома». Президент РАН Александр Сергеев вручил дипломы и удостоверения Юрию Драгунову, Виктору Ильгисонису, Николаю Завьялову, Дмитрию Петрову и Рашиту Шагалиеву. Ученые выступили перед коллегами из академии, Курчатовского института и госкорпорации. Говорили о результатах своих исследований и видении стратегии научно-технического развития отрасли и страны. Приводим выдержки из их речей.

Научный кризис-менеджмент

Юрий Драгунов
Научный руководитель космических ядерных установок, НИКИЭТ, академик РАН

— Проекты первых энергетических реакторов создавались уникальными талантливыми конструкторами. Но, на мой взгляд, глубинного понимания всех процессов, которые происходят с оборудованием при эксплуатации на АЭС, на этапе проектирования не было. Это со временем породило серьезные проблемы. Работая в ОКБ «Гидропресс», я принимал участие в решении проблем по АЭС с ВВЭР.

Первая — проблема коллекторов парогенераторов реакторов ВВЭР-440: в процессе эксплуатации обнаружилось их массовое коррозионное растрескивание. Это приводило к непомерным затратам на ремонт. Чтобы понять причины растрескивания, мы провели уникальные испытания крупномасштабных моделей коллекторов, выполнили детальный анализ поведения агрессивных примесей в оборудовании АЭС, определили предельные условия, при которых начинается коррозионное растрескивание. Разработали и реализовали мероприятия для обеспечения нормальной работы на станциях. Проведенный комплекс работ позволил создать основы для исключения коррозионного растрескивания на современных и перспективных АЭС.

Вторая проблема, которую мне довелось решать, — хрупкое разрушение корпусов реакторов ВВЭР-440. Масштаб ее был таков, что атомные станции с такими реакторами готовы были останавливать, потому что реальное охрупчивание металла в несколько раз превышало допустимое проектом. Мы испытали множество образцов, в том числе натурные сосуды с толщиной стенки, как у настоящего корпуса реактора, и полномасштабные плиты. На основе этих испытаний бала разработана новая методология обоснования сопротивления корпусов реакторов хрупкому разрушению с использованием критериев механики разрушения. Разработаны и реализованы мероприятия по обеспечению проектного ресурса корпусов реакторов. Параллельно выполнялось обоснование отжига для продления срока службы корпусов реакторов. Первый опытный отжиг был проведен на третьем блоке Нововоронежской АЭС. Результаты подтвердили наши прогнозы. После перешли к отжигу на других АЭС. Для новых проектов была перестроена практически вся технология изготовления корпусов реакторов: от выплавки сталей до изготовления изделия и испытаний образцов.

Самая серьезная, на мой взгляд, проблема возникла с коллекторами парогенераторов ВВЭР-1000. Происходило их растрескивание, и не были понятны причины. Заменяли парогенераторы на Южно-Украинской АЭС — буквально через год новые также выходили из строя. На уровне правительства обсуждался вопрос о прекращении эксплуатации ВВЭР-1000. Мне была поручена научная часть обоснования: надо было выяснить, что произошло и почему. Исследования показали, что имеет место редкое явление резкого снижения пластичности стали коллектора при конкретной температуре — 290–300 ℃. Мы нашли решения и провели корректирующие мероприятия.

Выполнен критический научный анализ проблем, возникших при эксплуатации энергоблоков с ВВЭР-1000, проведены дополнительные НИОКР и с учетом этого разработаны проекты мирового уровня для АЭС в Китае и Индии, созданы основы для разработки АЭС поколения III+.

Хочу отметить, что создана научная школа по ВВЭР, издано 14 монографий по всем аспектам технологии создания реакторных установок, защищены докторские диссертации и создан диссертационный совет.

В 2009 году меня пригласили на работу в НИКИЭТ. Одной из самых интересных разработок института последнего десятилетия считаю реакторную установку для транспортного энергетического модуля мегаваттного класса. Был разработан технический проект, изготовлен полномасштабный макет реакторной установки и активная зона с полным комплектом твэлов, проведен контрольный физический пуск. Мы доказали реализуемость этого проекта.

База для новых знаний

Николай Завьялов
Заместитель научного руководителя РФЯЦ-ВНИИЭФ, директор Института ядерной и радиационной физики, член-корреспондент РАН

— В условиях действия договора о запрете ядерных испытаний роль экспериментальной базы в ядерно-физических и радиационных исследованиях постоянно растет. Ее развитие очень важно не только для обеспечения безопасности нашего государства, но и для гражданских фундаментальных и прикладных исследований, которые приведут к созданию прорывных технологий.

Для исследований в области физики взрыва в ядерных центрах «Росатома» создана уникальная экспериментальная база. Работает полномасштабная электрофизическая установка «Гамма-4», генерирующая мощные импульсы тормозного излучения. Для гамма-нейтронных исследований создан критический стенд. Он позволяет проводить радиационные испытания крупногабаритных объектов.

Много внимания уделяется космическим исследованиям. Возрастает роль обоснования стойкости оборудования, приборов и систем, которые работают в космическом пространстве. Во ВНИИЭФ создается центр радиационных испытаний электронной компонентной базы и радиоэлектронной аппаратуры, в котором можно будет проводить тесты на все виды космического излучения. Мы должны в этом году ввести в эксплуатацию первую очередь центра, где сможем изучать воздействие на приборы тяжелых космических частиц.

В рамках комплексной программы по развитию атомной науки и технологий создаются отечественные технологии для фундаментальных исследований в области синтеза новых элементов. Сейчас таблица Менделеева заканчивается на 118-м элементе. Чтобы получить и исследовать новые, надо производить больше редких изотопов и создать принципиально новую технологию синтеза. Во ВНИИЭФ к 2024 году будет построен сепаратор, на котором мы будем получать калифорний-251 и другие редкие изотопы, необходимые для синтеза новых элементов.

В рамках создания Национального центра физики и математики в Сарове планируем построить ускорительный комплекс — супер-С-тау-фабрику. Она нужна для изучения тау-лептонов и частиц, содержащих очарованные кварки, а также поиска новых физических явлений, не описываемых Стандартной моделью. Установка должна дать совершенно новые знания об устройстве мира. Надеемся получить результаты нобелевского уровня.

Где место термояду?

Виктор Ильгисонис
Директор направления научно-технических исследований и разработок, «Росатом», член-корреспондент РАН

— Я хочу рассказать о наличии в области термоядерного синтеза идей, которые сегодня звучат фантастически, но, как мне представляется, могут стать основой для будущих экспериментов. Я считаю, что место термояда в космосе, и постараюсь обосновать эту позицию.

Самая большая проблема при попытках создания термоядерного реактора — проблема первой стенки, которая взаимодействует с плазмой. Мы пытаемся ее решить. Например, в международном проекте токамака ИТЭР ставка сделана на максимально термостойкий материал — большая часть первой стенки будет делаться из вольфрама. На более отдаленную перспективу мы придумали достаточно оригинальную литиевую защиту наиболее нагруженных элементов стенки, позволяющую слоем жидкого или газообразного лития купировать приходящие из плазмы потоки частиц, снижая тепловую нагрузку на стенку. Тем не менее лучше всего было бы отказаться от стенки вообще, а для этого нужно разместить термоядерное устройство в космосе. Это также позволит отказаться от сложной вакуумной системы.

Можно ли просто так взять и запустить токамак в космос? Вряд ли. Это слишком крупногабаритная конструкция. Вес ИТЭР — 23 тыс. т, а вспомогательные системы занимают целый город. Надо реализовать систему, которая бы отвечала требованиям компактности, обеспечивая при этом стационарность. Наверное, эта система должна быть сверхпроводящая, с прямым преобразованием энергии, для того чтобы не тратить ее на тепловой цикл. Представляется, что таким требованиям могут удовлетворять относительно простые системы, которые были изобретены в ходе термоядерных исследований, но большого распространения не получили из-за доминанты токамаков, успешно эксплуатировавшихся в нашей стране. Это гофрированный тор и сверхпроводящий диполь.

Чтобы доказать реализуемость этого проекта, потребуется серия экспериментов на Земле и в космосе. По-моему, в первую очередь нужно проанализировать возможности нахождения сверхпроводника в космосе. Насколько мне известно, такие возможности никем до сих пор в полной мере не использовались и не исследовались.

Предотвратить кадровый провал

Дмитрий Петров
Главный конструктор, РФЯЦ-ВНИИТФ, член-корреспондент РАН

— Несколько лет назад была разработана закрытая научная программа ядерного оружейного комплекса, которая сейчас выполняется. С наукой вроде бы у нас все хорошо, есть проекты. Но есть некоторые опасения по поводу кадрового потенциала ЯОКа. Те прорывы, о необходимости которых мы сегодня говорим, должны опираться на кадровую основу и политику, которой на сегодняшний день, по-моему, нет. В этом я вижу очень большую опасность.

Эту тему меня побудили затронуть недавние события. Я был в командировке в Перми и узнал, что на весь миллионный город ЕГЭ по физике выбрали в этом году всего 700 выпускников. Это не покрывает тех бюджетных мест, которые в вузах Перми есть. В моем городе Снежинске 120 выпускников, всего 39 выбрали ЕГЭ по физике. Причем получилось не блестяще: средний балл — 80. С коллегами из Новосибирска пообщался: те же самые проблемы с преподаванием физики в школах. Если так дальше пойдет, у нас через пять лет будет кадровый провал.

Мы можем строить громадье планов, рисовать модели прекрасных установок. А придет молодой специалист, который не может отличить вольт от ампера. И что он будет делать на этих установках? На мой взгляд, экзамен по физике должен быть в школах обязательным. Академия должна проявить тут свою организаторскую роль.

Что такое Национальный центр физики и математики в Сарове, о котором мы так много в последнее время говорим? Я вижу его основную цель в подготовке кадров для ЯОКа и других дивизионов «Росатома». Я стал научным руководителем ядерного испытания в 24 года — по сути, мальчишка. Но со своей задачей справился. Сейчас можем ли мы доверить ядерный щит тем мальчишкам, которые к нам приходят? Уровень образования у них достаточно низок. НЦФМ, по-моему, должны восполнить этот пробел.

«Логос» и «Эльбрус»

Рашит Шагалиев
Заместитель научного руководителя РФЯЦ-ВНИИЭФ, член-корреспондент РАН

— Довольно остро сегодня стоит проблема создания нового поколения методов математического моделирования. Я бы выделил тут три задачи. Первая — мы должны разрабатывать современные модели процессов, создавать методы моделирования, адаптировать их под особенности современных суперкомпьютерных систем. Нужно шире использовать технологии искусственного интеллекта, машинного обучения и т. п. Вторая задача — создание нового поколения баз данных, ориентированных на высокоточное моделирование. И третья — разработка программных продуктов, которые впитают эти технологии и станут практическим инструментом.

Расскажу, что на сегодняшний день сделано. В основу новой технологии в виде инструментария для моделирования мы заложили пакет программ «Логос». Это достаточно серьезный результат, но это только начало. Нужны специализированные версии «Логоса» для разных отраслей промышленности, надо расширять область применения. Создана широкая кооперация организаций и научных центров, которые этой проблемой занимаются.

Также необходимо развивать вычислительную базу. Здесь работы ведутся достаточно широким фронтом. Что касается суперЭВМ среднего класса, мы имеем неплохие результаты: созданы машины на базе процессоров «Эльбрус», ориентированные на задачи, связанные с обработкой больших объемов данных. Начаты работы по созданию суперЭВМ на новых принципах. Это оптический суперкомпьютер — вычислительные процессы построены на взаимодействии импульсов лазерного излучения, а не на работе электронных компонентов, как в обычных ЭВМ. Такая машина состоит из электрической и «световой» частей. Машинный код, то есть набор инструкций, переводится в лазерные импульсы. Кванты света, фотоны, по волноводам попадают в фотонный процессор, где происходит взаимодействие лазерных импульсов и над ними совершаются такие же логические операции, как в электронно-вычислительных машинах. Лазерные лучи возвращаются в электрическую часть компьютера, где оптическая информация преобразуется в электрическую и оказывается доступной пользователю.