8 февраля – официальный старт Года науки и технологий в России. «Росатом» на новый тематический год получил подарок, предполагающий большую ответственность: утвержден паспорт комплексной программы «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в РФ на период до 2024 года» (РТТН). 25 декабря Президент РФ Владимир Путин подписал указ о проведении Года науки и технологий. Церемонию открытия года приурочили к 8 февраля – Дню российской науки. «План Года науки и технологий будет сформирован через призму национальных целей, которые определил президент. В предложениях, которые к нам поступили, все мероприятия так или иначе созвучны основным показателям», – сказал сопредседатель оргкомитета по проведению тематического года вице-премьер Дмитрий Чернышенко.
Развитие атомной науки и технологий – одна из национальных целей. 4 февраля премьер-министр Михаил Мишустин на рабочей встрече с главой «Росатома» Алексеем Лихачевым официально объявил о том, что правительство утвердило комплексную программу РТТН, по сути, 14-й национальный проект. «Росатом» уже давно вышел за рамки ядерной энергетики – занимается цифровыми, квантовыми, лазерными и многими другими технологиями, – подчеркнул Михаил Мишустин. – По поручению президента разработана и уже реализуется комплексная программа развития атомной промышленности до 2024 года». «Для нас очень важно, что в апреле сложного 2020 года президент подписал поручение о создании национальной программы, а вы в декабре утвердили ее, – сказал Алексей Лихачев. – Это для нас и знак признания, и серьезный аванс. Считаем, что сможем укрепить лидерство в традиционных направлениях и развить новые».
В видеообращении к сотрудникам атомной отрасли накануне Дня российской науки Алексей Лихачев отметил, что правительство также поддержало проект «Большой Саров» – создание на базе РФЯЦ-ВНИИЭФ Национального центра физики и математики. «Эти программы придадут импульс для развития всей отечественной науки. Их реализация будет идти в тесной кооперации с РАН, Курчатовским институтом и ведущими вузами страны», – сообщил Алексей Лихачев и добавил, что на прошедшей в январе конференции отраслевых руководителей выбран девиз 2021 года – «Мобилизация для реализации нашей стратегии». О стратегии и решениях конференции расскажем в ближайших номерах, а пока вернемся к программе РТТН. В нее вошли пять федеральных проектов: «Двухкомпонентная ядерная энергетика», «Экспериментально-стендовая база», «Термоядерные и плазменные технологии», «Новые материалы и технологии» и «Референтные энергоблоки атомных электростанций».
Пятилетку за четыре года!
9 февраля 2021 года в Москве, в главном здании Госкорпорации «Росатом» прошло торжественное заседание «Наука в комплексной программе РТТН («Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в РФ на период до 2024 года»). Мероприятие было посвящено Дню российской науки. В нем приняли участие представители Госкорпорации «Росатом», НИЦ «Курчатовский институт», институтов Российской академии наук, Минобрнауки РФ, Объединенного института ядерных исследований и др.
Выступая на заседании, генеральный директор Госкорпорации «Росатом» Алексей Лихачёв сказал: «Вся атомная промышленность родом из Российской академии наук, и в этом смысле Академия наук является колыбелью атомной индустрии, атомных знаний, атомной науки». Он напомнил, что несмотря на пандемию и связанные с ней решения о сокращении расходования государственных средств, в апреле Президент РФ Владимир Путин подписал указ о разработке национальной программы «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в РФ на период до 2024 года». «В этом указе президент придал программе все признаки и все инструменты национального проекта», – подчеркнул Алексей Лихачёв.
Весь год продолжалась работа по разработке и утверждению этой программы, и 24 декабря 2020 года председатель Правительства РФ Михаил Мишустин поставил свою подпись под этим документом, утвердив ее сущностные параметры, проекты и бюджетные показатели. Программа РТТН в настоящее время рассматривается целым рядом подгрупп, чтобы ее составляющие и этапы могли быть вписаны в общую Фронтальную стратегию Российской Федерации до 2030 года, которая сейчас готовится по поручению главы Правительства РФ. А.Е. Лихачёв обратил внимание собравшихся на то, как важна была роль и фундаментальной, и прикладной науки с первых идей и моментов зарождения атомной отрасли: «Все, что реализовано в оборонной сфере и атомной энергетике, в ядерных технологиях, – все это в первую очередь плод работы российских и советских ученых. Это та традиция, которую мы должны продлить в течение ближайших десятилетий».
Весомое вступление
С выступлением-преамбулой к участникам мероприятия обратился «главный ученый» Росатома, как его неофициально представили, Георгий Рыкованов – Герой Труда РФ, академик РАН, председатель президиума НТС Росатома, научный руководитель РФЯЦ-ВНИИТФ. Он рассказал об основных научных достижениях последних лет и наиболее значимых направлениях.
– 2021 год объявлен годом науки и технологий; научное сообщество рассматривает это как свидетельство, что руководство страны понимает необходимость развивать фундаментальную и прикладную науку, на основе которой затем создаются технологии. Интересно, что толчком для такого решения послужила в том числе пандемия коронавируса и очевидная роль науки в борьбе с нею. По инициативе президента РАН академика Сергеева был проведен опрос, как повлияла эпидемия на отношения к ученым со стороны россиян; примерно 75 % отметили, что авторитет ученых вырос. Действительно, российская наука смогла создать несколько вакцин от коронавируса: свою продукцию зарегистрировали Институт имени Гамалеи, «Вектор», Центр имени Чумакова. История показывает, что когда страна оказывается в опасности, то наука подставляет плечо, и тоже получает мощный импульс развития. Атомный проект и роль науки в его реализации – тому подтверждение.
Казалось бы, борьба с эпидемией – дело вирусологов, эпидемиологов и медиков; при чем здесь Росатом с энергетикой и оружием? Но Госкорпорация также внесла свой вклад в решение проблемы коронавируса. Так, во ВНИИЭФ в Сарове в кратчайшие сроки был разработан и выведен на рынок инновационный электрофизический аппарат для ингаляционной терапии оксидом азота «ТИАНОКС». В 2020 году организовано серийное производство аппаратов и их сервисное обслуживание. Аппараты применяются для лечения легочной гипертензии, вызванной различными патологиями, в том числе пневмонией, протекающей на фоне инфекции CoviD-19. Работа началась заблаговременно, но завершилась в нужное время, и созданное оборудование, вместе с разработанный врачами методикой уже спасает жизни.
Другая наша работа – расчетное моделирование эпидемии, необходимое для выработки и оптимизации ограничительных мероприятий, нагрузки на систему здравоохранения. Развитие эпидемий обусловлено цепными реакциями, подобными тем, с которыми мы имеем дело в ядерных устройствах. Но есть и существенное отличие: если в ядерных системах за развитие цепной реакции ответственен нейтрон, и его свойства взаимодействия с материалами мы знаем очень хорошо, то переносчиком вируса в эпидемиях является человек, и смоделировать его поведение намного сложней. Поэтому к любым прогнозам, которые давали и наши коллеги, и другие, следует относиться осторожно – особенно если это прогнозы долгосрочные. Тем не менее применение физических моделей, вычислительных технологий и супер-ЭВМ, которые есть в наших ядерных центрах, позволило разработать модель развития эпидемии, которая дает приемлемые количественные результаты, позволяет прогнозировать варианты развития событий (например, при различных вариантах потери иммунитета). Не буду напрямую призывать и агитировать прививаться, но отмечу, что прививка центра Гамалеи, по их словам, гарантирует наличие иммунитета в течение года и более.
Перейдем в более близкую для нас область ядерной физики; каковы значимые события 2020 года? Руководитель секции ядерной физики академик Валерий Рыбаков выделил его наиболее значимые события в мировой науке. По его словам, это обнаружение корреляции момента прихода нейтрино E ν ≈ 10 в 12 – 10 в 15 эВ с мощными вспышками синхротронного излучения в компактных джетах. Сравнение данных нейтринного телескопа IceCube (Антарктида) с наблюдениями на радиотелескопе РАТАН 600 (САО РАН, Зеленчук) показало, что нейтрино с энергиями от ТэВ до ПэВ рождаются в центральных областях радио ярких блазаров. Блазар – это хорошо всем известный квазар, то есть черная дыра, поглощающая окружающее вещество, но джет его направлен на наблюдателя. Черенковское излучение высокоэнергетических нетрино регистрируется в Антарктиде (проект IceCube), где фотоумножителями просматривается километровая толща льда. Подобный нейтринный телескоп создается и у нас на Байкале. Приятно отметить, что на корреляцию обратили внимание российские ученые, которые анализировали данные телескопа РАТАН-600. Этот результат можно рассматривать как подтверждение, что появление нетрино и других частиц высоких энергий связано с эволюцией черных дыр.
Среди значимых научных работ Росатома, которые были завершены в 2020-м, следует отметить запуск первой очереди комплекса малоракурсной томографии ВНИИТФ. Работы проводились совместно с Институтом ядерной физики СО РАН в течение 10 лет. Сравнивая этот российский комплекс с созданным в Лос-Аламосской лаборатории США, мы видим преимущества нашего решения. Американские коллеги пошли традиционным путём: сделали два ускорителя, чтобы получать две взаимно перпендикулярные проекции. Наша же система позволяет с использованием одного ускорителя получить девять ракурсов изображения, и томографическую картину объекта, движущегося со скоростью примерно 5 км в секунду. Комплекс состоит из линейного ускорителя электронов 20 МэВ, транспортного канала пучка электронов, системы регистрации (матричный детектор на основе кристаллов германата висмута), позволяющий существенно повысить чувствительность при регистрации изображения. Созданная двухракурсная система получила увеличенную в 1,5 раза просвечивающую способность, до 80 г на кв.см – это позволяет изучать такие плотные материалы, как уран.
Важным результатом следует считать создание дискового взрывомагнитного генератора, с вдвое увеличенным коэффициентом преобразования энергии взрывчатого вещества в магнитное поле. Это традиционное направление работ РФЯЦ-ВНИИЭФ, основы которого были заложены еще Андреем Сахаровым, столетие которого мы встретим в этом году. С использованием взрывомагнитного генератора получено рекордное магнитное поле 28 Мгс. В дальнейшем предполагается использовать эту установку для исследования уравнений состояния делящихся и конструкционных материалов. Важно, что такая установка позволяет исследовать материалы в режиме изэнтропического нагружения, что является ее существенным преимуществом. По характеристикам и достигаемым давлениям наша установка не уступает Z-машине американской Сандийской лаборатории. Впрочем, есть и недостаток: в российской установке много взрывчатого вещества, поэтому она одноразовая и для каждого эксперимента её изготавливают вновь.
Важно отметить успехи в компьютерном моделировании свойств материалов. В мирной программе, имея дело с материалами при нормальном давлении, к примеру, исследуют их свойства в зависимости от температуры. Варьируя давление, можно получить ряд новых материалов, в том числе имеющих кристаллическую решётку, а при определенных условиях сверхпроводящие свойства. Моделирование по поиску таких материалов было выполнено в кооперации ВНИИА и СколТех. Так, полигидрид уран-h8, предсказанный с помощью эволюционного алгоритма USPEX, появляется при давлении около 500 тыс. атмосфер; его реальность подтверждена Аргоннской национальной лабораторией, при экспериментах с алмазными наковальнями.
Результат, имеющий большое практическое значение, получен в РФЯЦ-ВНИИТФ при компьютерном моделировании кристаллизации расплава: это важно для совершенствования аддитивных технологий. Материал при аддитивном изготовлении чаще всего оказывается хрупким и проигрывает материалу с нормальной кристаллической структурой. В экспериментах было обнаружено, что воздействие ультразвуком на расплав приводит к измельчению зерна, и кристаллизация материала идет более оптимально. Этот эффект удалось воспроизвести в прямом численном моделировании, и развитие исследований показывает, что мы можем получить инструменты изменения свойств материалов при изготовлении деталей с помощью аддитивных технологий.
Росатом отвечает за квантовые вычисления; работа в этом направлении получила активное развитие в 2020 году. Сформированы коллективы и команды, которые развивают результаты Центра перспективных исследований, выполнявшихся в кооперации ВНИИА и МВТУ. Уже разработана технология изготовления сверхпроводников квантовых систем, создан первый 2-кубитный российский квантовый компьютер, со временем жизни кубита порядка 200 мкс – это мировой уровень. В настоящее время идут работы над 4-кубитным квантовым процессором.
Что касается лазерных систем и возможностей их мирного применения, в ТРИНИТИ вы можете ознакомиться с 20-кВт системой на основе волоконных лазеров; она создана давно, и коллеги искали возможность применения этой системы для мирных целей. Предложено и прорабатывается одно из таких применений – использование на объектах Росэнергоатома при демонтаже выведенных из эксплуатации энергоблоков. Лазерная установка позволяет резать металл оборудования первого контура быстро и с минимумом побочных эффектов. Мобильный лазерный модуль (МЛМ) – демонстратор технологий с возможностью управляемой дистанционной лазерной резки. Впервые в мире продемонстрирована возможность лазерной резки реакторной стали толщиной до 440 мм; предложенная концепция лазерный резки ЯРОО включена в перечень технологий ВЭ ЯРОО Концерна «Росэнергоатом»; планируется использование технологии для демонтажа выведенных из эксплуатации реакторов на Нововоронежской АЭС. Основные параметры комплекса: выходная мощность излучения до 20 кВт; дальность дистанционного воздействия – до 100 м; оборудование размещено в 20-ти футовом блок-контейнере массой менее 6 т.
Наконец, одно из направлений в Росатоме – ядерная медицина. Под руководством академика Валентина Смирнова создан комплекс лучевой терапии КЛТ-6 на базе ускоритель электронов 6 МэВ; занимаясь одно время ядерной медициной, знаю, что это основная «рабочая лошадка» онкологов, которая безусловно найдет свое применение и обеспечит дальнейшие успехи в этой области, – закончил выступление Георгий Рыкованов.
Почетные соучастники
Директор НИЦ «Курчатовский институт» Александр Благов рассказал о том, что институт определен головной организацией в реализации программы РТТН. И еще до подписания программы институтом была проделана большая подготовительная работа, в частности, завершены работы по созданию и подключению установки класса «мегасайенс» «Токамак T-15MД», а в 2020 году состоялся её физический пуск. «Сейчас в рамках программы РТТН мы развиваем работы в области гибридных реакторов, а по сути, создаём критические технологии двухкомпонентной атомной энергетики.. Это нейтронные и синхротронные станции, детали ускорителя, магниты и многое другое», – отметил Александр Благов.
О перспективах сотрудничества РАН и Росатома рассказал вице-президент РАН, академик РАН Олег Бондур. В своём выступлении он отметил, что в 2020 году РАН и Госкорпорация «Росатом» подписали соглашение о сотрудничестве, которым предусмотрено использовать потенциала Российской академии наук в интересах решения стратегических задач Росатома, и это соглашение успешно реализуется в части научно-прикладных исследований. «Сегодня мы говорим уже о расширении нашего сотрудничества в рамках 14-го национального проекта – программы РТТН, где предприятия Росатома будут ключевыми игроками. Конечно, институты, которые находятся под руководством РАН, будут активно принимать участие в выполнении этого федерального проекта и в интересах развития атомной отрасли. Направления наших исследований обширны – это и физика экстремального состояния вещества при высоких плотностях энергии, и физика лазеров и лазерная плазма, и целый ряд других направлений», – сказал О. Бандур.
Продолжение… на следующих страницах
Темы основных докладов касались структуры и научных задач федеральных проектов РТТН: разработки технологий двухкомпонентной атомной энергетики с замкнутым ядерным топливным циклом, вопросов создания современной экспериментально-стендовой базы, перспектив освоения термоядерной энергии, материаловедения. Пятый проект и соответственно пятый доклад посвящен совершенствованию технологий атомных станций малой мощности (АСММ). Статьи, подготовленные по материалам этих докладов, мы публикуем далее в номере журнала РЭА №3 за 2021 год.
Алексей Комольцев для журнала РЭА
