Премия за атом

Ученые «Росатома» проводят передовые исследования и создают критически важные технологии. Они разрабатывают инновационные решения в стратегически значимых отраслях, обеспечивая технологический суверенитет и устойчивое развитие России. Неудивительно, что их труд получает высокую оценку не только внутри отрасли, но и на государственном уровне. Возобновляемая атомная энергетика, материалы для реакторов будущего и орбитальный телескоп для самой точной карты вселенной — «Ъ-Наука» вспоминает, за что российские ученые-атомщики удостаивались высших государственных наград на родине.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Инженер замкнутого цикла

Празднуя в нынешнем году свое 80-летие, отечественная атомная промышленность готовится открыть новую главу в истории мирного атома — воплотить двухкомпонентную модель ядерной энергетики с замкнутым топливным ядерным циклом. Развитие по этому пути заложено в Энергетическую стратегию РФ до 2050 и её перспективы до 2100 года. Один из основоположников и лидеров этой работы в госкорпорации — инициатор и научный руководитель проекта «Прорыв» Евгений Адамов. В 2024 году он стал лауреатом Государственной премии РФ в области науки и технологий «за цикл фундаментальных и прикладных научно-исследовательских, опытно-конструкторских и опытно-технологических работ, которые внесли выдающийся вклад в разработку научно-технических основ, обоснование и реализацию стратегии двухкомпонентного развития ядерной энергетики Российской Федерации».

Под двумя компонентами подразумеваются два типа реакторов, работающие в связке: классические, на тепловых нейтронах, и перспективные, на быстрых. Такая связка нужна, чтобы обеспечить наиболее эффективный старт быстрых реакторов на смешанном уран-плутониевом топливе, дожигание долгоживущих минорных актинидов, копящихся в отработавшем топливе, а также увеличение топливной базы ядерной энергетики более чем в 100 раз.

«Двухкомпонентная ядерная энергетика — это ответ на главный вызов XXI века: как надежно обеспечить человечество энергией на будущие тысячелетия, не подрывая при этом природные и сырьевые основы собственного существования»,— поясняет Евгений Адамов «Ъ-Науке».

Работа над практическим замыканием ядерного топливного цикла на базе реакторов на быстрых нейтронах естественной безопасности развивается в статьях Евгения Адамова, опубликованных в журналах «Атомная энергия» и Nuclear Engineering and Design еще в 1991 году. Адамов — апологет и один из авторов этой концепции в ядерной энергетике.

Она базируется на пяти аспектах. Первый и самый главный из них — исключение аварий, требующих эвакуации, а тем более отселения населения, а также выводящих из хозяйственного использования значительные территории.

Второй и третий аспекты — полное использование энергетического потенциала добываемого сырья, а также сохранение природного радиационного баланса при обращении с ядерными материалами. Четвертый — технологическая поддержка режима нераспространения ядерного оружия (исключаются наработка оружейного урана и плутония). Пятый — конкурентоспособность мирного атома в сравнении с другими технологиями получения электроэнергии.

Разработка этих тезисов, а главное, практического подхода к их реализации обрела для Адамова особую важность после переломного момента в его жизни: в 1986 году он участвовал в ликвидации последствий трагедии на Чернобыльской АЭС и затем руководил работами по модернизации реактора РБМК с тем, чтобы Чернобыльская авария не могла повториться.

Работы, которые велись при участии и под руководством Евгения Адамова, легли в основу «Инициативы по энергетическому обеспечению устойчивого развития человечества», с которой президент России Владимир Путин выступил на «Саммите тысячелетия» ООН в 2000 году. С этого начался «Международный проект по инновационным реакторам и топливным циклам» (ИНПРО), в котором сегодня участвуют более 40 стран,— в том же году Адамов лично, будучи главой Министерства РФ по атомной энергии, инициировал старт этой инициативы в рамках МАГАТЭ.

Именно с подачи Адамова и благодаря его визионерской позиции «Росатом» в 2013 году запустил инновационный проект «Прорыв», в рамках которого в Северске (Томская область) строится демонстрационный комплекс с быстрым реактором БРЕСТ-ОД-300. С окончанием НИОКР и сооружения основных объектов опытно-демонстрационного комплекса к 2030 году он послужит первой в истории практической реализацией замкнутого ядерного топливного цикла — с этого начнется развитие новой технологической платформы атомной отрасли.

Материальный базис

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Технологический базис мирного атома будущего — новые материалы с небывалыми свойствами: без них двухкомпонентную ядерную энергетику не построить. Среди таких инноваций — высокорадиационностойкие материалы для корпусов атомных реакторов новых поколений: например, суперсплавы, способные выдерживать температуры и агрессивность теплоносителей реакторов. Работы в этом направлении ведутся в России далеко не первое десятилетие. Например, за создание таких сплавов Государственной премией РФ в области науки и технологий 2012 года был отмечен ученый-физхимик, металлург, в прошлом генеральный директор ГНЦ РФ НПО «ЦНИИТМАШ» (входит в машиностроительный дивизион «Росатома») Алексей Дуб, ныне первый заместитель директора частного учреждения «Наука и инновации» («Росатом»).

«В нулевые стояла задача — создать материал и технологию работы с ним, чтобы гарантировать реакторам срок службы не менее 60 лет,— вспоминает сам ученый в беседе с "Ъ-Наукой".— Работой в этом направлении занимались НИЦ "Курчатовский институт" и его организации, а также головная материаловедческая организация "Росатома" — НПО "ЦНИИТМАШ". Результатом стало появление так называемых наноструктурированных сталей: мы создали как материалы, так и сквозную технологию производства от слитков до различных конструкций, доказали, что ресурс их службы превышает 60 лет».

До того как была проделана эта работа, ресурс реакторов был ограничен сроком в 30 лет. Благодаря разработкам, выполненным с участием Алексея Дуба, этот срок удалось увеличить вдвое, и теперь речь идет о его дальнейшем продлении — уже до 80 лет.

Сегодня Алексей Дуб в качестве научного руководителя возглавляет федеральный проект по созданию новых материалов и производственных технологий для атомной энергетики завтрашнего дня (входит в нацпроект технологического лидерства «Новые атомные и энергетические технологии»). Задача проекта — создание новых конструкционных материалов, из которых будут изготавливаться компоненты реакторных установок для ядерных энергосистем (ЯЭС) IV поколения: ВВЭР-С и ВВЭР-СКД, БРЕСТ-ОД-300, БН-1200М, БР-1200, ВТГР, ИЖСР.

Это металлические и композиционные материалы, отвечающие повышенным требованиям для обеспечения эксплуатационных свойств реакторов будущего, работающих в замкнутом ядерном топливном цикле. Для этого необходимы надежность и стойкость к воздействию высоких механических нагрузок, температур, радиации и коррозии.

В научных центрах и на предприятиях «Росатома» ведутся десятки НИОКРов по разработке новых сталей феррито-мартенситного и аустенитного классов, никелевых и молибденовых сплавов, металлокерамических и керамических систем на базе карбида кремния, высокопрочного углеволокна, высокоэнергетических магнитов из новых сплавов редкоземельных элементов.

Комплекс работ по новым материалам для реакторов для ядерных энергосистем (ЯЭС) IV поколения завершится к 2030 году. Уже в 2027–2028 годах по металлическим материалам будут готовы промышленные технологии, а по композитам — испытаны готовые изделия. С 2030-го начнется следующий этап: разработка промышленных материалов и для термоядерной энергетики, появление которых обеспечит переход от лабораторных установок к промышленным образцам.

Важная часть федпроекта по новым материалам — развитие аддитивных технологий. В «Росатоме» разрабатывают установки для печати конструкций из металлов, полимеров и керамических материалов любой геометрии и габаритами до нескольких метров.

В работе около десятка различных технологий, включая вариации стереолитографии, электро- и плазменно-дугового выращивания, электронно-лучевой наплавки. Уже ведутся эксплуатационные испытания изделий, получаемых на таких установках, серийно выпускать 3D-принтеры будущего начнут к 2030-му. Они послужат ключевым инструментом для множества наукоемких отраслей: на них можно будет печатать как корпуса серийных модульных реакторов, так и, например, штучные сложнопрофилированные изделия для космоса.

В «Росатоме» учатся печатать и из живых клеток: целое направление в рамках приоритетного направления научно-технологического развития госкорпорации «Материалы и технологии» — инновационные работы по биофабрикации тканей. Для такой печати используется специально разработанное устройство — магнитоакустический биопринтер, а исходным материалом для выращивания имплантов служат собственные клетки пациентов (пока что это животные).

В 2024 году было освоено выращивание отдельных кровеносных сосудов, а на Форуме будущих технологий в феврале 2025-го кролика с таким имплантатом показывали президенту РФ Владимиру Путину. В марте 2025 года лаборатория биопечати при поддержке «Росатома» открылась в МИФИ — здесь будут готовить кадры для инновационного направления. Тем временем ученые госкорпорации трудятся над переходом к получению более сложных разветвленных систем, следующим шагом станут сложные органы.

От атомного ядра до границ мироздания

Мирный атом — это не только про разрешение проблем энергетики. Интересы ученых и инженеров-ядерщиков распространяются далеко за пределы этой области, буквально к границам обозримой Вселенной. Один из таких инженеров — сотрудник ведущего предприятия госкорпорации «Росатом», Российского федерального ядерного центра — ВНИИ экспериментальной физики Михаил Гарин. Он был удостоен премии правительства РФ в области науки и техники 2024 года за создание первого российского рентгеновского зеркального телескопа ART-ХС им. М. Н. Павлинского. Благодаря ему российские ученые построили самую детальную на сегодняшний день карту Вселенной в жестких рентгеновских лучах.

«Это первый в России рентгеновский телескоп на основе зеркал скользящего падения,— поясняет Михаил Гарин.— Применение такой оптики и полупроводниковых детекторов на кадмий-теллуре позволило увеличить разрешающую способность и чувствительность в десятки раз. В отличие от запускавшихся ранее зарубежных рентгеновских телескопов, наш способен работать в "жестком" диапазоне энергий — от 6 до 30 кэВ с недостижимой до сегодняшнего дня чувствительностью».

Благодаря уникальному сочетанию высокого углового разрешения и высокой чувствительности ART-XC им. М. Н. Павлинского сделал четыре полных обзора всего неба за первые два года работы и обнаружил более 1,5 тыс. объектов — больше, чем европейско-американским рентгеновским телескопам Integral и Swift удалось разглядеть за 20 лет. Они запускались в начале нулевых и тоже работают в «жестком» рентгене, однако диапазон у них гораздо уже.

«В "жестком" диапазоне, по сравнению с более низкими энергиями, поглощение в межзвездной среде меньше влияет на регистрируемый поток излучения. В сочетании с хорошим угловым разрешением телескопа это позволяет уверенно регистрировать и локализовывать самые отдаленные (благодаря "жесткому" диапазону телескоп способен видеть глубже своих предшественников) рентгеновские источники по всему небу»,— говорит Гарин.

Среди таких источников — активные ядра галактик, в том числе растущие сверхмассивные черные дыры, скрытые от наблюдений в других диапазонах длин волн толстым «коконом» из пыли и газа, окружающим аккреционный диск. Черные дыры, к слову, один из основных объектов наблюдения телескопа.

«Вокруг черной дыры образуется аккреционный диск, который излучает, в том числе, и в рентгеновском диапазоне. Это излучение и позволяет получать информацию о черной дыре»,— поясняет Гарин.

Кроме того, ART-XC им. М. Н. Павлинского создавался, чтобы впервые получить выборку, измерить массы и другие характеристики аккрецирующих белых карликов нашей Галактики, в том числе двузвездных систем, внутри которых одна звезда перетягивает на себя вещество из другой. Наконец, телескоп может регистрировать транзиентные рентгеновские источники (то есть объекты с переменной яркостью), среди которых могут оказаться и небесные тела новых типов.

Телескоп проводит полное сканирование небесной сферы и глубокий обзор плоскости нашей Галактики в составе орбитальной обсерватории «Спектр-РГ», запуск которой с космодрома Байконур состоялся 13 июля 2019 года. На основе данных, переданных телескопом к марту 2022 года, в Институте космических исследований РАН составили каталог из 1545 источников рентгеновского излучения. Около 10% из них были зарегистрированы впервые, в связи с чем представляют особый научный интерес.

Около 900 объектов каталога — активные ядра галактик, то есть сверхмассивные черные дыры. Еще почти 200 — расположенные в нашей Галактике двойные звездные системы (так называемые катаклизмические переменные). Остальные — нейтронные звезды и черные дыры, звезды с горячими коронами, остатки сверхновых, скопления галактик. Обзор всего неба телескопом ART-XC будет продолжаться до конца 2025 года. Ожидается, что итоговый размер каталога увеличится примерно вдвое. Это позволит российским ученым продвинуться в разрешении многих загадок Вселенной, а если повезет, то и столкнуться с ее новыми тайнами.

Илья Арзуманов