На состоявшейся на днях конференции по новым материалам и химии на пленарной сессии модератором выступил Михаил Ковальчук, президент Национального исследовательского центра «Курчатовский институт». Собственного отдельного доклада у него не было, но он подробно комментировал других выступавших, рассказывая малоизвестные детали о прошлом и настоящем НИЦ. И его было интересно слушать. Поэтому мы решили поделиться некоторыми его высказываниями с читателями, не претендуя, естественно, на сколь-нибудь полный обзор работы института в этом направлении.
Вообще, тема новых материалов и «Курчатовского института» крайне широка, достаточно напомнить, что в его подчинении находятся ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей», ведущий центр инженерно-конструкторской и научной мысли в судостроении, и Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ).
А всего в орбиту НИЦ входят, как напомнил Михаил Ковальчук, десятки различных НИИ. Которые занимаются отнюдь не только атомной тематикой, но самыми разными вещами, включая даже медицину и генетику (поэтому в их числе можно найти даже ВНИИ виноградарства и виноделия в Ялте, специалисты там занимаются проблемой сохранения «аутентичных сортов» винограда, используя наработки генетиков). И многие из них используют или создают инновационные материалы.
Сейчас очень обсуждаемой темой является водород — водородная энергетика, водородная металлургия. Михаил Валентинович сообщил, что первопроходцем здесь выступал именно «Курчатник», причём ещё полвека назад!
«В конце семидесятых стало ясно, что бурно развивающаяся в стране атомная энергетика может при необходимости обеспечить всю генерацию в стране. Но, по подсчётам, даже в этом гипотетическом случае она закрыла бы лишь треть энергобаланса страны. Две трети в любом случае давали двигатели внутреннего сгорания, теплоэлектростанции и прочее. Централизованно электроэнергию можно было доставлять не во все районы. Тогда ещё существовала проблема избыточной электроэнергии в ночное время, так, как сейчас, регулировать АЭС ещё не умели. Возникла идея «консервировать» электроэнергию в водороде, чтобы потом доставлять её туда, куда надо, и когда надо.
В 1978 году был создан в «Курчатнике» первый в мире институт водородной энергетики. Наш институт оказался в центре водородной программы, на которую работали 300 предприятий по всему Советскому Союзу! В частности, проблемой использования водорода в металлургии в качестве альтернативы коксующемуся углю занимались в контакте с нами специалисты «Тулачермета».
С этой программой была связана проблема хранения водорода, транспортировки газа и разработки новых материалов для её решения. Были созданы элементы запасания водорода, генераторы водорода разного типа. Опробовались десятки технологий получения водорода из разных источников — из метана, из воды. Строили специальные высокотемпературные реакторы, дававшие огромное тепло, которое разлагало воду», — вспоминает Михаил Ковальчук.
Институт атомной энергии имени И.В. Курчатова (сейчас Курчатовский институт). Советские ученые Ю. Т. Байбородов, М. С. Иоффе, В. М. Петров и Р. И. Соболев во время экспериментов.
При этом вопрос имел не только экономическое, но и военное значение. «Был создан самолёт на базе Ту-154, летающая лаборатория, названная Ту-155. Она использовала водородный двигатель! Самолёт провёл 8 полётов на жидком водороде, первым в мире. Один из его двигателей работал на водородном топливе.
Внутри он выглядел жутковато: там сняли все кресла, поставили специальные ёмкости с сжиженным газом. А внутри салон заполнялся благородным инертным газом, чтобы водород не рванул. Вы бы хотели на таком самолёте полететь? Я лично не согласился бы... Но военный лётчик в одиночку летал. А для чего это вообще было нужно? Ведь водород — горючий газ, смесь водорода и кислорода не зря называют гремучим газом. С ним обращаться надо крайне осторожно.
Но Советский Союз тогда начал строить собственные авианесущие крейсера — ответ американским авианосцам. Однако у США по миру было порядка двухсот баз, где их самолёты могли дозаправиться. У СССР такой возможности не было. А где же их заправлять?
Решено было поискать вариант, при котором с использованием части электроэнергии от атомной установки авианесущего крейсера вырабатывался водород в качестве топлива, а военные самолёты уже не нуждались бы в топливе старого типа... После распада СССР программу закрыли, а самолёт этот у «Ростеха» где-то стоит, цел до сих пор».
Рассказал Ковальчук о научной проблеме, которую курчатовцы успешно решили — продление срока службы реакторов. Она напрямую связана с материаловедением, со свойствами стали. В частности, вспомнил Михаил Валентинович недавнее продление срока службы энергоблоков Балаковской АЭС.
Михаил Ковальчук рассказал: «Когда атомные электростанции только начинали строить у нас в стране, они были первоначально рассчитаны на сорок лет работы — и казалось, что это долгий срок. Не успели оглянуться, как он уже прошёл. Встал вопрос, что делать дальше? Закрывать АЭС? Выводить из эксплуатации огромные энергомощности? Проблема была в нейтронном охрупчивании стали, в корпусах реакторов. Выделение нейтронов высокой энергии в реакторе вызывает долговременную деградацию материалов, из которого он сделан.
Однако же был найден выход! Нами совместно со специалистами «Росатома» была разработана технология восстановительного отжига корпуса реактора. Её применяют прямо на месте, в реакторном зале, где монтируют специальную установку. Металл нагревается до температуры отжига на несколько суток, а потом охлаждается. Что позволяет восстановить изначальные свойства стали. Что на сегодня приносит экономию в размере 163 млрд рублей в год!».
Летающая лаборатория Ту-155.
Многие технологии и материалы, разработанные учёными-атомщиками, находят применение и в других отраслях, а в последние десятилетия приносят серьёзный доход от экспорта.
В частности, Михаил Ковальчук вспомнил в этой связи работу атомщиков в области сверхпроводимости: «Можно вспомнить разработанную «Росатомом» технологию создания сверхпроводников низких температур на базе интерметаллического соединения ниобий-олово.
Такой сверхпроводник работает при температуре жидкого гелия (минус 270 градусов), что позволило создать массу уникальных вещей. Не случайно, при создании международного проекта экспериментального термоядерного реактора (ИТЭР) во Франции мы выиграли на конкурсе поставку туда почти 200 тонн сверхпроводникового провода.
Этого никто не мог в мире сделать. Французы приезжают к нам и не могут понять даже не то, как мы его делаем, а как мы его испытываем при сверхнизких температурах. А «Росатом» развернул на базе этой разработки серийное производство огромных объёмов данного уникального материала на Чепецком заводе в Удмуртии.
Но жидкий гелий — дорого, сложно и уникально. Однако есть высокотемпературная сверхпроводимость при относительно высоких температурах (точка кипения азота). Это следующий шаг, значительно более простая в этом смысле технология. Мы с «Росатомом», ещё когда его возглавлял Сергей Кириенко, договорились — была приобретена опытная линия по созданию сложнейшей многослойной ленты и установлена в Курчатовском институте. И мы за эти годы отработали полную замену всех материалов на отечественные. То есть мы сегодня имеем полную технологию высокотемпературной сверхпроводимости, базирующуюся на отечественных материалах.
Где это можно применить? Появляется возможность передачи электроэнергии на большие расстояния без потерь. При организации электродвижения с использованием сверхпроводимых материалов мы получаем огромную экономию электроэнергии, плюс пожаробезопасность. Поэтому президент РФ недавно утвердил новое технологическое направление: «прямое преобразование энергии для электродвижения и сверхпроводимость». Это крайне важно в том числе для развития транспорта», — отметил Ковальчук.
Что можно об этом сказать? Блестящих идей в России и раньше, и сейчас было много. Есть поводы для гордости. А вот с внедрением их не просто в жизнь, а в серийное производство часто случались проблемы. Будем надеяться, что страна научится и этому, тем более, имея за плечами огромный научный задел.
Алексей Василивецкий
