Вклад российских атомщиков в технологический суверенитет и их государственные награды
Специалисты “Росатома” активно занимаются передовыми исследованиями, разрабатывая ключевые технологии и инновационные подходы в стратегически важных областях. Их деятельность способствует укреплению технологического суверенитета и устойчивому прогрессу России. Вполне логично, что их работа высоко ценится как внутри атомной отрасли, так и на государственном уровне. В этой статье мы рассмотрим, какие высшие государственные награды получили российские ученые-атомщики за свои достижения в области возобновляемой атомной энергетики, создания материалов для реакторов нового поколения и разработки орбитального телескопа для точного картографирования Вселенной.
Инженер замкнутого цикла
В год своего 80-летия российская атомная отрасль стоит на пороге новой эры, стремясь реализовать двухкомпонентную систему ядерной энергетики с полностью замкнутым топливным циклом. Этот стратегический вектор закреплен в Энергетической стратегии России до 2050 года и далее до 2100 года. Ключевую роль в этом направлении играет Евгений Адамов — инициатор и научный руководитель проекта «Прорыв» и один из ведущих специалистов “Росатома”. В 2024 году он был удостоен Государственной премии РФ в области науки и технологий за комплекс фундаментальных и прикладных исследований, конструкторских и технологических разработок, которые внесли значительный вклад в формирование научно-технического базиса, обоснование и практическое внедрение стратегии двухкомпонентного развития ядерной энергетики России.
Двухкомпонентная система предполагает совместную работу двух видов реакторов: традиционных на тепловых нейтронах и современных на быстрых. Их синергия призвана оптимизировать запуск быстрых реакторов на уран-плутониевом топливе, обеспечить эффективное сжигание долгоживущих минорных актинидов, образующихся в отработанном топливе, а также многократно, более чем в сто раз, расширить сырьевую базу атомной энергетики.
Евгений Адамов подчеркивает, что “двухкомпонентная ядерная энергетика представляет собой ключевой ответ на основной вызов двадцать первого столетия: как гарантировать человечеству стабильное энергоснабжение на тысячелетия вперед, не истощая при этом природные ресурсы и не нарушая экологическое равновесие”.
Идея практического замыкания ядерного топливного цикла с использованием реакторов на быстрых нейтронах с естественной безопасностью была подробно изложена Евгением Адамовым в статьях для журналов «Атомная энергия» и Nuclear Engineering and Design еще в 1991 году. Адамов является убежденным сторонником и одним из создателей этой концепции в атомной энергетике.
Эта концепция опирается на пять ключевых принципов. Главный из них — предотвращение аварий, которые могут потребовать эвакуации или переселения населения, а также вывода из эксплуатации обширных территорий.
Второй принцип — максимальное использование энергетического потенциала ядерного топлива. Третий — поддержание естественного радиационного баланса при работе с ядерными материалами. Четвертый — обеспечение технологических условий для режима нераспространения ядерного оружия, исключая производство оружейных урана и плутония. Пятый — достижение конкурентоспособности атомной энергетики по сравнению с альтернативными источниками электроэнергии.
Формирование этих принципов и разработка практических методов их воплощения стали особенно значимыми для Адамова после Чернобыльской катастрофы 1986 года, в ликвидации последствий которой он принимал участие. Впоследствии он возглавил работы по усовершенствованию реакторов типа РБМК, чтобы исключить возможность повторения подобных аварий.
Исследования, выполненные при участии и под руководством Евгения Адамова, легли в основу «Инициативы по обеспечению устойчивого энергетического развития человечества», представленной президентом России Владимиром Путиным на «Саммите тысячелетия» ООН в 2000 году. Это стало отправной точкой для «Международного проекта по инновационным реакторам и топливным циклам» (ИНПРО), объединяющего сегодня более 40 государств. В том же году, возглавляя Министерство РФ по атомной энергии, Адамов лично инициировал реализацию этой инициативы в рамках МАГАТЭ.
Благодаря инициативе и дальновидному подходу Адамова, в 2013 году «Росатом» приступил к реализации новаторского проекта «Прорыв». В его рамках в Северске (Томская область) возводится демонстрационный комплекс с быстрым реактором БРЕСТ-ОД-300. Завершение научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ и строительство ключевых объектов этого комплекса к 2030 году ознаменует первое в истории практическое воплощение замкнутого ядерного топливного цикла, открывая путь к развитию новой технологической платформы для атомной индустрии.
Материальный базис
Основой будущей атомной энергетики станут революционные материалы с уникальными свойствами, без которых невозможно создание двухкомпонентной ядерной системы. К таким прорывным разработкам относятся высокорадиационностойкие материалы для корпусов атомных реакторов нового поколения, в частности, суперсплавы, способные выдерживать экстремальные температуры и агрессивные среды теплоносителей. В России исследования в этой сфере проводятся уже не одно десятилетие. Так, в 2012 году Государственной премии РФ в области науки и технологий был удостоен физикохимик и металлург Алексей Дуб, ранее возглавлявший ГНЦ РФ НПО «ЦНИИТМАШ» (часть машиностроительного дивизиона «Росатома»), а ныне являющийся первым заместителем директора ЧУ «Наука и инновации» («Росатом»). Его награда была присуждена за создание таких сплавов.
«В 2000-е годы перед нами стояла задача разработать материал и соответствующие технологии для обеспечения срока службы реакторов не менее 60 лет,— вспоминает Алексей Дуб.— Над этим работали как НИЦ `Курчатовский институт` со своими подразделениями, так и ведущая материаловедческая организация `Росатома` — НПО `ЦНИИТМАШ`. Итогом стало создание наноструктурированных сталей, а также разработка комплексной технологии их производства, от слитков до готовых конструкций. Было убедительно доказано, что ресурс этих материалов превосходит 60 лет».
До этих разработок срок эксплуатации реакторов составлял 30 лет. Усилиями, в том числе, Алексея Дуба, этот период удалось увеличить вдвое, и теперь ведется работа над его дальнейшим продлением — до 80 лет.
В настоящее время Алексей Дуб руководит федеральным проектом по разработке современных материалов и производственных методик для атомной энергетики будущего, который является частью национального проекта «Новые атомные и энергетические технологии». Цель проекта — создание конструкционных материалов нового поколения для компонентов реакторных установок ЯЭС IV поколения, включая ВВЭР-С, ВВЭР-СКД, БРЕСТ-ОД-300, БН-1200М, БР-1200, ВТГР и ИЖСР.
Эти материалы включают металлы и композиты, которые должны соответствовать высочайшим требованиям по эксплуатационным характеристикам для будущих реакторов, работающих в замкнутом ядерном топливном цикле. Они должны обладать исключительной надежностью, устойчивостью к значительным механическим нагрузкам, высоким температурам, радиационному излучению и коррозии.
Десятки научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ проводятся в исследовательских центрах и на предприятиях «Росатома». Они направлены на создание инновационных сталей феррито-мартенситного и аустенитного классов, никелевых и молибденовых сплавов, металлокерамических и керамических систем на основе карбида кремния, высокопрочного углеродного волокна, а также высокоэнергетических магнитов из новых редкоземельных сплавов.
Всесторонние работы по созданию новых материалов для реакторов ЯЭС IV поколения планируется завершить к 2030 году. Уже к 2027–2028 годам будут внедрены промышленные технологии для металлических материалов, а для композитов — успешно испытаны готовые изделия. С 2030 года начнется новый этап, ориентированный на разработку промышленных материалов для термоядерной энергетики, что станет ключевым фактором для перехода от экспериментальных установок к полномасштабным промышленным образцам.
Значимым аспектом федерального проекта по материалам является развитие аддитивных технологий. В «Росатоме» создаются системы для 3D-печати конструкций из металлов, полимеров и керамики, способные производить изделия любой сложности и размеров до нескольких метров.
Сейчас активно разрабатывается около десяти различных аддитивных технологий, таких как стереолитография, электро- и плазменно-дуговое наращивание, а также электронно-лучевая наплавка. Уже проводятся эксплуатационные испытания изделий, созданных с их помощью, а серийное производство 3D-принтеров нового поколения планируется начать к 2030 году. Эти технологии станут фундаментальным инструментом для множества высокотехнологичных отраслей, позволяя изготавливать как корпуса модульных реакторов, так и, например, уникальные сложные детали для космической отрасли.
«Росатом» также активно развивает направление биопечати живых клеток, что является частью приоритетного научно-технологического направления «Материалы и технологии». Эти инновационные исследования включают биофабрикацию тканей. Для этого используется уникальный магнитоакустический биопринтер, а в качестве исходного материала для создания имплантатов применяются собственные клетки пациентов (в настоящее время — животных).
В 2024 году были успешно выращены отдельные кровеносные сосуды, а в феврале 2025 года на Форуме будущих технологий президенту РФ Владимиру Путину был представлен кролик с таким имплантатом. В марте 2025 года при поддержке «Росатома» в МИФИ открылась лаборатория биопечати, где будут обучать специалистов для этого инновационного направления. Ученые госкорпорации тем временем работают над созданием более сложных разветвленных систем, стремясь к биопечати целых органов.
От атомного ядра до границ мироздания
Деятельность, связанная с мирным атомом, выходит далеко за рамки решения энергетических задач. Интересы атомщиков простираются до самых границ наблюдаемой Вселенной. Ярким примером является Михаил Гарин, инженер из Российского федерального ядерного центра – ВНИИ экспериментальной физики, ведущего предприятия «Росатома». В 2024 году он получил премию Правительства РФ в области науки и техники за разработку первого в России рентгеновского зеркального телескопа ART-ХС имени М.Н. Павлинского. С его помощью отечественные ученые создали наиболее подробную на сегодняшний день карту Вселенной в диапазоне жесткого рентгеновского излучения.
«Это первый российский рентгеновский телескоп, использующий зеркала скользящего падения,— объясняет Михаил Гарин.— Благодаря такой оптике и полупроводниковым детекторам на основе кадмий-теллура удалось в десятки раз повысить его разрешающую способность и чувствительность. В отличие от зарубежных аналогов, запущенных ранее, наш телескоп может работать в `жестком` диапазоне энергий от 6 до 30 кэВ, обеспечивая беспрецедентную на сегодня чувствительность».
Уникальное сочетание высокого углового разрешения и чувствительности позволило телескопу ART-XC имени М.Н. Павлинского провести четыре полных обзора всего неба за первые два года эксплуатации, выявив более 1,5 тысячи объектов. Это значительно превосходит результаты европейско-американских рентгеновских телескопов Integral и Swift, которым за 20 лет работы удалось обнаружить меньшее количество объектов, несмотря на их работу в аналогичном «жестком» рентгеновском диапазоне, но с более узким спектром.
Гарин отмечает, что «в `жестком` диапазоне, по сравнению с более низкими энергиями, поглощение излучения в межзвездной среде минимально. Вкупе с высоким угловым разрешением телескопа это дает возможность надежно фиксировать и точно определять местоположение наиболее удаленных рентгеновских источников по всей небесной сфере, поскольку `жесткий` диапазон позволяет заглянуть глубже, чем предыдущие аппараты».
К таким источникам относятся активные ядра галактик, в том числе активно растущие сверхмассивные черные дыры, которые остаются невидимыми в других диапазонах из-за плотного “кокона” пыли и газа, окружающего их аккреционный диск. Черные дыры, кстати, являются одним из главных объектов изучения для этого телескопа.
Гарин уточняет: «Аккреционный диск, формирующийся вокруг черной дыры, излучает, в частности, в рентгеновском диапазоне. Именно это излучение и дает возможность собирать данные о черной дыре».
Помимо этого, телескоп ART-XC имени М.Н. Павлинского был разработан для сбора уникальных данных, позволяющих измерить массы и прочие параметры аккрецирующих белых карликов в нашей Галактике, включая двойные звездные системы, где одна звезда активно перетягивает материю у другой. Также телескоп способен фиксировать транзиентные рентгеновские источники (объекты с изменяющейся яркостью), среди которых могут обнаружиться ранее неизвестные типы небесных тел.
Телескоп осуществляет всестороннее сканирование небесной сферы и детальное изучение плоскости нашей Галактики в составе орбитальной обсерватории «Спектр-РГ», запущенной с Байконура 13 июля 2019 года. К марту 2022 года на основе данных, полученных телескопом, Институт космических исследований РАН сформировал каталог из 1545 рентгеновских источников. Примерно 10% из них были открыты впервые, что придает им особую научную ценность.
Приблизительно 900 объектов в каталоге — это активные ядра галактик, представляющие собой сверхмассивные черные дыры. Еще около 200 — двойные звездные системы (так называемые катаклизмические переменные), расположенные в нашей Галактике. Среди остальных объектов — нейтронные звезды и черные дыры, звезды с горячими коронами, остатки сверхновых и скопления галактик. Телескоп ART-XC продолжит обзор всего неба до конца 2025 года. Предполагается, что к этому моменту объем каталога удвоится, что позволит российским ученым значительно продвинуться в понимании многих загадок Вселенной, а возможно, и обнаружить совершенно новые феномены.
