Путешествие по Росатому: наука была началом

Мировой атомный проект сегодня широк и многообразен. Мы помним о том, что основа нашей самостоятельности и независимости — ядерные силы сдерживания, мощь которых многие годы удерживает планету от начала Третьей мировой войны. Энергия атомного ядра обеспечивает миллионы потребителей электроэнергией, слова «рентгенограмма», «томограмма» давно и прочно вошли в обиход, мы знакомы с тем, что гамма-нож — примеров мирного использования атомной энергии много, с каждым годом их становится все больше. При этом атомная и ядерная физика — одни из самых новых отраслей знаний, понимание тайн ядер атома появилось совсем недавно, а технологии мирного применения удивительных свойств микроскопических частиц вещества разрабатываются и внедряются чуть более шестидесяти лет. Атомный проект продемонстрировал, насколько быстро может идти прогресс, если работа ученых тесно переплетена с разработками технологов, конструкторов, инженеров — от новых открытий до их практического использования проходят считанные годы. Атомный проект вобрал в себя исследования не только в физике ядра, но такие направления, как физика плазмы, физика лазеров, квантовая оптика, газо-, гидро‑ и термодинамика, радиохимия, акустика, материаловедение, геология, медицина. Новые разработки требуют знаний не в одной, а сразу в нескольких смежных областях — иначе никакого движения вперед не будет.

Наука дала старт атомному проекту и обеспечивает его развитие сегодня

В структуре государственной корпорации по атомной энергетике сформирована отдельная структура — АО «Наука и инновации», созданное для координации научно-исследовательской деятельности и научных центров. Есть у этого подразделения и более привычное название — Научный дивизион Росатома. Наука, как известно, дело затратное, хлопотное и далеко не всегда понятное, но в случае Росатома все немного иначе. Весь наш атомный проект, которым мы по праву гордимся, начинался в Лаборатории №2, с сообщества ученых, многие годы развивавших отрасли самой что ни на есть фундаментальной науки. Но их опыт, знания, позволили воплотить все научные разработки в совершенно конкретные технологии, позволили создавать новые предприятия и целые отрасли науки. История нашего атомного проекта во многом — история научных институтов и производственных объединений, история того, как появлялись новые НИИ, дававшие возможность создавать новые конструкторские бюро, новые направления в науке, в технологиях. Можно сформулировать и совсем коротко: наука стала повивальной бабкой Росатома, развитие атомного проекта невозможно представить без развития научных подразделений, входящих теперь в Научный дивизион. Есть Научный дивизион — есть Росатом, развитие корпорации невозможно без развития его научных подразделений. При этом каждое научное подразделение — часть истории атомного проекта, прослеживая развитие того или иного НИИ, мы лучше видим и понимаем становление атомного проекта в целом. Поэтому уложиться в одну статью, описывающую весь Научный дивизион Росатома — неразумно, да и, пожалуй, просто невозможно. Путешествие по Росатому в этот раз будет неторопливым, основательным — это тот случай, когда стоит почаще крутить головой, внимательно осматривая все, что удается увидеть. Аналитический онлайн-журнал Геоэнергетика.ru в этот раз предлагает не только ознакомиться с тем, как все выглядит именно сейчас, но и то, с чего начинался отечественный атомный проект, кто стоял у его истоков, как шло создание и развитие не только атомной и ядерной физики, но и других отраслей науки, без которых создание атомной энергетики было бы просто невозможно.

Научный дивизион Росатома

Поскольку в настоящее время в Росатоме только завершился год науки, удивляться тому, что увидеть структуру Научного дивизиона на корпоративных сайтах пока сложно, не приходится. Сайт самой корпорации сообщает о том, что в составе Научного дивизиона имеется 13 научных институтов, сайт «Наука и инновации» содержит информацию про 11 из них, а реально в научном подразделении Росатома — 15 НИИ и научных центров. При этом большой объем работы и исследований проводится в в двух федеральных ядерных центрах — ВНИИ экспериментальной физики в городе Сарове (так теперь называются конструкторское бюро №11 и закрытый город Арзамас-16, где были созданы все образцы атомного и ядерного оружия) и ВНИИ технической физики в городе Снежинске (НИИ-1011, созданный как «дублер» КБ-11 в городе Челябинск-70). Весьма условно «отделены» от фундаментальных научно-исследовательских дивизиона такие признанные научные институты, как ОКБ «Гидропресс» и ОКБМ им. И. И. Африкантова (включены в состав дивизиона энергетического машиностроения), ВНИИНМ (Всероссийский НИИ неорганических материалов) им. А. А. Бочвара (входит в состав топливного дивизиона). Так или иначе, на январь 2019 года в состав научного дивизиона Росатома организационно входят:

Радиевый институт и Гиредмет

Начало начал, колыбель российской атомного проекта — Радиевый институт, который по праву считает своим девизом простые слова: «Мы делаем атомную энергию безопасной с 1922 года».

«Из протокола заседания Научно-технической секции Государственного ученого совета

Об учреждении Государственного радиевого института

16 января 1922 года

Признать желательным учреждение Радиевого института, одобрив проект устава Радиевого института. Поручить Главнауке согласовать с организаторами института вопрос о кредитовании Радиевого института и о ликвидации учреждений, вливающихся в институт».

(ЦГА РФ ф. 298. оп. 1, ед. хр. 97, л. 1)

Уже только одни названия учреждений, объединенных Радиевым институтом, говорят многое о том, как медленно, непросто складывалась отечественная школа радиологии. В состав Государственного Радиевого Института (далее — ГРИ) влились: Радиевый отдел Радиологического и рентгенологического института, радиевый отдел Комиссии Академии Наук по изучению естественных и производительных сил России (КЕПС, Радиевая лаборатория при АН (бывшая коллегия Радиевого завода) и Радио-геохимическая лаборатория при Геологическом и минералогическом музее АН. В ГРИ с момента основания были созданы три отдела — радиохимический (руководитель — В. Г. Хлопин), физический (руководитель — Лев Владимирович Мысовский) и геохимический, которым руководил первый директор ГРИ В. И. Вернадский. История каждого из этих учреждений, рассказ о том, как складывались отношения Советской власти с научным сообществом Российской империи, с естественно-научными отделениями АН — темы большие и интересные, к которым, как нам кажется, стоит вернуться в дальнейшем.

Двадцатые и тридцатые годы стали временем тесного научного сотрудничества созданного Абрамом Федоровичем Ленинградского Физико-технического института с Радиевым институтом, шел плодотворный обмен опытом и с учрежденным в 1931 году «Гиредметом». Среди сотрудников этих трех научно-технических институтов имена тех, чьими усилиями в послевоенное время был создан наш атомный проект — И. В. Курчатов, А. И. Лейпунский, К. А. Петржак, Г. Н. Флеров, Ершова З. В. и многие-многие другие.

В отличие от ГРИ, «Гиредмет» не входил в систему Министерства среднего машиностроения, однако вклад этого института в атомный проект чрезвычайно важен. В 1945 году сотрудники уран-плутониевой лаборатории «Гиредмета» по предложению Зинаиды Васильевны Ершовой стали участниками формирования ВНИИНМ им. А. А. Бочвара, в 1951 году был создан ПОЗ, Подольский опытный завод, выросший до НПО «Луч», в 1958 году из состава «Гиредмета» были выделены подразделения для создания ВНИИХТ. Сам «Гиредмет» до создания государственной корпорации Росатом находился в подчинении Министерству металлургической промышленности, потому рассказ о том, как этот институт стал создателем отечественной технологии полупроводниковых материалов, о том, как специалисты института разрабатывали и строили горно-обогатительные комбинаты, комбинаты по редкозмельным и тугоплавким материалам и о многом-многом другом — тоже не для этой статьи. В настоящее время «Гиредмет» — ведущая научно-исследовательская и проектная организация материаловедческого профиля, специализирующееся на разработке новых материалов на основе редких металлов, их соединений и сплавов, высокочистых веществ, полупроводниковых материалов, наноматериалов и нанотехнологий.

Радиевый институт в довоенные годы стал тем местом, где происходило зарождение и становление отечественной физики атомного ядра. Здесь в конце 20-х Г. А. Гамов разработал теорию альфа-распада атомных ядер, в 1937 году И. В. Курчатовым и Л. В. Мысовским был запущен первый в стране и в Европе циклотрон, К. А Петржак и Г. Н. Флеров в 1940 году открыли явление спонтанного деления ядер урана. После создания Спецкомитета по энергии атомного ядра и начала работ над созданием первой атомной бомбы В. Г. Хлопиным, Б. А. Никитиным и А. П. Ратнером была разработана технология промышленного получения плутония из облученного урана. В ГРИ были созданы основы дозиметрии и метрологии излучений, сотрудники института проводили радиохимические анализы при проведении более сотни испытаний атомного и ядерного оружия. Разработанная в ГРИ технология сорбционного аффинажа стала научно-технической основой переработки ОЯТ на радиотехнических заводах «Маяка» — перечислять все научные достижения ГРИ можно долго. В настоящее время Радиевый институт специализируется на изготовлении и производстве закрытых источников ионизирующего излучения общего назначения и радиофармпрепаратов для ядерной медицины, образцовых мер радиоактивности, на разработке и производстве различных установок и приборов для ядерно-физических измерений. Здесь же ведутся НИОКР (научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы) для отработки технологических процессов переработки ОЯТ радиоактивных отходов, отработка этих процессов на испытательных стендах и установках, сотрудники института принимают участие во внедрении разработанных технологий на предприятиях Росатома.

Научно-исследовательский физико-химический институт

Еще один институт, обеспечивший становление атомного проекта, созданный даже раньше Радиевого института — НИФХИ им. Л. Я. Карпова, отсчитывающий свою историю с 1918 года. НИФХИ тесно связан с именем Льва Яковлевича Карпова, революционера и, одновременно, химика-технолога, успевшего до революции поработать директором одного из самых передовых химических заводов России, располагавшегося в Татарии, в деревне Бондюги. На этом заводе был получен первый высокообогащенный радий, Химический завод имени Л. Я. Карпова в городе Менделеевске работает и сейчас — разумеется, уже давно сменив профиль. С момента создания ВСНХ (Всероссийского совета народного хозяйства) Л. Я. Карпов заведовал в нем отделом химической промышленности, и именно он стал инициатором создания Центральной химической лаборатории, руководить которой он пригласил выдающегося биохимика Алексея Николаевича Баха. Авторитета и научных связей А. Н. Баха, его организационных способностей хватило для постоянного роста лаборатории, в 1931 году она получила статус института и нынешнее название.

На основе лабораторий института возникали многочисленные самостоятельные научные учреждения — Биохимический институт Минздрава, институт сахарной промышленности, институт торфа, НИИПластмасс, Всесоюзный институт химического волокна и ряд других. Но тот вклад, который НИФХИ сделал в развитие атомного проекта во многом связан с тем, что в его стенах была фактически создана новая отрасль науки — квантовая химия. В 1937 году сотрудник института Ганс Гельман (HansGustavAdolfHelman) опубликовал первую в мире монографию, которая так и называлась — «Квантовая химия». Эта научная дисциплина обеспечила развитие радиохимии и создания полимерных фильтрующих материалов, которые используются для фильтрации и анализа аэрозолей, содержащих радионуклиды. Сотрудники НИФХИ обеспечивали контроль за радиационной обстановкой и исследования при проведении всех видов испытаний ядерного оружия. В 1959 году для углубленного развития радиационно-химических и ядерно-физических технологий был создан Обнинский филиал НИФХИ как Всесоюзный радиационно-химический центр. Полномасштабные исследования в филиале НИФХИ начались с пуском в эксплуатацию в 1962 году мощных кобальтовых гамма-установок и в 1964 году — исследовательского ядерного реактора ВВР-ц.

В настоящее время НИФХИ и Обнинский филиал входят в Научный дивизион Росатома и продолжают научные и технологические разработки. Нанотехнологии и наноматериалы, исследование аэрозолей, коррозия и электрохимия металлов, физическая химия живых систем и медицина, создание диагностических и терапевтических радиофармацевтических препаратов, ядерно-физические технологии легирования полупроводников, создание радиационно-сшитых веществ и материалов, нейтронографика и динамика кристаллов — вот те направления, которые сейчас являются основными и для НИФХИ, и для его филиала. Продолжает работать исследовательский реактор ВВР-ц, созданный научно-производственный комплекс радиационно-химических технологий оснащен целым спектром электронных ускорителей и гамма-установок. Здесь производятся семь наименований радиофармпрепаратов, в том числе молибден-99 и два типа генератора технеция-99, что позволяет транспортировать это вещество в медицинские клиники как в России, так и за ее пределами.

Физико-энергетический институт имени А. И. Лейпунского

Специальный комитет по использованию атомной энергии при ГКО СССР был создан 20 августа 1945 года, через 14 дней после атомной бомбардировки Хиросимы. Задача перед СК была поставлена коротко и жестко: в сжатые сроки создать ядерное оружие для поддержания паритета между СССР и США. Для решения всех организационных вопросов председателем СК был назначен Лаврентий Павлович Берия, но стоит отметить, что его требовательность позволила обнаружить невероятный уровень подготовки научных институтов, которые привлекались к выполнению отдельных задач. Научные и технические специалисты прекрасно понимали, насколько высок уровень ответственности, поэтому зачастую многие предложения о том, как правильно выстроить взаимные отношения всех НИИ, конструкторских бюро, заводов и опытных предприятий вырабатывались в научной среде, Берии оставалось только соглашаться с ними и оказывать помощь при их реализации.

Уже в 1946 году для обеспечения всех направлений работы, которая велась в Лаборатории №2, были созданы две отдельные структуры. Об объекте «В», который в настоящее время вырос до ФЭИ, Физико-энергетического института имени Александра Ильича Лейпунского, аналитический онлайн журнал Геоэнергетика.ru рассказывал уже в трех статьях, но они касались конца 40-х — начала 50-х годов. В настоящее время ФЭИ с имеющейся у него экспериментальной базой и коллективом, в составе которого 40 докторов и 158 кандидатов наук, по праву занимает ведущее место не только в российском, но и в мировом атомном проекте. В институте имеются 7 отделений: физико-химических технологий, перспективных исследований, теплофизики, инновационных реакторных материалов и технологий, ядерных реакторов и топливного цикла, космических энергосистем и центр ответственности «Проектные коды», десятки лабораторий. Эксперименты ведутся на двух быстрых физических стендах, стенде СКТВ-2М, на котором моделируются системы безопасности для водно-водяных реакторов, на стенде МСПИК перепроверяются характеристики реактора БН-800. В отделении космических систем работа идет на установке, которая носит традиционное для атомной отрасли «никакое» название — стенд «Б», основой которого является ОКУЯН. Стало понятнее? Оптический квантовый усилитель с ядерной накачкой — так расшифровывается эта аббревиатура, а если попроще, то это лазер, источником энергии для которого является импульсный атомный реактор (БАРС-6). В самом конце его технического описания есть короткая фраза: «Аналогов стенда «Б» в мире нет». «Прямое преобразование энергии деления ядер в лазерное излучение позволяет создать на основе ОКУЯН сверхмощных, компактных и сверхмощных реакторно-лазерных систем, применение которых может привести к качественному преобразованию энергетики и целого ряда отраслей промышленности».

Материаловедческие комплексы, стенды жидкометаллические и стенды для испытания аэрозольных фильтров, комплекс высоковольтных ускорителей, стенды гидравлические и стенды теплогидравлические — наверное, чтобы только осмотреть и понять, какие исследования здесь проводят, у гипотетической экскурсии уйдет далеко не один день. Одним словом, ФЭИ — это тот случай, когда проще назвать те направления атомного проекта, которыми он не занимается, чем перечислить все технологии и разработки, которые в нем ведутся. Широчайший спектр исследований, от фундаментальной науки до нефтегазовой и пищевой промышленности, от новых проектов огромных реакторов на быстрых нейтронах до наноматериалов — Обнинск был и остается малой родиной для больших технологий, мы не раз еще вернемся сюда на страницах нашего журнала.

Научно-производственное объединение «Луч»

ФГУП «Луч» изначально, в 1946 году, создавался министерством цветной металлургии, что было вполне логично. Согласно приказу министра Петра Фадеевича Ломако в Подольске создавалось опытное подразделение «Гиредмета» — завод, на котором предстояло освоить технологию и промышленное производство таких экзотических на тот момент материалов, как торий, индий, галлий, титан, иттрий, скандий, бериллий и цирконий. Становление завода было необычным — в первых цехах работало по 30−40 человек, но, как только технология из экспериментальной превращалась ими в промышленную, тот или иной цех в самые сжатые сроки увеличивался многократно. Назывался тогда завод коротко и ясно — «Почтовый ящик №12», а в документах министерства — «Опытная установка». В 1949 году, когда цеха из лабораторий стали действительно цехами, предприятие получило наименование ПОЗ, Подольский Опытный Завод, и в том же году его перевели в подчинение НИИ-10, нынешнему ВНИИХТ, и он стал структурой, входившей в контур Спецкомитета по атомной энергии. Специалисты, работавшие в лабораториях завода, вели все новые, все более сложные разработки, и в 1960 году завод был реорганизован в НИИ ТВЭЛ. С этого времени специализацией Подольского предприятия разработка высокотемпературных тепловыделяющих элементов (и материалов для них) для специальных реакторных установок и термопреобразователей. Здесь же разрабатывались активные зоны ядерных ракетных двигателей ИВГ-1, ЭД-1, ОКА-900, ТОПАЗ-2, МАК и других. В 60-е годы в НИИТВЭЛ был создан единственный в СССР, да и в мире, технологический и испытательный комплекс высокотемпературных топливных и конструкционных материалов. В 70-е годы появились новые темы — металлические зеркала для работы с мощным лазерным излучением и особо прочные керамические материалы и технология изготовления изделий из них. Вместе с ростом направлений деятельности НИИТВЭЛу, который в 1966 году переименовали в ПНИТИ (Подольский научно-исследовательский технологический институт), стали требоваться новые производственные мощности, и в 1989 году было создано научно-производственное предприятие «Луч», в состав которого вошли предприятия, расположенные в казахстанском городе Курчатов. Но в таком составе НПО «Луч» смогло проработать только два года — до декабря 1991 года.

В 2000 году в НПО «Луч» состоялось пополнение — в его состав вошел Протвинский филиал. Филиал был создан отнюдь не на пустом месте, здесь в 60-е годы был создан ЗЭМО, завод электромеханического оборудования. По безликости названия очевидно, что это было предприятие Министерства среднего машиностроения, а деятельность завода с этим названием ничего общего практически не имела — ЗЭМО изготавливал аппаратуру для космических спутников. В 2002 году НПО «Луч» получило статус федерального государственного унитарного предприятия, сохранив при этом основные направления деятельности. В подмосковном Подольске продолжают решать задачи по разработке и производству твэлов и ТВС как для энергетических реакторов, так и для ядерных энергодвигательных установок, создаются твэлы новых поколений — нитридное для проектируемого реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем БРЕСТ, для перспективного высокотемпературного газоохлаждаемого реактора ВГТР. Одним из основных направлений деятельности стала переработка и возврат в ядерный топливный цикл невостребованных ураносодержащих ядерных материалов. Универсальность этого комплекса позволяет переработать все известные на сегодня топливные композиции. Высокообогащенные ядерные материалы переводятся в материалы обогащением ниже 20%. Совсем недавно, в конце декабря 2018 года, «Луч» завершил переработку ядерно-топливных материалов Orano (бывшая Areva) в металлический уран низкого обогащения, который позднее станет топливом для исследовательских реакторов. Все прибывшие из Франции урановые композиции различной формы и обогащения были переработаны в металлический уран обогащением 19,75% — заводской комплекс в очередной раз продемонстрировал свою универсальность. Продолжают развиваться и технологии на основе монокристаллических и высокотемпературных материалов, особо прочной керамики, востребован и опыт работы с металлическими зеркалами — именно «Луч» обеспечил ими космическую обсерваторию «Спектр-УФ». В Противно продолжают изготавливать оборудование, но теперь уже не для космоса, а для мирного атома — детекторы плотности потока нейтронов, ионизационные камеры, другую измерительную аппаратуру. Одна из новых разработок филиала, защищенная патентами, — генератор водорода производительностью 1000 литров в час, причем чистота получаемого водорода составляет 99,5%. НПО «Луч», несмотря на многочисленные переименования и организационные изменения, сохраняет главное — синтез науки и высокой технологии, умение в самые сжатые сроки превращать научные разработки в опытные и промышленные технологические линии. Разработок, разумеется, намного больше, чем упомянуто в этой обзорной статье — как и каждое подразделение Научного дивизиона Росатома, «Луч» требует более подробного знакомства.

Мы успели познакомиться, да и то очень поверхностно, только с частью научных институтов Росатома, начав едва ли не с самых первых этапов становления отечественной научной и технологической атомной школы. В следующих статьях мы продолжим путешествие по Росатому, Научный дивизион которого позволяет не только вспомнить, с чего и как все начиналось, но и понять, как будет развиваться атомный проект в ближайшие годы.