Будущее энергетики. Научные разработки Росатома в 2022 году
Росатом выполнил запланированные в 2022 году научно-исследовательские работы по нацпрограмме РТТН в полном объеме. Были реализованы 54 госконтракта на научные исследования и опыты на общую сумму 14,6 млрд рублей.
По итогам 2022 года Росатом выполнил все ключевые показатели по пяти федеральным проектам комплексной программы «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в РФ» (КП РТТН).
Были реализованы 54 госконтракта на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР) на общую сумму 14,6 млрд рублей. Финансирование составило 125,2 млрд рублей, из них из федерального бюджета — 24,5 млрд рублей, из внебюджетных источников — 100,7 млрд рублей. На сегодняшний день объекты капитального строительства готовы на 36,5%. Из них 36,9% — по первому федеральному проекту, 43,8% — по второму, 27,6% — по третьему и 37,5% — по пятому.
По словам генерального директора Госкорпорации «Росатом» Алексея Лихачева, реализация комплексной программы по развитию атомной науки и технологий — важный шаг для технологического развития России, создания передовых отечественных наукоемких технологий. «Благодаря этой многолетней программе мы можем создать инфраструктуру и реализовать серьезные проекты, которые будут определять не только будущее атомной энергетики на несколько десятков лет вперед, но и способствовать развитию ядерной медицины, машиностроения, микроэлектроники и других наукоемких отраслей экономики», — отметил он.
Разработка наукоемких технологий
В рамках проекта социально-экономического развития «Новая атомная энергетика» в 2022 году был разработан технический проект реакторной установки РИТМ-200Н. Она станет основой для атомных станций малой мощности (АСММ). Также была введена в эксплуатацию первая очередь учебно-тренировочного информационного центра Опытно-демонстрационного энергокомплекса (ОДЭК), который строится в рамках проекта «Прорыв». Активная зона реактора БН-800 (энергоблок № 4 Белоярской АЭС) была загружена МОКС-топливом на 93%. Специалисты Росатома получили результаты НИОКР в области замыкания ядерного топливного цикла, создания атомных станций малой мощности и теплоснабжения, промышленных реакторов на быстрых нейтронах. В 2023 году запланированы завершение разработки технического проекта комплекса обращения с ядерным топливом АСММ с реакторной установкой РИТМ-200Н, монтаж опорной плиты корпуса блока в рамках сооружения установки БРЕСТ-ОД-300, загрузка МОКС-топливом на 100% активной зоны реактора БН-800, получение результатов НИОКР в области создания ОДЭК и будущих промышленных энергокомплексов.
Была продолжена разработка инновационных радиохимических технологий. В рамках федерального проекта создания экспериментально-стендовой базы были выполнены запланированные НИОКР в обоснование безопасности многоцелевого исследовательского реактора на быстрых нейтронах МБИР. Также были продлены сроки эксплуатации БОР-60.
На основе отраслевой программы перспективных экспериментальных исследований на МБИР, утвержденной в 2021 году, продолжила формироваться международная программа исследований. С этой целью создан Консультативный совет МЦИ МБИР, в состав которого вошли ведущие российские и зарубежные эксперты атомной отрасли. В первом заседании совета, состоявшемся в июле 2022 года, очно и в онлайн-формате приняли участие 56 ученых, экспертов и руководителей из более чем 13 ведущих научных центров России, Китая, Индии, Казахстана, Узбекистана, Вьетнама, Алжира, Армении, международных организаций МАГАТЭ и ОИЯИ.
Уникальные разработки
В апреле 2022 года на площадку сооружения МБИР раньше срок доставили корпус реактора. Это уникальное изделие длиной 12 метров, диаметром 4 метра и весом более 83 тонн. В январе 2023 года корпус реактора был установлен в проектном положении. Сейчас на строительной площадке трудятся более 1300 рабочих и инженеров. Окончание работ запланировано на год раньше предполагавшегося ранее — в 2026 году.
ГНЦ РФ ТРИНИТИ — совместно с АО «НИКИЭТ, входящие в структуру Росатома, разработали и изготовили в рамках федерального проекта, посвященного термоядерным и плазменным технологиям, внутрикамерный элемент защиты первой стенки, а также литиевый лимитер для экспериментов на российском токамаке Т-15МД, созданным в НИЦ «Курчатовский институт». Он способен работать стационарно с принудительным охлаждением и внешней подпиткой жидким литием. На малом токамаке Т-11М, расположенном в ГНЦ РФ ТРИНИТИ, были проведены эксперименты по изучению влияния инжекции мелкодисперсноголития на параметры плазмы. Все эти устройства нужны для защиты первой стенки токамака от потоков частиц с высокой энергией и получения режимов работы токамака Т-15МД с самыми высокими параметрами. Разрабатываемая технология также найдет свое применение в токамаке реакторных технологий (ТРТ), который разрабатывается как важнейший необходимый этап на пути к созданию демонстрационного термоядерного реактора.
Работы над прототипом плазменного ракетного двигателя
В 2022 году в рамках работ по созданию прототипа плазменного ракетного двигателя в институте создали ускоритель плазмы с системой предварительной ионизации рабочего тела, экспериментально исследовали энергобаланс в плазменном потоке с высоким удельным импульсом и разработали методы повышения ресурса электродов в нем.
В 2024 году, после завершения всех работ, будет изготовлен прототип двигателя с повышенными параметрами тяги и удельного импульса.
В рамках еще одного НИОКР специалисты завершили исследования по модификации поверхности металлических материалов плазменно-лазерной обработкой. Разработали технологию лазерного ударного упрочнения, позволяющую убрать внутренние напряжения, возникшие в металлических образцах, повысить их усталостную прочность и долговечность без последующей механической обработки. В результате увеличиваются прочностные характеристики конструкционных сталей, из которых изготавливаются элементы газовых турбин: твердость поверхности повышается в 3,5 раза, а шероховатость поверхности уменьшается на 25%. Для обработки изделий сложной формы создана установка по воздействию импульсными плазменными потоками.
В Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ» (НИЯУ МИФИ, опорный ВУЗ Госкорпорации «Росатом») был разработан и создан кольцевой лимитер учебного исследовательского токамака МИФИСТ с интегрированным комплексом электромагнитных диагностик (пояс Роговского, катушки Мирнова). Показана возможность предыонизации плазмы с помощью системы ионно-циклотронного (ИЦР) нагрева и определен порог необходимой для этого вкладываемой мощности. Разработаны распределённая система сбора, система хранения и визуализации измерений на токамаке МИФИСТ.
В Санкт-Петербургском политехническом университете им. Петра Великого, входящего в Консорциум опорных ВУЗов Росатома, были созданы эскизные и технические проекты конструкторской документации трех стендов различных технологий доставки топлива в термоядерный реактор: стенда экспериментального образца инжектора массивной газовой струи, стенда экспериментального образца системы инжекции топливных пеллет в плазму, и стенда для ресурсных испытаний системы инжекции криогенных водородных макрочастиц.
В рамках федерального проекта по новым материалам и технологиям специалисты научного дивизиона Росатома в 2022 году создали методику ускоренных испытаний, позволяющую сократить цикл разработки нового материала в 3-4 раза. Она показала свою эффективность при разработке твэлов из бескислородного углеволокна на основе карбида кремния, а также конструкционных топливных материалов для реакторов типа БР, БН, БРЕСТ. Специалисты дивизиона также разработали технологию и изготовили опытно-промышленную партию заготовок новой марки стали аустенитного класса с повышенными прочностными свойствами. В этом году пройдут ее испытания. Такая сталь будет востребована при создании атомных станций малой мощности. Из новых высокопрочных облегченных материалов команда проекта получила ступенчатые поковки корпусов водо-водяных реакторов: ВВЭР-СКД и ВВЭР-С. Помимо этого, для первой установки выбрали и обосновали ключевой конструкционный материал, а для второй установки в промышленных условиях выполнили сварное соединение элементов ее корпуса.
Разработка 3-D принтеров
Специалисты Росатома разработали и изготовили два 3D-принтера, на которых можно создавать изделия из керамических (методами FDM/LDM и SLA) и полимерных (методами FDM) материалов. Такой способ значительно сокращает сроки изготовления нужных деталей, а также оптимизирует себестоимость производства. В НИИ НПО «ЛУЧ» был собран первый российский, не имеющий аналогов в мире трехосевой сканатор. Он обеспечивает контроль температуры и модулирующее воздействие на материал при кристаллизации во время селективного лазерного плавления. Также он позволяет управлять структурой материала во время 3D-печати изделий.
В направлении изучения свойств вещества в экстремальном состоянии (ЭСВ) в ГНЦ РФ ТРИНИТИ в прошлом году создали стенд по исследованию коррозии металлов в условиях одновременного воздействия влажного воздуха и ионизирующего излучения, сокращающий необходимое время эксперимента в тысячи раз. В рамках проекта по созданию комплекса для синтеза новых сверхтяжелых элементов в ГНЦ НИИАР разработали радиохимические технологии получения изотопов трансплутониевых элементов — мишенных материалов для синтеза новых элементов периодической таблицы Менделеева. Эти разработки позволят к 2030 году провести в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне, Московской области эксперименты по синтезу новых элементов и обеспечат лидерство России в этом направлении.
В рамках создания исследовательского жидкосолевого реактора команда в прошлом году завершила один из ключевых этапов — эскизное проектирование. До конца 2024 года по этому федеральному проекту планируется получить не менее 11 новых материалов, которые при сохранении ресурсных показателей будут обладать более высокими прочностью, коррозионными и радиационными свойствами, а также шесть образцов новой техники. К концу 2030 года будет промышленно освоено производство изделий из основных материалов, что позволит конструировать перспективные энергетические системы с их использованием.
По федеральному проекту по отработке технологий серийного строительства энергоблоков АЭС, в 2022 году на энергоблоке № 1 Курской АЭС-2 установлен в проектное положение корпус реактора. На энергоблоке № 2 строители завершили бетонирование перекрытия установки главного циркуляционного насоса. Готовность Курской АЭС-2 к вводу в промышленную эксплуатацию составляет 37,48% при запланированном — 37,3%. В 2023 году на энергоблоке № 1 будут установлены в проектное положение дизель-генераторные установки, на энергоблоке № 2 — завершено устройство шахты реактора.
Комплексная программа развития техники
Комплексная программа «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в РФ» была разработана Госкорпорацией «Росатом» совместно с НИЦ «Курчатовский институт», Российской академией наук, а также Министерством науки и высшего образования РФ. В нее входят разработка новых передовых технологий и материалов, образцов новой техники, техническое перевооружение, строительство уникальных комплексов и объектов инфраструктуры в области атомной энергетики и управления реакциями термоядерного синтеза, а также атомных станций малой мощности. В апреле 2022 года президента РФ подписал указ, который продлил КП РТТН до 2030 года. На сегодняшний день мероприятия, направленные на выполнение указа, продолжаются. Головной научной организацией по КП РТТН определен НИЦ «Курчатовский институт».
В рамках пяти федеральных проектов, входящих в нацпроект РТТН ведется создание опытно-демонстрационного энергокомплекса с замыканием ядерного топливного цикла. Перед специалистами подставлена задача — впервые в мире продемонстрировать на практике работоспособность концепции «безотходного атома», когда отработавшее ядерное топливо снова и снова используется для генерации электроэнергии.
Часть работ направлена на создание экспериментально-стендовой базы для разработки технологий двухкомпонентной атомной энергетики с замкнутым ядерным топливным циклом. Одним из ключевых направлений является строительство многоцелевого исследовательского реактора на быстрых нейтронах МБИР, что позволит обосновать технологии двухкомпонентной ядерной энергетики и замыкания топливного цикла. Установка станет самым мощным из действующих, сооружаемых и проектируемых исследовательских реакторов на быстрых нейтронах в мире, аналогов которому нет в мире.
Один из федеральных проектов посвящен разработке технологий управляемого термоядерного синтеза и инновационных плазменных технологий.
Отдельное направление деятельности ученых Росатома — разработка новых материалов и технологий для перспективных энергетических систем.