В Госкорпорации «Росатом» подвели итоги выполнения Комплексной программы «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в Российской Федерации» (КП РТТН, разработана Госкорпорацией «Росатом» совместно с НИЦ «Курчатовский институт», Российской академией наук, а также Министерством науки и высшего образования РФ; научным руководителем выступает НИЦ «Курчатовский институт») за 2023 год.
Всего по итогам прошлого года организации Госкорпорации «Росатом» в рамках программы выполнили более 80 НИОКР. Текущая степень готовности объектов капитального строительства по первому федеральному проекту составляет 53%, второму — около 55%, третьему — 44%, пятому — около 51%.
В рамках создания «Новой атомной энергетики» (первый федеральный проект) в 2023 году проведены пусконаладочные работы оборудования на модуле фабрикации топлива и испытание линии производства смешанного нитридного уран-плутониевого топлива для реакторной установки БРЕСТ-ОД-300. Проведены испытания напорно-расходных характеристик опытного образца главного циркуляционного насосного агрегата (ГНЦА) на стенде приемо-сдаточных испытаний.
Завершена разработка ОБИН и проведена ведомственная экспертиза на сооружение энергоблока № 5 Белоярской АЭС, предложен к строительству энергоблок мощностью более 1200 МВт на быстрых нейтронах с референтным для этой АЭС натриевым теплоносителем. Реакторная установка типа БН-1200М входит в часть инновационного технологического комплекса замыкания ядерного топливного цикла и относится к поколению IV.
Вблизи поселка Усть-Куйга на севере Республики Саха (Якутия) реализуется проект первой российской атомной станции малой мощности с реакторной установкой РИТМ-200Н. 21 апреля получена лицензия Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору на размещение Якутской атомной станции малой мощности в Усть-Янском улусе Республики Саха (Якутия), 29 августа в поселке Усть-Куйга состоялась торжественная церемония открытия первого временного городка для строителей, участвующих в проекте сооружения атомной станции малой мощности (АСММ). В 2024 году планируется получение лицензии на сооружение и начало основного этапа строительно-монтажных работ на площадке АСММ. Ввод атомной станции малой мощности в эксплуатацию в поселке Усть-Куйга Усть-Янского района Республики Саха (Якутия) запланирован на 2028 год.
В рамках создания экспериментально-стендовой базы для двухкомпонентной атомной энергетики (второй федеральный проект) главным событием года стало завершение одного из ключевых этапов сооружения многоцелевого исследовательского реактора на быстрых нейтронах (МБИР) — установка корпуса реактора в проектное положение и монтаж купола здания. Строители установили 22 арки, каждая из которых весит 74 тонны. Завершение этого процесса говорит о закрытии теплового контура здания реактора. Это дает возможность приступить к монтажу основного технологического оборудования, выполнению специальных, монтажных и отделочных работ. Кроме того, проект МБИР вошел в число участников международной платформы БРИКС — GRAIN (Global Research Advanced Infrastructure Network, эта платформа, основанная по инициативе России, призвана обеспечить доступ ученых из стран БРИКС к проектам класса «мегасайенс»).
В области разработки термоядерных и плазменных технологий (третий федеральный проект) главным событием стала демонстрация удержания плазмы с термоядерной температурой электронов в токамаке Т-15МД (НИЦ «Курчатовский институт») в течение более двух секунд. Это рекордный результат для российских установок, а также рекорд в мировой практике по выходу на такие показатели с момента энергетического пуска установки (менее года).
Дальнейшая перспектива развития работ в области управляемого термоядерного синтеза связана с созданием токамака с реакторными технологиями (ТРТ), сооружение которого планируется в Троицком институте инновационных и термоядерных исследований (ГНЦ РФ ТРИНИТИ, входит в Росатом). В 2023 году в ГНЦ РФ ТРИНИТИ выполнены работы очередного этапа создания инфраструктуры комплекса ТРТ. В НИИЭФА им. Д. В. Ефремова начата разработка экскизного проекта, а в «ИТЭР-Центре» Госкорпорации «Росатом» (совместно с троицкими учеными, НИЦ «Курчатовский институт» и институтами РАН) — программы исследований для создаваемого объекта. Эта установка станет прототипом будущего опытно-промышленного термоядерного реактора.
Также создан экспериментальный образец нейтронного источника на базе плазменных ускорителей. Такой импульсный источник нейтронов станет важным исследовательским инструментом в сфере термоядерных технологий. В рамках разработки технологии литиевой защиты первой стенки реактора и дивертора изготовлены два инжектора с внешней подачей лития для действующих токамаков Т-15МД и Т-11М, изготовлена приемная пластина литиевого дивертора токамака Т-15МД. Данная технология позволит сделать качественный шаг для достижения реакторных режимов работы термоядерных установок.
Изготовлен ускоритель плазмы с внешним магнитным полем для прототипа плазменного ракетного двигателя с повышенными параметрами тяги (не менее 6 Н) и удельного импульса (не менее 100 км/с). Средняя мощность такого двигателя, работающего в импульсно-периодическом режиме, может достигать 300 кВт.
Изготовлены ключевые узлы макета модуля драйвера для лазерного термоядерного синтеза с диодной накачкой. Параллельно с этим создается уникальный исследовательский стенд, позволяющий исследовать физические процессы и явления, возникающие при диодной накачке и криогенном охлаждении активной среды; моделировать, изучать и испытывать сложные лазерные системы; отрабатывать лазерные субсистемы и схемы в широком диапазоне их функционирования. Исследования ученых в данном направлении позволят выйти на мировой уровень развития мощных лазерных установок, функционирующих в импульсно-периодическом режиме.
Значимые результаты получены подведомственными Минобрнауки России институтами РАН и университетами в области разработки инновационных систем дополнительного нагрева плазмы, генерации тока, инжекции топлива. Эти системы необходимы для реализации проекта ТРТ и последующего вывода термоядерных технологий на уровень практической энергетики.
В рамках четвертого федерального проекта ученые Росатома, Российской академии наук, НИЦ «Курчатовский институт», а также специалисты вузов разрабатывают новые материалы, которые обеспечат технологический прорыв реакторных технологий IV поколения.
В частности, в прошлом году ученые получили новые дисперсно упрочненные оксидами (ДУО) стали и сплавы (на базе систем Fe-Cr-Al и Ni-Cr-Mo), нужные для создания материала оболочек ядерного топлива, а также образцы карбидо-кремниевых (SiC) волокон длиной не менее 5 м и макеты элементов тепловыделяющих сборок на основе карбида кремния. Новые конструкционные материалы создаются для быстрых реакторов, которые наравне с водо-водяными реакторами (ВВЭР) лежат в основе новейшего направления — двухкомпонентной атомной энергетики.
Для развития технологий ВВЭР ученые Росатома и Курчатовского института в кооперации со специалистами машиностроительного дивизиона Госкорпорации (АО «НПО „ЦНИИТМАШ“, АО «АЭМ-технологии») создали промышленные образцы элементов корпуса реакторов, внутрикорпусных устройств и сварных элементов из новых конструкционных сталей. Таким образом, обеспечены характеристики и возможность производства корпусов реакторов с оболочкой меньшей толщины IV поколения: ВВЭР-С (толщиной до 210 мм) и ВВЭР-СКД (275 мм) — на существующих технологических мощностях машиностроительных заводов Российской Федерации.
НИЦ «Курчатовский институт» и ЦНИИ КМ «Прометей», работая в кооперации, в 2023 году изготовили промышленные образцы изделий из новой марки коррозионностойкой стали с повышенными прочностными свойствами. Эти конструкционные материалы позволят на четверть сократить вес реакторной установки АСММ.
Важным достижением прошлого года в области новых материалов стало завершение работ по созданию количественной методики ускоренных испытаний (ионного облучения). Ее успешное внедрение позволит значительно сократить сроки разработки и обоснования кандидатных материалов для реакторных установок — с нескольких лет до 1–3 месяцев. Десять материалов успешно прошли исследования по этой методике. В настоящее время разработан проект ГОСТ.
Специалисты НИКИЭТ (предприятие Госкорпорации «Росатом») по заказу Горно-химического комбината (дивизион Росатома «Экологические решения») в прошлом году завершили разработку эскизного проекта исследовательского жидкосолевого реактора (ИЖСР), содержащего принципиальные конструктивные решения. Это важный этап на пути создания реакторной установки, которая послужит базисом отработки жидкосолевой технологии и позволит в дальнейшем создать полномасштабный жидкосолевой реактор — сжигатель минорных актинидов.
Значимым результатом работ по созданию фабрики сверхтяжелых элементов, которая призвана стать мировой базой для будущих исследований сверхтяжелых ядер, стала разработка специального оборудования. Оно нужно для создания экспериментального масс-сепаратора (наработка изотопов) и сильноточного инжектора многозарядных ионов — следующего шага ученых Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) и Росатома (РФЯЦ — ВНИИЭФ и ГНЦ НИИАР).
В аддитивном направлении создана целая линейка новых 3D-принтеров. В частности, ученые химико-технологического кластера научного дивизиона Росатома создали два 3D-принтера для печати изделий из керамических и полимерных композиционных материалов, необходимых в атомной энергетике. Данные установки позволяют производить геометрически сложные изделия с высокой термостойкостью и способностью долговечной работы в агрессивных средах. Более того, они позволяют получать изделия, которые ранее невозможно было производить с использованием традиционных методов, при этом сам процесс изготовления в 2—3 раза быстрее и экономичнее.
Ученые НИИ НПО «Луч» (научный дивизион Росатома) создали первую отечественную установку электронно-лучевой аддитивной наплавки для изготовления крупногабаритных изделий из тугоплавких сплавов. Такие изделия используются в реакторных установках. За счет применения новой технологии трудозатраты и время производства нужных деталей могут быть оптимизированы в 3–4 раза. Ученые этого же института разработали установку горячего изостатического прессования, которая обладает системой ускоренного охлаждения рабочей зоны. Это позволяет объединить операции прессования и интенсивной термической обработки сталей и сплавов, а также значительно сократить технологическое время процесса. В результате использования такого оборудования изделие приобретает однородную структуру и становится более прочным.
Специалисты АО «НПО „ЦНИИТМАШ“» изготовили высокотемпературный 3D-принтер (установка ВТСЛП), в основе которой лежит отечественная система сканирования лазерного излучения НИИ НПО «Луч» (входит в научный дивизион Росатома) и системы управления, построенной на базе отечественного программного и аппаратного обеспечения. Особенностью установки ВТСЛП является подогрев зоны построения до температуры 800 °С и наличие систем непосредственного контроля за процессом печати. Применение высокотемпературного подогрева в том числе позволяет синтезировать изделия из материалов, склонных к трещинообразованию, а наличие систем контроля обеспечит повторяемость при серийном аддитивном производстве.
В 2023 году композитный дивизион освоил промышленное производство им же разработанного сверхвысокопрочного среднемодульного углеродного волокна, которое в настоящий момент квалифицируется в технологии изготовления перспективных изделий на предприятиях Росатома, а полимерный композиционный материал (препрег) проходит квалификационные испытания в конструкциях хвостового оперения самолета МС-21.
В области отработки технологий серийного строительства энергоблоков АЭС (пятый федеральный проект) завершен монтаж корпуса реактора и монтаж турбоустановки на первом энергоблоке Курской АЭС-2 — первой в России станции, на которой сооружают инновационные энергоблоки ВВЭР-ТОИ. При строительстве Курской АЭС-2 применяются новые подходы, позволяющие сократить сроки строительства, улучшить экономические показатели. Так, например, используется несъемная опалубка, ведется бетонирование самоуплотняющимися бетонами. Широко применяется интегрированная технология управления жизненным циклом сложных инженерных объектов — технология Multi-D. Так, в рамках сооружения Курской АЭС-2 развернут Multi-D-проект — Система управления строительно-монтажными работами (СМР), предназначенная для формирования и оптимизации графика СМР 4-го уровня и организации эффективного взаимодействия между генподрядчиком и субподрядными организациями. Система Multi-D Project внедрена также на АЭС «Эль-Дабаа» в Египте.
За три года реализации программы организации Госкорпорации «Росатом» выполнили более 150 госконтрактов на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР).
Среди ключевых разработок, которые уже сегодня внедряются в атомной промышленности: технологии роботизации производств, новые материалы и технологии печати из этих материалов и прочее. Примером внедрения разработанных технологий может служить открытие на площадке Научно-технологического университета «Сириус» роботизированной линии, предназначенной для обучения студентов, преподавателей и специалистов. В рамках разработки новых материалов запущены опытные образцы 3D-принтеров, печатающих керамикой и композитными материалами, разработаны облегченные стальные сплавы повышенной прочности.
Справка
Комплексная программа «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в РФ» (КП РТТН) разработана Госкорпорацией «Росатом» совместно с НИЦ «Курчатовский институт», Российской академией наук, а также Министерством науки и высшего образования РФ. Координатором ее реализации определен Росатом, научным руководителем выступает НИЦ «Курчатовский институт». Программа включает разработку 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 указом Президента РФ принято решение о продлении КП РТТН до 2030 года. Головной научной организацией по КП РТТН определен НИЦ «Курчатовский институт».
В рамках первого федерального проекта КП РТТН (инициатива социально-экономического развития «Новая атомная энергетика») создается опытно-демонстрационный энергокомплекс с замыканием ядерного топливного цикла. Задача — впервые в мире продемонстрировать на практике работоспособность концепции «безотходного атома», когда отработавшее ядерное топливо снова и снова используется для генерации электроэнергии. В федеральном проекте большое внимание также уделено атомным станциям малой мощности, необходимым для развития удаленных и изолированных от энергосистем районов и также имеющим большой экспортный потенциал.
Второй федеральный проект направлен на создание экспериментально-стендовой базы для разработки технологий двухкомпонентной атомной энергетики с замкнутым ядерным топливным циклом. Одним из ключевых направлений проекта 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, аналогов которому нет в мире. На базе МБИР также создается Международный центр исследований (МЦИ МБИР).
Третий федеральный проект нацелен на разработку термоядерных и плазменных технологий, включая создание объектов обеспечивающей инфраструктуры. Практическим выходом проекта будет создание источников частиц и излучений различных назначений, мощных плазменных двигателей для космических аппаратов, инновационного оборудования для медицины, машиностроения, микроэлектроники и других наукоемких отраслей экономики.
Четвертый федеральный проект включает работы по трем научным направлениям: разработка новых материалов и технологий, включая 3D-печать, для существующих и перспективных энергоустановок, а также их внедрение; синтез новых сверхтяжелых элементов таблицы Менделеева и изучение свойств вещества в экстремальном состоянии (ЭСВ); создание исследовательского жидкосолевого реактора (ИЖСР) с модулем переработки отработавшего ядерного топлива. Эта установка станет опытной площадкой для отработки эффективного способа дожигания долгоживущих радиоактивных отходов.
Пятый федеральный проект нацелен на практическую отработку технологий серийного строительства энергоблоков АЭС. Первым этапом, реализуемым сегодня, является сооружение на Курской АЭС-2 энергоблоков с реакторами ВВЭР-ТОИ, которые рассматриваются как основа российского экспорта ядерных энергетических технологий на ближайшую перспективу.
Перед российской промышленностью стоит цель в кратчайшие сроки обеспечить технологический суверенитет и переход на новейшие технологии. Государство и крупные отечественные компании направляют ресурсы на ускоренное развитие отечественной исследовательской, инфраструктурной, научно-технологической базы. Внедрение инноваций и нового высокотехнологичного оборудования позволяет Росатому и его предприятиям занимать новые ниши на рынке, повышая конкурентоспособность атомной отрасли и всей российской промышленности в целом.
