ГРАНИ АТОМНОГО ПОЯСА

4 декабря в Екатеринбурге в смешанном режиме (большинство докладов прозвучало онлайн) прошла научная сессия Общего собрания УрО РАН, посвященная 75-летию атомной отрасли России. Для нашего региона эта дата, широко отмечаемая по всей стране, имеет особое значение. Как подчеркнул во вступительном слове председатель Отделения академик В.Н. Чарушин, именно здесь очень многое сделано для реализации Атомного проекта, построено пять закрытых «атомных» городов, активно развивается промышленность отрасли, связанная с ней наука и ее практические приложения, такие, как ядерная медицина, и все это в тесном взаимодействии со специалистами РАН. Собрание приветствовал руководитель Уральского территориального управления Министерства науки и высшего образования И.Л. Манжуров, отметив успешную совместную работу Министерства и Отделения в непростом 2020 году.

Перед сообщениями по основной теме состоялось награждение медалями и дипломами имени выдающихся ученых Урала (полный список см. «НУ», № 18 с.г.). Высшей награды УрО — Золотой медали имени академика С.В. Вонсовского — в этом году удостоен научный руководитель Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН, директор входящего в его состав Института механики сплошных сред академик В.П. Матвеенко, которого Валерий Николаевич Чарушин представил как замечательного ученого и организатора науки. Затем по традиции с докладом выступил сам лауреат. Отдав дань уважения Сергею Васильевичу Вонсовскому, внесшему значительный вклад в становление ИМСС, Валерий Павлович отметил, что медаль его имени вручается в семнадцатый раз и впервые — исследователю, работающему в области механики, что почетно для него и важно для механики как науки. В сопоставлении с математикой, физикой, химией, биологией и многими другими науками механика зачастую воспринимается как техническая дисциплина, связанная с различными механическими устройствами. Вместе с тем развитие ракетостроения, авиации, судостроения, машиностроения и различных технологических процессов невозможно без результатов механики. На ее основе пришло понимание многих природных процессов, результаты этой науки востребованы в биологии, медицине. Научные интересы самого Валерия Павловича связаны с решением широкого круга механических задач, что позволяет оценивать прочность, надежность, долговечность, динамические характеристики, устойчивость различных машин и конструкций, и с построением моделей, описывающих деформационные и другие механические процессы в полимерах и композитах на полимерной основе. Одно из актуальных направлений относится к smartсистемам, которые изменяют свои свойства, в том числе целенаправленно, в зависимости от изменений окружающей среды, которые они фиксируют.

 В своем докладе академик Матвеенко на ряде примеров показал, как решение фундаментальных задач механики помогает решать насущные практические задачи и осуществлять суперсовременные проекты и замыслы. Результаты, полученные научным коллективом под руководством Валерия Павловича, позволили Пермскому федеральному исследовательскому центру УрО РАН в нынешнем году войти в консорциум Научного центра мирового уровня «Сверхзвук», инициатор которого — Центральный аэрогидродинамический институт им. профессора Н.Е. Жуковского. Основной задачей этого центра является получение фундаментальных и прикладных научных результатов, которые будут необходимы и востребованы при создании отечественного гражданского сверхзвукового самолета.

 

Открыл серию докладов, посвященных теме Общего собрания, ведущий научный сотрудник Института истории и археологии УрО РАН, доктор исторических наук Е.Т. Артемов, которому перед выступлением были вручены адрес и памятный знак Отделения в связи с недавним юбилеем. В его докладе «Мобилизация, конкуренция и кадровая политика в советском атомном проекте» поставлен фундаментальный вопрос. Атомный проект стал выдающимся прорывом в развитии науки, техники, производства. Каким же образом советской экономике — первый и единственный раз — удалось этого добиться? Евгений Тимофеевич считает, что залогом успеха стала «ручная настройка» институтов «командной экономики», включившая в себя неограниченный доступ к ресурсам, проектный принцип организации работы, создание конкурентной среды при выполнении конкретных заданий, нестандартные подходы к решению кадровых проблем и мотивации труда. Была создана управленческая вертикаль — Специальный комитет при Совете Министров СССР во главе с Л.П. Берией, — независимая от других властных структур и подчинявшаяся напрямую И.В. Сталину. Практической реализацией его решений занималось Первое главное управление при Совете министров СССР. Исполнителей и соисполнителей заданий атомного проекта жестко контролировали уполномоченные Совмина СССР, назначавшиеся из числа генералов и офицеров госбезопасности и подчинявшиеся лично Берии. Хотя оперативное руководство осуществлялось в «ручном режиме», однако долгосрочные планы изготовления ядерных зарядов пересмотру не подлежали.

Важную роль сыграло «конструктивное соперничество» непосредственных исполнителей, заключавшееся в привлечении к выполнению одних и тех же заданий сразу нескольких предприятий и организаций. Официально подобная практика осуждалась, но в атомном проекте на нее пошли сознательно, создав конкурентную среду, побуждавшую исполнителей по максимуму использовать свои потенциальные возможности.

 

К подбору кадров Спецкомитет подходил очень тщательно. Если ведущих ученых старались убедить, обещая «все возможности для научной работы» и «лучшие материальные условия», то с администраторами и хозяйственными руководителями, а тем более с рядовыми исполнителями никто не церемонился: их просто уведомляли о мобилизации, не оставляя шанса отказаться. «Спецконтингент» — заключенные и военнопленные — на первом этапе составлял значительный процент рабочей силы, но по мере перехода от рытья фундаментов и строительства инфраструктуры к возведению объектов и монтажу техники он планово заменялся военными строителями и вольнонаемным персоналом.

В атомном проекте применялись сочетания стандартных для сталинской эпохи методов материального стимулирования и морального поощрения, воспитания и принуждения, убеждения и насилия. Специфика заключалась в снятии всех ограничений как в вознаграждении «отличившихся» (оклады и премии могли в десятки и сотни раз превышать аналогичные в народном хозяйстве, так и в наказании «нерадивых». Важную роль в мотивации труда играло убеждение участников атомного проекта в значимости их дела для судеб страны. К этому добавлялись стремление к самореализации, желание добиться успеха в профессиональном и карьерном росте. Надо отметить, что принуждение и насилие носили ограниченный характер, хотя даже высшие хозяйственные руководители не чувствовали себя защищенными.

Успешная реализация атомного проекта имела долгосрочные последствия: с одной стороны, она закрепила за СССР статус мировой сверхдержавы, а с другой — дала мощный импульс развитию ряда наукоемких производств и перспективных направлений фундаментальных исследований. Это потребовало огромных средств: затраты на советский атомный проект в 1945–1953 гг. были сопоставимы с расходами на американскую атомную программу — но при общем отставании объема экономики в 5–6 раз. Очевидно, что страна просто не выдержала бы расширения числа «особых зон». Поэтому даже при создании ракетной техники и систем радиоэлектронного вооружения (они также находились в ведении Спецкомитета) методы атомного проекта применялись лишь выборочно.

Кандидат исторических наук В.Н. Кузнецов (Институт истории и археологоии УрО РАН) представил книгу «Во главе науки ядерного центра на Урале» о выдающихся ученых и организаторах оборонного производства члене-корреспонденте АН СССР К.И. Щёлкине, академиках Е.И. Забабахине и Е.Н. Аврорине. Наша газета неоднократно писала об этом издательском проекте, посвященном крупнейшим ученым Урала (см. например «НУ», 2020 №№ 5, 18). Академик В.Н. Чарушин еще раз высказался в его поддержку. Поддержал проект и советник РАН академик В.В. Алексеев. Он отметил, что «создан неплохой механизм такой работы. Но время бежит слишком быстро. Осталось три года до 300-летия Российской академии наук. Это примерно тот срок, который требуется для подготовки и публикации каждой хорошей книги. Надо спешить».

 

Об истории развития радиохимических технологий на Урале как части большого атомного проекта СССР рассказал советник научного руководителя Российского федерального ядерного центра — Всероссийского НИИ технической физики (РФЯЦ-ВНИИТФ) доктор физико-математических наук Б.К. Водолага. Первым и ключевым предприятием атомной промышленности в регионе считается завод-817 (в настоящее время — производственное объединение «Маяк»), пущенный в строй в июле 1948 г. в закрытом городе Челябинск-40 (ныне Озерск). Именно там нарабатывался оружейный плутоний для атомных бомб.

Комплекс в Челябинске-40 должен был объединить в себе три взаимосвязанных производства: уран-графитовый промышленный реактор «А» для непосредственной наработки плутония, радиохимический завод «Б» для изолирования плутония от урана и высокоактивных продуктов деления, химико-металлургический завод «В» для получения чернового и далее очищенного металлического плутония и изделий для атомной бомбы. Из недоиспользованного урана предполагалось получать уран-235. Для этого в поселке Верх-Нейвинский строился первый в России газодиффузионный завод, комбинат №813.

Все технологические решения для будущего «Маяка» были разработаны в Радиевом институте АН СССР под руководством академика Виталия Хлопина. Ученым предстояло не только предложить и испытать схему выделения плутония, но и активно участвовать в минимизации и устранении эксплуатационных проблем, возникших уже в первый год работы завода. Остро стояли вопросы повышенного облучения радиацией работников и самих исследователей, загрязнения радионуклидами окружающей среды. Отдельный вызов — подготовка кадров. В короткие сроки были разработаны специальные программы обучения с выездом заводчан в Москву и Ленинград. А научный отчет РИАН, известный всем радиохимикам как синяя книга (по цвету переплета), стал сильным подспорьем для первых заводских химиков и технологов, многие из которых ранее ничего не знали о радиохимии и в принципе о радиоэлементах.

 

Заместитель начальника теоретического отделения РФЯЦ-ВНИИТФ доктор физико-математических наук В.В. Дремов сделал доклад о современных исследованиях актинидов. Актиниды — группа радиоактивных химических элементов с порядковыми номерами в таблице Менделеева с 89 по 103. К ним, например, относятся торий, уран и плутоний. Интерес к исследованию актинидов в первые два десятилетия XXI века был вызван остановкой реакторов по наработке плутония, произошедшей в силу договоренностей между Россией и США. Тогда же возник вопрос: что произойдет с имеющимися запасами через 10, 20, 30, 40… лет? Также этот период был отмечен так называемым ренессансом ядерной энергетики, который продлился вплоть до аварии на японской АЭС Фукусима-1 в 2011 году.

Среди множества направлений исследований актинидов Дремов в своем докладе сосредоточился на пересечении теории и практики: расчетном и экспериментальном изучении электронной и магнитной структуры плутония и решении проблемы «старения» радиоактивных материалов из-за самооблучения.

В плутонии существует тонкая «игра» между электронами, участвующими и не участвующими в образовании связей. И небольшие изменения внешних условий приводят к тому, что свойства материала могут довольно сильно меняться. В диапазоне температур от 0 до 600°C этот радиоактивный металл имеет 6 полиморфных модификаций. Для наиболее полного описания упругих свойств, равновесных объемов и последовательности фаз требовалось создание сложной системы расчетов. Благодаря многолетней работе по ее созданию и усовершенствованию и за счет кооперации российских, европейских и американских ученых удалось фактически объяснить все наблюдаемые в экспериментах особенности электронной структуры плутония.

Это позволило приступить к решению прикладных задач, в частности, атомистическому моделированию самооблучения плутония. При распаде плутония-239 образуются ядро гелия и ядро урана-235. Эти два ядра вызывают сильные повреждения в решетке, а дальнейшая эволюция этих радиационных дефектов в теории может приводить к кластеризации, распуханию и деградации механических свойств. Расчет показал, что в масштабе 200 лет эти негативные последствия все же не наступают.

Доклад научного руководителя отдела материаловедения Института физики металлов УрО РАН члена-корреспондента РАН В.В. Сагарадзе был посвящен инновационным разработкам радиационно-стойких сталей. Но прежде чем перейти к этой теме, Виктор Владимирович рассказал о ветеранах института, принимавших участие в Атомном проекте. В 1947–1949 гг. сотрудники ИФМ П.А. Халилеев, М.В. Якутович и С.К. Сидоров были переведены на предприятие п/я 318 (ныне Уральский электрохимический комбинат, Новоуральск), где проработали до 1962 г. Доктор технических наук Павел Акимович Халилеев и доктор физико-математических наук Михаил Васильевич Якутович были удостоены Государственной и Ленинской премий, доктор физико-математических наук Сергей Константинович Сидоров — Ленинской премии. В свое время он пригласил в ИФМ Бориса Николаевича Гощицкого, будущего члена-корреспондента РАН, много лет заведовавшего отделом работ на атомном реакторе ИФМ и возглавлявшего Научный совет РАН по радиационной физике.

В последние годы сотрудники отдела материаловедения ИФМ совместно со специалистами ВНИИ неорганических материалов им. академика А. А. Бочвара и Института реакторных материалов ГК «Росатом» разрабатывали радиационно-стойкие стали для реакторов на быстрых нейтронах, которые способны «сопротивляться» традиционному порообразованию и распуханию при нейтронном облучении. Было, в частности, показано, что легирование реакторных аустенитных сталей 1% титана эффективно сдерживает порообразование.

 

Одна из инновационных разработок — дисперсно-упрочненные оксидами стали с рекордной жаропрочностью для реакторов БН-800. Новый подход к их получению заключается в том, что в процессе наноструктурирования при механическом легировании в шаровых мельницах в качестве носителя кислорода используются не трудно растворимые оксиды иттрия с высокой энергией межатомной связи, а малоустойчивые оксиды железа или тонкие поверхностные окислы, что существенно уменьшает временные затраты при производстве реакторных материалов.

Доклад научного руководителя Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН доктора химических наук профессора Ю.П. Зайкова был посвящен работам ИВТЭ в интересах ГК «Росатом». Программа фундаментальных исследований уральских электрохимиков с момента основания Института электрохимии УФАН СССР в 1958 г. была ориентирована на потребности атомной отрасли. Многие современные научные направления ИВТЭ соответствуют стратегии развития ГК «Росатом» до 2030 г.: разработка реакторных технологий на быстрых нейтронах и замкнутый ядерный топливный цикл, водородная энергетика, ядерная медицина.

 

В рамках проекта Росатома «Прорыв» ученые ИВТЭ в сотрудничестве с коллегами из УрФУ, а также НИИ и предприятий атомной отрасли создают пирохимическую технологию переработки ОЯТ с использованием расплавленных солевых сред. Это сложнейшая задача требует глубоких фундаментальных исследований и инновационных технологических и конструкционных решений. Среди пионерских разработок ИВТЭ — нерасходуемые аноды и модуль очистки газов на основе электрохимического кислородного «насоса». В качестве «побочного» продукта ученые института совместно с коллегами из департамента биологии и фундаментальной медицины УрФУ и Института иммунологии и физиологии УрО РАН разработали генератор кислорода, с помощью которого можно получать как гипероксические, так и гипоксические смеси, а также создавать оборудование, обеспечивающее контролируемое содержание кислорода в помещении. Кислородные насосы могут использоваться для лечения и реабилитации больных COVID-2019 и подготовки спортсменов.

Еще одно направление сотрудничества ИВТЭ с предприятиями ГК «Росатом» — создание жидкосолевого ядерного реактора нового поколения, необходимого для утилизации долгоживущих радиоактивных минорактинидов.

В ИВТЭ разработана уникальная электролитическая технология получения молибденовой фольги с особыми свойствами. Совместно с комбинатом «Электрохимприбор» планируется создать опытный участок для ее внедрения.

В 2019 г. Росатом поддержал проект создания в ИВТЭ высокотемпературных электролизеров. Технология производства водорода на их основе требует меньших затрат, чем использование низкотемпературных электролизеров и позволит утилизировать избыточную электрическую и тепловую энергию АЭС.

Юрий Павлович Зайков отметил, что во всех этих проектах активно участвует научная молодежь, в ИВТЭ проходят практику бакалавры и магистры УрФУ, стажируются сотрудники предприятий ГК «Росатом».

Общее собрание УрО РАН электронным голосованием избрало главным ученым секретарем Отделения члена-корреспондета А.В. Макарова, исполнявшего эти обязанности. Кроме того, в состав президиума Отделения избраны директор Федеральныого исследовательского центра комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лаверова УрО РАН член-корреспондент И.Н. Болотов, член-корреспондент К.Ф. Гребенкин (Российский федеральный ядерный центр — Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина», г. Снежинск), директор Уральского федерального аграрного научно-исследовательского центра УрО РАН член-корреспондент И.А. Шкуратова. По личному заявлению в связи с переходом на работу в Москве из состава президиума выведена вице-президент РАН И.М. Донник.