Cверхчистый изотоп кремния создан в "Росатоме"
Не будет преувеличением, если скажем: Электрохимический завод в Зеленогорске (Красноярский край), который уже 60 лет работает в составе атомной отрасли и сейчас является частью Топливной компании ТВЭЛ госкорпорации "Росатом", дал технологическую опору той научной революции, что случилась на наших глазах в метрологии.
Суть революции в том, что килограмм (единица массы) и еще три основные единицы измерения - ампер (сила тока), кельвин (температура), моль (количество вещества) - перестают опираться на физические эталоны и абстрактные понятия, а переводятся в математические и физические константы. Точнее, привязываются к таким фундаментальным константам: постоянным Планка, Больцмана, заряду электрона и числу Авогадро. По общему признанию, за всю историю Международной системы единиц SI (существует с 1960 года) нынешний пересмотр стал самым значимым как по масштабу, так и по объему проведенных фундаментальных научных исследований.
Но - обо всем по порядку.
Как уже сообщалось, в том числе со страниц нашей газеты ("Килограмм отправили на пенсию" - "РГ", 17.11.2018), на двадцать шестой сессии Генеральной конференции по мерам и весам в Париже (это высший исполнительный орган Международного бюро по мерам и весам) представители международного научного сообщества утвердили новые определения для четырех единиц измерения физических величин и высказались за переход на такой порядок 20 мая 2019 года - во Всемирный день метрологии.
Столь завидное единодушие представителей 60 стран - результат многолетней и кропотливой подготовительной работы, в которой были задействованы не только институты Российской академии наук, но и специализированные научно-исследовательские и производственные коллективы "Росатома".
Уже упомянутый Зеленогорский ЭХЗ, а до него - предприятие "Центротех-СПб" принимали деятельное участие в подготовке новых определений для килограмма и моля. Напомню, что до сих пор эталоном килограмма служил цилиндр из платино-иридиевого сплава. Хранился он с 1889 года и хранится сейчас в Международном бюро мер и весов в городе Севр во Франции. Но в какой-то момент ученые и специалисты пришли к пониманию, что физическому эталону нужна альтернатива. И стали сообща ее искать.
Не афишируя заранее своего участия, к такой работе подключились российские атомщики. За 17 лет в международных проектах "Авогадро", "Килограмм-1", "Килограмм-2", "Килограмм-3" предприятия атомной отрасли смогли добиться уникальной чистоты изотопа кремния-28 - 99,9999 процента. Это означает, что примесей в кремниевой сфере настолько мало, что ее масса отличается от идеальной меньше чем на одну десятимиллионную долю грамма. Сверхчистый изотоп 28Si понадобился ученым из международной коллаборации во главе с Физико-техническим институтом мер и весов Германии (РТВ, Physikalisch-Technische Bundesanstalt - национальный метрологический институт), чтобы уточнить фундаментальные физические константы, а для этого определить с высочайшей точностью число Авогадро.
Как пояснили "РГ" в Топливной компании ТВЭЛ на примере проекта "Килограмм-2" (стартовал в 2012-м), международная кооперация и распределение функций внутри нее были такими. Физико-технический институт мер и весов (РТВ, Германия) выступал инициатором проекта, обеспечивал его финансирование и отвечал за управление.
Зеленогорский ЭХЗ на своих центрифугах и по своей уникальной технологии производил высокообогащенный изотоп кремний-28 в газообразной форме тетрафторида.
Затем нижегородский Институт химии высокочистых веществ имени Г.Г. Девятых Российской академии наук, уже на своем оборудовании, производил осаждение кремния-28 из газовой фазы в твердую. Там же выполняли доочистку, затем изготавливали поликристалл для дальнейшего выращивания монокристалла.
На этом, уже третьем этапе, в работу включался Берлинский институт роста кристаллов (IKZ, Германия), где из российского поликристаллического28Si создавался-выращивался монокристалл в виде идеальной сферы. Благодаря абсолютной чистоте полученных в России изотопов кремния, такие сферы обладали идеальной кристаллической решеткой. А их молекулярная структура позволила ученым с беспрецедентной точностью вычислить и молярную массу кремния, и число Авогадро - количество атомов в одном моле вещества.
В 2015 году проект "Килограмм-2" завершился и плавно перешел в "Килограмм-3", работа продолжилась. Но если раньше поставки высокообогащенного кремния-28 происходили через В/О "Изотоп", то в проекте "Килограмм-3" - по прямому контракту с Электрохимическим заводом в Зеленогорске. Что говорит само за себя, подтверждая высочайший уровень технологий и стабильное качество на ЭХЗ и других предприятиях топливного дивизиона "Росатома".
Подводя итог, отметим: в Зеленогорске не без оснований считают себя мировыми лидерами в производстве стабильных изотопов. А созданная у нас газоцентрифужная технология их получения непрерывно совершенствуется и уже много десятилетий обеспечивает России бесспорное преимущество в этой области.
Топливный дивизион "Росатома", как все чаще называют компанию ТВЭЛ, объединяет предприятия по фабрикации ядерного топлива, конверсии и обогащению урана, производству газовых центрифуг, а также научно-исследовательские и конструкторские организации. Это поставщик ядерного топлива для всех российских АЭС и еще на 72 энергетических реактора в 14 странах мира. Энергетические установки атомного флота нашей страны - гражданского и военного - обеспечивает ядерным горючим тоже ТВЭЛ.