Академию наук призвали спуститься на микроуровень и помочь материалами

Ученым из состава Российской академии наук и специалистам-атомщиками крайне важно работать сообща по приоритетным направления развития - такое пожелание адресовал президент России Владимир Путин участникам Общего собрания РАН, на котором сегодня шел предметный разговор о совместных проектах Академии наук и атомной госкорпорации. В том числе - о создании новых материалов для ядерной энергетики. Где и в чем тут было бы полезно участие академических институтов, рассказал доктор технических наук, профессор Алексей Дуб - один из руководителей управляющей структуры "Наука и инновации", которая создана в "Росатоме".

Ваш доклад на Общем собрании РАН был анонсирован цитатой, я бы сказал, загадочной. В технологиях атомной отрасли, утверждаете вы, "лежат превращения всех масштабов, размеров и времен, начиная от элементарных процессов. Мы должны и можем использовать знания о них для разработки новых материалов, обеспечивающих новый облик атомной энергетики и безопасности". Нельзя ли это расшифровать, перевести на доступный для понимания язык?

Алексей Дуб: В таком случае потребуется небольшое вступление. Уже сказано, и не раз, что научно-технические заделы, созданные и создававшиеся в атомной отрасли на рубеже 70-80-х годов фактически исчерпаны. Как технологические возможности для роста - совершенно точно. Сейчас, чтобы сохранять тот темп развития, который набрал "Росатом", совершенно необходимы новые эффективные технологии.

Они нужны и в классическом направлении водо-водяных реакторов. И при создании двухкомпонентной атомной энергетики, когда традиционные реакторы на тепловых нейтронах и быстрые реакторы будут "завязаны" друг на друга в замкнутом топливном цикле.

Еще одно стратегически важное направление - комплексное решение всех вопросов, связанных с переработкой ядерных отходов и наличием так называемых минор-актинидов. Это, в свою очередь, требует развития технологий переработки в жидко-солевых реакторах.

Свои вызовы формирует и проба сил в "зеленой" генерации - в нашем случае это водородная энергетика. А значит - высокотемпературные газовые реакторы с возможностью прямого пиролиза, прямой диссоциации воды - сразу на водород и кислород. Для каждого из этих упомянутых направлений нужны новые материалы.

Чем продиктована такая потребность и что вкладываете в понятие "новые"?

Алексей Дуб: Возьмем для примера двухкомпонентную атомную энергетику. Одна из целей, которая при этом ставится, - не должно происходить накопления отходов. Надо таким образом построить технологическую схему, чтобы топливо из одного процесса - уже отработавшее, облученное в реакторе - служило фактически топливом в другом процессе. И чтобы в конечном итоге получился замкнутый цикл.

Это в принципе возможно?

Алексей Дуб: Как раз такие технологии сейчас развиваются. И вот они требует материалов, работающих в совершенно иных условиях по нейтронному воздействию, воздействию внешней среды. Раньше был тепловой спектр нейтронов, а сейчас это быстрый или смешанный спектр. Если это жидко-солевой реактор - значит, расплав солей с очень агрессивным коррозионным воздействием на конструкционные материалы реактора и все остальные компоненты установки. Если это высокотемпературный газовый реактор - значит, очень высокие температуры, более тысячи градусов.

А рабочий ресурс для установки надо обеспечить длительный…

Алексей Дуб: В том и дело! Сейчас принятый проектный традиционный срок службы атомных станций - 60 лет. А как с абсолютной точностью предсказать ресурс на такой срок? Чтобы на это решиться, нам нужно знать все механизмы потенциальной деградации свойств. А чтобы их знать, нужно понимать природу формирования потенциальных дефектов, начиная от самого элементарного микровзаимодействия между компонентами такого материала.

Как в случае с биотехнологиями говорят уже не о внешних формах, а о генах, о возможности воздействия на биообьекты путем генного модифицирования, так и мы дошли в своих технологиях до атомарного уровня - когда нужно учитывать взаимодействие между собой групп атомов.

Именно с этого микромасштаба задаются свойства и формируются новые материалы. Поэтому в нашей концепции заложено: чтобы материаловедчески обеспечить такие сложные технологии, которые требуют очень высокого давления, высоких температур и сопровождаются радиационным воздействием, нам нужно обеспечить стабильность и предсказание свойств материалов, начиная с микроуровня. Речь не идет о дефектах материалов, к которым мы классически привыкли - о трещинах, включениях, порах и т.п. Это пройденный этап, сейчас требуются знания более глубокие.

Означает ли это, что квалификации сотрудников отраслевых НИИ, в том числе материаловедческих, уже недостаточно и нужна помощь со стороны Академии наук?

Алексей Дуб: Так и есть. На каждом качественном переходе нужно консолидировать все силы. Мы отчетливо понимаем, что в контуре "Росатома" широк спектр ученых и квалифицированных специалистов, накоплены колоссальные знания, но в традиционных направлениях работы, которые много лет проводили. Да, у нас очень сильные институты, но они занимались и продолжают заниматься исследованием и обеспечением безопасности традиционных направлений, материалов, технологий. А в институтах Академии наук и университетах вели и ведут поисковые исследования по более широкому спектру направлений.

И вы заинтересованы в сотрудничестве с ними?

Алексей Дуб: Да, и уже формулируем такие задачи. Нужно исследовать состояния при фазовых переходах, описать кинетику, провести вычисления. Для того, чтобы выбрать требуемый состав, одной интуиции уже недостаточно. Потому что это все - многокомпонентные составы, и перебор не может быть случайным. Мы должны опираться на многомасштабные вычисления, начиная от атомно-молекулярных расчетов. А дальше вести их на мезоуровень, где формируются зерна материала. И только потом на макроуровень - формирование собственно изделия.

Расчеты и исследование кинетики таких переходов требует глубоких фундаментальных знаний. А тех специальных, которыми располагают в наших отраслевых организациях, уже недостаточно. Поэтому здесь необходимо и полезно объединение более общих знаний о такого рода переходах и явлениях, которые наверняка есть в Академии наук. А многих ученых из академической среды мы знаем лично и с ними уже работаем.