ВНИИНМ имени академика А.А. Бочвара — ровесник атомной отрасли

Под руководством и непосредственном участии Леонида Карпюка коллективом АО «ВНИИНМ» в период с 2018 года по настоящее время сформированы системы межлабораторных сличительных испытаний в атомной отрасли, разработаны и изготовлены образцы ниобий-оловянных сверхпроводящих стрендов диаметром один миллиметр с различными конструкциями и легированием для кругового коллайдера будущего (FCC), а также три экспериментальных тепловыделяющих сборки для ресурсных испытаний тепловыделяющих элементов (твэл) типа БРЕСТ со смешанным нитридным уран-плутониевым топливом (СНУП-топливо) в реакторе БН-600, произведены экспериментальные поглощающие элементы типа БРЕСТ для испытаний в реакторной установке БОР-60 и твэлы с оболочками из ванадиевого сплава и СНУП-топливом для испытаний в БОР-60, проведены испытания стандартного образца массовой доли и изотопного состава плутония в диоксиде плутония методом межлабораторных сличительных испытаний, выпущена опытная партия керамических мишеней различных химических составов для напыления высокотемпературного сверхпроводящего слоя, разработана конструкция, изготовлено и смонтировано оборудование установки индукционного плавления с холодным тиглем для остекловывания жидких радиоактивных отходов от переработки регенерированного урана зарубежных фирм в АО «СХК», внедрена технология производства источников бета-излучения и бета-вольтаических источников энергии на основе трития, сформированы регламент и методики измерения радиационных характеристик отходов, образующихся при выводе из эксплуатации ядерно- и радиационно опасных объектов.

В течение трех последних лет по инициативе Леонида Карпюка в АО «ВНИИНМ» начаты активные исследования для создания устойчивого к авариям толерантного топлива (ATF) для реакторов ВВЭР. В обществе сформирована программа научных исследований и разработки ATF, которая рекомендована к реализации научно-техническим советом госкорпорации «Росатом».

Кроме того, Леонид Александрович уделяет большое внимание воспитанию и повышению квалификации молодых специалистов, являясь научным руководителем аспирантов, темы диссертационных работ которых связаны с изучением проблемы создания толерантного топлива.

Важнейшей для ВНИИНМ задачей является развитие кадрового потенциала, привлечение высококвалифицированных специалистов, талантливых выпускников российских ВУЗов. Здесь действует собственная аспирантура, где осуществляется подготовка кадров высшей квалификации без отрыва от производства, и функционирует филиал девятой кафедры Московского инженерно-физического института, где проходят обучение и практику студенты последних курсов, что позволяет привлекать талантливых выпускников на работу. В настоящее время в АО «ВНИИНМ» работают 15 докторов, 100 кандидатов наук и один академик Российской академии наук.

АО «ВНИИНМ» — один из ведущих государственных научных центров Российской Федерации и головная организация госкорпорации «Росатом», специализирующаяся на решении проблем материаловедения и разработке технологий топливного цикла для всех видов реакторов. Современное ядерное топливо для АЭС, транспортных и научно-исследовательских реакторов производится на предприятиях топливной компании Росатома ТВЭЛ по технологиям, разработанным ВНИИНМ. На институт, который включен в перечень системообразующих организаций российской экономики, возложены также функции главного научного метрологического центра «Росатома».

Амбициозные планы

Институт специальных металлов — так первоначально назывался Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара (ВНИИНМ), был создан в 1944-1945 годы прошлого столетия для решения материаловедческих и технологических вопросов, возникающих при разработке ядерного оружия. Перед учеными стаяла глобальная цель — ликвидировать монополию США в этой области.
При активном и непосредственном участии специалистов организации были созданы технология получения металлического плутония для заряда первой советской атомной бомбы, топливо для атомного ледокольного флота, атомных подводных лодок и первой АЭС, а также началось выполнение космической программы СССР. Значительную роль сотрудники института Бочвара внесли в ликвидацию последствий аварий на ПО «Маяк» и Чернобыльской АЭС.
Сегодня ВНИИНМ — активный участник ряда крупных проектов, среди которых строительство международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР, реализация российско-американского соглашения ВОУ-НОУ (высокообогащенный уран — низкообогащенный уран), возведение кольцевого коллайдера будущего, замыкание ядерного топливного цикла, создание ядерного топлива нового поколения безопасности и многие другие.
Деятельность АО «ВНИИНМ» направлена на развитие фундаментальных и прикладных исследований, выполнение государственного оборонного заказа, увеличение доли ядерных материалов и технологий на мировом рынке, эффективное производство электрической и тепловой энергии на АЭС и обеспечение безопасности при использовании атомной энергии.

Сколько взяли — столько и вернули

В своей профильной сфере — разработке топлива и конструкционных материалов атомной техники, институт участвует в реализации сразу нескольких масштабных проектов, направленных на замыкание ядерного топливного цикла, а также на создание топлива нового поколения безопасности (толерантного) для ядерных энергетических установок, которое призвано исключить саму возможность возникновения нештатных ситуаций в атомных реакторах.
В рамках последнего проекта перед специалистами ВНИИНМ стоит несколько важных задач:
замена материала оболочки топлива;
изменение структурно-фазового состояния его поверхности для повышения коррозионной стойкости;
разработка защитных покрытий;
замещение циркония другими материалами;
создание дуплексных (двухслойных) и трехслойных оболочек тепловыделяющих элементов;
замена традиционной топливной композиции с повышенными теплопроводностью, температурой плавления и ураноемкостью.
Внедрение противоаварийного топлива имеет ключевое значение для вывода системной безопасности и надежности атомной энергетики на качественно новый уровень. В замкнутом ядерном топливном цикле основным является так называемый радиационно-эквивалентный подход. Он же считается главным способом решения потенциальных экологических проблем при обращении с радиоактивными отходами (РАО) и серьезным аргументом при работе с «радиофобией». Данный подход фактически означает, что радиационная безопасность окружающей среды гарантируется не техническими средствами и способами, а самим отсутствием активности сверх имеющихся уже природных уровней. Иными словами, сколько радиоактивных материалов взяли из земли — столько и захоронили после использования.

На пути к замкнутому циклу

ВНИИНМ — один из основных разработчиков конструкционных материалов, топлива и технологий обращения с облученным ядерным топливом (ОЯТ) и радиоактивными отходами в рамках проекта «Прорыв» госкорпорации «Росатом». Он нацелен на создание ядерно-энергетических комплексов (АЭС, предприятия по переработке и рефабрикации ядерного топлива, по подготовке всех видов РАО к окончательному удалению из технологического цикла) а, следовательно, на достижение нового качества атомной энергетики. Реализовать эту программу планируется на базе реакторов на быстрых нейтронах, в которых используется топливо, полученное из ОЯТ тепловых реакторов.
Недавно в институте приступили к разработке топлива для экспериментального жидкосолевого реактора (ЖСР), который собираются строить на базе ФГУП «Горно-химический комбинат» в городе Железногорске Красноярского края. Научные исследования подтверждают, что в ЖСР можно наиболее эффективно дожигать актиниды, образующиеся при переработке ОЯТ. Разработка топливных композиций для него станет еще одной ступенью на пути к замкнутому циклу.
Кроме материалов для АЭС во ВНИИНМ разрабатывается элементная база: тепловыделяющий элемент, стержень выгорающего поглотителя и пусковой источник нейтронов ядерной энергетической установки новейшего атомного ледокола «Лидер». Все это призвано обеспечить повышение мощности, энергоресурса, срока службы и других характеристик активной зоны корабля по сравнению с судами других проектов.
АО «ВНИИНМ» также является участником федеральной целевой программы «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2016-2020 годы и на период до 2030 года». Специалисты института выполняют полный комплекс мероприятий для вывода из эксплуатации ядерных радиционно опасных объектов (ЯРОО). Используемые при этом передовые технологии досконально отработаны и позволяют надежно и безопасно проводить сложнейшие проекты дезактивации и демонтажа ЯРОО в условиях плотной городской застройки при постоянном надзоре органов государственного регулирования и госкорпорации «Росатом».
В качестве главного научного метрологического центра «Росатома» ВНИИНМ обеспечивает надежность и достоверность измерительной информации при проведении научно-исследовательских работ как в институте, так и на других предприятиях госкорпорации. Метрологи организации осуществляют научно-методическую координацию межлабораторных сличительных испытаний в области использования атомной энергии и формируют единый стандарт измерений для отрасли.

Есть вопрос — найдется ответ

Помимо работ в сфере атомной энергетики институт решает широкий круг материаловедческих проблем, занимается созданием сверхпроводников, композитных наноматериалов и функциональных покрытий, существенно изменяющих эксплуатационные характеристики объектов, элементов питания для космических аппаратов, разрабатывает новые технологии для нефтепереработки и других отраслей промышленности. Неядерная составляющая деятельности ВНИИНМ насчитывает сегодня до десятка проектов, которые призваны решить проблему импортозамещения.
Специалисты института создают новые композитные материалы на основе органического соединения — карбида кремния. Благодаря уникальному сочетанию физико-химических свойств данный материал и композиты на его основе широко применяются в машиностроении, на предприятиях оборонной, металлургической, пищевой и химической промышленности. Кроме того, их планируется использовать при создании труб-оболочек тепловыделяющих элементов нового поколения для АЭС.
Коллектив ВНИИНМ решает сложнейшие вопросы, возникающие в ходе изготовления композиционных низкотемпературных и высокотемпературных сверхпроводников, исходных материалов и полуфабрикатов для их производства, а также широкого спектра функциональных металлических материалов. В институте созданы конструкции и промышленные технологии для изготовления ниобий-оловянных и ниобий-титановых композиционных сверхпроводников (стрендов) для магнитной системы международного термоядерного экспериментального реактора ИТЭР, ускорительного комплекса NICA, проекта модернизации большого адронного коллайдера, кольцевого коллайдера будущего (FCC) и других проектов.
Еще одной новым для организации направлением является создание комплекса подводной лазерной резки. В ходе исследований ученые уже доказали, что лазером можно аккуратно разрезать металл на любой глубине. Аналогов этой технологии в мире нет.
Институт активно коммерциализирует свои разработки. Портфель интеллектуальной собственности АО «ВНИИНМ» сегодня составляет 664 объекта общей стоимостью более 80 миллиона рублей. Тематика патентов отражает все направления деятельности организации: топливные, конструкционные и сверхпроводниковые материалы, радиохимия и другие.

(заключение) Отраслевая атомная наука стремительно развивается. В институте Бочвара принята стратегия развития, направленная на выполнение важнейших задач, стоящих перед топливной компанией «ТВЭЛ» и госкорпорацией «Росатом». Программа включает в себя выполнение широкого спектра научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, научно-технологический сервис новых бизнесов, в том числе отраслевых интеграторов, создание и внедрение на предприятиях «Росатома» и интеграторах новых эффективных технологических решений, формирование технологий обращения с РАО и вывода из эксплуатации ядерных и радиационно опасных объектов. В успешной реализации намеченных планов во ВНИИНМ не сомневаются, ведь за плечами — многолетний опыт решения технологических проблем, передовая научно-исследовательская инфраструктура, собственные опытно-производственные мощности и уникальная команда специалистов.

Текст и фото предоставлены пресс-службой АО «ВНИИНМ имени академика А.А. Бочвара»