СПЕЦПРОЕКТ
Загрузка...
Загрузка...
На атомных электростанциях вырабатывается десятая часть всей электроэнергии на планете и пятую часть – в России. Именно благодаря атомной отрасли в домах и квартирах есть свет и тепло, работает каждое пятое предприятие и, скорее всего, то устройство, с которого вы читаете этот текст. Но знаете ли вы, как устроена атомная отрасль? В совместном проекте с «Росатомом» мы поговорили с тремя ведущими сотрудниками корпорации о новых источниках энергии, цифровых двойниках реакторов и электростанциях малой мощности.
Я смотрел сериал «Чернобыль»
Без атомной энергетики не включить свет, не вскипятить чайник и не зарядить телефон: каждый пятый киловатт-час электроэнергии в России вырабатывают атомные электростанции. Сейчас они — самый экологически чистый источник энергии. Благодаря их работе ежегодно предотвращается выброс в атмосферу свыше 100 миллионов тонн углекислого газа от сжигания топлива. Кроме того, атомные электростанции безопасны. Чернобыльская авария, которую вы видели в сериале, сейчас невозможна, а в последние 20 лет на российских АЭС не зафиксировано вообще ни одного серьезного нарушения безопасности.

Реакторы данного типа модернизировали, после чего их безопасность неоднократно подтверждали результаты различных экспертиз, в том числе международных. В последние десятилетия на российских АЭС не зафиксировано ни одного серьезного нарушения безопасности.

Водород — еще один источник энергии. Это самый распространенный элемент во Вселенной, который при сгорании дает большое количество энергии и не образует вредных отходов. Но чтобы использовать водород в энергетике, нужно наладить промышленное производство и научиться его транспортировать. В «Росатоме» уже работают над созданием оборудования по его производству, а в ближайшие годы пройдут испытания пилотной установки по производству водорода на АЭС.

А пока узнаем, что такое атомные станции малой мощности.
Дмитрий Солдаткин
начальник лаборатории АО «НИИ НПО «ЛУЧ»
Помимо обычных электростанций, существуют атомные станции малой мощности (АСММ) — с электрической мощностью не больше 300 мегаватт и тепловой мощностью до 500 мегаватт. Два вида не исключают друг друга, а только дополняют. В центральной России нужны большие АЭС, а на Крайнем Севере и Дальнем Востоке, где нет такого количества жителей и потребление энергии значительно ниже, как раз целесообразнее использовать АСММ. Например, станция малой мощности может стоять рядом с заводом или там, где добывают полезные ископаемые.

В России уже есть одна АСММ — плавучая станция «Академик Ломоносов». Это единственная в мире плавучая атомная тепловая электростанция. Плавучие атомные энергоблоки пока широко не развиты, но в связи с освоением Северного морского пути и разведкой недр таких станций будет строиться все больше и больше.
Базовые принципы у АЭС и АСММ схожи, но разница между ними в том, что большая атомная станция работает при непрерывной нагрузке и с постоянной мощностью, а на АСММ допускаются переходные режимы и возможное уменьшение мощности. Например, если завод не работает в три смены, то ночью потребление энергии падает, и на станции тоже должна снизиться ее выработка. На АСММ реактор может работать в режиме «включил-выключил», поэтому и топливо нужно такое, чтобы подходило для термоциклических нагрузок. Так что для больших станций принято использовать керамическое топливо в циркониевой оболочке, а для АСММ — дисперсионное топливо, которое обладает лучшей теплопроводностью.

Сейчас в наших лабораториях мы работаем над созданием топлива для реакторной установки «ШЕЛЬФ-М» на основе биметалла уран-ниобий. Параллельно ведем работу по исследованию поведения ядерной энергетической установки «РИТМ-200» (это водо-водяной ядерный реактор, предназначенный для установки на атомных ледоколах и плавучих АСММ) в различных условиях.
У меня была пятерка по физике
Если по физике вы были отличником, то наверняка знаете, что ядерные реакторы изобрели еще в 40-х годах прошлого века, а в 1954 году в Обнинске заработала первая в мире атомная электростанция. С тех пор отрасль постоянно меняется, и в ней используются самые новые технологии: у электростанций есть цифровые двойники, а следить за безопасностью помогает искусственный интеллект.
Иван Иванов
заместитель генерального директора АО «НПО «ЦНИИТМАШ», советник проектного офиса по новым материалам и технологиям ЧУ «Наука и инновации»
Цифровой двойник – это виртуальная модель объекта, которая воспроизводит все свойства оригинала. Для того, чтобы понять, как будет работать тот или иной прибор, на первом этапе не обязательно его изготавливать и запускать. Сперва можно создать его цифрового двойника, проверить гипотезы и провести испытания. Это применительно и к ответственному машиностроению. Детали корпуса ядерного реактора весят десятки, а то и сотни тонн, и их производство – сложный технологический процесс, включающий в себя выплавку металла, его внепечную обработку и разливку, термодеформационный передел, термические и механические обработки, различные виды контроля. Любое, даже, на первый взгляд, незначительное отклонение – это чрезвычайное происшествие, существенные финансовые потери, срыв сроков поставки оборудования на строящиеся станции. Этого допустить нельзя, потому для минимизации рисков можно и нужно использовать системы управления качеством металлопродукции, построенные как раз на основе цифровых двойников.

Для начала создается комплексное цифровое описание каждого технологического этапа, например, с помощью специализированного программного обеспечения. Часто используются модели, построенные на основе алгоритмов искусственного интеллекта, машинного обучения, применяется имитационное моделирование. Дальше формируется единая комплексная модель, которую можно считать цифровым двойником сквозного технологического маршрута производства. Он позволяет в режиме реального времени оценить влияние текущей траектории ведения технологического процесса на конечное качество, и, если прогноз негативный, предложить, как на последующих этапах скорректировать (конечно, в рамках нормативной технологической документации) процесс изготовления изделия. Кроме того, использование цифрового двойника позволяет получить «нулевую» точку, относительно которой начинается деградация свойств в процессе эксплуатации. Такие цифровые двойники, в действительности, сформируют электронный паспорт изделия, который станет гарантией безопасности.
Важным направлением атомной энергетики является разработка новых материалов и технологий. Если в теплоэнергетике металл должен выдерживать только температуру и давление, то у нас к этому добавляется еще и радиационное воздействие. Поэтому для корпусов реакторов используются стали с высоким уровнем сопротивления к радиационному охрупчиванию (процесс разрушения металлов при радиационном воздействии – прим. ред.). В настоящий момент идет активная работа в направлении разработки новых материалов и технологий производства изделий из них, в том числе для перспективных водо-водяных энергетических реакторов, реакторов АСММ, реакторов с повышенной температурой теплоносителя.

Одним из перспективных направлений в ответственном машиностроении являются аддитивные технологии, то есть 3D-печать. В атомной отрасли аддитивные технологии пока применяются весьма ограниченно. Это связано с дороговизной и несовершенством технологического процесса, отсутствием нормативной документации. Кроме того, сейчас мало специалистов, которые могли бы разрабатывать конструкции специально под аддитивные технологии. Но исследований по этому направлению проводится много, в том числе по вопросу, как аддитивные материалы поведут себя при разных типах деградационного воздействия, включая радиационное.

Оптимизация традиционных технологий, повышение качества, внедрение новых материалов и технологий повлияют буквально на каждого потребителя атомной энергии, то есть на нас с вами. Прежде всего, атомные электростанции станут безопасней на всех этапах: от доставки топлива до его утилизации. Во-вторых, увеличится срок эксплуатации и коэффициент полезного действия атомной установки, что приведет к меньшей стоимости электроэнергии. Первые реакторы имели проектный срок службы 40 лет, теперь мы говорим о 60 годах, но цель – обеспечить срок службы 80 и более.
Я знаю, какого цвета урановый порошок
Если вы знаете, какого цвета урановый порошок (если вдруг нет — он ярко-желтый), вам наверняка будет интересно узнать про новые технологии, которые используются в атомной отрасли.

Мирный атом дает человечеству не только энергию. Например, ядерная медицина позволяет диагностировать и лечить болезни от рака до болезней суставов. Происходит это за счет введения в организм радионуклидов (радиоактивных изотопов химических элементов) в безопасных дозах.

Но если вернуться к энергетике, то перспективные направления сейчас — термоядерная энергетика и лазерные технологии
Николай Климов
заместитель генерального директора по научному и инновационному развитию АО «ГНЦ РФ ТРИНИТИ»
Недавно население планеты достигло 8 миллиардов человек. Для того, чтобы людей стало на миллиард больше, понадобилось всего 11 лет. Человечество растет быстро, но еще быстрее растет энергопотребление. За последние 30 лет мы использовали столько же энергии, сколько за тысячелетнюю историю до этого. Так что источники энергии, основанные на углеводородном сырье, в перспективе уже не смогут закрыть все потребности человечества. Помимо того, что они невозобновляемые, из-за них еще и образуются выбросы углекислого газа в атмосферу. Поэтому строить будущее на основе углеводородных источников не получится.

Многие возобновляемые источники энергии – гидроэлектростанции, ветряки, солнечные батареи – могут использоваться ограниченно, так как они тоже так или иначе оказывают воздействие на окружающую среду. Покрыть солнечными батареями большие площади мы не сможем, а кроме того, их производство является вредным с точки зрения экологии. Так что оптимальной альтернативой остается ядерная энергетика и ее логичное развитие – термоядерная энергетика.

В обычной морской воде содержится примерно 0,015% тяжелого изотопа дейтерия. Если взять полуторалитровую бутылку воды и забрать из нее дейтерий, то мы получим из него столько же энергии, как из двух бочек бензина. Причем если бензин мы сжигаем и у нас его не остается, то с водой ничего не происходит. Мы забираем из нее только тяжелый водород, а остальное можем вернуть назад, в природу, объем воды практически не уменьшается. При нынешнем уровне энергопотребления запасов дейтерия в мировом океане хватит на миллионы лет.
Сейчас в мире строятся прототипы термоядерного реактора на основе установки токамак, предложенной учеными СССР. Крупный из них — Международный термоядерный экспериментальный реактор (ИТЭР) – пока только строится во Франции. В проекте участвует несколько стран, в том числе Россия. Первую плазму планируется получить примерно в 2028 году. Экспериментальная программа рассчитана на 30 лет, и параллельно будет проектироваться демонстрационная экспериментальная термоядерная электростанция. Термоядерная энергетика может начать активно использоваться уже через 20-50 лет. На крупнейшим в мире действующем экспериментальном термоядерном реакторе JET (от Joint European Torus — объединенный европейский токамак – прим. ред.) в 1997 года на реакции D-T был поставлен мировой рекорд мощности управляемого термоядерного синтеза (УТС) в 16 МВт, при этом выделившаяся энергия была соизмерима с затраченной, и таким образом была доказана перспективность данного способа генерации энергии.

Помимо участия в международных проектах, Россия реализует национальную программу по развитию термоядерной энергетики, так в 2021 году осуществлен пуск токамака Т15-МД в Курчатовском институте, а к 2030 году планируется создать токамак реакторных технологий (ТРТ) в АО «ГНЦ РФ ТРИНИТИ».

Лазерные технологии также являются одним из перспективных направлений, которое направлено не только на преодоление энергетических проблем, но и решение широкого спектра практических задач. Лазеры можно использовать для упрочнения материалов по технологии лазерного наклепа: короткий лазерный импульс «бьет» по металлу, увеличивая сжимающие напряжения и повышая таким образом усталостную прочность материала. А более стойкие материалы, обладающие улучшенными свойствами, в свою очередь, необходимы для создания таких установок, как мощные токамаки.

Еще одна область применения лазерных технологий связана с выводом из эксплуатации объектов атомной энергетики. Когда реактор отработал свое и из него убрали топливо, его нужно демонтировать – разрезать на части. Сделать это сложно, поскольку реактор радиоактивен. Здесь нужны либо роботы, либо лазерные технологии, а лучше сочетание одного и другого. У нас, в АО «ГНЦ РФ ТРИНИТИ», есть такая разработка – многофункциональный мобильный лазерно-технологический комплекс. Мы сейчас участвуем в учениях, демонстрируем его возможности по дистанционной резке различных конструкций.
Выберите уровень На другой уровень
  • Я смотрел сериал «Чернобыль»
  • У меня была пятерка по физике
  • Я знаю, какого цвета урановый порошок
Ценность – люди
Именно люди, опираясь на технологии, влияют на завтрашний день. В атомной отрасли работают инициативные, смелые и увлеченные своим делом специалисты.
Кто идет в «Росатом» и что там находит, рассказала заместитель генерального директора по управлению персоналом и организационному развитию АО «Наука и инновации» Екатерина Рахманкина
Я работаю в госкорпорации «Росатом» с 2014 года. Когда пришла, знала об атомной отрасли чуть больше, чем среднестатистический россиянин: были общие знания об «Атомном проекте» и великих ученых, которые стояли у истоков атомной промышленности, о работе атомных электростанций, обеспечивающих электроэнергией нашу страну, конечно, информация про Чернобыль. Кроме этого, на слуху было, что в управление атомной отраслью пришел Сергей Кириенко и в компании началось активное обновление кадрового состава с привлечением лучших профессионалов.

Сегодня в атомной отрасли России работает свыше 250 тысяч человек. Из них около 80 тысяч — молодые люди в возрасте до 35 лет. Процент молодежи в научных институтах «Росатома» за последние годы существенно вырос — с 21% в 2017 году до 36% в 2022-м. Произошло это потому, что в корпорации появились крупные научные программы. Каждый год увеличивается количество заказов на исследования и разработку новых материалов или технологий, соответственно, добавляются новые задачи, которые предстоит решать ученым. Приходя в вузы или осуществляя набор специалистов на рынке труда, мы четко понимаем, на какие конкретные задачи их берем и до какого времени они у нас будут обеспечены занятостью.
К нам идут лучшие из лучших, талантливые молодые специалисты — и по уровню образования, и по личностным характеристикам. Судите сами. Конкурс на место среди специальностей, релевантных будущим сотрудникам «Росатома», составляет около 12 человек на место, средний балл абитуриентов нашего опорного вуза НИЯУ МИФИ — 98 из 100. Плюс к этому школьники принимают активное участие в мероприятиях движения «Юниоры AtomSkills», чемпионатах, олимпиадах, конкурсах «Росатома», занимаются в лабораториях и мастерских.

Перед нашими сотрудниками открыты масштабные карьерные возможности. Можно развиваться по научной карьерной траектории, а можно по линии менеджера. Есть реальные истории, когда сотрудники «Росатома» за десять лет проходили путь от инженера после вуза до генерального директора предприятия.
Направления деятельности «Росатома» включают не только энергетику, это и ядерная медицина, плазма и лазеры, оптика, 3D-печать, строительство, космос, различные материалы, добыча, подводный атомный и ледокольный флот. Очень долго можно перечислять. Сотрудник может, не прерывая карьерной траектории, перейти с одного предприятия на другое внутри корпорации. Есть программа кадрового резерва «Росатома», где, проходя обучение, руководители готовятся к возможному переходу на следующую управленческую позицию.

Но самое главное — отрасль продолжает динамично развиваться. За 15 лет с момента образования госкорпорации и прихода новой управленческой команды кратно вырос бизнес, появились новые успешные направления, мы стали лидерами во многих технологических областях. Все это стало возможно благодаря принимаемым руководством и сотрудниками решениям и мерам для того, чтобы компания развивалась успешно. Я с большой гордостью могу говорить, что работаю в таком большом, прекрасном и развитом сообществе преданных своему делу людей. Важно еще отметить, что все эти годы «Росатом» привлекает к решению поставленных задач лучших из лучших — как уже состоявшихся специалистов, так и талантливую перспективную молодежь. Корпорация ведет активную работу со всеми возрастными категориями граждан, в последнее время активизировав популяризацию атомной энергетики и достижений атомщиков среди школьников и даже учеников младших классов.

Материал подготовлен
при поддержке

Иллюстрации - Алина Кугуш

Реклама. ЧУ Центр коммуникаций. ИНН 9705152344. erid:4CQwVszH9pQPMmDWYA3