Будущее России и инновационные научные проекты

ЛАБОРАТОРИЯ РОСТА
ТОЧКИ РОСТА: НА ПУТИ К БУДУЩЕМУ
Неисчерпаемые источники энергии, новые материалы и суперкомпьютеры — рассказываем, какие инновационные научные проекты закладывают основу для будущего развития России и какую роль в этом играет «Росатом».

ЗДЕСЬ И СЕЙЧАСМАЛЫЕ АЭС И ПЛАВУЧИЕ ЭНЕРГОБЛОКИ ЯДЕРНАЯ МЕДИЦИНА: ТЕХНОЛОГИИ ИСЦЕЛЯЮЩЕГО АТОМА ПРОИЗВОДСТВО СУПЕРКОМПЬЮТЕРОВ
СКОРО РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЕ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ БАТАРЕИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА ВОДОРОДНОЕ ТОПЛИВО
В БУДУЩЕМ ПЛАЗМЕННЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ НЕИСЧЕРПАЕМЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ ЛАБОРАТОРИЯ РОСТА

ЗДЕСЬ И СЕЙЧАС МАЛЫЕ АЭС И ПЛАВУЧИЕ ЭНЕРГОБЛОКИ
С российским Севером связаны огромные перспективы развития страны: это и запасы дефицитных природных ресурсов, и альтернативный морской путь из Европы в Азиатско-Тихоокеанский регион, который сегодня становится центром мирового экономического развития. Одна из главных задач освоения Севера — решить проблему энерго- и теплоснабжения населенных пунктов, которые находятся на удалении от основных сетей.
В этом уже сегодня помогают атомные электростанции малой мощности (до 300 МВт), которые можно выпускать серийно, в виде модульных конструкций, и строить в 2–3 раза быстрее больших АЭС. «Росатом» — глобальный лидер этого направления: в 2019 году компания первой в мире запустила плавучую теплоэлектростанцию (ПАТЭС) малой мощности, которая сегодня снабжает электричеством и теплом портовый город Певек на Чукотке.
$18,8 млрд объем мирового рынка малых АЭС к 2030 году по прогнозу Allied Market Research
700 тыс. тонн столько выбросов СО2 может предотвратить ПАТЭС за один год

ПАТЭС экономичнее и экологичнее топливных электростанций, ежегодно она предотвращает выброс 700 тыс. тонн СО2 по сравнению с ТЭС аналогичной мощности. К тому же «атомный» киловатт-час обходится населению и бизнесу гораздо дешевле, это открывает новые возможности для освоения северных месторождений. Плавучие энергоблоки обеспечат энергией разработку Песчанки, одного из крупнейших в мире золото-медных месторождений, а для освоения Кючуса, еще одного богатейшего месторождения золота, построят наземную АЭС малой мощности.

Помимо России, малая АЭС пока есть только у Китая, это наземная станция на 210 МВт. Другие проекты сильно отстают по срокам. Например, в американский проект NuScale вложено около $1 млрд, но он будет готов только к 2029 году.

ЯДЕРНАЯ МЕДИЦИНА: ТЕХНОЛОГИИ ИСЦЕЛЯЮЩЕГО АТОМА
Одно из направлений, с которыми связывают будущее здравоохранения, — использование уникальных свойств излучения. С помощью ядерной медицины можно проводить высокоточную диагностику кардиологических, онкологических, ревматологических, неврологических и эндокринных заболеваний.

Для этого на реакторах «Росатома» нарабатываются медицинские изотопы, которые присоединяют к молекулам-носителям. Они позволяют доставить излучение точно в раковую клетку, без ущерба для здоровых тканей и органов. Уже сегодня «Росатом» поставляет такую продукцию в 50 стран мира и в более чем 180 медицинских учреждений России. Сейчас госкорпорация строит в Обнинске один из крупнейших в Европе заводов по производству радиофармпрепаратов. Уже в 2025 году там будут выпускать радиофармацевтическую продукцию для диагностики и терапии широкого спектра заболеваний, в том числе неоперабельных форм рака.
50 стран уже импортируют медицинские изотопы из России

Организации научного дивизиона «Росатома» реализуют программу разработки технологий производства радиоизотопов и радиофармпрепаратов, которая включает создание в 2021–2025 годах распределенной сети производственных площадок по стандартам GMP. Этот подход позволит сократить издержки на каждом этапе производства, а в результате снизить стоимость и обеспечить доступность радиофармпрепаратов, в том числе продукции циклотронного производства, для жителей России, и оперативность их поставок в медицинские учреждения по всей стране и миру.

ПРОИЗВОДСТВО СУПЕРКОМПЬЮТЕРОВ
По мере того как информация превратилась в главный ресурс для бизнеса и государств, важным конкурентным преимуществом стал доступ к вычислительным мощностям. Особое значение приобрели суперкомпьютеры — машины, предназначенные для сверхбыстрой обработки информации, изучения и моделирования самых сложных и важных процессов. Например, с помощью одного из мощнейших суперкомпьютеров мира Fugaku в 2020 году проанализировали пути распространения коронавируса. Также суперкомпьютеры моделируют столкновения галактик, ядерные взрывы и решают многие другие задачи. А в будущем они ответят на главные вызовы человечества, например помогут создать сверхэффективные аккумуляторы для зеленой экономики и найти лекарство от рака.
до 100 терафлопс мощность серийных суперкомпьютеров производства «Росатома»

В СССР разрабатывать супермощные ЭВМ начали еще в середине XX века: в 1957 году атомщики запустили такую машину в Сарове, за ней последовали другие. Сегодня в Саровском ядерном центре действует суперкомпьютер собственной разработки мощностью 1 петафлопс. Также «Росатом» наладил серийное производство машин мощностью до 100 терафлопс для российских заказчиков. С их помощью стали импортонезависимыми уже более 70 российских компаний. Они используют машины для моделирования процессов в критически важных отраслях: нефтедобыче, логистике, оборонной промышленности.

РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЕ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Новые конструкционные материалы уже меняют мир. Полеты в космос немыслимы без углеволокна: оно позволяет сделать ракеты на треть легче и существенно прочнее металлических. Не футуристично уже выглядят прогнозы массового использования вещей из экологичного пластика, который можно перерабатывать бесконечное число раз, и звукоизоляции, делающей авиалайнеры не громче автомобилей.
Инновационные материалы с заранее заданными свойствами создаются и в других отраслях.
В России один из лидеров в области новых материалов — «Росатом». За последние 5 лет госкорпорация поставила на поток изготовление углеволокна, причем долю импортных материалов для него за это время удалось снизить с 80 до 10%. Само волокно используется в авиа-, судо- и автомобилестроении, атомной и ветровой энергетике, медицине, мебельной промышленности и других сферах.
30% доля российских композитов в материалах нового российского авиалайнера МС-21-300

Проходят испытания и другие материалы, например металлы для криогенных установок для сжижения газа, рассчитанные на температуру —167 °C, металлы для высокотемпературного газового реактора — на температуры до 1000 °C, стали для реакторов новых поколений. «Росатом» уже сумел заместить импорт ключевых материалов, а в перспективе готов побороться за глобальный рынок композитов.

С композитами связана еще одна отрасль, которую «Росатом» фактически создает в России с нуля, — 3D-печать. Корпорация разработала отечественные 3D-принтеры и налаживает их серийное производство, параллельно производит материалы для печати и строит необходимую инфраструктуру. «Росатом» уже печатает сложные детали для имплантов, авиастроения и даже элементы для больших атомных реакторов ВВЭР и малых РИТМ-200. А промышленный центр печати «Росатома» выручает компании, оставшиеся без импортных деталей в результате санкций: проводит реверс-инжиниринг дефицитных запчастей и печатает их на российских 3D-принтерах.

БАТАРЕИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА
Сегодня многие эксперты связывают будущее автомобилестроения с электромобилями. Пока на них приходится около 2% мирового автопарка, но к 2035 году, по данным прогноза ОПЕК, электрическими могут быть уже 10% автомобилей в мире, а к 2045-му — 22%. Их главное преимущество — экологичность: они позволяют использовать «зеленую» электроэнергию, не загрязняя атмосферу, и отодвинуть источники выбросов от мегаполисов. Это позволит улучшить экологическую обстановку в крупных городах.

22% мирового автопарка составят электромобили к 2045 году
В России развитие электротранспорта оказалось в зоне риска из-за санкций: производство аккумуляторов зависит от японских энергоячеек. При этом США уже прекратили экспорт электромобилей в Россию. Чтобы не упустить развитие рынка будущего, нужны отечественные компоненты и технологии. Для этого госкорпорация «Росатом» к 2025 году построит на территории Балтийской АЭС в Калининградской области завод литий-ионных ячеек и аккумуляторных батарей для электрокаров мощностью 4 ГВт⋅ч в год. Также калининградские батареи будут применяться в электробусах, спецтехнике и в стационарных накопителях энергии. С их помощью электросети и промышленные предприятия смогут накапливать энергию и покрывать пиковые нагрузки.

Собственное производство аккумуляторов сделает Россию независимой от импорта в области ключевых элементов для электротранспорта, поможет в перспективе снизить их себестоимость и простимулирует развитие российского электротранспорта.

ВОДОРОДНОЕ ТОПЛИВО
У водородной энергетики большой потенциал для решения глобальных климатических проблем и декарбонизации экономики. Это направление создает основы для перехода на передовые низкоуглеродные технологии в целом ряде отраслей, включая транспорт, промышленность и энергетику. Среди наиболее перспективных технологий получения водорода без углеродного следа сегодня — его производство из природного газа с применением системы улавливания и утилизации выбросов CO2, а также электролиз воды.

У России большие запасы газа, а также хватает экологически чистой энергии для производства водорода методом электролиза, в частности благодаря АЭС. С участием «Росатома» активно идет работа, которая позволит в обозримом будущем обеспечить технологический суверенитет и конкурентоспособность российских решений. Госкорпорация разрабатывает топливные элементы, заправочные комплексы, композитные баллоны для хранения водорода, перспективные электролизеры и собственные технологии производства водорода.

до 100 тыс. тонн водорода в год планируется производить на Сахалине к 2030 году

Среди пилотных проектов по производству и применению водорода — «водородный кластер» на Сахалине, где предполагается развитие всей необходимой инфраструктуры для применения водорода в разных секторах экономики. В 2025 году там планируется запуск водородного завода, который на первых этапах будет производить до 35 тыс. тонн водорода в год, а в 2030-м — до 100 тыс. тонн водорода в год для своих нужд и экспорта в Китай. С участием «Росатома» также реализуется водородный проект в Мурманской области: на пилотной площадке Кольской АЭС планируется сооружение стендового испытательного комплекса по производству водорода, его ввод в эксплуатацию намечен на 2025 год.

В БУДУЩЕМ ПЛАЗМЕННЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Сегодня уже используются ракетные двигатели, на которых можно будет летать внутри Солнечной системы. Эти двигатели — плазменные. В них газ ионизируется и превращается в плазму с помощью электрических и магнитных полей, а затем выбрасывается со скоростью 50 км/с и более. Этот показатель называют удельным импульсом, и он в 10 раз больше, чем у лучших современных химических ракетных двигателей!
в 10 раз больше удельный импульс плазменных двигателей по сравнению с современными химическими

Эксперты связывают будущее межпланетных перелетов с плазменными двигателями: в космосе они разгоняют корабль до большей скорости и требуют в десятки раз меньше топлива, чем химические. В 2003 году плазменный двигатель российской разработки доставил к Луне небольшой европейский спутник Smart-1. В США же разрабатывают двигатель VASIMR, который сможет за месяц доставить большой корабль с космонавтами на Марс (с химическими двигателями полет окажется в 7–8 раз дольше).
А в центре Троицкого института инновационных и термоядерных исследований (ГНЦ РФ ТРИНИТИ) научного дивизиона «Росатома» создают плазменные двигатели с повышенной тягой. В 2022 году «Росатом» начал строительство опытной базы и создал экспериментальные плазменные ускорители со скоростью истечения плазмы более 100 км/с, а к 2024-му будет испытан уже прототип двигателя с таким удельным импульсом.

К 2030 году госкорпорация планирует завершить испытания мощных плазменных двигателей, в 10 раз более компактных, чем современные. И тогда российская космонавтика сможет сделать научную фантастику реальностью, наладив межпланетные полеты внутри Солнечной системы и регулярные рейсы между Землей и Луной.
НЕИСЧЕРПАЕМЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ
Внутри звезд энергия вырабатывается миллиарды лет. Но что, если запустить такой же процесс на Земле — и получить практически бесконечный источник энергии? Это может стать возможным благодаря термоядерным реакторам. Как и в звездах, в них изотопы водорода — дейтерий и тритий — сливаются, образуя гелий и свободные нейтроны. При этом выделяется примерно в 100 раз больше энергии, чем в ядерном реакторе с тем же весом топлива.

в 100 раз больше энергии выделяется в термоядерном реакторе по сравнению с ядерным
В отличие от ядерного топлива (урана и плутония) запасы топлива для термоядерных реакторов близки к бесконечным. Дейтерия, растворенного в морской воде, человечеству хватит на миллиарды лет. Тритий можно получить в специальных реакторах, а материалов для этого достаточно на 3–4 млрд лет.
Кроме того, термоядерные реакторы безопасны: не взрываются — достаточно отключить энергию, чтобы реакция остановилась; не облучают — защита улавливает все нейтроны, вылетающие из реактора; не грозят опасными утечками — дейтерий не радиоактивен, а трития в реакторе всего несколько граммов.

Пока все реакторы тратят на разогрев плазмы больше энергии, чем выдают. Но ученые надеются преодолеть этот порог на ITER — гигантском экспериментальном термоядерном реакторе-токамаке, который 35 стран совместно строят во Франции. Токамаки* — установки для магнитного удержания плазмы — разработаны в СССР в 1950-х годах, а сейчас «Росатом» играет ключевую роль в строительстве ITER.
25 систем создает Россия для экспериментального термоядерного реактора ITER во Франции
Параллельно «Росатом» не прекращает собственные исследования. В 2021 году в Курчатовском институте запустили первый за 20 лет термоядерный реактор Т-15МД. А сейчас ГНЦ РФ ТРИНИТИ «Росатома» проектирует уникальный токамак с реакторными технологиями (ТРТ). Его строительство начнется в 2025 году. Ожидается, что этот проект послужит прототипом реакторов будущего: даст опыт нагрева плазмы, топливообеспечения, защиты реактора, а также выведет фундаментальные науки за рамки нынешних знаний.
*Токамак — «Тороидальная камера с магнитными катушками».

ЛАБОРАТОРИЯ РОСТА
Перспективные идеи станут точками роста для российской экономики и технологий сейчас и на десятилетия вперед. Но их нельзя реализовать без ученых и специалистов высокого класса. Для этого нужна непрерывная система воспроизводства компетенций.

«Росатом» планомерно выстраивает такую систему, начиная с самого нижнего уровня. С 2011 года в 26 регионах действует программа «Школа Росатома»: корпорация финансирует образовательную инфраструктуру в школах и создает «атомклассы» с углубленным изучением физики. Для широкого круга школьников запустили проект Нomо Science, который рассказывает о науке простым языком с помощью видео и коллабораций с известными популяризаторами. А для старшеклассников проводятся конкурсы и образовательные экспедиции.

в 5 раз вырос конкурс в вузах на «атомные» специальности за 10 лет

В свою очередь, студенты могут получить профильное образование в «атомном» филиале МГУ в Сарове. Это образовательное ядро Национального центра физики и математики (НЦФМ), до 2030 года там будет создан город будущего с развитой социальной и научно-образовательной инфраструктурой, в том числе с установками «мегасайенс». Еще можно познакомиться с актуальными направлениями атомной науки и технологиями в школах НЦФМ для студентов, аспирантов и молодых ученых или пройти оплачиваемую научную стажировку в НИИ госкорпорации. Это реальные исследования на переднем крае науки — в области термоядерного синтеза, композитов и других технологий будущего.
Молодые ученые повышают квалификацию в научных школах научного дивизиона «Росатома». Ведущие ученые страны проводят для них обучение по актуальным направлениям науки, например в 2022 году в Высшей школе физики прошел интенсивный курс по вопросам ядерной медицины.
Многие стажеры «Росатома» потом продолжают работать в компании. За последние пять лет она стабильно занимает места в тройке лучших работодателей России. Компания создает все условия для непрерывного развития 295 тыс. своих сотрудников и активно привлекает в команду новые кадры.
https://science.vedomosti.ru/?utm_source=vedomosti.ru&utm_medium=teaser&...