Как ученые разрабатывают в Казахстане термоядерный реактор

Работа коллектива авторов Национального ядерного центра (НЯЦ) РК, посвященная разработкам атомно-энергетической отрасли и достижению в стране углеродной нейтральности, выдвинута на соискание государственной премии в области науки и техники имени Аль-Фараби, сообщает ИА El.kz
Подробнее о научном труде и успехах отечественных учёных-ядерщиков – наш разговор с Аскаром Давлетовым – доктором физико-математических наук, профессором, академиком Национальной академии наук РК Аскаром Давлетовым. Сегодня Давлетов возглавляет алматинский филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», передает ИА El.kz.
- Аскар Ербуланович, как связаны между собой научные разработки в области мирного атома и достижение целей углеродной нейтральности?

- Думаю, каждому прогрессивному гражданину нашей страны сегодня понятно, что динамичное развитие экономики невозможно без надёжных источников энергии. Вместе с тем, экологические риски при получении энергии должны быть сведены к минимуму. Таким образом, создание и развитие источников энергии, позволяющих в значительной мере снизить или вообще исключить выбросы парниковых газов в атмосферу Земли, является актуальной нашей и общемировой задачей.
Мы знаем, что для борьбы с глобальным изменением климата в Республике Казахстан принята Стратегия достижения углеродной нейтральности до 2060 года. Одним из важных направлений реализации Стратегии является внедрение в существующую структуру энергогенерирующих мощностей атомных электрических станций как стабильного источника энергии с нулевым выбросом парниковых газов. Для достижения такой важной и глобальной цели в Казахстане проводятся научные исследования, направленные на развитие технологий ядерной энергетики, повышение безопасности энергетических ядерных реакторов с высоким потенциалом внедрения. Основные научные достижения в разные годы были отмечены на страницах Национального доклада Республики Казахстан по науке.

- Расскажите, пожалуйста, подробнее о работе учёных НЯЦ РК в этом направлении.

- Как раз в этом году на соискание государственной премии Республики Казахстан в области науки и техники имени Аль-Фараби выдвинута работа коллектива авторов НЯЦ РК по очень своевременной и актуальной теме — «Исследования и разработки мирового уровня для создания атомно-энергетической отрасли и реализации Стратегии достижения углеродной нейтральности Республики Казахстан». Работа демонстрирует те важные шаги, которые были сделаны учёными НЯЦ на пути реализации Стратегии достижения углеродной нейтральности. В частности, были получены новые научные данные в области атомной и термоядерной энергетики. Кроме того, актуальность и высокий научно-практический уровень результатов работы подтвержден связью с государственными программами Казахстана, в рамках которых проводились данные исследования. Высокий уровень реализации работы иллюстрируется публикациями в ведущих научных международных журналах, а также полученными авторами работы патентами. В числе её авторов – Э.Г. Батырбеков, В.В. Бакланов, В.А. Витюк, Д.Б. Зарва, Е.Т. Коянбаев, М.К. Скаков, И.Л. Тажибаева, Б.Ж. Чектыбаев.

- Какие основные достижения наших учёных вы могли бы отметить?

- Прежде всего, это модернизация и применение уникальных, не имеющих аналогов, экспериментальных установок. С их помощью были разработаны и экспериментально апробированы новые методы и подходы, позволившие получить важные результаты, необходимые для атомной и термоядерной энергетики.
В частности, был реализован масштабный проект по переводу (конверсии) исследовательского ядерного реактора ИВГ.1М с использования высокообогащенного уранового топлива (90% по урану-235) на топливо сниженного обогащения (19,75% по урану-235) в соответствии с критериями МАГАТЭ. Это позволило не только исключить риски распространения ядерных материалов, пригодных для изготовления ядерного оружия, но и, за счёт проделанной модернизации, существенно улучшить эксплуатационные характеристики реактора. Кампания реактора, или ресурс использования одной загрузки топливом, увеличена более чем в два раза. Это даёт возможность проводить более сложные научные исследования.
В ходе реализации работы создан уникальный материаловедческий комплекс, не уступающий, а по ряду характеристик — превосходящий возможности аналогичных материаловедческих лабораторий, имеющихся в научных организациях атомной отрасли стран ближнего и дальнего зарубежья, работающих с облученными ядерными материалами. Разработана перспективная технология повышения коррозионной стойкости, износостойкости и упрочнения поверхностных слоев для применения в энергетических отраслях.

- Ранее СМИ сообщали, что наши учёные изучают возможные аварии в ядерном реакторе...

- Действительно, с использованием модернизированной экспериментальной базы реализован широкий спектр исследований, направленных на изучение различных аспектов гипотетической тяжелой аварии в ядерном реакторе с расплавлением активной зоны. Получены уникальные данные по тепловым и энергетическим параметрам материалов подреакторной аварийной ловушки расплава, устанавливаемой под днищем корпуса реактора, при воздействии высокотемпературного кориума в реакторах АЭС поколения 3 и 3+. Сформулированы рекомендации по составу материалов покрытий аварийной ловушки, позволяющие безопасно локализовать расплав материалов активной зоны даже в случае разрушения корпуса реактора.
Впервые получена объективная информация о параметрах нового реакторного топлива гетерогенной конфигурации при развитии аварии ядерного реактора на быстрых нейтронах с потерей расхода теплоносителя. Проведенные экспериментальные исследования позволили оценить состояние топливных таблеток из диоксида урана, подвергшихся термическому воздействию, характерному для начальной фазы такой аварии.

- Расскажите об исследованиях на базе токамака КТМ и их значении для современной науки.

- Впервые в Казахстане создан, запущен и введен в эксплуатацию не имеющий аналогов в мире экспериментальный комплекс на базе токамака КТМ для проведения исследований по физике плазмы, испытаний материалов и узлов будущих реакторов термоядерного синтеза, совершенствования технологий управляемого термоядерного синтеза. Уже сейчас достигнуты высокие параметры плазменного разряда: ток плазмы 500 килоампер, длительность разрядов — более секунды. Такие результаты являются новыми и дополняют международную базу данных физики токамаков. Токамак КТМ имеет свою нишу и играет важную роль в реализации термоядерной энергетики как источника чистой и безопасной энергии будущего. Кроме того, в поддержку плазменных технологий создан и введен в эксплуатацию уникальный имитационный стенд на базе плазменно-пучковой установки, позволяющий изучать взаимодействие плазма-стенка, проводить предварительное тестирование диагностик (систем измерения параметров), используемых на токамаке КТМ. Такие достижения позволили Республике Казахстан стать обладателем самого большого сферического токамака, а также первого специализированного материаловедческого токамака и войти в десятку ведущих стран мира, успешно развивающих технологии управляемого термоядерного синтеза.
Достигнутые результаты способствовали созданию научной, кадровой и технологической основы, а в перспективе — позволят внедрить устойчивые и экологически безопасные энергоисточники в Республике Казахстан.

- Расскажите о практическом значении для Казахстана результатов, полученных нашими учёными в ходе исследований.

- Полученные специалистами НЯЦ результаты исследований имеют высокое практическое значение, важный экономический и социальный эффект, поскольку позволили аккумулировать в Республике Казахстан необходимые специальные знания для проведения подготовительной работы по строительству АЭС и продемонстрировали возможность и целесообразность её строительства с учетом анализа мирового опыта эксплуатации атомных энергетических реакторов.
Именно благодаря высокому уровню и качеству таких исследований и признанию их результатов на международной научной арене, Казахстан сегодня входит в ограниченный перечень государств, способных выполнять передовые научные исследования в сфере атомной и термоядерной энергетики.
Полученные результаты также обеспечили изменения и в государственной политике, создав научно-технологическую и кадровую основу для формирования полноценной, наукоемкой атомно-энергетической отрасли с перспективой внедрения в ближайшем будущем атомной электрогенерации, а, в средней и долгосрочной перспективе — максимально безопасных термоядерных энергетических систем с практически неиссякаемой ресурсной базой.
Пользуясь возможностью, хочу выразить признательность коллективу авторов за проделанную важную работу, пожелать новых высот и научных открытий и, конечно же, предлагаю рекомендовать их работу на присуждение государственной премии в области науки.