Что атом и сила человеческого разума могут сделать вместе?

«Росатом» обладает уникальными установками исследовательского класса и установками промышленного класса, на которых вырабатывается электроэнергия. В том числе это и единственная в мире атомная станция, построенная на плавающей платформе. Единственный в мире атомный ледокольный флот. Все это обеспечивает огромная инфраструктура численностью более трехсот предприятий, на которых работает около 270000 человек. Такая развитая инфраструктура позволяет не только обеспечивать электроэнергией миллионы российских семей и ядерный щит России, но и улучшать жизнь людей. Например, сегодня «Росатом» большое внимание уделяет разработке медицинских радиофармпрепаратов, которые базируются на радиоизотопной продукции. Занимается разработкой и выпуском различной медицинской техники, основанной на высоких энергиях и атомных технологиях.

Что касается радиоизотопной продукции «Росатома», то радиоизотоп ― это элемент, который не существует в природе. Радиоизотоп можно получить только в специально созданных условиях. Как правило, на исследовательском или промышленном атомном реакторе. Ряд изотопов используется по специальному назначению, другие применяются в медицинских препаратах и технике. И они являются высокотехнологичным, достаточно сложным продуктом, который, возможно получить в единичных лабораториях. Как пример, тот же самый Калифорний-252 можно получить всего лишь в 2 местах в мире. Это оклендская национальная лаборатория Соединенных Штатов и наш научный исследовательский институт атомных реакторов, который находится в городе Димитровграде. Вся эта изотопная продукция сегодня позволяет врачам во всем мире спасать тысячи жизней, особенно в части онкологических заболеваний.

Другие проекты «Росатома»

Кроме проектов, связанных с атомной энергетикой, «Росатом» активно работает над внедрением технологий альтернативной энергетики. Например, компания инвестирует и строит ветрогенераторы. В республике Адыгея, в Ставрополе, открыты самые крупные в стране ветроэлектростанции, а еще в нескольких регионах планируется строительство таких ветроэлектростанций. «Росатом» занимается разработкой в области водородной энергетики, ведет исследования в сфере накопительных водородных накопителей на базе лития. Эти и другие проекты реализуются благодаря мощной научной базе компании, которая насчитывает сотни лабораторий и тысячи сотрудников. Научный дивизион составляет 10 научно-исследовательских институтов. Они разбросаны по всей стране. Это более 10000 сотрудников, огромное количество объектов экспериментальной базы, включая 6 исследовательских ядерных установок. Причем это не атомные (atoms) станции, а исследовательские ядерные реакторы, которые были построены для специальных целей и задач, на которых проводятся исследования и разработки новых материалов. Научный блок ведет работы от инициализации разработки до применения тех технологий, которые уже были разработаны в рамках института для выпуска наукоемкой продукции.

Но основная задача научного дивизиона не работа на себя  для обеспечения собственных финансовых, экономических, хозяйственных потребностей, а создание мультипликативного эффекта на всю отрасль. Ведь те технологии, которые разрабатывает научный дивизион, будут использоваться ведущими производителями оборудования, строителями атомных электростанций, создателями медицинских аппаратов и прочего.

Уникальные проекты «Росатома»

Сегодня «Росатом» стоит в авангарде научных исследований в сфере атомных технологий, участвуя в уникальных международных проектах Например, проект ИТЭР по управляемому термоядерному синтезу. Проект ИТЭР (ITER),, по сути, призван зажечь солнце на Земле, отмечает Евгений Абакумов (Eugeniy Abakumov). Это международный проект, в котором принимают участие 35 стран. Эксперимент на базе следствия термального реактора, который строится на юге Франции.  Россия принимает ключевое участие. Она разрабатывает 25 систем, которые проходят монтаж на термоядерном реакторе и будут в последующем эксплуатироваться и использоваться в экспериментах. Причем, одновременно проектирование ведется более чем в 30 научных институтах в разных странах, включая Россию. Общий объем информации, которую накопили ученые по проекту управляемого термоядерного синтеза, составляет 5000 петабайт, что в несколько раз больше, чем данные из ЦЭРНа.

Другой значимый проект в отрасли призван замкнуть так называемый «ядерный топливный цикл». Если просто говорить, весь смысл заключается в том, чтобы снизить количество отработавших ядерных отходов. После того как ядерное топливо отработало на реакторах, его необходимо провести через процедуру дефабрикации с небольшим добавлением свежего топлива и дальнейшего использования этого ядерного топлива, только на реакторной установки на быстрых нейтронах. В рамках проекта «Прорыв» строится реакторная установка Брест-300, или «Электроустановка на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем». Рядом строится пристанционный завод по рефабрикации такого топлива. Задача этого проекта — показать возможность замыкания ядерного топливного цикла и снижения практически до нуля ядерных отходов. Замыкание ядерного топливного цикла является стратегической задачей госкорпорации «Росатом».

На площадке города Димитровград, говорит Павел Зайцев (Pavel Zaytsev), в научно-исследовательском институте атомных реакторов сегодня полным ходом идет строительство многоцелевого быстрого исследовательского реактора МБИР. В 2026 году строительство должно быть закончено, и он будет запущен в эксплуатацию. МБИР ― это многоцелевой быстрый исследовательский реактор. Он идет на смену реакторной установке БОР-60, которая сегодня эксплуатируется в Димитровграде на площадке НИИАР и будет выведена из эксплуатации в 2026 году. У МБИРа есть больше возможностей для проведения исследований реакторных аппаратов в Москве. Это будет самый мощный высокоточный исследовательский реактор в мире с целым спектром возможностей для проведения испытаний, как реакторных, так и послереакторных. Он будет работать как для российских, так и для зарубежных заказчиков научных исследований. Уже в процессе строительства установки госкорпорация «Росатом» разрабатывает ее полноценный цифровой двойник, который позволит оптимизировать реальное время для проведения испытаний. Цифровой двойник реакторной установки ― полноценный инструмент для проведения разработок в области новых материалов, топливных, конституционных. Он также позволит проводить испытания в цифровом виде, которые невозможны на реальной установке.

Например, физическая установка многоцелевого быстрого исследовательского реактора использует натрий как теплоноситель. Поставить туда тепловую установку на воде невозможно, но в цифровом виде это возможно. Провести дальнейшие валидации, результаты, которые мы получаем уже на отдельных узлах, установках, которые имеются не только в научном дивизионе, но во всей атомной отрасли. Но самое главное, такие цифровые двойники позволяют не только оптимизировать время на разработку, не только улучшить ее качество, но и заниматься сегодня подготовкой научных кадров.

Зачем нужен цифровой двойник?

Цифровой двойник нужен для компьютерного моделирования физических процессов. Сейчас все меньше и меньше испытаний можно проводить в реальности, поэтому все больше математического моделирования приходит в науку. Соответственно, чтобы сделать какой-то объект материального мира, например, реактор, уже не просто нужно построить какой-то образец, а сделать его точную копию в цифровом виде. Для этого нужны огромные компьютеры и математические модели, которые будут имитировать реальные физические процессы. Например, есть такой метод добычи урана, который называется метод подземного выщелачивания. Он предполагает использование слабого раствора серной кислоты, который запускается в землю, растворяет уран, а затем обрабатывается и используется в качестве топлива для атомных станций, рассказывает Павел Заяцев (Pavel Zaitsev). В рамках цифрового двойника понимается, в какой скважине нужно управлять потоком серной кислоты, которая проходит сквозь землю, какая там концентрация урана и другие факторы. Для расчета таких параметров нужны цифровые и математические модели и системы управления технологическими процессами, которые построены на базе этой информации.