Версия для печати
Вернуться к списку

Взрыв под ускорителем

Ученые СО РАН заглянули внутрь процесса детонации

Работа на атомный проект была одним из основных направлений сибирской науки еще со времен Великой Отечественной войны: в 1944 году в Новосибирске организовали первый химический институт, ныне - Институт химии твердого тела и механохимии (ИХТТМ) СО РАН, исследующий проблемы применения лития. Основатель Сибирского отделения академик Михаил Лаврентьев, 120-летие которого празднуют 19 ноября, прославился в числе прочего разработкой конструкции атомного артиллерийского снаряда.

- Будем помнить, что Сибирское отделение, Новосибирский Академгородок создавались и для того, чтобы сформировать надежную научную основу для решения оборонных задач и поддержки ядерного комплекса, - подчеркнул, открывая научную сессию Общего собрания СО РАН, посвященную перспективам сотрудничества с ГК «Росатом», председатель Сибирского отделения академик Валентин Пармон.

Судя по докладам, 75-летие отечественного атомного проекта сибиряки встречают во всеоружии. Представители трех институтов - уже упомянутого ИХТТМ, Института гидродинамики и Института ядерной физики СО РАН - рассказали о совместных с Российским федеральным ядерным центром ВНИИТФ «Росатома» экспериментах на пучках синхротронного излучения.

Исследование быстропротекающих процессов in situ после строительства в ИЯФ источника синхротронного излучения ВЭПП-3 быстро стало визитной карточкой Новосибирского Академгородка. Началось с чисто академического интереса: сибирские ученые впервые в мире установили под ускорителем взрывную камеру, чтобы с помощью синхротронного излучения изучить, какие химические процессы происходят во время взрыва. Затем выяснилось, что исследование быстропротекающих процессов очень интересует «Росатом». В итоге 20-летнего сотрудничества экспериментальные установки, аналогов которых не было в мире, запущены на ускорителе ВЭПП-3, а затем и ВЭПП-4, исследованы сотни образцов РФЯЦ-ВНИИТФ, получены уникальные данные, которые используются при конструировании новых изделий. Выяснилось, что результаты экспериментов отличаются от расчетов теоретиков, - в итоге полученные данные о распределении плотности в зоне химической реакции позволили откорректировать коды теоретических расчетов. Впервые в мире сибирские ученые разработали метод малоуглового рентгеновского рассеяния с наносекундным временным разрешением для исследования образования твердой фазы при детонации. Сегодня максимальная масса заряда взрывчатого вещества, которую можно использовать в эксперименте, - 200 граммов. На одной из пользовательских станций строящегося источника синхротронного излучения ЦКП «СКИФ» запланирована взрывная камера на 1 килограмм взрывчатки. Достаточно сказать, что американцам недавно удалось повторить самую первую сибирскую установку - на 15 граммов взрывчатки. Специальный детектор DIMEX, разработанный в ИЯФ, позволил впервые в мире исследовать зарождение и рост размера твердых продуктов детонации (наноалмазов) во время взрыва. Принципиально новая информация об образовании твердых продуктов химической реакции детонации позволила РФЯЦ-ВНИИТФ создать новые расчетные схемы, моделирующие взрывные процессы. Также впервые в мире была получена картина движения встречных ударных волн. Эти исследования будут продолжены: докладывавший результаты работ руководитель проекта доктор химических наук Борис Толочко (ИХТТМ) подчеркнул, что СКИФ позволит вместо «флюорографии» получить «голограмму» процессов, протекающих во время взрыва.

В рамках проекта «Прорыв», предназначенного двинуть вперед российскую атомную энергетику, планируется построить два новых ядерных реактора - на натриевом и свинцовом теплоносителях. Причем если предыдущие аналоги реактора на жидком натрии работают с 1970 года, то реактор на свинцовом теплоносителе планируется построить впервые в мире. И ключевым моментом здесь является безопасность новой установки. Исследование теплофизических процессов, связанных с атомной энергетикой, проводят ученые Института теплофизики СО РАН.

- Чтобы исследовать такие процессы для жидкометаллических теплоносителей (ЖМТ), мы за три года создали комплекс экспериментальных стендов с уникальными системами измерений, исследовали теплофизические явления, происходящие в свинцовом теплоносителе, - рассказал участникам сессии член-корреспондент РАН Николай Прибатурин. - Выполнены комплексные экспериментальные исследования, моделирующие особенности движения ЖМТ в активной зоне. Такие работы обосновывают безопасность реакторной установки в аварийных ситуациях и позволяют верифицировать российские CFD-коды, используемые в атомной энергетике.

Задачу переработки отработанного ядерного топлива для дальнейшего использования диоксидов урана и плутония в реакторах на быстрых нейтронах решает Институт гидродинамики СО РАН. В итоге многолетних исследований академики Богдан Войцеховский и Михаил Лаврентьев пришли к выводу, что отработанные ТВЭЛы нужно «рубить тупым ножом». Их ученики в 2016 году запустили агрегат резки, с помощью которого можно измельчить любое отработанное ядерное топливо. Сейчас ученые повышают срок службы установки, подбирая новые твердые сплавы для блока резки, - сообщил в своем докладе доктор физико-математических наук Александр Штерцер. Проблемой переработки ядерных отходов сегодня помимо россиян занимаются только французы, но такого универсального аппарата, который мог бы перерабатывать любые виды отработанного топлива, им пока разработать не удалось.

Ряд новых установок для исследовательских организаций «Рос-атома» сделан в томском Институте сильноточной электроники, об этом рассказал его директор академик Николай Ратахин. Среди них - мощные наносекундные генераторы электрических импульсов, электронных пучков и излучений: многоцелевая материаловедческая электрофизическая LTD-установка, компактные источники импульсов мягкого рентгеновского излучения на основе X-пинчей, плазменный катод, обеспечивающий быстрое создание плазмы трубчатой формы с заданными размерами и управляемой концентрацией.

Обсудили участники сессии и другие примеры сотрудничества. Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН (Бийск) разработал промышленную технологию получения флороглюцина. Институт ядерной физики поставил в Российский федеральный ядерный центр комплекс малоракурсной томографии, который, как подчеркнул после доклада кандидата физико-математических наук Дмитрия Сковородина председатель Сибирского отделения, позволяет «Росатому» моделировать то, что происходит в ядерном взрыве, без самого взрыва. В ИЯФ разработаны принципиально новые технические решения, позволяющие получить пучок электронов для многоимпульсной радиографии в 9 (!) ракурсах.

Участники Общего собрания резюмировали, что сотрудничество с «Росатомом» идет на пользу институтам Сибирского отделения: получены уникальные научные результаты. Планированию дальнейшей исследовательской работы может помочь долгосрочное соглашение структур ГК «Росатом» и РАН.