План Прекурсор и другие лидеры

В нескольких историях, написанных специально к Дню работника атомной промышленности, наши корреспонденты постарались показать, насколько разнообразен мир атомной отрасли, сколь разные люди работают в ней над совершенно удивительными задачами.

Алексей Цыпакин – один из разработчиков российского полиакрилонитрильного волокна, инновационный лидер атомной отрасли, победитель конкурса «Росатома», молодой учёный, футболист и настоящий фанат химии. Главный специалист лаборатории технологий синтеза полимеров UMATEX Group старается, как он признаётся сам, не ходить и не говорить всем встречным «Здравствуйте, я инновационный лидер!». В этом году Алексей также участвовал в
«Инновационном лидере», однако пока ещё не знает, одержал ли победу. Но надеется, что будет двукратным инновационным лидером. Сейчас Цыпакин в составе целой группы учёных участвует в ещё одном большом состязании – конкурсе аванпроектов Росатома. Аванпроектом в технической документации называется самый первый этап разработки, её обоснование, исходные требования и предложения по производству. Свои заявки на конкурс подали около 700 участников.

По словам первого заместителя генерального директора АО «Наука и инновации» Алексея Дуба, «аванпроекты – это не конечная цель, а начальная. Суть аванпроектов состояла в том, чтобы запустить системный процесс отбора и формирования тематического плана в госкорпорации. Поэтому очень важно сформулировать техническое задание. И, соответственно, для того, чтобы результат был эффективным, необходимо, чтобы люди находились внутри понимания этого процесса».

Эксперты уже отобрали 200 лучших проектов. Идеи на будущее самые разные: это и первая отечественная установка типа «гамма-нож», и поликристаллы на основе редкоземельных металлов, и получение очень редкого металла рения на уранодобывающих предприятиях. А также новые радиофармпрепараты для лечения рака, углеродные материалы для протезирования и многое другое. Как рассказывает Алексей Дуб, «проекты по жидкосырьевому реактору, по перспективным реакторам установкам большой мощности – это проекты по аддитивным технологиям, по созданию электронно-лучевых методов сварки, то есть достаточно широкий спектр». Естественно, это превосходство над конкурентами, повышение национальной безопасности и ориентация на экспорт. Авторы проектов, которые отвечают этим критериям, получают до 4,5 млн рублей на дальнейшее развитие своих идей. И как сказал Алексей Цыпакин: «Мы хотим разработать технологию получения углеродного волокна, которое будет стоить не более 10 евро за килограмм по себестоимости. У наших конкурентов эта стоимость 12–14 евро за килограмм.

Процесс получения углеродного волокна идёт в три стадии: это синтез, формование прекурсора и
непосредственно получение углеродного волокна, переработка. На каждой стадии процесса мы планируем внедрить наши идеи». От корпусов ракет, деталей истребителей и лопастей ветрогенераторов до карбоновых удочек, волокно необходимо везде. Оно лёгкое, прочное, но главный недостаток этого материала – цена. Как сделать дешевле, не потеряв качество? Это сейчас главный вопрос для Цыпакина и его команды.

По словам Цыпакина, «сейчас мы отрабатываем технологию суспензионной радикальной полимеризации. Это значит, что мы синтезируем в воде и получаем порошок. Рассыпчатый белый порошок – это полиакрилонитрил. Далее этот порошок растворяется в солевом растворителе  и мы получаем вот такую мёдообразную, мёдоподобную субстанцию – это раствор полиакрилонитрила. Именно из него в дальнейшем формуется ПАН-прекурсор».

Технология производства материала не просто коммерческая тайна. Полиакрилонитрил, или ПАН-прекурсор, продукт стратегический. Каждый производитель волокна разрабатывает собственную технологию его получения. На ощупь ПАН-прекурсор как шелковая нить. Только она из полиакрилонитрила. Такие нити используют в текстильной промышленности, именно из этих нитей путём термической обработки получается углеродное волокно. Как сказал Алексей Цыпакин, «данный продукт не является коммерческим, то есть технология его производства строго засекречена. Ни одна из компаний, которые производят углеродное волокно, никогда в жизни вам не расскажет, как она делает свой прекурсор». Композитные материалы сейчас, пожалуй, одна из самых быстрорастущих отраслей в мире. Общий рынок композитов сегодня превышает 3 млрд долларов. Россия потребляет всего около 300 тонн композитов в год, но, по прогнозам, уже к 2015 году этот показатель вырастет в 10 раз.

Генеральный директор АО «НПК «Химпроминжиниринг» Александр Тюнин утверждает: «сегодня российский рынок композитных материалов на основе углеродного волокна составляет всего 0,5% от мирового потребления. Мы ставим перед собой цель к 2025 году увеличить объём российского рынка до 2% общемирового потребления. И сделать это мы планируем развитием полной технологической цепочки, не ограничиваясь только сырьевым переделом углеродного волокна, тканей и препрегов, но создавая целый ряд инвестиционных проектов по готовым изделиям».

От теории к практике
Молодые и дерзкие. Среди разработчиков аванпроектов таких большинство. Антон Мальгинов, старший научный сотрудник лаборатории крупного слитка Института металлургии и машиностроения АО «НПО «ЦНИИТМАШ», тоже инновационный лидер атомной отрасли. Закончил школу с «серебром» и решил заняться сталью и сплавами,  специализируется на крупных слитках, совершенствует технологию производства материалов для новых ядерных реакторов высокой мощности, срок службы которых способен превысить столетие. По словам Антона, «топливо, которое используется в реакторах, в том числе уран-235, скоро закончится. Это произойдёт, по данным исследований, может быть, лет через 40, максимум через 50. И стоит цель сделать реакторы новые, перспективные, такие как ВВЭР, которые будут работать, в том числе, на MOX-топливе, но для этого нужны другие стали, которые будут выдерживать нагрузки, повышенные температуры, давление. Здесь конкретно мы, получается, разрабатываем технологии для заводов, по которым они должны будут работать, производить продукцию, в том числе стальные слитки огромной массы, например в 420 тонн, из которых потом уже дальше производят корпуса реакторов». Реактор – это единственная деталь атомной станции, которую невозможно заменить. От него в первую очередь зависит срок службы энергоблока. Поэтому и к стали корпуса атомного реактора требования особые. Под действием нейтронного облучения искажается кристаллическая решётка материала, и он становится очень хрупким. Именно российские учёные разработали новый устойчивый к облучению вид стали. И теперь главная задача испытать его и подтвердить все расчёты, сколько проработает реактор в условиях самых жёстких нагрузок.

Как рассказывает Мальгинов, «ранее мы проводили исследования, и по нашим расчётным данным получалось, что реактор прослужит 120 лет. Надеюсь, что так и будет. Необходимое количество того или другого элемента даёт тот самый необходимый сплав, который даст те самые результаты, и корпуса из этой стали будут стоять 100 и более лет». На индукционном участке, который, кстати сказать, выглядит совсем не инновационно, плавильщики отливают лабораторные слитки из тех самых сталей, которые могут произвести революцию в мировой атомной энергетике. С помощью этих сплавов АЭС можно будет строить, без преувеличения, на века. Мальгинов показывает нам два стальных бруска: здесь могут отливать слитки от 15 до 250 кг. На следующий день их уже отдадут на исследование. Следующий шаг – игра по-крупному. Произвести два стальных слитка массой 100 тонн каждый и уже испытывать готовое оборудование в натуральную величину со всеми максимальными нагрузками.

По словам первого заместителя генерального директора АО «Наука и инновации» Алексея Дуба, «роль науки в бизнесе – быть целеуказателем, потому что бизнес в своих целях, в общем, достаточно редко имеет возможность посмотреть за горизонт. А наука может показать ему продукты следующего шага развития, и в этом как раз синергия взаимодействия науки и бизнеса. Это текущее состояние и целевое будущее состояние». Аванпроекты – конкурс с прицелом в далёкое будущее. К 2030 году Росатом во всей выручке намерен достичь доли в 30% от новых видов бизнеса, не связанных со строительством АЭС и их эксплуатацией. В приоритетном перечне – как раз композитные материалы, а также радиомедицина и ветроэнергетика. О первых результатах аванпроектов учёные планируют отчитаться уже в октябре. Но и без официальных документов понятно, как говорят в госкорпорации, если этот конкурс не сумел «поженить» науку и бизнес, то хотя бы мотивировал их «взяться за руки».