18 января 2021

От урана до маглева, от завода «Электросила» до НИИЭФА

Страна Росатом Сепараторная установка на ЭХП Страна Росатом

Ключевые компоненты для международного термоядерного реактора и самого мощного в мире лазера, ускорители для науки, медицины и промышленности, подвесы для поездов на магнитной подушке — ​все это создают в НИИ электрофизической аппаратуры им. Ефремова. 27 декабря 2020 года одно из старейших предприятий атомной отрасли отметило 75-летие.

Через несколько месяцев после старта советского атомного проекта, 27 декабря 1945 года, вышло постановление Совнаркома СССР об организации особого конструкторского бюро по проектированию электромагнитных преобразователей при ленинградском заводе «Электросила». В 1962 году ОКБ получит современное название — ​НИИЭФА.

Для чего понадобилось ОКБ и при чем здесь «Электросила»? Ядерный заряд может быть плутониевым либо урановым. Плутоний предполагалось нарабатывать на экспериментальном реакторе Ф‑1 в Лаборатории № 2. Обогащать уран планировали электромагнитным методом. Кому поручить магнит, Курчатов знал: в 1937 году в Радиевом институте он руководил сооружением первого в Европе циклотрона. В нем был магнит, сделанный на заводе «Электросила». Курчатов заказал оборудование и системы контроля для получения урана‑235 опытному коллективу.

Специалисты ОКБ создали сепараторную установку СУ‑20. Ее смонтировали в 1950 году на заводе № 418 в Свердловской области (сейчас — Электрохимический завод «Росатома»). На ней наработали делящиеся материалы для первой советской урановой бомбы и первой в мире водородной. СУ‑20 до сих пор в строю, производит более 200 наименований стабильных изотопов 47 химических элементов для науки, медицины и промышленности.

Создав для страны ядерный щит, атомщики получили возможность уделять больше внимания другим перспективным научным направлениям. Курчатов и его Институт атомной энергии начали исследования в области управляемого термоядерного синтеза. Понадобились крупные экспериментальные установки. Все более масштабные ускорители заряженных частиц требовались для изучения фундаментальных свойств материи. НИИЭФА включился в эти работы и постепенно стал центром создания электрофизических установок и комплексов для решения научных и прикладных задач в области физики плазмы, атомной и ядерной физики, физики элементарных частиц, а также в области здравоохранения, радиационных технологий, технологий сверхпроводимости.

ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ

Специалисты института разработали опытно-промышленные лазерные установки для сварки, термического упрочнения, модификации поверхностей, разделения изотопов, дистанционной резки материалов. В НИИЭФА создаются методы лазерного разделения изотопов: например, технология разделения изотопов свинца позволит повысить надежность реакторов на быстрых нейтронах. НИИЭФА участвует в создании самой мощной в мире лазерной установки в РФЯЦ-ВНИИЭФ — ​отвечает за такие значимые элементы лазера, как модули усилителя мощности, а также за многоканальную распределенную систему синхронизации, которая должна управлять работой оборудования на площади размером примерно с два футбольных поля, с точностью не менее десятков пикосекунд.

Страна Росатом НИИЭФА участвует в создании самого мощного в мире лазера в Сарове Страна Росатом

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА

Для электропитания термоядерных комплексов и электрофизических установок прикладного назначения в НИИЭФА разработаны индуктивные накопители с запасаемой энергией до 900 МДж, импульсные источники тока широкого частотного спектра на основе емкостных накопителей, сверхмощная коммутирующая аппаратура. Это оборудование находит применение и в геологии, геофизике — ​например, в системах зондирования грунта для предсказания землетрясений и т. п.

ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ

С середины 1990-х годов НИИЭФА сотрудничает с немецкими исследовательскими центрами DESY и GSI: для проектов по созданию самого крупного в мире лазера на свободных электронах XFEL и ускорительного комплекса FAIR изготовлено и поставлено более тысячи электромагнитов разных типов.

УСКОРИТЕЛИ ДЛЯ ФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В институте спроектировали крупнейшие из сооруженных в СССР и странах соцлагеря ускорители заряженных частиц: синхроциклотрон с энергией 680 МэВ и синхрофазотрон на 10 ГэВ для Объединенного института ядерных исследований в Дубне, гамма-циклотроны для ядерных центров СССР, стран Восточной Европы и КНР, протонный синхротрон на 7 ГэВ для Института теоретической и экспериментальной физики, линейные ускорители электронов на 300 МэВ и 2 ГэВ для Харьковского физико-технического института и др. Многие из них до сих пор работают, на них ведут исследования по ядерной физике и физике частиц высоких энергий, решают прикладные задачи.

Страна Росатом Циклотрон У‑300 для ускорения тяжелых многозарядных ионов. Разработан в НИИЭФА и сооружен в 1962 году в ОИЯИ (Дубна) Страна Росатом

ТЕХНОЛОГИИ МАГНИТНОЙ ЛЕВИТАЦИИ

Разработка транспортных систем с применением технологии магнитной левитации ведется в НИИЭФА с 2012 года. Специалисты исследовали различные варианты электромагнитного (EMS) и электродинамического (EDS) подвесов для маглева и изготовили несколько макетов. В 2017 году институт представил на выставке «Атомэкспо» систему магнитной левитации с пониженным электропотреблением.

СВЕРХПРОВОДНИКИ

Технической сверхпроводимостью институт занимается с 1960-х годов. В числе главных достижений НИИЭФА в этой области — ​создание комбинированного соленоида КС‑250 на магнитное поле 25 Тл и первого в мире токамака со сверхпроводящей магнитной системой на основе ниобий-олова. Сейчас специалисты НИИЭФА заканчивают изготовление катушки полоидального поля PF‑1 для ИТЭР. В 2017 году в атомной отрасли было запущено новое стратегическое направление — ​«Прикладная сверхпроводимость», НИИЭФА стал его интегратором. Конечная цель — ​внедрение сверхпроводниковых технологий в электроэнергетику, транспорт и другие отрасли российской промышленности. Институт координирует разработку продуктовой линейки сверхпроводящих материалов и сверхпроводникового оборудования. На базе НИИЭФА создано опытное производство длинномерных ленточных высокотемпературных сверхпроводников второго поколения (ВТСП‑2). Ученые института сделали опытный образец сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии на основе ВТСП.

Страна Росатом Специалисты НИИЭФА проверяют электрическую изоляцию ВТСП-обмоток и токовводов сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии Страна Росатом

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Разработанные в НИИЭФА индукционные насосы используются для перекачивания жидкометаллического теплоносителя в контурах ядерных энергетических установок с реакторами на быстрых нейтронах, для производства и дозирования натрия и других жидких металлов в металлургической и химической промышленности, в космических аппаратах. В 1960-е годы ученые НИИЭФА с коллегами из Института атомной энергии создали автономный импульсный МГД-генератор мощностью 500 МВт. Его параметры и удельные характеристики до сих пор остаются непревзойденными.

УСКОРИТЕЛИ ДЛЯ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

В НИИЭФА создают высоковольтные ускорители электронов и для целей сугубо практических: радиационной модификации полимеров, очистки газовых выбросов, неразрушающего контроля качества изделий атомного машиностроения, химического аппаратостроения, судостроения. На базе таких ускорителей в институте разработаны инспекционные таможенные комплексы, нейтронные генераторы, электрофизические комплексы для модификаций поверхностей. Созданы серии ускорителей для ядерной медицины и радиационной стерилизации.

Страна Росатом Линейный ускоритель-дефектоскоп ЛУЭ‑10-2Д разработки НИИЭФА Страна Росатом

УСТАНОВКИ ДЛЯ ТЕРМОЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В НИИЭФА спроектировали первый крупный токамак ТМ‑3, запущенный в 1962 году в Институте атомной энергии, и изготовили для установки основное технологическое оборудование. На ТМ‑3 получены научные результаты, которые сделали токамак фаворитом в гонке за термояд. Затем был Т‑4, на котором физики совершили научный прорыв: температуру плазмы удалось поднять до 1 кэВ, а энергетическое время удержания довести до 20 мс, что в несколько раз превышало теоретические прогнозы. Дальше были Т‑10 (на нем до сих пор ведутся плазменные эксперименты), уникальные токамаки с сильным полем (ТСП) с адиабатическим сжатием плазменного шнура, Т‑15 со сверхпроводящей магнитной системой, стелларатор «Ураган‑2», экспериментальный комплекс «Ангара‑5». Сейчас НИИЭФА — ​один из ключевых участников строительства международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Институт отвечает за разработку шинопроводов, центральной сборки дивертора, обращенных к плазме компонентов и коммутирующей аппаратуры.

КРИОГЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В 2019 году в НИИЭФА запустили первый в России и второй в Европе постоянно действующий стенд комплексных исследований криогенных электронасосов, которые применяются при добыче сжиженного природного газа (СПГ). На стенде можно проводить приемочные и сертификационные испытания СПГ-насосов в среде жидкого азота, проверяя все важные параметры: уровень шума и вибрации, расход и напор насоса, потребляемую мощность, кавитационный запас и проч. В институте строят стендовый комплекс для испытаний технологий и оборудования для средне- и крупнотоннажного производства СПГ. Стенд будет первым в России и третьим в мире и позволит проводить испытания всей линейки насосов и арматуры, необходимых для реализации отечественных СПГ-проектов.

Страна Росатом Стенд комплексных испытаний криогенного электрооборудования Страна Росатом