Согласно планам Международной организации ITER по термоядерной энергии, в 2019 году на планете загорится «рукотворное» солнце. Это случится на юге Франции, в городке Кадараш — если не подведёт городок Глазов, что в средней полосе России. Какая между ними связь? За подробностями корреспондент «Страны Росатом» отправился в Удмуртию, на Чепецкий механический завод.
В детстве, прислушиваясь к кухонному бухтению отцовых друзей, с восторгом внимал я высказываниям вроде «управляемый термоядерный синтез технически осуществим уже сегодня при условиях…». В числе условий обязательно упоминался некий сверхпроводник: мне он виделся кем-то вроде обычного проводника в синей форменной тужурке, только куда более величественным. Каких-то 30 лет — и вот я в поезде, синие тужурки привычно разносят чай, а настоящие сверхпроводники ждут впереди. Пункт назначения — Глазов, где создано промышленное производство сверхпроводящих материалов (СПМ) для выполнения обязательств России по строительству международного исследовательского термоядерного реактора.
ОТ СЛОВА К ДЕЛУ
Глазов участники программы выбрали за то, что здесь уже имелись и производственные площади, и специалисты высокого уровня, а также базовое оборудование на местном Чепецком механическом заводе, входящем в корпорацию «ТВЭЛ». За короткое время на ЧМЗ был налажен выпуск композиционных сверхпроводников на основе соединения Nb3Sn и сплава NbTi для магнитной системы реактора ITER. Технологию изготовления разработали во ВНИИНМ им. Бочвара. Сотрудники нескольких лабораторий института, выезжая в Глазов вахтовым методом, с технологами ЧМЗ на месте решали все возникающие проблемы. Завод с честью справился со своей задачей, и сегодня его технологическая состоятельность соответствует самым высоким международным стандартам. Достаточно сказать, что это единственное предприятие в стране и всего одно из двух в мире, имеющее оборудование для выпуска сверхпроводников на основе NbTi и Nb3Sn.
— При создании российских мощностей достигнуто главное — обеспечены требуемые свойства сверхпроводящих материалов, — рассказывает одна из основных разработчиков технологии и организаторов производства, заместитель директора ВНИИНМ Александра Воробьёва. —Напомню, что в комиссию конкурса на право участия в проекте ITER по линии изготовления сверхпроводников для магнитной системы подали заявки 17 зарубежных компаний. Из этого числа только семь практически в полном объёме справились с обозначенными целями. ВНИИНМ успешно решил весь комплекс задач. Стоит упомянуть и то, что в 2007 году Международной организацией ITER были предъявлены новые, повышенные требования к электрофизическим характеристикам сверхпроводящих Nb3Sn-стрендов. Изменение было учтено при корректировке технологии и в ходе дальнейшего выпуска продукции на ЧМЗ. Если вкратце, то магнитная система ITER, обеспечивающая удержание и термоизоляцию плазмы в термоядерном реакторе, будет состоять из центрального соленоида, создающего магнитное поле, а также обмотки тороидального и полоидального полей, стренды для которых и делают на Чепецком заводе. И основная нагрузка придётся как раз на стренды, ответственность за качественное производство и поставку которых возложена на российских участников программы. Ответственность нешуточная: «бублик» высокотемпературной плазмы, разогретой до 150 млн. градусов, будут удерживать эти, толщиной около миллиметра, «нанониточки», охлаждённые до температуры жидкого гелия. Расстояние между льдом и пламенем — менее метра.
Промежуточные стадии сборки сверхпроводящих стрендов
— Проект уникален в первую очередь с технологической точки зрения, — поясняет Воробьёва. — Для ниобий-титанового проводника стренды должны иметь диаметр 0,73 мм. Они содержат ниобий-титановые волокна диаметром 5–7 мк в медной матрице. Ещё сложнее композиты на основе Nb3Sn-соединения. В них около 10 тыс. ниобиевых волокон в высокооловянной легированной титаном бронзовой матрице, отделённой от медной стабилизации ниобиевым барьером с танталовыми вставками. Длина таких изделий может превышать 20 км, их диаметр — 0,82 мм. И ни единого дефекта допустить нельзя. Поэтому в 2007 году на заводе была изготовлена пробная партия стрендов на основе ниобий-олова. Эксперимент увенчался успехом — специалисты предприятия добились рекордной длины единичного отрезка стренда — 18,3 км. И теперь, по подписанному соглашению, завод к 2014 году должен выпустить до 100 т сверх-проводников на основе Nb3Sn, и до 120 т ниобий-титановых.
ИЗ ПРОШЛОГО В БУДУЩЕЕ
Открытие российского производства СПМ эксперты связывают с очередной вехой развития наукоёмкой индустрии сверхпроводников. Ключевые принципы, обозначившиеся в этом производстве, можно рассматривать как новую генерацию идей сверхпроводимости, имеющую самое непосредственное отношение к сфере современных нано-технологий. Поэтому именно нанокомпонент стал определяющим в инновационном проекте, реализуемом на ЧМЗ уже сегодня. Ведь в последние годы на Западе начался массовый выпуск диагностических медицинских ядерно-магнитно-резонансных томографов со сверхпроводниковыми магнитами. Инновационные компании реализуют проекты внедрения высокотемпературных сверхпроводников в электротехнику и энергетику. Этот рынок выглядит высокопотенциальным. И хотя большую часть сил пока поглощают низкотемпературные сверхпроводники для термоядерного реактора, о будущем ЧМЗ не грех задуматься заранее.
— После завершения выпуска продукции для ITER завод должен приступить к коммерциализации продукции, — считает генеральный директор предприятия Владимир Котрехов. — Надо сказать, что спросом могут пользоваться не только сверхпроводники, но и исходные для их изготовления материалы — высокочистый ниобий с низкой твёрдостью, высокогомогенный ниобийтитановый сплав, высокооловянистая бронза. Так называемые полуфабрикаты, в особенности из ниобия и ниобий-титанового сплава, с высокими показателями качества востребованы на мировом рынке — на сегодняшний день их выпускает только один завод в США. Созданные на ЧМЗ мощности позволят получить, в частности, наноструктурные медь-ниобиевые проводники, полуфабрикаты из высокочистого ниобия, высокогомогенного ниобий-титанового сплава. Что касается перспектив самих сверхпроводников, то они могут быть применены в нескольких международных проектах. К примеру, таких, как строительство ускорителя, для которого понадобится порядка 20 т ниобий-титановых сверхпроводников, для программы по модернизации большого адронного коллайдера — 520 т сверхпроводников на основе сплава Nb3Sn. После завершения экспериментального проекта ITER намечено строительство демонстрационного термоядерного реактора, для чего тоже потребуется значительное количество новых материалов. СПМ широко используются в производстве медицинских томографов, диагностических приборов, накопителей энергии, токоограничителей. Важно, чтобы в ближайшее время и Россия вошла в число крупнейших поставщиков этих материалов. Чтобы выйти на мировой рынок, нужно решить основную задачу, связанную с оптимизацией технологии, которая позволит снизить себестоимость продукции. Стратегическая же цель — открытие на ЧМЗ производства высокотемпературных сверхпроводников.
С воздуха Глазов действительно напоминает глаз с ресничками
— О том, что укрупнённый график создания сверхпроводников — трудоёмкая инновационная программа, свидетельствует аппаратурно-технологическая схема производства, — уточняет заместитель директора по производству СПМ Константин Абрамушин. — Закуплено 109 единиц оборудования, в том числе уникального, в частности электронно-лучевая печь для получения высокочистого ниобия, печь для ниобий-титанового сплава. В итоге созданные мощности способны ежегодно обеспечивать до 100 т ниобия, до 40 т ниобий-титанового сплава, а также до 25 т Nb3Sn- и до 35 т NbTi-стрендов.
Можно прогнозировать, что внедрение нового производства коренным образом изменит направление hi-tech-деятельности в области сверхпроводимости. На протяжении ряда лет российские компании систематически получали предложения от западных коллег по участию в специализированных тендерах. Однако из-за отсутствия собственной базы производства СПМ они не использовали свои возможности в этой сфере. Теперь ситуация другая — на ЧМЗ создаётся сверхпроводниковая индустрия. Её ресурсы послужат не только внутренним потребностям страны, но и внедрению новой системы высокоэффективных экспортных операций.
— Идея масштабной реализации потенциала российской науки в высокотехнологичных производствах существовала давно, — объясняет руководитель Агентства ITER РНЦ «Курчатовский институт» Анатолий Красильников. — Помимо соответствующих факторов развития, этот подход обозначит новую точку технологического роста наукоёмких производств в стране. Отмечу, что для международного проекта — экспериментального термоядерного реактора — создаётся 19 систем различного типа. И уже сейчас понятно, что Россия — один из лидеров в работах по ITER. Показательны в этом смысле примеры невыполнения отдельными зарубежными подрядчиками обязательств по производству компонентов для реактора. В ряде стран имеются прецеденты отзыва заявленных инициатив по выпуску сверх-проводников. Соответственно, «котировки» нашей страны — и теоретически, и на практике — только возрастают.
ОТ МЕТАЛЛА К ЛЮДЯМ
Что же представляет собой Глазов, где рождаются грандиозные планы «мирового господства»? Это классический моногород, жилая часть которого по площади примерно равна цехам ЧМЗ. Раньше из сотни тысяч глазовцев на заводе работало 30 тыс. Сейчас, в связи со стартовавшей реструктуризацией отрасли, от 30 осталось 5 тыс. По той же причине предприятие вынуждено избавляться от непрофильных активов — собственной больницы, спортивных объектов, пансионатов и детских садов. Вроде всё как везде. Но есть и отличия. Не секрет, что в постперестроечные годы многие флагманы социндустрии обошлись с полученным от государства имуществом очень по-хозяйски — или наоборот, с какой точки зрения посмотреть. Всё, что можно было сдать под офисы или склады, было сдано, многое — тихо переведено в частную собственность, а остальное — попилено на цветной и чёрный металл и продано. Здесь — не так. Каждый объект передаётся с баланса завода на баланс города не только в исправности, но и в отличном техническом состоянии — со всем оборудованием, компетентным персоналом и покрашенными заборами: бери и пользуйся по назначению, новых вложений не требуется. Откуда такое особое отношение? Дело даже не в том, что завод и город — единое целое. Любая реструктуризация, бесспорно, требует жертв. Но ведь ЧМЗ способен функционировать в полную силу и имеет перспективу только как неделимый организм — такой, как задумывался изначально. Таковы и сегодня особенности здешнего производства. Оно состоит из трёх пусковых комплексов: по производству ниобия, по производству сплавов на основе меди и ниобия, по производству сверхпроводящих стрендов. В комплексе процесс имеет весьма сложную модель —замкнутый и самодостаточный производственный цикл, начинающийся с изготовления материалов (ниобия, ниобий-титановых сплавов, высокооловянистой бронзы) и заканчивающийся линией готовых изделий. Следует сказать, что производственные процессы включают в себя участки измерения электрофизических характеристик стрендов и контроля комплекса технологических параметров.
На ЧМЗ создан полный цикл производства необходимых металлов и сплавов для СПМ
И без собственной базы производства СПМ реализация многих перспективных проектов, в том числе и международных, была бы невозможна. К счастью, постепенно ситуация меняется — на всех уровнях власти сегодня есть понимание важности сохранения и развития уникальных индустриальных комплексов типа Чепецкого завода, есть заинтересованность в наращивании промышленного выпуска СПМ. Поэтому появилась надежда, что томографы, индуктивные накопители и многое другое со временем будет делаться в России — без смежников, посредников и нечистых на руку перекупщиков. И более того — в самом скором времени. А пока в Глазове заводчане терпеливо и без лишней помпы своим трудом преодолевают сложившуюся ранее худую славу Удмуртии как технологически отсталого региона. А благодаря уникальности идеи, базирующейся на перспективных решениях и высоких технологиях, готовы дать и серьёзный импульс для развития отечественной промышленности в целом: увеличения доли наукоёмкой продукции в системе внешнеэкономических отношений, дальнейшей интеграции в российскую индустрию стандартов качества мирового образца. В цехах завода немало удивительного: на- пример, поражает воображение необъятный, один из трёх в стране, волочильный стан, способный превратить заготовку метровой длины в километры тончайшего, сложнейшей структуры и высокой надёжности сверхпроводника. Хороша и похожая на космический аппарат печь, что запаивает эти заготовки. Суммарная длина трубопроводов ЧМЗ — 120 тыс. км, три кругосветных путешествия — впечатляет. Но более того впечатляет растворённая в здешнем воздухе неброская, но явственная гордость коллектива: мол, без нас ничего особенного в 2019 году на юге Франции, глядишь, и не состоится. Автора этих строк неоднократно упрекали в недостаточном патриотизме — в основном за равнодушие к успехам отечественного футбола. Со стыдом признаюсь: упрёки справедливы. Забьёт ли Аршавин гол или промажет по воротам, а то и вовсе уедет играть за сборную Аргентины — мне всё равно. И только оказываясь в местах, подобных Чепецкому заводу, вдруг в полной мере ощущаешь себя патриотом своей страны. Возможно, тем ценнее это чувство…
Михаил ОСИН, «Страна РОСАТОМ»