Тронин Иван Владимирович

В газоцентрифужной тематике еще много задач для ученых

Я потом­ствен­ный МИФИст: оба роди­теля окон­чили МИФИ и здесь рабо­тали. Поэтому вопрос, куда посту­пать после школы, для меня не стоял. 1990‑е годы, когда я учился, для науки были не лучшим вре­ме­нем. Но мой учитель Вла­димир Дмит­ри­е­вич Борман привил мне такую любовь к науке, что после выпуска я не пошел рабо­тать в ком­мер­че­ские струк­туры, как многие мои одно­кур­с­ники, а все-таки остался в уни­вер­си­тете. Изна­чально я зани­мался тео­рети­че­ской физикой, и моя кан­ди­дат­ская дис­сер­та­ция не имела отно­ше­ния ни к газовым цен­три­фу­гам, ни к атомной отрасли. В конце нулевых годов Борман пред­ло­жил мне поре­шать задачи, свя­зан­ные с газо­выми цен­три­фу­гами, и вот уже более 10 лет я зани­ма­юсь чис­лен­ным моде­ли­ро­ва­нием про­цес­сов, про­ис­хо­дя­щих внутри ГЦ. Кафедра зани­ма­ется также физикой нано­си­стем, физикой ком­по­зи­тов. В проекты по этим напра­в­ле­ниям я тоже вовле­чен.

Кафедра моле­ку­ляр­ной физики МИФИ была осно­вана в 1950‑е годы по ини­ци­а­тиве Игоря Васи­лье­вича Кур­ча­това и Исаака Кон­стан­ти­но­вича Кикоина. Послед­ний, как вы знаете, был научным руко­во­ди­те­лем работ по раз­де­ле­нию изо­то­пов урана в атомном проекте. Первым заве­ду­ю­щим кафе­д­рой был Михаил Дмит­ри­е­вич Мил­ли­он­щи­ков — один из раз­ра­бот­чи­ков кон­струк­ции газовой цен­три­фуги. И конечно же, кафедра в первую очередь была наце­лена на изу­че­ние изо­то­пов и тех­ноло­гий их при­ме­не­ния. Так что спе­ци­али­сты МИФИ с самого начала были вовле­чены в раз­ра­ботку газо­цен­три­фуж­ной тех­ноло­гии.

С тех пор, конечно, много воды утекло. Кафедра тран­с­фор­ми­ро­ва­лась. Сейчас у нас три основ­ных напра­в­ле­ния. По-преж­нему зани­ма­емся раз­де­ле­нием изо­то­пов, и здесь мы в числе мировых лидеров. Прорыв в сфере инфор­ма­ци­он­ных тех­ноло­гий дал допол­ни­тель­ные воз­мож­но­сти раз­ра­бот­чи­кам новых поко­ле­ний газовых цен­три­фуг. Часть дорогих экс­пе­ри­мен­тов мы смогли заме­нить ком­пью­тер­ным моде­ли­ро­ва­нием. МИФИ с нуля создал мето­дики и про­грам­м­ное обес­пе­че­ние для расчета газо­ди­на­ми­че­ских про­цес­сов внутри газовой цен­три­фуги. До сих пор в газо­цен­три­фуж­ной тема­тике много научных вопро­сов, несмо­тря на то что тех­ноло­гии уже почти 70 лет. Кон­струк­торы пред­ла­гают раз­лич­ные вари­анты усо­вер­шен­ство­ва­ния обо­ру­до­ва­ния, а мы, ученые, рас­счи­ты­ваем, как они пов­ли­яют на эффек­тив­ность цен­три­фуги. Тем самым мы опре­де­ляем напра­в­ле­ние совер­шен­ство­ва­ния техники и тех­ноло­гии. Помимо раз­де­ле­ния изо­то­пов, кафедра зани­ма­ется масс-спек­тро­мет­рией. Не без гор­до­сти скажу, что и в этом напра­в­ле­нии мы создали соб­ствен­ную сильную научную школу. Третье напра­в­ле­ние — нано­дис­пер­с­ные системы. Наши ученые участ­вуют в соз­да­нии «умных» ком­по­зит­ных мате­ри­а­лов.

Что такое изотопы? Есть у вас, допу­стим, два атома. Один явля­ется изо­то­пом другого. Это значит, что хими­че­ски они оди­на­ковы, а массы у них разные. Потому что в ядрах коли­че­ство нейтро­нов разное. За счет этой разницы дочер­ний изотоп может очень сильно отли­чаться от роди­тель­ского по свойствам. Возьмем для примера 10B и 11B — изотопы одного и того же хими­че­ского эле­мента (бора). 10‑го изотопа в природе в четыре раза меньше, чем 11‑го. Но только 10‑й изотоп хорошо погло­щает нейтроны, поэтому именно он широко исполь­зу­ется в атомной энер­гетике для регу­ли­ро­ва­ния интен­сив­но­сти цепной реакции. Перейдем теперь к урану. В при­род­ной ура­но­вой руде содер­жится лишь 0,7% 235U, нужного для работы реак­то­ров на теп­ло­вых нейтро­нах. Сле­до­ва­тельно, при­род­ный уран надо раз­де­лить, иначе говоря, обо­га­тить до нужной кон­цен­тра­ции 235‑го изотопа. Методов раз­де­ле­ния изо­то­пов великое мно­же­ство: лазер­ный, цен­три­фуж­ный, масс-спек­тро­мет­ри­че­ский, цик­ло­трон­ный, испа­ри­тель­ный и др. Одни хороши для одних изо­то­пов, другие — для других. Уран — очень тяжелый элемент. Для таких лучше всего под­хо­дят цен­три­фуж­ные методы раз­де­ле­ния. Можно исполь­зо­вать и другие методы, но это будет либо слишком энер­го­за­тратно, либо мало­эф­фек­тивно и, как след­ствие, дорого.

Сегодня аль­тер­на­тивы газо­цен­три­фуж­ному методу раз­де­ле­ния изо­то­пов урана нет. В будущем кон­ку­рен­цию ему может составить лазер­ный. Его раз­ви­вают уже много лет, но пока никто не при­ду­мал, как сделать лазер­ное раз­де­ле­ние таким же эко­но­ми­че­ски выгод­ным, как цен­три­фуж­ное. Пока оно в десятки раз дороже. Наука на месте не стоит, я не исклю­чаю, что ученые при­ду­мают некий спе­ци­фи­че­ский лазер, который сможет долго рабо­тать на опре­де­лен­ной длине волны, воз­бу­ждая атомы только 235‑го изотопа урана. Отдель­ный вопрос — как эти атомы отде­лить от осталь­ных. На него пока нет одно­знач­ного эффек­тив­ного ответа. Есть еще спек­тро­мет­ри­че­ский метод, с помощью кото­рого первые граммы обо­га­щен­ного урана были полу­чены и в СССР, и в США. Но он еще дороже, чем лазер­ный, и как его уде­ше­вить, пока не при­ду­мали. Для мас­со­вого про­из­вод­ства он, конечно, не годится. Так что аль­тер­на­тив­ными мето­дами раз­де­ле­ния изо­то­пов урана мы в МИФИ зани­ма­емся постольку-поскольку. Основ­ные усилия напра­в­лены на усо­вер­шен­ство­ва­ние газовых цен­три­фуг и раз­ра­ботку новых кон­струк­ций, которые поз­во­лят обо­га­щать уран еще дешевле, еще эффек­тив­нее.

МИФИ регу­лярно участ­вует в меж­ду­на­род­ных научных форумах по раз­де­ле­нию изо­то­пов. Один из самых крупных — меж­ду­на­род­ная кон­фе­рен­ция SPLG (Separation Phenomena in Liquids and Gases) по про­бле­мам физики про­цес­сов раз­де­ле­ния. Но газовая цен­три­фуга для раз­де­ле­ния изо­то­пов урана — изделие абсо­лютно закры­тое: и в Роса­томе, и в евро­пейском кон­церне Urenco, и у других раз­ра­бот­чи­ков. Напри­мер, спе­ци­али­сты из Urenco послед­ний раз делали доклад на кон­фе­рен­ции SPLG в 1991 году. Раз­ви­тие цен­три­фуж­ной тех­ноло­гии на этом форуме вообще обсу­жда­ется в абстрак­т­ном ключе, никакие кон­крет­ные цифры или решения в докла­дах по этой тема­тике не при­во­дятся.

Но газо­выми цен­три­фу­гами можно делить не только изотопы урана. Сейчас и на Западе, и у нас в России идет раз­ра­ботка цен­три­фуж­ной тех­ноло­гии раз­де­ле­ния легких изо­то­пов. Она очень вос­тре­бо­вана в меди­цине. Ученые по всему миру думают и над тем, в каких еще обла­стях можно при­ме­нить раз­де­ли­тель­ные цен­три­фуги. Уско­ре­ния в миллион раз не так просто добиться в лабо­ра­то­рии, а в цен­три­фуге оно дости­жимо. Может быть, в цен­три­фуге можно полу­чать новые мате­ри­алы с уни­каль­ными свойствами? Идей в этой области много.

Сту­денты, которые учатся на кафедре моле­ку­ляр­ной физики МИФИ, изучают, помимо прочего, и газо­цен­три­фуж­ную тема­тику. Так что мы готовим спе­ци­али­стов, которые в состо­я­нии раз­ра­ба­ты­вать новые поко­ле­ния газовых цен­три­фуг. Ново­у­раль­ский филиал МИФИ готовит инже­нерно-тех­ни­че­ский пер­со­нал для раз­де­ли­тель­ных про­из­вод­ств. На москов­ской пло­щадке мы зна­ко­мим сту­ден­тов с газо­цен­три­фуж­ной тех­ноло­гией на третьем курсе. На чет­вер­том — в каждом семе­стре есть пара курсов по раз­де­ле­нию изо­то­пов. Но уже с первого курса мы начи­наем рас­ска­зы­вать об уни­каль­ных воз­мож­но­стях газовой цен­три­фуги. Когда гово­ришь вче­раш­нему школь­нику о неболь­шом устройстве, у кото­рого ско­рость вра­ще­ния в 10 раз выше, чем у колен­вала болида «Фор­му­лы‑1», это про­из­во­дит сильное впе­ча­т­ле­ние. Сту­денты начи­нают пони­мать, что это неве­ро­ятно сложное, высо­ко­тех­ноло­гич­ное устройство, что в газо­цен­три­фуж­ной тех­ноло­гии есть мно­же­ство инте­рес­ных нере­шен­ных задач для ученого. Ведь цен­три­фуга — это черный ящик, в котором течет газ, а как течет — никто не видел. Только совре­мен­ные ком­пью­тер­ные тех­ноло­гии поз­во­ляют нам понять, что про­ис­хо­дит внутри этого аппа­рата. Рас­ска­зы­ва­ешь сту­ден­там о моде­ли­ро­ва­нии газо­ди­на­ми­че­ских про­цес­сов, объ­яс­ня­ешь, что в этой области много инте­рес­ных задач (и мето­ди­че­ских, и инже­нерно-тех­ни­че­ских), — и у многих ребят заго­ра­ются глаза.

К сожа­ле­нию, сту­денты из Москвы не слишком охотно едут рабо­тать в кон­струк­тор­ские бюро по газовым цен­три­фу­гам Санкт-Петер­бурга и Ново­у­раль­ска. Но это уже задача рабо­то­да­теля — моти­ви­ро­вать молодых спе­ци­али­стов. Регу­лярно на нашей кафедре сту­денты готовят дипломные работы по цен­три­фуж­ной тех­ноло­гии. Причем дипломы наших выпускни­ков всегда содер­жат некую научную новизну, явля­ются шагом вперед в мировой науке. Есть и дис­сер­та­ции по этой тема­тике. Надеюсь, через пару лет мой аспи­рант будет защи­щать по цен­три­фу­гам кан­ди­дат­скую дис­сер­та­цию, сам я гото­в­люсь к защите док­тор­ской.

Так что новых идей много, только рук на раз­ра­ботку всех идей не хватает. Поэтому я при­зы­ваю моло­дежь: при­хо­дите в науку, при­хо­дите зани­маться газо­выми цен­три­фу­гами. В этой области есть над чем поду­мать. Если действу­ю­щие спе­ци­али­сты хотят повы­сить квали­фи­ка­цию, узнав подроб­нее о цен­три­фуж­ной тех­ноло­гии раз­де­ле­ния изо­то­пов, — милости просим, у нас есть маги­стра­тура на кафедре. Учиться в МИФИ, правда, тяжело, но тут уж ничего не поде­ла­ешь. Мы ста­ра­емся учить хорошо.