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.