Начавшееся в стране с конца 1980 г. свертывание ряда оборонных программ, в первую очередь разработок ЯРД и ЯЭДУ, вынудило большую группу конструкторов и исследователей НИКИЭТ, как и других «оборонщиков», искать пути и способы дальнейшего существования, экономические «ниши», где накопленный ими научный и технический потенциал, открывавшиеся перед ними возможности могли бы найти применение. Между тем работы по ЯРД и ЯЭДУ, технические особенности высокотемпературных реакторных установок вызвали к жизни постановку и проведение исследований по ряду новых научных направлений. Среди них можно выделить две группы: работы со сверхчистыми водородом и инертными газами и прецизионная оперативная диагностика, прежде всего на основе лазерной спектроскопии, газообразных и твердых тел. Полученные по этим направлениям результаты, а также их развитие и были положены в основу развертывания конверсионной деятельности института. Стратегией этой деятельности с самого ее начала является реализация полного цикла: от постановки задачи, через разработку технологии или оборудования и создание опытных образцов, до производства. Основные исполнители конверсионных программ — это дочерние предприятия НИКИЭТ — Центр высокотемпературной техники, Техноцентр «Лазерная диагностика и чистые технологии», а также Свердловский филиал НИКИЭТ.
Основываясь на потенциальных возможностях и опыте атомной промышленности в обращении с особо чистыми веществами и учитывая потребности внешнего и внутреннего рынков, были выбраны следующие направления конверсионных работ:
- водородные (особо чистые) технологии в металлургии и химии;
- сверхчистые газы для использования в микроэлектронике, медицине, фармакологии, химии, микробиологии, пищевой промышленности и т. д.;
- сверхчистые металлы (Sc, Ge и др.);
- диагностические лазерные приборы для различных областей техники и медицины;
- медицинское оборудование на основе новых конструкционных материалов;
- новые виды теплового и холодильного оборудования, в том числе на основе термоэлектрических эффектов;
- изотопная продукция;
- редкоземельные металлы, оксиды и продукция на их основе из монацитового концентрата.
Все выполненные разрабатываемые проекты основываются на российских «ноу-хау», не имеющих, как правило, мировых аналогов.
Ниже приведены основные результаты выполнения ряда работ.
Производство сверхчистых Кr и Хе
Завод по производству сверхчистых Кr и Хе был создан в 1992 г. в г. Заречный Свердловской области на площадях Техноцентра «Лазерная диагностика и чистые технологии» по контракту с CERN (Швейцария). Технологической основой проекта завода явились разработки и исследования в рамках создания энергетического контура ЯЭДУ, в котором необходимо было поддерживать чистоту газовой смеси на уровне 0,1 vpm примесей. Технические решения по оборудованию завода защищены патентами.
Производство особо чистых Кr и Хе
За период работы завода произведено более 50 тыс. м3 сверхчистого Кr и около 4500 м3 сверхчистого Хе. Газы поставляются в Швейцарию, Германию, Францию, США, Великобританию и другие страны, причем по чистоте (не ниже 99,9999 %) газы мировых аналогов не имеют.
Основные характеристики завода:
- производительность по переработке Кr - Хе смеси - 10 тыс. м3/год
- производство сверхчистого Кr - 8500 м3/год
- производство сверхчистого Хе - 1000 м3/год
- потери продукта при переработке - <3 %
- расход жидкого азота - 60 кг/м3 смеси
- энергозатраты на переработку 1 м3 смеси - 40 кВт-ч
Основным источником поставки смеси Хе и Кг являются кислородные производства металлургических комбинатов. В начале 1990-х годов в СНГ производилось около 20 тыс. м3 Кr-Хе смеси в год, что составляло 50 % мирового производства. В течение 1990-х годов произошло его сокращение вдвое — в России за счет экономической ситуации, за рубежом — за счет остановки экологически вредных производств. Вместе с тем появляются новые рынки сбыта газов. Например, для ксеноновой анестезии к 2005 г. потребуется как минимум 1000 м3 Хе в год, увеличивается выпуск электроосветительного оборудования на основе Хе- и Kr-ламп как для бытовых целей, так и для автомобильного транспорта. По прогнозам на ближайшее тысячелетие, потребности в Хе и Кr возрастут более чем в три раза.
Анализ возможных источников сырья показал, что существует, по крайней мере, два направления, которые могут увеличить его производство.
Первое направление — использование существующих химических производств (в основном для производства аммиака), которые позволяют несколько увеличить производство Kr-Хе смеси (на 30-35 % по отношению к существующим объемам). Однако все эти производства находятся, условно говоря, в зоне «экологического риска», и ситуация с ними в дальнейшем может повторить ситуацию с кислородными производствами в Европе, т.е. это направление не может быть определяющим в развитии Кr-Хе производств. Поэтому в середине 1990-х годов НИКИЭТ совместно с рядом научно-исследовательских, геологоразведочных и производственных предприятий нефтегазовой промышленности России приступили к изучению принципиальной возможности получения Кr-Хе смеси на месторождениях нефти и газа. Первые результаты показали перспективность этого направления для поставки нескольких тысяч кубометров смеси в год, что потребует создания новой подотрасли в системе производства природного газа. Следует подчеркнуть, что экологические проблемы при таком производстве решаются более простыми и надежными способами с исключением возможности нарушения принятых норм техногенных выбросов в атмосферу.
В настоящее время технология получения Kr-Хе смеси из природного газа в лабораторных условиях отработана.
Оборудование для наркозных аппаратов ксеноновой анестезии
С 1940-х годов во всем мире проводятся исследовательские работы по оценке возможности применения ксенона в качестве анестезирующего препарата при ингаляционном наркозе. Необходимость этих исследований вызвана тем, что практически все препараты, применяемые сегодня в анестезиологии, в первую очередь наиболее распространенный препарат — закись азота, вызывают вредные побочные последствия как во время операции, так и в послеоперационный период.
Эксперименты последних лет (в Отделении экспериментальной анестезиологии университетской клиники г. Ульма, Германия; в Академии постдипломного обучения, Москва; в Отделении анестезиологии университетского госпиталя, г. Лунд, Швеция; в Медицинском университете Екей, г. Токио, Япония) показали, что ксенон, обладая более сильными наркотическими свойствами, чем закись азота, в силу своей инертности практически безопасен для пациента. Благодаря своей слабой растворимости в крови, ксенон быстро выводится из организма: с прекращением подачи газа происходит немедленное пробуждение пациента. Вредные побочные явления при использовании ксенона не зафиксированы.
Однако несмотря на преимущества ксенона перед применяемыми анестетиками, широкое использование этого инертного газа сдерживается его высокой стоимостью (средняя розничная цена в Европе около 10 долл. США за литр) и небольшими объемами мирового производства.
К началу 1990-х годов несколько медицинских центров как за рубежом, так и в России, почти одновременно подошли к пониманию необходимости решения этой проблемы путем создания установок, в которых ксенон после операции улавливается и регенерируется для повторного использования. В этом случае его расход, а следовательно, и стоимость наркоза могут быть снижены практически до уровня стоимости анестезии другими препаратами.
Таким образом, существует потребность в специализированном оборудовании для регенерации ксенона после его использования. Такой блок регенерации в НИКИЭТ разработан, прошел все стадии испытаний и продемонстрировал возможность предварительной очистки ксенона, собранного в блоках улавливания ксенона в процессе операции, его последующего компремирования и закачки в баллоны (последняя осуществляется без использования механических компрессоров).
В настоящее время изготовлены опытные образцы приставок с блоками улавливания ксенона для ксеноновой ингаляционной анестезии в количестве более 20 комплектов, испытания которых проходят совместно с клиническими испытаниями ксенона как анестетика в Клинической больнице № 3 (Волынская) Медицинского центра Управления делами Президента РФ (г. Москва), в Клинической больнице № 83 (г. Москва), в Городской больнице № 3 (г. Томск), в Областной клинической больнице г. Екатеринбурга и других клиниках. Проведено более 150 операций с использованием блоков улавливания ксенона, разработанных НИКИЭТ. Операции продемонстрировали надежную анестезиологическую защиту и отсутствие негативного воздействия ксенона на организм человека.
Ксеноновая терапия в действии
Сейчас получено разрешение на применение ксенона как фармпрепарата и начаты работы по организации сервисного обслуживания медучреждений, реализующих ксеноновую анестезию.
Следующим этапом развития ксеноновой анестезии является разработка и создание на основе уже полученных данных анестезиологической техники нового поколения, обеспечивающей широкое внедрение ксенона в клиническую практику.
Помимо ксеноновой анестезии, последние исследования показали возможность реализации в медицинской практике ксеноновой терапии, включая лечение от наркомании, эмоциональнопсихологическую разгрузку человека и т.д. Это одно из наиболее перспективных направлений в современной клинической медицине, получен патент на этот вид лечения в России и Западной Европе. В различных клиниках уже проведено более 500 ингаляций.
Дозатор лазерного излучения с программным управлением для физиотерапевтических приборов
В 2000 г. в НИКИЭТ в рамках конверсионной программы был разработан, изготовлен и установлен в физиотерапевтическом отделении Клинической больницы № 83 дозатор лазерного излучения с программным управлением. Его использование позволяет оптимизировать лазерное воздействие на биологический объект в дозах, биотропных организму и адекватных активности болезни, исключить обострения воспалительных процессов при лечении. При этом укорачиваются сроки лечения и удлиняются периоды ремиссии.
Дозатор лазерного излучения может успешно применяться в ревматологии (артриты, артрозы), неврологии (радикулиты, остеохондрозы), гинекологии (воспалительные процессы), урологии, при лечении панкреонекрозов, легочных патологий, гепатитов, гастритов, трофических язв, дерматитов, экзем и других заболеваний.
Проведенные клинические испытания дозатора показали существенное повышение эффективности лечения больных с широким спектром хронических, а также острых и подострых воспалительных процессов при гарантированном исключении возможности передозировки.
Лазерный флуориметр для идентификации и ранней диагностики злокачественных новообразований в организме человека
Проблема выявления ранних стадий злокачественных новообразований является наиболее актуальной для мировой медицины. В связи с этим совершенствование методов ранней и уточняющей диагностики, создание соответствующего приборного обеспечения остаются на ближайшие годы приоритетными задачами клинической онкологии.
Метод спектрофлуориметрии, основанный на различии спектров нормальной и опухолевой ткани, генерированных лазерным излучением определенной длины волны, имеет ряд достоинств и преимуществ по сравнению с ныне существующими диагностическими приемами, а именно:
- несет информацию о структуре исследуемой ткани;
- отражает биохимизм опухолевой ткани;
- обладает высокой чувствительностью.
Имеющиеся данные позволяют считать, что данный способ диагностики может найти применение в следующих случаях:
- для дифференциальной диагностики новообразований молочной железы (мастопатия, доброкачественные опухоли, рак);
- для уточняющей диагностики распространенности процесса (включая спектроскопическое исследование регионарных лимфоузлов);
- для диагностики рецидивов рака молочной железы;
- для контроля за эффективностью химиотерапии.
Предварительные исследования 400 образцов тканей методом лазерной спектрофлуориметрии in vitro, а также литературные данные, позволяют сделать заключение о принципиальной возможности оценки характера патологического процесса в исследуемых тканях с помощью предлагаемого метода. Более того, использование оригинального устройства для диагностики тканей позволяет активно управлять их состоянием, что расширяет диагностические возможности предлагаемого метода и технологии его использования.
В основу предлагаемого прибора положен метод лазерной флуоресценции, заключающийся в способности органических соединений светиться под воздействием лазерного излучения, причем специфичность спектров флуоресценции каждого из них позволяет использовать данный метод для диагностики онкологических патологий.
Проведенная в 1991-1995 гг. серия масштабных экспериментов на образцах тканей онкологических больных для накопления необходимого статистического материала и разработки соответствующих спектроскопических и медицинских методик позволила исследовать более 400 образцов тканей, взятых у 128 пациентов. Все диагнозы подтверждены общеизвестными патоморфологическими методами. Достоверность проведенного анализа составила от 75 до 85 % для различных типов опухолей. Созданы базы данных образцов раковых тканей.
Главное направление применения прибора связано с его использованием в системах мониторинга для оперативной идентификации и диагностики злокачественных новообразований, доступных инструментальному осмотру с помощью прибора. Его высокие качества подтверждаются тем, что, несмотря на достаточно широкую проработку этой проблемы в Канаде, Англии, США и Израиле, патентный анализ показал большую достоверность диагностики при применении подходов, развиваемых в данном проекте.
Работы НИКИЭТ и его дочерних предприятий по конверсионной тематике не ограничиваются перечисленным.
Разработана специальная аустенитная коррозионно-стойкая сталь 02Х17Н14М2-ИД вакуумной плавки с последующим двойным вакуумным переплавом для производства особо чистых электрохимполированных труб, выпуск которых освоен на Первоуральском трубном заводе по ТУ 14-159-213-92 в широкой номенклатуре размеров (диаметром от 8,0 до 55 мм с толщиной стенки от 1,0 до 2,5 мм). Они предназначены для пищевой, фармацевтической, медицинской и другой техники, где необходимы особо чистые трубы с чистотой внутренней поверхности по 12-14 классу.
Созданы установки финишной очистки аргона, кислорода, азота, водорода и других газов для электронной промышленности и с 1991 г. эксплуатируются в ГИАП, НТА “Наука”, на заводе “Эльтав” (г. Махачкала) и на ряде предприятий г. Зеленограда.
Организовано производство ряда радиоактивных изотопов (14С, J, Ir и др.), завершен монтаж и начались пусконаладочные работы на установке по производству сверхчистого германия, освоено производство экологически чистых автомобильных охладителей-подогревателей на термоэлектрических элементах для пищевых продуктов, освоено производство циркониевых имплантатов и специального инструмента для проведения челюстно-лицевых операций и т.д. В настоящее время завершаются работы по подготовке проектной и конструкторской документации на создание промышленного комплекса по переработке монацитового концентрата для получения редкоземельных металлов и продукции на их основе.
Конверсионная продукция НИКИЭТ вносит с каждым годом все более значимый вклад в общий баланс института.
В. П. Сметанников, С. М. Вовк, А. Н. Орлов, В. И. Перехожев
