ГЛАВА 4. ПРОДОЛЖЕНИЕ ТРАДИЦИЙ
В главе собраны статьи, рассказывающие о самых разных выполненных в институте в 1990-е годы и разрабатываемых сейчас проектах. Среди них — проекты, развивающие, в том числе в рамках конверсии, как отдельные достижения созданных технологий, так и найденные ранее комплексы технических решений по оригинальным РУ, а также проекты необычных экспериментальных устройств для “высокой ” науки и реакторов XXI века, призванных решить давние “болевые” проблемы ядерной энергетики. Читатель может убедиться, что творческие традиции коллектива НИКИЭТ живут и развиваются.
О международном проекте ИТЭР
Если говорить, как начинались и развивались работы по международному проекту ИТЭР, то следует вспомнить, что же происходило за “оградой” и внутри нашего научно-исследовательского “дома”. С 1975 г. институт стал ввергаться и термоядерную эпопею, приняв участие в разработке установок ГТРТ, ОПТЭС и др. Начался этот процесс, конечно же, Н.А. Доллежалем в сначала робких, а потом все более уверенных контактах с В.В. Орловым, Г.Е. Шаталовым, Б.Н. Колбасовым и другими сотрудниками столпов термояда в ИАЭ — Е.П. Велихова и Б.Б. Кадомцева.
Специалистами НИКИЭТ в этих разработках использовались инженерные навыки и сноровка, в изобилии накопившиеся в институте. На “плаху” физикам-пламенщикам выдавались конструкции на базе традиционных реакторных технологий, которые принимались ими как инженерный вклад в физические основы будущей термоядерной энергетики.
Первый “замес” термояда в НИКИЭТ выполнили в отделе № 11 под руководством В.К. Уласевича. В космических далях служители “высокотемпературных технологий” увидели и возможность реализации бланкета термоядерных установок - преобразователя термоядерной энергии плазмы в электроэнергию. Появились конструкторские и расчетные силы: Е.М. Кузьмин, В.Н. Рожков, А.М. Епинатьев, а также руководящее и корректирующее звено: В.В. Гурьев, В.П. Сметанников. Они придумывали, как охлаждать гелием, двигать урановые шарики пневмопочтой, защищать от нейтронов катушки магнитной системы реактора.
Это было интересное время — новые впечатления, понятия и первый опыт института в работах по управляемому термоядерному синтезу (УТС).
Первые годы (7-8 лет) термоядерной эпопеи НИКИЭТ пролетели быстро. А в работах по УТС уже назревали перемены. Термоядерное сообщество стало поговаривать о возможности создания термоядерного реактора (ТЯР), об объединении усилий разных стран для его разработки и сооружения. И первыми значительными шагами в новом периоде (начало-середина 1980-х годов) работ по УТС были проекты термоядерных реакторов международного ИНТОР (International Tokamak Reactor) и национального OTP (Опытный Термоядерный Реактор). ИНТОР разрабатывался в коалиции стран-участниц: СССР, США, Японии и Объединенной Европы. После завершения проектных разработок стало ощущаться, что это пока не реальность, а оценка технических возможностей решения возникающих проблем и первый опыт объединения усилий стран с развитыми программами по УТС. Работы в СССР по проекту ОТР шли практически параллельно с проектом ИНТОР под руководством головной конструкторской организации - НИИЭФА имени Д.В. Ефремова и научной — ИАЭ им. И.В. Курчатова. А НИКИЭТ, согласно приказу Министра, стал главным конструктором ядерно-физических систем (бланкет, первая стенка, система преобразования энергии). Произошли организационные перемены и внутри института: в марте 1986 г. был создан объектовый отдел по разработке этих систем, и первым его руководителем стал В.В. Гурьев. Работа над ОТР кипела вовсю, по всему чувствовалось серьезное отношение к проекту как со стороны разработчиков, так и в Министерстве. В 1987 г. был завершен первый этап технического проекта ОТР.
Середина 1980-х годов ознаменовалась мощной инициативой СССР: в 1985 г. М.С. Горбачев при встречах на высшем уровне с Ф. Миттераном и Р. Рейганом предложил организовать международное сотрудничество с целью создания экспериментального термоядерного реактора. Прошло еще около 2,5 лет переговоров, консультаций и согласований, прежде чем эта работа развернулась. И в мае 1988 г. стороны — участницы проекта: СССР, США, Япония и Объединенная Европа под эгидой МАГАТЭ приступили к разработке технического проекта термоядерного реактора с промежуточной стадией в виде концептуального (эскизного) проекта. На этой стадии проект получил сокращенное наименование ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor), которое используется и сейчас.
Основным постулатом проекта было утверждение, что ИТЭР должен явиться единственным и последним шагом перед термоядерной электростанцией. Работы по концептуальному проекту велись национальными командами и интернациональным центром интеграции проекта (по 8 представителей от СССР, США, Японии и Европы).
Центр располагался в небольшом германском городе Гархинг близ Мюнхена на территории Института физики плазмы им. Макса Планка. От НИКИЭТ в Центре интеграции работал начальник группы А.Б. Антипенков. Это было время налаживания контактов, установления и оттачивания взаимопонимания, но также и буйства инженерных страстей. Каждая сторона “продавливала” свои решения с учетом национального опыта, хотя, безусловно, использовались совместные наработки по ИНТОР.
Проектные разработки на этой стадии уже велись с использованием электронного проектирования, так как было ясно, что традиционными методами этот проект не выполнить.
В 1990 г. концептуальный проект был завершен. Достоянием проекта было утверждение реальности его инженерного воплощения в рамках международной кооперации, была показана жизнеспособность четырехстороннего международного коллектива в решении сложных научных, технических и организационных задач.
Участие НИКИЭТ в работах по проекту ИТЭР потребовало совершенствования организации работ внутри института. В первую очередь расширялся и укреплялся кадровый состав объектового отдела по тематике ТЯР. За время работы на концептуальной стадии проекта численность отдела возросла в полтора раза. Приходили в основном молодые инженеры, которые сегодня уже стали ведущими (Д.А. Митин, В.Ю. Колганов, А.В. Размеров и др.). В отделе появились специалисты, уже имевшие опыт работы как в НИКИЭТ, так и в других организациях — это К.С. Складнов, В.Г. Коваленко, Ю.В. Блинов, позднее — Г.К. Сысоев). Вместе с работающими со дня основания отдела А.М. Сидоровым, А.М. Епинатьевым, И.В. Даниловым, В.В. Поликшей они стали опорной и движущей силой отдела и тематики ТЯР в институте. В 1987 г. руководителем отдела был назначен автор данной статьи.
Это было интересное и непростое время. Мы работали и одновременно учились.
После подписания Межправительственного Соглашения в июле 1992 г. в Вашингтоне (от России как преемницы СССР его подписал Министр РФ по атомной энергии В.Н. Михайлов) началась разработка инженерного (технического) проекта ИТЭР со сроком окончания в 1998 г. Межправительственным Соглашением были определены руководящие органы проекта ИТЭР: Совет ИТЭР, технический и административный консультативные комитеты (ТКК и АКК).
Одновременно, в соответствии с Соглашением для интеграции проекта в единое целое была создана Центральная Проектная Группа (ЦПГ) из представителей сторон-участниц проекта, разместившаяся в трех центрах: Гархинг (Германия) — внутренние системы реактора, Нака (Япония) - внешние системы и Сан-Диего (США) - собственно интеграция проекта. Также по Соглашению каждая из сторон должна была организовать свою национальную (“домашнюю”) команду для разработки проекта и назначить руководителя, отчитывающегося перед Международным директором.
Председателем Совета ИТЭР был единодушно избран Е.П. Велихов (на этом посту он остается и в настоящее время).
Совет ИТЭР назначил Международным директором проекта ИТЭР доктора Ребю (Франция), впоследствии директором проекта стал доктор Р. Аймар (Франция).
Руководителем Российской национальной команды и директором проекта в РФ был назначен О.Г. Филатов (НИИЭФА).
Представители НИКИЭТ как одного из ключевых институтов в проекте от России вошли в различные структуры проекта. Членом ТКК с 1993 по 1998 г. был Е.О. Адамов, а с 1998 по 2001 гг. — В.А. Шишкин. Членами национальной дирекции проекта по настоящее время являются В.А. Шишкин и Ю.С. Стребков. Последний также является координатором работ в РФ по ядерно-физическим системам ИТЭР. А.Б. Антипенков (отд. № 31), Г.М. Калинин (ИЦП) и позднее О.В. Розов (отд. № 31) были членами ЦПГ в Гархинге.
Итак, организационные и технические структуры ИТЭР были созданы, задачи поставлены, и работа по проекту в полном смысле закипела. Стороны-участницы выполняли проектные, научно- исследовательские и опытно-конструкторские работы по заданиям ЦПГ. По основным системам проекта постоянно проводились технические совещания в центрах ЦПГ с участием представителей сторон-участниц, на которых обсуждались текущие результаты и принимались решения. Один или два раза в год ЦПГ представляла членам ТКК промежуточные результаты работ по проекту, а затем оценку работам давал Совет ИТЭР.
В России работы по инженерному проекту проводились в рамках Федеральной целевой научно- технической программы “Международный термоядерный реактор ИТЭР и научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в его поддержку”. За ее выполнение отвечал Минатом РФ, а основными исполнителями являлись институты: НИИЭФА, НИКИЭТ, ВНИИНМ, а также РНЦ “Курчатовский институт”. Представители этих организаций входили в состав Национальной дирекции проекта ИТЭР, созданной приказом министра. Задачи дирекции — планирование работ в соответствии с заданиями ЦПГ, подготовка предложений для Минатома РФ по распределению финансов, организация выполнения работ, оформление соответствующих отчетов.
Следует особо подчеркнуть, что все проектные работы по ИТЭР впервые проводились исключительно с помощью современной вычислительной техники, обмен информацией как внутри страны, так и с зарубежными центрами, включая передачу конструкторской документации, осуществлялся по высокоскоростным каналам электронной связи.
Российская “домашняя” команда представляла собой крепкий научный и инженерный коллектив, который адекватно реагировал на все перипетии проекта. Набрался опыта и окреп участвующий в проекте коллектив НИКИЭТ. Сфера его ответственности — это разработка комплекса ядерно- физических систем реактора, включающего бланкет, первую стенку, лимитер, экспериментальные модули, выполнение в обоснование своих конструкторских решений экспериментально-исследовательских и опытно-конструкторских работ с привлечением и координацией усилий других организаций.
Разработка ядерно-физических систем базировалась на обширном опыте создания реакторов деления. Вместе с тем, многие из компонентов этих систем в термоядерном реакторе не имеют аналогов в обычной ядерной технике ввиду принципиальных отличий в условиях их работы. Поэтому при проектировании бланкета, первой стенки, лимитера, экспериментальных модулей потребовались проведение неординарных конструкторских разработок и расчетных исследований, формирование критериев проектирования для обоснования прочности и работоспособности конструкций, разработка и освоение новых конструкционных материалов и материалов покрытий, новых технологий соединения используемых, в том числе разнородных материалов, отработка процессов промышленного изготовления компонентов бланкета реактора, первой стенки на моделях и макетах, создание ряда новых экспериментальных стендов и проведение на них исследований.
В июле 1998 г. в соответствии с Международным Соглашением инженерный проект ИТЭР был завершен. Основные заключения по итогам работ: “запроектированный реактор с большой вероятностью будет работать и выполнит свои задачи” и “проект готов к реализации”. Вместе с тем, с учетом полученной в проекте высокой стоимости ИТЭР — 8 млрд долл., было принято решение снизить ее в два раза. 1998 г. был также примечателен выходом США из проекта и закрытием интеграционного центра в Сан-Диего.
С 1999 по 2001 гг. ЦПГ, расположившаяся теперь в Гархинге и Наке, совместно со странами- участницами — Россией, Японией и Европейским содружеством провели необходимые изыскания и доработку проекта в соответствии с поставленной задачей. В июле 2001 г. проект ИТЭР был полностью завершен, ориентировочная стоимость его осуществления составила 4 млрд долл. После традиционной ревизии материалов проекта членами ТКК Советом ИТЭР был подведен окончательный итог работы, и было подчеркнуто, что “разработанный проект готов к реализации”.
Реактор ИТЭР
К основным результатам работ НИКИЭТ по проекту следует отнести:
- разработку и расчетные исследования модулей бланкета, лимитера, первой стенки, опорных структур, систем отвода тепла;
- разработку критериев проектирования многослойных (из разнородных материалов) энергонапряженных конструкций внутрикамерных компонентов (первая стенка, дивертор), включая методологию анализа целостности и работоспособности этих компонентов;
- опытно-промышленную технологию изготовления многослойных (из разнородных материалов) энергонапряженных конструкций с отработкой их при испытаниях соответствующих моделей и макетов;
- промышленную технологию изготовления опорной системы бланкета из высокопрочного титанового сплава с полным комплексом прочностных и тепловых испытаний полноразмерных образцов конструкций;
- комплекс материаловедческих работ по исследованию и испытаниям (включая радиационные) конструкционных материалов бланкета, первой стенки и опорной системы бланкета.
Изготовление бериллиевых протекторов для первой стенки реактора ИТЭР
Трудно перечислить всех, но все- таки хотелось бы отметить специалистов, внесших решающий вклад в работу института по проекту ИТЭР. Это — сотрудники отдела № 31: А. М. Сидоров, К. С. Складнов, М. Епинатьев, А. Б. Антипенков, Ю. В. Блинов, И. В. Данилов, B. Г. Коваленко, Д. А. Митин, Г. К. Сысоев, А. В. Размеров, C. Э. Хомяков; А.В.Лопаткин (лаб. № 45); В. К. Прозоров (отд. № 10); О. Л. Щипакин, И. А. Карташов (отд. № 16); С. Е. Бугаенко (МЦЯБ); С. В. Европин, В. Я. Абрамов, Г.М. Калинин, Б. С. Родченков, М. Е. Родин, А. В. Сидоренков, А. Д. Иванов, В. Н. Белоус, И. И. Шутько, Ю. Н. Головлев, А. В. Ташкинов, А. И. Аржаев (все — из ИЦП).
Испытания механической опоры крепления бланкета
Итак, эпопея по разработке инженерного проекта была завершена, но его жизнь продолжается. С 2001 г. и по настоящее время Россией, Японией и Европейским содружеством ведутся переговоры о заключении межправительственных соглашений на период 30-35 лет, включающий сооружение, длительную работу и снятие ИТЭР с эксплуатации. В процессе переговоров, в рамках скоординированной технической активности, в Гархинге и Наке в минимально необходимом составе работает и международная группа поддержки проекта. Одновременно ведутся консультации о вкладе сторон в изготовление и поставку оборудования для ИТЭР. Понятно, что это сложный вопрос, требующий весьма длительных обсуждений, поскольку он напрямую связан с финансовыми возможностями сторон. Тем не менее, невзирая на финансовые трудности, Россия первая предложила перечень оборудования, которое могла бы поставить. В этом перечне фигурируют и разработанные НИКИЭТ конструкции, проекты которых обоснованы результатами проведенных НИОКР. Эго - опорные системы бланкета, порт-лимитер и первая стенка.
В августе 2001 г. правительством России утверждена Федеральная целевая программа по ИТЭР на 2002-2005 гг., главная задача которой — подготовка российских организаций и предприятий к полномасштабному участию в сооружении ИТЭР на основе международного сотрудничества. В соответствии с этой программой НИКИЭТ, как и другие указанные выше институты, работает над адаптацией проектных решений по опорным системам бланкета реактора и порт-лимитера к условиям российской промышленности с целью постепенной подготовки ее к изготовлению этого необычного оборудования.
Подведем некоторые промежуточные итоги. ИТЭР — это уникальный опыт международной разработки крупномасштабного проекта, не имеющий аналогов в мировой практике, и его форма и уровень организации послужат образцом для других международных и национальных проектов. Для управления проектом использованы самые современные электронные средства связи и вычислительной техники. В частности, в России созданы специальные высокоскоростные каналы для обмена информацией как между российскими, так и зарубежными центрами связи участников проекта.
Все проектно-конструкторские работы выполнены с помощью современных средств автоматизации проектирования. Впервые создана трехмерная электронная модель экспериментального термоядерного реактора и его систем.
Впервые с участием российских специалистов проведен всеобъемлющий анализ проблем безопасности и экологических последствий создания и эксплуатации ТЯР.
Важным результатом работ явилось и то, что в процессе их выполнения российскими институтами, в том числе и НИКИЭТ, были разработаны такие технологии и изделия, которые способны найти применение не только в ИТЭР, но и в других областях науки и техники. Например, специалистами нашего института предложен для ядерно-физических систем реактора ряд конструкторско- технологических решений, которые могут использоваться в изделиях атомной, аэрокосмической, энергетической техники, работающих в условиях высокой цикличности тепловых воздействий.
И главное! Участие в проекте способствовало развитию профессиональных навыков многих молодых ученых и инженеров, сохранению интереса к дальнейшей работе на поприще атомной энергетики. Этот проект дает им перспективу на завтрашний день, возможность внести свой вклад в сбережение и упрочение престижа российской науки.
Ю.С. Стребков
