Что может атом?
Выбор Сарова как места проведения на прошлой неделе заседания Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики оказался далеко не случайным. Второе за все время работы заседание этого важного органа при Президенте России было посвящено вопросам атомной отрасли страны. А где, как не в первом отечественном атомграде, знают, чем живет самая передовая, самая наукоемкая отрасль экономики. Президент ставит задачи Перед работой комиссии президент встретился с сотрудниками градообразующего предприятия — Российского федерального ядерного центра — Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ), познакомился с сегодняшним состоянием работ по основной тематике института как предприятия ядерно-оборонного комплекса, побывал в музее ядерного оружия. Открывая заседание комиссии, глава государства напомнил, что именно здесь, на саровской земле, «60 лет назад был создан первый советский ядерный заряд, благодаря чему была заложена основа, скажем так, стратегического паритета, ядерного паритета, который обеспечил стабильность на нашей планете на годы вперед. Ну а использование ядерной энергии, безусловно, является важнейшей инновацией XX века. Благодаря развитию ядерных исследований в послевоенной стране практически с нуля, после очень сложного периода, был создан мощнейший промышленный комплекс. При этом атомная промышленность потянула за собой развитие специального машиностроения, материаловедения, разработку и добычу урана, золота, редкоземельных материалов. Тем самым был обеспечен так называемый научно-технологический прорыв, результатами которого мы с вами пользуемся по сей день». Напомнив о наблюдаемом ныне «атомном ренессансе», желании многих стран получить экономически выгодную, экологически безопасную атомную энергию, Дмитрий Медведев выразил уверенность, в том, что, «обладая новейшими технологиями и возможностями для обеспечения всего производственного цикла от добычи урана, текущего обслуживания до вывода из эксплуатации атомных станций, российские компании могут рассчитывать — во всяком случае, в текущей ситуации — как минимум на четверть сегмента мирового рынка». Для этого необходимо решить три задачи: оптимизировать эксплуатационные характеристики реактора ВВЭР, то есть водо-водяного энергетического реактора; сформировать новую технологическую базу атомной энергетики на основе замкнутого топливного цикла с реакторными установками на быстрых нейтронах.И наконец, добавил президент, в долгосрочной перспективе необходимо выходить на практическое или прикладное освоение технологий управляемого термоядерного синтеза как основы энергетики будущего. Не менее важной государственной задачей Дмитрий Медведев считает создание условий для научного поиска и различных разработок в области фундаментальной физики. Правительством подготовлена федеральная целевая программа «Ядерные энерготехнологии нового поколения», которая рассчитана на среднесрочную перспективу. Финансирование этой программы предполагается начать со следующего года. Всего же на ее реализацию в период 2010 — 2012 годов должно быть выделено более 120 миллиардов рублей. Второй пункт повестки дня заседания комиссии — утверждение проектов по направлению супер-ЭВМ. Это также напрямую связано с РФЯЦ — ВНИИЭФ. Ведь при глобальном запрете на ядерные испытания проверить надежность ядерного комплекса, ядерного щита можно, только используя компьютерное моделирование. Поэтому самые мощные в стране суперкомпьютеры будут располагаться именно в федеральных ядерных центрах. Во Всероссийском НИИ экспериментальной физики, раскрыл президент планы принимающей стороны, к 2011 году планируется создать компьютер, который способен одновременно проводить квадриллион операций. На это государство выделяет немалые деньги — более чем 2,5 миллиарда рублей. Исключительно важным, продолжил Дмитрий Медведев, является сегодня создание соответствующего такой задаче программного обеспечения: «Мы сейчас об этом говорили и с коллегами, и с молодыми учеными. Мнение едино. Без программного обеспечения невозможно использование такой мощной вычислительной инфраструктуры, потому что одно, безусловно, взаимосвязано с другим. В этом смысле у нас, может быть, не самые плохие наработки, несмотря на провалы 90‑х годов. Тем не менее в этой программной сфере у нас ситуация неплохая, а может быть, даже в чем-то мы и превосходим наших основных конкурентов». От угля до кварка Подробнее о путях, которыми отечественные атомщики идут в указанных главой государства направлениях, рассказал в своем докладе руководитель госкорпорации «Росатом» Сергей Кириенко: — С 1900 года по 2008 год население земли выросло в четыре раза, при этом потребление всех типов энергоресурсов — в 17 раз, а потребление электроэнергии — еще растет более быстрыми темпами. Это говорит о том, что сегодня доступ к дешевым и надежным источникам энергии является ключевым вопросом жизнедеятельности и безопасности любой страны. Уровень развития человечества всегда очень четко зависит от того, как выстроена топливная корзина. ХIХ век был веком угля, электроэнергия составляла всего 0,5 процента в конце века. ХХ век был веком углеводородов, в первую очередь это, конечно, нефть и газ. И весь сегодняшний облик мира выстроен на том, что дало получение энергии за счет сжигания нефти газа. Но здесь уже существенное изменение произошло, довольно сильно вырос уровень потребления именно электроэнергии. И вот начало ХХI века. Мы видим, что самыми быстрыми темпами растет потребление именно электроэнергии. В США половина топливной корзины — это уголь, это 720 млн тонн угля, которые сжигаются ежегодно. В Китае — это уже 2 млрд тонн, что говорит о том, что при сохранении даже самых консервативных темпов развития Китая, если у них сохранится такая структура топливной корзины, то пропускные способности китайских железных дорог станут меньше, чем то количество угля, которое надо будет перевозить. То есть логистика не позволит развиваться, не говоря уже об экологии. Ну и, откровенно говоря, с углеводородами ситуация тоже в первую очередь будет связана в отличие от угля с их физическим исчерпанием, их просто нет в таком количестве в мире. Да и, честно говоря, это ресурс, который жалко уничтожать просто путем сжигания. Человечество начинало с того, что вынимало энергию за счет работы на молекулярном уровне вещества и за счет химических реакций, в первую очередь горения. Это уголь, чуть позже газ. В одном килограмме угля, если ты его самым эффективным образом используешь, 7 киловатт-часов электроэнергии. В газе — в два раза больше. А вот при переходе с химических реакций на физические процессы и на ядерный уровень был достигнут сразу скачок в 10 тысяч раз, то есть с одного килограмма урана мы можем получить 120 тысяч киловатт-часов электроэнергии. И несмотря на то, что атомная станция — гораздо более сложный и дорогой объект, чем газовая или угольная, несмотря на то, что меры безопасности требуют серьезных затрат, рост энергетической ценности в 10 тысяч раз толкнул человечество к тому, что стали двигаться в этом направлении. Следующий этап — это то, что мы называем новыми технологиями: переход с тепловых нейтронов на быстрые нейтроны. Он дает рост в 200 раз по энергетической ценности, или энергетической емкости. Но самое главное, что он дает нам возможность перейти на 238‑й изотоп урана, количество которого фактически неограниченно в природе в отличие от 235-го, который сильно ограничен. Следующий скачок, который должно совершить человечество — это переход от вынимания энергии на том же физическом уровне, на ядерном уровне, но не путем деления, а путем синтеза. Это, собственно, термоядерный синтез — здесь скачок в разы. Но самое главное, что это переход к практически неисчерпаемому топливу в виде водорода, количество которого фактически неограниченно и для человечества вполне доступно. И дальше есть еще следующий процесс: со времени Эйнштейна была сформулирована гипотеза — чем в меньшие размеры мы уходим, тем большие энергии могут высвобождаться. И уровень кварков, то есть составляющих протона и нейтрона в ядре атома, нам это подтверждает. Масштаб энергии, которая там существует, если человечество до них доберется, колоссален. Мы даже не можем предсказать на самом деле, какие источники здесь могут возникнуть.Размаха шаги саженьи Исходя из этого, продолжил докладчик, Росатомом выстроены четыре приоритетных проекта, четыре укрупненных приоритетных проекта по развитию новых атомных технологий. В первую очередь краткосрочный этап — это оптимизация имеющейся технологии. И горизонт — 2012 год, когда мы должны иметь этот продукт в виде коммерческого готового продукта. Среднесрочный — это быстрые реакторы, замкнутый топливный цикл. Долгосрочный уровень — это термоядерный синтез. И стратегический уровень — это все-таки развитие фундаментальной науки, чтобы двигаться на этот новый уровень доступности энергетических ресурсов. Теперь по каждому проекту коротко отдельно. Проект номер один — оптимизация технологий ВВЭР. Основные силы нам надо потратить на то, чтобы снижать затраты на строительство и сооружение атомных станций, капитальные затраты. Из этого выстроен этот проект. Это в первую очередь связано с повышением эффективности действующих блоков, то есть без изменения ядерного острова и активной зоны реактора. А компоновка энергоблока и ключевая вещь — технология сооружения, то, что названо 6D-модель, это 3D — проектирование и строительство в трехмерном изображении плюс информационное управление поставками всех ресурсов — деньгами, сроками, даже вплоть до количества людей на площадке, которое все выстраивается в информационном режиме еще на стадии проектирования, что легко решаемо с учетом сегодняшних информационных технологий. Да, мы достигаем таких параметров по реактору, которые гарантированно обеспечивают нам сохранение конкурентоспособности российских атомных технологий на ближайшие годы. Здесь наше движение затрудняет только один важный момент, признал Сергей Кириенко. Мы реализуем программу строительства атомных энергоблоков России. Мы должны будем построить все те 26 новых энергоблоков, которые запланированы. Но в условиях финансового кризиса и падения потребления электроэнергии в стране пик строительства сдвинулся на несколько лет, поскольку нельзя построить реакторы, которые не будут востребованы по электроэнергетике. Поэтому в ближайшие годы будем строить по одному блоку в год и при первых признаках исправления экономической ситуации выходим на плановую задачу — два блока в год. Но тогда в первые годы нам надо компенсировать недостающий объем заказа, для того чтобы поддержать машиностроение, поддержать эти новые технологические решения, которые мы закладываем. Для этого есть возможность, и эта возможность — экспорт. Объем колоссальный, мы можем получить сегодня очень большой объем заказов. Но правила этого рынка таковы, что без экспортного кредитования на него бессмысленно приходить. Мы понимаем, что в условиях финансового кризиса с этим совсем непросто, но, откровенно говоря, без масштабной поддержки в виде льготных государственных кредитов сложно, мы так строили в Индии, мы так строили в Китае и, собственно, так строили всегда. Советский Союз построил 27 энергоблоков действующих и ещё 15 — остановленных, и все они строились таким образом. Теперь о действующей технологии. При всем ее совершенствовании, мы оптимизируем реактор типа ВВЭР, мы все равно понимаем, что есть, что называется, родовые недостатки, которые не устранишь, как ты ни оптимизируй. И эти недостатки заключаются в следующем. Первое. Мы, как я уже сказал раньше, работаем с редким изотопом урана-235, которого в природном уране всего 0,7 процента. Второе. Мы вынуждены дообогащать топливо, то есть довести содержание 235-го изотопа хотя бы до 3 – 5 процентов, и из-за этого в стране построена огромная промышленность по обогащению урана, которая, конечно, с одной стороны, предмет нашей гордости, она у нас лучшая в мире, с другой стороны — это огромные затраты на топливном цикле. Самое главное, при всем колоссально большем энергетическом эффекте от атомной энергетики (мы ведь на самом деле сжигаем при производстве энергии на атомных станциях всего 3 – 4 процента от топлива, потому что горит только 235‑й изотоп, один процент его останется из трех-пяти, соответственно, сожгли мы 3 – 4 процента, а все остальное — это оставшийся 238‑й) у нас не очень высокая эффективность. Нам надо бы научиться сжигать 238‑й изотоп урана, и тогда мы получаем доступ к совершенно большим запасам топлива. Исходя из этого, следующим шагом является быстрая энергетика, энергетика на быстрых нейтронах. Здесь у нас уникальный задел, лучший в мире, поскольку в России действует сегодня единственный в мире коммерческий реактор на быстрых нейтронах, это БН-600 на Белоярской атомной станции, под Екатеринбургом, есть опыт предшествующей установки, БН-350. Эти реакторные установки отработали более 140 реакторо-лет, причем очень успешно, и у нас уникальный опыт работы на них. Кроме этого, транспортные реакторные установки. Это в первую очередь атомная подводная лодка проекта 705. Уникальная лодка, которая ходила со скоростью, превышающей скорость торпеды, со свинцово-висмутовым атомным реактором. На лодке этот реактор оказался не очень удобен по эксплуатационным характеристикам, но опыт накоплен достаточно приличный и в береговых условиях, и по прошествии нескольких десятков лет мы можем использовать этот опыт. И плюс неплохой опыт работы со смешанным топливом, переработкой отработанного топлива в рамках реализации оружейных программ. Исходя из этого, задача № 2, проект № 2, — это новая технологическая платформа, быстрые реакторы, в которой надо пройти три развилки, о которых мы здесь сказали. Это выбор теплоносителя. У нас есть опыт работы и с тяжелым теплоносителем — свинец, свинец-висмут, и с легким теплоносителем — натрий металлический. Это вопрос места быстрой энергетики, поскольку есть несколько концепций. Одна из них в том, что быстрые реакторы постепенно заменят тепловые. Вторая концепция заключается в том, что они будут долго сосуществовать вместе, когда быстрые реакторы могут использоваться для дожигания отработанного топлива тепловых реакторов, тем самым повышая и безопасность, и экологическую приемлемость атомной энергетики в целом.И важнейшая вещь, конечно, — здесь вопрос очень четко связан с технологией переработки топлива. То есть это не просто новый реактор, а это новый топливный цикл. Выстроена технологическая линейка по этому проекту, мы понимаем, что к 2014 году мы должны запустить БН-800 и завод по производству топлива к нему. В этот же период мы должны пройти ключевые развилки по выборам в технологии быстрых реакторов и сформулировать окончательное техническое задание на основании НИОКРов и проведенной работы фундаментальной науки по модернизации тепловых реакторов. На 2020‑й год — сооружение прототипа коммерческого энергоблока, быстрые технологии ориентированы на долгосрочную перспективу. Следующий проект, № 3, — термоядерный синтез. Это более долгосрочная перспектива, коммерческая установка в прогнозах ожидается к 2040-му году. Здесь подход следующий. Мы должны продемонстрировать, вообще говоря, техническую возможность удержания, поскольку то, что термояд можно зажечь, не вызывает ни секунды сомнений. Некоторые изделия, которые работают на термоядерной энергии, мы показывали в рамках программы оружейного комплекса. Вопрос в том, можно ли удерживать плазму, получая с нее соответствующую энергию в гражданских целях. Для этого создан международный проект управляемого термоядерного синтеза (ИТЭР), поскольку затраты на этот проект таковы, что ни одна страна не взялась за создание термоядерного реактора самостоятельно, это международный проект. Мы в нем участвуем, 21 млрд рублей заложен в бюджете до 2016 года на участие России в этом проекте. Но очень важная вещь, которую мы заложили в свой приоритет, — это то, что нельзя считать, будто, приняв участие в международном проекте ИТЭР, мы после этого можем ничего не делать у себя в стране. Потому что ИТЭР закончится, давайте будем рассчитывать как оптимисты, что он закончится успешным сжиганием и удержанием плазмы. Но после этого все страны получат доступ к этому интеллектуальному продукту и разойдутся каждый к себе использовать результаты. Если к этому моменту выяснится, что мы не можем их использовать, — мы зря потратили деньги на участие в программе ИТЭР. Поэтому ключевая вещь, конечно, для нас — это два вторых пункта в задачах проекта — обобщить опыт и обладать соответствующими компетенциями, обладать экспериментальной и технической базой и обладать людьми, которые способны с этим работать. Исходя из этого, построен план-график работы по этому проекту. Фундаментальная физика. Здесь можно сказать только одно. Сегодня есть, конечно, соблазн признать, и такие формулировки иногда раздаются, что от фундаментальной физики в ближайшие годы нельзя ждать практических результатов, поэтому нечего вкладывать в нее большие деньги. Но есть опасения, что мы можем потерять фундаментальные предпосылки. Четвертый проект — развитие фундаментальных исследований. Мы считаем, что главное, что здесь должно быть сделано: мы должны провести необходимые организационные изменения, для того чтобы просто сохранить имеющийся потенциал. Суперкомпьютер нужен всемО проекте российского суперкомпьютера подробный доклад сделал директор РФЯЦ — ВНИИЭФ Валентин Костюков. Он напомнил, что супрекомпьютерные технологии — основное технологическое оружие XXI века для достижения конкурентоспособности на мировом рынке. — Суперкомпьютерные технологии в конце 80‑х годов стали безальтернативным инструментом нашей основной деятельности, — заметил Валентин Ефимович. — Это было связано с принятием ряда законов и той ситуацией, которая сложилась в мире с запретом ядерных испытаний. И, безусловно, это наложило на коллектив Российского федерального ядерного центра особую задачу, когда фактически численные эксперименты на супер-ЭВМ стали основой работ по ядерному оружию. Вся предыдущая наша деятельность была связана именно с использованием этих методов. И методы росли в рамках тех условий, в которые мы были поставлены. Так вот, наша промышленность сегодня поставлена в те жесткие условия, когда без суперкомпьютерных технологий не будет конкурентоспособности. Собственно, мы сейчас, с нашей точки зрения, подошли к тому этапу, в каком мы находились в конце 80‑х годов. Я хотел бы отметить одну тенденцию, о которой постоянно сегодня говорится, о том, что ведущие оружейные лаборатории мира используют часть своих вычислительных мощностей для реализации гражданских проектов. Такие планы существуют и в нашем ведомстве, и эти планы отражены с достаточно серьезной тенденцией ввода этих мощностей для реализации конкретных задач. Сегодняшняя ситуация, связанная с анализом использования программ имитационного моделирования при производстве высокотехнологичной продукции, говорит о том, что порядка 47 процентов продукции производится с использованием моделирования части систем, 32 процента продукции — с использованием моделирования всех систем проектируемой продукции, и только 15 процентов производится с полномасштабным имитационным моделированием проектируемых изделий. Мы вступили в этот процесс в более поздний период, с середины 90‑х годов, когда ведущие западные разработчики программного обеспечения уже имели достаточно серьезный задел на персональных ЭВМ и распространили его на рабочие станции с числом процессоров до ста. Мы, встав на этот процесс позднее, сразу перешли к вопросу создания программного обеспечения фактически для супер-ЭВМ с массовым параллелизмом. И это наш задел на сегодня, он конкурентоспособен, он признан нашими коллегами, которые работают в этой отрасли. Итак, продолжил Валентин Костюков, несколько проектов, которые мы сегодня хотели бы предложить. Первый проект связан с базовым рядом супер-ЭВМ. Мы объединяем здесь всех участников, которые работают на этом поле, включая академические, отраслевые организации, частный бизнес, и ставим задачу создания не только высокопроизводительных супер-ЭВМ, мы ставим задачу создания ряда машин среднего и малого класса. Причем необходимо отметить, что мощные машины с числом процессоров 100 терафлопов и выше необходимы для полномасштабного моделирования. Среднего класса — для моделирования отдельных узлов и изделий в упрощенной постановке, и отдельных узлов — массовые супер-ЭВМ 1 – 5‑терафлопного класса. Мы сегодня демонстрировали терафлопные машины, которые в полной мере могут быть использованы в рамках нашей деятельности. Безусловно, только решение вопросов, связанных с созданием базового ряда, не может быть эффективным без программного обеспечения. И второй проект — это отечественное многофункциональное программное обеспечение для отечественного моделирования. Фактически здесь собраны также головные предприятия, которые имеют в этом плане заделы, которые будут в рамках этого проекта объединены единым целеполаганием. В рамках этого проекта мы опираемся на достаточно среднесрочную программу.Почему среднесрочная программа до 2012 года? Потому что создан достаточно серьезный задел и мы сегодня должны принять все необходимые меры для того, чтобы вывести этот программный продукт на рынок, сертифицировать его, довести до коммерческого уровня и вывести на рынок для того, чтобы получить практический результат не только в данном проекте, но и в коммерческой его составляющей, ставя при этом себе задачу к 2012 году иметь комплексное имитационное моделирование как основу конкурентоспособности. Конкретные четыре проекта, которые внедряются в различных направлениях, — это энергетика, авиация, автомобильная техника и космос. С точки зрения проекта ядерных энергетических установок. Здесь у нас уже сложившаяся кооперация с достаточно серьезным заделом, и мы считаем, что те задачи, которые поставлены на этих этапах, по созданию виртуального ядерного острова, прогнозируемые и мы их можем в ближайшее время получить как основу конкурентоспособности. Здесь планируются адаптация базовых программ, фактически их сертификация и специализированные пакеты прикладных программ. Авиационные направления. На сегодняшний день Михаил Асланович Погосян, руководитель компании «Сухой», абсолютно адекватно ставит перед нами задачи движения в этом направлении, фактически предвосхищая все вопросы, связанные с заменой импортного программного обеспечения для решения конкретных задач. И к 2012 году, говоря об основах виртуального самолета с точки зрения аэродинамики и прочности, это реальные задачи, может быть, напряженные, но, с нашей точки зрения, реальные. Вопросы, связанные с автомобилестроением. Мы сориентировались на «КамАЗ» по нескольким причинам, в том числе и по тем причинам, которые связаны с приобретением этой уважаемой фирмой зарубежных продуктов, которые рассчитаны на персональные технологии. 300 тысяч евро, потраченные на это направление, фактически на сегодняшний день с поддержкой 40 тысяч евро ежегодно за этот программный продукт привели этих разработчиков во ВНИИЭФ. И мы с ними имеем на сегодняшний день программу по замене импортного программного обеспечения с задачей создать в 2012 году виртуальный автомобиль. Мы обсуждали это с Минтимером Шариповичем Шаймиевым, и эта задача им одобрена, он также готов реализовать эти вопросы. Вопросы, связанные с Роскосмосом. Прежде всего это вопросы, связанные с отработкой ракетных двигателей для реализации космических средств доставки. И поэтому задача, связанная с реализацией «Ангары-А5» как ключевого двигателя ракеты-носителя к 2012 году, также обсуждена нами с отраслевыми руководителями и непосредственно с главными конструкторами.Выслушав доклад, президент поинтересовался: — Все-таки насколько наша промышленность готова сейчас к тому, чтобы такого рода заказы помещать? Потому как вот вы упомянули счастливые примеры того, кто этим занимается: КБ «Сухого», КамАЗ. А кто еще? — В рамках наших контактов — это НПО «Сатурн», абсолютно готовы и работают с нами в этой части, это наши коллеги из Роскосмоса, которые занимаются вопросами прочности по созданию ракетных систем, это воронежские предприятия химической автоматики, это предприятия, которые сейчас на подходе в области создания, я бы сказал, элементов, ключевых направлений высокотехнологичных отраслей промышленности, — ответил директор ВНИИЭФ. — Я могу отметить движение по направлениям, связанным с отдельными компонентами систем в той же авиационной промышленности, в аэрокосмической промышленности, в атомной энергетике и в тяжелом машиностроении. Фактически мы на сегодняшний день выходим на серьезные проекты, обсуждаем внедрение этих направлений. Есть предложения в Комиссию по нанотехнологиям и по Российским железным дорогам в части тяжелого машиностроения. Президент пообещал вынести вопрос создания отечественных суперкомпьютеров на заседание Совета безопасности. И обещание сдержал. На этой неделе суперкомпьютеры обсуждались в Совбезе. Так что, будем надеяться, разработки саровских ученых найдут применение не только в оборонном комплексе, но и в сугубо мирных отраслях экономики.Материалы по теме:Физика не вытеснила лирику
