Атомэкспо - 2017. Сверхпроводники и другие технологии будущего
Мне снова удалось побывать на Атомэкспо - 2017. В первый день, чтобы попасть в Гостиный двор, где проходил Атомэкспо, пришлось пробираться по центру по чудовищным пробкам. Перекопано все, как будто город готовится к нашествию инопланетян и роет траншеи, чтобы летающим тарелкам негде было приземлиться. Ну их, автомобили, подумала я и поехала на второй день на метро. В подземке была такая же пробка, только из людей. По городу невозможно стало передвигаться ни на автомобиле, ни на общественном транспорте, ни пешком. Только вышла на поверхность, чуть не переломала ноги и каблуки на частично перекрытой для пешеходов Варварке. Люди и машины местами двигались по одной полосе. Недалеко от Гостиного двора увидела идущего пешком Сергея Кириенко. Он шел один, по узкому краю уцелевшей от прежнего благоустройства плитке...
Зарегистрироваться и посетить Атомэкспо - 2017 смогли очень многие. На выставке было многолюдно и шумно. Если в прошлом году было очень много представителей Китая, в этот раз заметила много посетителей с Ближнего Востока. Особенно порадовало, что это были именно молодые девушки и женщины. В режиме нон-стоп подписывались договора о сотрудничестве с компаниями Росатома. Тут и там проходили съемки для зарубежного телевидения. На Атомэкспо обновлялись контракты о международном сотрудничестве, заключались договора о совместных разработках для ядерной промышленности и во всевозможных областях науки и промышленности. Неподготовленному человеку тяжело было воспринимать информацию на конференциях на слух.
Выступающие частенько разговаривали на языке малопонятном для обывателя, пусть даже и с высшим образованием. Слушала и записывала на диктофон все беседы, и уже потом, в тишине, разбиралась в хитростях терминологии.
На стендах красовались опытные образцы продукции ВНИИНМ им. Бочвара и толливной компании ТВЭЛ. Совершенно точно, этот стенд был рекордсменом по выставочным образцам. Справа, медные круги похожие на медаль - это гордость отечественных разработчиков - сверхпроводники в разрезе и их составные элементы.
Стабильные изотопы, сверхпроводники и много других чудесных открытий и разработок, которые еще ждут своего широкого применения в томографах, медицине, ядерной физике и .... адронном коллайдере. Изобретение новых сверхпроводников и внедрение существующих выводит российскую науку на одну передовую со странами западной Европы и США.
Между прочим, американцам так и не удалось ни повторить, ни создать газовую центрифугу, подобную нашей, отечественной. Недавно, 8 июля, если мне память не изменяет, отечественные физики и весь Росатом отмечали 65-летие успешного введения центрифуги в производство стабильных изотопов и обогащения урана. Безаварийная служба отечественной газоцентрифужной технологии - безусловно является одной из ярких достижений советской и российской науки.
Не забыли на стенде топливной компании ТВЭЛ и о подрастающем поколении. Одаренные школьники снова показывали свои разработки лучшим ученым и физикам-ядерщикам. Похоже, это становится доброй традицией.
Естественно, что за выставка без развлечений для посетителей? Долго ходила я кругами вокруг этого замечательного робота. Но поздороваться с ним за руку не рискнула. Вдруг он не захочет потом отпустить ?
Бесплатными и вполне съедобными молочными коктейлями ульта-ядерных расцветок потчевали гостей на Атомэкспо-2017. Но не совсем просто так. Для начала, желающим получить коктейль предлагали пройти к стенду - виртуально поуправлять заводом по обогащению урана и сбором его в герметичные бочки. Хитрая система не позволяла разогнать центрифуги на полную мощность, начинала пищать аварийная сирена. Медленно закачивать уран тоже было нельзя - он застывал и бочки не наполнялись на 100%. В общем - я справилась с закачкой урана и получила стакан сиреневого коктейля.
А вот и они - сверхпроводники с гелием внутри. Вот эти "медали", три первых, если смотреть слева - направо, составные части будущего сверхпроводника.
На фото они же, крупным планом
Сверхпроводник является самым экономически сберегающим и перспективным изобретением наших ученых.
Трудно представить, что из них делают микроскопические "провода". Большие и круглые "провода" в процессе производства вытягиваются до состояния тончайшего волоска. Затем, получается уже готовый к использованию сверхпроводник, с круглым отверстием для охлаждающего элемента внутри. Сверхпроводник позволяет почти полностью исключить энергетические потери и обеспечить высокую точность приборов, где он используется. О представленных экземплярах сверхпроводников рассказывает научный сотрудник лаборатории сверхпроводящих материалов (ВНИИНМ имени Бочвара), Павел Коновалов:
"На стенде выставки представлен образец сверхпроводящего кабеля (вторая фотография - фото шлифа его поперечного сечения) на основе низкотемпературного сверхпроводника Nb3Sn. Кабель предназначен для создания торроидального магнитного поля в международном реакторе ИТЭР. Уникальная технология создания Nb3Sn сверхпроводников разработана в институте ВНИИНМ имени А.А. Бочвара. Кабель состоит из сверхпроводящих стрендов. Единичный Nb3Sn стренд изготавливается по бронзовому методу. На первом этапе изготовления формируется первая многоволоконная сборка, состоящая из ниобиевых волокон в бронзовой матрице. Путем деформации и промежуточных отжигов первой многоволоконной сборки изготавливаются прутки нужного поперечного сечения (см фотографию ниже).
На следующем этапе формируется вторая многоволоконная сборка, состаящая из прутков первой многоволоконной сборки, окруженных ниобиевым барьером с танталовыми вставками, помещенные в медную стабилизирующую оболочку. Путем деформации и промежуточных отжигов получается готовый единичный стренд диаметром 0,82 мм и содержащий более 9000 сдвоеных ниобиевых волокон (см рисунок ниже).
Из этих стрендов формируют кабель в оболочке из нержавеющей стали (вторая фотография). На последнем этапе кабель подвергают длительному диффузионному отжигу (более 100 ч) для формирования сверхпроводящей фазы Nb3Sn. Для работы сверхпроводящего кабеля требуется низкие температуры (критическая температура Nb3Sn сверхпроводников 18 К). Для достижения таких экстремально низких температур сверхпроводник охлаждают жидким гелием (температурой 4,2 К). Для охлаждения готового Nb3Sn кабеля создана специальная система. Хладагент постоянно циркулирует по каналу сверхпроводника, осуществляя замкнутый цикл. Существует специальная криогенная система, которая заставляет жидкий гелий циркулировать и охлаждать кабель.
За рубежом сверхпроводники тоже изготавливаются множеством стран, например, в Китае и Японии. Есть спецификация термоядерного реактора, и мы под эту спецификацию успешно разработали проводники, изготовили сначала образцы экспериментальные, и потом уже непосредственно перешли к промышленному производству. Несколько тысяч километров сверхпроводников было изготовлено и успешно поставлено заказчику.
Сверхпроводящие материалы имеют множество применений: например, в кабелях, накопителях энергии, медицинских томографах. Материалы и их конструкция при этом бывает совершенно различные. В магнитной системе термоядерного реактора, например, используются кабели на основе сверхпроводников, показанных на фотографиях. Широкому применению, кроме прочего, мешает сложность производства от начала до конца, такие материалы, конечно, дорогие.
Для работы кабелей и прочих материалов их необходимо охлаждать до низких температур, требуется разработка криогенных систем с их последующим обслуживанием.
Двигатели на применением сверхпроводников существуют, их основным преимуществом по сравнению с обычными двигателями является существенно меньшие массо-габаритные характеристики. Как пример успешного применения сверхпроводников можно упомянуть проект создания криодвигателя (совместная работа ВНИИНМ и МАИ).
Это важно, например, на военных кораблях. Военные могут быть заинтересованы в разработках с применением сверхпроводников. Однако одной из больших проблем становится сертификация и приемка продукции. Должна быть доказана непрерывная работоспособность в течение нескольких лет, низкая отказоустойчивость. Дать гарантию для работающих устройств в реальных условиях очень сложно. Нужны испытания на макетных образцах в реальных условиях эксплуатации.
Проект Госкорпорации "Росатом" - "Инновационная энергетика/Сверхпроводниковая индустрия" был реализован в 2010-2015 годах. В работе принимали участие более 20 крупнейших научных, промышленных и конструкторских организаций России. Были созданы основы инновационной сверхпроводниковой индустрии, успешно изготовлены ряд прототипных устройств на основе высокотемпературной сверхпроводимости: электродвигатель, индуктивный накопитель энергии, трансформатор, токоввод и другие устройства.
Что касается института Бочвара (ВНИИНМ), то нами успешно изготовлены материалы для изготовления сверхпроводников: мишени для лазерного напыления буферных и сверхпроводящего слоев, а также ленты-подложки, на которые эти слои наносятся.
Для развития сверхпроводниковой индустрии в России необходим следующий проект дальнейших коллективных работ с перспективой внедрения прототипов устройств. Закрыть и перечеркнуть таким образом успешные многолетние работы и затраты было бы совершенно неправильно."
Продолжение следует.