textarchive.ru

Главная > Документ

1

Смотреть полностью

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ

ФГУП «ЦНИИАТОМИНФОРМ»

ЦЕНТР «АТОМ-ИННОВАЦИЯ»

МАТЕРИАЛЫ

ИННОВАЦИОННОГО ФОРУМА

РОСАТОМА

Июнь, 2007 год

МОСКВА

ПАРТНЕРЫ ФОРУМА

ТВЭЛ

Логотип

Техснабэкспорт

Логотип

ГЦИПК

Логотип

Первоуральский новотрубный завод

Логотип

ISTC (МНТЦ)

Логотип

Содержание

АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА 6

Ядерные энергетические комплексы на базе технологии БРЕСТ – основа развития крупномасштабной ядерной энергетики 6

Индуктивно-кондуктивные нагреватели для плавучей АЭС 9

О возможности участия ФГУП МП «ЗВЕЗДОЧКА» в реализации проектов малой атомной энергетики 11

Система аккумулирования тепловой энергии (САТЭ) повысит конкурентоспособность АЭС в условиях суточного регулирования электрических нагрузок 14

Наиболее эффективные способы аккумулирования энергии и перспективы использования технологии аккумулирования энергии в атомной отрасли 19

Союз атома и газа 28

Комплексные системы управления квалификацией персонала объектов использования атомной энергии 33

Разработка и обоснование концепции высокотемпературного газоохлаждаемого реактора на быстрых нейтронах 37

Технопарк первого наукограда России для проекта «АЭС-2006» 47

Моделирование процессов дефектообразования в структурах «Кремний на сапфире» при радиационных воздействиях 48

МАТЕРИАЛЫ 51

Нанопористые материалы 51

Наноматериалы и нанотехнологии в современной нефтегазохимической индустрии 54

Огнегасящие полимерные материалы в качестве автоматических безинерционных систем подавления возгораний 57

Масса «НИКИ» – водогазоогнестойкая уплотнительная для групповых проходов кабелей через металлические переборки 60

Технология пайки стали с цветными, тугоплавкими и редкими металлами 63

ЭКОР - материал XXI века 64

Ключевые материалы атомной отрасли 67

Новые материалы для новой экономики 70

Космические материалы атомной отрасли 73

Создание производства литированного оскида кобальта в ОАО «Новосибирский завод химконцентратов» 75

Головной отраслевой научный центр стандартных справочных данных 78

Вакуумноплотные высокотемпературные электрические вводы 81

МАШИНОСТРОЕНИЕ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИКИ 82

Совершенствование технологии изготовления статорных перегородок герметичных насосов на основе применения электронно-лучевой сварки 82

Торцовые уплотнения вала 84

Характеристики и возможности гидрорезного оборудования РФЯЦ-ВНИИТФ 85

Компактный линейный ускоритель электронов для радиационных технологий 87

Разработка энергоустановок на твёрдооксидных топливных элементах 89

Блочно-комплектные устройства для ТЭК 91

Коммерциализация контейнерных систем заправки и транспортировки сжатого природного газа 94

МЕДИЦИНА 95

Протонная терапия и терапия тяжелыми ионами – перспективное направление лучевой терапии 95

Радиологические лечебные технологии на базе источников нейтронов 98

Прибор «СТИМУЛ-БИОФИТ» 101

Новая инновационная технология лечения местных лучевых поражений 102

Инновационный подход к исследованию нарушений микроэлементного обмена у лиц, являющихся носителями радиоактивных элементов 103

Центр ионной лучевой терапии в Протвино 105

НАУКА И ИННОВАЦИИ 108

Правовая поддержка инновационной деятельности 108

Система приема и регистрации инновационных предложений 110

Оценка экономической эффективности инвестиционных проектов АЭС по неточным данным 119

Подходы к оценке эффективности НИОКР 122

Управление знаниями в потенциально опасных отраслях как элемент интегрированной системы менеджмента 124

Вопросы учета результатов научно-технической деятельности, созданных на федеральные средства на предприятиях Росатома 127

Работа с молодежью в научной организации 131

Развитие кадровой инфраструктуры как базового элемента инновационного развития отрасли 135

Создание отраслевой электронной библиотеки 137

Инновационная активность в России в области науки, техники и технологии 139

Новые материалы и способы фильтрации газов и жидкостей 141

Международная таблица нуклидов - 2007 143

Перевод в электронный вид фонда материалов отраслевых НИОКР и создание полнотекстовой электронной библиотеки 146

Подготовка руководителей и специалистов предприятий нефтегазового комплекса по обеспечению радиационной безопасности и организации радиационного контроля 148

Подготовка руководителей и специалистов предприятий «Росатома» для организации и проведения внутренних аудитов по экологической безопасности 152

Оптимизация процессов приобретения зарубежной информации по стоимости, времени и тематическому охвату 154

Универсальный облучательный комплекс для исследования объектов в импульсных потоках нейтронов и методом протонной радиографии 157

Исследование проблем обеспечения радиационной безопасности летного состава и сбоев аппаратуры в условиях высотных полетов 160

Автоматизированная система дистанционного обучения «Экзаменатор 2007» 162

Роль прикладных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в инновационном процессе 165

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ 167

Опыт разработки тестового программного обеспечения ПТС и ПТК СВБУ АСУ ТП АЭС 167

Высокопроизводительный кластер «Стрела» 172

Сигнализатор уровня агрессивных электропроводящих сред 175

Аппаратура систем контроля и управления для применения на ядерноопасных объектах. Комплексная безопасность 178

Оптический детектор одоранта природного газа для газораспределительных станций в реальном масштабе времени 181

Оптический детектор йодсодержащих веществ в жидких средах, образующихся при переработке облученного ядерного топлива, в реальном масштабе времени 183

Автоматизированная система энергоучета любых видов энергоносителей АСКУЭ-ОКБМ 186

Лазерно-голографические методы исследования деформаций и вибраций конструкций 188

Неразрушающий контроль 189

Исследовательский стенд нейтронного анализа для разработки методов обнаружения вредных и опасных веществ 191

ЭКОЛОГИЯ 194

Автоматические самопромывные фильтры Амиад 194

Разработка технологии электронной дезинфекции питьевой воды и сточных вод 195

Материаловедческие аспекты утилизации литиевых химических источников тока 197

Наносенсорная нейроподобная система «электронный нос» 200

ЭЛЕКТРОНИКА 203

Портативные топливные элементы для малой электроники 203

Маршрут проектирования микросхем памяти 205

Проектирование технологии изготовления СБИС в НИИИС 208

Разработка и создание системы воздушного охлаждения силовой электроники протонных ускорителей 210

Стенд прямого контроля электронной аппаратуры при воздействии высокоэнергетических частиц космического пространства 212

Разработка систем цифровой регистрации рентгенографических изображений с использованием арсенид - галлиевых полупроводниковых детекторов 215

АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Ядерные энергетические комплексы на базе технологии БРЕСТ – основа развития крупномасштабной ядерной энергетики

Габараев Б.А., Орлов В.В., Филин А.И., НИКИЭТ им. Н.А.Доллежаля

«Надо надежно перекрыть пути расползания ядерного оружия. Этого можно добиться, в том числе исключив использование в мирной ядерной энергетике обогащенного урана и чистого плутония. Технически это вполне осуществимо. Но гораздо важнее другое — сжигание плутония и других радиоактивных элементов дает предпосылки для окончательного решения проблемы радиоактивных отходов. Открывает миру принципиально новые перспективы безопасной жизни». Эта важнейшая политическая инициатива была выдвинута Президентом РФ В.В.Путиным на Саммите тысячелетия в ООН 6 сентября 2000 г. Ядерной технологией, способной выполнить поставленные Президентом РФ задачи, является технология БРЕСТ, работы над которой были начаты в 1990 г. предприятиями Минатома России.

Требования к крупномасштабной ядерной энергетике:

1. Неограниченная обеспеченность топливными ресурсами за счет полного использования запасов природного урана.

2. Естественная безопасность, исключение аварий с радиационными выбросами, требующими эвакуации населения, при любых отказах оборудования, ошибках персонала и внешних воздействиях.

3. Снижение радиационной опасности РАО до уровня радиационного баланса между захораниваемыми РАО и извлекаемым из недр Земли ураном за счет замыкания топливного цикла со сжиганием (трансмутацией) в реакторе наиболее долгоживущих радионуклидов из ОЯТ и глубокой очистки РАО.

4. Закрытие «энергетического» канала распространения ядерного оружия путем исключения из ЯТЦ обогащения урана и выделения плутония.

5. Экономическая выгодность производства ядерной энергии на дешёвом неисчерпаемом ядерном топливе и недорогих АЭС естественной безопасности независимо от конъюнктуры топливного рынка.

6. Защита от терроризма.

Выполнение всей суммы этих требований откроет дорогу развитию крупномасштабной ЯЭ, способной решить встающие в 21 веке перед миром проблемы топлива и энергии.

Ядерный энергетический комплекс (ЯЭК). При реализации перечисленных требований принципиальным становится вопрос о замкнутом топливном цикле (ЗТЦ) и технологии регенерации топлива, так как длительность внереакторной части ЗТЦ, должна быть минимальна. Рассмотрим на примере быстрого натриевого реактора БН-800. Время нахождения топлива в реакторе - 1,4 года. При использовании технологии регенерации на базе водной химии на централизованном заводе - длительность внереакторной части ТЦ будет ~7 лет, т.е. вне реактора будет в 5 раз больше топлива, чем в реакторе, при этом на плутонии из ОЯТ ТР – можно будет запустить в 6 раз меньше БР. Вторым доводом является избыточное воспроизводство плутония (ИВП), которого будет в 6 раз меньше.

ИВПэфф = (КВ-1)×Треакт./(Треакт +Твнереакт),

где КВ – коэффициент воспроизводства топлива в реакторе,

Треакт. – кампания топлива в реакторе

Твнереакт. – длительность внереакторной части топливного цикла.

При КВ ~ 1,2 внешний потребитель плутония будет видеть, что для него вложенный в цикл плутоний размножается с ИВПэфф=0,03 (КВэфф=1,03), т.е. бессмысленно говорить о размножении плутония в быстрых реакторах при любых коэффициентах воспроизводства.

Из этого следует, что ЗТЦ должен быть пристанционным и технология регенерации должна позволять работать с высокоактивным топливом. В пользу ПЯТЦ говорит и транспортировка свежего и облучённого уран-плутониевого топлива на централизованный завод. Транспортировка на один завод (по опыту ВВЭР-440) с одного реактора БРЕСТ-1200 потребует 10 железнодорожных составов в год, 100 реакторов - 1000 составов (~6 составов в день: 3 - принять, 3 - отправить). При этом будут использоваться 8000 контейнеров с высокоактивным ядерным топливом, что потребует трудно прогнозируемых в настоящее время мер по обеспечению безаварийности, радиационной безопасности и соблюдению режима нераспространения (50-100 кг плутония в контейнере).

При сжигании минорных актиноидов в реакторе в хранилище РАО будут находиться только продукты деления, которые после выдержки 150 – 200 лет могут быть захоронены в места добычи урана, не требуя дальних перевозок высокоактивных веществ.

Таким образом, АЭС превращается в ядерный энергетический комплекс, состоящий из АЭС, пристанционного ядерного топливного цикла и хранилища РАО.

Конструкция реакторной установки БРЕСТ-1200. Реакторная установка БРЕСТ-1200 представляет собой двухконтурный парогенерирующий энергоблок, в состав которого входят реактор с парогенераторами (ПГ), насосами, оборудованием системы перегрузки ТВС, системой управления и защиты (СУЗ), бетонная шахта с тепловой защитой, паротурбинная установка, системы теплоотвода при расхолаживании, разогрева реактора, защиты реакторной установки от превышения давления, очистки теплоносителя первого контура, очистки газа и другие вспомогательные системы.

В качестве топлива рассматривается хорошо совместимое со свинцом и материалом оболочки твэла высокоплотное (14,3 г/см3) и высокотеплопроводное (20 Вт/мК) мононитридное смешанное топливо (UN – PuN – МА), а материал оболочки - хромистая сталь ферритно-мартенситного класса.

Для снижения температуры топлива и выхода продуктов деления из топлива под оболочку зазор между топливом и оболочкой залит свинцом, обеспечивающим хороший тепловой контакт топлива с теплоносителем.

С целью увеличения проходного сечения по теплоносителю, повышения уровня мощности, отводимой естественной циркуляцией свинца, исключения потери охлаждения в аварийных ТВС при перекрытии расхода все ТВС выполняются бескожуховыми.

Вместо обычного выравнивания радиального распределения энерговыделения обогащением топлива применено трехзонное выравнивание подогревов свинца и температур оболочек твэлов путем профилирования энерговыделения и расхода свинца в ТВС за счет использования твэлов разного диаметра, но с одинаковым содержанием плутония в загружаемом топливе. Это обеспечило хорошее выравнивание и стабильность температур свинца на выходе из активной зоны и температур оболочек твэлов.

Использование химически инертного, высококипящего расплавленного свинца позволило отказаться от трехконтурной схемы отвода тепла и перейти на двухконтурную схему с паровым перегревом пара и с догревом питательной воды до 340оС острым паром.

Отвод тепла от активной зоны реактора осуществляется принудительной циркуляцией свинца насосами. Циркуляция через активную зону и ПГ осуществляется не напором насосов, а создаваемой ими разницей уровней "холодного" и "горячего" теплоносителя. При этом исключается неравномерность расхода свинца через ПГ при остановке одного или нескольких насосов и обеспечивается инерция расхода при быстрой остановке насосов за счет выравнивания уровней теплоносителя в напорной и всасывающей камерах (~20 c).

Для снижения последствий аварии с разрывом труб ПГ применена интегрально-петлевая компоновка первого контура, при которой ПГ и ГЦН вынесены за пределы основного корпуса реактора. Такая компоновка вместе с выбранными схемой циркуляции свинца и сбросом пара из корпуса реактора в барботеры исключает попадание в активную зону опасного количества пара и опрессовку корпуса реактора. Невысокое давление в свинцовом контуре и относительно высокая температура замерзания свинца способствуют самозалечиванию трещин, что исключает аварии с потерей охлаждения, расплавлением твэлов, истечением радиоактивного свинца в помещения РУ.

Большие размеры и вес реактора создают проблемы изготовления, транспортировки, монтажа и обеспечения сейсмической устойчивости конструкции. В БРЕСТ-1200 принято бассейновое расположение реактора и ПГ непосредственно в бетонной шахте с тепловой защитой без металлического корпуса. Поддержание температуры бетона в допустимых пределах обеспечивается естественной циркуляцией воздуха в нём.

Теплоотвод в систему аварийного расхолаживания осуществляется естественной циркуляцией воздуха в трубах Фильда, расположенных непосредственно в свинце в шахтах ПГ. Отводимая такой системой мощность 1%.

Расчеты аварийных ситуаций, включая крайние, подтверждают устойчивость реактора к ним и исключение радиоактивных выбросов, требующих эвакуацию населения.

Для обоснования работоспособности ЯЭК БРЕСТ-1200 необходимо создать опытно-демонстрационный ЯЭК, основные задачи которого: физические и теплогидравлические исследования; освоение теплоносителя; ресурсные испытания; демонстрация устойчивости реактора к тяжёлым аварийным исходным в т.ч. и без срабатывания СУЗ; освоение ПЯТЦ и технологий обращения с РАО.

В связи с этим разработан проект ЯЭК РУ БРЕСТ-ОД-300 с ПЯТЦ для площадки Белоярской АЭС. В его составе технические проекты РУ, парогенератора, насоса, перекрытия, шахты реактора, перегрузочной машины; систем РУ – разогрева, приема, подготовки и заполнения теплоносителем, компенсации давления, очистки радиоактивного газа, обработки теплоносителя газовыми смесями, воздушного охлаждения шахты, нормального и аварийного расхолаживания, локализации течи парогенератора; проекты АЭС и ПЯТЦ - генплан; технологические решения; главный корпус; машзал и второй контур; строительные решения; проект организации строительства; предварительное обоснование обеспечения безопасности; оценка воздействия на окружающую среду; проектно-изыскательские работы; технические проекты оборудования ПЯТЦ - разделка ТВС; регенерация топлива; изготовление твэлов и ТВС; оборудования по переработке РАО.

Конструкция ЯЭК БРЕСТ-ОД-300 отличается от БРЕСТ-1200 только мощностью и габаритами оборудования.

Пристанционный ядерный топливный цикл. Технический проект ПЯТЦ БРЕСТ-ОД-300 разрабатывался на принципах естественной безопасности:

- детерминистическое исключение тяжелых радиационных, ядерных аварий при переработке и фабрикации ядерного топлива путем создания ядерно-безопасных аппаратов. Критическая масса сферы с бетонным отражателем из топлива равновесного состава составляет приблизительно 1100 кг, а в переработке находиться до 3 облученных ТВС с общей массой ядерного материала около 373 кг;

- уровень радиоактивности топлива 50-500 Ки/кг облегчает его защиту от краж;

- исключение технологий обогащения урана и выделения плутония, отказ от межобъектовой транспортировки свежего и облучённого ядерного топлива;

- упрощение проблем обращения с РАО за счет их фракционирования, трансмутации актиноидов и долгоживущих продуктов деления в ядерном реакторе;

- U-Pu топливо равновесного состава с добавлением обедненного или природного урана. Годовая производственная программа цикла предусматривает регенерацию и рефабрикацию 29 ТВС БРЕСТ-ОД-300 и 259 ТВС БН-800.

В технический проект оборудования пристанционного цикла входят - аппарат для растворения ТВС; установка для регенерации топлива (электролизер); установка получения мононитридов; установка кассетного пресса; печи удаления связующего и спекания непрерывного действия; оборудование камеры сборки, герметизации и контроля твэлов; оборудование участка изготовления ТВС; проекты систем управления.

В 2001 году была проведена экспертиза ЯЭК БРЕСТ-ОД-300. 107 специалистов и независимых экспертов в течение года анализировали проект. Экспертиза не выявила принципиальных проблем, препятствующих осуществлению проекта. Ранее энергетическим отделением РАН проводилась экспертиза, подтвердившая правильность выбранной технологии. Ядерная технология БРЕСТ способна стать основой развития крупномасштабной ядерной энергетики 21 века.

Индуктивно-кондуктивные нагреватели для плавучей АЭС

Елшин А.И., Татауров Р.В., НИЦ ИНМАШ

Теплообеспечение береговых населенных пунктов с низкой плотностью населения, в районах мерзлотных зон, горных местностей при энергоснабжении от плавучей АЭС наиболее эффективно с помощью прямого преобразования электрической энергии в тепло непосредственно в месте теплопотребления. В качестве электрической нагрузки плавучих атомных электростанций, несомненно, должны использоваться высоконадежные электронагревательные устройства, отвечающие следующим требованиям.

1. Обеспечение защиты от поражения электрическим током по классу электробезопасности не ниже “2” и уровня напряжения прикосновения не выше 2 В.

3. Обеспечение надежных условий пожаробезопасности. Перегрев нагревательного элемента в рабочем режиме по отношению к теплоносителю не должен превышать 20-30%.

4. Обеспечение надежности и долговечности со сроком службы не менее 30 лет или 150000 часов.

5. Функциональное безразличие к типу теплоносителя и его физико-химическим свойствам и отсутствие влияния на компонентный состав теплоносителя.

Разработанные авторами индуктивно-кондуктивные нагревательные устройства с распределенной поверхностью нагрева в полной мере отвечают этим требованиям. Эти электронагревательные устройства созданы на основе традиционного трансформаторостроения и представляют собой обычный трансформатор, вторичная обмотка которого выполняет роль камеры нагрева твердого, жидкого или газообразного теплоносителя [1].

Сущность индуктивно-кондуктивного нагревателя в отличие от индуктивных устройств с трубчатыми теплообменниками состоит в том, что каждый элемент теплообменника имеет равную электромагнитную и тепловую нагрузку. Это приводит к равномерному нагреву камеры и исчезновению локальных зон и точек парообразования. Достигнуто значение коэффициента мощности устройств на уровне 0,97–1,0; снижена материалоемкость изделия и повышена надежность функционирования. Срок службы соответствует сроку службы обычного трансформатора и достигает 150 тысяч часов и более.

Созданные в начале 90-х годов прошлого столетия индуктивно-кондуктивные нагреватели успешно эксплуатируются в промышленных зданиях, индивидуальных домах, коттеджах, спортивных лагерях, домах отдыха, сельскохозяйственных предприятиях Новосибирской, Свердловской, Кемеровской, Иркутской, Омской, Томской областей, Алтайского и Красноярского краев, Подмосковья. Пятнадцатилетний опыт эксплуатации свидетельствует о высокой эффективности, надежности и степени защиты от электропоражения устройств нагрева для электроотопления, горячего водоснабжения и технологических целей. В течение этого времени получено более 30-ти патентов на изобретения различных установок индуктивно-кондуктивного нагрева, разработан и внедрен ряд типоразмеров нагревателей мощностью: 2.7, 4, 12, 18, 24, 48, 96, 144, 244 кВт на напряжение 0.4 кВ и в 1995 г. проведена их паспортная сертификация [2].

Концерн "Росэнергоатом" 14 июня 2006 года заключил ряд контрактов с российскими предприятиями по строительству на судоверфи "Севмаш" в Северодвинске первой в мире плавучей атомной теплоэлектростанции (ПАТЭС). Планируется, что плавучая АЭС с двумя судовыми реакторами КЛТ40-С суммарной мощностью более 70 мегаватт будет введена в эксплуатацию осенью 2010 года. В связи с развитием атомной энергетики малой и средней мощности представляется целесообразным разработка, проектирование, изготовление нормативно-технической документации, организации производства устройств теплоснабжения береговых коммунальных и производственных служб на базе индуктивно-кондуктивных нагревателей мощностью от 400 кВт до 6300 кВт на напряжение 6/10 кВ.

Авторами проведено предпроектное исследование технических характеристик индуктивно-кондуктивных нагревателей жидкости "ГИДРОМАГ" мощностью от 0.4 МВт до 6.3 МВт на напряжение 10/6 кВ.

Применение индуктивно-кондуктивных нагревателей, отличающихся высокой надежностью и электробезопасностью, дает возможность надежно эксплуатировать энергосистему в течение длительного времени без ремонтов и профилактических отключений.

Литература:

1. Елшин. А.И.Конструкции и расчет трансформаторных устройств низкотемпературного нагрева для жизнеобеспечения человека.  Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000.  140 с.

2. Интернет: www.eh-inc.nsk.su

О возможности участия ФГУП МП «ЗВЕЗДОЧКА» в реализации проектов малой атомной энергетики

Калистратов Н.Я., Корб В.Р., ФГУП МП «Звездочка»

Зона децентрализованного энергоснабжения занимает порядка двух третей территории России и характерна тем, что именно на этой территории проживают группы населения, малочисленные народы Севера, уровень жизни которых в значительной степени зависит от энергообеспечения поселков и соответствующих производств. С другой стороны, эта зона обладает уникальными запасами полезных ископаемых, добыча которых сдерживается или сворачивается из-за отсутствия инфраструктуры, прежде всего энергетики и транспорта. Только на Чукотке залежи полезных ископаемых оцениваются в триллион долларов. По данным Мирового энергетического агентства (МЭА), запасы нефти в перспективных районах Восточной Сибири и Дальнего Востока оцениваются в 14 млрд. тонн. Причем, на большинстве месторождений добыча пока не ведется; регион дает сейчас менее 1% общероссийского объема добычи нефти. Очевидно, что для этой обширной территории, которая отличается низкой плотностью населения, решить проблему развития энергетики путем крупного сетевого строительства практически невозможно. В России имеется пятьдесят регионов, где уже существует потребность в ТЭС малой мощности.

В этих условиях, малая атомная энергетика может и должна стать основой создания децентрализованных систем энергообеспечения. Особенно это касается всех малоосвоенных районов России и мира - Крайнего Севера, Дальнего Востока, пустынь, океанических островов, а также сверх заселенных мегаполисов. Так, по мнению японских разработчиков мини реакторов, они могут эффективно использоваться для компенсации пиковых нагрузок в крупных городских зонах, таких, как Токийский залив. В России сегодня для использования малой атомной энергетики нового поколения перспективны Северный морской путь, Чукотка, БАМ, Приполярный Урал, нефтегазовые месторождения Восточной Сибири и Дальнего Востока

Северный морской путь получил свое наибольшее развитие с появлением атомных ледоколов. Создаваемая в настоящее время в Северодвинске плавучая АТЭС является важным этапом создания комплекса малых АТЭС на протяжении всего Пути. Для завоза топлива и грузов в северные регионы РФ ежегодно тратится более 3-х млрд. рублей. Только для завоза 250 тыс. тонн жидкого топлива в арктические районы Республики Саха (Якутия), с учетом многозвенности схемы завоза (ж/д, река, море, река, автозимник), расходы достигают 1,2 млрд. рублей. Использование атомных станций малой мощности (АС ММ) различного исполнения снимет проблему завоза топлива, а использование плавучих АТЭС малой мощности значительно облегчают проблему снятия станций с эксплуатации (Бекман И.Н. Ядерная индустрия. Курс лекций).

На заседании Собрания представителей северных территорий, прошедшего 29 апреля 2004 г. в Салехарде, Президент Владимир Путин подверг резкой критике идею переселения людей из районов Крайнего Севера. По его мнению, «…федеральные власти обязаны в первую очередь заниматься развитием инфраструктуры этих регионов, а северяне не должны чувствовать себя ущемленными, необходимо обеспечить им доступ ко всем благам цивилизации». Реализация проектов малой энергетики в удаленных и северных регионах России может существенным образом повлиять на оздоровление социально- экономической ситуации в них.

Энергия – это жизнь; и кто даст энергию нашим слабо освоенным территориям, тот и будет их хозяином. По заключению специалистов НТЦ «Курчатовский институт», необходимость строительства сети плавучих, наземных, подводных, подземных, передвижных и других типов АЭС ММ уже сегодня расценивается как фактор национальной безопасности России, которым нельзя пренебречь. (РНЦ «Курчатовский институт». Система АЭС малой мощности, как фактор национальной безопасности России).

Предприятия Государственного Российского центра атомного судостроения (ГРЦАС) г. Северодвинска - единственные предприятия России, сохранившие с 90-х годов в полной мере уникальные технологии монтажа корабельной спецэнергетики на базе ЯЭУ.

ПАТЭС с реакторами КЛТ- 40С, строящаяся на ФГУП ПО «Севмашпредприятие» в Северодвинске, можно поставить только на морском побережье, а плавучие энергоблоки (ПЭБ) на базе реакторов типа АБВ-6 (эл. мощность 6–12 МВт), можно проводить в устья рек и далеко вглубь континента, по рекам, ближе к основным потребителям. Такие ПЭБ успешно могут быть построены на ФГУП МП «Звездочка», входящем в ГРЦАС, г. Северодвинск.

Проект реактора АБВ-6 может быть доработан и отлицензирован в течении полутора- двух лет, и в течение трех лет построен блок. Плавучие энергоблоки с РУ АБВ-6 привлекательны тем, что на Севере России их можно будет проводить в устья рек, далеко вглубь континента, ближе к основным потребителям. По оценкам ОКБМ, на ближайшую перспективу потребность составит до 30 таких ПАТЭС (ОКБМ им. И.И.Африкантова, Виталий Петрунин. Интервью по итогам поездки в Казахстан, 10.08.2006 г.)

ФГУП МП «Звездочка» – это ведущая Российская верфь, специализирующаяся на ремонте и переоборудовании атомных подводных лодок и надводных кораблей с ЯЭУ. Предприятие является также одним из основных исполнителей программы комплексной утилизации атомных подводных лодок, выводимых из состава Военно-морского флота на Северо-западе России.

Предприятие более 40 лет занимается ремонтом и переоборудованием АПЛ. На предприятии освоены и до настоящего времени не утрачены самые современные технологии, обеспечивающие качество и надежность ремонтируемой военной техники, оборудования и систем ядерных энергетических установок.

С начала производственной деятельности на ФГУП МП «Звездочка» прошли ремонт, модернизацию и переоборудование более 80 единиц атомных подводных лодок.

Одним из направлений деятельности предприятия является военно-техническое сотрудничество. В соответствие с Распоряжением Президента РФ ФГУП МП «Звездочка» получила «Свидетельство на право осуществления внешней торговой деятельности…» в отношении продукции военного назначения в части, касающейся поставок запасных частей, агрегатов учебного и вспомогательного имущества, а также работ по техническому обслуживанию и ремонту этой продукции.

За последние годы, в рамках международных программ, на предприятии, введены уникальные объекты инфраструктуры:

- Специализированный комплекс промышленной утилизации АПЛ и НК с ЯЭУ всех типов, соответствующий мировым стандартам по ядерной, радиационной и экологической безопасности. Свидетельством этого является присуждение предприятию звания лауреата «Национальной экологической премии» в 2004 году за проект «Внедрение технологии экологически чистого производства утилизации АПЛ на ФГУП МП «Звездочка»;

- Специализированный, стационарный комплекс по переработке радиоактивных отходов;

- Береговой комплекс по выгрузке отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) с площадкой временного хранения на 60 контейнеров с ОЯТ.

Вся эта инфраструктура может быть с максимальным эффектом использована при строительстве, эксплуатации, ремонте и утилизации ПАТЭС с РУ КЛТ – 40 с, строящейся на ПО «Севмашпредприятие», а также при строительстве других типов ПАТЭС (типа АБВ- 6м и др.) на ФГУП МП «Звездочка».

Филиалом Концерна «Росэнергоатом», «Дирекцией строящихся плавучих атомных станций», разработана «Концепция генеральной схемы размещения АСММ на территории РФ». ФГУП МП «Звездочка» считает реальным частичное использование имеемого производственного и технического потенциала для решения энергетических проблем Севера и отдаленных регионов России и участие предприятия в реализации проектов в рамках этой «Концепции…», а именно:

1. Участие в кооперации по подготовке эксплуатационного персонала, технического обслуживания и эксплуатации ПАТЭС.

2. Участие в разработке базового проекта ПАТЭС с РУ АБВ-6м для серии плавучих станций Изготовление и сдача в эксплуатацию ПАТЭС с РУ АБВ-6м.

3. Участие в проектах по освоению мирового рынка опреснения, изготовление плавучих атомных опреснительных комплексов на безе плавучего энергоблока (ПЭБ) с РУ АБВ-6.

4.Участие в проектах «Концерна «Росэнергоатом» по строительству необходимого количества «Плавучих и наземных атомных станций» с реакторами малой и средней мощности для выработки эл. энергии, тепла и опреснения морской воды.

5. Участие в проектах подводной электроэнергетики.

К преимуществам предприятий ГРЦАС г. Северодвинска относится наличие квалифицированного персонала, развитой инфраструктуры, научно-технической базы по обращению с ОЯТ и РАО, а также возможность проведения всех видов испытаний ЯЭУ, с обеспечением сдачи ПАТЭС «под ключ», и сервисным обслуживанием.

Система аккумулирования тепловой энергии (САТЭ) повысит конкурентоспособность АЭС в условиях суточного регулирования электрических нагрузок

Сопленков К.И., Чаховский В.М., Воронин А.Л., ОАО «ВНИИАЭС»

Утвержденная в 2006 году Федеральная целевая программа «Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007-2010 годы и на перспективу до 2015 года» предполагает масштабное строительство новых атомных энергоблоков, призванных заменить выбывающие мощности и удовлетворить непрерывный рост энергетических потребностей населения и хозяйства страны. Если до 2012 года в строй войдут строящиеся сейчас энергоблоки АЭС, то в 2011-2015 году планируется построить десять энергоблоков АЭС и начать строить столько же. В целях ускорения строительства атомных энергоблоков предусматривается их строительство по типовому проекту, получившему условное название «АЭС-2006». Именно такие темпы строительства новых энергоблоков необходимы, чтобы обеспечить рост доли ядерной генерации в производстве энергии.

Задача строительства новых энергоблоков и повышения доли атомной генерации актуальна также в связи с растущей степенью износа генерирующих мощностей, причем темпы старения оборудования электростанций опережают их обновление. Износ активной части фондов в электроэнергетике находится на уровне 60-65%. К настоящему времени доля оборудования на электростанциях, выработавшего свой ресурс, превысила 15% всех мощностей, которые по этой причине не могут привлекаться к работе в маневренных режимах. Ситуация усугубилась ещё и тем, что за последние 10 лет вводы мощностей сократились в 5 раз по сравнению с 1980-ми годами.

За последние годы неоднократно говорилось, что решение имеющихся энергетических проблем невозможно без использования атомной энергии. Применительно к нашей ситуации это означает, что в ближайшие 5-10 лет складывающееся состояние в электроэнергетике ведет к неизбежной постановке задачи по изысканию возможностей участия АЭС в регулировании нагрузки в ЕЭС России. Институт «Энергосетьпроект» прогнозирует, что покрытие переменной зоны графика электрических нагрузок в отдельных объединенных энергосистемах (ОЭС) невозможно будет обеспечить без участия АЭС, начиная с 2015 г.

Однако при увеличении роли АЭС в энергообеспечении возникает такая проблема, как регулирование подачи тепла в разное время суток – увеличение мощности в дневное время, когда работают промышленные предприятия и увеличено потребление электроэнергии населением и, соответственно, ночное время, когда потребности в энергии, и, соответственно, мощности, значительно снижаются. Обеспечить такое регулирование мощности технологически нетрудно для тепловых и гидроэлектростанций, однако произвольно менять мощность ядерного реактора значительно труднее. В принципе, есть два пути решения проблемы – либо создание АЭС с улучшенными маневренными характеристиками (позволяющими в определенных пределах менять мощность реактора в зависимости от потребностей в энергии), либо создание механизмов, позволяющих в ночное время, когда потребности в вырабатываемой энергии минимальны, запасать вырабатываемую тепловую тем, чтобы днем, когда энергетические потребности как промышленности, так и населения резко возрастут, выдавать запасенную энергию потребителям.

На АЭС решать эту задачу возможно одним из следующих способов:

- разработка специализированных высокоманевренных АЭС, допускающих изменение мощности энергоблока в широком диапазоне. Несомненно, что для этого потребуются многомиллиардные затраты. Важно, что использование специализированных маневренных АЭС ведет к снижению КИУМ и к росту упущенной выгоды от недовыработки электроэнергии;

- создание систем аккумулирования тепловой энергии (САТЭ), которые обеспечат возможность участия АЭС во всех видах регулирования электрической нагрузки (на действующих АЭС в пределах перегрузочного резерва турбогенератора, допустимого по ТУ), и с широким диапазоном изменения мощности, но на вновь проектируемых АЭС с ВВЭР-1000, в частности, на АЭС, сооружаемых в рамках проекта «АЭС-2006», а также на реакторных установках (РУ) нового поколения;

- возможно и третье направление, сочетающее два вышеотмеченных, но таким образом, что требуемый диапазон регулирования мощности достигается: с одной стороны, за счет частичного снижения мощности РУ, при котором существенно смягчаются условия работы тепловыделяющих элементов и РУ, а с другой, за счет накопления избыточной теплоты в САТЭ. В режиме выдачи пиковой мощности САТЭ выполняет двоякую роль, а именно, одновременно обеспечивает выдачу пиковой мощности и поддерживает безопасный режим выхода РУ на номинальную нагрузку.

Рассмотрим, для примера, первый вариант. В простейшем случае энергоблоки АЭС будут вынуждены разгружаться на ночь, а утром восстанавливать мощность до номинального уровня. Этот режим предстоит обосновывать для энергоблоков с ВВЭР-1000 со специализированными твэлами, допускающими ежесуточную разгрузку до 75-80% номинальной мощности. В этом случае число циклов нагрузка/разгрузка для основного оборудования троекратно возрастает и достигнет 900 за 1 год, а за 30 лет - не менее 27000 циклов. При этом для твэлов число циклов составит на уровне 2700-4500 (в зависимости от длительности кампании).

Предстоит провести комплекс работ по обоснованию допустимости такого количества циклов нагрузка/разгрузка для топлива и основного оборудования АЭС в зависимости от диапазона (амплитуды) изменения нагрузки.

При этом необходимо иметь в виду, что технологическим регламентом работа АЭС в маневренных режимах (в части регулирования суточного графика нагрузки) не предусмотрена и, более того, является экономически невыгодной для АЭС. Кроме того, следует иметь в виду, что работа АЭС в режиме маневрирования будет сопровождаться снижением КИУМ и, следовательно, уменьшением выработки электроэнергии. В этой связи тариф на электроэнергию по зонам суточного графика должен компенсировать возможные потери от недовыработки электроэнергии при работе АЭС в маневренных режимах.

С точки зрения технической реализации возможен следующий набор вариантов:

1) АЭС с улучшенными маневренными характеристиками;

2) Энергокомплексы АЭС + газотурбинная установка (ГТУ) или АЭС + парогазовая установка (ПГУ);

3) Энергокомплексы с аккумулированием энергии: АЭС+ГАЭС (гидроаккумулирующая станция) либо АЭС+САТЭ (система аккумулирования тепловой энергии).

Такие варианты, как создание энергокомплекса АЭС+ГТУ, АЭС+ПГУ или АЭС+ГАЭС не требует новых технических разработок и обосновывается исключительно экономической целесообразностью.

Сравнение вариантов участия АЭС в регулировании суточного графика электрических нагрузок указывает на относительно низкую эффективность вариантов АЭС с дооснащением их ГТУ или ПГУ. Срок окупаемости ГТУ, ПГУ превышает 20 лет по отношению к варианту АЭС со спецтвэлами.

Наиболее же экономически эффективным представляется вариант создания АЭС с системой аккумулирования тепловой энергии (САТЭ). Ее основные преимущества по сравнению с другими вариантами состоят в следующем: во-первых, АЭС в составе энергокомплекса АЭС+САТЭ эксплуатируется в стационарном (базовом) режиме. При этом коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) системы АЭС+САТЭ в маневренных режимах близок к значению КИУМ для АЭС, работающей в базовом режиме.

Дополнительные технические и потребительские качества энергокомплекса АЭС+САТЭ могут быть раскрыты и обоснованы при разработке технического проекта, например:

- участие в регулировании мощности при аварийном изменении частоты в энергосистеме;

- возможность оптимизации собственной нагрузки в суточном регулировании, исходя из экономической целесообразности, и т.п.

Аккумуляторы теплоты в энергетике используются достаточно давно. Их применение началось еще в начале ХХ столетия. Первая энергетическая пиковая турбинная установка с аккумулятором теплоты (АТ) была сооружена 1920 г. в Мальме (Швеция). Крупная система аккумулирования питательной воды была построена в 1920 г. в Мангейме (Германия), а в 1929 г. – энергоустановка мощностью 50 МВт (э) в г. Шарлоттенбурге, которая по прошествии более 50 лет, по-прежнему, несет круглосуточную службу пиковой и резервной станции в энергосистеме г. Берлина.

Фирма “Дженерал электрик” разработала САТЭ для ТЭС на сверхкритических параметрах с нагрузкой в базе 741 МВт (эл) и в часы “пик” 400МВт (эл). При этом используется водомасляные теплообменники в контуре САТЭ (косвенное аккумулирование).

Считается, что тепловое аккумулирование на АЭС еще более перспективно, чем на тепловых электростанциях, во-первых, по причине низкой топливной составляющей (ядерное топливо сравнительно недорого), во-вторых, по причине того, что высокие капитальные затраты на АЭС оправдывают применение аккумулирование энергии в большей мере, чем на ТЭС на органическом топливе.

С середины 1970-х годов существует повышенный интерес к теплоаккумулирующим системам, главным образом, в связи с необходимостью экономии и замены нефтепродуктов при выработке теплоты и электроэнергии. Наибольшее применение в энергетике получило аккумулирование питательной воды (прямое аккумулирование). При использовании базисных энергоустановок, работающих на угле и ядерном топливе, замена пиковых установок на САТЭ обеспечит, с одной стороны, экономию жидкого топлива и природного газа, с другой, рост КИУМ на АЭС и ТЭС на угле.

В России наибольшее применение аккумулирования тепловой энергии получило на ТЭЦ, главным образом, в крупных городах с развитой системой централизованного теплоснабжения. В основе применяются аккумуляторы теплоты атмосферного типа суммарной мощностью до 100 000 м3 для хранения горячей воды с температурой 950С.

Ставится задача найти технические решения и средства по обеспечению участия АЭС в регулировании нагрузки и определить при каких условиях экономически выгодно реализовать их на действующих и вновь проектируемых АЭС, включая и сооружаемые в рамках проекта «АЭС-2006».

Такая система разрабатывается во Всероссийском Научно-исследовательском институте по эксплуатации атомных электростанций (ОАО ВНИИАЭС) под руководством доктора технических наук В.М.Чаховского. В период 1981-83 гг. был выполнен проект АЭС+САТЭ с ВВЭР-1000. В тот период планировалось реализовать этот проект на Татарской АЭС, строительство которой в то время было начато. Однако после Чернобыльской аварии строительство Татарской АЭС было прекращено, и проект остался нереализованным. Однако теперь, когда на повестке дня стоит задача строительства новых атомных генерирующих мощностей для обеспечения растущих энергетических потребностей экономики страны, задача создания такой системы вновь стала актуальной.

Применение на АЭС систем аккумулирования тепловой энергии (САТЭ) позволит решить следующие задачи:

- режимно-системные, в т.ч., покрытие пиковых и полупиковых нагрузок в любое время суток; прохождение ежесуточных снижений нагрузки (главным образом ночных провалов нагрузки); поддержание частоты в режимах общего первичного регулирования частоты;

- режимно-технологические, в т.ч., поддержание постоянной нагрузки ядерной паропроизводящей установки (ЯППУ) с обеспечением выдачи пиковой мощности; снижение термоциклической усталости металла оборудования при работе энергоблока в режиме регулирования нагрузки; создание текущего и многочасового (суточно-недельного) резерва мощности; в условиях вынужденной глубокой разгрузки поддерживает безопасный режим выхода РУ на номинальную нагрузку;

- системно-экономические, в т.ч., повышение конкурентоспособности АЭС с САТЭ в условиях свободных цен на электроэнергию на оптовом рынке; повышенная прибыльность АЭС с САТЭ при работе в режиме регулирования мощности; обеспечение высоких значений КИУМ при работе АЭС в режиме отслеживания суточного графика электрических нагрузок (на уровне 0,8 и выше).

Применение САТЭ давно освоено в традиционной и нетрадиционной теплоэнергетике, они применяются на тепловых электростанциях РФ для покрытия пиковых тепловых и электрических нагрузок.

До настоящего времени АЭС эксплуатируются в базовом режиме. Это вызвано жесткими требованиями обеспечения надежной и безопасной работы АЭС и экономической целесообразностью (высокие удельные капиталовложения в АЭС и низкие топливные издержки предполагают обеспечение высоких значений КИУМ, что возможно при работе АЭС в базовом режиме).

Атомный энергоблок с САТЭ, участвуя в регулировании мощности и поддержании частоты, обеспечит:

- дополнительную выработку электроэнергии в пиковой и полупиковой зонах суточного графика электрических нагрузок, благодаря переброски запасаемой в ночное время дешевой избыточной энергии в аккумуляторе теплоты (АТ) и выдачи её по более дорогому тарифу в часы пиковой нагрузки;

- постоянную нагрузку ЯППУ в течение суток при участии энергоблока в регулировании нагрузки и КИУМ на уровне его значений в базовом режиме

В 2003-2004 годах во ВНИИАЭС проведены предварительные проработки по оценке эффективности новых решений по использованию САТЭ на АЭС с ВВЭР-1000 и ВВЭР-1500, проведены исследования по обоснованию модернизированной САТЭ для АЭС с ВВЭР, разработана принципиальная тепловая схема подключения САТЭ к энергоблоку, произведен выбор основного оборудования и органического теплоносителя; определены маневренные характеристики САТЭ при участии АЭС в суточном регулировании мощности, получены экспертные оценки технико-экономического обоснования (ТЭО) проекта САТЭ, проведен анализ и выбор высокотемпературного теплоносителя (ВТТ) из числа применяемых в энергетике в качестве аккумулирующих сред (АМТ-300; миарол МТ-250; МТ-270), выполнены обоснование размеров и выбор баков-аккумуляторов, применяемых в энергетике, емкостью до 30000 м3, выполнено обоснование по использованию серийных теплообменных аппаратов (конструкции НПО ЦКТИ, изготовитель завод «Красный котельщик»).

24 ноября 2004 года в Росатоме состоялось совместное заседание секции №4 "Эксплуатация АЭС, продление их ресурса и снятие с эксплуатации" НТС №1 Росатома и НТС концерна "Росэнергоатом" с повесткой дня, посвященной внедрению системы аккумулирования тепловой энергии (САТЭ) на действующих и вновь проектируемых АЭС в режимах регулирования суточного графика электрических нагрузок. С основным докладом выступил один из основных разработчиков САТЭ доктор технических наук В.М.Чаховский. На основе его доклада и была подготовлена настоящая статья.

Резюмируя сказанное, можно сделать вывод, что в условиях дифференцированного суточного тарифа на электроэнергию энергокомплекс АЭС+ САТЭ будет обладать повышенной конкурентоспособностью в сравнении с традиционными электростанциями. Создание «маневренного» энергокомплекса АЭС+САТЭ может быть организовано как коммерческий проект с относительно низкой стоимостью установленной регулировочной мощности и сроком окупаемости не более 6 лет.

Наиболее эффективные способы аккумулирования энергии и перспективы использования технологии аккумулирования энергии в атомной отрасли

Нуждин В.Н., Просвирнов А.А., ВНИИАЭС

В последнее время в энергетике все большее внимание уделяется вопросам аккумулирования энергии. РАО ЕЭС России ввело отдельные тарифы на электроэнергию при пиковых нагрузках и в остальное время. По сути, речь идет о качестве вырабатываемой электроэнергии. АЭС не могут конкурировать в этом вопросе с тепловыми и газовыми электростанциями, так как для АЭС имеются ограничения маневренных характеристик, в основном, связанные с требованиями сохранения целостности твэл. С сентября 2006 года вводится понижающий коэффициент от стоимости электроэнергии для электростанций, не участвующих в режиме общего первичного регулирования частоты (ОПРЧ) сети. Потери в несколько процентов (до 5% от стоимости вырабатываемой электроэнергии) очень существенны, если учесть, что станции борются за каждый процент повышения эффективности выработки электроэнергии. По мнению гендиректора концерна Росэнергоатом С.Обозова [15], «неудачная работа за одну неделю может списать все дополнительные доходы, накопленные за полгода. …Если мы не выполняем регулируемый договор и недопоставляем энергию, то автоматически покупаем ее на рынке на сутки вперед, а там цены в 4-5 раз выше, а на балансирующем рынке цена может быть больше в 12 раз». Единственным выходом может служить установка аккумуляторов энергии, которые будут выдавать энергию при пиковых нагрузках и аккумулировать электроэнергию в другое время суток при спаде нагрузки, а также участвовать в режиме регулирования частоты в сети. До последнего времени приемлемым единственным типом аккумулирования считалась гидроаккумулирующая электростанция. Однако в последнее время многие фирмы, такие как Сименс, Urenco Power Technologies (Великобритания), американская компания Beacon Power проводят исследования супермаховиков для этих целей. При этом эти фирмы используют накопленный опыт в области высокооборотных центрифуг для ообгащения урана. По такому показателю, как удельная емкость энергии (кВт*час/кг) супермаховики вышли на первое место. При этом их срок службы намного больше, чем, например, у батарей. Например, в Исследовательском центре имени Гленна и Космическом центре Джонсона создана маховичная энергетическая установка для международной космической станции (МКС), заметно превосходящая использовавшиеся ранее никель-водородные аккумуляторы. Маховики могут запасать 5,5 кВт*ч энергии против 4,6 кВт*ч у электрохимических аккумуляторов, при этом срок их службы оценивается в 15 лет, а батарей - в 5-6 лет [1].

С июля 2000 г. Siemens испытывает на одной из действующих линий трамвая в Кёльне длиной 20 км опытный высокооборотный инерционный аккумулятор энергии мощностью 600 кВт [1].

Супермаховик способен запасать больше энергии на единицу массы (5-15 MДж/кг или 1.4-4.17кВт*час/кг), чем все известные накопители энергии - электрохимические аккумуляторы, конденсаторы, пружины... Это объясняется тем, что супермаховик можно разогнать до огромных скоростей, причём "зарядка" такого накопителя происходит очень быстро [2].

Cупермаховик, изготовленный еще лет десять назад из обычного углеродного волокна в Ливерморской лаборатории в США имеет удельную энергоемкость 0,5 кВт·ч/кг, что недостижимо пока для других накопителей энергии [12].

Компания Active Power выпускает накопители CleanSource, в которых маховики объединены с мотором/генератором в один агрегат [2]. Компания Active Power подписала OEM соглашение с GE в декабре 2005 года на внедрению маховиков в источники бесперебойного питания, выпускаемые GE. Накопители энергии на базе маховиков обладают рядом существенных преимуществ перед химическими аккумуляторами: они более компактны, могут работать в широком диапазоне температур, чрезвычайно надежны и не требуют ремонта в течение 15…20-летнего срока эксплуатации, имеют более высокий КПД [13].

Существуют следующие виды аккумулирующих систем [10,14]:

  • Pumped hydropower – гидроаккумулирующие станции;

  • Тепловые аккумуляторы;

  • Compressed air energy storage (CAES) – аккумулирование энергии с помощью сжатого воздуха;

  • Batteries – батареи;

  • Flywheels – маховики;

  • Superconducting magnetic energy storage (SMES) – аккумуляторы на сверхпроводниках;

  • Supercapacitors – суперконденсаторы.

  • Плазмоидные аккумуляторы

Гидроаккумулирующие станции (ГАС)используются с 1929 г. ГАС состоит из 2 больших резервуаров, разнесенных по высоте. Для аккумулирования энергии вода закачивается в верхний резервуар. Для выдачи энергии вода сливается в нижний через гидротурбину с генератором.

Аккумулирование энергии с помощью ГАС:

  • Требует, как минимум, 100 м подъема воды (разность высот резервуаров);

  • Требует искусственного водохранилища значительного объема на высоте или подземного водохранилища;

  • КПД гидроподъема и выработки электроэнергии относительно низкое.

Пневматические аккумуляторы. Compressed Air Energy Storage (caes) - аккумулирование энергии с помощью сжатого воздуха: Caes использует непиковую энергию для сжатия и хранения воздуха в воздухонепроницаемом подземном резервуаре или пещере. При пиковой нагрузке запасенный воздух выпускается из пещеры и пропускается через турбину с генератором. В 1991 г., первый в США CAES мощностью 110 МВТ был построен в Mclntosh, Штате Алабама, Алабамским Электрическим Обществом и EPRI. В настоящее время, изготовители могут создать CAES системы в пределах от 5-350 МВТ. EPRI оценил, что больше чем 85% пещер США имеют геологические характеристики, которые можно приспособить для CAES.

Пневмоаккумуляторы - устройства, накапливающие газ и отдающие ее в моменты наибольшего расходования с преобразованием в другие виды энергии или без этого преобразования. В ракетной технике есть почти забытый (из-за того, что само устройство давно уже не применяется) термин воздушный аккумулятор давления (ВАД) [14].

Химические аккумуляторы - устройства для получения электрического тока и напряжений в результате химической реакции, как правило, в группе из однотипных батарей (многоразовых гальванических элементов), соединенных электрически и конструктивно. В настоящее время широко используются в аэрокосмической технике. Попытки улучшения энергомассовых характеристик этого типа аккумуляторов ведут многие электрические, электронные и автомобильные компании мира [14].

Маховики в настоящее время используются для множества побочных применений. Для хранения энергии исследования начаты сравнительно недавно. Маховик состоит из махового колеса, которое вращается с очень высокой скоростью и имеет связь с электрическим аппаратом, который может работать или как двигатель или как генератор. Использование магнитных подшипников и вакуумной камеры позволяет уменьшить потери энергии (потери не более 2%). Основные проблемы в прочности материала колеса, способного выдержать сверхвысокие скорости вращения.

В развитых странах (США, Англия, Германия, Япония) развернуты обширные исследования различных устройств аккумулирования энергии с использованием супермаховиков, однако приоритет в разработках супермаховиков и вариаторов принадлежит профессору, доктору технических наук Нурбею Гулиа, заведующему кафедрой Московского государственного индустриального университета МГИА (бывший автомобилестроительный ВТУЗ ЗИЛ - МАСИ), которому принадлежат десятки патентов в этой области.

На практике маховики, как аккумуляторы, уже неоднократно применялись. В 1860 году российский изобретатель, инженер-порутчик З.Шуберский опубликовал идею использования мощных маховиков на железнодорожном транспорте, новый вид транспорта назвали "маховозом" ["Современная летопись" 1862, июль] [14].

В 1918 году изобретатель-самоучка Анатолий Уфимцев получил патент на идею маховикового аккумулятора, в 1920-х годах предложил использовать инерционные аккумуляторы для приведения в движение трамваев в г. Курске, но проект не был воплощен в жизнь. По неподтвержденным данным, маховик Уфимцева, возможно, испытывали на Кольском полуострове [14].

Американский ученый, изобретатель Дэвид Рабенхорст сумел даже построить и испытать 2-местный махомобиль. В 1990-х годах западные автомобилестроительные фирмы испытали, по крайней мере, еще одну модель, но на серийный выпуск никто не решился [14].

Так или иначе, если не считать создания нескольких экспериментальных моделей маховичных автомобилей, работа по созданию и испытанию супермаховиков в России, практически не ведется, хотя это направление и обещает большие открывающиеся перед конструкторами перспективы [14].

Сверхпроводящие аккумуляторы - электронакопительные системы, состоящие из бесконечно длинного (замкнутого) проводника с нулевым сопротивлением. Очевидный плюс этой системы - компактность, энергоемкость, способность хранить энергию без потерь на протяжении сколь угодно долгого времени, пока в проводнике будет сохраняться состояние сверхпроводимости. Учитывая, что в настоящее время широко производятся только холодные и теплые сверхпроводники (с хладагентами гелием и азотом соответственно), надо добавить, что при длительном использовании такого аккумулятора понадобятся дополнительные расходы энергии на охлаждение сверхпроводников. Наилучшим вариантом, конечно же, было бы создание сверхпроводящего аккумулятора из горячих сверхпроводников, сохраняющих свои свойства при температурах +100-200 и выше градусов С. Работы по созданию таких материалов в настоящее время усиленно ведутся во всем мире [14].

Конденсаторные аккумуляторы - системы, накапливающие электрические заряды, состоящие из двух и более подвижных или неподвижных электродов (обкладок), разделенных диэлектриком (бумагой, слюдой, воздухом и др.); самые старые из известных электрических аккумуляторов (впервые "лейденскую банку" изготовили в середине XVIII века в голландском городе Лейдене).

Один из несомненных "плюсов" конденсаторов - способность выдать всю или часть запасенной энергии в самые короткие сроки, один из "минусов" - опасность непредвиденного пробоя, который при мгновенном выделении всей запасенной энергии будет сравним с взрывом. В перспективе конденсаторные батареи вполне могут значительно повысить свои энергомассовые характеристики - настолько, что станут вполне конкурентоспособными с любыми применяющимися аккумуляторами или даже превзойти их. Все зависит от того - сумеют ли современные ученые значительно повысить емкость конденсаторов за счет применения новых технологий, материалов и конструкций [14].

Суперконденсаторы находятся на самой ранней стадии развития в качестве технологии хранения энергии. Электрохимический конденсатор состоит из двух противоположно заряженных электродов, сепаратора, электролита и сборки. В настоящее время только маленькие суперконденсаторы в диапазоне семи - десяти ватт широко доступны для домашних электрических устройств. Развитие конденсаторов большего масштаба было сосредоточено на электрических транспортных средствах [24]. В настоящее время, для мощностей smal-масштаба (<250 kW), суперконденсатор является одним из самых многообещающих аккумуляторов.

Теплоаккумуляторы - устройства, накапливающие тепло, предназначенное для покрытия пиков тепловой нагрузки или для получения других видов энергии. Устройства такого типа эффективны в прямой зависимости от существующей в агрегате и вокруг его разницы температур. Тепловые аккумуляторы уже использовались на спускаемых аппаратах АМС "Венера-9" и других автоматических зондах для охлаждения аппаратуры [14].

В рамках Инновационного форума Росатома предлагался проект теплового аккумулятора для блока АЭС с ВВЭР-1000. В настоящее время предлагается схема отбора пара турбины на нагрев аккумулирующего вещества в период низкого энергопотребления и производство дополнительного пара на турбину от саккумулированного тепла в период пиковых нагрузок.

Плазмоидные аккумуляторы для хранения большого количества энергии используют, по мнению авторов разработок, свойства и способность плазмы создавать долгоживущие сгустки энергии в виде шаровой молнии [14].

В 1991 году физик В.П.Яковлев совместно с В.И.Андриановым, основываясь на собственных исследованиях природы шаровой молнии, подал заявку и получил патент СССР N 1831977 на "безотказный способ синтеза шаровых плазмоидов". Как явствует из документов, в 1994 году они также подали заявку и на "Способ аккумуляции энергии в шаровом плазмоиде и плазменном аккумуляторе" номинальной энергией 85 МДж (около 23 кВт/ч), габаритами 50х50х80 см, массой 50 кг. Несмотря на возможно многообещающие перспективы этого способа аккумуляции, до сих пор не было выделено финансирования для широкомасштабных исследований в этом направлении.

Последнее пятилетие происходят значительные изменения в автомобильной промышленности. Год от года растут продажи гибридных автомобилей. По оценкам специалистов, через 10 лет на гибридные автомобили будет приходиться 37% мировых продаж автомобилей. Автомобильные гиганты тратят громадные средства для разработок электромобилей и водородных топливных ячеек. General Motors обещает переворот в автомобильной индустрии уже совсем скоро. Перевод парка автомобилей на электрический привод ограничивается на сегодняшний день только низкими удельными параметрами аккумуляторов энергии, в качестве которых на сегодняшний день используются только электрохимические батареи. Однако, если представить на секунду, что все водители авто пересядут на электромобили, это потребует примерно удвоения существующих на сегодня электрогенерирующих мощностей ТЭС и АЭС. Таким образом, атомная энергетика, заинтересована в этом процессе, так как дефицит электроэнергии подхлестнет развитие и атомной энергетики. Прямые разработки высокотехнологичными предприятиями атомной промышленности перспективных аккумуляторов энергии для электромобилей может качественно ускорить этот процесс и подстегнуть строительство новых блоков АЭС. Необходима также будет сеть заправочных станций, закачивающих электроэнергию в аккумуляторы электромобилей и гибридных автомобилей. Наиболее перспективными могут быть разработки супермаховиков, как наиболее эффективных аккумуляторов по удельным параметрам. В атомной промышленности накоплен большой опыт по производству высокооборотных центрифуг для обогащения урана, который может быть использован и для разработки перспективных супермаховиков. В этом отношении атомная отрасль имеет некоторое технологическое опережение и высокий интеллектуальный потенциал персонала по сравнению с другими отраслями, что может положительно сказаться на конкурентной способности изделий на базе супермаховиков.

Аккумуляторы энергии на базе супермаховиков могут быть использованы для:

  • Аварийного электропитания систем безопасности АЭС и других промышленных объектов, требующих надежного резервирования электропитания;

  • покрытия пиковых нагрузок электросетей, участия в общем, первичном регулировании частоты (ОПРЧ) сети;

  • источника электропитания электромобилей;

  • источника электропитания электропоездов;

  • источника электропитания водных судов и других транспортных средств;

  • источников бесперебойного электропитания в быту и промышленности.

Американская компания Beacon Power, основанная в 1997 году, создала целую линейку тяжёлых стационарных супермаховиков, предназначенных для включения в промышленные энергосети [12].

Расчётный срок службы этой конструкции - 20 лет, диапазон рабочих температур - от минус 40 до плюс 50 градусов по Цельсию. Заявленная устойчивость системы к землетрясениям - 40 секунд без повреждений при силе толчков до 7,6 по шкале Рихтера.

Beacon Power сообщает, что потеря энергии, закачанной и позднее забранной из этих накопителей, составляет 2%, что заметно лучше, чем у систем хранения энергии, основанных на иных принципах (химические аккумуляторы, гидроаккумулирующие станции). Аккумуляторы предназначены для работы в качестве буфера, компенсирующего резкие пики и спады потребления в течение суток. В США, например, уже действует многомиллионный рынок регулирования частоты тока в сети. Специализированные компании предлагают генерирующим компаниям услуги по регулированию частоты в сети. Энергокомпании, испытывающие проблемы с наличием и мгновенным подключением резервных мощностей в пики нагрузки и с проблемой "лишней" энергии в моменты спада потребления, заключают контракты с небольшими компаниями на услугу "регулирование частоты". Для АЭС и ТЭС гонять то "вверх", то "вниз" мощности энергетически невыгодно, а если говорить буквально о секундной оперативности в изменении мощности, то и попросту – невозможно. Для таких услуг Beacon Power предлагает применять целые кластеры маховичных накопителей с соответствующей управляющей электроникой, которые обладают высокой пиковой мощностью и могут очень быстро реагировать на скачки частоты в подключённой к ним сети. Этот проект Beacon Power называется Smart Energy Matrix. В конечном виде он будет представлять собой 18-тонный контейнер (морской, 30-футовый), содержащий 10 маховичных накопителей Smart Energy 25, с продолжительной суммарной мощностью в 1 мегаватт (на короткое время, в несколько минут, и до 2 мегаватт), и с накапливаемой энергией - до 250 киловатт-часов. Время реакции всей этой системы на уход частоты в подшефной сети – порядка 5 миллисекунд. Уже в следующем году компания намерена построить полноразмерный образец Smart Energy Matrix. В планах компании – строительство целых стационарных комплексов по регулированию частоты сети (и поставке мощностей в пик нагрузки сети). Причём фирма намерена не только предложить такой продукт клиентам, но сначала построить в разных частях страны такие заводы для собственного владения. Beacon Power станет не только поставщиком оборудования, но и сама выйдет на рынок регулирования частоты сети. 20-мегаваттный (по максимальной мощности, выдаваемой или, наоборот, впитываемой в течение 15 минут) регулирующий завод будет состоять из 200 супермаховиков. Их суммарный запас энергии составит 5 мегаватт-часов. Поглощая или выдавая по первому требованию эти самые 20 мегаватт мощности, такое сооружение (занимающее, к слову, площадь всего в 20 соток, включая всё сопутствующее оборудование) способно обеспечивать 40-мегаваттную "вилку" в реагировании той или иной электрической сети на колебания в потреблении энергии. При этом время полной реакции, то есть, время, требуемое на подключение в сеть всей своей пиковой мощности, у данного завода составит менее 4 секунд.

Не надо также забывать, что в случае использования подобных аккумуляторов для ОПРЧ блок АЭС будет работать в базовом режиме, а, следовательно, с наивысшим коэффициентом использования установленной мощности (КИУМ). Установка 500 МВт аккумулирующих мощностей эквивалентна строительству нового блока АЭС в 1000МВт, а стоимость одного блока колеблется в диапазоне 1.5-1.6 млрд. долларов США [15]. Стоимость аккумуляторов оценивается на уровне 400-500 $/кВт установленной мощности [17], и это при сроке монтажа не более 3-4 месяцев.

С экономической точки зрения разработка кластеров массивных супермаховиков, подобных разработкам Beacon Power, в нашей энергетике может принести значительную прибыль с учетом вводимого ограничения по тарифам для АЭС и ТЭС, не участвующих в регулировании частоты сети. Не надо забывать и о повышении надежности и безопасности оборудования АЭС и ТЭС, при условии постоянной работы в базовом режиме без колебаний мощности. Перспективы для подобных разработок у нас есть: это приоритет по патентам профессора Н.Гулиа и реальный опыт атомпрома при создании высокооборотных центрифуг для обогащения урана. По заказу фирмы Сименс Н.Гулиа испытаны магнитные подшипники для ротора весом 1.5 тоны. Российские разработки в области высокооборотных центрифуг считаются одними из лучших в мире. В ЦНИИ «Дельфин», специализирующемся на разработке гироскопов с быстровращающимся ротором для ВМФ, разработан виброустойчивый специальный гидростатический подшипник скольжения, выдерживающий 300 000 оборотов в минуту. Соединение этих составляющих при соответствующем финансировании может создать условия для разработки в России супермаховика промышленного использования. Подобные разработки находятся на стыке сразу нескольких направлений техники, поэтому для решения проблемы требуется аналитическое руководство и планирование НИОКР на уровне отрасли.

Не надо забывать и о других приложениях подобных систем аккумулирования, о которых говорилось выше (источники бесперебойного питания, источники аварийного питания, транспорт и т.д.). Так как количество аккумулированной энергии в маховике пропорционально квадрату скорости, то выгоднее использовать легкий материал с высоким удельным сопротивлением на разрыв. Идеальным материалом может быть паутина, как самый прочный известный в природе материал (наматывать маховик, как шпульку ниток). На базе нанотехологии разработано углеродное волокно невероятной прочности — на несколько порядков прочнее стали. Подобные разработки открывают неограниченные возможности для кольцевых супермаховиков с концентрацией энергии до 50 кВт·ч/кг и выше, что превышает показатели, например, водорода, как самого энергоемкого на сегодняшний день материала. Доведение до подобных параметров плотности энергии совершит переворот в энергетике и транспорте. Вполне возможно, что в будущем супермаховики будут основным конкурентом водородной энергетики, которой все прочат большие перспективы. При плотности энергии, сопоставимой с энергетическими источниками (бензин, пропан и даже водород) супермаховики можно перевозить, например, на транспорте, как перевозится нефть или бензин в цистернах, или использовать, как мотор в транспорте или как резервный источник электропитания.

ВВС США выделили деньги на разработку стартового комплекса запуска спутника с помощью магнитной пушки и систем магнитной подвески. Предполагается построить масштабный прототип системы с кольцом диаметром около 50 метров. А в окончательном виде система должна представлять собой кольцо диаметром 2 километра с комплексом сверхпроводящих электромагнитов для удержания и разгона контейнера со спутником до скорости 10км/с [16]. Разгонное кольцо в этой системе, по сути, может служить прототипом кольцевого супермаховика, подтверждающим фактором технической возможности создания кольцевого супермаховика. Применение больших кольцевых супермаховиков для нужд аккумулирования энергии, вырабатываемой на АЭС и ТЭС, позволит перевести весь парк АЭС на работу исключительно в базовом режиме, что, в свою очередь, позволит увеличить коэффициент использования установленной мощности (КИУМ), повысить надежность и устойчивость работы АЭС, исключить потери на балансирующем рынке и потери в виде штрафных санкций (до 5% от тарифа отпускаемой электроэнергии) за неучастие в ОПРЧ, выйти на рынок услуг по регулированию частоты сети не только в России, но и за рубежом. В настоящее время приложены большие усилия для подтверждения возможности топлива и другого оборудования АЭС работать в маневренном режиме. Однако, при комплексном и системном подходе к этой проблеме, возможны другие более изящные и экономичные решения.

Литература:

  1. «Аккумуляторы энергии в тяговом электроснабжении», International Railway Journal, 2001, №4, р. 42- 43.

  2. Б.Гармаев. Электрические мельницы прогресса, или С мечтой о вечных аккумуляторах/ Компьютерра, 9 июня 2004 года.

  3. Flywheel Energy Matrix Systems - Today's Technology, Tomorrow's Energy Storage Solution. Alex Rojas, Group Leader, Applications Engineering, Beacon Power Corp. Wilmington, MA 01887.

  4. Megawatt-Level Energy Storage for Distributed Generation/ Beacon POWER, Smart Energy ™Matrix, /

  5. «Design and Testing of a Flywheel Battery for a Transit Bus», R.J. Hayes, J.P. Kajs, R.C. Thompson, J.H. Beno Center for Electromechanics The University of Texas at Austin.

  6. Flywheels for Renewable Energy and Power Quality Applications, Energy Storage Association 2000 Annual Meeting, April 6, 2000 Donald A. Bender, Trinity Flywheel Power.

  7. Energy storage as an essential part of sustainable energy systems A review on applied energy storage technologies, Marco Semadeni, Centre for Energy Policy and Economics Swiss Federal Institutes of Technology, CEPE Working Paper No. 24 May 2003.

  8. K. Halbach. Design of Permanent Multipole Magnets with Oriented Rare Earth Cobalt Material/ Nuclear Instruments and Methods 169 (1980), pp. 1-10. Science & Technology Review April 1996.

  9. Advances In Flywheel Energy Storage Systems. CleanSource™ system.

  10. Overview of energy storage technologies, http://zebu.uoregon.edu/2001/pH262/append_overview.pdf#search=%22%22OVERVIEW%20OF%20ENERGY%20STORAGE%20TECHNOLOGIES%22%22

  11. DOE Superconductivity Program.

  12. Н.Гулиа. Супермаховики — из суперкарбона! ИР 12(672), 2005 г.

  13. /our_news/piece_of_news.html?id=2404&year=2006&vendorid

  14. http://kosm/superideas/show1.html?id=178

  15. С.Обозов. От масштабов задач откровенно захватывает дух/ «Ведомости», 27.09.2006.

  16. /articles/technic/2006/10/04/160900.html

  17. Ali Nourai, “Comparison of the Cost of Energy Storage Technologies for T&D Applications”, Based on EPRI-DOE Handbook of Energy Storage for T&D Applications, 2004, .

Союз атома и газа

Нуждин В.Н., Просвирнов А.А., ВНИИАЭС

В соответствии с Генеральной схемой «Стратегии развития электроэнергетики России до 2030 года» определен баланс по энергозонам страны и выбор вида предпочтительной генерации для каждой зоны [10]. По уверению руководителя департамента по управлению инвестиционными программами концерна “Росэнергоатом”К.В.Завизенова: «Если в одной точке возможно сооружение газовой и атомной электростанции, то необходимо выбрать одну из них, пользуясь четко определенными критериями. Однако, для РАО ЕЭС самым интересным видом топлива является газ. Они подчёркивают дешевизну и экологичность этого вида топлива. Именно поэтому сейчас существует перекос в энергетической корзине страны в пользу газа. Также РАО ЕЭС видит проблему в достижении баланса между маневренной и базовой мощностью» [10]. По словам А.К.Полушкина, заместителя генерального директора концерна Росэнергоатом, директора по развитию: «Позиция РАО «ЕЭС России» состоит в том, что только первая половина ФЦП развития атомной энергетики в принципе принимается» [11]. Налицо противостояние двух подходов к развитию электроэнергетики России. Но так ли уж эти два подхода антагонистичны?

В России приняты две Федеральные Целевые Программы: ФЦП развития атомной энергетики и "Энергоэффективная экономика" на 2007-2010 годы и на перспективу до 2015 года [7]. В сфере энергосбережения и энергоэффективной экономики первым шагом стоит эффективное использование топливных ресурсов при производстве электроэнергии, иными словами производство электроэнергии с максимально возможным коэффициентом полезного действия (КПД). Основным блоком федеральной целевой программы (ФЦП) развития атомной энергетики признан ВВЭР-1000. К сожалению, технология ВВЭР ограничивает максимальную температуру рабочего тела паротурбинной установки на сегодняшний день на уровне 276-296оС (для инновационных ВВЭР – 307-317оС), что, в свою очередь, ограничивает максимально возможный КПД брутто установки на уровне 33-36%, а значит КПД нетто будет на уровне 28-30%. Перегрев острого пара для ВВЭР-1000 возможен только от внешнего источника. Наибольший КПД (до 55%-57%) на сегодняшний день имеют парогазовые установки - ПГУ [8]. По оценке американских экспертов доля АЭС в производстве электроэнергии в мире снизится к 2020 г. до 4% (8% в 1999 г.), а доля газа увеличится до 28% (23% в 1999 г.).

Оставим на совести американских экспертов подобные цифры, однако они позволяют обратить пристальное внимание на газотурбинные установки. Заявленная правительством США программа Vision-21 предусматривает к 2015 году разработку проектов электростанций на базе комбинированных установок с газотурбинными установками (ГТУ) и топливными элементами с КПД больше 75% (75-80% для комбинированного производства электроэнергии и тепла) и с нулевым выбросом вредных и тепличных газов в атмосферу.

Если взять самые современные газотурбинные установки, то при максимальной температуре рабочего тела 1400-1500оС они имеют КПД брутто около 40% (без использования парового цикла), так как температура газов на выхлопе составляет 500-600оС. На сегодняшний день, для повышения КПД используют симбиоз ГТУ и паровой турбины или пылеугольной ТЭС, в результате общий КПД увеличивается до 50-55%. Сама собой напрашивается идея также соединить ГТУ и АЭС с ВВЭР и попытаться утилизировать тепло газов на выхлопе ГТУ с помощью котла-утилизатора в паровом цикле турбоустановки АЭС с ВВЭР-1000 или другой РУ с ВВЭР, при этом суммарный КПД комбинированной установки повысится до недосягаемой пока для АЭС величины – 40-49%. Подобное соединение ГТУ с пылеугольной турбоустановкой приводит к повышению КПД комбинированной установки до 46-50% [8]. Соотношение мощностей ГТУ и паровой турбины пылеугольной ТЭС – 0.25 для тепловой схемы ПГУ с полузависимой схемой работы. В этой схеме утилизированное тепло от ГТУ используется для подогрева питательной воды паровой турбоустановки [8].

Турбоустановка блока АЭС с ВВЭР-1000, например, Ленинградского металлического завода (ЛМЗ) К-1000/60-3000 работает на насыщенном паре при давлении на входе в турбину 59-60бар (температура насыщения 275оС), поэтому расход пара на единицу мощности здесь выше, чем на конденсационных турбинах ТЭС с перегревом до 540-550оС. Чтобы осуществить подобный перегрев острого пара как на ТЭС для турбины К-1000/60-3000 потребуется примерно 35% дополнительной мощности от мощности испарителя, что соответствует, с учетом температурного перепада выхлопных газов, мощности ГТУ в 1500 МВт. На сегодняшний день это осуществить невозможно, да и не рационально. Рассмотрим вариант с ГТУ мощностью около 334МВт и турбиной К-1000/60-3000. В этом случае, максимально возможный перегрев острого пара составит 30-40оС. Остальной теплоперепад выхлопа ГТУ может утилизироваться для промперегрева пара и подогрева питательной воды. В этом варианте мощность ГТУ составит 334МВт. Утилизированное в котле-утилизаторе тепло даст прирост мощности паровой турбины примерно 173МВт. Суммарный КПД газотурбинной установки и турбоустановки АЭС с ВВЭР-1000 может составить примерно 39,0% брутто, а суммарная мощность комбинированной установки составит 1507МВт.

ГТУ обладает наивысшей маневренностью на сегодняшний день, поэтому выгодно ее использовать для пиковых потреблений энергии. Особенностью работы ГТУ является также зависимость ее выходной мощности от температуры наружного воздуха. Газовая турбина, работающая при температуре наружного воздуха 0оС, вырабатывает на 20% больше электроэнергии, чем та же турбина при 30оС [8]. Это особенно важно для осенне-зимних пиков потребления электрической и тепловой энергии. Установки могут работать совершенно автономно, что позволяет осуществлять поставки электроэнергии при внеплановых ремонтах. На всех АЭС имеется пускорезервная котельная для пуско-наладочных работ на АЭС, работающая обычно на мазуте. ГТУ может играть роль пускорезервной котельной, и в то же время, роль полноценной установки отпуска электроэнергии, повышающей общий КПД АЭС. ГТУ при соответствующем исполнении может выполнить роль резервной системы электропитания для общестанционных нужд. Не будем замахиваться на системы безопасности, так как существует запрет использования систем безопасности для функций нормальной эксплуатации. Однако, безусловно, выгоднее вместо простаивающего оборудования использовать оборудование, участвующее в процессе выработки электроэнергии постоянно или в пиковых режимах. Поставка газа для ГТУ может осуществляться, как по магистральным газопроводам, так и в жидком виде, как сжиженный природный газ (LNG-Liquefied Natural Gas). Транспортировка газа на специализированных танкерах этим способом активно развивается в мире в настоящее время.

В работе [4] еще в 1988 году были представлены результаты исследований нескольких схем подключения двух ГТУ типа ГТЭ-130-850 к РУ с ВВЭР-1000 и турбиной К-1000-60/1500 или К-1000-60/3000. Исследовались по отдельности варианты с перегревом острого пара, промежуточным перегревом и частичным подогревом питательной воды. В работе показано, что при раздельном использовании предложенных схем наибольшей эффективностью обладает схема с промежуточным перегревом пара в котле–утилизаторе за счет выхлопных газов. Замещение регенеративного подогрева питательной воды на подогрев в котле утилизаторе не приводит к заметному увеличению КПД энергоустановки.

Использование ГТУ для плавучих энергоблоков может быть даже более интересным, так как их использование предусматривается в локальных энергосетях, и ГТУ в этом случае может использоваться как резервная система электропитания и система, работающая в маневренном режиме в локальной энергосети. Кроме этого, для малых мощностей имеется широкая гамма модификаций ГТУ.

Вопрос оптимального соотношения мощности ГТУ и энергоблока АЭС и оптимальных схем подключения требует отдельных полноценных исследований. Каковы же преимущества предлагаемой комбинированной установки:

  • Возможность участия в маневренных режимах за счет ГТУ (РУ в это время работает в базовом режиме);

  • Увеличение отпуска электроэнергии в период осенне-зимнего пика потребления за счет увеличения мощности ГТУ при понижении температуры окружающего воздуха;

  • Существенное повышение КПД комбинированной установки по сравнению с КПД автономной работы каждой составляющей;

  • Работа цилиндров турбин на перегретом паре (большая надежность, больший внутренний КПД турбины);

  • Возможность автономной работы и независимость отпуска электроэнергии в режиме автономной работы;

  • Поэтапность монтажных и пусковых работ (время монтажа и пуска ГТУ меньше по сравнению с АЭС, поэтому ГТУ может автономно вырабатывать электроэнергию в процессе строительства и монтажа АЭС).

В итоге два различных устройства, соединенные вместе, рождают комбинированный продукт с более высокими характеристиками, чем взятые по отдельности. Исходя из вышесказанного, атом должен протянуть руку дружбы газу и до поры перехода на водородную энергетику дружно шагать рука об руку. Использование в будущем в качестве топлива водорода откроет еще более широкие перспективы для комбинированных технологий.

Конечно, существует масса технических проблем на пути реализации подобной комбинированной схемы:

  • Обоснование пожаробезопасности;

  • Корректировка обоснования безопасности АЭС;

  • Потери давления пара в котле-утилизаторе и т.д.

Однако эти проблемы можно решить, но оценивать целесообразность реализации комбинированной схемы необходимо через экономические критерии: выгодно или нет.

На пути реализации новой атомной стратегии необходимо решить целый ряд внешних и внутренних проблем. Как отмечено в [9], в атомной энергетике существуют следующие внешние проблемы:

1. Необоснованно завышенная норма дисконтирования (12%) создаёт искусственные барьеры для атомной энергетики на стадии экономического обоснования стратегических решений.

2. Тарифное регулирование электроэнергетики, в той форме, в которой оно существует сегодня, приводит к искусственному снижению инвестиционного потенциала атомной энергетики.

3. Экономически необоснованные низкие внутренние цены на природный газ деформируют инвестиционный рынок России, а экономически обоснованная возможность развития атомной энергетики рассматривается без учёта альтернативных издержек, связанных с дешёвым внутренним сжиганием на газовых ТЭС дорогого экспортного ресурса.

4. Диспетчерские ограничения вынуждают работать АЭС в небазовом режиме, что приводит не только к снижению экономических показателей атомной энергетики, но и к ухудшению её технического состояния [9].

На наш взгляд, часть этих проблем может быть решена в ближайшем будущем, если атом повернется лицом к газу и будет жить с ним дружно на взаимовыгодных условиях.

Литература:

  1. Эрнст фон Вайцзеккер, Эймори Б.Ловинс, Л. Хантер Ловинс. Фактор четыре Затрат — половина, отдача — двойная/ Новый доклад Римскому клубу, Перевод А.П.Заварницына и В.Д.Новикова под редакцией академика Г.А.Месяца, 2000 г.

  2. Carl O. Bauer. Roadmap to Core Technologies Workshop Introduction to VISION 21 Timeline. March 19, 2002, National Energy Technology Laboratory (NETL), http:/textbase/work/2002/washington/1_bau.pdf

  3. С. Обозов. От масштабов задач откровенно захватывает дух/ «Ведомости», 27.09.2006.

  4. C.В.Цанев, С.Н.Белозеров. К использованию парогазовых схем для паротурбинных установок на насыщенном водяном паре/ МЭИ, «Известия ВУЗ-энергетика», №12, 1988 г., Минск.

  5. В.Б.Христенко. Промышленная стратегия для инновационного пути развития российской энергетики/ Ежемесячный журнал атомной энергетики России "Росэнергоатом", №5, 2006.

  6. А.Кузнецов. Будущее рождается сегодня/ Ежемесячный журнал атомной энергетики России "Росэнергоатом", №5, 2006.

  7. Концепция федеральной целевой программы "Энергоэффективная экономика" на 2007-2010 годы и на перспективу до 2015 года, утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации.

  8. Цанев С.В. и др. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. - М.: Издательство МЭИ, 2002.

  9. В.Рачков. К вопросу о новой стратегии атомной отрасли/ Ежемесячный журнал атомной энергетики России "Росэнергоатом", №6, 2006

  10. А.Безуглов, К.Завизенов. Атом, вода и газ. Каков будет баланс?/ Атомная стратегия, 02.2007.

  11. А.К.Полушкин, О.Петрова. Разработка стратегии продолжается/ Атомная стратегия, 02.2007.

Комплексные системы управления квалификацией персонала объектов использования атомной энергии

Южаков А.Ю., ОАО «ВНИИАЭС»

Современная система подготовки и переподготовки кадров является залогом надежной эксплуатационной безопасности атомных станций. Обеспечение подготовки кадров для атомных электростанций в ВУЗах и последующая дополнительная подготовка непосредственно на атомных станциях является ключевой задачей отрасли.

Последствия Чернобыльской аварии заставили пересмотреть взгляды на влияние человеческого фактора на безопасность атомных станций (АС), в том числе роль подготовки и поддержания квалификации персонала в обеспечении эксплуатационной безопасности. За время, прошедшее после аварии на ЧАЭС, в отрасли была создана система подготовки персонала, которая включает в себя подготовку в отраслевых учебно-тренировочных центрах и непосредственно на атомных станциях, объектах использования атомной энергии. Эта система базируется на новейшей законодательной и нормативной базе, разработанной с учетом рекомендаций МАГАТЭ, приобретенного мирового опыта в сфере подготовки персонала на основе повышенных требований к его квалификации [Организация работы с персоналом на атомных станциях концерна «Росэнергоатом», ФААЭ, 2006]. Такая система подготовки и поддержания квалификации персонала не может качественно функционировать без высококвалифицированного инструкторского персонала и современных технических средств обучения, включая полномасштабные тренажеры (за период 1992-2004 годы в России была фактически с нуля создана тренажерная база подготовки персонала). Подготовка персонала в УТЦ проводится в соответствии с программами, разработанными по единым требованиям, с применением принципов системного подхода к обучению. Особое внимание отводится поддержанию квалификации персонала, получающего разрешения на право ведения работ в области атомной энергии.

ОАО «ВНИИАЭС» активно участвует в реализации программы развития и совершенствования подготовки персонала отрасли. Для обеспечения качества подготовки персонала каждый УТП проходит периодическую процедуру аттестации его учебно-материальной базы, обеспечивающей подготовку и поддержание квалификации в соответствии с установленными требованиями. ОАО «ВНИИАЭС» участвует в подготовке и проведении такой работы, анализе полученных данных и выдаче рекомендаций АС и подразделениям центрального аппарата ФГУП концерн «Росэнергоатом».

Анализ потребностей кадровых служб АС, сделанный на основании проведенных аттестаций УТП АС, а также результатов реализации ФЦП, позволяет сделать следующие заключения (кроме других проблем развития):

1) остро ощущается потребность в молодых специалистах, подготовке кадров для резерва, а также в поддержании квалификации работающего персонала подразделений, что требует эффективных и быстрых решений в области работы с персоналом;

2) существует острая проблема кадрового потенциала на фоне обостряющейся конкуренции между отраслями;

3) отсутствие прогнозирования и управления кадровым потенциалам в организациях;

4) кадровая политика должна быть интегрирована в систему менеджмента организаций;

5) работа кадровых служб должна быть реорганизована и подкреплена информационно. Существует проблема в отсутствии инструментария для эффективного управления квалификацией персонала.

Кроме того, до настоящего времени в отрасли не функционирует единая система планирования, подготовки и проведения проверки знаний персонала, что, по сути, является отступлением от условий действия лицензий Ростехнадзора. получение сертификата соответствия СМК требованиям ИСО 9001-2000 налагает дополнительные обязательства по управлению квалификацией персонала. При этом многие кадровые службы уже используют системы кадрового информационного обеспечения. Однако изучение «коробочных» продуктов, используемых кадровыми службами, выполняет задачи текущего сопровождения кадровой работы, что на сегодняшний день является уже недостаточным и требует интегрированного подхода к проблеме оценки и прогнозирования развития кадров. При этом объем задач и проблем, стоящих перед кадровыми службами отрасли, диктуется задачами развития отрасли, в первую очередь – программой строительства новых энергоблоков АЭС.

ОАО «ВНИИАЭС» предлагает ряд решений, позволяющих повысить эффективность управления квалификацией персонала и имеющих отличные показатели возврата инвестиций (Return Of Investment). Управление квалификацией персонала такого предприятия, как АЭС, другого ОИАЭ целесообразно строить на современных принципах управления персонала, в том числе:

  • доступность новых знаний для работника на его рабочем месте;

  • необходимость долгосрочного контроля квалификации персонала подразделений для целей планирования и повышения эффективности работы предприятия;

  • автоматизация рутинных действий, связанных с проверкой знаний персонала;

  • быстрая перенастройка системы под конкретные задачи и потребности в области квалификации персонала;

  • соответствие предоставляемого обучения требованиям должностных инструкций;

  • следование принципам системного подхода к обучению при создании учебного содержания.

На основании результатов работы с персоналом ОИАЭ и потребности в информационной поддержке всех видов работы с персоналом, а именно:

  • комплектования кадрами;

  • подготовки персонала, включая обучение безопасности труда, радиационной, ядерной, технической и пожарной безопасности;

  • проверки знаний персонала;

  • поддержания квалификации персонала;

  • повышения квалификации;

  • противоаварийных и противопожарных тренировок;

  • инструктажей (вводного, первичного, внеочередного, повторного);

  • работы с кадровым резервом и др. работ,

необходима интегрированная системы управления квалификацией персонала.

Подобного рода системы, в которых проверка знаний персонала является частью работ по управлению квалификации персонала, должны строиться на принципах распределенного управления квалификацией персонала. Во ВНИИАЭС разработана и внедряется информационная система управления квалификацией персонала – система eTAKE[С.В.Рычков, А.Ю.Южаков. Универсальная платформа системы управления квалификацией персонала eTAKE, МНТК ИТ-2007, Москва, ВНИИАЭС, 17-18 апреля 2007 г.], которая способна выполнять задачи, связанные с управлением квалификацией на уровне предприятия, и может быть перенесена на любую инфраструктуру ОИАЭ. Аналог такой системы успешно внедрен в учебно-тренировочном центре АЭС.

Разноплановость деятельности подразделений ОИАЭ, специфика выполняемых работ на площадках специалистами накладывают определенные трудности в формировании базы проверочных вопросов и учебных материалов для конкретных должностей, однако при использовании массивов вопросов и баз знаний, созданных под известную нормативную базу (нормативные документы, стандарты, законы и др.) и соответствующие области знаний, система может быть внедрена в относительно короткий срок для предприятий численностью до 5000 чел. С учетом требований к периодической проверке знаний и проведения обязательных инструктажей пул пользователей системы ОИАЭ может оцениваться в 20000 чел.

При внедрении системы решаются следующие основные проблемы кадрового обеспечения:

- ведение автоматизированного учета данных по текущей и планируемой квалификации персонала предприятия, повышение эффективности работы с резервом, молодыми специалистами;

- ведение базы данных планируемых и проведенных экзаменов в центральной и цеховых комиссиях (ППБ, ПНАЭ, ПРБ, и др.);

- организация и проведение компьютеризированных первичных и других инструктажей;

- самоподготовка персонала в объеме программ первичной подготовки на должность, оптимизация загрузки персонала с учетом подготовки на должность;

- санкционированный доступ к системе, включая доступ к учебным материалам, информации о текущем состоянии уровня квалификации персонала дистанционно on-line;

- возможность подготовки отчетных материалов в форме и виде, определяемых предприятиям;

- возможность формирования программ подготовки в зависимости от требований должностных инструкций;

- возможность поддержания СМК предприятия в соответствии с требованиями ИСО 9001 - для организаций, имеющих сертификацию по ИСО;

- повышение управляемости предприятия в целом, повышение эффективности системы управления предприятием через унификацию требований к персоналу и возможности интеграции системы eTAKE с другими информационными системами, внедренными или предполагаемыми к внедрению в будущем на предприятии;

- повышение эффективности работы самих УТЦ, кадровых служб, организации и проведения обучения персонала на принципах системного подхода к обучению, рекомендованного МАГАТЭ.

Система может быть развернута ОАО «ВНИИАЭС» для предприятий любой отрасли в короткий срок; реализация может быть выполнена через пилотный проект с последующим развертыванием в рамках системы подготовки персонала.

Разработка и обоснование концепции высокотемпературного газоохлаждаемого реактора на быстрых нейтронах

Пивоваров В.А., ГНЦ РФ-ФЭИ

Целью проекта является разработка, исследование и обоснование концепции газоохлаждаемого ядерного реактора на быстрых нейтронах с керамической активной зоной, с коэффициентом воспроизводства больше 1, с повышенным уровнем самозащищенности и температурным потенциалом, позволяющим использовать этот реактор в качестве энергоисточника для промышленного производства водорода. Разработка такого реактора рассматривается в контексте создания Новой технологической платформы (НТП) атомной энергетики в качестве ее не первоочередного, но завершающего этапа. Высокотемпературный быстрый реактор - это базовый элемент экологически чистой атомно-водородной энергетики, переход к которой означал бы качественный скачок в развитии современной цивилизации.

Как известно, ядерные реакторы можно классифицировать по разным признакам – быстрые и тепловые, корпусные и канальные, транспортные и стационарные и т.д. Одной из наиболее содержательных является классификация реакторов по типу теплоносителя. Именно выбор теплоносителя решающим образом определяет успех или провал реакторной концепции. За прошедшие полвека существования атомной энергетики были испробованы самые разные теплоносители: легкая и тяжелая вода, щелочные металлы (Nа, K, Li), ртуть, сплав свинца и висмута, газойль, гидротерфенил, дитолилметан и другие органические теплоносители, расплавленные соли урана, углекислый газ, гелий, диссоциирующий газ N2O4. Большинство из этих теплоносителей оказалось неудачными. Опыт показывает, что для того, чтобы реакторная концепция была успешной, теплоноситель должен быть радиационно-стойким и максимально дружественным по отношению к конструкционным материалам и окружающей среде. Любое отступление от этого правила ведет к затяжной, дорогостоящей и, как показывает опыт, безнадежной борьбе с Природой.

Пример такой борьбы − это защита оболочек твэлов от тяжелого жидкометаллического (Pb-Bi) теплоносителя. За пятьдесят лет было испробовано множество способов – подбор и легирование сталей, масса разнообразных покрытий (бериллиация, оксидирование, хромирование, молибденирование, силицирование, алитирование), ингибиторы и т.д. Безуспешно. Наибольшие надежды сегодня возлагаются на оксидную пленку. Для ее создания и поддержания разработана методика, связанная с вводом в теплоноситель кислорода. Однако кислород способен образовывать не только защитную пленку на оболочке, но и окислы Pb-Bi, которые могут блокировать проходное сечение. Да и сама оксидная пленка не столь уж надежная защита - она разрушается из-за механических повреждений, из-за различия коэффициентов линейного удлинения окисла и металла во время термических циклов, вследствие эрозии. Можно ли считать безопасным реактор, над которым постоянно висит угроза растворения оболочек твэлов или зашлаковывания ТВС?

В наибольшей степени указанному выше требованию дружественности к конструкционным материалам и окружающей среде удовлетворяют два теплоносителя – легкая вода и гелий. Именно поэтому практически вся современная атомная энергетика (PWR, BWR, ВВЭР, РБМК) базируется на легководной технологии в разных ее вариантах, а перспектива – освоение температур порядка 1000ºС и выход на атомно-водородную энергетику связывается, прежде всего, с гелием. Даже тяжеловодное направление реакторов CANDU в своей последней версии – (Advanced CANDU Reactor) ACR-700 - отказалось от использования тяжелой воды в качестве теплоносителя и перешло на легководное охлаждение.

Легководная технология не только тотально доминирует в сегодняшней атомной энергетике, но и, очевидно, будет сохранять свое доминирующее положение несколько следующих десятилетий – практически все усовершенствованные реакторы нового поколения, предназначенные для серийного строительства в ближайшие годы (EPR, AP1000, APWR, ABWR, ACR-700, AЭC-2006), с ресурсом работы 60 лет – это реакторы с легководным теплоносителем. Поэтому при обсуждении НТП очень важно проанализировать современные тенденции в развитии именно этого направления.

PWR или BWR? С самого начала в легководном направлении конкурировали две ветви развития: двухконтурные реакторы с водой под давлением − типа PWR, ВВЭР − и одноконтурные корпусные реакторы с кипящим теплоносителем − типа BWR, ВК. К одноконтурным кипящим реакторам с легководным теплоносителем относятся и наши реакторы РБМК и ЭГП-6.

Сегодня PWR и BWR – два самых многочисленных семейства действующих энергетических реакторов. Количественно преобладают реакторы типа PWR – 210 против 92 BWR. Причины первоначального успеха PWR, по сравнению с BWR, состояли в том, что у кипящих реакторов был выявлен ряд проблем, заставлявших сомневаться в их надежности, а именно:

  • коррозия циркониевых оболочек в кипящем режиме и связанная с этим более высокая, чем в PWR, повреждаемость твэлов и большее радиационное воздействие на окружающую среду;

  • проблемы с устойчивостью поля энерговыделения из-за сильной обратной связи по плотности воды, что потребовало более сложной, чем в PWR, системы внутриреакторного контроля и профилирования энерговыделения;

  • большие размеры корпуса, например, корпус ABWR мощностью 1400 МВт(э) имеет диаметр 7,1 и высоту 21 м;

  • нижнее расположение ОР СУЗ, что делает невозможным пассивное срабатывание аварийной защиты под действием собственной тяжести, и что потребовало разработки специальных гидравлических приводов.

За прошедшие полвека эти проблемы были успешно решены. И надежный твэл, и радиационное воздействие, и выравнивание поля энерговыделения, и устойчивость, и корпус – все это сегодня отработанная промышленная технология.

Вот данные о результатах эксплуатации кипящих реакторов, взятые из журнала Nuclear Engineering International за ноябрь и декабрь 2006 г. Средний коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) по 35 американским BWR за последние 12 месяцев (данные на 01.07.2006 г.) составил 89.1%, по шведским BWR (7 реакторов) – 91.7%. Японские ABWR (Кашивазаки Карива-7,8) отработали по 10 лет со средним КИУМ 79.4%. Последние 12 месяцев блок Кашивазаки Карива-7 отработал с КИУМ 102.3%. Кроме этого блока, еще 6 кипящих реакторов в мире отработали последние 12 месяцев с КИУМ 100% и даже немного выше (за счет форсирования мощности). Таков реальный современный уровень надежности и работоспособности этих реакторов. Для сравнения, КИУМ РБМК за те же 12 месяцев − 72%, ВВЭР − 75.3%.

Средняя коллективная доза на один реактор типа PWR за 1 год в мире составляет 0.8 чел-Зв, на один BWR − 1.5 чел-Зв, на шведских BWR средняя коллективная доза - 0.6 чел-Зв (данные за 2004 г.). Для сравнения, на российских ВВЭР средняя коллективная доза на один блок составляет 1.0 чел-Зв, на РБМК - 3.5 чел-Зв. Средняя годовая коллективная доза от рентгенологических обследований в развитых странах оценивается величиной 1000 чел-Зв на 1 млн. жителей.

Сегодня, когда главные трудности преодолены, на передний план вышли фундаментальные преимущества кипящих реакторов:

- отсутствие второго контура с его трубопроводами, насосами, арматурой, предохранительными клапанами, приборами контроля и т.п.

- отсутствие такого сложного, дорогого и металлоемкого оборудования, как парогенераторы, компенсатор давления, борная система регулирования; соответственно, нет нужды в помещениях, требуемых для размещения этого оборудования (сокращается объем строительных работ), отпадает необходимость в его обслуживании, контроле и ремонте, что положительно сказывается и на надежности, и на экономике энергоблока;

- вдвое меньшее, по сравнению с PWR, давление в корпусе реактора способствует повышению безопасности реакторной установки;

- при меньшем давлении в корпусе реактора обеспечивается лучшее качество пара, идущего на турбину, а, следовательно, и более высокий КПД энергоблока.

Все эти преимущества объективно выдвигают вперед кипящие реакторы в конкурентной борьбе с реакторами типа PWR. Особенно наглядно это видно на примере Японии, обладающей третьей по масштабам атомной энергетикой в мире (54 энергетических реактора). Пример Японии показателен тем, что, во-первых, в отличие от США строительство энергоблоков в этой стране не прерывалось, во-вторых, в отличие от Франции, Япония располагает примерно равным количеством реакторов типа PWR и BWR и, наконец, в третьих, уровень развития обоих направлений одинаково высок – в Японии спроектированы (совместно с США) и построены усовершенствованные (Advanced) реакторы третьего поколения APWR мощностью 1500 МВт(э) и ABWR мощностью 1400 МВт(э). Эта страна имеет реальную возможность выбирать между двумя типами легководных реакторов.

Так вот, из девяти реакторов, введенных в эксплуатацию в Японии с 1996 г, шесть реакторов - кипящие (2 BWR и 4 ABWR) и только 3 реактора с водой под давлением. Комиссия по атомной энергетике в период с 2007 по 2011 г. планирует начать строительство еще 11 реакторов общей мощностью 13 407 МВт(э), из которых 10(!) будут усовершенствованными легководными реакторами с кипящим теплоносителем типа ABWR.

В США планируется начать строительство двух реакторов ABWR на площадке в Беллафонте, штат Алабама, и кипящего реактора с естественной циркуляцией теплоносителя мощностью 1500 МВт(э) на площадке Брюно, Айдахо. Уже второй блок с реактором ABWR достраивается на Тайване.

Тенденция отчетливо обозначилась − в легководной технологии кипящие одноконтурные реакторы выходят сегодня на лидирующие позиции. Это связано не только с перечисленными выше преимуществами этого типа реакторов, но и еще с одним очень важным обстоятельством - оказалось, что у кипящих легководных реакторов существенно больший, чем у PWR, потенциал развития, который заключается в следующем.

1) Естественная циркуляция теплоносителя. Именно в кипящем режиме эффективнее всего реализуется естественная циркуляция теплоносителя. Уже сегодня разработаны и лицензированы проекты упрощенных кипящих реакторов (SBWR – Simplified Boiling Water Reactor) мощностью 600 МВт(э). В настоящее время в США спроектирован и проходит лицензирование экономичный упрощенный кипящий легководный реактор ESBWR (Economic Simplified BWR) c естественной циркуляцией теплоносителя мощностью 1500 МВт(э). Естественная циркуляция сообщает этому реактору уникальные свойства безопасности - вероятность тяжелой аварии с плавлением активной зоны для такого реактора оценивается величиной 3∙10-8 реактор/год, что значительно ниже, чем для реакторов EPR и AP1000.

2) Быстрый нейтронный спектр.Главный недостаток легководных реакторов, как и других реакторов на тепловых нейтронах, − это низкая эффективность использования топлива. Тепловые реакторы способны использовать всего около 0.5% энергетического потенциала урана. При широкомасштабном развитии атомной энергетики и такой эффективности использования урана можно очень быстро столкнуться с его дефицитом. Выход из этой ситуации один – создание реакторов на быстрых нейтронах. Оказывается, что технология кипящих легководных реакторов позволяет достичь условий, необходимых для получения быстрого спектра. Расчеты показывают, что если перейти от стандартной квадратной решетки твэлов реакторов BWR к тесной треугольной решетке (расстояние между твэлами ~1-1.3 мм) и ввести воспроизводящие бланкеты, то коэффициент воспроизводства в таком легководном кипящем реакторе превысит 1. Концепция уплощенной активной зоны, аналогичной БН, обеспечивает отрицательный пустотный эффект реактивности.

В настоящее время активные работы по проекту такого реактора с уменьшенным замедлением (Reduced-moderation water reactors − RMWR) ведутся в Японии. Намечено строительство прототипной установки мощностью 300 МВт(э). Расчеты, выполненные в ГНЦ РФ-ФЭИ, подтверждают возможность получения коэффициента воспроизводства больше 1 в таком реакторе. Это резко снижает расход природного урана по сравнению с действующими легководными реакторами и надолго отодвигает проблему его дефицита. Разумеется, на водоохлаждаемом быстром реакторе нельзя осуществить расширенное воспроизводство вторичного ядерного горючего, но ведь и быстрые реакторы с жидкометаллическим охлаждением БН-1800 или БРЕСТ с их коэффициентом воспроизводства ~1.1-1.2 отнюдь не являются размножителями, это тоже всего лишь режим самообеспечения.

В 80-е годы прошлого века активно рассматривалась концепция PWR с тесной решеткой твэлов. Оказалось, однако, что получить коэффициент воспроизводства больше 0.8-0.85 с водой под давлением нельзя. Это, конечно, лучше, чем 0.6 в стандартном PWR, но принципиально проблемы топливообеспечения не решает.

В те же годы активно прорабатывалась концепция быстрого реактора с паровым охлаждением. Это уже ближе к кипящему быстрому реактору, предлагаемому японцами. Но есть и принципиальная разница – схема охлаждения. У кипящего быстрого реактора это классическая схема BWR, когда на вход активной зоны подается вода (которая закипает в нижнем торцевом воспроизводящем бланкете). Работоспособность этой схемы подтверждена тысячами реакторо-лет успешной эксплуатации кипящих реакторов. В быстром пароводяном реакторе, в отличие от BWR, внутри корпуса осуществляется рециркуляция пара, а не воды. Питательная вода подается из подогревателя высокого давления на вход в струйные компрессоры пара, которые засасывают часть перегретого пара с выхода активной зоны и образуют пароводяную смесь с массовым паросодержанием 35% при давлении ~16 МПа. Такая схема охлаждения реактора еще никогда и нигде не применялась и ее работоспособность требует подтверждения. Именно схема охлаждения, как уже говорилось, делает одну реакторную концепцию реализуемой и работоспособной, а другую нет.

Переход к простой одноконтурной схеме охлаждения и использование отработанной технологии легководного кипящего теплоносителя позволит значительно уменьшить стоимость быстрого реактора, сделает его конкурентоспособным в современной энергетике и в энергетике ближайших десятилетий.

Следует подчеркнуть, что вариант кипящего быстрого реактора в отличие, например, от реактора со сверхкритическим давлением теплоносителя, не требует многолетней и дорогостоящей разработки новых материалов, корпусов, основного оборудования, обоснования их работоспособности и т.п. Концепция кипящего быстрого реактора вытекает из всего предыдущего развития кипящих реакторов и не выходит далеко за рамки освоенных технологий, материалов, режимов эксплуатации, диапазонов изменения параметров, а вместе с тем достигает главного – решения проблемы топливообеспечения.

Россия также обладает значительным опытом в разработке и эксплуатации кипящих одноконтурных реакторов (РБМК), в том числе и с естественной циркуляцией теплоносителя (ЭГП-6). Вот уже 40 лет успешно эксплуатируется корпусной кипящий реактор ВК-50, в НИКИЭТ разработан проект корпусного кипящего реактора с естественной циркуляцией – ВК-300.

Основа современной атомной энергетики и АЭС ближайших десятилетий - это реакторы большой мощности с легководным теплоносителем. Основная тенденция в развитии легководного направления – превалирование одноконтурных корпусных кипящих реакторов над двухконтурными реакторами под давлением. Главные направления развития кипящих реакторов – переход на естественную циркуляцию теплоносителя и создание реактора с коэффициентом воспроизводства, близким к 1.

Говоря о конкуренции двух концепций − PWR и BWR, нельзя не отметить и общую тенденцию в их развитие – решение проблемы отработанного ядерного топлива (ОЯТ), замыкание топливного цикла, использование в действующих реакторах вторичного ядерного горючего – плутония. Больше всех на этом пути преуспела Франция, для которой замкнутый топливный цикл и загрузка МОХ-топлива в реакторы PWR − это уже рутинная промышленная технология. МОХ-топливо загружается в легководные реакторы в Бельгии, Германии, Японии. В США спроектирован реактор типа PWR (SYSTEM-80+) со 100%-й загрузкой МОХ-топливом. В Японии сооружается кипящий реактор ABWR, который также допускает 100%-ю загрузку МОХ-топлива. Одним из основных требований, предъявляемых к легководным реакторам нового поколения, сформулированным в EUR (European Utility Requirements), является возможность использования в этих реакторах МОХ-топлива, доля которого в загрузке должна достигать 50%. Новейший европейский реактор EPR этому требованию соответствует. Ясно, что при создании АЭС-2006 такая возможность должна быть предусмотрена, если мы действительно хотим получить современный конкурентоспособный реактор.

Замыкание топливного цикла, использование наработанного плутония и решение проблемы ОЯТ – необходимые условия существования полноценной атомной энергетики. Решение этой задачи должно стать приоритетной целью НТП. Только замыкание топливного цикла и превращение изотопов плутония из опасных радиотоксичных отходов в нормальное реакторное топливо создаст предпосылки и стимулы для широкомасштабного внедрения быстрых реакторов и сделает атомную энергетику привлекательной в глазах общественности.

Политика «снимания сливок» − быстрого строительства десятков энергоблоков, работающих на дешевом уране, с перекладыванием проблемы ОЯТ на плечи будущих поколений, так же безответственна, как и ускоренное выкачивание и распродажа нефти и газа так, как будто нам самим это уже никогда не понадобится. Нефть, газ, уран − это и есть наш Стабилизационный Фонд, а не доллары, которые в любой момент могут растаять и обесцениться.

С учетом сказанного, можно составить следующую схему перехода на Новую технологическую платформу, выделив на этом пути два этапа.

Первый этап создания НТП:

  1. Создание на базе отработанной технологии ВВЭР энергоблоков АЭС-2006 с гибким топливным циклом, включая загрузку МОХ-топливом (до 50%).

  2. Решение проблемы ОЯТ и замыкание топливного цикла, как необходимые условия существования масштабной и долговременной атомной энергетики.

  3. Разработка кипящего корпусного реактора большой мощности с естественной циркуляцией теплоносителя.

  4. Разработка кипящего корпусного реактора с коэффициентом воспроизводства, близким к 1.

Решение этих задач позволит атомной энергетике России достичь нового качества и по безопасности, и по экономичности, и по ресурсосбережению, и по экологии. Это задачи, в основном, инженерного класса, т.е. те, которые базируются на достигнутом технологическом уровне – на имеющихся конструкционных материалах, освоенных технологиях топлива и теплоносителя, и не выходят за пределы обоснованных многолетней эксплуатацией диапазонов температур, давлений, выгораний, флюенсов.

Второй этап создания НТП. Следующий этап в создании НТП атомной энергетики - это достижение выходной температуры теплоносителя ~1000ºC. Освоение этого температурного уровня даст прямой выход к глобальной атомно-водородной энергетике, что стало бы новым скачком в развитии всей цивилизации.

Здесь также имеется существенный задел, созданный в 70-80 годы прошлого века, когда в Германии и США уже эксплуатировались экспериментальные и прототипные высокотемпературные газо-графитовые реакторы с гелиевым охлаждением. В СССР также велись активные работы в этом направлении и, в частности, разработана технология изготовления микротвэлов.

Сегодня интерес к высокотемпературным реакторам в мире вновь возобновился. В Японии действует экспериментальный высокотемпературный реактор HTR мощностью 10 МВт с температурой гелия на выходе 900ºС, на котором отрабатываются две альтернативные технологии производства водорода. Там же разрабатываются проекты с призматической (GTHR-300) и насыпной (FAPIG-HTR) активной зоной. О своем намерении построить высокотемпературный реактор с гелиевым охлаждением с насыпной активной зной заявили ЮАР (PMBR) и Китай (GTR-PM). Россия и США разрабатывают совместный проект высокотемпературного модульного реактора ГТ-МГР с призматической активной зоной мощностью 287 МВт(э). В результате осуществления этих проектов будут отработаны важнейшие элементы высокотемпературной технологии – корпус реактора, газодувки, газоходы, газовые турбины, теплообменники, системы безопасности и т.д. На этих реакторах должна быть отработана и технология промышленного производства водорода.

Вместе с тем, подобные реакторы не могут стать последним шагом в развитии ядерной энергетики. Все перечисленные проекты - это реакторы на тепловых нейтронах, с их крайне низкой эффективностью топливоиспользования. Например, расход урана на единицу тепловой энергии в реакторе ГТ-МГР выше, чем даже в реакторе ВВЭР-1000. Еще один недостаток тепловых реакторов – непрерывное накопление радиотоксичных изотопов, прежде всего, младших актинидов с периодом полураспада в сотни и тысячи лет.

Реакторы на быстрых нейтронах лишены этих недостатков. Быстрые реакторы способны использовать до 60% энергетического потенциала природного урана, а, кроме того, они характеризуются минимальным радиационным воздействием на окружающую среду. Наиболее опасные долгоживущие радиоизотопы уничтожаются в топливном цикле быстрых реакторов. Поэтому, если речь идет о широкомасштабной экологически чистой ядерно-водородной энергетике, на столетия обеспеченной топливными ресурсами, то в этом случае в качестве ядерного энергоисточника должен выступать реактор на быстрых нейтронах.

В отличие от высокотемпературных тепловых реакторов, находящихся на стадии технической реализации, создание высокотемпературного быстрого реактора (БР) – это сегодня актуальная научная задача. Не случайно работы по этому направлению включены в программу международных исследований по реакторам четвертого поколения (GENERATION-IV). Активнее всего работы в этом направлении сегодня ведутся во Франции. Современный этап в развитии высокотемпературных БР - это концептуальные исследования, поиск принципиальных решений и подходов к конструкции активной зоны, системам безопасности, создание материалов с необходимой термической и радиационной стойкостью. На основе этих работ должны быть сформулированы технические условия для проектирования активной зоны, ее составляющих и других элементов реакторной установки, намечена программа экспериментального обоснования нейтронно- и теплофизических характеристик, материаловедческих испытаний и т.п.

Итак, второй этап формирования НТП - это создание высокотемпературных реакторов с гелиевым охлаждением сначала на тепловых, а затем и на быстрых нейтронах, с последующим переходом к атомно-водородной энергетике.

Твэл – ключевое звено реакторной концепции. Основа любой реакторной концепции − тепловыделяющй элемент (твэл), содержащий ядерное топливо, оболочка которого является главным барьером безопасности. До тех пор, пока оболочка твэла сохраняет герметичность, реактор находится в безопасном состоянии.

В большинстве действующих сегодня реакторов оболочки твэлов и другие элементы конструкции активной зоны изготавливаются из сплавов циркония или стали. Для высокотемпературного реактора ни сплавы циркония, ни стали не пригодны. При температурах выше 600-700С они теряют свою работоспособность. Многочисленные исследования показывают, что создание металлической оболочки для твэлов высокотемпературных реакторов с температурой теплоносителя ~1000С сталкивается с большими трудностями. Тугоплавкие металлы, такие как тантал или вольфрам, слишком дороги и непригодны для изготовления оболочек твэлов из-за большого поглощения нейтронов. Перспективным решением этой проблемы представляется использование в качестве основного конструкционного материала активной зоны, в том числе и для изготовления оболочек твэлов, жаропрочной керамики.

В качестве материала этой керамики можно рассматривать, например, карбиды кремния или циркония, нитрид бора, обладающие высокой (2500-3000ºС) температурой плавления и высокой радиационной стойкостью. Весьма заманчиво было бы использовать жаропрочные оксиды, потому что в этом случае для аварийного расхолаживания (а это одна из самых больших проблем высокотемпературного БР) можно было бы использовать воздух, а не гелий или азот.

К оболочкам твэлов и тепловыделяющим сборкам высокотемпературного БР предъявляются весьма жесткие требования. Они должны сохранять работоспособность в условиях высоких температур (до 1500-2000ºС), высокого внешнего и внутреннего давления (~10-15 МПа), сильного радиационного воздействия (флюенс быстрых нейтронов до ~3∙1022 н/см2), в режимах термоциклирования, вибрационного и эрозионного воздействия. Оболочки твэлов должны обладать низкой газовой проницаемостью, химической стойкостью по отношению к осколкам деления, совместимостью с топливной композицией (оксиды, карбиды или нитриды изотопов урана и плутония) и гелием.

Проблема состоит в том, что, при всех перечисленных выше условиях, доля керамических материалов в активной зоне БР и, соответственно, их вклад в замедление нейтронов, в отличие от тепловых реакторов, должны быть малыми и не приводить к значительному смягчению нейтронного спектра. Поэтому оболочка твэла БР должна быть достаточно тонкой (~1-1,5 мм). Расчеты показывают, что для достижения коэффициента воспроизводства активной зоны КВА ≈ 1, объемная доля оксидного топлива в активной зоне с керамическим твэлами и ТВС должна составлять ~50%. Для карбидного топлива эта величина может быть снижена примерно до 30%.

Наиболее существенными недостатками керамики, как материала оболочки твэла, являются ее хрупкость, снижение прочности при термоциклировании, низкая теплопроводность. Важно учитывать также изменение свойств керамики под облучением быстрыми нейтронами.

Типичные размеры тепловыделящих элементов энергетических реакторов: 0,7-1,5 см в диаметре, 200-400 см по длине. Изготовить, проконтролировать качество и обеспечить работоспособность керамической оболочки такой длины, заполненной тяжелым топливным материалом, представляется крайне сложным, если не сказать невозможным. Внешние механические воздействия при перегрузке топлива, термические напряжения (перепад температур по высоте активной зоны составляет сотни градусов) легко разрушат такой твэл.

Твэл с керамической оболочкой должен быть коротким! Именно, исходя из этого положения, в ГНЦ РФ-ФЭИ была предложена новая конструкция тепловыделяющей сборки (патент на изобретение №2179752). В отличие от традиционных ТВС, в которых тепловыделяющие элементы располагаются вдоль направления течения теплоносителя, в предложенной сборке твэлы расположены поперек потока теплоносителя. Это позволяет уменьшить длину твэлов до 20-30 см. Изготовление качественных керамических оболочек такого размера представляется уже гораздо более реальной задачей.

При поперечном расположении каждый твэл по всей своей длине находится в одинаковых температурных и радиационных условиях, что исключает появления термических напряжений и напряжений, связанных с неравномерностью накопления радиационных дефектов. Отметим также, что высокая температура теплоносителя (~1000ºC) будет способствовать отжигу радиационных дефектов, т.е. повышению радиационной стойкости керамических конструкций.

Еще одной проблемой, возникающей при создании оболочек твэл, является обеспечение их работоспособности в аварийных ситуациях, особенно в авариях с быстрой потерей теплоносителя. В таких случаях, рассматриваемых обычно как максимальные проектные аварии, еще до ввода в действие систем аварийного охлаждения наблюдается быстрый рост температуры твэлов на несколько сот градусов. В результате этого резко повышается давление газовой смеси внутри твэла. В твэлах с металлической оболочкой при температуре ~700ºC и перепаде давления 2МПа происходит вздутие оболочки, перекрытие проходного сечения ТВС, что затрудняет аварийное охлаждение активной зоны и, в конце концов, приводит к разрушению твэлов, попаданию в 1 контур большого количества радиоактивных продуктов деления.

Как уже было сказано, керамические материалы обладают высокой термической стойкостью и вполне способны перенести кратковременное повышение температуры до 2000ºС и даже больше. Для решения проблемы внутреннего давления нами предложено следующее техническое решение (патент на изобретение №2179751). Тепловыделящие элементы снабжаются плавкими предохранительными клапанами, размещенными в торцевых заглушках, которые, в случае аварии с потерей теплоносителя, при достижении критической температуры расплавятся и выпустят из оболочки излишний газ (смесь криптона, ксенона и гелия), что приведет к выравниванию внутреннего и внешнего давления и предотвратит разрушение оболочек.

Описанные выше новые технические решения (малые размеры твэлов, снижение термических напряжений и предотвращение больших скачков внутреннего давления в твэле) создают условия, при которых изготовление и надежная работа оболочек твэлов и тепловыделяющих сборок из керамического материала становятся реальными.

Еще одна важная предпосылка успешной работы в данном направлении это улучшение свойств самой керамики – повышение ее пластичности, теплопроводности, прочности и радиационной стойкости. Сегодня на этом пути наметился значительный прогресс. В ГНЦ РФ-ФЭИ выполнен цикл работ по модификации свойств керамики с помощью ультрадисперсных добавок, позволяющих в несколько раз улучшить теплопроводность керамического материала (шпинели), повысить прочность и пластичность керамики. Экспериментально показана высокая радиационная стойкость керамики на основе диоксида циркония. Разумеется, есть заделы и в других организациях, например, опыт создания высокотемпературных твэлов для ядерных ракетных двигателей. Большие перспективы открывает применение нанотехнологий производства высокопрочных и термостойких углеродных волокон и пленок, которые также могли бы найти применение при изготовлении оболочек твэлов.

Именно с разработки и обоснования работоспособности короткого керамического твэла с большой загрузкой тяжелых атомов могут начаться работы по созданию высокотемпературного БР. Этот сугубо научная задача, она не требует больших материальных вложений, но результат – надежный твэл с керамической оболочкой, может дать толчок к развитию качественно новых реакторных концепций и технологий.

Естественное начало перехода российской атомной энергетики на НТП это реализация всего имеющегося опыта в рамках проекта АЭС-2006, включая возможность использования МОХ-топлива в реакторах ВВЭР нового поколения. Необходимое условие существования масштабной атомной энергетики − замыкание топливного цикла и решение проблемы ОЯТ действующих реакторов. Дальнейшее развитие НТП включает в себя разработку кипящих корпусных реакторов большой мощности с естественной циркуляцией теплоносителя, а затем легководных кипящих реакторов с коэффициентом воспроизводства близким к 1.

Качественно новый этап формирования НТП связан с освоением температурного уровня ~1000ºC, с развитием газоохлаждаемых высокотемпературных реакторов сначала на тепловых, а затем и на быстрых нейтронах и с переходом к атомно-водородной энергетике. Ясно, что создание высокотемпературного БР является весьма отдаленной перспективой. Сегодня это чисто научная задача, от решения которой, однако, во многом зависит прогресс всего человечества, его энергетическая безопасность. Но именно такими задачами и должна заниматься настоящая наука.

Концепция тепловыделяющей сборки с короткими твэлами, защищенными от перепадов давления, открывает возможность создания термостойкой активной керамической зоны с относительно малой долей керамического материала и большой загрузкой топлива, что как раз и требуется для высокотемпературного газоохлаждаемого реактора на быстрых нейтронах. Короткий керамический твэл – первый шаг на пути к высокотемпературному БР.

Описанный маршрут логично вытекает из всей предшествующей полувековой истории атомной энергетики, из реальных потребностей сегодняшнего дня и ближайшего будущего. Новая технологическая платформа России должна создаваться эволюционным путем в русле развития мировой атомной энергетики. Если же время и средства вновь будут потрачены на погоню за очередным невиданным в мире чудо-реактором с «природной», «естественной» или даже «божественной» безопасностью и столь же неслыханной экономичностью, то в недалеком будущем это может закончиться для нас строительством современных АЭС по иностранным лицензиям.

Технопарк первого наукограда России для проекта «АЭС-2006»

Проект Технопарка в г. Обнинске реализуется на основании государственной программы "Создание в Российской Федерации технопарков в сфере высоких технологий", одобренной Распоряжением Правительства РФ от 10 марта 2006 года №328-р. Научно-производственное предприятие «Радиационный контроль. Приборы и методы» приступило к реализации инвестиционного проекта, предусматривающего создание современного производства комплекса программных и технических средств радиационного контроля «РАДСИС». Максимальная проектная мощность производства должна обеспечивать ежегодный выпуск трех комплектов автоматизированных систем радиационного контроля для серийных энергоблоков ВВЭР-1000. Кроме производства предполагается осуществлять полный спектр сервисных услуг на всех стадиях реализации проектов СРК – разработка технического проекта, монтажные и пуско-наладочные работы, сервисное гарантийное и послегарантийное обслуживание.

В соответствии с лицензионным соглашением, подписанным с одним из мировых лидеров ядерного приборостроения – компанией MGP Instruments (Франция), производство основывается на комплектующих и технологических картах, применяемых при производстве системы радиационного контроля «RAMSYS», которая используется на более 200 объектах атомной энергетики на всех континентах.

Несомненными достоинствами комплекса «РАДСИС» являются:

  • Оптимизация объема радиационного технологического контроля и радиационного контроля помещений на основе применения широкодиапазонных устройств детектирования в составе измерительных каналов АСРК, что обеспечивает снижение стоимости изготовления и поставки на 10-15%.

  • Сокращение сроков монтажа и ввода в эксплуатацию системы (ПНР) за счет модульности применяемых технических средств и высокой степени подготовки измерительного канала в ходе производства. Сокращение сроков монтажа основного оборудования не менее чем в два раза.

  • Сокращение эксплуатационных издержек, включая прямые затраты (комплектация и поддержание неснижаемого ЗИП и расходных материалов) и затраты на оплату труда персонала, занятого обеспечением эксплуатации СРК - не менее чем на 25% - за счет унификации и высокой надежности применяемых технических и программных средств.

  • Обеспечение конкурентоспособности на зарубежных рынках за счет полного соответствия выпускаемой продукции стандартам ЕС и рекомендациям МАГАТЭ.

Научно-производственным предприятием «Радиационный контроль. Приборы и методы» с 1998 года реализован целый ряд значимых проектов в области обеспечения радиационного контроля на объектах атомной энергетики. Среди них – отраслевая автоматизированная система индивидуального дозиметрического контроля (ОАСИДК) концерна «Росэнергоатом», программно-технический комплекс верхнего уровня системы радиационного контроля 3-го энергоблока Калининской АЭС, программно-технический комплекс верхнего уровня системы радиационного контроля атомного ледокола имени 50-летия Победы и др.

Моделирование процессов дефектообразования в структурах «Кремний на сапфире» при радиационных воздействиях

Скупов А.В., Оболенский С.В., ФГУП «ФНПЦ НИИ измерительных систем им. Ю.Е.Седакова»

Изготовление микросхем на основе структур «кремний на диэлектрике» считается одним из перспективных направлений развития микроэлектроники [1-3]. В настоящее время в России промышленно освоен и коммерчески доступен вариант этой технологии с использованием гетероэпитаксиальных слоев кремния на сапфировых подложках (КНС). Однако, сопряжение различных по кристаллической структуре и физическим свойствам материалов (кремния и сапфира) обуславливает ряд особенностей, отличающих КНС подложки от подложек из объемного кремния [3, 4]:

- наличие переходного слоя переменного атомного состава и аморфного строения у границы раздела кремний-сапфир;

- сильное автолегирование приборного слоя кремния алюминием и кислородом, диффундирующими из подложки;

- высокая плотность структурных ростовых дефектов в эпитаксиальном слое кремния;

- упруго-напряженное состояние приборного слоя;

- заряд на границе раздела «кремний-сапфир» и другие.

В результате многочисленных исследований установлено, что вышеперечисленные особенности влияют на протекание процессов сопровождающих технологические обработки при формировании микросхем, и на их функционирование, как в нормальных условиях, так и при воздействии внешних дестабилизирующих факторов, в частности радиационном. Цель нашей работы – исследование и оценка степени влияния особенностей строения КНС-структур на протекание процессов, происходящих в них при ионной имплантации. Полученные результаты имеют практическую значимость и при анализе реакции изготовленных по технологии КМОП-КНС микросхем, на воздействие других видов корпускулярного излучения. Основной метод исследования – это компьютерное моделирование. Ниже приведены основные результаты, полученные к настоящему времени.

Предложена модель расчетов на основе метода Монте-Карло параметров профилей пространственного распределения атомов имплантируемой примеси и радиационных дефектов в структурах КНС, учитывающая неоднородность строения гетерокомпозиции [5]. В отличие от «традиционных» моделей в рассмотрение введены дополнительные слои, моделирующие переходные области вблизи границ раздела сопрягающихся материалов. Плотность и химический состав материала этих областей структуры отличаются от характерных для объемных кремния, диоксида кремния, сапфира. Для оценки плотности соответствующих областей гетероструктуры использовались данные эллипсометрических измерений показателя преломления переходных слоев SiO2-Si и Si-Al2O3 и эпитаксиальной пленки кремния на сапфировой подложке. Также учтено уменьшение толщины эпитаксиальной пленки кремния при выращивании на ней слоя диоксида кремния.

Проведены расчеты профилей пространственного распределения атомов бора и фосфора, внедряемых с энергиями 30, 60 и 100 кэВ, а также фосфора с энергией 180 кэВ. Установлено, что для легких ионов (бор) с энергией 60 кэВ при расчетах среднего проецированного пробега по предложенной модели наблюдаемое приращение значений этого параметра составляет 18% по сравнению со значениями, полученными по «традиционной» модели, где вышеперечисленные особенности гетерокомпозиции не учтены. При больших и меньших значениях энергии (30 и 100 кэВ) увеличение составляет 16% и 11% соответственно. Максимальное приращение латеральных пробегов составляет 20% для ионов бора, внедряемых с энергией 30 кэВ, и уменьшается с ростом энергии имплантации (до 10% при 100 кэВ). Приращение значений дисперсии проецированных и латеральных пробегов при переходе от модели к модели составляет более 20%. Отличие значений концентрации внедренной примеси и точечных радиационных дефектов на одном и том же расстоянии от облучаемой поверхности для двух моделей может превышать 100%. Для ионов средних масс (фосфора), в основном, характерны те же закономерности, но эффекты, связанные с наличием переходных слоев, проявляются при больших энергиях имплантации. Так максимальное отличие средних проецированных пробегов, равное 17,8%, наблюдается при энергии 180 кэВ. Но отличие значений латеральных пробегов увеличивается с ростом энергии внедрения ионов фосфора от 8% при 30 кэВ до 21% при 100 кэВ. Таким образом, показано, что особенности строения гетерокомпозиций оказывают существенное влияние на положение максимумов концентрации атомов имплантированных примесей и радиационных дефектов, и должны учитываться при задании режимов ионной имплантации в технологии изготовления интегральных схем на основе гетероструктур КНС.

На следующем этапе работы методом компьютерного моделирования исследовано влияние дефектов кристаллической структуры эпитаксиального слоя кремния на сапфировой подложке на параметры профилей пространственного распределения атомов легирующих примесей и радиационных дефектов, вводимых ионной имплантацией [6]. Для проведения расчетов разработана программа на основе модифицированного с учетом предложенной модели дислокационной структуры «мишени» «TRIM»-алгоритма. Дислокации и более сложные структурные дефекты представляются локальными областями, внутри которых изменяются энергия дефектообразования и длина свободного пробега ускоренных частиц. Области дефектов распределены по объему приборного слоя в соответствии с полученным аппроксимацией экспериментальных данных профилем распределения плотности структурных дефектов, типичным для кремния на сапфире.

Для ионов бора и фосфора с энергиями 30, 60 и 100 кэВ рассчитаны профили пространственного распределения атомов внедряемой примеси и радиационных дефектов в гетерокомпозиции КНС с учетом дислокационной структуры по предложенной модели. Сравнительный анализ полученных данных с результатами расчета без учета дислокационной структуры показал следующее:

  1. профиль распределения атомов внедренной примеси для обоих типов внедряемых ионов во всем интервале рассматривавшихся энергий изменяется незначительно. Изменение среднего проецированного и латерального пробегов ионов, а также их дисперсии, составляет менее 5%.

  2. профиль пространственного распределения радиационных дефектов на примере вакансий кремния не изменяется по форме, но концентрация вакансий на одном и том же расстоянии от облучаемой поверхности для двух моделей может отличаться в несколько раз для обоих типов ионов.

Таким образом, показано, что исходная (до облучения) дефектная структура гетерокомпозиций оказывают существенное влияние на концентрацию радиационных дефектов, вводимых при ионной имплантации, и должны учитываться при прогнозировании результатов ионно-лучевой модификации свойств подложек в технологии изготовления интегральных схем на КНС.

В настоящее время проводится разработка моделей и программных средств для анализа комплексообразования и диффузионного перераспределения примесей и дефектов при постимплантационном отжиге.

Результаты проведенных в работе теоретических исследований, могут быть использованы для интерпретации экспериментальных данных об атомном и дефектном составах приборных слоев как исходных, так и легированных структур «кремний на сапфире».

МАТЕРИАЛЫ

Нанопористые материалы

Трусов Л.И., ассоциация «АСПЕКТ»

Ученые нередко стремятся работать над теми проблемами, которые, по их мнению, окажут наибольшее воздействие на научно-технический прогресс. Как правило, такая активность приводит к довольно строгой корреляции между количеством публикаций и активностью в соответствующей области экономики. Анализ показал, что в прошлом резкий рост публикаций в области исследования, например конструкционных и полупроводниковых материалов, коррелировал с резким ростом финансовой и промышленной активности в соответствующих областях.

Так, например, удвоение количества публикаций в области исследования полупроводниковых материалов коррелировало с увеличением общемирового роста экономики полупроводниковой промышленности с 88,7 миллиарда до почти 160 миллиардов долларов. Сопоставление динамики роста публикаций в области исследования конструкционных и полупроводниковых и наноматериалов показывает, что активность в области исследований наноматериалов превзошла активность в области исследования конструкционных материалов в середине 1990-х. В 2002 году количество публикаций по наноматериалам сравнялось с количеством публикаций по полупроводниковым материалам, а уже в 2004 году активность в области наноматериалов уже вдвое опережала показатели в области полупроводниковых материалов. Обращает на себя внимание, что общее количество публикаций в области нанопроцессоров, наносенсоров, новых лекарственных препаратов и других приоритетных направлений нанотехнологий в 2004 году составило менее половины от общего числа публикаций по наноматериалам. Большая часть публикаций в 2004 году отражает исследования в области нанопористых материалов. Это связано, прежде всего, с тем, что основные области применения нанопористых материалов связаны с такими бурно развивающимися отраслями, как водородная и углеводородная энергетика, новые технологии переработки минерального и органического сырья, появлением принципиально новых подходов к стерилизации продуктов фармакологии, пищевой промышленности и биотехнологии.

Приведем лишь несколько примеров практического использования нанопористых материалов. Ассоциация «АСПЕКТ» создала пилотное производство металлокерамических наномембран TrumemÒ, включающее уникальный технологический комплекс «АСПЕКТ» для нанесения керамических слоев на пористую металлическую подложку. Основная идея создания комплекса состоит в последовательном нанесении на подложку различных слоев, отличающихся толщиной, размерами пор и объемной пористостью. Каждый из слоев может быть изготовлен из различных металлических или диэлектрических материалов. Достижением является создание градиентной пористости в любом из наносимых слоев.

Роботизированные узлы комплекса обеспечивают программируемую сдвиговую деформацию на поверхности формируемых слоев, что позволяет управлять параметрами их пористой структуры. Слои наносятся на непрерывно движущуюся ленту, причем каждый элемент подвергается воздействию нагрева, нанесения нанодисперсий и сдвиговой деформации по заданной программе. Выбор материалов слоев, размещение каталитических кластеров, соотношение толщин слоев и характеристик их пористой структуры позволяет получать металлокерамические структуры для создания мембранно-каталитических реакторов и широкого спектра мембранно-фильтрационных устройств.

Мембранные установки, разработанные в Ассоциации «АСПЕКТ» на базе мембран TrumemÒ, позволили создать универсальное оборудование, которое можно использовать практически для любых видов сырья. Под конкретную проблему в установке заменяются только мембраны с соответствующим размером пор, структурой и композицией слоев. Высокая степень очистки жидкости (ультрафильтрация) и производительность оборудования всегда зависят от свойств фильтрующего материала. Многослойные металлокерамические мембраны позволили создавать высокопроизводительные, долговечные, недорогие и компактные конструкции, которые способны либо полностью заменить громоздкие сооружения, обслуживание которых требует постоянных затрат. Но самое главное преимущество состоит в том, что мембраны самоочищаемы, то есть процесс фильтрации не требует остановки для регенерации или замены фильтрующего элемента.

Одно из самых масштабных и «прорывных» применений нанопористых мембранных материалов — разработка и создание так называемых наномембранно-каталитических реакторов — устройств, совмещающих процессы химической переработки сырья и разделение продуктов реакции.

Как известно, объединение мембраны и катализатора в одном модуле открывает новые возможности повышения селективности использования сырья, а также понижения энергозатрат на стадии каталитического синтеза.

Градиентно-пористые керамические мембраны — «ансамбль наноразмерных каналов» плотностью до 1010 на 1 см2 мембраны. После нанесения катализаторов на стенки таких каналов мембрана превращается в совокупность наноразмерных реакторов.

При использовании таких реакторов в фильтрационном режиме резко снижается температура, при которой становится возможным осуществление реакции, а также изменяется селективность реакции. Такие установки позволят осуществлять окислительные превращения метана и его гомологов во взрывобезопасном и экологически благоприятном режиме.

Основные преимущества мембранно-каталитических мультиреакторных блоков:

  • минимальное число энергоемких стадий разделения;

  • повышение выхода целевого продукта за счет непрерывного отвода из зоны реакции одного или нескольких продуктов реакции;

  • возможность осуществления окислительных превращений легких углеводородов во взрывобезопасных условиях;

  • существенное понижение капитальных затрат на создание таких установок;

  • легкая взаимозаменяемость модулей и гибкие технологические схемы;

  • высокая селективность протекания процессов при умеренных температурах.

Новые гибкие технологии позволят:

  • поднять на новый уровень переработку углеводородного сырья (природный газ, нефть, попутный нефтяной газ);

  • впервые существенным образом обойти труднопреодолимые этапы масштабирования процессов;

  • существенно снизить расходы материалов и энергетические затраты.

Предложенная Ассоциацией «АСПЕКТ» и исследовательскими институтами РАН принципиально новая технология утилизации попутных нефтяных газов позволит, кроме решения серьезных экологических проблем, дополнительно удовлетворить растущий спрос на олефины (этилен, пропилен, бутилены) и ароматические углеводороды (бензол, толуол и др.) на рынке продуктов нефтехимии и попутно получать высокочистый водород, как топливо для водородной энергетики. В течение 2005–2007 годов планируется провести комплекс работ по апробации и масштабированию наномембранно-каталитических модулей, объединяющих в одной конструкции устройство превращения смеси насыщенных углеводородов в олефины или ароматические соединения и отделения этих продуктов от водорода.

Еще одно направление работ Ассоциации «АСПЕКТ» связано с созданием отечественного портативного топливного элемента. Особенность оригинальной конструкции элемента состоит в использовании металл-углерод-керамических пористых матриц в качестве носителей для создания всех элементов мембранно-электродных сборок. Например, твердоэлектролитная часть сборки представляет собой матрицу, заполненную новыми протонпроводящими полимерами. Следует подчеркнуть, что этот проект является единственным проектом из России по топливным элементам, выбранным в качестве международного проекта по программе IPHE (Международное партнерство по водородной экономике/ International Partnership for Hydrogen Economy). Ассоциация «АСПЕКТ» объединила ведущие научные центры России для участия в программе IPHE. Зарубежными партнерами в этом проекте являются такие известные центры, как Ливерморская национальная лаборатория (США), Институт Фраунхофера (Германия), Корпорация CMR (Англия) и другие. Программа включает разработку пластичной нанопористой керамики, разработку новой технологии для наноуглеродных слоев с нанокластерами катализаторов, расположенных в порах, теоретические и экспериментальные исследования размерных эффектов массопереноса и электропроводности в градиентных нанопористых структурах. В России проект реализуется по заказу Федерального Агентства по науке и инновациям.

Совокупность имеющейся обширной информации об уникальных свойствах нанопористых материалов и об их качественно новых практических приложениях позволяет выделить нанопористые материалы в отдельный класс наноматериалов.

Наноматериалы и нанотехнологии в современной нефтегазохимической индустрии

Трусов Л.И., ассоциация «АСПЕКТ»

Россия является крупнейшим игроком на мировом рынке энергоносителей. Благоприятная рыночная конъюнктура последних лет способствует внедрению системных инноваций в этой сфере — от добычи и транспортировки углеводородного сырья до переработки и создания новых материалов.

В настоящее время глубина переработки нефти на предприятиях России составляет в среднем 70%. Однако значительная доля (свыше 20%) ежегодно добываемых попутных газов не находит квалифицированной переработки и сгорает в промысловых факелах, что, по оценке экспертов, приводит к потере порядка 2 миллиардов долларов в год и связано с разрушительным воздействием на экологию. Образно говоря, потери этого сырья эквивалентны в денежном выражении затратам на ежегодное строительство 500 тысяч новых квартир, т.е. каждую минуту «сгорает» одна квартира.

Внедрение новых технологий требует согласованных усилий государства, частного бизнеса и науки. И примеры таких партнерских отношений есть. Это уже накопившийся положительный опыт поддержки разработки и освоения новых технологий через систему долевого финансирования важнейших инновационных проектов со стороны государства и компаний.

Одно из новых направлений в технологии осуществления химических превращений — мембранно-каталитические методы переработки попутных нефтяных газов в высокоценные химические продукты.

Имеющийся отечественный научно-технологический потенциал должен быть использован для создания принципиально новых, гибких (например, мембранно-каталитических) процессов, поддающихся легкому масштабированию для интенсификации переработки углеводородного сырья (в первую очередь — попутных нефтяных газов), расширения сырьевой базы для производства моторных топлив и основных продуктов промышленности тяжелого органического синтеза, повышения селективности, снижения затрат энергии на производство единицы продукции, обеспечивающих прорыв в важнейших направлениях технологий переработки нефти и природного газа.

Примером может служить создание наномембранно-каталитических реакторов, являющихся базовым, легко встраиваемым элементом в комплексные технологические процессы нефтегазового комплекса для получения широкого класса высокотехнологичной продукции, например, олефинов (этилен, пропилен, бутилены) и ароматических углеводородов (бензол, толуол и др.).

Таким образом, стратегически необходимо сосредоточиться на новых высокоскоростных и избирательных технологиях переработки органического сырья, элементы которых уже созданы российскими специалистами.

К настоящему времени в России выполнен значительный объем научных разработок и на базе Ассоциации «АСПЕКТ» создано опытно-промышленное производство отечественного высокотехнологичного продукта — металлокерамических пластичных нанопористых материалов (торговая марка TrumemÒ).

Одновременно с этим учеными Института нефтехимического синтеза (ИНХС РАН) обнаружен эффект асимметрии селективности реакций в наномембранно-каталитических структурах на основе мембран TrumemÒ и способность наноразмерных каналов изменять селективность процессов окисления протекающих по ним углеводородов. В комбинации с достижениями в производстве нанопористых структур это обеспечивает прорыв в промышленной реализации задач высокоэффективного синтеза ценных органических продуктов. Иными словами, наномембранно-каталитические структуры позволяют одновременно осуществить скоростные селективные реакции (со скоростью и селективностью на порядки выше, чем в обычных условиях) за счет каталитической компоненты и размерных эффектов в нанокапиллярах, и обеспечить эффективное разделение и очистку получаемых продуктов при низком энергопотреблении за счет мембранной компоненты. При этом каждая пора наномембранно-каталитической структуры выполняет роль микрореактора, в котором осуществляется единый цикл химических превращений и разделения продуктов реакций. В этом состоит принципиально новый подход к решению задач крупнотоннажной промышленной химии, который позволяет легко масштабировать наномембранно-каталитические процессы для интенсификации и существенного снижения затрат в процессах переработки органического сырья.

В качестве первого шага на этом стратегическом направлении по инициативе Правительства России (Госзаказчик — Федеральное агентство по науке и инновациям) в рамках формирования государственно-частного партнерства обеспечена разработка отечественной технологии переработки факельных попутных газов в ценную товарную продукцию — ароматические углеводороды. В течение 2005–2006 годов за счет бюджетных средств (более 300 миллионов рублей) и частных инвестиций (около 300 миллионов рублей) разработаны и поставлены на производство (ОАО «Новосибирский завод химконцентратов» концерна «ТВЭЛ» Росатома) новые катализаторы для этого процесса; создана пилотная установка (ОАО «НИПИГазпереработка» в Краснодаре, компания «Сибур») мощностью 500 тыс. м3 газа/год (1000 тн/год).

В качестве основных исполнителей проекта были привлечены: Ассоциация предприятий атомной промышленности «АСПЕКТ» (управляющая компания); институты РАН (Институт проблем химической физики РАН, Институт катализа СО РАН), обеспечившие решение фундаментальных проблем осуществления химических и каталитических процессов превращения попутных газов; отраслевые организации (ГНЦ «Курчатовский институт», ОАО «ВНИПИНефть», ЗАО «ВНИИОС НК», ОАО «НИПИГазпереработка»), обеспечившие технологические испытания созданных процессов и их проектно-конструкторскую разработку; вузы (Московская государственная академия тонкой химической технологии, Московский институт стали и сплавов), которые ведут подготовку специалистов для промышленности по производству катализаторов и применению создаваемых процессов, и, наконец, промышленные предприятия, осуществившие освоение производства создаваемых катализаторов и практическую реализацию промышленных процессов (ОАО «Новосибирский завод химконцентратов», ЗАО «Самарский завод катализаторов») и процессов переработки попутных газов (ОАО «Татнефтехиминвест-холдинг»).

Новая технология глубокой переработки попутных нефтяных газов в ароматические углеводороды обеспечит в период до 2009 года вклад в приращение ВВП 2,1 миллиарда рублей. При этом выбросы СО2 в атмосферу сокращаются в 3,5 раза, что будет способствовать выполнению Россией требований Киотского протокола.

Разработанная технология обеспечивает превращение предельных углеводородов (пропана, бутанов) в ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы) — процесс ароматизации. Это чрезвычайно актуально, поскольку в ближайшие годы в России прогнозируется значительный рост производства продуктов, исходным сырьем для которых является бензол. Основными сферами применения бензола в мире являются: производство стирола, капролактама, этилбензола, фенола, кумола, циклогексана и малеинового ангидрида. Среднегодовой прирост производства стирола и сополимеров стирола составит 10,4%, капролактама — 5,8%, фенола — 9,9%. В связи с этим ожидается увеличение спроса на бензол. Толуол используется в нефтеперерабатывающей промышленности при производстве смазочных масел и присадок, в качестве растворителя в производстве лаков и красок, синтетических каучуков, а также в оборонной промышленности. Ожидается, что объем потребления толуола в экономике России возрастет в период 2006–2010 годов примерно в полтора раза. Основной областью использования ксилола является изготовление полиэфирных волокон и нитей. Другая перспективная область использования ксилола — производство гранулированного ПЭТФ, из которого изготовляются пластиковая упаковка для пищевых продуктов, косметических и фармацевтических средств, видео- и аудиопленок и других изделий. Прогнозируется увеличение спроса на ксилол в России в период с 2006 по 2015 годы примерно в 2,6 раза.

Следовательно, в результате реализации проекта разработанная технология позволит получить смесь ароматических углеводородов, потребность в которой будет возрастать в ближайшие 10 лет. Реализация проекта позволит удовлетворить растущую потребность экономики России в ароматических соединениях.

Разработанная технология получила полную поддержку на организованном правительством Татарстана совещании руководителей нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих компаний.

Технология прошла международную экспертизу и к ней проявлен интерес со стороны ведущих инжиниринговых компаний. В частности, компания Linde (Германия) рассматривает данную технологию как основу для своего участия в переработке попутных газов в России, включая поставку оборудования и сдачу установки «под ключ».

Ведущие развитые страны (США, Япония, Германия, Англия, Франция), на государственном уровне, и крупнейшие мировые компании по добыче и переработке нефти и газа (Шелл, Бритиш Петролеум, Шеврон, Мобайл и др.), на частном уровне, осуществляют многомиллиардные инвестиции в разработку новых эффективных и энергосберегающих технологий переработки нефти и газа. Несмотря на столь высокий конкурентный уровень развития этих технологий, Россия имеет сегодня уникальный шанс вырваться вперед за счет активного использования своих прорывных разработок, в частности, в области производства нанопористых материалов и новых открытий в области протекания каталитических процессов в нанопористых структурах.

Огнегасящие полимерные материалы в качестве автоматических безинерционных систем подавления возгораний

Вилесова М.С., Босенко М.С., ООО «Делси»

Вилесов А.Д., Суворова О.М., ИВС РАН

Возгорания, пожары и их предотвращение остаются постоянно актуальными проблемами современной цивилизации. Чем выше энергонасыщенность производств и транспорта, тем вероятнее возникновение чрезвычайных ситуаций, связанных с возгораниями. Пожары, как известно, приводят к большим человеческим жертвам и огромным материальным потерям. Поэтому имеется очень большое число научно-технических разработок по системам пожаротушения и созданию негорючих и трудносгораемых материалов [Баратов А. Н., Корольченко А.Я., Кравчук Г.Н. и др. Пожаровзывобезопасность веществ и материалов и средства их тушения/ Справ. изд. - М.: Химия, 1990. - Кн. 1, 496 с.; Кн. 2, 384 с., Моисеенко В.М., Мальков В.В., Агафонов В.В. и др. Современные средства пожаротушения/ Пожаровзрывобезопасность. - 1996. - №2.- С. 24-28.].

Результатами настоящей многолетней разработки являются новые реактивные огнегасящие полимерные композиционные материалы (ОГПКМ), сочетающие в своих функциях автономную безинерционную автоматическую систему подавления возгораний, с одной стороны, и свойства негорючего (трудносгораемого) материала, с другой.

Возможность активного подавления источника возгорания (как на поверхности, так и в объеме) и автоматическая безинерционная ликвидация пожара на самой начальной его стадии является основным преимуществом предлагаемых систем. Кроме того, эти материалы могут защищать от сгорания объекты и изделия, помещенные в контейнеры с защитой из ОГПКМ. Понятно, что для тушения развившегося пожара применения только ОГПКМ может быть недостаточно из-за недостаточности его массы. ОГПКМ имеет, как показано выше, целевое назначение не допустить развития пожара, подавляя его в самом начале возгорания.

Механизм действия: ОГПКМ представляет собой композиционный полимерный материал, содержащий наполнитель, который при повышении температуры до определенного предела и возникновении пламени взрывообразно выбрасывает в окружающее пространство химически активный газообразный огнегаситель, который подавляет источник возгорания. Регулированием состава полимерной матрицы и выбором химической природы огнегасителя можно управлять температурой активной реакции ОГПКМ на внешнее воздействие.

Обычно, используемый интервал температур воздействия ОГПКМ лежит в пределах 130-2200С, поскольку нижний предел связан с температурой эксплуатации материала и, соответственно, его долговечностью, а верхний - с необходимостью его эффективной своевременной реакции.

ОГПКМ, в зависимости от требований Заказчика может выпускаться в следующих вариантах:

  • пасты холодного отверждения для нанесения в виде покрытий;

  • пластины различных размеров и толщины для футеровки;

  • активные экраны;

  • пленки;

  • фасонные изделия;

  • жидкий отверждаемый заполнитель.

Основные характеристики ОГПКМ:

  • Плотность, кг/м3 - 1600-1800;

  • Температура срабатывания, 0С - 130-220 (регулируется в пределах);

  • Температура хранения и эксплуатации, 0С - (-50) – (+50);

  • Срок хранения, годы – 5.

Были проведены следующие испытания на стендах и макетах изделий:

1. В деревянные ящики, футерованные изнутри ОГПКМ были заложены бумажные документы. Ящики помещены на поддон с бензином, который поджигался. Через 30 минут бензин выгорал, ящик оставался целым, бумажные документы сохранялись. Температура в ящике в период горения не превышала 1600С. Контрольный ящик без ОГПКМ сгорел полностью.

2. Рядом испытаний было показано, что футерованные пластинами ОГПКМ (изнутри) ящики для пиротехнических изделий, оказывают существенное защитное действие. При попытках поджига ящиков изнутри, подавление очага воспламенения (горящего бензина) происходило через 20-30 сек. с момента зажигания. При действии внешнего пламени (горящего костра), интенсивное выделение огнетушащего агента не только предотвращало прогорание стенок ящика, но и приводило к тушению внешнего пожара. Срабатывания изделий не наблюдалось ни в первом, ни во втором случаях. Ящики, не защищенные ОГПКМ, при испытаниях в тех же условиях, сгорали полностью, имело место срабатывание изделий.

3. Был проведен ряд экспериментов, моделирующих попадание горящего авиационного топлива в негерметичные соседние отсеки летательных аппаратов. В контрольных экспериментах (без применения ОГПКМ) самопроизвольное горение не прекращалось и приводило к развитию полномасштабного пожара. При наличии на внутренней поверхности отсеков покрытия ОГПКМ (1-1,5 кг/м3) подавление горения происходило в течение 30-60 сек., без применения каких-либо дополнительных средств пожаротушения, даже при продолжающемся поступлении топлива.

4. Стандартный кабель покрывался на определенном отрезке ОГПКМ (отвержденной пастой). Оболочка кабеля поджигалась снаружи газовой горелкой или изнутри за счет экспериментального перегрева. В обоих случаях при достижении пламени зоны, покрытой ОГПКМ, горение прекращалось.

По нашему мнению, наиболее перспективными областями применения ОГПКМ могут быть:

  • защита наиболее уязвимых узлов и агрегатов летательных аппаратов, водных, наземных и подземных транспортных средств;

  • защита пожаро-взрывоопасных и особо ценных грузов, таких как документы, банкноты, произведения искусства и т.п., при их хранении и транспортировании (футеровка контейнеров);

  • локальная автоматическая защита наиболее уязвимых узлов силовых установок;

  • защита от аварийного возгорания электронных приборов и электрических машин, кабельных трасс.

Для применения новых материалов ОГПКМ в различных областях техники необходимо выполнение следующего этапа работ - проведение целенаправленных конструкторских разработок и опытно-конструкторских испытаний по отдельным отраслям техники.

Масса «НИКИ» – водогазоогнестойкая уплотнительная для групповых проходов кабелей через металлические переборки

Никитенко А.А., ООО «ЭРА СПб»

Айзенштадт Н.И., ООО «Делси»

Вилесов А.Д., ИВС РАН

Компаунды на основе эпоксидной смолы, применяемые в отечественном судостроении для заливки коробок кабельных трасс, имеют ряд недостатков, определяющих сложность трудоемкость и вредность технологий их использования в электромонтажном производстве.

Решение замены вредных компаундов, авторами статьи – коллективом химиков-технологов и судовых электромонтажников – привело к созданию уплотнительной массы НИКИ. Водогазоогнестойкая масса НИКИ предназначена для уплотнения кабелей и мест их проходов через кабельные переборки и другие инженерные конструкции с целью предохранения от распространения огня по трассе кабелей вследствие горючести оболочек и изоляционных покрытий последних. Композиция для герметизации кабельных проходов должна обладать литьевыми свойствами и способностью отверждаться при температуре окружающей среды. Другое непременное условие – пожаростойкость (негорючесть) герметика. Оба эти требования сужают круг потенциальных исходных материалов и предопределяют его выбор из числа неорганических (минеральных) веществ, близких по природе к цементам. Поэтому в качестве уплотнительной массы был выбран цементоподобный материал из класса огнеупоров на магнезитовой основе.

Выбранный материал отвечает также ряду других требований, предъявляемых к уплотнительной массе:

– плотно прилегает к стенкам кабельной коробки и к самим кабелям благодаря специальной присадке, приводящей к объемному расширению массы в процессе отверждения;

– практически безвреден в процессе переработки и после отверждения;

– допускает упрощенную технологию смешения и заливки и не требует прецизионной дозировки компонентов;

– допускает длительное хранение компонентов при соблюдении заданных условий.

Уплотнительная масса поставляется в виде двух компонентов – порошкообразного и жидкого (растворителя–отвердителя). Компоненты смешиваются непосредственно перед заливкой на месте выполнения работ, допускается перемешивание вручную.

При температуре (20±2)ºС литьевые свойства сохраняются 1–1,5 часа. Схватывание и отверждение массы происходит в течение 24-36 часов при той же температуре. Процесс расширения требует около 5 суток, а окончательное созревание, то есть достижение постоянства физико-механических характеристик – 24-25 суток (для обычных цементов – 28 суток). Однако, поскольку уже через 5 суток завершается процесс расширения и за счет этого достигается герметичность, то период 24 суток не является лимитирующим в процессе производства.

Физико-химические и физико-механические характеристики отвержденного состава были подтверждены при проведении междуведомственных испытаний образцов из отвержденной массы.

Прочностные характеристики образцов оболочек из вышеуказанной массы определялись по ГОСТ 320.4 после воздействия масла и дизельного топлива, а также после выдержки при температурах -40ºС, +50ºС и термоциклирования в этих же пределах.

Определялась также устойчивость образцов к воздействию смазочного масла, дизельного топлива и паров воды по степени набухания в указанных средах.

Стойкость массы НИКИ к воздействию нефтепродуктов и паров воды оценивалась по коэффициенту стойкости «К», равному отношению значений прочности при изгибе после воздействия среды и до него.

Прочностные испытания на изгиб показали, что масса НИКИ является высокостойкой по отношению к дизельному топливу и стойкой по отношению к смазочному маслу. Испытания на сжатие не обнаружили разрушающего влияния нефтепродуктов на её прочность.

Изменение массы образцов уплотнительной массы НИКИ при увлажнении (относительная влажность 95±3%, температура 40ºС) в течение суток и далее еще 3 суток составляет соответственно 3 и 6%. Последующая сушка в течение 3 часов при температуре 40ºС и далее еще 3 суток при температуре 20±3ºС восстанавливает исходное значение массы. Поэтому открытая поверхность уплотнений из массы НИКИ, доступная для воздействия паров воды должна быть защищена водонепроницаемым покрытием.

Холодоустойчивость, теплоустойчивость и влияние циклического знакопеременного изменения температуры среды определялись на сериях образцов балочек, подвергнутых воздействиям в следующих условиях: при минус (40±3)ºС в течение 4 часов, при плюс (50±2)ºС в течение 4 часов, при термоциклировании в режиме трех циклов.

Результаты испытаний позволяют сделать вывод об отсутствии изменений прочностных характеристик испытуемой массы при температурных воздействиях в принятых пределах.

Объемное расширение уплотнительной массы в процессе отверждения регистрировалось по косвенной характеристике: по усилию выталкивания отвержденной массы из канала стального толстостенного цилиндра с внутренним диаметром 1 см (жидкая масса заливалась в отполированный канал цилиндра, прикрепленного к съемному днищу; процесс заполнения сопровождался вибрацией образца во избежание образования воздушных пузырей). В результате испытаний нескольких вариантов рецептур массы были получены значения давлений выталкивания массы в пределах 25–50 МПа, что свидетельствует о наличии расширения массы и герметизации объема за счет плотного прилегания отвержденной массы к стенкам.

Масса НИКИ выдержала испытание на вибростойкость и ударопрочность (ГОСТ В 20.30.304) и газо- и влагонепроницаемость (ОСТ 5.6103).

Разработанная масса НИКИ изучалась в НИИ гигиены и профпатологии для определения ее токсикологических характеристик. В итоге было получено официальное заключение, данные которого послужили основанием для выдачи сертификата (№003114 от 25.12.1995).

В филиале ВНИИПО МВД РФ в Санкт-Петербурге (независимый испытательный центр безопасности) были проведены испытания массы НИКИ на негорючесть в соответствии с требованиями Российского Морского Регистра Судоходства. На основании эксперимента установлено, что масса относится к группе негорючих материалов в соответствии с требованиями резолюции ИМО А.754 (018).

При испытаниях на водонепроницаемость кабельной коробки, уплотненной массой холодной заливки НИКИ, выдержано избыточное давление 0,2 МПа в течение 24 часов. Затем избыточное давление было повышено до 0,3 МПа и удерживалось в течение 15 минут. Протечек и снижения давления не наблюдалось. При испытаниях на газонепроницаемость, выполненных воздействием воздуха под давлением 0,02 МПа в течение 5 минут, выхода пузырьков воздуха не наблюдалось.

Таким образом, образец уплотнения групповых проходов кабелей, заполненных массой НИКИ, выдержал испытание на воздействие гидравлического давления, а также на водо- и газонепроницаемость в соответствии с «Правилами классификации и постройки морских судов».

Композиция из массы НИКИ и базальтовой супертонкой ваты типа БСТВ (НИКИ–95%, БСТВ–5% общей массы композиции) может быть использована в качестве огнестойкой изоляции деталей судовых корпусных конструкций. На основании положительных результатов проведенных во ВНИИ пожарной охраны (ПО) МВФ РФ огневых испытаний в соответствии с требованиями Резолюции Ассамблеи ИМО А.754 (18), авторами разработан «Рабочий альбом типовых конструкций. Изоляция противопожарная деталей насыщения. Конструктивно-монтажные узлы», БЭЛТ. 360360.003. Альбом одобрен Российским Морским Регистром Судоходства и ВНИИ ПО. Разработанная уплотнительная герметизирующая масса НИКИ защищена патентом РФ №2104979.

На данный материал получены сертификаты с типовым одобрением Российского Морского Регистра Судоходства (№97.003.009), Норвежского Веритас (№F-14773 и №F-14894), Английского Ллойда (№SAS F980046), а также Российского бюро Независимых Сюрвейеров.

Масса НИКИ выпускается фирмой ООО «ЭРА СПб» по техническим условиям ТУ 3493-002-72418455-2007 (взамен ТУ 3493-001-33136588-95).

Технология пайки стали с цветными, тугоплавкими и редкими металлами

Сорокин А.Н., Дровосеков С.П., Собко С.А., Куранов В.В., Борисов В.Н., РФЯЦ-ВНИИТФ им. акад. Е.И.Забабахина

В приборостроении, как и в других областях машиностроения, наблюдается тенденция все более широкого применения неразъемных соединений из материалов с различными физико-механическими, физико-химическими, химическими свойствами. Оптимальное сочетание свойств материала элементов конструкции с условиями эксплуатации этих элементов позволяет существенно улучшить эксплуатационные характеристики приборов при одновременном снижении затрат за счет экономии дорогостоящих материалов.

В Российском Федеральном Ядерном Центре - Всероссийском научно-исследовательском институте технической физики (РФЯЦ-ВНИИТФ) для ряда приборов, предназначенных для работы под воздействием динамических и термических нагрузок, возникла потребность в получении герметичных соединений деталей из нержавеющей стали с конструкционными элементами из алюминия, титана, тантала, вольфрама, рения и других металлов.

Анализ литературных данных показал, что известные способы соединения приводят к получению в этих системах сварных и паяных швов с низкой прочностью и склонностью к хрупкому разрушению. Низкое качество соединений обусловлено, как правило, образованием тугоплавких окисных пленок, формированием хрупких легкоплавких фаз на основе интерметаллидов, что приводит к снижению пластичности, термостойкости и жаропрочности соединений; возникновением термически напряжений с величиной, превышающей предел текучести и прочности соединяемых материалов.

В РФЯЦ-ВНИИТФ для получения качественных соединений разнородных металлургически несовместимых металлов разработана технология пайки, включающая сочетание нескольких способов пайки с применением специально разработанного припоя, а также выбор материалов, формы и размеров конструктивных элементов паяного соединения.

Припой позволяет традиционным способом пайки в вакуумных термических печах соединять детали из стали 12Х18НЮТ с металлами V, VI, VII групп таблицы Менделеева.

Разработанный припой не содержит драгоценных металлов, обладает высокой электро- и теплопроводностью, обеспечивает температуру распая не менее 1000°С и прочность 15 кг/мм2 , позволяет уменьшить склонность швов и хрупкому разрушению.

Создание припоев для непосредственной пайки сталей с алюминием и титаном затруднено из-за отсутствия в природе достаточно тугоплавких металлов, которые не образуют интерметаллидов с соединяемыми металлами и могут быть использованы в качестве основы припоя. Поэтому для соединения стали с алюминием и титаном разработаны комплексные технологии пайки с применением барьерных элементов, обеспечивающие получение высоких механических характеристик паяных швов.

Разработанный комплекс технологий и припой позволяют получать переходные элементы: сталь-алюминий, сталь-титан, сталь-тантал, сталь-вольфрам, которые в дальнейшем могут быть соединены с соответствующими однородными металлами сваркой плавлением.

Паяные соединения в переходных элементах выдерживают многократный нагрев до 600°С для соединения "сталь-алюминий" и до 1000°С в случае других перечисленных сочетаний материалов без потери герметичности.

К преимуществам разработанной технологии относятся:

- повышение прочности швов при воздействии статических и динамических нагрузок;

- возможность реализации нахлесточного соединения при толщине стенки соединяемых металлов до 0,3 мм;

- отсутствие ограничений по форме поперечного сечения, более широкий диапазон размеров соединяемых деталей (от 1 до 100 мм), а также возможность получения соединений из большего числа разнородных сочетаний материалов;

- возможность соединения окончательно изготовленных деталей без последующей механической доработки.

Кроме того, качество соединения может быть оценено, в отличие от сварки в твердом состоянии, визуально - по величине контактного угла смачивания. Таким образом, разработанная технология позволяет с применением одного припоя и при использовании стандартного термического и сварочного оборудования получать герметичные соединения стали с алюминием, титаном, вольфрамом, танталом и рением.

При необходимости соединения стали с другими металлами III, IV, V, VI, VII групп таблицы Менделеева, возможно рассмотрение пригодности данной технологии для решения конкретных задач. Изготовленные по данной технологии переходные элементы могут быть использованы в ответственных элементах конструкции, испытывающих в процессе эксплуатации термоциклические, вибрационные и ударные воздействия.

ЭКОР - материал XXI века

Беляев С.Т., Калиниченко Б.С., Перевозчиков С.А., Швецов И.К., Козодаева М.М., МСОО «Евразийское физическое общество» (ЕАФО)

Королев В.С., ФГУП «НИЦ «СНИИП» РФ

Новый материал, запатентованный в России и имеющий торговый знак ЭКОР®, был разработан группой ученых из различных отраслевых научно-исследовательских институтов России. В результате разработки материала и всестороннего исследования его свойств был создан ряд кремнийорганических эластомеров, обладающих уникальным комплексом свойств. В первую очередь это относится к высокой радиационной стойкости материала, поскольку первоначальной целью его разработки являлась консервация аварийного 4 блока Чернобыльской АЭС. Данная работа была проведена при финансовой и организационной поддержке МСОО «Евразийское физическое общество».

В настоящем сообщении мы рассмотрим потенциальные возможности применения материала ЭКОР как в области атомной техники и промышленности, так и в других отраслях производственной деятельности.

Конкурентоспособность материала ЭКОР основывается на уникальности присущего ему комплекса свойств. К ним в первую очередь относятся: широкий диапазон плотности, высокая коррозионная стойкость в растворах минеральных кислот, высокая радиационная стойкость, негорючесть, возможность регулирования теплопроводности, водонепроницаемость и гидрофобность, сорбционная инертность, высокие электроизоляционные параметры, высокая адгезионная активность, устойчивость к климатическому старению, экологическая чистота, легкость утилизации.

Такие показатели характеризуют исключительную рентабельность и перспективность ЭКОРа среди материалов, традиционно применяемых сегодня в атомной промышленности, авиации, космонавтике, различных видах транспорта и других.

Например, в атомной технике ЭКОР незаменим в технологических процессах обращения с ядерным топливом и различного вида радиоактивными отходами (РАО). С помощью ЭКОРа можно создавать надежные гидроизоляционные и диффузионные барьеры, обеспечивающие защиту от неконтролируемого распространения радионуклидов в окружающую среду.

ЭКОР с успехом можно использовать в качестве матрицы для инкорпорирования измельченных или порошкообразных РАО. ЭКОР применим также и для контейнерной упаковки РАО как для транспортировки, так и в технологии обработки РАО для длительного контролируемого и неконтролируемого захоронения. Кроме того, ЭКОР незаменим при необходимости консервации загрязненных радионуклидами помещений, зданий и сооружений, в том числе снятых с эксплуатации, путем их частичного или полного омоноличивания.

Велики перспективы применения ЭКОРа при создании современных региональных хранилищ РАО. Имея высокие показатели радиационной стойкости, материал ЭКОР обладает уникальной устойчивостью к старению. В условиях средней полосы России срок его службы неопределенно длителен. Экспериментально-расчетным путем показано, что степень деструкции материала за каждые сто лет эксплуатации в естественных природных условиях не превышает 0,06%.

Весьма выгодным представляется применение ЭКОРа в качестве покрытия (как внутреннего, так и наружного) емкостей и контейнеров для РАО, увеличивающего ресурс их эксплуатации, поскольку выщелачиваемость ЭКОРа в нейтральных солевых растворах минеральных кислот практически отсутствует.

В качестве альтернативного традиционно применяемым сегодня процессам фиксации в матрице битума или цемента низко- и среднеактивных РАО можно рассматривать процесс инкорпорирования в матрицу ЭКОРа такого вида радиоактивных отходов. В ходе лабораторных экспериментов с имитаторами типичных для атомной промышленности РАО (ионообменные смолы, сорбенты, соли, золы и т.п.) была показана возможность их надежного капсулирования в матрицу ЭКОРа. При этом по сравнению с цементом или битумом эффективность ЭКОРа значительно выше, так как он позволяет внедрить в собственную матрицу и надежно зафиксировать в ней в 4-6 раз больше РАО на единицу массы матрицы, чем традиционные материалы.

Широкие возможности имеет ЭКОР в решении проблем эксплуатации действующих АЭС. Его с уверенностью можно рекомендовать в качестве теплоизоляционного материала на паропроводах парогенераторов АЭС, а также изолирующего и пожарозащитного материала в трубных коридорах и кабельных проходках в помещениях реакторного блока и машинного зала АЭС. В настоящее время проводятся полномасштабные испытания опытных модулей в лабораторных условиях и на площадке АЭС.

Перспективным следует считать радиационностойкий ЭКОР и в проблемах снятия АЭС с эксплуатации, где потребуется достаточно долговременная консервация реакторных блоков в ходе естественного спада наведенной активности в конструкционных материалах. То же касается и снятия с эксплуатации и демонтажа атомных подводных лодок. Применение ЭКОРа (даже в случае омоноличивания крупногабаритных конструкций) дает возможность в будущем легко провести расконсервацию, так как он доступен обработке любым, даже самым примитивным режущим инструментом. Очень важным фактором является то, что при расконсервации объектов, обработанных ЭКОРом, объем получаемых отходов, большая часть которых не радиоактивна, по крайней мере, на порядок меньше, чем при применении цементов или других известных консервантов.

По нашему мнению ЭКОР должен привлечь внимание служб, связанных с ликвидацией чрезвычайных ситуаций. Простота синтеза ЭКОРа, заключающаяся в смешении двух компонентов без какого либо дополнительного воздействия, позволяет создать мобильные установки, обеспечивающие возможность оперативной ликвидации радиационных или других техногенных и экологически опасных аварий, связанных, например, с распространением в окружающей среде токсичных или ядовитых веществ.

Материал ЭКОР по своим характеристикам вполне конкурентоспособен, а по некоторым (высокая адгезия, термостойкость, долговечность, технологичность синтеза) превосходит используемые сегодня материалы. В первую очередь это относится к возможности создания противопожарных конструкций и защитных кожухов на объектах, представляющих собой потенциальную пожарную опасность. К ним можно отнести практически все виды транспорта, а особенно морской и авиационный. С помощью ЭКОРа могут быть созданы защитные элементы и спецодежда пожарных для случаев, где применение известных средств не может достичь нужного эффекта.

В качестве примера можно привести применение ЭКОРа как теплоизоляционного материала для обеспечения сохранения информации в штатных контейнерах защищенного бортового накопителя полетной информации (так называемого «черного ящика»). Такие реальные изделия с применением ЭКОРа прошли комплекс испытаний на сверхскоростные ударные нагрузки и противопожарную стойкость. Испытания показали, что свойственные ЭКОРу параметры, такие как высокая адгезия, заданные упругие свойства, низкая теплопроводность и теплостойкость обеспечили 100%-ое сохранение информации в накопителе. Кроме того, применение ЭКОРа позволило исключить в конструкции изделия необходимость применения сложных крепежных и амортизирующих узлов для модуля памяти, помещаемого в контейнер.

Кроме того, материал применен в демонстрационном варианте в помещениях аварийного 4 блока Чернобыльской АЭС в качестве гидроизолирующего покрытия для предотвращения неконтролируемого распространения в окружающую среду оставшихся в блоке ядерных материалов под воздействием грунтовых вод и атмосферных осадков, а также в качестве пылеподавляющего материала для поверхностей загрязненных радионуклидами.

С помощью материала типа ЭКОР выполнено защитное покрытие на токоподводах печи остекловывания высокоактивных радиоактивных отходов ЭП-500/4 Производственного объединения «Маяк». Покрытие было применено для одновременного решения следующих задач: гидроизоляция и сопротивление гидронапору токоподводов, коррозионная защита токоподводов, электроизоляция токоподводов. Режим эксплуатации покрытия имеет непрерывный длительный ресурс, давление воды в токоподводах 1,7 ати, температура эксплуатации 50-250°С, концентрация паров азотной кислоты до 1 моль/литр.

Из материала типа ЭКОР изготовлены 3 серии уплотнительных элементов (от 200 до 1000 мм в диаметре) контейнеров различного назначения для Горнохимического комбината (г. Железногорск, Красноярский край) и Сибирского химического комбината (г. Северск, Томская область). Основное назначение уплотнительных элементов это защита находящихся в контейнерах радионуклидов от воздействия влаги воздуха и предотвращение выхода содержимого в окружающую среду.

Если рассматривать возможности применения ЭКОРа в других отраслях производственной деятельности, то мы видим следующие перспективные направления: в качестве наполнителя амортизирующих конструкций, в холодильной технике, для звукоизоляции, в химической промышленности, в электротехнике, в производстве облегченных силовых конструкций.

Ключевые материалы атомной отрасли

Путилов А.В., генеральный директор ВНИИНМ им. академика А.А.Бочвара

История советского Атомного проекта и последующего формирования и развития отрасли насыщена уникальными фактами, поскольку сама по себе является уникальной. Многое вершилось впервые, начиная с первых постановлений и распоряжений ГКО по урановой проблеме. Но есть знаковые моменты, позволившие поколениям ученых создавать и совершенствовать ядерный щит страны и атомную энергетику.

Таким был и 1947 год, когда металловеды, технологи и литейщики НИИ-9 приступили к разработке и изучению сплавов урана и плутония, которые и стали ключевыми материалами атомной отрасли. Следовательно, в 2007 году мы отмечаем очень важный для всех атомщиков и, прежде всего для Всероссийского научно-исследовательского института имени академика А.А.Бочвара, юбилей – 60-летие получения «ключевых» результатов по этим ключевым материалам атомной отрасли.

В утвержденном 7 июля 1947 года распоряжении Совета Министров ССССР сказано, что “НИИ-9 занимается разработкой технологии извлечения урана из руд, получения урана и его рафинировки и способов извлечения плутония из облученного урана”. Безусловно, и до 1947 года учеными и специалистами многих организаций и предприятий была проведена огромная исследовательская работа

Трудно выделить одну какую-то конкретную дату из этого насыщенного событиями года, ведь в январе 1947 года были осуществлены первые тигельные плавки урана, летом подготовлены ТУ на изготовление урановых блочков, а 18-го декабря 1947 года молодые сотрудницы одной из лабораторий “девятки” под руководством “русской мадам Кюри”, З.В.Ершовой, впервые в СССР из облученного урана. Получили весовые количества препарата плутония (73 микрограмма). Что позволило начать изучение химических свойств этого элемента. В конце 1947 года был начат выпуск материалов для первой загрузки реактора Ф-1. И это привело к тому, что уже летом 1948 года в металлургической лаборатории ВНИИНМ, предназначенной для разработки технологии получения в металлическом виде плутония и урана-235, использовавшихся в советском атомном оружии, впервые в СССР был получен плутоний в металлическом состоянии: королек металла массой несколько миллиграммов. Возглавлял лабораторию академик А.Н.Вольский. Это была огромная победа! В предельно сжатые сроки начались исследования его структуры и свойств, определение характеристик для дальнейшего использования в качестве заряда первой советской атомной бомбы.

1947 год характерен огромным количеством документов, подтверждающих масштаб выполняемых и планируемых работ, ставших основополагающими не только для решения главной проблемы, но и для дальнейшего развития атомной отрасли. 1 марта 1947 года Постановлением СМ СССР были утвержден “План специальных работ на 1947 год”, где, в частности, сказано: “Обеспечить проведение силами НИИ-9 и комбината №6 в 1947 году исследовательских работ и разработать необходимые мероприятия для повышения к началу 1948 года коэффициентов извлечения А-9 (условное наименование урана)”. Вот лишь цитата из Отчета о ходе научно-исследовательских и практических работ по получению и использованию атомной энергии за 9 месяцев 1947 г.: “Проделанная в 1946 году подготовительная работа, обеспечившая получение необходимого для опытов металлического урана, сооружение опытного уран-графитового котла, изготовление в начале 1947 года первых опытных конструкций диффузионных машин, опытных конструкций электромагнитов, позволила в 1947 году приступить к проектированию и начать практическое осуществление первых двух промышленных предприятий для получения атомных материалов… С целью проверки в полузаводских условиях технологического процесса выделения плутония из облученных в котле блоков урана в химическом цехе завода №817 в НИИ-9 в 1947 году пущена в действие специальная установка».

Как видно из приведенных документов, работы шли весьма напряженно в условиях недостатка времени и при необходимости постоянно решать вновь возникающие проблемы. Остро ощущалась нехватка информации по самым насущным технологическим вопросам. Именно это заставило одного из руководителей Атомного проекта А.П.Завенягина обратиться к Л.П.Берии с просьбой поручить сотрудникам НИИ-9 О.П.Звягинцеву, В.Д.Никольскому и Э.М.Центеру “тщательно изучить, систематизировать весь имеющийся материал по вопросам металлургии урана и производства плутония и составить в переработанном виде сборник руководящих указаний. Издать 100 экземпляров для ознакомления узкого круга с целью использования его в практической работе”. И такое разрешение было получено, что еще раз подчеркивает высочайший уровень специалистов, работавших тогда в институте.

Подавляющее большинство приборов и оборудования, использованных в осуществлении Атомного проекта, раньше в СССР не изготовлялось.

Научным руководителем проблемы в целом являлся академик Андрей Анатольевич Бочвар. В 2007 году исполняется 60 лет с того дня, как в соответствии с Постановлением Совета Министров СССР на него было возложено научное руководство разработкой получения металла Z, как тогда в официальных документах называли плутоний, и 55 лет с момента назначения А.А.Бочвара директором НИИ-9. Заместителями А.А.Бочвара по различным направлениям исследований стали академик И.И.Черняев, член-корреспондент АН СССР Б.А.Никитин и доктор наук Н.В.Риль.

Роль А.А.Бочвара в решении поставленной задачи трудно переоценить. Об этом однажды в своем интервью сказал академик Ю.Б.Харитон: “Металлургия плутония – это Андрей Анатольевич Бочвар!”.

Таким образом, 2007 год стал юбилейным в связи с 60-летием получения важнейших результатов, легших в основу разработок функциональных ключевых ядерных материалов. Эти материалы, выполняющие важнейшую функцию – выделение колоссальной энергии при делении (поэтому их и можно назвать функциональными) обеспечили и создание в то время ядерного оружия и формирование атомного энергетического комплекса. Развитие этого комплекса невозможно без этих материалов: создание быстрых реакторов, замыкание ядерного топливного цикла – все эти направления базируются на выдающихся разработках наших предшественников. Этот наступивший 2007 год является юбилейным и в связи датами, связанными с деятельностью одного из выдающихся ученых ХХ века - Андрея Анатольевича Бочвара.

Новые материалы для новой экономики

Путилов А.В., генеральный директор ВНИИНМ им. академика А.А.Бочвара

В последние месяцы принят ряд политических решений и это следствие рыночного спроса на атомную электроэнергию, которую надо вырабатывать во все большем масштабе, в том числе, и для мирового рынка. Возникает естественный вопрос: соответствует ли рыночный спрос на науку возникающему предложению?

Совпадение спроса и предложения - очень редкое состояние рыночной экономики, можно сказать – мгновенное равновесие. Превышение одного над другим – это движущая сила развития в рыночных условиях, спрос рождает предложение. В научно-технической сфере вообще трудно говорить о «традиционных» рыночных механизмах, ведь на неизвестную продукцию спроса быть не может. Поэтому рыночные отношения в этой сфере регулируются другими закономерностями, изучение которых родило даже новую экономическую дисциплину, которую называют, чаще всего, «технологическим маркетингом».

Если говорить о роли материалов как конструкционных, так и функциональных (в нашем случае это ядерные материалы, сверхпроводники, магниты и пр.), то они определяют конкурентоспособность не только отдельной продукции, но всего технологического уклада в целом. Приведу два примера из энергетической сферы: один из атомной энергетики, другой – из традиционной электроэнергетики. В атомной энергетике всегда упоминалась проблема ограниченности запасов урана. Эта проблема кардинально решается замыканием ядерного топливного цикла, переходом на энергетическую систему, включающую реакторы на быстрых нейтронах (в нашей стране более четверти века успешно работает такой реактор БН-600 и завершается строительство реактора БН-800). Но переход на замкнутый топливный цикл требует создания нового класса топливных материалов, уран-плутониевого оксидного топлива (МОКС-топливо). Наш Институт совместно с другим государственным научным центром - Научно-исследовательским институтом атомных реакторов в г. Димитровграде - предлагают создать «разработанное и испытанное» МОКС-топливо, потому что разработанное отдельно и испытанное отдельно оно использовано быть не может, в атомной отрасли очень строгие правила безопасности. То есть предлагается целый комплекс: научно-техническая продукция (новое топливо), научно-технические услуги (реакторные испытания и послереакторные исследования), которые могут изменить весь облик атомной энергетики. Энергетическая безопасность может быть обеспечена в такой новой системе на многие сотни лет. Вот один из примеров «технологического маркетинга» - решение проблемы «под ключ», что не может не заинтересовать потребителя, даже далекого от понимания деталей материаловедения таких функциональных материалов. Главное – гарантированное (то есть по всем правилам МАГАТЭ обеспеченное и подтвержденное) решение крупной научно-технической проблемы, дающей новый импульс в развитии атомной энергетики и обеспечивающей долговременную энергетическую безопасность.

Другой пример – сверхпроводниковая электроэнергетика. Известно, что потери при производстве и передаче энергии составляют десятки процентов. Решение проблемы – использование сверхпроводников. Наш Институт много сделал для развития технологий низкотемпературной сверхпроводимости при «гелиевых» температурах (температура жидкого гелия около 4 К). Разработанные Институтом материалы сейчас будут промышленно выпускаться на ОАО «Чепецкий механический завод» и поставляться как вклад России в проект ИТЭР – создание Международного термоядерного реактора в Кадараше (Франция). Но есть и разработки по «высокотемпературной» сверхпроводимости, то есть при температурах жидкого азота (77оК). Главное теперь – это заинтересовать инвесторов в промышленном производстве таких высокотемпературных сверхпроводников для кабелей, трансформаторов, накопителей и другого электротехнического оборудования, позволяющего существенно снизить потери электричества, а значить увеличить его выпуск и снизить себестоимость. В рамках проекта АЭС-2006 мы предлагаем использовать сверхпроводящий кабель из таких материалов, сделав саму АЭС как бы демонстрационной площадкой этой новой энергетической технологии: если потери электричества можно сократить на АЭС, то этот принцип можно использовать и на других энергетических объектах. Это тоже пример «технологического маркетинга».

Не могу согласиться с мнением, что наука пока ограничивается разработкой и демонстрацией информационных и организационных моделей, небольших проектов, частных решений. Пример со сверхпроводниками для ИТЭР - характерный уровень разработки новых материалов «под ключ». Таких примеров в Институте много, все они касаются топливных композиций для АЭС, циркониевых сплавов для твэлов, самих твэлов, для таких новых энергетических объектов, как плавучие атомные энергоблоки (первый из них строится сегодня на Севмашпредприятии), и много другого в атомной энергетике. Поэтому создание государственной корпорации, является ответом на «вызов глобализации» в атомной сфере. Сейчас формируются несколько крупных транснациональных холдингов в атомной сфере. Наша корпорация, которая, скорее всего, будет называться ГК «Росатом». Это вклад России в международное разделение труда. Роль Института – формирование «базовой» организации в области разработки и метрологического обеспечения использования всех конструкционных и функциональных материалов для ядерных установок в атомной отрасли. Разумеется, это не значит, что все будет делать только сам Институт, формируется широкая кооперация. Например, ОАО ЦНИИТМАШ – материаловедческая организация в области теплоэнергетического оборудования, ФГУП «Росатомстрой» - специалисты в сфере строительных материалов и конструкций, сварки, полимерных покрытий, и таких примеров много. Институт как «базовая» организация – это площадка, на которой и будет происходить объединение усилий всех организаций в борьбе за качество – условие конкурентоспособности на мировом рынке. Разумеется, речь идет только о качестве материалов, нашей предметной области.

В феврале этого года Институт получил свидетельство о соответствии нашей институтской системы качества ИСО-9000, теперь мы передаем свой опыт другим. В конце мая мы отпраздновали Международный день метролога. В начале 2007 года Институт соответствующим приказом по Росатому назначен головной метрологической организацией, это очень важная и трудоемкая функция. Надеюсь, что эта функция даст Институту и новый импульс в развитии и новые рынки сбыта своей интеллектуальной продукции высокого уровня, что очень важно в формирующейся «экономике знаний».

В ближайшие десятилетия должны быть введены в действие свыше 40 новых энергоблоков — то есть даже больше, чем их было создано до сих пор за все время существования отечественной ядерной отрасли. Формирующаяся сегодня научно-техническая стратегия отрасли – дело очень непростое, создаваемый сейчас государственный концерн «Росатом» будет вырабатывать эту стратегию, формировать под эту стратегию тактические и оперативно-тактические задачи. Росатом же в современном его состоянии как федеральный орган исполнительной власти с успехом реализует стратегию, заложенную в Программе развития атомной отрасли Российской Федерации, утвержденной в июне 2006 г. Президентом Российской Федерации. В этой Программе отмечена необходимость развития научного и инновационного потенциала, включая расширение исследований по новым способам использования атомной энергии, разработку конкурентоспособных технологий, формирование инновационной системы. Фактически, сейчас идет поиск путей формирования новой технологической платформы, а само ее формирование, я думаю, начнется в начале будущего года с завершением реструктуризационных изменений в отрасли. Про «материаловедческое измерение» замыкания ядерного топливного цикла я уже упоминал. Можно отметить также важность совершенствования системы измерений всех параметров ядерных материалов. Это связано с тем, что вопросы учета, контроля, физической защиты ядерных материалов остаются без изменений, это важно подчеркнуть. То есть безопасность в обращении с ядерными материалами ни на йоту не пострадает. А вот с собственностью на ядерные материалы будут происходить небывалые ранее вещи: в собственности юридических лиц, а не только Российской Федерации, теперь могут находиться ядерные материалы определенных типов (низкообогащенный уран и ряд других). Следовательно, часть ядерных материалов этими юридическими лицами будет быстро и успешно коммерциализоваться, превращаясь в топливные таблетки, изделия в виде твэлов, а в конечном итоге – в киловатт-часы, проданные на рынке электроэнергии. Поэтому, наряду с точными и, безусловно, эффективными методами измерений, используемыми при учете и контроле, нужно разрабатывать новые экспрессные методы (а только такие методы и воспринимает рынок), связанные с новыми материалами и композициями, аналитические системы контроля технологических цепочек производства, а в конечном итоге – автоматизированные системы управления качеством при использовании всех ядерных материалов в технологических процессах. Это сложная и объемная научно-техническая задача, ее можно охарактеризовать как «оперативно-тактическую», используя аналогии, принятые у военных.

Теперь о развитии систем передачи электроэнергии, которая будет вырабатываться развивающейся атомной энергетикой. Это и сверхпроводниковая электроэнергетика, уже мной упомянутая, и прочные композиционные провода и кабели из материалов, обладающих проводимостью меди, а прочностью стали и многие другие разработки в области новых материалов. Сложность проблемы реализации новых материалов заключается в организационной неопределенности: кто же должен развивать инфраструктуру и за это расплачиваться? Превратить инфраструктурные инновации в энергетической сфере в выгодный бизнес – задача ближайшего будущего. Надеюсь, что все организационные изменения, происходящие уже сегодня и те, которые в еще большем масштабе произойдут завтра, приведут к рыночной востребованности разработанных новых материалов. Наука к этому уже готова, надеюсь, в скором времени будет готова и экономическая система. Тогда и будут основания радоваться переходу от сырьевой экономики к экономике основанной на знаниях.

Космические материалы атомной отрасли

Путилов А.В., генеральный директор ВНИИНМ им. академика А.А.Бочвара

Развитие атомной и космической техники требует материалов с совершенно новыми, подчас уникальными свойствами. Поэтому в разных странах мира, в том числе и в России, интенсивно ведутся экспериментальные и теоретические исследования, на базе которых создаются все более совершенные материалы. Современные научно-исследовательские и технологические работы специалистов ВНИИНМ им. академика А.А.Бочвара привели к появлению целого ряда материалов, активно используемых в космической технике, беседа с рядом специалистов ярко характеризует эти разработки.

Бериллий и его композиции. Использование бериллия в ракетной и космической технике обусловлено его физико-механическими свойствами, такими как низкая плотность, высокая удельная прочность, жесткость, размерная стабильность и др. В разное время были успешно решены задачи по созданию тормозных систем возвращаемого аппарата космического комплекса «Буран», систем гироскопической навигации летательных аппаратов и быстродействующих развертывающихся оптических систем космического базирования.

Для создания тормозных систем «Бурана» был разработан специальный сорт бериллия, обладающий высокими релаксационными характеристиками и высокоэффективная технология его изготовления. Для повышения чувствительности навигационных комплексов и размерной стабильности элементов навигационных систем были разработаны конструкционные сорта бериллия, которые позволили на порядок повысить точность обработки изделий, увеличить гарантийный ресурс и обеспечить приземление летательных аппаратов в любой точке Земли без помощи наземных навигационных служб, исключительно в автоматическом режиме.

Для оптических систем были изготовлены бериллиевые зеркала с коэффициентом зеркального отражения 98.4% при длине волны 10.6 мкм, что является теоретически максимально возможным для бериллия и его композиций.

Гидридные материалы для космических энергетических установок. В настоящее время возобновлены поисковые разработки, обеспечивающие создание космических ядерных энергетических установок (ЯЭУ). Усилия специалистов ориентированы, главным образом, на разработку проектов ЯЭУ типа “Топаз” второго поколения, основанных на конструктивных и технических решениях предыдущих ЯЭУ “Топаз” первого поколения, ведущая роль в создании материалов для которых принадлежит ученым ВНИИНМ им. академика А.А.Бочвара. В ЯЭУ типа “Топаз” был применен замедлитель нейтронов из гидрида циркония, а в качестве радиационной защиты - гидрид лития. Для развертывания этих работ только ФГУП ВНИИНМ располагал кадрами и опытом работы с гидридными материалами. Работы, в то далекое время, были начаты под руководством заместителя директора Института, академика А.Н.Вольского. Усилиями специалистов Института в очень короткие сроки были созданы технологии изготовления изделий из гидрида циркония и гидрида лития. Эта конструкция ЯЭУ выдержала проверку временем. Специалисты ФГУП ВНИИНМ им. академика А.А.Бочвара и сейчас активно участвуют в работах по космическим ЯЭУ, создавая новые гидридные материалы, удовлетворяющие современным эксплуатационным характеристикам, что позволит не только исследовать околоземное пространство новыми космическими аппаратами, но в перспективе детально изучить и планеты Солнечной системы.

Магнитные нанокомпозиты для космической электромеханики. Физика и механика нанокристаллических магнитоупорядоченных веществ, на базе которых создаются новые более совершенные магнитные материалы, активно развивается во всем мире. Во ВНИИНМ разработана и запатентована технология получения нанокристаллических магнитных материалов (НММ) методом центробежного распыления. На основе этой универсальной и эффективной технологии в институте создано первое и единственное в России промышленное производство НММ широкого применения. Разработана наукоемкая и многостадийная технология изготовления нанокристаллических материалов, полученных методом сверхбыстрой закалки, которые являются одним из важнейших составляющих элементной базы современного электронного машиностроения и средств связи, а также магнитных систем ядерной и космической техники, технологий навигационного обеспечения космических аппаратов научного и социально-экономического назначения, включая системы глобальной связи и телекоммуникаций.

Одно из важнейших преимуществ магнитных нанокомпозитов, являющихся диэлектриками, состоит в том, что их использование в высокоскоростных электродвигателях, широко применяемых в космических устройствах, резко уменьшает потери на вихревые токи. На основе НММ можно создавать композиционные магниты, которые выдерживают космический холод и тропическую жару, не испаряются в вакууме и не разрушаются при высоких механических нагрузках.

Последние исследования ВНИИНМ в области процессов гидрирования - дегидрирования способствовали разработке технологии получения анизотропных магнитных материалов, что позволяет создавать еще более мощные и одновременно компактные магнитные системы, которые, несомненно, будут востребованы широким кругом потребителей, в том числе и аэрокосмической промышленностью.

Создание производства литированного оскида кобальта в ОАО «Новосибирский завод химконцентратов»

Рожков В.В., Мухин В.В., Резвов С.А., ОАО «НЗХК»

Среди основных направлений использования лития за последние 10-15 лет устойчивую и возрастающую позицию стала занимать литиевая электрохимическая энергетика - производство первичных и вторичных литиевых химических источников тока. Изменение доли литийсодержащих батарей в общем числе вторичных портативных химических источников тока выглядит следующим образом: в 2000 г. - 55,1%, в 2005 г. - 67,7% и в перспективе в 2010 г. - 72,0%.

Литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) - элементы накопления энергии, представляющие собой оптимальную систему энергоснабжения. Они могут наилучшим образом удовлетворять требования к рабочим характеристикам таких быстро изменяющихся электронных устройств, как мобильные телефоны, портативные компьютеры и видеокамеры, поскольку обладают такими характеристиками, как большая емкость, большая долговечность при циклической работе, хорошие возможности разряда при высокой мощности и низкой температуре. Превосходные характеристики ЛИА обеспечивают перспективы их использования не только в мобильных устройствах, но и в военной промышленности, в производстве электроинструментов и электротранспорта, а также в качестве накопителей энергии в системах резервного питания.

В качестве активных материалов положительного электрода ЛИА интенсивно используются LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 и материалы на их основе. Технические характеристики высокопотенциальных электродов из этих материалов приблизительно одинаковы.

LiCoO2 - основной материал, используемый для производства положительного электрода ЛИА. Высокое номинальное напряжение, пологая разрядная кривая, высокая эффективность зарядно-разрядного процесса, хорошая емкость и циклируемость, приемлемый саморазряд и относительная простота получения в промышленных условиях объясняют наиболее широкое его использование в коммерчески освоенных ЛИА. LiCoO2 обеспечивает обратимую емкость положительных электродов на уровне 135-150 мАч/г при циклировании ЛИА в диапазоне напряжений 2,5-4,З В. Вышесказанное объясняет тот факт, что, несмотря на высокую цену и токсичность кобальтовых соединений, 94% всех произведенных ЛИА (на 2006 г.) оснащены катодом на основе LiCoO2. В соответствии с ростом потребностей в литиевых вторичных батареях растет спрос и на катодные материалы.

В настоящее время на мировом рынке в производстве LiCoO2 первенство принадлежит японским компаниям. Ведущие производители выпускают LiCoO2 в количествах до 200 тонн в месяц каждый.

В настоящее время в России отсутствует серийное производство мобильных телефонов, соответственно отсутствует и крупный производитель катодных материалов, в том числе и литированного оксида кобальта. В 2005 году был произведен запуск серийного производства литий-ионных аккумуляторов - в «Аккумуляторной компании «Ригель» (г. Санкт-Петербург). Эта компания закупила китайское оборудование и технологию и в настоящее время работает на китайском сырье. Сейчас в «Ригеле» ведется проектирование участка производства высокомощных ЛИА. Годовая потребность в LiCoO2 после выхода компании на проектную мощность составит 100 тонн.

Поставленная задача расширения выпуска ЛИА как зарубежными, так и отечественными производителями, требует увеличения производства сырья и комплектующих для ЛИА, и в первую очередь - литированного оксида кобальта, как основного катодного материала для ЛИА. Данное обстоятельство объясняет заинтересованность нескольких южнокорейских фирм в информации о возможности производства катодных материалов (прежде всего LiCoO2) в условиях ОАО «НЗХК».

Таким образом, возможность реализации LiCoO2, с одной стороны, и необходимость развития литиевого комплекса, с другой, - поставили задачу организации промышленного производства LiCoO2 в условиях ОАО «НЗХК». Основными предпосылками для успешной организации конкурентоспособного крупнотоннажного производства в ОАО «НЗХК» являются следующие факторы:

- наличие необходимой производственной инфраструктуры;

- опыт работы с литиевыми продуктами и необходимая квалификация персонала для освоения нового литиевого производства;

- на предприятии планируется организация крупнотоннажного производства высокочистого карбоната лития, что непременно скажется на качестве производимого из него литированного оксида кобальта.

Начиная с 4 квартала 2003 года, под руководством отдела развития проводится комплекс научно-исследовательских работ по разработке процесса синтеза литированных оксидов металлов для использования в качестве материалов положительного электрода в литий-ионных аккумуляторах. Проводились лабораторные исследования влияния режимов синтеза на электрохимические характеристики конечного материала. Полученные результаты свидетельствуют об удовлетворительном качестве синтезированных высокотемпературным методом образцов LiCoO2, а также о возможности распространения отработанной в лабораторных условиях технологии на опытно-промышленное и промышленное использование. Для определения характеристик синтезированных материалов на предприятии были подобраны, отработаны и успешно реализуются методики проведения электрохимического, рентгенофазового и химического анализов.

Для реализации результатов исследования была предложена технологическая схема, включающая смешение-измельчение сырьевых компонентов, высокотемпературный твердофазный синтез, конечное измельчение, классификация для выделения частиц товарной фракции и упаковка.

В качестве наиболее оптимального варианта в качестве сырьевых компонентов выбрана пара карбонат лития (Li2СО3) и оксид кобальта (Со3О4). Качество получаемого продукта зависит в первую очередь от состава исходных реагентов, в связи с чем используются особо чистый Li2СО3, полученный по бикарбонатной технологии из технического карбоната, и Со3О4 квалификации ч.д.а. Синтез LiCoO2 осуществляется в высокотемпературной печи типа СНОЛ в стационарном слое в течение 8 -16 часов при температуре 650-1000°С в условиях непрерывной подачи предварительно нагретого до рабочей температуры воздуха или воздуха, обогащенного кислородом. Полученные после спекания агломераты LiCoO2 предварительно дробятся в щековой дробилке, после чего подвергаются окончательному измельчению до размеров 8-12 мкм в центробежно-эллиптической мельнице. Для выделения однородной товарной фракции полученный порошок LiСоО2 разделяется по размерам частиц с помощью воздушного классификатора. Упаковка готового литированного оксида кобальта производится в атмосфере сухого аргона в герметичные ламинированные пакеты, которые укладываются в пластиковые или стальные барабаны. Указанные технические решения защищены решением о выдаче патента.

Конечной целью озвученных подготовительных работ является организация крупнотоннажного производства литированного оксида кобальта для использования в качестве катодного материала в ЛИА. Организация производства LiCoO2 в ОАО «НЗХК» планируется по следующему сценарию:

- создание в III квартале 2007 года 1-й очереди производства LiCoO2 номинальной производительностью 20 тонн/год с аппаратурным оформлением, обеспечивающим выпуск как чистого LiCoO2, так и модифицированного различными добавками;

- оценка в течение 2007-2008 годов экономической эффективности 1-й очереди LiCoO2. При условии соответствия выпуска продукции заявленному потенциалу рынка - создание в 2009 году 2-й очереди производства LiCoO2 с увеличением суммарной производительности до 600 тонн/год и аппаратурным оформлением, обеспечивающем выпуск различных модификаций LiCoO2.

В настоящий момент общестроительные работы и монтаж оборудования завершены, составлены программы предварительных и приемочных испытаний.

Продвижение продукции на рынок планируется организацией следующих мероприятий: участие в специализированных отечественных и зарубежных выставочных мероприятиях (не менее 3-4 выставочных мероприятий в год); сопровождение информационного раздела по LiCoO2 на сайте ОАО «НЗХК»; адресная рассылка рекламно-информационных материалов и предоставление образцов LiCoO2 потенциальным потребителям, обратившимся с запросами в адрес ОАО «НЗХК»; участие в инновационных конкурсах федерального масштаба (Конкурс русских инноваций, Инновационный конкурс РОСАТОМА), широко освещаемых средствами массовой информации. Сбыт LiCoO2 будет осуществляться собственными службами ОАО «НЗХК».

Головной отраслевой научный центр стандартных справочных данных

Голашвили Т.В., Демидов А.П., ФГУП ЦНИИАТОМИНФОРМ

На основании постановления Правительства от 2 августа 2005 г. №486 был создан Головной отраслевой научный центр данных о физических константах и свойствах веществ и материалов при ФГУП «ЦНИИАТОМИНФОРМ» для выявления потребностей отрасли в справочных данных, сбора, накопления, оценки и систематизации и распространения данных по различным тематическим направлениям отрасли.

Основными объектами исследований являются экспериментальные, расчетные и оцененные (справочные и рекомендуемые) данные:

а) о взаимодействии частиц с ядрами и атомами; включают информацию:

- об интегральных экспериментах в обоснование расчетов ядерно-физических характеристик реакторов и защиты;

- о взаимодействии нейтронов с ядрами;

- о характеристиках распада радионуклидов;

- о взаимодействии фотонов с ядрами;

- об ядерных реакциях под действием заряженных частиц;

- о структуре атомных ядер;

- о прохождении заряженных частиц через вещество;

- о прохождении у-квантов через вещество;

б) характеристики тепломассообмена для материалов ядерных энергетических установок:

- теплофизические данные;

- термодинамические данные;

с) для материалов ядерных энергетическихустановок:

- коррозионные данные;

- прочностные характеристики материалов;

- данные о поведении материалов под нейтронным облучением;

- данные по измерительной технике, стандартным образцам, источникам и стандартным полям излучений и по мишеням делящихся веществ;

- радиохимические данные;

д) об изотопных данных:

- данные по стабильным изотопам и изотопмодифицированным соединениям;

- данные по радиоизотопной продукции:

- радиобиологические и радиоэкологические данные и т.д.

Перечисленные выше данные хранятся и актуализируются в базах данных Головного отраслевого научного центра данных. В рамках Головного отраслевого научного центра данных функционирует Межведомственная комиссия по аттестации данных.

На Головной отраслевой научный центр данных возложены следующие задачи:

- научно-методическое руководство тематическими центрами данных Отраслевой системы стандартных справочных данных;

- обеспечение работы комиссии по аттестации данных;

- разработка инструкций по проведению аттестации данных о свойствах веществ и материалов в различных тематических направлениях отрасли;

- разработка научно-технической документации о проведении аттестации данных;

- подготовка материалов и координация работ при проведении экспертизы;

- проведение регулярных заседаний Межведомственной комиссии по аттестации данных с целью присвоения им категорий рекомендуемых или стандартных справочных данных;

- проектирование, создание и поддержка банков данных по физическим константам и свойствам веществ и материалов в атомной науке и технике;

- подготовка и издание справочников, аналитических и информационных обзоров; научных обзоров и журналов.

В течение последних лет Межведомственная комиссия по аттестации данных проводила ежеквартальные заседания, на которых рассматривались заявки отраслевых центров и организаций отрасли на аттестацию данных, представленных ими ядерно-физических констант.

В числе подготовленных справочных изданий следует выделить справочники по нуклидным данным №1 (Т.В.Голашвили, В.П.Чечев, А.А.Лбов. Справочник нуклидов, ЦНИИАТОМИНФОРМ, Москва, 439 с., 1995), №2 (Т.В.Голашвили, В.П.Чечев, А.А.Лбов, В.М.Куприянов, А.П.Демидов. Справочник нуклидов-2, ЦНИИАТОМИНФОРМ, Москва, 347 с., 2002), №3 (Т.В.Голашвили, В.П.Чечев, О.О.Патаракин, Н.Е.Яковлев, В.М.Куприянов, Цао Жихианг, Хуанг Сиалонг, Ги Жиганг, Цоу Чунмей. Справочник нуклидов-3, Издательство по атомной энергии, Пекин-Москва, 336 с., 2004). Справочники №1 и №2 были выпущены на двух языках: русском и английском, а справочник №3 - на трех языках: русском, английском и китайском. Этот справочник был подготовлен и издан совместно с Ядерным центром данных Китая при Институте по атомной энергии Китая. Все три справочника содержат информацию о 3500 нуклидах со следующими ядерными характеристиками:

- заряд ядра (элемент)

- массовое число

- спин, четность и магнитный момент (в ядерных магнетонах) основного или изомерного состояния ядра

- масса нуклида в атомных единицах массы (шкала 12С)

- период полураспада радионуклида

- содержание стабильного или природного долгоживущего нуклида в природной смеси изотопов (%)

- моды распада, интенсивности (%) и энергии распада (кэВ)

- основные виды излучений, сопровождающих распад радионуклида, средние энергии излучений (кэВ/распад)

- энергия наиболее интенсивных гамма-квантов (кэВ)

- абсолютная вероятность эмиссии гамма-излучения (в % от числа распадов)

- сечение радиационного захвата тепловых нейтронов для стабильных и природных долгоживущих нуклидов (миллибарн).

Приводятся следующие виды распада:

- бета-минус-распад

- двойной бета-минус-распад

- бета-минус-запаздывающая нейтронная эмиссия

- бета-минус-запаздывающая двухнейтронная эмиссия

- бета-минус-запаздывающая эмиссия с испусканием заряженных частиц: дейтрона, тритона или альфа-частиц

- бета-минус-запаздывающее деление

- бета-плюс-распад

- электронный захват

- бета-плюс-распад и электронный захват

- бета-плюс-запаздывающая протонная эмиссия

- бета-плюс-запаздывающая двухпротонная эмиссия

- электронно-захватная запаздывающая протонная эмиссия

- бета-плюс-запаздывающая альфа-эмиссия

- электронно-захватная запаздывающая альфа-эмиссия

- спонтанное деление

- изомерный переход

- нейтронная эмиссия

- двухнейтронная эмиссия

- протонная эмиссия

- двухпротонная эмиссия

- экзотические распады с испусканием фрагментов.

Приводятся следующие виды излучений и средние энергии на распад: альфа-частицы, электроны бета-распада, позитроны, атомные электроны (конверсионные и Оже-электроны), гамма-излучение, рентгеновское характеристическое излучение, гамма-Х-излучение, нейтроны, протоны, дейтроны, тритоны, осколки деления, средняя энергия на распад для данного вида излучения.

На основе информации, собранной в Справочнике нуклидов, была подготовлена настенная таблица нуклидов, которая содержит следующую информацию для каждого нуклида: дефект массы, спин и четность ядра, период полураспада, моды распада, энергии распада, энергии наиболее интенсивных гамма-квантов.

Необходимость в пересмотре Справочника и Таблицы нуклидов вызвана созданием нового более точного инструментария и несогласованностью оцененных данных, представленных в основных библиотеках данных.

Помимо справочников нуклидов и таблиц нуклидов сотрудники Головного отраслевого научного центра данных готовят к выпуску в 2007 г. Периодическую таблицу химических элементов Д.И.Менделеева, в которой будут представлены следующие данные. Наименование элемента, символ, атомная масса, атомный номер, массовые числа изотопов, включая стабильные и радиоактивные, конфигурация электронов, состояние окисления, этимология, историческая справка, интересные факты и области применения, а также периоды полураспада, распространенность и массы в атомных единицах массы нуклидов, применяемых в науке, технике и медицине.

Вакуумноплотные высокотемпературные электрические вводы

Сорокин А.Н., Дровосеков С.П., Собко С.А., Попов И.В., Куранов В.В., Борисов В.Н., РФЯЦ-ВНИИТФ им. акад. Е.И.Забабахина

В настоящее время наблюдается большое количество аварий и техногенных катастроф, а также возрастающее загрязнение окружающей среды вследствие выброса токсичных и радиоактивных веществ. Увеличение количества аварий можно связать с тем, что повышение эффективности производства осуществляется, как правило, за счет интенсификации процессов путем повышения температуры и давления при проведении технологических процессов. Такие процессы приводят к повышению опасности возникновения аварий. В связи с этим возрастает роль контроля технологических параметров в процессе производства. Поскольку основное количество датчиков и контрольно-измерительных приборов используют электрические сигналы, для вывода информации и передачи управляющих сигналов необходимы герметичные электрические соединители (проходники), работоспособные в экстремальных условиях.

Большое количество выбросов вредных веществ ставит вопрос о проведении процессов в замкнутом цикле в герметизированных агрегатах, с обезвреживанием выбросов. Для контроля и регулирования технологических параметров процессов необходимо выводить информацию из герметизированных объемов, что также невозможно без герметичных электрических соединителей (проходников), работоспособных в агрессивной среде при экстремальных условиях.

Необходимость использования токсичных и радиоактивных веществ на многих производствах обуславливает проведение подобных процессов в автоматическом режиме в боксированных системах. Если в предыдущих случаях существует необходимость, в основном, в контроле параметров, то в данной ситуации требуется провести внутрь боксов силовые кабели для питания исполнительных механизмов. Как следствие этого, потребовалась разработка гермопроходов и коммутационных устройств (электрических соединителей), надежно работающих в жестких условиях эксплуатации.

Поэтому на смену традиционным материалам – пластмассам, резинам, герметикам, меди, используемым в электрических соединителях общепромышленного назначения, приходят новые материалы – стекла, ситаллы, керамика, стеклоприпои и керамические цементы, а также нержавеющие стали, титановые сплавы, теплостойкие бронзы и прецизионные сплавы с заданным ТКЛР. Наметились соответствующие изменения в технологических процессах получения деталей из таких материалов и оборудования, обеспечивающих эти процессы. Появилась разновидность электрических соединителей – вакуумно-плотные высокотемпературные электрические вводы (ВВЭВ), конструктивные элементы которых изготовлены из вакуумно-плотных материалов. Эта особенность исполнения ВВЭВ позволяет эксплуатировать их в перегородках, например, в агрегатах металлургической и химической промышленности, в атомных станциях.

В РФЯЦ-ВНИИТФ выполнены экспериментальные работы по созданию конструкции ВВЭВ, разработана конструкции паяных и сварных соединений, технологические процессы соединения штыря с изолятором и с электрическим кабелем, разработана конструкции соединения и технологий соединения изолятора с корпусом ВВЭВ. Исследованы электрофизические и физико-механические характеристики ВВЭВ.

Достигнутый в настоящее время в РФЯЦ-ВНИИТФ уровень изготовления ВВЭВ характеризуется герметичностью до 10–10 3Па)/с при рабочих температурах 650°С. Эта конструкция ВВЭВ предусматривает использование герметизации стеклоприпоями, что позволяет изготавливать ВВЭВ с минимальными массо-габаритными характеристиками. Кроме того, применение материалов, согласованных по величине коэффициента линейного термического расширения (КЛТР) в широком интервале температур, позволяет снизить напряжения в паяных швах до безопасных величин как в процессе изготовления ВВЭВ, так и при последующей его эксплуатации.

При использовании ВВЭВ для контрольно-измерительных цепей штыри изготавливаются из тугоплавких металлов или сплавов на основе железа. Для ВВЭВ, предназначенных для эксплуатации при высоких токовых нагрузках, разработана специальная конструкция ВВЭВ и технологические процессы изготовления и соединения отдельных компонентов ВВЭВ, обеспечивающих возможность изготовления штырей из сплавов меди. Кроме того, такой вариант позволяет применять защитные и функциональные покрытия с температурой плавления или нанесения менее температуры герметизации.

МАШИНОСТРОЕНИЕ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИКИ

Совершенствование технологии изготовления статорных перегородок герметичных насосов на основе применения электронно-лучевой сварки

Александрин А.Г., Игнатьев В.А., Костюнин Д.А., Лизунов П.П., ФГУП «ОКБМ»

Статорные перегородки (рубашки) являются важной составной частью электропривода герметичных насосов, используемых в транспортных РУ и нефтехимической промышленности. К оболочкам толщиной 0,4 мм, изготавливаемым из специального хромоникелевого сплава, предъявляются очень высокие требования по прочности, герметичности и долговечности, т.к. от этих свойств зависит работоспособность всего насосного агрегата.

ФГУП ОКБМ является разработчиком и владельцем многих уникальных технологий изготовления изделий. Одной из таких технологий является технология изготовления тонкостенных оболочек методом ротационной вытяжки, что позволяет обойтись без использования мощного прессового оборудования и дорогостоящей штамповой оснастки. Однако до недавнего времени она была сопряжена с большим перерасходом дорогостоящего специального сплава.

В связи с переходом на рыночные отношения остро встал вопрос о сокращении производственных издержек, в том числе связанных с расходом металла. Ранее, в качестве исходной заготовки для изготовления рубашки применялась сплошная цилиндрическая поковка, которая предварительно обтачивалась по наружной поверхности, а также растачивалась по внутреннему диаметру с образованием полого цилиндра с толщиной стенки 2 мм, необходимого для последующей вытяжки рубашки. При этом от 80 до 90% материала уходило в стружку, что, учитывая высокую стоимость материала и трудоемкость предварительной механической обработки, значительно удорожало изделие. В связи с этим было принято решение искать пути удешевления изготовления рубашек за счет экономии на стадии подготовки заготовки к вытяжке.

Для реализации этого решения была разработана конструкторская и технологическая документация, а также проведены опытно-технологические работы с использованием в качестве заготовки сваренной из листа обечайки.

Данный метод подготовки заготовки заключается в следующем: из листа, толщиной 2 мм вырубается заготовка таким образом, чтобы ориентация волокон листовой заготовки совпадала с направлением предстоящей вытяжки; производится подготовка стыкуемых под сварку кромок с доведением их шероховатости до Ra 0,8. Затем в ручных вальцах из этого листа гнется цилиндрическая обечайка. Кромки полученной обечайки тщательно стыкуются в сварочном приспособлении с обеспечением зазора под сварку 0+0,1 мм, и производится сварка кромок обечайки на установке электронно-лучевой сварки.

Такой метод сварки исключает использование дополнительного присадочного материала, что обеспечивает, с учетом свойств, присущих сварным швам, выполненным по этой технологии, однородность металла в области сварного шва с металлом заготовки. После сварки сварной шов зачищается заподлицо с основным металлом. Обечайка калибруется и после приварки технологического донышка, соответствующих проверок сварного шва, операции термообработки для снятия напряжений, направляется на вытяжку.

Дальнейшие этапы изготовления рубашки проходит уже по традиционной схеме: вытяжка рубашки производится в 6-7 проходов на оправке с помощью шариковой матрицы на специально оборудованном участке.

Первые, изготовленные новым методом сварные статорные перегородки, прошли полный комплекс контрольных проверок, испытаний и металлографических исследований и были признаны годными. Тем не менее, у этой технологии остается негативный момент – необходимость термообработок в вакуумной среде для снятия внутренних напряжений после каждого прохода вытяжки. Применение нескольких промежуточных термообработок влечет за собой необходимость изготовления оснастки (оправок, контейнеров), многочасового использования мощных электрических печей, при этом цикл изготовления изделия, с учетом изготовления заготовки и последующих испытаний готового изделия, составляет не менее восьми рабочих дней.

С целью изыскания возможности дальнейшего совершенствования технологии изготовления статорных перегородок было обращено внимание на так называемый эффект электропластической деформации, при котором пластическое состояние деформируемого материала сохраняется за счет пропускания через него в процессе деформирования импульсов электрического тока низкого напряжения, но очень большой плотности (до 400A/мм2), подающихся от специального импульсного генератора.

Для проведения опытно-технологических работ был привлечен автор метода доктор технических наук, профессор Троицкий О.А., г. Москва. По согласованию с ним была спроектирована специальная оснастка и смонтирована на основе существующего приспособления для ротационной вытяжки, позволяющая вести ротационную вытяжку с наложением электрических импульсов. Работа проводилась в подразделении 92 с участием сотрудников подразделений: 51, 64, 84. В качестве опытной детали была выбрана статорная перегородка ЦПКУ.715141.026, диаметром 80 мм и длиной 310 мм.

В результате проведенных работ, были получены две статорные перегородки по геометрическим параметрам и параметрам шероховатости соответствующие требованиям конструкторской документации.

Конечно, необходимо провести еще полный комплекс испытаний и исследований полученных деталей, чтобы можно было дать окончательное заключение об их годности. Предстоит также оптимизировать электрические и механические параметры процесса, а также масштабировать этот метод для всего размерного ряда изготавливаемых рубашек. Однако проведенными работами заложены оптимистические предпосылки к существенному сокращению себестоимости и цикла изготовления статорных перегородок.

Торцовые уплотнения вала

Зиновьев В.Б., Рогожин В.М., ФГУП «ОКБМ»

Одно из приоритетных направлений деятельности ОКБМ – проектирование и изготовление нагнетательного оборудования. Важной составной частью данного оборудования являются торцовые уплотнения вала. Уплотнения могут эксплуатироваться в сложных условиях, при которых, как правило, несколько параметров могут достигать экстремальных значений: температура, перепад давления, линейная скорость вращающихся элементов. В связи с этим создание высоконадежных торцовых уплотнений вращающихся валов насосов является сложной проектной задачей.

При проектировании торцовых уплотнений должен быть учтен каждый из вышеназванных факторов. Проектирование осуществляется при тесном сотрудничестве с эксплуатационными и ремонтными службами предприятий, на которых эксплуатируется нагнетательное оборудование с торцовыми уплотнениями.

Конструкция уплотнений ОКБМ, не зависимо от количества ступеней, является блочной, что облегчает монтаж-демонтаж уплотнений. Надежность и длительный ресурс уплотнений обеспечиваются принятыми конструктивными решениями, применяемыми материалами и качеством изготовления. Все уплотнения снабжаются специальными поводковыми устройствами, которые обеспечивают восприятие крутящего момента, центровку вторичного уплотнения и предохраняют кольца пар трения от разрушения. Подбор материалов элементов уплотнений (кольца пар трения, вторичные уплотнения, корпусные элементы) осуществляется строго под условия эксплуатации уплотнений.

Симметричная конструкция некоторых изнашиваемых элементов уплотнения позволяет эксплуатировать их повторно, что при замене резиновых уплотнительных колец означает увеличение его ресурса вдвое.

Ресурс торцовых уплотнений составляет 25000 ч и более.

Торцовые уплотнения ОКБМ успешно эксплуатируются в составе нагнетательного оборудования, используемого на АЭС России.

Характеристики и возможности гидрорезного оборудования РФЯЦ-ВНИИТФ

Антошин Е.Т., РФЯЦ-ВНИИТФ

Насосы высокого давления разработки РФЯЦ-ВНИИТФ являются основой комплекта оборудования многофункционального назначения. На конструкцию насоса в России получен патент №2003114839/06(015688) от 19.05.2003 г. (заявка на изобретение «Плунжерный насос сверхвысокого давления»). Сегодня эти насосы представлены тремя моделями с электроприводом.

Насос высокого давления может комплектоваться как на единой раме, так и в передвижном исполнении на автомобиле для работ в полевых условиях. Режущим инструментом является высокоскоростная струя воды, которая в гидроабразивном резаке захватывает сыпучий абразив (песок). Высокоскоростная водоабразивная струя формируется специальным разгонным насадком из износостойкого материала.

Типовой комплект оборудования включает насос высокого давления, насос подкачки, баки для воды и системы охлаждения, фильтры грубой и тонкой очистки воды, пульт с электрокоммутационной аппаратурой, пульт управления высоким давлением, комплект трубопроводов высокого давления, бункер с питателем для подачи сыпучего абразива в гидроабразивный резак.

Технология в примерах. Утилизация вооружений и военной техники.

Гидроабразивное резание, реализуемое нашим оборудованием, не приводит к опасным явлениям при разрезке металлических конструкций, содержащих ВВ. Такие исследования в России впервые были выполнены в РФЯЦ-ВНИИТФ. Их результаты хорошо согласуются с результатами аналогичных исследований ведущих зарубежных специалистов в этой области.

На основе исследований РФЯЦ-ВНИИТФ ведущей организацией по технологиям снаряжения боеприпасов (Красноармейский НИИ механизации) и Агентством Росбоеприпасы были разработаны отраслевые правила по организации производственных процессов утилизации боеприпасов водоструйными технологиями. Впервые в 1998 году эта технология и наше оборудование были применены на заводе «Пластмасс» Челябинской области для разрезки старых авиационных фугасных бомб и переработки боевых ВВ в промышленные.

Водоструйные технологии получили спрос в задачах утилизации атомных подводных лодок (АПЛ) для разрезки легкого и прочного корпуса, а также для отрыва резинового покрытия АПЛ. Эти технологии были разработаны взамен экологически вредной огневой резки металла.

Ядерная энергетика. Основная сфера применения водоструйных технологий – это демонтаж (фрагментация) и дезактивация (очистка путем снятия слоев грязного материала). Преимущества этой технологии были наглядно продемонстрированы в двух работах с участием РФЯЦ-ВНИИТФ в г. Глазове при ликвидации скоплений низкоактивного лома и в Курчатовском институте при разделке и дезактивации так называемых «исторических» радиоактивных отходов. Испытания проводились непосредственно в производственных условиях на самых представительных образцах с точки зрения трудоемкости дезактивации. Дезактивация проводилась до полной очистки металлоконструкций до уровня, соответствующего российскому стандарту CанПиН2.6.1.993-00 "Гигиенические требования к обеспечению радиационной безопасности при заготовке и реализации металлолома" и МУ2.6.1.1087-02 Методические указания "Радиационный контроль металлолома".

Строительство. Технология гидроабразивного резания находит спрос для резки железобетонных конструкций взамен применения ударно-отбойных инструментов.

Резка и очистка трубопроводов. Широкий спрос водоструйная технология находит для задач очистки различных емкостей, в том числе и труб. Оборудование РФЯЦ-ВНИИТФ впервые для этой задачи запущено в Челябинске на заводе «Уралтрубопроводстрой». С его помощью ведется очистка внутренней и наружной поверхностей труб диаметром от 300 до 1500 мм от демонтированных газо-, нефте- и продуктопроводов. Аналогичное оборудование было применено в Снежинске для очистки труб для новой теплоцентрали. Очистка осуществляется технологическим агрегатом с двумя вращающимися соплами  0,6 мм, которые питаются от насоса РЭ1055-05.

Эта же технология может применяться для ремонтно-восстановительных работ на магистральных газо- и нефтепроводах. С помощью передвижного комплекта оборудования можно выполнять вырезку поврежденных фрагментов трубопроводов сразу с одновременной разделкой кромок под последующую сварку. Этим же инструментом можно очищать поверхность сваренного стыка под нанесение покрытия.

Предприятиями железнодорожного транспорта изучается возможность применения созданной технологии в ремонтно-восстановительных работах железнодорожного полотна и подвижного состава.

По заказу организации–производителя органоминерального сорбента (ЗАО «Маркетинг-Бюро», г. Киров) разработан и сдан в эксплуатацию комплект оборудования для прицельного дозированного нанесения сорбентов на аварийные разливы нефтепродуктов. Две такие установки смонтированы на двух пилотных судах серии «нефтемусоросборщик» (р. Нева и Волга). Этот метод нанесения сорбентов запатентован в России. В июне 2005 года в условиях тундры (г. Усинск, Коми, «Лукойл-Коми») были проведены успешные испытания по ликвидации нефтяного загрязнения с помощью вышеназванного сорбента, обогащенного различными биологическими культурами (бактерии, дрожжи, грибы). В настоящее время работы в этом направлении получают дальнейшее развитие.

Компактный линейный ускоритель электронов для радиационных технологий

Алимов А.С., Ишханов Б.С., Пахомов Н.И., Шведунов В.И., ИИЯФ МГУ

Скачков В.С., ИТЭФ

Основу предлагаемого проекта составляет реализованный в прототипе на основе бипериодической ускоряющей структуры с внутренними ячейками связи ускоряющий модуль на энергию 1 МэВ, максимальный средний ток пучка 26 мА и максимальную мощность 26 кВт, работающий на частоте 2450 МГц. По требованию заказчика соотношение энергии и мощности пучка на выходе модуля могут изменяться от 0.5 до 1.5 МэВ и от 35 до 18 кВт, соответственно. При последовательном соединении идентичных ускоряющих модулей может быть построен ускоритель на энергию кратную 0.6 МэВ, возрастающую пропорционально числу модулей, с сохранением среднего тока пучка [3; 2506].

По величине энергии ускоритель относится к группе среднеэнергетичных (0.5 кэВ – 5 МэВ) промышленных ускорителей электронов. Высоковольтные ускорители в указанном диапазоне энергии широко используются в промышленности в настоящее время. Они применяются в радиационных технологиях, например, для очистки сточных вод и выбросных газов; сшивания кабельной изоляции; производства термоусаживающихся изделий, пленок, пенополиэтилена; вулканизации компонентов шин; стерилизации и пр.

Активное внедрение радиационных технологий связано с получением новых материалов с улучшенными потребительскими свойствами.

Уникальность и новизна предлагаемого в настоящем проекте ускорителя заключаются в том, что он создается как линейный ускоритель непрерывного действия с оригинальными системами инжекции и формирования электронных сгустков [1; 124] и СВЧ-питания [1; 126, 2; 118].

Коэффициент захвата непрерывного пучка электронной пушки в режим ускорения с использованием традиционных схем инжекции составляет ~50%. Нам удалось обеспечить аналогичный коэффициент захвата пучка в режим ускорения с использованием существенно упрощенной, максимально компактной и, соответственно, менее дорогостоящей, по сравнению с традиционными, системы инжекции.

1) В качестве энергии инжекции мы выбрали энергию 15 кэВ, совпадающую с напряжением питания клистрона 15 кВ, тем самым, получив возможность запитывать электронную пушку не от отдельного источника питания, а от источника питания клистрона.

2) Мы разработали электронную пушку на энергию 15 кэВ с двумя промежуточными анодами и регулировкой тока от 0 до 250 мА без существенных изменений оптических характеристик пучка.

3) Мы расположили электронную пушку непосредственно на входном фланце ускоряющей секции без пространства дрейфа и фокусирующих элементов. Эффективный захват (50%) и предварительное группирование пучка реализованы в первых ячейках ускоряющей секции [5; 2556].

4) В основу используемой системы высокочастотного питания заложен автоколебательный принцип работы клистрона и ускоряющей секции, позволяющий отказаться от задающего генератора и развязывающего циркулятора между клистроном и секцией. Система, состоящая из клистpона и ускоряющей секции, становится чрезвычайно компактной, а процедура ввода мощности и работа секции - максимально простыми и надежными [1; 125, 4; 804].

В результате проведенных работ на основе изложенных выше оригинальных принципов был создан прототип компактного промышленного линейного ускорителя электронов непрерывного действия со следующими параметрами:

  • энергия пучка электронов – 1 МэВ;

  • средний ток пучка - 0–26 мА;

  • максимальная средняя мощность пучка – 26 кВт;

  • длина ускорителя (без вывода энергии) – 1 м;

  • рабочая частота – 2450 МГц;

  • мощность, потребляемая от сети ~75 кВт;

  • эффективность от розетки ~35%.

В состав ускорителя входят электронная пушка, установленная без пространства дрейфа на входном фланце ускоряющей структуры, клистрон, подводящий волновод с вакуумным портом, через который производится высоковакуумная откачка магниторазрядным насосом. Система вывода пучка включает сильфон с установленными на нем корректорами, сканирующими пучок в двух плоскостях, вакуумный клапан, вакуумный порт с сильфоном, через которые производится откачка турбомолекулярным насосом. В экспериментах для поглощения пучка мы использовали цилиндр Фарадея, рассчитанный на рассеянную мощность до 60 кВт.

Средний ток пучка 26 мА является рекордным током для СВЧ-ускорителей. Прямых аналогов данного ускорителя не существует. Несомненным достоинством предлагаемого ускорителя является возможность регулировки выходного тока от десятков микроампер до 26 мА при сохранении энергии пучка в диапазоне 100050 кэВ, что позволяет в широком диапазоне варьировать дозовые режимы в процессе промышленного облучения. Созданный ускоритель, предлагаемый нами для коммерциализации, занимает промежуточное место между ускорителями прямого действия и импульсными резонаторными ускорителями, обладая такими преимуществами, как компактность, простота эксплуатации, возможность изменения параметров в процессе работы, возможность внедрения в существующие технологические линии.

После сборки ускорителя-прототипа были проведены эксперименты по ускорению пучка с целью получения проектных значений среднего тока пучка, Iпучка=26 мА, энергии пучка, W=1 МэВ, мощности пучка, Рпучка=26 кВт при коэффициенте захвата Iпучка/Iпушки=50%. В процессе экспериментов с ростом нагрузки током пучка энергия пучка увеличивалась и достигла максимума W=1024 кэВ при токе Iпучка=26.1 мА и мощности пучка Pпучка=26,7 кВт. Оценки потерь пучка из измеренного баланса мощности при Iпушки=52 мА, Iпучка=26.1 мА показали, что потери тока пучка составили Iпотерь=25.9 мА, мощность потерь Рпотерь2 кВт, что соответствует средней энергии потерь <Wпотерь>77 кэВ.

Литература:

  1. А.С.Алимов, Д.И.Ермаков, Б.С.Ишханов и др. Линейный ускоритель электронов непрерывного действия на энергию 600 кэВ (средний ток пучка 50 мА)/ПТЭ. –2002. –№5. – С. 121–128.

  2. А.С.Алимов, Д.И.Ермаков, Б.С.Ишханов и др. Двухсекционный линейный ускоритель электронов непрерывного действия на энергию 1,2 МэВ, средний ток пучка 50 мА/ПТЭ. – 2002. – №5. – С. 114–120.

  3. A.S.Alimov, D.I.Ermakov, B.S.Ishkhanov et al. Industrial High-Current Electron LINACs/Proc. 2001 Particle Accelerator Conference. – 2001. – P. 2506–2508.

  4. A.S.Alimov, D.I.Ermakov, B.S.Ishkhanov et al. Industrial High-Current Electron LINACs/Proc. 2000 European Particle Accelerator Conference. – 2000. – P. 803–805.

  5. A.S.Alimov, D.I.Ermakov, B.S.Ishkhanov et al. A Compact Industrial High-Current Continuous Wave Electron LINAC/Proc. 1999. Particle Accelerator Conference. – 1999. – P. 2555–2558.

Разработка энергоустановок на твёрдооксидных топливных элементах

Чухарев В.Ф., ФГУП РФЯЦ–ВНИИТФ им. академ. Е.И.Забабахина

Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) это устройства, которые трансформируют химическую энергию подаваемого в них водорода и CO (в составе синтез-газа) в электрическую энергию постоянного тока низкого напряжения. Электрохимическое взаимодействие топлива и окислителя (кислорода в составе воздуха) осуществляется на электродах ТОТЭ, разделенных слоем газонепроницаемого электролита, обладающим проводимостью по одному из видов ионов.

С 1990 года в РФЯЦ-ВНИИТФ проводятся работы по ТОТЭ. Работы начинались в рамках Целевой комплексной программы «Разработка энергоустановок на топливных элементах» Министерства по атомной энергии России. За годы работ по этой тематике выполнен комплекс научно-исследовательских работ по разработке лабораторных технологий изготовления всех компонентов ТОТЭ – твёрдого электролита, анода, катода, коммутирующих материалов. Разработан ряд конструкций ТОТЭ на несущем электролите с удельной электрической мощностью до 250 мВт/см2 при напряжении 0,6 В. На основе таких ТОТЭ разработаны конструкции батарей и модулей. Разработаны и освоены технологии, техническая и испытательная база, позволяющие изготавливать и испытывать в лабораторных условиях, как единичные топливные элементы, так и батареи, модули мощностью до 5 кВт. Сформировался коллектив специалистов, способный выполнять работы по данной тематике на высоком техническом уровне. На предприятии ОАО «ЧМЗ» г. Глазов создан участок опытно-промышленного изготовления твёрдого электролита в форме пробирки под задачи РФЯЦ-ВНИИТФ. В разработанных технологических процессах изготовления ТОТЭ и батарей используются только российские материалы, изготавливаемые в основном в Уральском регионе.

С 2001 года на основе достигнутых результатов РФЯЦ-ВНИИТФ приступил к разработке энергоустановки на ТОТЭ (ЭУ на ТОТЭ) малого класса мощности – до 5 кВт для стационарного применения.

Наиболее перспективными сегментами рынка для ЭУ на ТОТЭ являются:

  • Использование в качестве источников питания систем катодной защиты и телеметрии магистральных нефтегазопроводов;

  • Использование для энергоснабжения индивидуальных потребителей;

  • Использование в системах комплексной переработки сельскохозяйственных и бытовых отходов для получения тепла и электроэнергии.

  • Использование в технике специального назначения.

Эффективность применения ЭУ на ТОТЭ характеризуется:

  • высоким КПД – до 80% при использовании выделяемого тепла;

  • простотой автоматизации управления;

  • отсутствием вращающихся и подвижных деталей;

  • высоким ресурсом работы (более 10 тыс. часов);

  • низким воздействием на окружающую среду;

  • автономностью работы;

  • применением в широком диапазоне температурных и атмосферных условий, существующих в России.

Разработаны конструкция трубчатого единичного топливного элемента с несущим электролитом рабочей площадью 30 см2, не содержащая благородных металлов, конструкция батареи топливных элементов, блока батарей ТОТЭ и модуля ТОТЭ. Изготовлена и прошла неоднократные испытания демонстрационная ЭУ на ТОТЭ мощностью 2 кВт.

В рамках Госконтракта с Роснаукой в 2005 – 2006 годы разработан и испытан в составе демонстрационной энергоустановки опытный образец модуля мощностью 500 Вт с использованием в качестве топлива природного газа.

Проведены длительные испытания опытного образца модуля при работе на природном газе. Результаты выполненных работ свидетельствуют, что уровень полученных на ЭУ электрических характеристик (125 мВт/см2) соответствует уровню характеристик ведущих мировых компаний, специализирующихся в данной области.

Дальнейшие работы, планируемые в 2007-2009 годах, направлены на решение следующих ключевых задач:

  • разработка опытного образца (прототипа) ЭУ на ТОТЭ для стационарного применения в системах катодной защиты магистральных нефтегазопроводов;

  • создание инфраструктуры опытно-промышленного производства.

Зависимость мощности от времени при длительных испытаниях демонстрационной ЭУ на ТОТЭ на природном газе.

Блочно-комплектные устройства для ТЭК

Свинин С.В., ООО «ОЗЭУ»

Развитие производственной инфраструктуры сектора экономики закрытых городов оборонного комплекса в альтернативном или конверсионном направлении связан с многочисленными аспектами. Исторически весь комплекс научных, проектных, производственных организаций был направлен на выполнение политических задач оборонного комплекса. В город Озерск, как и в другие подобные города, приезжали лучшие ученые и специалисты со всего СССР. В итоге сформировались уникальные города с неизмеримо высоким научно-техническим потенциалом и возможностями, способными решать сложнейшие задачи обороноспособности страны. 90-е год существенно изменили отношение правительства к этим закрытым объектам. Всерьез встал вопрос о переосмыслении своего положения и места в государственном секторе. Принятая на государственном уровне программа «Конверсия оборонного комплекса» не дала ощутимых результатов. Альтернативные производства создавались без поддержки государства. Закрытая площадка города Озерска не позволяла привлечь сторонних инвесторов. В этих условиях, в подобных Озерск Челябинской области, могли выжить только производства, способные максимально удовлетворить рыночные требования, ориентированные на максимальные интеллектуальные возможности созданной ранее научно-технической базы и производственные возможности и силы. Учитывались также наличие необходимых производственных переделов на территории существующих градообразующих предприятий (в Озерске – это ФГУП ПО «Маяк»). ПО «Маяк» за годы своего существования организовал на своих производственных площадях металлообработку листового металла, электромонтаж, наладочные подразделения и т.д.

В период развития ПО «Маяк» они были необходимым условием выполнения качественных работ на закрытом оборонном комплексе. В настоящий период эти подразделения вынуждены до настоящего времени обеспечивать себя самостоятельно сторонними дополнительными заказами.

«Озерский завод энергоустановок» был создан в городе Озерске с учетом всех выше указанных обстоятельств. Основной рыночный сегмент для ОЗЭУ обычен для сегодняшней России – это нефтегазовый комплекс, единственный, который динамично развивается и обеспечивает работой заводы. Наличие научно-проектных организаций, институтов дала возможность ОЗЭУ выйти на путь создания новых изделий, необходимых для ТЭК. Производственные возможности ФГУП ПО «Маяк» позволили выполнить проектные решения на условиях аутсорсинга для ОЗЭУ. Для обеспечения этого руководство «Озерского завода энергоустановок» прошло длинный путь. Необходимо было в полной мере изучить специфику нефтегазового производства. Был выстроен диалог между рядом специализированных проектных организаций нефтяных компаний, специалистами служб эксплуатаций и проектно-технической службы завода. В ходе данных совещаний формировались технические задания на разработку новых изделий, способных по замыслу участников, представителей заинтересованных сторон получить новые продукты. Итогом этой работы является шесть патентов на изобретения и полезные модели. Авторами их стали в частности академик Малюшин Николай Александрович, президент института «Нефтегазпроект», академик Новоселов Юрий Борисович, заместитель главного инженера института «Гипротюменьнефтегаз», главный энергетик ОАО «Сибнефтепровод» Алиев Ариф Авхатович, руководитель электротехнического отдела Фрейштетер Виталий Петрович.

Почти во всех проектах принимал основное участие бывший руководитель электротехнического отдела института «Нефтегазпроект» Метельский Анатолий Никифорович – профессионал высочайшего уровня. Уровень и опыт авторов позволил новым изделиям ОЗЭУ получить реальную востребованность на рынке ТЭК в кротчайшие сроки.

Добыча углеводородов в России усложняется с каждым годом. Развивающиеся новые месторождения все глубже и дальше уходят в тайгу и север. В связи с динамичным развитием нефтегазодобывающей отрасли в условиях крайнего Севера возникла потребность в блочно-модульных устройствах, способных минимизировать затраты на обустройство. Эти изделия должны были решать новые задачи, и изготовлены в максимальной заводской готовности. Обеспечивать бесперебойную работу в условиях предельно низких температур с минимальным присутствием людей. Перечень применяемых в ТЭК технологий широк, поэтому ОЗЭУ направило свои силы в первую очередь на изделия, выполняющие свои функции по распределению электрической энергии и автоматизации технологических переделов.

Одним из изделий предприятия серии блочно-модульных зданий полной заводской готовности является блок линейных потребителей БЛП (патент №38792). Создание данного изделия, применение его в проектировании объектов нефтегазового комплекса, использование в строительстве и эксплуатации позволила существенного снизить затраты на обустройство новых месторождений и транспорт нефти. Изделие объединила в единый объект максимальной заводской готовности трансформаторную подстанцию, распределительное устройство высокого напряжения с обеспечением гарантированного питания и срабатывания АВР, устройство автоматизированной системы электрохимзащиты нефтепроводов, систему питания технологического оборудования с обеспечением системы автоматизированного управления с передачей сигнала на пульт дистанционного управления по системе «безлюдной технологии», принятой на АК «Транснефть». Блок линейных потребителей БЛП представляет блочно-модульное здание, выполненное в виде пространственной каркасно-панельной несущей конструкции. Боковые стены, крыша обшиты утепленными сэндвич-панелями различной толщины (от 40 до 300 мм), определенные на условиях теплового расчета. Обшивка утеплителя - тонколистовая оцинкованная сталь, покрытая полимерным покрытием. Основание БЛП выполнено из прокатных швеллеров, пол закрыт рифленым листом толщиной 4 мм. Крыша выполняется арочного типа для возможности установки проходных изоляторов при высоковольтном питании, для этого в конструкции крыши выполнен проем, на котором монтируется рама с отверстиями под проходные изоляторы. Внутри БЛП выполнен внутренний контур заземления из стальной полосы сечением 4x40 мм2, также выполняется главная заземляющая шина с выводом на внешний контур заземления. Сэндвич-панели крепятся на квадратные трубы 80x80 мм, которые, в свою очередь, привариваются к основанию модульного здания. В помещении дополнительно выполняется вентиляция на канальных вентиляторах. Двери - антивандального исполнения, снабженные внутренним замком и жалюзийными решетками, закрывающимися на время зимнего периода. Дверные проемы снабжены путевыми выключателями, позволяющими выполнить защиту от несанкционированного попадания внутрь помещения. При необходимости в помещении дополнительно устанавливаются пожарные датчики, сигнализирующие о возгорании внутри помещения. Интеллектуальная комплектация БЛП связана с техническими требованиями проектной организации и заказчика. Изделие получило на сегодня использование на объектах АК «Транснефть», ОАО «Транснефтепродукт», ОАО «Лукойл». В ближайшее время планируется расширение номенклатурной сетки БЛП с учетом появления новых требований заказчиков. На 7-ом Московском международном салоне инноваций в феврале 2007 г. данное изделие было отмечено серебряной медалью.

Блочно-модульные установки «Озерского завода энергоустановок» выпускаются различных модификаций: БНКУ - предназначен для установки низковольтных комплектных устройств серии ; БСКЗ - предназначен для установки станций катодной зашиты наземных и подземных металлических трубопроводов и сооружений от электрохимической коррозии; БКТП с НКУ - предназначена для установки встроенной КТП (одно- или двухтрансформаторной) и низковольтных комплектных устройств серии НКУ. БАПП - Станция автоматического пенного пожаротушения блочного исполнения. 2БКТП НП - Двухтрансформаторная комплектная подстанция блочного исполнения для питания насосов пожаротушения. БКРУН - Пункт секционирования ВЛ 6(10) кВ с однотрансформаторным распределительным устройством низкого напряжения блочного исполнения.БХЛ - 17 Химическая лаборатория для проведения экспресс – анализов состава нефти и воды. БНОНС - Станция насосная откачки нефтяных и конденсатных стоков блочного исполнения. БСЗГП – блок установки автоматизированного питания секущих задвижек водных переходов (Патент №2211515) и др.

Во всех случаях процесс постановки на производство этих изделий задействовал технические задания от эксплуатации нефтегазовой компании и научно-проектные возможности организаций Озерска. Менеджмент завода ОЗЭУ нацелен на использование пока еще конкурентных возможностей закрытого города. Это - наличие самостоятельных проектных групп, производственных возможностей

ФГУП ПО «Маяк» и интеллектуального потенциала города в целом. Деятельность предприятия поддерживается администрацией Озерского городского округа, Министерством экономического развития Челябинской области. У закрытых городов еще есть конкуренты преимущества. Важно их поддержать на стадии становления. Дать возможность развиться. Созидать могут не многие.

Коммерциализация контейнерных систем заправки и транспортировки сжатого природного газа

Сироткина А.Г., проректор по научной работе СарФТИ

Известно, что автомобильный транспорт является самым большим потребителем нефтепродуктов метан (природный газ) и водород в настоящее время являются лучшей альтернативой бензину.

В мировой практике к настоящему времени достигнут существенный прогресс в области использования природного газа и водорода в качестве моторного топлива.

Число автомобилей, переоборудованных на природный газ, уже в 2002 году составляло (тыс. единиц): в Италии – 290; в Аргентине – 345; в Новой Зеландии – 50; в США – 40; в Канаде – 38; в России – 75.

Для создания системы автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) требуется близость магистрального газопровода. В радиусе менее 200 км эту задачу способны эффективно решить передвижные газовые автозаправщики (ПАГЗы). На более удаленные расстояния применяется железнодорожный и морской транспорт. Эффективность последних повышается, если они работают на том же природном газе или водороде.

Известны два вида состояния природного газа, при которых осуществляется его транспортировка и хранение - это сжатый природный газ и охлажденный до сжиженного состояния. Последний требует специальных криогенных емкостей способных удерживать низкую температуру.

Для перевозки и хранения сжатого природного газа в настоящее время используются четыре типа цилиндрических баллонов высокого давления (по ISO11439): цельнометаллические; металлопластиковые с армирующей оболочкой по цилиндрической части; металлопластиковые с армирующей оболочкой по всей поверхности; полностью композитные. Основными характеристиками таких баллонов является удельная масса и удельная цена.

Необходимы финансовые ресурсы для промышленного освоения технологии производства следующей конкурентоспособной продукции, предназначенной для последующей коммерциализации:

1. Баллоны сферической формы полностью композитные с удельными технико-экономическими характеристиками, превышающими имеющиеся на мировом рынке; 2. Контейнерные системы хранения и транспортировки сжатого природного газа на базе композитных баллонов сферической формы.

В настоящее время эффективным считается бескомпрессорный способ опорожнения сосудов со сжатым природным газом. Этот способ позволяет обеспечить до 60% опорожнения емкостей транспортирующих газ. В предлагаемых контейнерных системах хранения и транспортировки сжатого природного газа применяется технология опорожнения сосудов методом вытеснения специальной жидкостью. Эта технология принадлежит нашим партнерам из США компании NEOgas. При таком способе эффект опорожнения емкостей достигает 98%.

Контейнерные системы хранения и транспортировки сжатого природного газа состоят из контейнера, внутри которого расположены композитные баллоны сферической формы соединенные определенным образом, и блока управления. Габаритные размеры контейнеров соответствуют стандартным 40 и 20 футовым контейнерам, поэтому предлагаемые системы способны автономно выполнять функцию хранилищ природного газа и водорода, автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС), морских, железнодорожных и автомобильных перевозчиков газа. Кроме того, контейнерные системы хранения и транспортировки сжатого природного газа являются альтернативой трубопроводному транспорту, поскольку способны эффективно решить проблему доставки природного газа и водорода потребителям для заправки автомобилей, отопления поселков, небольших городов и др.

МЕДИЦИНА

Протонная терапия и терапия тяжелыми ионами – перспективное направление лучевой терапии

Воронцов И.А., Клёнов Г.И., Хорошков В.С., ИТЭФ

Протонная лучевая терапия (ПЛТ) – естественный этап развития и повышения эффективности лучевого лечения. Более ста лет развитие лучевой терапии осуществлялось по двум основным стратегическим направлениям.

Первое направление сводится к максимально возможному снижению лучевой нагрузки на здоровые ткани, органы и структуры – уменьшению облучаемых объемов здоровых тканей. Протонные пучки на сегодня являются лучшим средством снижения лучевой нагрузки на здоровые ткани. Сравнение двух дозно-анатомических планов облучения одной и той же мишени – плана гамма-облучения и плана протонного облучения – показывает, что в последнем случае лучевая нагрузка на здоровые ткани оказывается примерно в два раза меньше. Полученный выигрыш используется в протонной лучевой терапии для выполнения трех задач:

  • Разумное (на 20-30%) повышение дозы в мишени и соответствующее (до полутора раз) увеличение вероятности ликвидации или стабилизации роста опухоли.

  • Уменьшение числа входных портов (направлений) облучения.

  • Уменьшение числа фракций в курсе.

Всё это позволяет уменьшить время облучения за фракцию, длительность курса и время госпитализации больных и, соответственно, улучшает экономические показатели протонной лучевой терапии.

Кроме того, ПЛТ в силу особенностей прохождения протонов через вещество дает возможность создать на дистальной (задней) и боковых границах мишени высочайшие краевые градиенты дозы, что открывает еще две абсолютно новые уникальные возможности в лучевом лечении:

  • Облучение малых и сверхмалых мишеней;

  • Облучение мишеней, расположенных практически вплотную к критическим (боящимся лучевого воздействия) органам и структурам.

Отметим, что сегодня в клинических центрах ПЛТ технически и методически обеспечено облучение ЗН любых размеров и локализаций. Это отнюдь не говорит о том, что средства конвенциональной лучевой терапии должны быть вытеснены протонной терапией. Более того, центр ПЛТ может работать лишь в тесном взаимодействии с радиологическим отделением, хорошо оснащенном средствами конвенциональной лучевой терапии, а ПЛТ должна использоваться лишь там, где ее эффективность несомненна.

Опираясь на минимальные оценки, легко показать, что в России в протонной терапии ежегодно нуждаются более 60 тысяч больных.

Второе стратегическое направление развития лучевой терапии сводится к увеличению дифференцированности откликов на одну и ту же поглощенную дозу злокачественных и здоровых тканей. Это особенно важно для получения (или улучшения) возможностей лучевого лечения радиорезистентных опухолей. Для реализации этого стратегического направления и снижения радиорезистентности ЗН используются различные модифицирующие факторы (искусственная оксигенация ЗН, гипоксия здоровых тканей и т.п.).

Общепризнанна и уже показана перспективность лучевого лечения радиорезистентных опухолей пучками нейтронов (нейтронная и нейтронозахватная терапия) и пучками ионов тяжелее протонов. Наибольшее распространение получило использование ионов углерода. Они обладают по сравнению с более легкими ионами уже достаточно высокой биологической эффективностью для преодоления радиорезистентности.

Сочетание таких качеств, как высокая биологическая эффективность и возможность создавать резко очерченные, высокоградиентные дозные поля позволяют применять пучки ионов углерода для эффективного лечения радиорезистентных опухолей.

Все изложенное выше определило наблюдаемый сегодня во всем мире высокий темп сооружения центров протонной терапии. С 1954 г. вплоть до 1990 г. все клинические исследования велись в экспериментальных центрах, базирующихся на физических (не медицинских) исследовательских ускорителях. В 1990 г. после получения успешных результатов лечения был сооружен базирующийся на специальном медицинском ускорителе первый в мире клинический центр протонной терапии в крупном госпитале в г. Лома-Линда, США. Именно с этого момента наблюдается стремительный рост числа центров протонной терапии. Если в 2005 году в мире функционировал 31 центр, то в 2015 году их число по официальным данным достигнет 55.

Следует отметить, что сегодня активно работают, аккумулируя результаты радиобиологических, предклинических и клинических исследований, также три центра углеродной терапии и четыре центра сооружаются. Сегодня во всех клинических центрах ПЛТ достоверно подтверждено значительное улучшение результатов лечения онкологических больных по таким критериям, как повышение уровня локального контроля (ликвидация или стабилизация) первичного очага после проведения однократного курса лечения, снижение уровня и тяжести постлучевых реакций и осложнений, увеличение уровня безрецидивной 5-ти летней выживаемости больных, улучшения качества жизни. Социальный эффект от такого лечения несомненен и не требует специальных объяснений.

Россия оказалась третьей страной в мире (после США и Швеции), где с 1967 года введены в строй и активно функционируют три экспериментальных центра протонной терапии (ПЛТ) в Дубне, Москве и Санкт-Петербурге. К моменту запуска в 1990 г. первого в мире клинического центра ПЛТ (г. Лома-Линда, США) в России было сосредоточено почти треть клинического мирового опыта протонной терапии – около 3000 больных. Несмотря на столь внушительный потенциал, предложенные в конце 80х – начале 90-х годов Институтом теоретической и экспериментальной физики проекты клинических центров ПЛТ по понятным причинам реализованы не были. Развитие и увеличение масштабов применения ПЛТ в России с 1990 г. практически прекратилось, в то время как во всем мире поток таких больных резко растет, благодаря строительству новых клинических центров.

Лишь в 2006 году стартовал и успешно развивается один региональный Проект – клинический Центр ПЛТ в ГКБ им. С.П.Боткина в Москве. Ход проекта показывает, что создание Центра может быть полностью осуществлено силами отечественных разработчиков и изготовителей.

Что касается тяжелоионной терапии (лучевая терапия ионами углерода), в России имеются все предпосылки для её развития. В ряде физических институтов (ИТЭФ, ИФВЭ и др.) действуют ускорители ионов и существуют (или могут быть относительно легко созданы) внешние пучки ионов углерода, на которых возможно проводить биологические, предклинические и клинические (лечение больных) исследования. Но эти работы, в настоящее время, к сожалению, не финансируются.

Выводы:

1. Протонная терапия позволяет существенно поднять уровень качества лучевого лечения.

2. В России сегодня лучевое лечение получают лишь около 30% онкологических больных. В развитых странах этот показатель составляет 70%. Сооружение центров протонной и ионной терапии позволит заметно сократить этот разрыв и резко повысить уровень и эффективность онкологической помощи в стране.

3. Сооружение в России головных клинических Центров ПЛТ и их тиражирование представляется в высшей степени целесообразным и своевременным.

4. В России сегодня реализуется лишь один проект клинического Центра ПЛТ для Городской клинической больницы имени С.П.Боткина; проект финансируется Правительством г. Москвы; научный руководитель проекта и генеральный проектировщик – Институт теоретической и экспериментальной физики Федерального агентства по атомной энергии РФ.

5. Как показало развитие Московского проекта, сооружение клинических центров в России можно полностью осуществлять силами отечественных разработчиков и изготовителей.

6. Уже сегодня можно назвать 6-8 регионов России, где подобные центры могут быть сооружены и легко адаптированы к нуждам здравоохранения этих регионов.

7. Для дальнейшего развития лучевой терапии необходимо создать экспериментальные центры ионной (ионы углерода) терапии на действующих в физических центрах (ИТЭФ и ИФВЭ и др.) ионных пучках и начать там радиобиологические и клинические исследования.

Радиологические лечебные технологии на базе источников нейтронов

Цыб А.Ф., Ульяненко С.Е., Гулидов И.А., Корякин С.Н., ГУ Медицинский радиологический научный центр РАМН, г. Обнинск

В последние десятилетия в мире наблюдается медленный (0,5–1% в год), но неуклонный рост заболеваемости раком. Онкологические заболевания продолжают занимать первые строки в списке причин преждевременной смертности, при чем как в экономически развитых, так и в отсталых странах. В слаборазвитых странах – это низкий уровень медицины и здравоохранения, а в высокоразвитых – увеличение средней продолжительности жизни, что повышает с возрастом риск возникновения рака и его долю относительно других причин смертности. В России ежегодно регистрируется около 400 тысяч новых случаев заболевания злокачественными новообразованиями. Стандартное лечение может помочь многим заболевшим раком при условии ранней диагностики и доступности основных методов лечения. Однако, по мнению специалистов ВОЗ, в обозримом будущем из-за запоздалой диагностики значительная доля онкологических больных будет нуждаться в эффективной терапии. Это предполагает дальнейшее развитие основных методов терапии рака, к которым относятся хирургия, лучевая терапия, химиотерапия и их сочетания.

Лучевая терапия относится к числу главных методов в борьбе с раком. До 70% онкологических больных нуждаются в том или ином виде лучевой терапии, причем для примерно 25% больных целесообразно использовать нетрадиционные методы лучевой терапии, такие как, гамма-нейтронная и нейтрон-захватная терапия, внутритканевая и внутриполостная нейтронная терапия, протонная терапия и терапия ионами углерода. Данные методы по своим характеристикам обладают более высокой эффективностью воздействия на некоторые виды опухолей, которые плохо поддаются лечению традиционными для онкологии электронному, гамма и рентгеновскому излучениям. Радиобиологические преимуществами нейтронов по сравнению с обычно используемыми фотонами и электронами являются слабая зависимость действия от насыщения клеток кислородом, фазы клеточного цикла, высокая повреждающая эффективность в отношении практически всех типов клеток, возможность определенного «щажения» нормальной костной ткани, располагающейся в области облучения. Все эти факторы позволяют эффективно излечивать онкологических больных, опухоли которых нечувствительны к традиционным видам излучения. Нейтронная терапия в мире проведена более чем 30000 больных. Уже доказана высокая эффективность использования нейтронов для лечения больных различными видами сарком, метастазами плоскоклеточного рака в лимфоузлы шеи, опухолями слюнных желез, раком верхушки легкого, другими новообразованиями.

При всей актуальности применения методов адронной терапии в России отсутствует необходимый арсенал установок, необходимый для эффективной реализации таких методов лечения злокачественных новообразований. В большинстве случаев для терапии быстрыми нейтронами используются ускорители и нейтронные генераторы. В то же время недостаточно используется потенциал исследовательских реакторов, обладающих большой мощностью дозы, высокой стабильностью и параллельностью нейтронных пучков, возможностью изменения характеристик пучков с помощью различных фильтров в зависимости от локализации опухоли.

В Обнинске имеется ряд установок, которые могут использоваться как источники нейтронов для лечения злокачественных новообразований методами гамма-нейтронной и нейтрон-захватной терапии: реактор ВВР-ц (ФГУП НИФХИ), ускоритель КГ-2,5 (ГНЦ РФ ФЭИ), малогабаритные нейтронные генераторы (НИИА им. Н.Л.Духова, г. Москва). К настоящему моменту ведутся работы по адаптации данных установок для лечения онкологических больных. В Медицинском радиологическом научном центре РАМН доведены до стадии активного клинического применения оригинальные высокоэффективные методики дистанционной гамма-нейтронной терапии на реакторе БР-10 (ГНЦ РФ ФЭИ). Пролечено более 500 онкологических больных. Разработаны способы формирования нейтронных пучков с заданными физико-дозиметрическими характеристиками для нейтронной и нейтрон-захватной терапии посредством специальных фильтров, конверторов и коллиматоров для различных источников нейтронов, а также системы мониторирования поглощенной дозы и топометрического планирования [Ulianenko S.E., Sokolov V.A., Koryakin S.N. et al. Pre-clinical studies on radiation therapy at nuclear reactors and neutron generators in Obninsk/ Int. J. Sci. Res. – 2006. – Vol. 16. – P. 97–100.]. На созданную технологию получены три патента Российской Федерации, несколько авторских свидетельств.

Клиническими исследованиями доказано, что нейтронная терапия самостоятельно или в сочетании с гамма-терапией, хирургическим вмешательством существенно повышает эффективность лечения больных мягкотканой саркомой, опухолями слюнной железы, рядом других новообразований головы и шеи, части больных раком молочной железы. Пятилетняя безрецидивная выживаемость больных раком гортани после сочетанной гамма-нейтронной терапии составила 62,7%, а после конвенциональной гамма терапии - 42,9%, пятилетняя безрецидивная выживаемость пациентов с раком ротовой полости и ротоглотки - 41,5%, а после гамма терапии – лишь 19,0%. В течение пяти лет наблюдения больных раком молочной железы, получивших радикальный курс сочетанной гамма-нейтронной терапии, местные рецидивы выявлены в 8,1% случаев, а после радикального курса гамма терапии в 36,5% наблюдений [Гулидов И.А., Мардынский Ю.С., Цыб А.Ф. Нейтроны ядерных реакторов в лечении злокачественных новообразований. – Обнинск: МРНЦ РАМН, 2001. – 132 с.]. Впервые в России в МРНЦ РАМН в 2000 г. на базе реактора БР-10 начато лечение методом комбинированной нейтронной и нейтронозахватной терапии.

Потребность в нейтронной и гамма-нейтронной терапии составляет по России ежегодно как минимум: опухоли слюнной железы – более 1000 человек, опухоли соединительных и мягких тканей – до 3000 человек, опухоли головы и шеи – около 6000 человек, опухоли молочной железы – не менее 5000 человек. При этом накопленный в ГУ МРНЦ РАМН опыт уже сейчас позволяет определить подходы к существенному расширению показаний для сочетанной гамма-нейтронной терапии.

Особые перспективы в повышении эффективности лечения злокачественных опухолей мозга, меланомы и ряда других новообразований связаны с использованием нейтронозахватной терапии (НЗТ). НЗТ позволяет добиваться 5-летней выживаемости не менее чем у 20-30% больных глиобластомами мозга, в то время как другие современные технологии – у 3-5% таких больных. Подобный существенный терапевтический выигрыш возможен и при лечении ряда внутричерепных метастазов, в частности, метастазов меланомы. Потребность в НЗТ по России составляет: мультиформные глиобластомы и анапластические астроцитомы – около 3000 человек, метастазы маланомы в мозг – до 2800 человек, меланомы кожи – 2500-3000 человек.

МРНЦ РАМН совместно с ФГУП НИФХИ (Роснаука) реализует проект «Нейтронный терапевтический комплекс на реакторе ВВР-ц». Разработана и прошла Госэкспертизу проектно-конструкторская документация на медицинский нейтронный комплекс реактора, изготовлена часть специализированного оборудования. Возможность лечения – до 700 пациентов в год. Совместно с ГНЦ РФ ФЭИ (Росатом) создается медицинский комплекс на базе каскадного ускорителя КГ-2,5, прототип серийного малогабаритного ускорителя для нейтронной и нейтронозахватной терапии. Реализована физико-техническая стадия адаптации ускорителя. На нем удалось сформировать уникальный по характеристикам нейтронный пучок для дистанционной нейтронной и нейтронозахватной терапии. Возможность лечения – до 800 пациентов в год. Установка может стать прототипом серийной установки внутриклинического размещения. В МРНЦ РАМН функционирует действующая модель медицинской установки на базе малогабаритного нейтронного генератора, разработанного в НИИА им. Н.Л.Духова (Росатом), Москва. Проводятся разработки медицинской установки для нейтронной дистанционной и брахитерапии. Возможность лечения – до 300 пациентов в год.

Инновационное развитие проектов на базе МРНЦ РАМН и ведущих организаций российского атомного комплекса позволит создать на национальном уровне мощное объединение научных центров различного профиля и в течение короткого срока решить ряд социально значимых проблем отечественного здравоохранения, способствуя широкому инновационному развитию современных радиологических технологий.

Прибор «СТИМУЛ-БИОФИТ»

Сироткина А.Г., проректор по научной работе СарФТИ

Устройство, предлагаемое Вашему вниманию «СТИМУЛ-БИОФИТ», в настоящее время выпускается предприятием ООО «Биофизические технологии». Достоинством этих аппаратов является полная функциональная идентичность стационарной клинической аппаратуре. Используя эти устройства, воздействуя электрическим сигналом, можно регулировать и восстанавливать функциональное состояние организма: снимать болевые ощущения, зуд, «мурашки», чувство онемения, а также осуществлять сокращение мышц (электромассаж) и электроаккупунктуру. Прибор эффективен при травматических и послеоперационных болях. Миниатюрные габариты устройства позволяют использовать его практически в любых условиях, даже при спортивных играх.

Чем же интересна эта идея сегодня и в чем состоит новизна «Стимула»? В мире выпускается большое количество приборов, использующих эффект ЧЕСН, однако только наш прибор в настоящее время в России обладает такими малыми габаритами - 48х60х13мм. Это сопоставимо со спичечным коробком. В то же время эта кроха обладает достаточным набором функций – имеет шесть различных режимов воздействия с плавной регулировкой уровня воздействия, есть жидкокристаллический индикатор, на котором отображается вся необходимая информация, система программирования параметров воздействия есть счетчик времени воздействия и память, позволяющая пользователю один раз подобрать оптимальные уровни воздействия и в дальнейшем пользоваться этими настройками.

Прибор прошел успешные испытания в НИИ неврологии РАМН; Главном военном клиническом госпитале им. академика Н.Н.Бурденко; 123-й клинике Росатома.

Главными достоинствами прибора «Стимул-БИОФИТ» являются: Длительность непрерывной работы источника питания достигает 120 часов; Привлекательная цена; Малый вес, в 15 раз меньше, чем у существующих аналогов; Габаритные размеры меньше спичечного коробка; Более широкий набор функций и специфическая структура электрических импульсов, создающих комфортные ощущения у пациента; Возможность использования в любых жизненных ситуациях: на деловых приемах, в дальней поездке, при занятиях спортом. Стоимость прибора с шестью электродами 4 000 рублей.

Новая инновационная технология лечения местных лучевых поражений

Котенко К.В., Косовский Г.Ю.., Бушманов А.Ю., Надежина Н.М., клиническая больница №6 им. А.И.Бурназяна ФМБА России

Лечение местных лучевых поражений (МЛП) является одной из сложных проблем радиационной медицины, в то же время тактика и стратегия терапии этой патологии остаются до конца не разработанными.

Используемые на сегодняшний день способы лечения, включающие базисную терапию в сочетании с микрохирургическими методами, не позволяют добиться полного приживления пересаживаемых аутодермальных лоскутов и закрытия дефектов кожи, у пациентов отмечается развитие некрозов и поздних лучевых язв, что приводит к длительной потере трудоспособности и последующей инвалидизации пациентов.

В патогенезе развития повреждений при МЛП одна из важнейших ролей принадлежит нейротрофическим нарушениям, которые обусловлены изменениями со стороны сосудистой стенки, главным образом мелких сосудов.

В то же время в ряде исследований показано, что при культивировании ex vivo, фибробласты кожи синтезируют ряд цитокинов. В экспериментах на животных и в клинических испытаниях на человеке выявлена высокая эффективность факторов роста, даже при нахождении их в следовых количествах на процессы реваскуляризации ишемизированных тканей и нейрогенез.

Исходя из этого, использование аутологичных кератиноцитов и фибробластов в программе лечения больных с местными лучевыми поражениями для замещения дефектов, представляет значительный научный и практический интерес, а их применение с целью оптимизации течения репаративных процессов имеет патогенетическое обоснование.

Однако, не смотря на огромное количество работ посвященных изучению пролиферативных способностей кератиноцитов и фибробластов, а так же использованию их с целью заместительной терапии при воздействии различных повреждающих факторов, опыт клинического применения этих технологий у пациентов с МЛП в России на сегодняшний день отсутствует, а тактика лечения радиационных поражений кожи до конца не разработана.

На базе Клинической больницы №6 им. А.И.Бурназяна ФМБА России впервые в нашей стране был применен метод выделения и культивирования аутологичных кератиноцитов и фибробластов у пациента с МЛП.

Процесс восстановления кожного покрова включает в себя четыре этапа: забор донорского материала, культивирование клеток in vitro, создание тканеинженерной конструкции, трансплантация конструкции в область поражения. Отмечался устойчивый рост с образованием больших колоний клеток кератиноцитов и фибробластов кожи.

На сегодняшний день включение клеточных технологий в программу лечения МЛП позволяет добиться быстрого закрытия раневого дефекта, уменьшить количество поздних лучевых осложнений, сократить сроки нетрудоспособности и предотвратить инвалидизацию пациентов, что показывает высокую эффективность и перспективность данного способа лечения. В случае радиационной аварии применение этого метода лечения МЛП представляется нам достаточно перспективным.

Инновационный подход к исследованию нарушений микроэлементного обмена у лиц, являющихся носителями радиоактивных элементов

Касымова О.А., Бушманов А.Ю., Скальный А.В., Кретова Е.Ю., клиническая больница №6 им. А.И.Бурназяна ФМБА России

Соблюдение норм техники безопасности практически исключают переоблучение персонала. Однако проблема малых доз для ограниченных контингентов все еще остается весьма актуальной. Начиная с момента существования атомной промышленности, нарушения микроэлементного обмена находятся под пристальным вниманием медиков. Однако во всех предшествующих исследованиях не охарактеризовано в полной мере состояние микроэлементного обмена у носителей плутония. В настоящее время недостаточно изучено поведение большинства микроэлементов с оценкой взаимодействия их между собой и токсичными агентами.

Радиоактивный распад плутония и америция сопровождается образованием альфа, гамма и нейтронного излучений. При попадании в организм ведущее значение в биологическом эффекте приобретает альфа излучение. Высокая энергия и малый пробег альфа–частиц создают в микрообъемах клеток и тканей высокую плотность ионизации. Процессы восстановления в клетках и тканях при воздействии альфа излучения практически отсутствуют, вследствие чего повреждения, вызываемые этим видом излучения, суммируются во времени. Все эти факты свидетельствуют об опасности инкорпорации в организм человека радионуклидов и необходимости всестороннего изучения закономерностей обмена и их биологического действия.

Таким образом, для нас предоставляется важным и актуальным оценить микроэлементный обмен лиц, у которых имеет место носительство радионуклидов (в частности плутония и америция), критическими органами для которых являются: скелет, легкие и печень. Носительство этих радионуклидов может приводить к реакции указанных органов в зависимости от дозы и изменять на микроэлементный обмен, что подтверждает актуальность предполагаемого исследования, а соответственно влиять на состояние здоровья организма работника.

Инновационный подход позволил впервые неинвазивным методом по составу волос оценить микроэлементный облик носителей плутония с учетом уровня носительства и соматогенной патологии без модифицирующего внешнего облучения. Всего определялось 16 микроэлементов, таких как незаменимые цинк, марганец, железо, кобальт, селен, хром, так и относящиеся к токсичным микроэлементам алюминий и кадмий.

Проведено определение микроэлементов в волосах у 39 мужчин носителей плутония и америция. Среди обследованных лиц большинство составили аппаратчики (29%), слесарей (19%) и литейщики (12%). Большая часть работающих была в возрасте 51-60 лет (60%), в возрасте 61-70 лет (25%). Уровень активности плутония и америция по биофизическим данным и данным установки СИЧ колебался в диапазоне доз: от 14,8 Бк до 5,37 кБк.

С целью установления возможного вклада нарушения обмена макро- и микроэлементов в формировании среди носителей профессионально обусловленных и соматических заболеваний, нами проведено сравнение распространенности дисбаланса (дефицита/избытка) у лиц с установленным клиническим диагнозом.

В первую очередь наше внимание было направлено на сравнение элементного статуса носителей плутония, страдающих заболеваниями бронхо-легочной системы (диффузный пневмосклероз, хронический бронхит, эмфизема легких). У лиц с ведущим диагнозом «хронический бронхит» наиболее распространенным оказался дисбаланс Na (63%), К (26%), Мg (16%), Mn (21%), Zn (32%), Cr (29%) и Si (23%). При диагнозе «диффузный пневмосклероз» у пациентов наблюдался дисбаланс следующих микроэлементов: Na (55%), Cr (32%), Mg (24%), Zn (24%), K (24%), Al (11%), Cu (15%), Se (13%). При «эмфиземе легких»: Na (34%), K (29%), Mg (18%), Mn (18%), Cr (15%), Zn (15%). Наиболее выраженные различия дисбаланса химических элементов между тремя представленными нозологиями бронхо-легочной системы (хронический бронхит, диффузный пневмосклероз, эмфизема легких) у носителей плутония касаются: Na (63%, 55%, 34% соответственно), К (26%, 24%, 29%), Zn (32%, 24%, 15%), Mg (16%, 24%, 18%). Различия по другим элементам менее значительны.

Интересен тот факт, что примерно в 90% случаев не наблюдается нарушения дисбаланса по следующим элементам: мышьяк, кадмий, кальций, железо, фосфор и ванадий. Соединения многих радионуклидов аккумулируются в различных компартментах на длительный срок. Известно, что аккумуляция радиоактивных элементов является одним из наиболее серьезных мембранотоксичных факторов, вызывающих глубокие метаболические нарушения в обмене микроэлементов вследствие повреждения мембранных барьеров и транспорта микроэлементов. Дисбаланс микроэлементов при радиационном повреждении клеточных структур может выступать, по крайней мере, одним из патогенетических факторов в развитиииммунологической недостаточности, дисапоптоза и атрофически – некротических изменений в органах – мишенях. Важным представляется факт избытка алюминия, относящегося к токсичным элементам, который может способствовать фиброзированию тканей у больных с пневмосклерозом и усугублять пневмосклеротический процесс. Обнаруженное снижение концентрации в волосах Mg и Si, а также избыток Na и K при гипертонической и ишемической болезни сердца не противоречит литературным данным.

Таким образом, по большинству отклонений в элементном составе волос у лиц с заболеваниями сердечно–сосудистой системы и желудочно–кишечного тракта, являющихся носителями плутония, имеется определенное сходство дисбаланса микроэлементного обмена с контингентом лиц, не имеющим контакта с плутонием. Преобладающая совокупность отклонений в обмене химических элементов, определяемая с помощью многоэлементного анализа волос, может быть одним из основных факторов предопределяющих развитие различных видов патологических состояний. Знание этих особенностей позволит более широко использовать лечебное питание, фармпрепараты, биологически активные пищевые добавки, содержащими химические элементы, а также другие мероприятия, направленные на реабилитацию носителей плутония.

Центр ионной лучевой терапии в Протвино

Антипов Ю.М., ГНЦ ИФВЭ

Для лечения онкологических заболеваний в современной медицине успешно используются возможности физических установок, первоначально предназначавшихся для фундаментальных исследований в области ядерной физики. В настоящее время в развитых странах ускорители заряженных частиц активно с очень высокой эффективностью используются для лучевой терапии онкологических заболеваний. В России для этих целей создается медицинский центр на базе комплекса ускорителей ГНЦ ИФВЭ, где будет применяться наиболее передовая технология ионной лучевой терапии.

Многочисленными исследованиями в зарубежных и отечественных лабораториях доказано, что самым совершенным методом лучевой терапии онкологических заболеваний является терапия пучками протонов и особенно ионов углерода.

Технология ионной лучевой терапии, к освоению которой только приступают в Европе, Японии и Китае, является наиболее передовой. В России имеются все условия для скорейшего внедрения уникальной методики.

Комплекс ускорителей протонов Государственного научного центра «Институт физики высоких энергий» был создан в подмосковном городе Протвино почти 40 лет назад. Долгое время он сохранял статус крупнейшего в мире, и по сей день остается самым мощным в России. Это сложнейший научный инструмент для проведения фундаментальных исследований в области физики элементарных частиц.

Недалеко от Протвино, в Обнинске, многие годы действует Медицинский радиологический научный центр (МРНЦ), располагающий хорошей научной и клинической базой. Как в ИФВЭ, так и в МРНЦ имеется необходимое число специалистов, подготовленных для работы в Центре ионной лучевой терапии. Города Протвино и Обнинск удобно расположены в средней полосе России, вблизи Москвы, имеют развитую инфраструктуру.

В 1998-2000 гг. сотрудниками ИФВЭ и МРНЦ совместно был подготовлен проект Центра протон-ионной лучевой терапии, предполагающий модернизацию существующего ускорительного комплекса ИФВЭ для создания медицинских пучков протонов и ионов углерода. В 2001 году к работам по разработке аппаратуры для данного проекта подключился НИИЭФА.

Комплекс ГНЦ ИФВЭ включает ускорители различного типа:

  • протонный линейный ускоритель Урал-30 на энергию 30 МэВ;

  • протонный линейный ускоритель И-100 на энергию 100 МэВ;

  • быстроциклирующий протонный синхротрон-бустер;

• протонный синхротрон У-70 на энергию 70 ГэВ.

Энергии, интенсивности и способы вывода пучков протонов и ионов для лучевой терапии определяются медицинскими параметрами, которые в свою очередь диктуют необходимые технические требования к ускорительному комплексу.

Основные технические требования к центру протон-иноной лучевой терапии:

Протоны

  • Максимальная кинетическая энергия - 220 МЭв

  • Максимальная магнитная жесткость [HR] - 2,26 Т•м

  • Интенсивность пучка на мишени - 5x109 сек-1

Ионы

  • Максимальная кинетическая энергия - 5040 МЭв

  • Максимальная магнитная жесткость - 6,53 Т•м

  • Вывод пучка из ускорителя - Медленный вывод

  • Интенсивность пучка на мишени - 2x108 сек1

Существующая в настоящий момент система инжекции протонов в протонный синхротрон У-70 включает в себя протонный линейный ускоритель Урал—30 и быстроциклирующий протонный синхротрон — бустер.

Основные параметры бустера:

Периметр орбиты - 99,16 м

Магнитная жесткость - 0,80-6,85 Т•м

Диапазон энергии - 200-1320 МэВ

Максимальная частота - 16,6 Гц

Интенсивность протонов - 2-9•10 в 11ст.

Минимальная энергия протонов, ускоряемых в бустере, в настоящее время - 200 МэВ, что хорошо согласуется с требованиями протонной лучевой терапии. Достигнутые в настоящее время интенсивности протонного пучка в бустере заметно превышают те, что необходимы для протонной лучевой терапии.

В конце цикла ускорения магнитная система бустера удерживает протоны, магнитная жесткость которых практически совпадает с требуемой для ускорения ионов углерода С+6 до энергии 5040 МэВ. Таким образом, магнитная система существующего в ИФВЭ ускорителя-бустера как нельзя лучше соответствует требуемой для ионной С+6 терапии. Но бустер выдает пучок в виде коротких импульсов, а для современной лучевой терапии требуется постепенный (медленный) вывод пучка. Именно для этого и нужен большой ускоритель У-70, который должен сработать в этом варианте уже не как ускоритель, а как большой экономичный накопитель. Выведенные из бустера пучки протонов или ионов углерода должны быть накоплены в кольцевом ускорителе У-70, а затем медленно выведены в один из экспериментальных залов ИФВЭ, в котором можно разместить несколько медицинских процедурных помещений.

Все элементы планируемого модифицированного ускорительного комплекса последовательно включают: лазерный источник ионов углерода; линейный ускоритель И-100, ускоряющий ионы углерода; канал перевода пучка ионов из И-100 в бустер; системы ввода пучка в бустер; ускоритель-бустер; У-70, работающий в режиме накопителя; систему вывода пучка из У-70 в процедурные помещения, расположенные на свободных площадях в экспериментальном зале.

Стоимость уже созданного оборудования, сооружений, инфраструктуры, которые будут использоваться в Центре протон-ионной лучевой терапии — 100 млн. долларов США. Ресурсы, необходимые для реализации Проекта на базе ИФВЭ и МРНЦ оцениваются в 20 млн. долларов США, что составляет ~20% стоимости создания самостоятельного центра протон-ионной лучевой терапии.

В 2000 г. Проект был одобрен Комиссией по новой технике Министерства здравоохранения РФ; получено заключение о целесообразности НИР по созданию Центра; утвержден медицинский соисполнитель — МРНЦ РАМН (Обнинск). Проект Центра был многократно представлен на различных конференциях и совещаниях и неизменно получал положительные оценки.

Решение задачи создания Центра протон-ионной лучевой терапии ИФВЭ-МРНЦ предусматривается в три этапа. Первый этап. Для определения физико-технических и радиобиологических характеристик медицинского пучка ионов необходимо первоначально создать экспериментальный пучок протонов и ионов углерода, и провести на нем соответствующие исследования. На этом этапе предполагается: получение ускоренных в линейном ускорителе И-100 пучков легких ионов; проектирование и создание канала перевода пучка из И-100 в бустер; ускорение пучков ионов в бустере; проведение на ускоренном в бустере пучке ионов физико-технических и радиобиологических исследований. Значительная часть работ первого этапа в ИФВЭ уже выполнена.

Второй этап. После получения экспериментальной информации о качестве пучка (стабильность, фазовый объем, интенсивность) и проведения первоначальных физико-технических и медикобиологических исследований по отработке технологии радиологического лечения в этом пучке предполагается на втором этапе составить окончательные требования к медицинскому пучку и на их основе доработать технический проект Центра протон-ионной лучевой терапии для медицинского применения. На этом же этапе планируется опробовать тестовый вариант вывода пучка в медицинскую зону с целью определения его рабочих характеристик.

Третий этап. Предполагается изготовить, смонтировать и испытать элементы вывода, формирования и контроля пучка в медицинскую зону, смонтировать оборудование процедурных помещений и пульта контроля пучка, помещений для приема и предварительной подготовки пациентов.

В 2001 г. НИИЭФА и ИФВЭ совместно приступили к инженерному проектированию, изготовлению оборудования и модернизации ускорительных систем, необходимым для получения ускоренных пучков ионов углерода. В результате экспериментальных исследований на ускорителе И-100, выполненных в 2000-2003 гг. практически доказана возможность ускорения дейтронов и ионов углерода.

В 2004 году было изготовлено все электрофизическое оборудование для канала перевода пучка из линейного ускорителя И-100 в бустер. Таким образом, в ИФВЭ начата практическая работа по выполнению первого этапа создания Центра протон-ионной лучевой терапии.

До настоящего времени все работы по созданию Центра финансировались за счет внутренних ресурсов ИФВЭ. Однако очевидно, что для успешного завершения работ на втором, и особенно третьем этапах, потребуется внешняя поддержка. Значительные капиталовложения в данный проект планирует осуществить московская область.

Проект Центра протон-ионной лучевой терапии для лечения онкологических больных отражает насущные потребности отечественного здравоохранения и одновременно позволяет внедрить уже имеющиеся в России высокие научные технологии в медицинскую практику.

Такие технологии, несомненно, будут ведущими в мире при лечении резистентных форм рака в первые десятилетия XXI века.

НАУКА И ИННОВАЦИИ

Правовая поддержка инновационной деятельности

Бузовский В.П., ФГУП НИКИЭТ имени Н.А.Доллежаля

Для реализации задачи перехода к инновационной экономике надо создать стимулирующий эту деятельность мотивационный механизм, прежде всего, обеспечить благоприятные налоговые условия.

С этой целью в качестве первого шага Комитет по экономической политике и предпринимательству Государственной Думы подготовил проект закона «О внесении изменений в часть вторую Налогового кодекса РФ в части формирования благоприятных налоговых условий для финансирования инновационной деятельности».

Законопроектом предусматривается внесение изменений в главы Налогового кодекса «Налог на добавленную стоимость», «Налог на прибыль организаций» и «Упрощенная система налогообложения».

Предлагается предоставление льготы по НДС в виде освобождения от налога услуг по передаче патентов и лицензий, связанных с объектами интеллектуальной собственности.

Кроме того, устанавливается перечень освобождаемых от налогообложения выполняемых научными организациями научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, относящихся к созданию новой или усовершенствованию производимой продукции.

Этим организациям предоставляется право применять к основной норме амортизации специальный коэффициент в отношении амортизируемых основных средств, используемых только для осуществления научно-технической деятельности.

В перечень расходов, которые уменьшают полученные доходы налогоплательщика при применении упрощенной системы налогообложения, предлагается включить расходы на патентование и научные исследования и (или) опытно-конструкторские разработки.

Законопроект требует некоторой доработки, однако уже то, что он подготовлен, не может не вызывать одобрения научной общественности. Решение этих и других проблем инновационного развития особенно актуально для научно-технического комплекса Росатома – одной из наиболее наукоемких отраслей, для которой инновационная деятельность была присуща с первых дней ее существования.

В частности достижения Росатома как высокотехнологичной отрасли, внесшей значительный вклад в обеспечение оборонной и экономической безопасности страны, были бы невозможны без эффективной деятельности одной из его составных частей – отраслевых НИИ и КБ.

К сожалению, финансово-экономическое положение многих институтов и КБ в настоящее время остается сложным (недостаток финансирования, старение кадров и оборудования, ограниченные возможности решения социальных проблем и т.д.), что не может не сказываться отрицательно на работе отрасли и перспективах ее инновационного развития.

Руководство отрасли принимает меры по развитию и модернизации научного потенциала, повышению эффективности его использования, сохранению способности для решения крупных задач федерального значения, прежде всего в области ядерного оружейного комплекса и атомной энергетики, в том числе на базе новой технологической платформы.

Однако эффективное решение этих задач НИИ и КБ может быть затруднено из-за несовершенства действующего на федеральном уровне законодательства. В результате отмены аккредитации научных организаций институты лишились прав на те немногие льготы, которые были предусмотрены федеральным законом «О науке и государственной научно-технической политике».

В отличие от Гражданского кодекса Российской Федерации Налоговый кодекс, дающий право на освобождение от налога на добавленную стоимость, не содержит понятия «разработки технологических процессов», которое является неотъемлемой частью НИОКР, что лишает права институтов на освобождение этой части работ от НДС.

Не утвержден порядок признания земель, изъятых из оборота в соответствии с Земельным кодексом Российской Федерации, в т.ч. санитарно-защитных зон, дающий право на освобождение от налогообложения в соответствии пп. 1 п. 2 ст. 389 главы 31 «Земельный налог».

Проблемы, возникшие в результате прекращения финансирования ранее утвержденных федеральных программ (неиспользуемое имущество, незавершенное строительство и земельные участки), ложатся тяжким бременем на скромные бюджеты научных организаций, поскольку источник финансирования соответствующих затрат законодательно не определен.

Институты исправно направляют в бюджет 100% арендной платы, полученной от сдачи в аренду временно неиспользуемых помещений, налог на имущество, а в соответствии со ст. 295 Гражданского кодекса перечисляют собственнику часть прибыли от использования имущества, находящегося в хозяйственном ведении организации. В доходной части профицитного бюджета России сумма вышеуказанных платежей институтов отрасли составляет незначительные доли процента. Представляется гораздо более эффективным и экономически оправданным направлять эти средства на целевое обновление и модернизацию изношенных основных фондов, поддержание их инфраструктуры под предусмотренным законодательством контролем.

Исключительно коммерческий подход не может быть единственным критерием принятия решений в отношении научно-исследовательской сферы, являющейся частью инновационной деятельности отрасли.

Хотелось бы, чтобы это мнение разделяли и те, от кого зависит решение перечисленных вопросов, прежде всего финансовые структуры исполнительной власти. Нельзя, в связи с этим, не привести слова первого вице-премьера С.Б. Иванова, сказанные им на коллегии Росатома 16 марта 2007 г.: «Ключевая задача сегодня – восстановление отраслевой науки, тем более, что у нас есть надежный задел для инновационного развития». С этим невозможно не согласиться.

Система приема и регистрации инновационных предложений

Ройтман С., директор NES Ltd (New Eco Systems - новые экологические системы), Хайфа, Израиль

ФиговскийО., member of EAS, Foreign Member of RAASN and REA, President of Israel Association of Inventors, Director R&D of Israel Nanotechnology Research Center “Polymate” and EFM GmbH (Germany), Chairman of the UNESCO chair “Green Chemistry”, Editor-in-chief of the journal “Scientific Israel – Technological Advantages”, Chief Scientist of the investment company VYSO

Тема продвижения идей, патентов, проектов, разумеется, не нова и, тем не менее, как и прежде изобилует проблемами, которые требуют своего разрешения. Из всех путей совершенствования научной и новационной деятельности можно выделить три основных - можно ничего не менять, полагаясь на эволюционные процессы, второй – можно бесконечно проводить косметические процедуры ну а третий – можно все радикально изменить, воспользовавшись, так называемой, системной методологией (в обиходе – системный подход). Авторы этой статьи в своей работе по вопросам организации и управления наукой считают наиболее перспективным именно третий путь. Проблематика продвижения творческой продукции от идеи до потребителя готового продукта тесно переплетена с процессами, происходящими в самом социуме, состоящем из ученых, инженеров, изобретателей и т.д. В этой статье, по понятным причинам, мы ограничимся русскоязычной составляющей этого социума.

То, что происходит сегодня в научной и инженерной русскоязычных средах напоминает более собрание разрозненных эпизодов, чем упорядоченный процесс. Попытки организовать интеграцию интеллектуальных сил, как правило, сверху вниз заканчиваются созданием очередного комитета, союза и т.д. В качестве примера по России можно привести следующее событие - образован Комитет Международного Интеллектуального Сотрудничества (/). И все это происходит в отрыве от экономической базы такой интеграции. В понятие экономической базы входят не только многочисленные фонды, но более важные инструменты для реализации всевозможных проектов – биржи, такие как биржа проектов или, другими словами, интеллектуальная биржа, а также известные крупные устоявшиеся биржи США и Европы.

Известно, что к сырьевой базе любой страны можно отнести не только подземное пространство, наполненное ископаемыми, но с таким же успехом и информационное пространство. Разумеется, речь идет о несметном количестве идей, открытий, изобретений, патентов, проектов, коими изобилует Россия, страны СНГ и другие страны. В не меньшей степени это относиться и к стране, в которой проживают авторы этой статьи, благодаря огромной армии ученых и инженеров репатриантов.

Разрабатывая систему продвижения новаций, мы исходили из того, что большинство авторов новационных предложений, как правило, не в состоянии точно и грамотно представить материал идеи или проектного предложения. Непрофессиональный подход к оформлению этих материалов лишает многие новационные предложения возможности дальнейшего продвижения. Современные программные и технические средства позволяют более эффективно проводить сортировку и формализацию таких новаций. Такая система принимает на вход все, даже нелепицы, но наличие табулированной анкеты и набора стандартных ключевых слов и кодировок позволяют провести первичную автоматизированную сортировку новаций, а специалистам – провести формализацию до уровня, соответствующего требованиям и регламенту бирж. Особенно это важно тогда, когда материал новаций должен быть представлен на 2–3 языках или просто на неродном языке их авторов.

Разработка такой схемы обоснована еще и тем, чтобы максимально освободить авторов идей, изобретений, проектов от «черновой» работы по доведению новации до формализованного (стандартного) вида, определенного для представления потребителю или на соответствующую биржу. Цель этого «освобождения» повысить КПД (коэффициент полезного действия) Автора (или авторского коллектива) с точки зрения максимального использования его творческого потенциала. Конечно, идея идее рознь, поэтому мы не ограничиваемся значением КПД, а в дальнейшем, в развитии системы, будет добавлена рейтинговая модель для Авторов, которая будет учитывать целый ряд параметров творческого процесса, например, такие как степень новизны. В поле зрения авторов находиться и вопросы интеллектуальной собственности, патентования, финансирования, взаимодействия с другими системами государственной инфраструктуры и др.

Изложению о самой предлагаемой системе, безусловно, должен предшествовать разговор о терминологии. Учитывая рамки статьи, мы ограничимся лишь разговором о слове «новация», которое выбрано нами как базисное слово. Разумеется, можно использовать и другие тождественные слова, но необходимо слово, которому можно придать некоторую универсальность. Известно, что в настоящее время очень распространены сочетания слов «инновационный процесс», «инновационная политика или технологии». Слово «инновационный» фактически является производным от слова «новация», так как его можно интерпретировать как «интервенция новации» или «ввод новации». Следовательно, мы можем определить смысловое содержание слова «новация», как содержании базового слова, формирующего еще и такое понятие, как новационное пространство. С этих позиций под словом «новация» следует понимать любой образ, трактуемый как идея, или систему образов, произведенных мыслительным процессом одного или нескольких индивидуумов, обладающих отличительными, ранее неизвестными, признаками по отношению к известным аналогичным образам. Такое определение дает нам право признать за этим словом абсолютную универсальность, тем самым, мы открываем возможность выстроить всю терминологическую базу. Другими словами, в результате проведения системной формализации терминологической базы, появляется возможность создания системной классификации новаций – по классам, видам, типам и т.д.

Важно отметить еще ряд интересных обстоятельств. Каждая признанная новация содержит в себе следующие ценности – ценность интеллектуальной собственности авторов, национальное достояние социума, которому принадлежат авторы и общечеловеческое достояние. Отсюда достаточно простой вывод – забота обо всех новациях должна быть многоуровневой, а степень этой заботы должна быть увязана со значимостью отдельно взятой новации. Отсутствие системы порождает и другую проблему. Многие люди большой творческой потенции часто уходят из жизни, так и не успев или не сумев сохранить и передать свой творческий багаж следующим поколениям. Не менее интересен вопрос о конкуренции. Конечно, конкурс идей обходиться значительно дешевле конкуренции товаров, но это не значит, что проигравшие идеи стоит выводить из новационного пространства, так как многие из них могут быть востребованы в другое время и в другом месте. С другой стороны, появление новаций, опережающих свое время на десятки и сотни лет, явление обычное, что также подтверждает необходимость внимательнее относиться к рождению всех новационных предложений. В целом, можно утверждать, что проблематика новационного пространства весьма обширна и одними «косметическими» процедурами ее не разрешить. Вот по каким причинам мы поставили перед собой задачу разработать концептуальные основы такой системы, которая позволит накопить и сохранить авторскую продукцию и обеспечит эффективный отбор и продвижение новаций.

Нельзя не отметить проблемы, связанные с возможным внедрением такой системы – процесс внедрения должен быть адаптирован к уже существующим системам, которые не могут исчезнуть в одночасье. С другой стороны, потребуется переформатировать огромное число новаций, накопленных в стране или странах внедрения, тем более, даже патентные формы в различных странах не унифицированы.

Предлагаемая нами система состоит из 3-х подсистем – регистрации новаций, формализации новаций и сетевого обслуживания. Эти подсистемы охватывают весь жизненный цикл новации – от ее рождения до умирания. В самом цикле можно проследить несколько стадий, в зависимости от того, востребована новация или нет, а если востребована, то когда и в какой степени.

Cистема приема и регистрации новаций (предложений, идей, эскизов, теорий, проектов и т.д.). Почему так важно организовать такую подсистему, когда существует система патентования, а на предприятиях – регистрация рационализаторских предложений. Некоторые новации становятся известными благодаря публикациям в журналах или СМИ, а иногда даже из телевизионных программ. Нетрудно представить себе, сколько новаций остается неизвестными и не использованными при той громадной армии изобретателей и рационализаторов, да просто творчески мыслящих людей в одной только России. Причин тому много – порой удаленность, порой незнание процедур или недостаток финансовых ресурсов, а также недооценка важности или актуальности новации. Напомним, что в искусстве существует такое явление, как фольклор. Поэтому существует категория людей, которая занимается сбором и обработкой этого национального достояния. Но творческая деятельность человека выходит далеко за рамки только искусства, имея в виду изобретательскую и исследовательскую деятельность. Остается только гадать, занимается ли кто-либо сбором и исследованием «новационного фольклора» многочисленных провинциальных изобретателей. Однако нам известно, как японцы тщательно знакомились с публикациями в советских СМИ о различных новациях и проявляли большой интерес к невостребованным патентам. Многое можно понять только по одним названиям новаций. Эти и другие причины говорят в пользу того, что нельзя не придавать должного значения вопросу о государственной регистрации новационных предложений. Необходима универсальная система их регистрации, способная приобрести глобальный характер и способная стать основой для международной конвенции, охватывающей все стороны регистрационных процедур.

Авторы и авторские коллективы. Итак, начнем с Автора, точнее с авторов, которых, как известно, миллионы. Множество новаций, разумеется, является продуктами мыслительной деятельности этих авторов. Очевидно также, что велико разнообразие этого контингента или социума по многим признакам – творческой потенции, продуктивности, уровню подготовленности, социальному и экономическому статусу, практической деятельности и т.д. Необходима ли тщательная систематизация этой творческой когорты или продолжать полагаться на ее спорадическую «вулканическую» деятельность? На сегодняшний день перед человечеством стоит еще столько неизвестного и неизведанного, что одним прогнозированием не обойтись. В этом фронтальном противостоянии не только радости открытий, изобретений, но и серьезные проблемы глобального масштаба, которые ждут своего решения уже сегодня. Да, существует огромное число всевозможных академий, университетов, институтов и т.д. Да, проводиться огромная исследовательская работа и есть серьезные успехи. Но полезные и важные идеи не всегда рождаются в результате целенаправленной, например, научной деятельности.

Озарение, приходящее к автору – вещь непредсказуемая. Более того, оно часто приходит в условиях, так называемых, «пограничных состояний» или на стыках направлений (разумеется, не параллельных) деятельности и не менее часто – к тем, кто в повседневной жизни весьма отдален от области применения этого самого «озарения». Примеров тому, достаточное множество. Наверняка, у многих из нас были встречи с такими авторами, идеи которых порой опережали по уровню научные организации, да и время тоже. В силу этих и других обстоятельств мы теряем огромное количество полезных и важных новаций. Вот почему необходимо начать процесс построения новой системы продвижения новаций именно с формализации, скажем так, новационного социума (изобретательского и научного сообществ), а значит определения элементной базы, структурности и т.д. Проще говоря, если говорить о цели этой формализации, мы сможем тогда создать армию новаторов для эффективного продвижения в неизвестное и неизведанное, и сможем лучше противостоять тем проблемам и опасностям, которые ждут нас в будущем. В такой формализации есть и другая сторона – она позволит эту армию очистить от балласта, которым перегружен научный мир.

Процессу формализации новационного социума должно предшествовать определение самого понятия «Автор». С одной стороны, разумеется, автором является тот индивид, в мозгу которого непосредственно родилась то или иное новационное предложение, но с другой – стимулирование мыслительного процесса, продуктом которого и явилась сама новация, могло быть обеспечено другими индивидами, путем прямого или косвенного воздействия. В качестве любопытной аналогии можно привести ситуации, возникающие в коллективных видах спорта, например, футболе – одни точно забивают гол, а другие – обеспечивают «голевые моменты». Конечно, можно все упростить, если ограничиться определениями «автор – одиночка» и «автор – коллектив или команда». Но выиграет ли от этого общество в целом? Проблемы возникают у обеих подсистем. Если у первой они связаны с взаимодействием с внешними системами, то у второй – еще и внутри. Это связанно с тем, что в ней могут происходить внутреннее нивелирование или конфронтация, хотя роли участников и уровень их участия в рождении новации могут быть совершенно различными. Образно говоря, далеко не каждый может функционировать как автор гола, и точно также – не каждый способен обеспечивать «голевой момент». Значит, все-таки, важно открытое функциональное разделение и введение некоей шкалы творческой потенции. Следствием такой четкой функциональной детерминации явится забота авторов о собственном рейтинге и возможность использовать современные виртуальные технологии и средства. В данном случае, речь идет о «виртуальных» авторских коллективах. Внедрение «виртуальных» технологий в новационную деятельность придаст больший динамизм в развитие новационного социума.

Фактически, автора можно представить, как систему, способную генерировать новую информацию, которую можно классифицировать как новацию. Примерная аналогия известна в радиотехнике – генератор, например, несущей частоты. Одно из главных условий генерации – наличие, так называемой, положительной обратной связи. Применив аналогичную модель, мы сможем достаточно точно определить все необходимое для обеспечения успешной и продуктивной генерации новаций. Разумеется, в рамках этой статьи представлена лишь упрощенная модель подсистемы, так как на практике она гораздо сложнее – следует добавить взаимодействие с внешними системами, условия среды и т.д. Конечно, каждый потенциальный автор в реальной жизни функционирует, как правило, в сложных, не совсем комфортных условиях, однако в государственных интересах выявлять результативных «генераторов» новаций с тем, чтобы обеспечить им возможность работать плодотворнее. В той же Японии известны примеры, когда таким «генераторам» представляли возможность, образно говоря, заниматься только фантазиями, т.е. фантазировать (или генерировать) идеи.

Результатом такой формализации новационного социума явится банк данных, который будет содержать информацию об авторах, их рейтинги по рождаемости новаций и их внедряемости и др. Таким образом, такой банк представит нам новационное социумное пространство или, говоря другими словами, весь новационный социумный ресурс той или иной страны, да и человечества в целом. Не вдаваясь в подробности, теперь мы можем сказать, что наличие такого банка позволит специальным менеджерам, формирующим мотивационные факторы или команды (локальные, виртуальные) для новационной деятельности, действовать более эффективно.

Новационные предложения и новации. Следующим этапом в построении подсистемы регистрации новаций является формирование самого пространство новационных предложений. Наполнение этого пространства напрямую зависит от объема и продуктивности социумной подсистемы. Содержание этого пространства является тем самым сырьевым ресурсом, из которого системный регистратор формирует уже пространство новаций. Необходимо подчеркнуть – именно разделение понятий «новационное предложение» и «новация», с введением процедур перехода из одного пространства в другое, с сохранением для них прав приоритетности и ряда других положений, создает основу для создания системы поглощения, формализации и продвижения новаций. Ниже мы постараемся охватить насколько возможно проблематику сегодняшнего дня в вопросах формирования упомянутых пространств.

Как и в первом случае, необходимо точное определение самого продукта как подсистемы. Выше мы уже говорили о проблемах терминологии, о слове «новация». Понятно, что статус «новационного предложения» предшествует статусу слова «новация». Напомним, что нам также знакомы такие слова, как «озарение» и его продукт «идея». Озарение – итоговая мысль множества предшествующих мыслительных операций, непосредственно формирующая образ идеи (или систему образов). Предполагается, что эта идея содержит признаки новизны или отличительные признаки от известных аналогичных образов. На сегодняшний день, идея регистрируется и классифицируется как открытие, изобретение, полезная модель, рационализаторское предложение и определяется ее патентоспособность. Мы не будем подробно описывать существующие в мире институты и процедуры, формирующее нынешнее состояние пространства новаций – они известны. Но мы должны отметить, что существующие системы не лишены многих серьезных проблем, таких как проблемы приоритетности, прав интеллектуальной собственности, признания за пределами стран, процедурные, финансовые, достоверности, качества экспертиз и т.д. Более того, стоит обратить внимание на некоторые интересные моменты, например, в патентовании. Достаточно выбрать некое устройство и проанализировать подборку патентов по этому устройству, чтобы понять – все предлагаемые изменения вместе в одно устройство не вписываются и, в лучшем случае, мы можем получить целое семейство этих устройств с различными параметрами и качеством. А ведь все изменения предлагаются с одной целью – улучшение основного устройства. Выходит, что уместно введение такого понятия, как «совместимость» патентов в одном семействе. Можно вопрос и так поставить – чем на самом деле является патент – свидетельством регистрации новации или свидетельством, закрепляющим статус новации? Еще один интересный момент – некоторые авторы пытаются одним патентом не только охватить группу объектов, но и предвосхитить все возможные изменения, которые могут быть предложены в будущем.

Отдельно стоит остановиться и на вопросе об институте, так называемых, экспертов, от которых в значительной степени зависит будущее новации – будет она отвергнута, ляжет на полку или получит статус патента. Диапазон вопросов – от целесообразности их использования до их ответственности за принятые решения. Конечно, разговор об экспертизе – отдельная большая статья, тем не менее, следует отметить, что существующая система экспертизы совсем не бесспорна и также нуждается в переосмыслении. Наверняка, огромное число новаций, недошедшие по разным причинам, до патента, где-то оседают или пропадают вообще, но ведь последнее слово должно быть за потенциальным потребителем новации. Это одна из причин, обуславливающая необходимость новой системы продвижения новаций. Образно говоря, нельзя допустить, чтобы вместе с водой не выплеснуть и ребенка. Мы совершенно не касаемся такого деликатного вопроса, как уровень подготовки или добросовестность эксперта – система должна исключить возможность влияния таких факторов. С другой стороны в систему должен быть включен проявленный интерес со стороны потребителей. По этому вопросу есть некая аналогия с другой проблемой – как оценивать качество деятельности ученого. Считается, что одним из важнейших оценочных показателей, является цитируемость авторских работ ученого. Понятно, что, сказав о несовершенстве нынешней системы продвижения новаций, мы должны были бы остановиться более подробно и на самом понятии «патент», но так как рамки статьи не беспредельны, то ограничимся лишь утверждением, что это понятие будет в следующих работах рассмотрено, как элемент системы под общим названием «новация».

Следующим вопросом, не менее трудным, является вопрос о формализации самих пространств, а точнее, их элементного содержания. Иначе говоря, необходимо провести их системную структуризацию. Инструментом для этой работы станет системный классификатор, который, в свою очередь, служит основой для создания универсальной анкеты, представляемой потенциальному автору любого новационного предложения, даже самой абсурдного, для заполнения и последующей подаче на регистрацию и введение в базу анкет. Такая анкета становиться юридическим документом, фиксирующим содержание предложения, классификационные параметры, момент наступления права (полного или долевого) автора на интеллектуальную собственность по отношению к этому предложению, а также принятие ответственности за достоверность содержания анкеты, включая утверждение, что содержание предложения действительно является полностью или частично продуктом именно его мыслительной деятельности.

Регистрация новационных предложений. Все сказанное дает нам основание утверждать, что наиважнейшим этапом в жизни новации, после ее рождения, является процедура государственной регистрации. В дальнейшем мы вернемся к вопросу о возможности использования частного регистратора, но на данном этапе ограничимся только государственным вариантом. Регистрироваться должны абсолютно все новационные предложения, независимо от того носит ли они в себе элементы абсурда, скопированы ли, совместимы ли уровень образования и область деятельности авторов с содержанием новации, имеем ли мы дело с техническим или социальным предложением (включая искусство). Естественно предположить, что число предложений вырастет многократно, что много будет предложений – близнецов и т.д. Однако в вопросе о регистрации есть правовой аспект – каждый гражданин (индивид) имеет право расценить и представить продукты (идеи) своей мыслительной деятельности как новационное предложение и пройти процедуру регистрации, если он того пожелает. Многие опасения того, что новационные банки могут превратиться в своеобразную свалку новаций, снимаются в первую очередь специальной анкетой, которую подлежит заполнить потенциальному автору и направить на регистрацию государственному регистратору через почтовую службу с уплатой, разумеется, посильной пошлины. Размер пошлины в основном определяется почтовыми затратами и затратами системы регистрации. Таким образом, сама анкета и разумная пошлина послужат первым барьером на пути «мусорных» новационных предложений. То, что было сказано выше, как раз и дает основания для разработки универсальной анкеты, адаптированной к авторам, различного уровня подготовленности, языковых сред и т.д. В рамках статьи мы не ставили задачу подготовки конкретного образца такой анкеты, так она должна быть разработана с учетом существующего законодательства и с привязкой к существующим устройствам или системам автоматизированного считывания анкетной информации.

В самом общем, виде анкета должна быть разделена на следующие блоки:

- информации об авторе или авторском коллективе,

- описания новации,

- вспомогательной информации,

- кодировок, необходимых для дальнейшей автоматической сортировки,

- авторских обязательств о датах рождения новационного предложения и подачи ее на регистрацию, о достоверности содержания предложения, об информированности о конкурирующих новациях, о признании ответственности за представление недостоверной информации, о долевом согласованном распределении прав и др.,

- намерений авторов по продвижению новационного предложения,

- сопроводительных материалов (документы, справки, графический материал и др.).

В случае, если у автора возникают по разным причинам проблемы с заполнением анкеты, помощь может быть оказана в виде нотариальной услуги. Что касается проблем с уплатой госпошлины, то и тут может быть предложено решение в виде кредитования с учетом последующей информации от регистратора. В том случае, если у авторов есть доступ в Интернет, могут быть использованы электронные версии анкет и процедур регистрации новаций, включая прямой доступ к регистратору. Однако, следует отметить, что хотя бы на первых порах, необходимо участие почтовой службы.

Государственный регистратор. Формирование этого, наиболее ответственного, блока в подсистеме не представляет особой сложности, если учесть современное состояние средств получения, обработки и хранения информации, а также их программного обеспечения. В целом, блок должен быть достаточно автоматизирован и не должен зависеть от человеческого фактора. Фактически, речь идет об интеллектуальной машине с определенными функциями. На эту машину, в первом приближении, возлагаются следующие функции:

- выдача по запросу автора бланков анкет,

- получение заполненных анкет и считывание анкетной информации,

- выдача автору регистрационных данных,

- передача исходной информации в банк авторов и банк новационных предложений,

- первая фильтрация анкет, содержащих некорректные, скопированные и не оформленные по форме предложения,

- вторая фильтрация на наличие признаков новизны,

- выдача документа о признании поступившего предложения новацией, передача соответствующей информации автору, в банк новаций и в подсистему системной формализации новации.

Мы не будем останавливаться подробно на описании этого блока, так как большинство функций, реализуемых этим блоком общеизвестны. Из сказанного выше, ясно, что успех работы системы в целом зависит в значительной степени от качества самой анкеты и ее согласованности с регистратором. Разумеется, что наиболее уязвимая функция регистратора - фильтрация на наличие признаков новизны. Известный способ фильтрации – использование экспертов. Трудно предположить, что можно полностью обойтись без института экспертов, по крайней мере, на первых порах (имея в виду переходной период). Тем не менее, мы утверждаем, что именно системная формализация анкеты и процесса регистрации позволит обойти эту проблему и максимально использовать современные информационные технологии.

Оценка экономической эффективности инвестиционных проектов АЭС по неточным данным

Вощинин А.П., ФГУП ЦНИИАТОМИНФОРМ

Григорян А.Л., МЭИ (ТУ)

Как указано в Послании Президента Федеральному Собранию в 26 апреля 2007 года, «за ближайшие же 12 лет мы должны построить 26 атомных блоков, причем на основе самых современных технологий». Вместе с тем, в настоящее время облик проекта АЭС поколения III+, отвечающего современным требования по безопасности и экономичности, еще не определен. Проектные организации Росатома предлагают различные концепции проекта, основанные на улучшении технико-экономических характеристик АЭС, построенных в последнее время за рубежом. Кроме того, обсуждается возможность привлечения зарубежных поставщиков АЭС для строительства энергоблоков в России.

Заказчиком проекта конкретной электростанции может выступать Государство или частный инвестор. В соответствии с международной практикой поставщики АЭС, участвующие в тендере, представляют описание технико-экономических характеристик и значения принятых в международной практике критериев экономической эффективности инвестиционных проектов [1, 2]. Каждый критерий задает единственное число, зависящее от структуры денежных потоков на расчетном горизонте и принятой нормы дисконтирования.

При отборе проектов частный инвестор обычно ориентируется на критерии коммерческой эффективности, включая чистый дисконтированный доход (ЧДД), срок окупаемости Ток, внутренняя норма доходности и другие. Для собственника будущей АЭС наиболее важным критерием являются удельные дисконтированные затраты (УДЗ) на производство электроэнергии на расчетном горизонте [2].

В условиях неопределенности тарифа, цен на топливо и затрат на эксплуатацию на расчетном горизонте необходимо оценить риск получения отрицательного результата по проекту. Существующая методология оценки экономического риска [1] основана на сценарном анализе (What-If-analysis). При этом формируется ограниченное число сценариев, каждому их которых экспертным путем приписывается определенная вероятность р1, р2, р3 и т.д. Риск трактуется как сумма вероятностей сценариев с отрицательным результатом. Для минимизируемого критерия (например, УДЗ) результат отрицателен, если его значение больше заданного порога. Вероятностная модель сценарного анализа не позволяет адекватно описать такие нестатистические факторы неопределенности как незнание и неточность.

Учитывая недостатки сценарного анализа, в ФГУП ЦНИАТОМИНФОРМ c использованием моделей интервального анализа разработана методология и инструментальные средства для оценки экономической эффективности и рисков инвестиционных проектов электростанций на основе интервальных технико-экономических параметров (ТЭП) проекта [3, 4, 5, 6]. При этом неточный или неопределенный параметр х задается не единственным числом, а в форме диапазона его возможных значений. Разработанный подход позволяет на основе ТЭП проекта, заданных в интервальной форме, рассчитать интервальные значения критериев эффективности и найти оценки риска отрицательного результата.

На рисунке приведены графики накопленных денежных потоков проекта АЭС, построенные на горизонте до от 1-го до 50-ти лет при норме дисконта 5% при следующих интервальных ТЭП: срок строительства [3; 5] лет; капитальные ежегодные вложения в строительства [300; 350] млн. долл.; ежегодные затраты на топливо и эксплуатацию [175; 180] млн. долл.

Накопленные денежные потоки при интервальных ТЭП



Визуальный анализ графиков на рисунке, построенных с применением методов интервального анализа [3, 4, 5], позволяет сделать ряд выводов. В отличие от традиционного подхода график денежного потока задается не единственной кривой, а «трубкой», верхняя граница которой соответствует минимальным значениям срока строительства и ежегодных капитальных вложений и затрат на топливо и эксплуатацию, а нижняя - их максимальными значениям.

Известно [1], что сроком окупаемости проекта Ток является такой номер года, при котором значение ЧДД равно нулю. На рисунке это точки пересечения границ «трубки» с осью координат, которые определяют интервальный срок окупаемости 9 летТок21 год.

Интервал неопределенности ЧДД при заданных интервальных ТЭП, показанный на рисунке в конце расчетного периода, составляет 968ЧДД2059 млн. долларов

Каждую точку на интервале неопределенности любого критерия эффективности можно трактовать как результат реализации некоторого фиксированного сценария, сформированного из разных комбинаций ТЭП внутри диапазонов их изменения. Так как интервал содержит бесчисленное множество точек, можно утверждать, что в отличие от сценарного анализа, где рассматривается ограниченное число вариантов (обычно не более 5-ти), при интервальном подходе реализуется бесконечное множество различных сценариев.

Наличие интервальных критериев позволяет оценивать экономические риски, т.е. рассчитать вероятность отрицательного результата по любому критерию эффективности. При этом Заказчик должен определить форму распределения сценариев на интервале (обычно в виде равномерного или треугольного симметричного распределения вероятностей) и допустимое пороговое значение выбранного критерия эффективности.

Из теории вероятностей известно, что площадь под распределением любого типа равна 1. Риск, т.е. вероятность отрицательного результата, геометрически определяется как отношение площади соответствующей фигуры справа от порога к площади всей фигуры.

С учетом этого свойства легко записать общие формулы оценки риска для критерия УДЗ (в формулах обозначен через у).

Риск при равномерном распределении: Rравн. =(умакс - C)/ (умакс – умин)

Риск при треугольном симметричном распределении: Rтреуг.=(умакс - C)2/ (умакс – умин)2

Из приведенных формул легко получить, что если порог С меньше среднего значения критерия, то при любом распределении 0,5≤R≤1.

Для порога С=3.2 цент/кВт.ч риски отрицательного результата составляют Rравн=0.3; Rтреуг.= 0.09.

Литература:

1. Виленский П.Л., В.Н. Лившиц С.А. Смоляк. Оценка эффективности инвестиционных проектов (теория и практика). - Москва, 2001, 832 с.

2. Economic Evaluation of Bids for Nuclear Power Plants, IAEA, Vienna, Technical Reports, №396, 2000.

3. Алефельд Г.Ш., Херцберг Ю. Введения в интервальные вычисления. - М.: Мир, 1987, 370 с.

4. Вощинин А.П., Сотиров Г.Р. Оптимизация в условиях неопределенности, Изд. МЭИ-СССР, Техника, НРБ, 1989, 283 с.

5. Вощинин А.П. Интервальный анализ данных: развитие и перспективы/ Заводская лаборатория, 2002, №1.

6. Бронз П.В., Вощинин А.П., Тюрин А.В. Оценка экономических рисков инвестиционных проектов и программ энергетики на основе интервальных моделей. Экономика атомной отрасли: Сборник статей и научно-технических материалов по экономике и кадровой политике. - М.: ФГУП «ЦНИИАТОМИНФОРМ», 2006. – С. 72-92.

Подходы к оценке эффективности НИОКР

Полуэктова Н.А., Макарова О.А., Маслов В.В., Гусев О.Б., Каурова О.С., ФГУП ЦНИИАТОМИНФОРМ

Одной из ключевых составляющих процесса управления научными исследованиями и разработками является оценка эффективности вложения финансовых средств в НИОКР. Согласно общему определению, эффективность – это мера соответствия результатов какого-либо действия – целям и интересам субъектов, вовлеченных в это действие. Поэтому подходы к оценке эффективности вложения бюджетных средств в НИОКР в значительной мере зависят от поставленных целей и задач государственной политики.

Мировой опыт оценки эффективности государственных программ развития научно-технической деятельности показывает, что универсальных методик оценки эффективности вложений в НИОКР нет. Попытки создать методики оценки интегрального эффекта вложений в НИОКР на основе количественных подходов показали, что дорогостоящие разработки программных продуктов, учитывающих текущие и прогнозируемые эффекты, тем не менее не решают проблемы полноценного учета отдачи вложений в НИОКР.

На сегодняшний день для каждой бюджетной программы обычно разрабатывается методика оценки ее эффективности в зависимости от поставленных в программе целей и задач. При этом мировая практика показывает, что наилучшие результаты достигаются, если оценка выполняется посредством сопоставления задач программы и получаемых результатов с использованием качественных (мониторинг, обзор, экспертиза) и полуколичественных (экспертиза на основе взвешенных коэффициентов - показателей) методов оценки.

Для оценки эффективности фундаментальных исследований наиболее распространенным является метод «peer review», или анонимного экспертного рецензирования. Этот метод применяется Российским фондом фундаментальных исследований, Национальным научным фондом США и другими подобными организациями при отборе научных проектов и контроле их выполнения.

При оценке результативности фундаментальных исследований используют также библиометрические показатели: количество публикаций, цитируемость, частоту ссылок на научные публикации в патентной литературе и т.д. Для этих целей существуют специальные базы данных: ВИНИТИ, РОСПАТЕНТА, ВАК России, БД Science Citation Index (Института научной информации США) и др.

Анализ мировой практики оценки эффективности государственных вложений в НИОКР показывает, что чаще всего оценивают научно-техническую, экономическую (в т.ч. бюджетную) и социальную эффективность вложений, так как государство нацелено на получение бюджетной и научно-технической отдачи, а также на решение социальных, отраслевых и общеэкономических проблем.

Для оценки научно-технической эффективности вложений в НИОКР чаще всего используются критерии конкурентоспособности полученных научных результатов и их соответствия мировому уровню, критерии актуальности и научной новизны результатов исследований, а также их востребованности производством.

Основным критерием экономической эффективности вложений в НИОКР является производство новой и усовершенствованной высокотехнологической (инновационной) продукции, созданной на основе результатов НИОКР.

Для оценки социальной эффективности государственных вложений в НИОКР чаще всего используют такие показатели, как «количество созданных рабочих мест», «количество трудоустроенных ученых и научных сотрудников», а также «количество молодых ученых, вовлеченных в исследования», - этот показатель характеризует развитие кадрового потенциала науки и создание потенциала будущего развития.

В атомной отрасли проводятся проблемно-ориентированные фундаментальные, поисковые и прикладные исследования, направленные на получение новых знаний в области использования энергии атомного ядра, в целях обеспечения национальной (в т.ч. энергетической) безопасности Российской Федерации.

Для оценки эффективности вложений в отраслевые НИОКР, выполняемые в рамках реализации комплексных отраслевых проектов, могут применяться существующие методики оценки эффективности вложений, исследующие соотношение затрат на НИОКР по проекту с экономическим эффектом от продаж созданной на основе результатов НИОКР продукции.

В общем случае критерием завершенности НИОКР является получение новых знаний об объекте исследований, оформленных в виде отчуждаемого от исследователя результата, который может быть передан для получения других новых знаний (в т.ч. другими исследователями) или использован в практической деятельности (внедрение).

Необходимо отметить, что чем ближе НИР к фундаментальным исследованиям, тем выше фактор неопределенности в отношении результатов исследования, сроков завершения и т.д. Критерием завершенности фундаментальных проблемно-ориентированных поисковых исследований является мнение экспертного сообщества. Критерием завершенности прикладных НИОКР, проводящихся в рамках комплексных отраслевых проектов, является соответствие полученного результата – техническому заданию. Показателем готовности результата НИОКР к внедрению является наличие правовой охраны научно-технического результата.

Управление знаниями в потенциально опасных отраслях как элемент интегрированной системы менеджмента

Южаков А.Ю., ОАО «ВНИИАЭС»

Управление знаниями (УЗ) как самостоятельное направление наиболее явно проявилось в ядерной отрасли в ответ на старение кадров в ней, когда поколение, которое проектировало, вводило в эксплуатацию и в начале эксплуатировало АЭС по всему миру, достигло пенсионного возраста. Методы и средства УЗ по сбору и передаче знаний от стареющих кадров молодому поколению, пришедшему им на мену, приобрели большое значение. Несмотря на то, что УЗ с успехом продолжают использовать для этих целей, УЗ имеет более широкий спектр применения, существенный как в течение всего срока службы АЭС, так и по его истечению.

МАГАТЭ опубликовало технический отчет «Управление знаниями для эксплуатирующих организаций ядерной индустрии (TECDOC-1510)». Этот документ определяет УЗ как интегрированный, систематичный подход к процессу определения, получения, преобразования, развития, распространения, использования, передачи, и сохранения знаний, связанных с достижением определенных целей. УЗ объединяет три основных компонента: людей, процессы и технологии. УЗ фокусируется на людях и организационной культуре для того, чтобы стимулировать и воспитывать передачу и использование знаний; на процессах и методах, помогающих найти, создать, сохранить и передать знания; и на технологиях, помогающих хранить и делать доступными знания, а также помогающих людям работать совместно – даже если они физически разобщены. Люди, безусловно, являются наиболее важной составляющей УЗ, поскольку управление знаниями зависит от желания людей делиться и повторно использовать знания [Л.Дурхэм, А.Косилов, Т.Мазур, Я.Янев. Управление знаниями на предприятиях ядерной отрасли. - МАГАТЭ, 2007].

Данный аспект развития системы управления людскими ресурсами и системы подготовки персонала в отрасли находится на стадии развития. ОАО «ВНИИАЭС» участвует в формировании системы обеспечения функционирования системы управления знаниями и технологиями. Высокий средний возраст работников атомной отрасли, неравномерность уровней оснащения подсистем подготовки персонала подразделений отрасли, отсутствие единого подхода к управлению кадрами на местах в отраслевых организациях, обострение конкурентной борьбы за квалифицированные кадровые ресурсы между отраслями, неравномерность рынка труда между регионами – все это ведет к необходимости разработки и координации усилий по выделению и последующему сохранению критических направлений знаний и технологий. И в решении этой задачи особую роль играет применение информационных технологий.

Особенно важным этот аспект является при осуществлении новых проектов в атомной сфере. Например, при реализации проекта АЭС-2006 встает задача управления потоком данных проектирования, при этом основными задачами PLM-систем для проекта АЭС-2006 являются:

- радикальное сокращение сроков и стоимости разработки проекта АЭС, ввода АЭС в эксплуатацию, снижение стоимости и повышение эффективности эксплуатации активов, позволяющие достичь конкурентных преимуществ;

- обеспечение полноты, согласованности, контролируемой доступности всей информации о конфигурации, эксплуатации, состоянии активов (в частности, промышленного оборудования, капитальных строений, транспортных средств) в рамках проекта;

- поддержка принятия стратегических и тактических управленческих решений с учетом всех этапов жизненного цикла АЭС, включая определение ее состава и объемов выпуска, распределение ресурсов по задачам проекта, привлечение внешних поставщиков, обслуживание потребителей, оптимизацию эксплуатации производственных активов и пр.;

- поддержка основных бизнес-процессов организаций-участников и их «бесшовная» интеграция между этапами жизненного цикла АЭС и «функциональными» рабочими местами персонала (бухгалтера, конструктора, кладовщика, прораба, логистика, контролера, пусконаладчика и т.д.).

Методология PLM обеспечивает непрерывное управление жизненным циклом АЭС и бизнесом организаций-участников. В целом, внедрение хорошо спроектированной PLM-системы может привести к существенной экономии средств и времени на ввод в эксплуатацию сложных комплексных продуктов, каким является энергоблок АЭС

Все это подчеркивает необходимость безусловного внедрения интегрированных систем управления информацией, а также учитывать человеческий фактор и риски потери критических знаний в связи с движением (включая выбытие) работающего персонала.

Данные, информация и знания, критически важные для эксплуатации ядерных объектов, генерируются, начиная с начальных фаз НИР, в течение всего срока службы объекта, включая его вывод из эксплуатации. Например, фундаментальные технические принципы, лежащие в основе конструирования АЭС, представляют собой знания, имеющие существенное значение для процесса лицензирования, а также при рассмотрении последующих изменений в проектной документации при проведении модификаций объекта. Ещё одним очевидным примером накопления знаний является опыт эксплуатации для «извлечения уроков» и проведения обучения вновь принятого и уже работающего персонала. Например, данные по лучевой нагрузке в связи с оптимальным использованием персонала как в ежедневно выполняемых операциях, так и в аномальных условиях, представляют собой пример критически важных знаний. Для этих целей ОАО «ВНИИАЭС» разработал и внедрил систему, позволяющую вести учет дозовых нагрузок персонала; база данных по дозовым загрузкам персонала ведется с 2001 г.

И, наконец, пример: накопление знаний по загрязнению оборудования и материалов в течении срока службы АЭС, для проведения последующих работ по выводу объекта из эксплуатации.

ОАО «ВНИИАЭС» предлагает решения в области управления знаниями и технологиями для потенциально опасных отраслей. В качестве платформы может быть использована система SA-Trax, внедренная на АЭС [Южаков А.Ю. IT-решения для задачи управления и обращения знаниями в области использования атомной энергии, МНТК ИТ-2007, Москва, ВНИИАЭС, 17-18 апреля 2007 г.].

В настоящее время сбор и обобщение опыта эксплуатации атомных станций осуществляется ОАО «ВНИИАЭС» в объеме и в соответствии с требованиями нормативных документов эксплуатирующей организации. Эта база является основой получения данных по опыту эксплуатации. Она синхронизирована с БД ИНИС (INIS, МАГАТЭ), что расширяет ее функциональные возможности.

Создание системы управления знаниями решается через упорядочение т.н. «ядерных знаний» для целей: 1) воспроизводства (в силу «старения» персонала, отсутствия документирования накопленных знаний и навыков (опыта) и постепенной замены его новым персоналом); 2) хранения (для восстановления «по запросу» редких и нечасто применяемых технологий для экономии затрат на новые разработки); 3) продажи (в комплекте (в составе контракта на строительство новых энергоблоков) и «в розницу», для целей продвижения российских ядерных технологий на мировой рынок); 4) передачи (вновь принятому персоналу в случае ускоренного строительства (введения в строй) новых мощностей АЭС); 5) анализа использования (с целью «замыкания» обратной связи применения знаний в новой обстановке (условиях), например, для целей нового проекта) и, наконец, 6) контроля передачи технологий (т.н. «учтенные знания и технологии» легче контролировать при необходимости соблюдения режима нераспространения).

Вообще речь должна идти не столько об обращении знаний (сами знания практически не используются без приобретения определенных навыков, которые приобретаются на конкретном оборудовании, техническом средстве, рабочей обстановке и т.д.), а об обращении знаний и технологий. Внедрение системы обеспечит в краткосрочной и долгосрочной перспективе выполнение работ по учету, упорядочению, упаковке, хранению и утилизации знаний и технологий в области использования атомной энергии, включая прогнозирование потери критических знаний/ технологий, что позволит применять эти знания и технологии эффективным образом, внедрив методы управления знаниями в ядерной отрасли, рекомендованные МАГАТЭ.

Сегодня система подготовки персонала представляет собой единый комплекс, обеспечивающий наивысшие результаты безопасной работы ОИАЭ России. Эксплуатирующая организация «Росэнергоатом», предприятия отрасли стремятся достичь мирового уровня квалификации своего персонала, создав все условия для подготовки и повышения квалификации персонала АС, научно-технической поддержки эксплуатации ОИАЭ. Это позволит реализовать задачи, стоящие перед отраслью, в том числе дальнейшего повышения КИУМ энергоблоков АЭС, реализации программ развития (строительства новых энергоблоков) и модернизации действующих объектов, обеспечение работ по продлению срока службы оборудования атомных станций. Однако в долгосрочном плане система управления знаниями и технологиями обеспечит высокий уровень эффективности отрасли, даст возможность сохранить критические знания и в целом позволит повысить ее капитализацию. Аналогичные подходы могут быть применены для других потенциально опасных отраслей, предприятий газовой и нефтяной отрасли.

Вопросы учета результатов научно-технической деятельности, созданных на федеральные средства на предприятиях Росатома

Каурова О.С., Макарова О.А., Демышева Г.В., ФГУП ЦНИИАТОМИНФОРМ

Вопросам учета результатов научно-технической деятельности, полученных на федеральные средства (далее – РНТД), государством уделяется большое внимание в течение последних 5 лет, за которые практически сформирована законодательная и нормативно-правовая база. Однако следует отметить, что нормативно-методические документы, устанавливающие порядок проведения государственном учете результатов научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ гражданского назначения федеральными органами исполнительной власти – государственными заказчиками, а также организациями-исполнителями и их соисполнителями, были введены в действие только в 2006 году.

В атомной отрасли в условиях реструктуризации вопрос учета РНТД приобрел особую актуальность. Опыт проведения предприятиями отрасли инвентаризации РНТД в 2006 году показал, что учет РНТД должен вестись на систематической основе и включать следующие процедуры:

- проведение ежегодной инвентаризации РНТД и прав на них;

- аналитический учет созданных или выявленных при инвентаризации результатов и прав на них;

- определение формы правовой охраны РНТД для легального вовлечения в гражданско-правовой оборот;

- капитализация РНТД и прав на них;

- оформление договорных отношений с авторами разработок и организация выплат вознаграждений согласно действующему законодательству.

Ежегодная инвентаризация (инициативная) должна проводиться предприятиями в соответствии с положениями постановления Правительства Российской Федерации от 14.01.2002 №7 «О порядке инвентаризации и стоимостной оценке прав на результаты научно-технической деятельности». По результатам инвентаризации должны вырабатываться рекомендации по дальнейшему использованию, охране и урегулированию прав, такие как: направление использования РНТД и прав на них в хозяйственной деятельности организации; урегулирование вопросов по использованию прав на РНТД с авторами и правообладателями; обоснование выбора режима охраны РНТД; обоснование мероприятий по постановке РНТД и прав на них на бухгалтерский учет; обоснование мероприятий по использованию РНТД двойного назначения в гражданско-правовом обороте и др.

Аналитический учет РНТД на предприятиях должен осуществляться на всех этапах жизненного цикла научно-технической продукции и обеспечивать идентификацию создаваемого результата, его регистрацию и формирование реестров результатов и прав на них.

Система учета РНТД и прав на них должна обеспечивать:

- ведение внутреннего учета и формирование внутренней отчетности в соответствии с порядком, принятым на предприятии;

- предоставление информации для государственного учета результатов научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ и регистрации имущества (нематериальных активов);

- формирование и предоставление в соответствующие органы статистической отчетности об использовании объектов интеллектуальной собственности.

Внутренний учет информации о РНТД должен обеспечивать хранение, обработку, анализ и оперативный доступ к базам данных о РНТД, принадлежащих предприятию и прав на РНТД, переданных предприятию, и содержать сведения:

- правового характера с учетом вида РНТД (основание возникновения, правообладатели, сроки создания, направление/ объект техники применения и пр.);

- об использовании РНТД, в т.ч. подразделениях предприятия, в которых используется РНТД;

- об экономическом эффекте от использования и др.;

- о размере вознаграждения авторам и лицам, содействующим созданию и использованию РНТД;

- о форме охраны и сроках ее действия;

- о постановке на учет (стоимость, сроки использования и др.);

- об использовании РНТД иными пользователями, если это допускалось договором с Государственным заказчиком (наименование пользователя; сведения о лицензионном договоре (сублицензии); о размере доходов по лицензионному договору; о размере вознаграждения авторам и лицам, содействующим созданию и использовании РНТД; имеющиеся предложения о приобретении прав на использование РНТД, поступившие от третьих лиц; о потенциальном пользователе, об ориентировочной цене планируемого договора; об объеме запрашиваемых прав; учете прав на объекты исключительных прав в составе имущества предприятия, а также расходах по договорам на НИОКР).

Процедура выбора формы охраны для РНТД, полученных на федеральные средства, должна быть прописана в стандарте/ положении предприятия и учитывать условия государственного контракта.

Целесообразно предусмотреть официальную регистрацию баз данных и программ для ЭВМ, создаваемых при выполнении НИОКР по государственным заказам.

Основные проблемы возникает при постановке на баланс предприятия прав на РНТД. Проведение работ в организациях Росатома по капитализации прав на РНТД должно проводиться с учетом налоговых и бухгалтерских норм, в т.ч. касающихся оприходованию неучтенного имущества, выявленного при проведении инвентаризации.

Права на РНТД отражаются в бухгалтерском учете в зависимости от способа их поступления на предприятие (вида заключаемого договора). Постановка на баланс прав на РНТД как нематериального актива проводится в соответствии с ПБУ 14/2000 «Учет нематериальных активов». На баланс нематериальные активы ставятся по фактическим затратам предприятия на их приобретение/ создание. Если собственные затраты при создании РНТД не формировались, то организация обязана учесть права на такие РНТД в качестве безвозмездно полученного имущества. Первоначальная стоимость таких активов определяется исходя из их рыночной стоимости на дату принятия к учету.

В соответствии с Налоговым кодексом Российской Федерации это имущество относится к внереализационным доходам и увеличивает налогооблагаемую прибыль.

Следует отметить, что доход, полученный унитарным предприятием в виде средств и иного имущества от собственника имущества этого предприятия или уполномоченного им органа, не увеличивает налогооблагаемую прибыль (Налоговый кодекс глава 25 ст. 251, п. 1. абзац 26).

Согласно ПБУ 17/02 «Учет расходов на научно-исследовательские, опытно-конструкторские и технологические работы» организация может поставить на баланс в качестве вложений во внеоборотные активы РНТД, полученные при выполнении НИОКР, на которые не имеется исключительных прав; которые не подлежат правовой охране в соответствии с нормами действующего законодательства (ноу-хау, отчеты о НИР, нормативно-методические документы и пр.).

При заключении лицензионного договора на использование (неисключительные права) изобретения, промышленного образца, полезной модели, а также договоров на использование охраняемой топологии интегральных микросхем, программ для ЭВМ или баз данных, права, полученные в пользование, учитываются организацией на забалансовом счете в оценке, принятой в договоре.

Учет прав на РНТД, переданных организации на основе неисключительной безвозмездной лицензии в целях выполнения работ или осуществления поставок продукции для федеральных государственных нужд, осуществляется на забалансовом счете в оценке, принятой в лицензионном договоре.

Порядок осуществления бухгалтерского учета операций, связанных с передачей ноу-хау аналогичен учету лицензионного договора на использование неисключительных прав.

Для подтверждения факта использования прав на РНТД при выполнении НИОКР, в условиях договора/контракта должны быть прописаны используемые объекты исключительных прав. Не противоречит бухгалтерским положениям использование объектов исключительных прав для монополизации сферы исследований и разработок. Такой принцип использования объектов исключительной собственности должен быть прописан в учетной политике предприятия.

Следует отметить, что согласно действующему законодательству предприятия должны сообщить в исполнительный федеральный орган власти по подчиненности об учтенных нематериальных активах, и зарегистрировать их в Минимуществе России.

Работа с молодежью в научной организации

Путилов А.В, генеральный директор ВНИИНМ имени академика А.А.Бочвара

Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А.Бочвара представляет собой крупную научную организацию, имеющую несколько научных отделений с разной тематической направленностью. Кадровая составляющая успешной работы Института приобретает все большее значение.

Именно этот аспект деятельности руководства Института представляется наиболее интересным с точки зрения обеспечения долгосрочной перспективы его развития и сохранения и передачи критических знаний в области функциональных и конструкционных материалов для развития атомной отрасли.

Серьезность кадровой проблемы стала главным побудительным мотивом руководства Института для принятия необходимых мер с целью стабилизации и последовательного улучшения ситуации.

На данный момент в институте работает 186 молодых специалистов с высшим образованием в возрасте до 35 лет (138 молодых людей и 48 девушек), из них 20 человек находятся на руководящих должностях. Большая часть (65-70%) занята в научных подразделениях.

Во ВНИИНМ постоянно уделялось и уделяется большое внимание подготовке специалистов высшей квалификации через аспирантуру Института. С тем, чтобы стимулировать обучение в ней молодых специалистов с перспективой последующей защиты диссертации, было разработано и в марте 2000 года утверждено “Положение о материальном стимулировании молодых ученых, молодых специалистов и аспирантов”. Затем был утвержден “План мероприятий, направленных на привлечение молодых специалистов, закрепление молодых ученых и повышение научного потенциала института”. В январе 2005 года утверждено новое “Положение о материальном стимулировании молодых ученых, молодых специалистов и аспирантов ФГУП ВНИИНМ”. Эти документы определяют конкретные меры материального стимулирования:

- аспирантам, успешно выполняющим индивидуальные планы и прошедшим аттестацию, предоставляется дополнительный оплачиваемый отпуск сверх установленного законодательством до 12 рабочих дней;

- для успешно обучающихся аспирантов заочного обучения установлены надбавки к должностному окладу в следующих размерах: 1-й год обучения – 20%, 2-й год – 40%, 3-й и 4-й годы – 60%;

- аспирантам, успешно закончившим аспирантуру, по рекомендации секции НТС предоставляется дополнительное время для защиты диссертации (сроком не более 1 года) и сохранение на этот период надбавки, получаемой за последний год обучения (60%). В случае успешной защиты диссертации указанная надбавка сохраняется в течение трех последующих лет.

- при присуждении ученой степени молодому ученому выплачивается единовременное вознаграждение из средств фонда оплаты труда в размере 20 тысяч рублей.

Выполнение указанных мер способствовало росту численности аспирантов, и в настоящее время в институте их 30 человек.

С целью омоложения научных и научно-технических кадров, cохранения и поддержания научного потенциала института на современном уровне в Институте на протяжении нескольких лет проводится целенаправленная и планомерная работа по привлечению молодых специалистов и закреплению их в Институте. Для этого были разработаны, документально оформлены и претворены в жизнь мероприятия, включающие дополнительные социальные льготы и экономические стимулы как для молодых специалистов, так и для подразделений, принявших выпускников ВУЗов. Такими документами являются:

1. “Положение о порядке отбора и приема на работу в институт молодых специалистов, окончивших высшие учебные заведения”. Положение устанавливает порядок отбора молодых специалистов в вузах, обязательную квоту приема молодых специалистов (5% от численного состава научных и научно-технических работников подразделения), работу по развитию их творческой активности, льготы подразделениям, принявшим молодых специалистов при распределении объемов общеинститутских накладных расходов.

2. “Положение по закреплению молодых специалистов”, которое предусматривает использование молодых специалистов по специальности, полученной в вузе, привлечение их к участию в конференциях, семинарах, работах по международному сотрудничеству и т.д. Это же “Положение …” определяет материальное стимулирование молодых специалистов в виде 20%-й надбавки к должностному окладу в случае, если они проявляют творческую активность, используют в процессе работы знание иностранного языка. Кроме того, решением дирекции института с 2000 г. молодым специалистам в течение трех лет оплачивается проезд на работу на всех видах городского транспорта (кроме такси).

Введенное с 01.04.2001 г. “Положение о порядке выплаты вознаграждения за выслугу лет во ВНИИНМ” предусматривает выплату этого вознаграждения молодым специалистам с первого года работы. Минимальный оклад для этой категории работников института установлен в размере 7000 руб.

Потребность Института в молодых специалистах является неотъемлемой составной частью системы прогнозирования и планирования обеспечения работниками всех категорий и осуществляется в соответствии с планом развития института. Этому способствует тесная связь с профильными вузами г. Москвы.

В настоящее время в Институте функционирует филиал 9-й кафедры МИФИ по специальности “Физика металлов”, где проходят обучение и практику студенты последних курсов.

Для повышения качества подготовки молодых специалистов создан комплексный филиал кафедр РХТУ им. Д.И.Менделеева и МГАТХТ им. М.В.Ломоносова по специальностям “Технология редких и рассеянных элементов”, “Технология изотопов и особочистых веществ”, “Химия высоких энергий и радиоэкология” и “Химия и технология редких и рассеянных элементов”. Выпускники этих кафедр проходят в институте производственную и преддипломную практику, а наши ведущие ученые в процессе обучения читают им лекции и проводят семинарские занятия.

Сегодня Институт выходит с новыми предложениями по созданию Межотраслевого учебно-научно-производственного центра “Функциональные и конструкционные материалы для атомной отрасли”. Центр создается для координации совместной деятельности ВНИИНМ им. А.А.Бочвара и ряда высших учебных заведений с целью повышения эффективности подготовки специалистов, учебной и научно-исследовательской работы, апробирования и использования результатов исследований, повышения квалификации сотрудников института и преподавателей вузов и является одной из форм интеграции науки и образования.

В состав Центра будут входить: МИСиС, МИФИ, РХТУ им. Д.И.Менделеева, МГАТХТ им. М.В.Ломоносова, МАТИ, МАИ, МГТУ им. Н.Баумана и РГУ им. Губкина. Разработаны проекты Положения о Центре и Соглашения о намерениях, которое должно превратить участников кооперации в консорциум научно-образовательной деятельности (договор простого товарищества).

Одной из важнейших форм повышения уровня знаний молодых специалистов ВНИИНМ можно считать организацию цикла лекций по проблеме “Современные проблемы материаловедения”, которые читают для сотрудников института ведущие специалисты и преподаватели МАТИ, МАИ, МИСиС, Института металлургии и материаловедения им. Байкова, других организаций Российской академии наук. Посещение молодыми учеными и специалистами этих лекций обязательное, контролируется отделом аспирантуры наряду с выполнением аспирантских планов работ.

Необходимым условием решения кадровой проблемы и сохранения интеллектуального потенциала института мы считаем объединение молодежи под руководством Совета молодых ученых и специалистов (СМУИиС), деятельность которого была возобновлена после длительного перерыва в 1997 году. Совет объединяет молодых людей с высшим образованием в возрасте до 35 лет и принимает активное участие во всех научных, производственных и общественных мероприятиях, проводимых в институте.

В настоящее время идет работа по реорганизации СМУиС в Совет молодежи ВНИИНМ, который должен объединить всю молодежь института, вне зависимости от образования, места работы и должности. Готовятся новые нормативные документы, соответствующие требованиям современной организации научной деятельности.

Лидирующее положение в соответствующей сфере деятельности обеспечивается предприятиями, которые способны достичь и постоянно поддерживать высокое качество своей продукции и услуг. Поэтому проблема качества находится в центре внимания Института. Вовлечение молодых специалистов в процесс непрерывного совершенствования внедренной и сертифицированной системы менеджмента качества (СМК) осуществляется через «институт уполномоченных по качеству», из которых более 30% - молодые специалисты в возрасте до 30 лет. Расширять и совершенствовать знания в этой области им помогает организованная в институте система обучения.

В Институте постоянно идет процесс повышения метрологической грамотности сотрудников, особенно молодых специалистов. Они с интересом осваивают новые знания и успешно применяют их в практической работе. Получение Институтом в феврале 2007 г. свидетельства о внедрении Международной системы качества ИСО-9000 придало работе с молодежью в области качества и метрологии новый импульс.

Все вышеуказанные меры уже дают положительные результаты. Работающие в институте молодые специалисты вносят достойный вклад в результаты научных исследований, что, в свою очередь, помогает им становиться участниками, победителями и призерами самых престижных российских и международных конкурсов, обладателями грантов Президента Российской Федерации и международных фондов.

По результатам ежегодного традиционного «Бочваровского конкурса ВНИИНМ на лучшую научно-техническую работу» за последние несколько лет 41 человек из числа молодых специалистов стали его победителями и призерами.

На проводившейся в 2006 году Всероссийской конференции “Материалы ядерной техники” (МАЯТ-ОФИЭ) со своими докладами выступили 27 молодых ученых и специалистов ВНИИНМ. 5 молодых сотрудников ВНИИНМ стали лауреатами конкурса РАО ЕЭС и РАН “Новая генерация”, а один из наших молодых ученых, Д.С.Сурков, стал обладателем гранта Президента Российской Федерации. Молодая сотрудница Ю.Е.Корзина стала победительницей конкурса Молодежной программы Международной энергетической премии “Глобальная энергия”.

Наиболее ярко проявляющие себя молодые специалисты ВНИИНМ принимают активное участие в международном сотрудничестве. Только за прошедший 2006-й год 11 молодых представителей института стали участниками различных международных мероприятий: конференций, семинаров, совещаний, рабочих встреч и т.д.

Успешная производственная деятельность и активная жизненная позиция целого ряда молодых специалистов ВНИИНМ положительно сказывается на их карьерном росте. Как уже говорилось, 20 человек находятся на руководящих должностях, среди 2 директора научных отделений, 2 заместителя директора научных отделений. Есть среди молодых и начальники отделов, лабораторий, а также их заместители. В научном отношении многие из тех, кому сейчас нет и 35 лет, достигли званий научных сотрудников и старших научных сотрудников, стали инженерами 1-й категории или ведущими инженерами.

Анализируя кадровую проблему науки, можно констатировать, что в Институте сложилась достаточно целостная система стимулирования творческого поиска, работает аспирантура, функционируют базовые кафедры вузов, защищаются диссертации. Но молодежи хочется большего – реального вклада в развитие, капитализации своих знаний. Требуется актуализация кадровой политики, включение в нее такого важного элемента, как интеллектуальная собственность. Интеллектуальное предпринимательство, связанное непосредственно с превращением интеллектуального капитала в стоимость, неразрывно с теорией и практикой развивающихся организаций, в которых обучение происходит форсированно на уровне организации в целом, в процессе инновационного развития. Необходимо стараться найти такую форму деятельности, которая без ущерба для повседневной работы позволит выявить научные таланты, поддержать их, обеспечить реализацию их научных достижений. Можно с уверенностью констатировать, что поддержка молодежи принесет успех в развитии атомной отрасли, особенно в развитии высоких технологий, наукоемких материалов и перспективных направлений использования атомной энергии.

Развитие кадровой инфраструктуры как базового элемента инновационного развития отрасли

Зинов В.Г., декан факультета инновационно-технологического бизнеса АНХ при Правительстве РФ

Необходимым условием позитивного развития национальной экономики сегодня являются, по возможности быстро реализуемые эффективные инновации. Общество обоснованно ждет отдачи от произведенных ранее инвестиций в образование и науку. Улучшить ситуацию с реализацией научного потенциала способна коммерциализация разработок, рыночное приложений технологий.

По результатам многочисленных исследований, экономическая отдача инвестиций в инновации превышает окупаемость в любых других сферах применения финансовых ресурсов и находится на уровне 35-50%. Сопутствующие же выгоды для общества в целом часто могут превышать прямой эффект первоначального назначения разработки. Инвестиции в инновации и питающую их науку являются высоко эффективным способом размещения денег.

В России важность развития венчурного капитала связана, в первую очередь, с двумя ожиданиями: привлечением внебюджетных средств в науку и инновации, а также привлечением профессионалов - специалистов по коммерциализации технологий в сам процесс финансирования (отбора фирм для инвестирования). Всем, кого интересует инновационное предпринимательство, очевидно, что с 2008 г. на этом рынке ожидается стремительный рост предложения венчурного капитала, благодаря развернутым в 2006 году государственным программам стимулирования венчурной индустрии, включающих создание отраслевых и региональных венчурных фондов.

Однако, принятие решений по конкретному высокорисковому инновационному проекту всегда, сталкивается с жестким ограничением ресурсов. Только их концентрация на наиболее перспективных, профессионально отобранных на ранних стадиях проектах, с последующей быстрой коммерциализацией разработок обеспечивает возврат средств. Такой подход может обеспечить соразмерность темпа и уровня извлечения доходов, с одной стороны, с ростом затратности и рисковости соответствующих науко- и фондоемких разработок, с другой. Вопрос только в том, как добиться успеха в реальных российских условия.

Автор придумал идею нового товара. Но именно менеджер видит ту траекторию, по которой стоит давать заказы на разработку и демонстрационного образца, и технологического прототипа, и маркетинговой стратегии, определить, кого привлекать в партнеры, увидеть будущих покупателей. Неслучайно основной вклад в создание стоимости инновации вносит не разработчик, а менеджера. В выросших венчурных бизнесах менеджер имеет не менее чем в 10 большую долю, чем непосредственно авторы.

Менеджер создает условия, чтобы потенциал организации повышал стоимость инновации. Это, по нашему мнению, развитие эффективных коммуникаций внутри организации и развитие непрерывного обучения персонала, как части процесса создания нового продукта. В целом, менеджер должен быть не столько сориентирован на управление отдельными инновационными проектами, сколько на мотивирование инновационного поведения персонала, на поддержание появления лидеров, потому что новые знания создает человек, который мотивирован. Такая мотивация должна быть и правовая, и экономическая, и моральная.

Образовательные программы ФИТБ АНХ с 1995 года ориентированы на подготовку в сфере управления инновациями. Сначала были только программы повышения квалификации «Основы коммерциализации результатов исследований», потом - программы профессиональной переподготовки «Управление интеллектуальной собственностью», «Инновации и риски в бизнесе», затем – «МВА - Инновационный и проектный менеджмент» и магистратура «Технологический менеджмент». Мы уже выпустили по двухлетним программам (магистерским и МВА) порядка 250 человек; по программам профессиональной переподготовки порядка 450 человек. А сколько тысяч специалистов окончили наши программы повышения квалификации, точно не скажешь.

Общие черты наших программ - это, прежде всего, учебно-консультационный характер. Мы стараемся, чтобы наши преподаватели были из числа консультантов и менеджеров в конкретных инновационных компаниях. Поэтому они могут оказать реальную практическую помощь слушателям. Факультет разработал специальное методическое обеспечение.

Содержание профессиональных навыков, которые мы формируем, связаны с тем, как выявить новую идею, как эту идею упаковать, как её по минимуму рисков и затрат осуществить. Ведь, по сути дела, инновационной проблемой озадачен каждый предприниматель, каждый руководитель предприятия. Инновационная проблема возникает из необходимости реагировать на то, как меняется внешняя среда. Сегодня эта среда требует появления нового продукта и новой технологии, завтра она требует новой системы мотивации, послезавтра она требует новой информационной технологии для автоматизации управления. Процесс развития любого бизнеса все время востребует новшества и умения с этим новшеством работать, особенно, если развитие идет в конкурентной среде.

Обучение позволяет приобрести новые профессиональные навыки, если слушатель выполняет самостоятельную работу по актуальной для него задаче. Каждый такой проект обычно основывается на исключительно конкретной задаче для конкретной компании, анализ которой позволяет сформировать новую компетентность. Главное добиться от аттестационной итоговой работы уровня отчета консалтинговой фирмы, за которую бы компания реально бы заплатила.

Создание отраслевой электронной библиотеки

Самсонов А.Ю., ФГУП ЦНИИАТОМИНФОРМ

Успешное развитие такой наукоёмкой отрасли как атомная энергетика невозможно без информационного обеспечения на современном научно-техническом уровне разрабатываемых проектов.

Комплекс работ по переходу к современному уровню обеспечения научно-техническими изданиями, а также их поиску, хранению, библиографической обработке и использованию является проектом по созданию Отраслевой электронной библиотеки (ОЭБ).

Основные направления создания ОЭБ:

- формирование сводного каталога библиотек предприятий отрасли;

- создание системы электронной доставки электронных копий первоисточников;

- организация корпоративной подписки на информационные базы данных и периодические издания;

- перевод в электронный вид и организация хранения наиболее ценных библиотечных подфондов;

- формирование метабазы доступных информационных ресурсов.

Сводный библиотечный каталог – объединённый каталог предприятий отрасли. Физически он имеет распределённую структуру, т.е. располагается на серверах предприятий. Возможность поиска в нём определяется обязательной поддержкой программным обеспечением, используемого библиотекой предприятия, протокола обмена Z39.50 и составления библиографического описании документа в формате РУСМАРК. Выполнение подобных требований позволяет также работать с другими научно-техническими библиотеками Росси: ГПНТБ, БЕН РАН и пр.

Электронная доставка копий первоисточников обеспечивает доставку машиночитаемой копии документа пользователю. На первом этапе предполагается создать FTP-сервер (или систему FTP-серверов) с разделами предприятий, входящих в ОЭБ и защищённых паролями, в которые по заказам абонентов будут помещаться библиотеками, хранящими первоисточники, отсканированные копии документов в виде PDF- файлов.

По мере наращивания фондов в электронном виде на предприятиях предполагается организация доступа к роботизированным библиотекам с доступом непосредственно к документам, хранящимся в электронном виде.

Целью организации корпоративной подписки на зарубежные периодические издания является сокращение затрат предприятий отрасли на приобретение журналов и баз данных путем коллективного использования данных изданий, а также за счёт скидок и льгот представляемых крупным корпоративным клиентам. Результатом корпоративной подписки является также распределённый фонд зарубежных периодических изданий по отраслевой тематике на предприятиях. Корпоративная подписка позволяет также получить доступ к электронным версиям печатных изданий непосредственно на сервере издательства. В 2005 г. было подписано лицензионное соглашение на 2005-2007 г.г., позволяющее специалистам 15 предприятий отрасли получать электронные копии статей из 43 профильных для отрасли журналов издательства Элзевиер.

Перевод фондов в машиночитаемый вид позволит не только более надёжно сохранить их, но и использовать на качественно новом уровне. Так, ЦНИИАТОМИНФОРМ является депозитарием Российского национального центра Международной системы ядерной информации (ИНИС) и труднодоступные документы (отчёты об исследованиях, материалы конференций и пр.), поступившие в рамках данной системы хранятся в его библиотеке. С 1997 г. данные материалы поступают на электронных носителях CD-ROM. Институт также принимает участие в программе МАГАТЭ в переводе материалов ранее накопленных в фонде в электронный вид. Данные работы выполняет ЗАО «Электронный Архив» с использованием копии фонда, хранящейся в ЦНИИАТОМИНФОРМ, и электронная форма поступает и в центральную отраслевую научно-техническую библиотеку (ЦОНТБ).

ЦНИИАТОМИНФОРМ с 1968 года являлся хранителем информации о НИОКР, выполняемых в отрасли. В фонде хранятся регистрационные карты (РК) на выполненные НИОКР и информационные карты (ИК) об отчётах по выполненным исследованиям, а также более 50 тысяч самих отчётов. В 2004 году Институт перевёл данную картотеку РК, ИК в электронный вид (более 76 тысяч записей), а также 4 000 отчётов.

Ещё одним уникальным информационным ресурсом является фонд отраслевых журналов «Вопросы атомной науки и техники», который выпускается различными предприятиями по сериям и ограниченным тиражом. Его ретроспектива пользуется устойчивым спросам в ЦОНТБ.

Метабаза (база о базах) содержит описания информационных электронных ресурсов библиотеки предприятия - библиографических, фактографических, полнотекстовых базах данных, базах знаний, экспертных системах, платформ извлечения знаний.

В 2006 г. ЦНИИАТОМИНФОРМ совместно с ВНИИНМ и Российскими ядерными центрами ВНИИЭФ и ВНИИТФ и в соответствии с техническим заданием на создание отраслевой электронной библиотеки Федерального агентства по атомной энергии составили описание своих сетевых узлов и предполагаемых направлений автоматизации библиотечных процессов.

В результате проведённых исследований определена структура корпоративной распределенной сети пилотного варианта Отраслевой электронной библиотеки Росатома 1-ой очереди; сформирован прототип электронного сводного систематического каталога из фрагментов каталогов библиотек предприятий участников; определена структура имеющихся информационных баз данных и электронных ресурсов ОЭБ; проведено испытание пилотного варианта ОЭБ Росатома 1-ой очереди.

Были подготовлены следующие разделы технического проекта: пояснительная записка; информационное и лингвистическое обеспечение; организационно-функциональная структура; а также спецификацию программного обеспечения и технических средств ОЭБ.

РФЯЦ ВНИИЭФ, РФЯЦ ВНИИТФ используют технологии обработки данных и соответствующее программное обеспечение – ИРБИС 32 (ГПНТБ). Данными центрами планируется приобретение и установка более новой версии - ИРБИС 64. ЦНИИАТОМИНФОРМ установил ИРБИС 64 и осуществляет перевод существующих фондов в данную систему. В ВНИИНМ функционирует система РУСЛАН, разработанная ООО «Балтик Софт». Проведённые испытания пилотного варианта электронной библиотеки показали, что данные системы совместимы по основным параметрам.

ЦНИИАТОМИНФОРМ, для включения своих информационных ресурсов в Российских межбиблиотечный обмен, необходимо разработать технологию и программное обеспечение по приведению своих справочно-поисковых механизмов (из систем ИНИС и САРИ) к формату РУСМАРК, с использованием при определении тематики Государственного рубрикатора научно-технической информации (ГРНТИ) и универсальной десятичной классификации (УДК).

Инновационная активность в России в области науки, техники и технологии

Голашвили Т.В., Тюрин А.В., Мулюков М.М., ФГУП ЦНИИАТОМИНФОРМ

Основной целью создания каталога по инновации является обеспечение продвижения на отечественном и зарубежном рынках продукции, выпускаемой и используемой в науке, технике и технологии.

Каталог условно разделен на две части – «Материалы и изделия на их основе» и «Оборудование».

Разработаны следующие вещества и материалы:

  • Цирконий, кальций, редкоземельные элементы.

  • Сверхчистые материалы (например, ксенон для медицинских целей, полупроводниковые материалы с минимизированным либо заранее заданным содержанием примесей).

  • Фторсодержащие соединения, входящие в технологический цикл при обогащении урана на Кирово-Чепецком химкомбинате (Кировская область) могли бы быть использованы и для других целей.

• Минеральные удобрения.

Работы по инновации:

  • В первую очередь, в медицине для лучевой терапии и диагностики.

  • В легкой и пищевой промышленности для дезинфекции и стерилизации производимой продукции.

  • В жилищно-коммунальном хозяйстве или на вредных производствах для фильтрации, очистки и разделения веществ (разработки ОИЯИ по трековым мембранам в г. Дубне).

  • А также, устройства обнаружения ядерных и радиоактивных материалов, например, для таможенных и контрольно-пропускных пунктов.

Кроме того, следует обратить внимание на использовании достижений ядерного приборостроения и машиностроения в других секторах промышленности, например, в топливно-энергетическом комплексе, тяжелом машиностроении, электронной промышленности.

Материалы и изделия на их основе

Радионуклидные источники и препараты

  • техническая информация

  • радионуклидные источники

  • радионуклидные препараты

  • инструменты и оборудование

  • упаковка и транспортирование

Стабильные изотопы

Дифторид ксенона

Кальций металлический

Изделия из циркония

  • слитки

  • трубы

  • прутки

  • проволока холоднотянутая из сплавов циркония

  • листы холоднокатаные из сплавов циркония

  • диоксид циркония

  • переходные сварные соединения цирконий-сталь

Изделия из природного и обедненного урана

Редкоземельная продукция

  • карбонаты

  • концентрат оксидов цериевой группы

  • полирующие порошки на основе оксидов

Редкоземельных металлов

Порошковая проволока для внепечной обработки чугуна и стали

Трубы электросварные прямошовные

Изделия из нержавеющих хромоникелевых сплавов

Оборудование

Термопреобразователи

  • общие сведения

  • автономный цифровой измеритель температуры «ника»

  • погружной жесткий термопреобразователь для высокого давления

  • гибкий поверхностный термопреобразователь под винт

  • ручной поверхностный щуп

  • гибкий поверхностный термопреобразователь с хомутом

  • трайб-аппараты.

Предложения и замечания по содержанию и оформлению каталога следует направлять по адресу: Российская Федерация, 127434, Москва, а/я 971, Телефон: 777-96-95 или 777-96-96 доб. 36-60; 32-62, Факс: 777-96-80, E-mail: gol@ainf.ru, gol1@ainf.ru, proton@ainf.ru.

Новые материалы и способы фильтрации газов и жидкостей

Голашвили Т.В., Тюрин А.В., Мулюков М.М., ФГУП ЦНИИАТОМИНФОРМ

В докладе обсуждаются материалы и способы фильтрации газов и жидкостей. Представлены характеристики таких фильтров и фильтрующих материалов, как зернистые фильтры на основе керамических и металлических гранул; кремнеземная ткань, синтетические волокна на основе полиэтилена и полипропилена; стеклобумага; стекло, углеграфитовые, композиционные материалы и металлокерамика и керметы; проницаемые материалы на основе металлического волокна; полиядерные мембраны на основе лавсана, полипропилена и других полимеров.

Наши методы обеспечат фильтрацию от взвешенных частиц размерами от 0,001 до 100 мкм и выше в диапазоне рабочих температур от криогенных до 600°C с эффективностью от 60 до 99,999999% следующих газов и жидкостей:

- металлов в расплаве;

- сточных вод;

- технологических стоков;

- питьевой, дистиллированной и деионизированной воды;

- вина, соков, молока и других пищевых жидкостей;

- биологических растворов;

- крови;

- нефтепродуктов;

- жидких полимеров;

- агрессивных технологических жидкостей;

- воздуха и технологических газов;

- агрессивных особо чистых веществ для микроэлектроники.

Ассоциация АСПЕКТ и фонд КОНТЭК могут сделать экологически чистым любое производство в любой отрасли. Обратите внимание на приведенную схему - она демонстрирует материалы и методы фильтрации.

Системы сбора и возврата фильтруемой среды в рабочий объем позволят повысить коэффициент использования среды с 30 до 70%. Кроме того, мы разрабатываем сложные фильтры с сорбентами, применимыми в любой сфере.

Материалы и методы фильтрации. Фильтрующие материалы изготовляются на основе новейших технологий в области получения ультратонких волоконных структур на полимерной, стеклянной и металлической основах, ультрадисперсных порошков из металлов, оксидов, карбидов и других соединений, а также полиядерных мембран. Методы центробежной очистки особо чистых газов для микроэлектроники основаны на технологии разделения изотопов.

Ассоциация АСПЕКТ предлагает следующие формы сотрудничества:

- проведение научно-исследовательских работ;

- проведение научно-исследовательских работ и изготовление действующих опытных образцов;

- проведение научно - исследовательских, опытно-конструкторских работ и серийное производство фильтров и систем фильтрации;

- проведение комплекса работ, начиная с предпроектного обследования технологии заказчика, проектирования, подбора или разработки фильтров и систем фильтрации, встраиваемых в оборудование заказчика, с оптимизацией экономических показателей и соблюдением экологических требований, а также сервисное обслуживание в процессе эксплуатации.

Ведутся фундаментальные исследования в области суперфильтрации воздуха волокнистыми фильтрами, являющимися основой современной теории тонкой очистки воздуха. За четверть века исследованы особенности течения и диффузионного осаждения аэрозолей в системах цилиндров с различной пространственной структурой при малых числах Рейнольдса, найден способ оценки структуры волокнистых фильтров и получено соотношение, связывающее эффективность улавливания и сопротивления эталонного и реальных волокнистых фильтров (на базе этого соотношения разработан метод расчета эффективности реальных фильтров).

Впоследствии метод расчета был распространен и для НЕРА-фильтров. Сегодня можно рассчитать проскок частиц любого размера в зависимости от параметров фильтров и условий фильтрации (толщина и пористость фильтров, диаметр волокон с учетом их полидисперсности, скорость течения воздуха сквозь фильтр, температура, давление и т.д.). Это явилось основой для выбора условий испытания фильтров и стратегии обеспыливания.

Успехи теории фильтрации позволили решать задачи экономичности и надежности систем тонкой очистки, связанные с широким использованием чистых потоков воздуха и возросшими требованиями класса чистоты в чистых производственных помещениях. Имеется возможность оптимизировать фильтрующие материалы по различным параметрам, вскрывать сущность дефектов при их изготовлении и опреде­лять пути их совершенствования.

Разработанный метод расчета осаждения частиц на волокнах веерного фильтра стал основой поточного (диффузионного) метода анализа субмикроскопических частиц, расчета эффективности лучших типов мембранных фильтров и сопротивления осадка твердых частиц на поверхности мембранных и НЕРА-фильтров. Недавно теория была развита для расчета фильтрации горячих газов и перегретых паров жидкостей.

В настоящее время Лаборатория дисперсных систем основное внимание уделяет вопросам интенсификации улавливания частиц за счет электростатического эффекта (наложение внешнего поля или предварительная электризация частиц) и теории расчета фильтров при нестационарной фильтрации.

Зернистые фильтры на основе керамических и металлических гранул. Разработали конструкцию зернистого фильтра с гранулированной фильтрующей засыпкой из сфер оксида алюминия и титана диаметром 0,3-2,5 мкм. Зернистый фильтр предназначен в основном для применения в пищевой промышленности для очистки молока, соков, вино-водочных изделий и т.п. В настоящее время зернистый фильтр успешно эксплуатируется на нескольких молочных фермах Калужской области. Гарантируются постоянство показателя жирности молока и возможность фильтрации охлажденного молока. Накапливаемый опыт работы позволяет совершенствовать конструкцию и расширять диапазон применения зернистого фильтра в следующих областях:

- нефтехимической промышленности (очистка нефтепродуктов, лаков, красок, масел);

- металлургии (очистка жидких металлов: алюминия, ртути, свинца, висмута и др.);

- очистке технологических газов.

Кремнеземная ткань. Создали фильтры на основе кремнеземной ткани, предназначенные для фильтрации теплоносителей ядерно-энергетических установок и металлов в расплаве, в том числе свинца, галлия, ртути, олова, натрия, лития, калия, висмута, сплавов на их основе. Разработаны комбинированные фильтры, включающие материалы предварительной и тонкой очистки (металлические сетки, металлокерамика, стеклоткань). Основным элементом тонкой очистки является многослойная кремнеземная текстурированная ткань объемного типа МКТТ - 2,2 А, обеспечивающая одновременно высокую удерживающую и пропускную способность, а также возможность регенерации.

Международная таблица нуклидов - 2007

Голашвили Т.В., Бадиков С.А, ФГУП ЦНИИАТОМИНФОРМ

Международная таблица нуклидов - 2007 разработана с учетом данных, полученных в 1998-2007 гг. В отличие от широко распространенных нуклидных таблиц данная таблица нуклидов содержит оцененные значения основных характеристик. Эти величины снабжены стандартными отклонениями.

Данная таблица нуклидов разработана на основе международной таблицы нуклидов 1998 г. Она содержит краткую информацию по характеристикам всех изотопов 118 химических элементов, известных к 2007 г. Эта таблица нуклидов является “настенным справочником” нуклидов и предназначена для широкого круга специалистов различного уровня (студентов, аспирантов, инженеров, научных работников), кому нужна достоверная первичная информация по стабильным и радиоактивным нуклидам.

В отличие от широко распространенных нуклидных таблиц, где также содержится, краткая информация по нуклидам, настоящая таблица нуклидов содержит оцененные значения основных характеристик таких как масса, относительная распространенность, сечения активации тепловыми нейтронами для стабильных и природных долгоживущих нуклидов; масса, период полураспада, энергии распада радиоактивных нуклидов. Эти значения снабжены стандартными погрешностями. Они были получены на основе информации, содержащейся в базах данных Головного научного центра данных (ЦНИИАТОМИНФОРМ, г. Москва) и Центра радионуклидных данных (ЦРД) Радиевого института им. В.Г.Хлопина (г. Санкт-Петербург), включая оцененные данные, представленные в международном файлеENSDF-2000, Таблицах Изотопов и Таблицах радиоактивных изотопов, а также собственные оцененные данные, полученных специалистами ЦРД.

Погрешности рекомендуемых значений указаны в круглых скобках числом единиц последнего значащего разряда величины: например, 40.1 (22) означает 40,12,2. Избытки массы нуклида , выражены в MэВ при (12C) =0 и соответствуют данным работы.

Для радиоактивных нуклидов представлены оцененные значения периода полураспада (с погрешностью). Для стабильных нуклидов вместо периода полураспада указано относительное содержание нуклида в природной смеси изотопов данного химического элемента. Для радиоактивных природных долгоживущих нуклидов представлены обе величины, то есть период полураспада и распространенность изотопов в природной смеси.

Представлены основные виды распада с долями ветвления в процентах, и оцененные значения (с погрешностью) соответствующих энергий распада (кэВ), полученные на основе данных работы.

Представлены основные виды излучений (частицы и фотоны) и средние значения энергии излучения на распад (кэВ/распад) получены на основе данных работы, и оценок, выполненных ЦРД. Подразумевайте, что лучевая энергия в распад <R> - количественная характеристика, указывающая вклад данного лучевого типа к энергии (Q) выпущенная в распаде.

Представлены сечения радиационного захвата (барн) тепловыми нейтронами (сечение активации) для стабильных и природных долгоживущих нуклидов в соответствии с работой. Представлены также энергии наиболее интенсивных гамма-квантов (в кэВ).

Нуклиды в таблице расположены по осям Z-N, где Z - число протонов в ядре, N - число нейтронов. Z растет по вертикальной оси снизу вверх, а N по горизонтали слева направо. В ячейках данных для каждого радиоактивного нуклида содержится следующая информация:

1. обозначение нуклида с массовым числом;

2. избыток массы;

3. спин основного состояния ядра;

4. период полураспада;

5. виды распада;

6. энергия распада;

7. средние энергии излучений;

8. энергии наиболее интенсивных гамма-квантов;

9. сечение радиационного захвата тепловых нейтронов.

Все величины первых пяти строк расположены таким образом, что данные по одной и той же характеристике для различных нуклидов размещаются на одной горизонтальной линии.

Для стабильных нуклидов в четвертой строке указывается распространенность нуклида в природной смеси изотопов (процент), а в последней строке указывается сечение активации тепловых нейтронов.

Что касается истории, то в 1994 г. на международной Конференции по ядерным данным для науки и техники, Гатлинбург, США обсуждалась проблема создания международной таблицы нуклидов. Международная рабочая группа МАГАТЭ подтвердила, что имеется потребность в международной таблице нуклидов. В 1994–1996 гг. путем опроса более чем 200 респондентов – представителей национальных и международных организаций было получено мнение, которое и стало причиной создания международной таблицы нуклидов.

Литература:

1. Zhao Zhixiang, Zhuang Youxiag, Zhou Chunmei, Huang Xiaolong (China), M.S.Antony (France); Akira Hasegawa, Junichi Katakura, (Japan); V.P.Chechev, T.V.Golashvili, A.A.Lbov (Russia). International Chart of Nuclides-1998. Scientific Head of the Project: T.V.Golashvili. Atominform, Moscow, 1998.

2. Chart of the Nuclides, Knolls Atomic Power Laboratory, Fifteenth Edition, U.S. Department of Energy, 1996.

3. Chart of the Nuclides, Nuclear Data Center of JAERI, 2000.

4. M.S Antony, Chart of the Nuclides – Strasbourg 1992: Centre de Recherches Nucleaires et Universite Louis Pasteur, Strasbourg, 1993.

5. Evaluated Nuclear Structure Data File–2000 and NUDAT, National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory, USA.

6. R.B.Firestone. (Ed.) C.M.Baglin, (CD-Rom Ed.) S.Y. Frank Chu, Table of Isotopes, Eighth Edition, 1998 Update, John Wiley and Sons, New York (1998).

7. E.Browne, R.B.Firestone, (Ed.) V.S.Shirley, Table of Radioactive Isotopes, John Wiley and Sons, New York (1986).

8. G.Audi, A.H.Wapstra, Nucl.Phys. A595 (1995) 409.

9. T.V.Golashvili, V.P.Chechev, A.A.Lbov, Nuclide Guide, Moscow, 1995, Atomniform. P. Raghavan, At. Data Nucl. Data Tables 42 (1989) 189.

10. T.S.Bulanova, A.V.Ignatyuk, A.B.Pashchenko, V.I.Plyaskin. Radiation capture of neutrons. Handbook. M.: Ehnergoatomizdat, Moscow, 1986.

11. Т.В.Голашвили, В.П.Чечев, А.А.Лбов, В.М.Куприянов, А.П.Демидов. Справочник нуклидов-2, ФГУП ЦНИИАТОМИНФОРМ, 2002.

12. Zhao Zhixiang, Zhuang Youxiag, Zhou Chunmei, Huang Xiaolong (China), M.S.Antony (France); Akira Hasegawa, Junichi Katakura, (Japan); V.P.Chechev, T.V.Golashvili, A.A.Lbov (Russia). International Chart of Nuclides-2003. Scientific Head of the Project: T.V.Golashvili. Atominform, Moscow, 2003.

Перевод в электронный вид фонда материалов отраслевых НИОКР и создание полнотекстовой электронной библиотеки

Коротков В.А., директор департамента корпорации «Электронный Архив»

За более чем полувековую историю существования атомной промышленности на предприятиях России собраны уникальные знания многих областей науки, техники и производства. С конца шестидесятых годов в Центральной отраслевой научно-технической библиотеке (ЦНИИАТОМИНФОРМ) проводится государственная регистрация информации о научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах предприятий отрасли. Начало разработки новой темы в отрасли, завершение работы и/или написании отчета сопровождается оформлением регистрационных или информационных карт. Специально разработанные для этого бланки карт, формата А5, имели около 40 полей для заполнения соответствующей информацией – название работы, название темы, индекс рубрики, достаточно подробный реферат, инвентарный номер, срок выполнения работ, стоимость и т.д. После оформления карт на предприятиях, они высылаются в ЦНИИАТОМИНФОРМ и размещаются в двух специальных каталогах. Предметный каталог имеет более 170 рубрик и служит для поиска информации по заданной тематике. Параллельно тематическому каталогу ведется инвентарный каталог для поиска работ по инвентарным номерам.

К 2002 году в предметном каталоге НИОКР Центральной отраслевой библиотеке насчитывалось 77 937 карт. Поиск в этом фонде мог осуществляться вручную перебором карт. Созданная кодификация каталога, позволяет достаточно быстро находить конкретную карту по известным реквизитам – индексу рубрики или инвентарному номеру. Однако для получения консолидированной информации, либо получения подборок карт по тематической рубрике необходимо было выполнять довольно большое количество рутинных операций. Еще одним существенным моментом, не позволяющим оперативно получать достоверную интегральную оценку структуры фонда, является то, что на большинстве карт обычно указывается несколько кодов рубрики, но соответствующих копий карт для размещения их в другие разделы каталога не делалось. Так, например, около 14 тыс. карт расположены в разделе, относящемся к реакторам. Но в фонде есть еще 11 тыс. карт, которые тоже связаны с реакторной тематикой. Однако располагаются они в других разделах, потому что в качестве основной рубрики для них была выбрана «нереакторная» тематика, а в качестве дополнительного кода рубрики, был указан код, относящийся к реакторам. Т.е. для того чтобы корректно сделать выборку работ, связанных с реакторами, необходимо не только выбрать нужные из 14 тыс. карт, но и строго говоря, перебрать все оставшиеся карты фонда (64 тыс. штук), среди которых расставлены еще 11 тыс. карт. Становится понятно, что для того чтобы выполнить только один такой запрос потребовался бы ни один день.

Для организации оперативного доступа к этому информационному ресурсу и с учётом уникальности и информационной значимости данного фонда в ЦНИИАтоминформе было принято решение по созданию электронного каталога фонда Регистрационных и Информационных карт НИОКР. В Минатоме России эта работа была поддержана и через три месяца корпорация «Электронный Архив» перевела 78 тысяч Регистрационных и Информационных карт в электронный вид и продемонстрировала электронный каталог фонда НИОКР в ДАНТе.

Вся работа была проведена в несколько этапов, так что заказчик смог отследить и корректировать требования к обработке. На первом этапе было проведено двустороннее сканирование всех карт. Графические образы лицевой и обратной стороны карт были сохранены в формате TIFF GR4.

На втором этапе для каждого образа карты было создано по семь поисковых полей, содержащих информацию с карты о названии работы, теме, индексе рубрики, инвентарном номере, сроках выполнения работ, названии предприятия и т.д. Это позволило создать автоматизированную справочно-поисковую систему (электронный каталог), в котором можно было проводить контекстный поиск, сортировку, выборку по всем созданным поисковым полям. При этом каждая запись в электронном каталоге содержала и графический образ самой карты, по которому можно было получить остальную информацию по оставшимся более чем 30 полям - тексту реферата, УДК, стоимости работы, наличию публикаций, номерам авторских свидетельств, соисполнителям и т.д. Например, оперативно можно получить все карточки, в названии которых присутствует слово «ТВЭЛ» или «РБМК» либо любое другое заданное слово или словосочетание, создать отдельный список по этим картам и распечатать образы карт. Можно создать отдельный список работ, выполненных определенной организацией, в заданный период времени, найти работы, в которых публиковались исследования, проведенные по каким-то специальным вопросам или на каких-то конкретных установках.

Такой подход, когда в текстовый вид переводятся не все поля, а наиболее востребованные и информативные, является оправданным в первую очередь с экономической точки зрения. В то же время если при работе с информационным ресурсом, окажется, что необходимо перевести в текстовый вид дополнительное поле или несколько полей для выполнения каких-то запросов, то это всегда можно сделать достаточно оперативно.

На третьем этапе для электронного каталога карт НИОКР были переведены в электронный вид тексты 5 000 работ, на специализированном сканере были отсканированы микрофиши, содержащие образы страниц самих отчетов. Созданная в ЦНИИАТОМИНФОРМ поисковая система позволяет выводить на печать или на монитор текст самой работы по найденной карточке. По всем остальным работам можно в соответствии с инвентарным номером найти микрофишу с текстами самих работ.

До начала работ по переводу микрофиш в электронный вид были рассмотрены различные варианты создания полнотекстовой библиотеки. Дело в том, что тематика некоторых работ сейчас не столь актуальна, и возможно отобрать для сканирования только те работы, тексты которых действительно окажутся востребованными.

Однако для наукоемких фондов проведение процедуры рафинирования, т.е. отбора части фонда для перевода в электронный вид, может быть связанно с привлечением большого числа специалистов либо созданием экспертного совета. Если учесть, что многие из этих специалистов находятся в различных городах и их командирование в Москву для ознакомления с фондом потребует дополнительных финансовых ресурсов и времени, то окажется, что более быстрым и экономически эффективным будет перевод всего фонда в электронный вид. Фактор времени здесь тоже играет немаловажную роль, т.к. текущие поступления могут составить существенный объем и процесс ознакомления с этой частью фонда может вылиться в отдельную проблему.

Все эти работы необходимо тщательно планировать прежде, чем начинать обработку традиционных фондов. Различные варианты перевода фондов в электронный вид могут отличаться в разы по стоимости. Если речь идет о сканировании 100 листов, то не важно как они будут обработаны. Разница в стоимости будет невелика. Однако если речь идет о переводе в электронный вид порядка миллиона документов, то разница в стоимости может достигать сотен тысяч долларов. Определяться эта экономия будет и последовательностью процедур и методом сканирования, который в дальнейшем во многом определит процедуру индексирования и ее стоимость.

Подготовка руководителей и специалистов предприятий нефтегазового комплекса по обеспечению радиационной безопасности и организации радиационного контроля

Кумков Л.П., Крючкова Л.М., Черкашин В.А., ФГОУ «ГЦИПК»

В настоящее время в связи с увеличением нефте- и газодобычи, развитием новых промыслов и необходимостью обеспечения экологической безопасности для предприятий нефтегазового комплекса (НГК) всё более актуальным становится решение проблемы обеспечения радиационной безопасности на объектах.

Источниками радиоактивного загрязнения являются содержащиеся в земной коре и выносимые на поверхность в результате добычи нефти природные радионуклиды (ПРН). Радиоактивные вещества накапливаются во внутренних полостях оборудования в форме солевых отложений, основной составляющей которых являются радиобариты.

В [5] приведены сводные данные об уровнях загрязнения производственного оборудования НГК. Максимальные значения мощности дозы гамма-излучения составляют для: криогенного оборудования, возвратных помп -2985 мкР/ч, компрессоров – 490 мкР/ч, колонн, скубберов, сепараторов – 701 мкР/ч, приборов технологического контроля – 695 мкР/ч. За  2000 ч. (годовой бюджет рабочего времени) максимальная в доза для персонала, постоянно работающего на оборудовании в течение года, может составлять до 60 мЗв (в соответствии с НРБ-99 предел годовой дозы техногенного облучения для персонала группы А -20 мЗв).

При сепарации газоконденсата из загрязненного ПРН природного газа отделяется радон, представляющий наибольшую экологическую опасность из всех газообразных радионуклидов, содержание которого в подземных водах часто достигает 1000 Бк/л.

При добыче углеводородов с пластовыми водами на поверхность извлекаются нефтешламы с повышенным содержанием ПРН, удельная активность которых на определенных территориях превышает 20 кБк/кг [3] , что относится к 3 классу радиоактивных отходов предприятий НГК.

Общее количество отходов НГК Российской Федерации оценивается в 50 млн. тонн с ежегодным увеличением почти на 1 млн. тонн.

На национальном и на международном уровне образование радиоактивных нефтешламов признано одной из актуальных проблем радиационной безопасности.

Таким образом, потенциальными источниками производственного облучения работников организаций НГК являются:

  • Промысловые воды;

  • Загрязнённые природными радионуклидами (ПРН) территории НГК;

  • Отложение солей с высоким содержанием ПРН на технологическом оборудовании;

  • Загрязнённые ПРН транспортные средства и технологическое оборудование, направляемое в ремонт и места хранения;

  • Технологические процессы, в результате которых в воздух рабочих помещений могут поступать изотопы радона и их дочерние продукты;

  • Производственные отходы с высоким содержанием ПРН;

  • Производственная пыль с высоким содержанием ПРН в воздухе рабочей зоны.

Радиационно-экологическая обстановка в местах работ зависит от пролива нефти и пластовых вод на грунт, их слива в поверхностные водоемы и т.д. Так, при высыхании водоемов в местах сбора нефти происходит концентрация радиоактивных веществ на поверхности земли с вытекающими неблагоприятными для человека и окружающей среды последствиями.

Состояние радиационной и радиационно-экологической безопасности (РБ и РЭБ) на объектах нефтегазового комплекса характеризуется отсутствием:

    • полных сведений о фактическом наличии фонового и повышенного содержания ПРН на объектах и территориях НГК и, следовательно, достоверных результатов оценки радиационного воздействия на людей.

    • системы мер ограничения и контроля распространения техногенно сконцентрированных ПРН в окружающую среду (неконтролируемое распространение в окружающую среду различных труб, оборудования, нефтешламов, сыпучих отходов загрязненных ПРН).

    • экологически приемлемых технологий очистки нефтегазодобывающего оборудования от радиобаритных отложений.

    • отработанной (проектируемая, стандартизированная, сертифицированная и лицензированная) системы обращения с отходами.

Десятилетиями остаются нерекультивируемыми большие площади радиоактивного загрязнения местности в регионах нефтегазодобычи.

С 15.06.2003 г. введены в действие СП 2.6.1.1291-03; "Санитарные правила по обеспечению радиационной безопасности на объектах нефтегазового комплекса России". С 01.01.2003 г. введены в действие СанПиН 2.6.6.1169-02 "Обеспечение радиационной безопасности при обращении с производственными отходами с повышенным содержанием природных радионуклидов на объектах нефтегазового комплекса Российской Федерации".

В этих условиях очевидна необходимость профессиональной подготовки персонала НГК в области радиационной безопасности.

Программа подготовки руководителей и специалистов предприятий нефтегазового комплекса по обеспечению радиационной безопасности и организации радиационного контроля поможет предприятиям НГК решить проблемы:

  • Развития компетенций в области радиационной безопасности

  • Оценки условий труда персонала предприятий при воздействии радиационного фактора, оценка уровней риска развития стохастических эффектов

  • Разработки комплекса профилактических мероприятий, направленных на снижение вредного воздействия источников ионизирующего излучения

  • Организации радиационного контроля на объектах, контроля радиоактивного загрязнения окружающей среды и оценки воздействия на население в соответствии с нормативными требованиями, развития методической и инструментальной базы.

Главное направление деятельности ФГОУ «ГЦИПК» - содействие организациям атомной отрасли в повышении их конкурентоспособности и безопасности посредством предоставления качественных услуг в сферах дополнительного образования персонала.

ФГОУ «ГЦИПК», много лет работает на предприятиях атомной отрасли в области дополнительного образования персонала в направлении «Радиационная безопасность» и «Радиационная экология» во взаимодействии с Концерном «Росэнергоатом», ВНИИАЭС, РНЦ КИ, НИКИЭТ, ФЭИ, НПО «Тайфун». Ведёт разработку отраслевых стандартов по управлению персоналом и профессиональному обучению персонала, является организатором проведения отраслевых семинаров в области радиационной безопасности, методов и приборов контроля.

Широко применяется практика обучения с выездом преподавателей на предприятия, учебные курсы адаптируются к конкретным потребностям производства. Предлагаемый учебный курс для руководителей и специалистов предприятий нефтегазового комплекса по обеспечению радиационной безопасности содержит следующие направления:

  • Эффекты ионизирующего излучения

  • Характеристики источников ионизирующего излучения НГК

  • Основные положения и требования нормативных документов в практике обеспечения радиационной безопасности

  • Принципы нормирования

  • Современная система дозиметрических величин

  • Формирование дозы внутреннего облучения

  • Организация и проведение дозиметрического контроля персонала

  • Аттестация рабочих мест

  • Организация и проведение радиационного контроля на предприятии. Регламент, приборы и методы радиационного контроля

  • Организация радиационного контроля окружающей среды в районе размещения предприятий НГК

  • Дезактивация оборудования

  • Обращение с радиоактивными отходами

  • Обучение и аттестация персонала НГК по РБ.

Литература:

  1. Санитарные правила по обеспечению радиационной безопасности на объектах нефтегазового комплекса России. СП 2.6.1.1291-03.

  2. Обеспечение радиационной безопасности при обращении с производственными отходами с повышенным содержанием природных радионуклидов на объектах нефтегазового комплекса Российской Федерации. СанПиН 2.6.6.1169-02.

  3. Горбачев Д.О. Обоснование требований по обеспечению радиационной безопасности на предприятиях нефтегазового комплекса. Вестник СамГУ. 2006, №9.

  4. Радиоактивное загрязнение окружающей среды при добыче и обогащении твердых полезных ископаемых. Е.И.Крапивский, В.Н.Рыжаков. Обогащение руд. – 2003. – №2.

  5. Крапивенский Е.И., Некучаев В.О., Рыжаков В.Н. Радиационная обстановка на нефте- и газопромыслах России и зарубежных стран. Сб. докладов 5 международной конференции «Радиационная безопасность и обращение с РАО и ОЯТ» - Санкт-Петербург, 2002 г.

  6. Захарчук С.А., Крампит И.А., Мильчаков В.И. Радиоактивное загрязнение окружающей среды при нефтедобыче. - Ж. «АНРИ», 1998, №4.

Подготовка руководителей и специалистов предприятий «Росатома» для организации и проведения внутренних аудитов по экологической безопасности

Кумков Л.П., Крючкова Л.М., Черкашин В.А., ФГОУ «ГЦИПК»

Центральный институт повышения квалификации руководящих работников и специалистов создан в г. Обнинске приказом Министра среднего машиностроения от 30 декабря 1967 года.

Главное направление деятельности ФГОУ «ГЦИПК» - содействие организациям отрасли в повышении их конкурентоспособности и безопасности посредством предоставления качественных услуг в сферах дополнительного образования персонала.

ФГОУ «ГЦИПК» имеет лицензию серия А №169509 номер №5402, выданную Федеральной службой по надзору в сфере образования и науки 11.10.2005 г. на право осуществления образовательной деятельности в области повышения квалификации по направлениям: Информационные технологии и автоматизированные системы; Охрана труда, радиационная и ядерная безопасность, спецбезопасность; Перспективные технологии и экология; Автоматизация инженерного и управленческого труда; Управление предприятиями атомной промышленности и энергетики и т.д.

В стратегической перспективе Россия должна стать членом Всемирной торговой организации (ВТО) и принять её правила и стандарты, среди которых важное место занимают стандарты экологического менеджмента ИСО серии 14000. Поэтому в настоящее время одной из приоритетных задач Федерального агентства по атомной энергии является совершенствование системы управления природоохранной деятельностью и экологической безопасностью, внедрение международных стандартов в этой области.

В связи с этим в концерне «Росэнергоатом» разработана «Программа работ по получению сертификатов соответствия требованиям стандартов ГОСТ Р ИСО 14001–98» для АЭС рассчитанная до 2010 года.

На данный момент на атомных станциях России идёт процесс внедрения и сертификации систем экологического менеджмента.

В 2003 г. был закончен предварительный экологический аудит природоохранной деятельности атомных станций независимыми аудиторами. В заключениях экоаудиторов дана положительная оценка соответствия деятельности АЭС нормам, правилам, стандартам и инструкциям в области экологической безопасности. В 2005 г. Балаковская АЭС, пока единственная из всех станций, получила сертификат соответствия.

Сертификацию проводил международный сертификационный орган DQS GmbH, (Германия) и Министерство природных ресурсов Российской Федерации.

Важнейшую роль в системе экологического менеджмента играет внутренний аудит (периодическое проведение которого является обязательным условием сертификации) - комплексная, документированная оценка соблюдения предприятием требований нормативов и нормативных документов в области охраны окружающей среды, требований международных стандартов и подготовка рекомендаций по улучшению такой деятельности проводимая подготовленными сотрудниками предприятия.

В соответствии со стандартами аудиты имеют методики и критерии, оценивающие как природоохранную деятельность предприятия, так и эффективность системы экологического менеджмента предприятия, включая критерии для оценки организационной структуры, планирования деятельности, распределения ответственности, практической работы, процедур, процессов и ресурсов для разработки, внедрения, оценки достигнутых результатов и совершенствования экологической политики.

Программа подготовки руководителей и специалистов предприятий «Росатома» для организации и проведения внутренних аудитов по экологической безопасности даёт предприятиям возможность:

- выполнения необходимых условий сертификации системы экологического менеджмента предприятия;

- уменьшения финансовых потерь за счёт платежей и штрафов в сфере природопользования;

- повышения экологически ориентированной подготовленности персонала предприятия;

- повышения имиджа и инвестиционной привлекательности предприятия с учётом повышения значимости экологического менеджмента на международном уровне;

- уточнения рисков обусловленных воздействиями на окружающую среду вследствие аварий и совершенствования мер по их предупреждению;

- улучшения взаимоотношений предприятия с природоохранными органами, органами местного самоуправления, гражданами вследствие признания ими безопасности деятельности предприятия.

При подготовке руководителей и специалистов предприятий «Росатома» для организации и проведения внутренних аудитов по экологической безопасности:

- учитывается специфика предприятий «Росатома» с точки зрения технологических процессов, как экологических аспектов деятельности.

- обучение проводится с выездом обучающей группы на предприятия.

- программа обучения охватывает вопросы организации информационных связей с общественностью и представления экологически значимой информации.

Содержание обучения. При обучении будут рассматриваться: организационно-правовые и финансовые механизмы охраны окружающей среды, экоменеджмент, экосертификация, технологические процессы как экологические аспекты деятельности предприятия (идентификация, оценка значимости, управление), экологический аудит, методика и основные этапы аудита, информационное обеспечение, критерии аудита по стандарту ИСО 14001, организация внешних информационных связей в области экологической безопасности, взаимодействие предприятия с природоохранными органами, органами местного самоуправления и гражданами.

Особое внимание будет уделяться идентификации и оценке значимости специфичных для каждого предприятия экологических аспектов (разработка методик идентификации, оценки значимости, формирование Реестра экологических аспектов деятельности предприятия) и планированию экологической деятельности предприятия.

Будут рассмотрены руководящие указания по проведению внутренних и внешних аудитов систем экологического менеджмента, а также по компетентности и оценке аудиторов ИСО 19011.

В программе обучения рассматриваются вопросы как радиационно-экологического аудирования, так и экологического аудирования без учёта радиационного фактора.

Необходимо отметить, что обучением будет охвачен достаточно широкий круг руководителей и специалистов. Кроме экологов предприятия это руководители и специалисты, как основных производственных подразделений, входящих в структуру экологического менеджмента, так и подразделений административного управления предприятия – юридический отдел, отдел кадров, труда и заработной платы, также производственно-технический отдел, отдел информирования и связей с общественностью, ГО и ЧС и т.д.

Содержание программ обучения будет определено в процессе анализа компетенций. При создании программ обучения рассматриваются необходимые требования для подготовки различных групп из сотрудников одного предприятия в зависимости от их места и ответственности в структуре экологического менеджмента.

Литература:

1. ГОСТ Р ИСО 14001-98 Системы управления окружающей средой. Требования и руководство по применению.

2. ГОСТ Р ИСО 14001-98 Системы управления окружающей средой. Общие руководящие указания по принципам, системам и средствам обеспечения функционирования.

3. ГОСТ Р ИСО 19011-03 Руководящие указания по аудиту систем менеджмента качества и/или систем экологического менеджмента.

4. Карелов А.М. и др. Методические и нормативно-аналитические основы экологического аудирования в РФ, 1998 г.

5. Серов Г.П. Техногенная и экологическая безопасность в практике деятельности предприятий, 2007 г.

6. Справочник по управлению в области охраны окружающей среды. ПРООН и РБЕС/ Под ред. А.Штайнера, 2003 г.

7. Дайман С.Ю. Системы экологического менеджмента для практиков, 2004 г.

Оптимизация процессов приобретения зарубежной информации по стоимости, времени и тематическому охвату

Кулешова Т.В., Тимофеева О.В., СВЕТС

Современная практика зарубежного комплектования российских библиотек и информационных центров сложилась под влиянием ряда факторов, характеризующих динамичные изменения общественно-политической и экономической ситуации в стране, в том числе:

- информированность библиотекарей благодаря развитию международных связей и участия российских специалистов в международных конференциях и выставках;

- государственная политика поддержки образования и науки, федеральные программы;

- законодательные нормы, обязывающие проводить конкурсы при закупке литературы;

- развитие Интернет и других сетевых электронных средств связи, позволяющих библиотекам напрямую взаимодействовать с зарубежными издательствами и партнерами.

В целом, по сравнению с предыдущими годами, информационные службы российских научных и научно-производственных центров имеют больше возможностей для зарубежного комплектования. Не случайно при проведении конкурсов по иностранному комплектованию библиотеки выдвигают такие требования к поставщикам, как «оптимальное размещение заказа», «оптимальный выбор источников». С другой стороны, при кажущейся простоте и очевидности, эти требования не имеют единого универсального решения. «Оптимизация» и «оптимальный выбор» предполагает рассмотрение нескольких взаимосвязанных показателей и выбор решения, дающего наилучшее сочетание именно этих показателей. Иначе речь идет не об оптимизации, а о «идеальном» варианте, которого в реальной жизни может и не существовать.

В нашей практике комплектования российских библиотек в качестве показателей оптимального выбора зарубежных источников применялись стоимость, время и тематический охват. Далее рассматриваются примеры качественной и количественной оценки зарубежных источников и процессов их приобретения с точки зрения этих показателей и их взаимосвязи.

Показатели выбора. Стоимость. Издательские скидки. DDP. В структуре цены заказа при подписке на зарубежные периодические издания наибольшая часть приходится на издательскую цену. Поэтому особый интерес с точки зрения уменьшения стоимости представляют издания, по которым издательство может предоставить библиотеке персональную скидку. Здесь следует отметить скидку DDP (Deep Discount Price), которую предоставляет издательство на свои печатные издания для библиотек, пользующихся электронными коллекциями этого издательства в составе консорциума. Цена DDP обычно составляет 25% от каталожной подписной цены издательства, что означает скидку 75%. Практика показывает, что далеко не все библиотеки, участвующие в консорциумах и других формах коллективного доступа (например, по программам РФФИ) знают и используют свое право на скидку DDP. Еще одна особенность скидки DDP – она дается персонально библиотеке, а не ее поставщику. Привлекая поставщиков для иностранного комплектования (в том числе и на конкурсной основе) библиотека должна сообщить им о наличии скидок DDP и потребовать расчет стоимости подписки с учетом этих скидок.

Электронная доставка документов от зарубежных провайдеров. Большинство крупных зарубежных библиотек и издательств в числе прочих услуг предлагают электронную доставку документов из своих фондов. Это позволяет библиотекам, не оформляя подписки на иностранный журнал, получить копии отдельных статей по запросам своих читателей. Основные трудности могут возникнуть при оплате заказанных копий документов. Большинство зарубежных провайдеров выставляют счета ежемесячно, причем оплата должна производиться в валюте провайдера и желательно по кредитной карте. Тем не менее, если библиотеке удается найти решение этой проблемы, электронная доставка становится экономически эффективным и востребованным информационным ресурсом.

Сопутствующие услуги поставщика. Здесь имеется в виду именно экономическая выгода услуг. Критерий оценки: затраты библиотеки на выполнение своими силами тех работ, которые входят в сопутствующие услуги поставщика. Примерами таких работ могут быть: доставка до дверей библиотеки (если нет – библиотека забирает издания в почтовом отделении); таможенное оформление (если нет – библиотека оформляет и оплачивает таможенные процедуры сама).

Время. Соотношение печатных и электронных версий. По времени поступления в библиотеку электронные издания имеют несомненные преимущества. К другим широко известным достоинствам электронных изданий относятся: одновременный доступ большого числа пользователей с любых рабочих мест (в том числе в разных зданиях и даже городах); автоматизированный поиск по различным критериям (ключевые слова, название издательства, название издания); высокое качество распечатанной в формате PDF статьи по сравнению с качеством ксерокопии. Между тем, переход на электронные изданиями имеет ряд трудностей и ограничений, которые необходимо учитывать. Среди них: удорожание подписки в случае комбинированной издательской цены (печатная подписка + доплата за электронные версии); требования издательства приобрести всю тематическую коллекцию для получения электронных версий; стоимость компьютерного и сетевого оборудования; обязательства не сокращать объем печатной подписки в течение нескольких лет, если это предусмотрено лицензионным соглашением с издательством.

Порталы «труднодоступных» источников. Среди зарубежных изданий наибольшие трудности с точки зрения своевременной доставки вызывают ежедневные газеты, а также журналы с высокой периодичностью, содержащие новости политики, культуры и бизнеса. Связано это с тем, что такие издания распространяются в основном в розницу и оперативная (в день выхода) доставка подписчикам возможна только для изданий, имеющих свои офисы распространения в России. При заказе зарубежных газет и журналов высокой периодичности библиотеке необходимо оценить реальную потребность в оперативной доставке. Если же такая доставка действительно необходима, целесообразно рассмотреть замену печатных изданий их электронными версиями, которые обычно предоставляются через специальные порталы.

Тематический охват. Консорциум на уровне города, региона, отрасли. В настоящее время стремительно растет число издательств, предлагающих льготные ценовые схемы для таких консорциумов. В отличие от национальных консорциумов, где все организационные вопросы берет на себя государство, консорциумы на уровне города, региона или отрасли должны найти свое уникальное решение для организации взаимодействия и совместной оплаты заказанных изданий. Если организационные задачи решены – такие консорциумы способны максимально учесть тематические профили участников при значительной экономии средств от совместного использования ресурсов.

Комплектование библиотек - победителей федеральных программ. Целевые государственные программы (например, программы поддержки ВУЗов) могут потребовать пересмотра профиля комплектования для максимального учета научных направлений, получивших приоритетную государственную поддержку. Здесь неоценимую помощь могут оказать бесплатные источники «информации об информации» (издательские каталоги, тестовые доступы к электронным ресурсам, сайты профессиональной библиотечной информации).

Новые виды информации (электронные книги, электронные коллекции). Электронные коллекции зарубежных книг и журналов считаются в настоящее время наиболее динамичными и перспективными. Часто библиотеки не располагают полной и актуальной информацией о наличии электронных коллекций по своей тематике и приобретают те или иные коллекции, «отдавая дань моде». Результат при этом может не быть оптимальным как по тематическому охвату, так и по стоимости

Взаимосвязь показателей. Большинство из рассмотренных выше вопросов комплектования влияют сразу на несколько показателей оптимального выбора. Например, электронная доставка и консорциумы одновременно увеличивают тематический охват и сокращают стоимость приобретаемых источников. Электронные коллекции сокращают стоимость и экономят время. Дополнительные услуги поставщика также экономят время и одновременно увеличивают тематический охват. Наилучшее решение достигается на пересечении приоритетных областей с учетом количественных и качественных ограничений.

Современное понимание оптимального решения при зарубежном комплектовании библиотеки включает набор взаимосвязанных критериев, которые могут и должны оцениваться в количественных или качественных показателях.

Информированность библиотеки об имеющихся в мире информационных ресурсах и вариантах их получения является ключевым условием для решения ее задач по зарубежному комплектованию.

Универсальный облучательный комплекс для исследования объектов в импульсных потоках нейтронов и методом протонной радиографии

Иванов С.В., ГНЦ ИФВЭ

Целью проекта является создание экспериментальной базы для исследования объектов в импульсных потоках нейтронов, а также протонной радиографии статических и динамических объектов на основе практического использования опыта и технологий ГНЦ ИФВЭ в области:

  1. физики пучков заряженных частиц и техники ускорителей и каналов транспортировки пучка,

  2. диагностики параметров пучка,

  3. регистрации частиц высоких энергий и радиационных полей для проведения проблемно-ориентированных фундаментальных и прикладных исследований в рамках “Новой технологической платформы”.

В состав предлагаемого комплекса войдут импульсный источник нейтронов с дрейфовой базой до 120–200 м и возможностью проведения экспериментов по времяпролетной методике; установка для протонной радиографии статических и динамических объектов; стенд с широким опорным полем облучения для испытания объектов любой сложности. Состав и структура комплекса будут уточнены после анализа потребностей и запросов предполагаемых потребителей.

Основной материально-технической предпосылкой для сооружения обсуждаемого комплекса является крупнейший в России действующий ускоритель заряженных частиц - протонный синхротрон У70 ГНЦ ИФВЭ. Максимальная энергия протонного пучка до 70 ГэВ, интенсивность пучка до 1.51013 протонов за цикл. Существующие системы быстрого вывода могут выводить в экспериментальный зал требуемое число сгустков, от 1 до 29. При энергии 50–70 ГэВ длительность каждого сгустка составляет 35–40 нсек. Мгновенная пиковая мощность выведенного пучка на мишени достигает 0.3–0.5 ТВт.

В ГНЦ ИФВЭ имеется необходимое для установки место и инженерно-техническая инфраструктура. Имеются многие компоненты электрофизического оборудования и магнитной оптики для формирования пучков и изображений.

Длина орбиты ускорительного комплекса У70 ГНЦ ИФВЭ равна 1.5 км. Место для размещения комплекса находится в здании галереи, вне кольцевого зала ускорителя У70. В настоящее время в нем расположен канал №8 транспортировки интенсивного пучка протонов, выведенного из синхротрона У70.

Нейтронный источник, параметры. Проект импульсного нейтронного источника ГНЦ ИФВЭ имеет два аналога, основанных на протонных синхротронах:

  1. IPNS, на основе синхротрона RCS, 450 МэВ (ANL, Аргон, США). Интернет-адрес http://www.pns.anl.gov

  2. CERN n_TOF, на основе синхротрона СPS, 20 ГэВ (CERN, Женева, Швейцария). Интернет-адрес http://pceet075.cern.ch

Здесь рассматривается один из возможных вариантов нейтронного источника ГНЦ ИФВЭ, основанный на использовании протонного пучка низкой энергии в так называемом пакетно-импульсном режиме.

Экспериментальная программа на обоих действующих источниках ориентируется на фактически достигнутые параметры пучка протонов, выведенного из существующего ускорителя. Установки востребованы потребителями нейтронного пучка. Так на источнике CERN n_TOF в работах участвуют 150 исследователей из 40 институтов. Годовая статистика работы установки IPNS - 400 потребителей пучка, 500 экспериментов, 26 недель круглосуточной работы. Основные направления работ:

  1. пополнение баз данных ядерно-физических констант (сечения реакций захвата, деления, упругого и неупругого рассеяния и т.п.), от тепловых до быстрых нейтронов,

  2. радиационные дефекты в полупроводниках,

  3. радиационная усталость конструкционных материалов,

  4. фундаментальная ядерная физика и ядерная астрофизика,

  5. прикладные исследования, специальная техника,

  6. радиобиологические исследования.

Установка для протонной радиографии. Протонная радиография является новой методикой, интенсивно разрабатываемой в США за последние годы. Она позволяет изучать динамические процессы в плотных конструкциях и объектах с высоким временным и пространственным разрешением. Методика является неразрушающей.

В США в Лос-Аламосе на созданной протонной радиографической установке с энергией протонов 800 МэВ ежегодно проводятся десятки экспериментов, требующих нескольких недель работы комплекса. В США обсуждается возможность сооружения специализированного протонного синхротрона на энергию 50 ГэВ, предназначенного исключительно для исследований по тематике протонной радиографии в интересах Министерства энергетики (DOE).

В России существуют аналогичные потребности. Основной объем требуемого электрофизического оборудования имеется в наличии (более 70%). Основным магнитооптическим элементом является квадрупольная линза типа 20К200, длина 2 м, апертура 200 мм, градиент поля 1.3 кГс/см.

Установка для протонной радиографии с энергией освещающего пучка 50 ГэВ позволит изучать статические и динамические процессы в плотных объектах и конструкциях в ранее не доступном диапазоне толщин с высоким временным и пространственным разрешением. Возможными областями использования установки являются высокотехнологичные области науки и техники, имеющие дело с изучением сложных быстропротекающих процессов: авиационные и космические исследования, энергетика, прикладная ядерная физика.

Предполагается предоставление потребителям — пользователям пучка услуг по проведению исследований статических и динамических объектов в нейтронном и протонном пучках на коммерческой основе. Стоимость работы нейтронного источника составляет примерно 100 тыс. руб. в сутки, установки для протонной радиографии — около 1 000 тыс. руб./ сутки.

Исследование проблем обеспечения радиационной безопасности летного состава и сбоев аппаратуры в условиях высотных полетов

Пелешко В.Н., ГНЦ ИФВЭ

Оценки последствий облучения людей малыми дозами, включающих раковые заболевания и нарушения генетического аппарата, значительно изменились в последние годы в сторону увеличения радиационного риска. Эти изменения нашли отражение в международных и отечественных рекомендациях (НРБ-99) по предельно-допустимым дозам для населения и персонала, значительно сниженным по сравнению с предыдущими нормативами. Одним из важных последствий пересмотра концепции радиационного риска является необходимость включения экипажей высотных лайнеров в категорию профессионально облучаемого персонала.

При высотных полетах члены и пассажиры самолетов облучаются протонами, нейтронами и электронами радиационных поясов и галактическим космическим излучением. Кроме того, существует риск острого облучения протонами солнечных вспышек. Поэтому при дальних и частых перелетах создаются потенциальные условия для переоблучения, что может существенно повлиять на общую лучевую нагрузку от различных источников радиации и создать предпосылки для увеличения радиационного риска.

Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ) в 1990 г. рекомендовала включить экипажи высотных лайнеров в категорию профессионально облучаемых работников (персонал). Это связано со снижением предельно-допустимой дозы облучения для лиц из населения до 1 мЗв/год. Мощность эквивалентной дозы космического излучения на высоте порядка 10 км (характерная высота полета пассажирских лайнеров) составляет несколько мкЗв/час в условиях минимума солнечной активности. Таким образом, при годовой норме 2000 часов налета доза облучения для летного персонала значительно превышает предельную дозу для населения. Другой категорией лиц, попадающих в группу риска, являются люди, чья трудовая деятельность также связана с частыми и длительными перелетами.

Ионизирующее излучение в атмосфере является результатом взаимодействия заряженных частиц солнечного и галактического происхождения с магнитосферой и атмосферой Земли. При этом следует отметить, что временная, пространственная, энергетическая и компонентная зависимость излучения носит очень сложный характер. Мощность дозы претерпевает суточные, сезонные и глобальные вариации и зависит от широты местности и солнечной активности. В состав космического излучения входят нейтроны, протоны, пионы, мюоны, электроны, фотоны и тяжелые ядра вплоть до железа. Поэтому для определения эквивалентной дозы облучения летного состава и пассажиров при полетах необходимо знать спектры и компонентный состав излучения в салоне самолета.

Исследования в области радиационной безопасности воздушных полетов проводятся в настоящее время во многих странах. В частности, широкая программа таких исследований финансируется в последние годы Европейским союзом. Тем не менее, проблема далека от решения. Это связано с уникальностью полей излучения, генерируемых космическими лучами в атмосфере, и необходимостью разработки специализированных экспериментальных и расчетных методик. Наиболее ценный опыт решения близких по сложности радиационных проблем накоплен в настоящее время на высокоэнергетических ускорителях и в космических исследованиях. Одним из ведущих центров в России в этой области является ГНЦ ИФВЭ.

Другой актуальной проблемой при высотных и космических полетах являются сбои аппаратуры в полях высокоэнергетического излучения, вероятность которых увеличивается при уменьшении размеров аппаратуры (электроника и вычислительная техника).

Для решения вышеуказанных проблем необходимо провести расчетно-экспериментальные исследования спектрально-компонентного состава и эквивалентных доз излучения в различных условиях на борту самолетов в зависимости от высоты, географической широты и параметров солнечной активности с привлечением литературных данных. Это позволит в наземных условиях создать метрологическое радиационное поле с аналогичным компонентным и энергетическим составом для моделирования полей излучения при высотных и космических полетах. В этом радиационном поле можно будет изучать характеристики детекторов радиационного контроля, влияние радиационных полей на параметры приборов, материалов, определять вероятность сбоев аппаратуры и способы улучшения параметров аппаратуры.

В ГНЦ ИФВЭ имеется ряд фотонных, нейтронных, мюонных, адронных полей излучения с различным компонентным и энергетическим составом. Предварительные исследования показывают возможность создания в ИФВЭ метрологического радиационного поля, аналогичного полю излучения на высоте 10-20 км.

Поле излучения за верхней бетонной защитой ускорителя У-70 на энергию 70 ГэВхорошо моделирует компонентный и спектральный состав радиационного поля, формируемого в атмосфере на высоте 10-20 км.

Уникальность этого радиационного поля заключается еще и в том, что поле излучения равномерно на площади ~300*300 см2 (с точностью примерно ±30%). Это позволяет размещать в поле для изучения свойств большие конструкции, макеты устройств с размерами до 5 м. Мощность эквивалентной дозы нейтронов в поле до 500 мкЗв/час (на высоте ~15 км при минимуме солнечной активности 2-9 мкЗв/час). Эквивалентная доза нейтронов в этом поле за месяц работы ускорителя до 0,5 Зв.

По предварительным данным представленное радиационное поле подходит для испытаний авиационной и космической техники на предмет выявления сбоев за счет излучения, а также для исследования защитных свойств материалов, показаний приборов, дозиметров в высокоэнергетических полях излучения и др.

Метрологическая аттестация такого поля позволит обеспечить единство измерений индивидуальных доз летного персонала в соответствии с современными требованиями, так как предполагается проведение калибровки и поверки средств индивидуального радиационного контроля в этом поле.

Литературный обзор и расчетно-экспериментальные исследования радиационных полей в объеме самолета с учетом вещества топлива и пассажиров даст возможность подготовить рекомендации по необходимому объему радиационного контроля на воздушном транспорте и методам его реализации с целью снижения облучаемости персонала.

Практическое значение проекта будет определяться объемом и достоверностью получаемой информации по характеристикам дозовых полей в самолетах. Значительная часть получаемой в ходе работ информации будет иметь самостоятельное значение и может быть использована при подготовке длительных космических полетов.

Информация, которая будет получена в процессе работы над проектом, приобретает особую актуальность в свете планируемого ведущими авиакомпаниями мира увеличения высотности массовых полетов. Полученные сведения могут быть использованы также при подготовке пилотируемых долговременных космических полетов (космические платформы).

Кроме возможности использования радиационного поля ИФВЭ для калибровки и испытаний аппаратуры в полях излучения, коллектив ГНЦ ИФВЭ имеет большой опыт измерения спектров нейтронов и протонов в радиационных полях ускорителя и мог бы измерить реальные спектры нейтронов в салоне летящего самолета.

Автоматизированная система дистанционного обучения «Экзаменатор 2007»

Усенко С.В., ФГОУ «ГЦИПК»

В настоящее время наблюдается тенденция перехода к интенсивным методам обучения. Это приводит к поиску более эффективных методов и технологий обучения, организации эффективных способов проверки знаний. Одним из этапов системного подхода [1, 2] к обучению является оценка эффективности проводимых учебных мероприятий. Выполнить требования этого этапа невозможно без оценки знаний обучаемых до, и после обучения. Во многих случаях этот процесс носит плохо упорядоченный и субъективный характер. Очевидно, что, актуальность объективной оценки уровня знаний (результата обучения) приводит к необходимости создания информационных систем, позволяющих автоматизировать процесс проведения и оперативной обработки результатов обучения. Путь решения задач объективности и снижения временных затрат при оценке результатов обучения в полном объеме лежит через интеграцию компьютерных технологий в процесс обучения. Мы исследовали потребности предприятий в плане инструментов оценки знаний персонала. В первую очередь нас интересовали общие проблемы, тенденции, методы и варианты решений, которые могут помочь многим. На основании проведённого анализа был определён перечень основных задач обучающей среды:

  • повышение объективности результатов проверки знаний;

  • повышение эффективности и систематичности контролирующей деятельности со стороны преподавателя;

  • повышение оперативности контроля знаний за счёт автоматизации;

  • реализация дифференцированного подхода;

  • интерактивность самостоятельной подготовки к итоговым экзаменам.

Современная компьютерная обучающая среда должна также удовлетворять следующим требованиям: быть ориентированной на потребности учебного процесса; допускать возможность динамического изменения; легко масштабироваться.

Наряду с указанными требованиями существуют общие тенденции развития программного обеспечения такие как: повышение функциональности систем, упрощение эксплуатации, увеличение производительности работы с системой, снижение требований к профессиональному уровню пользователей.

Реагируя на растущие потребности служб подготовки персонала предприятий Минатома, в 1997 году мы разработали автоматизированную систему контроля и обучения теоретическим знаниям «Экзаменатор». Комплекс программных модулей для поддержки процессов создания контрольных заданий, самостоятельного обучения и тестирования знаний персонала, проведения собеседований по результатам выполнения контрольных заданий, генерации различных видов отчётов и настройки параметров функционирования системы в целом. Система реализована в виде Windows-приложений, что обусловлено широким распространением данной операционной системы и необходимой функциональностью. Интуитивно-понятный объектно-ориентированный интерфейс не требует от пользователя глубоких знаний компьютерных технологий. Визуальные методы управления ориентированы на манипуляцию объектами, что обеспечивает комфортную работу пользователя. В абсолютном большинстве случаев обучаемый работает с системой с помощью мыши или любого другого манипулятора. Обучаемые без проблем постигают основы работы в течение одного часа ознакомления.

Одной из отличительных черт системы является возможность интеграции с многими типами учебных материалов, применяемыми в учебном процессе.

На основании опыта внедрения и эксплуатации в период с 1998 по 2007 гг. нами были сделаны следующие выводы:

  • система может быть использована при подготовке и контроле знаний практически по любой учебной дисциплине, допускающей формализацию структуры курса;

  • применение системы «Экзаменатор» в учебном процессе в связи с более частой и более открытой оценкой достигаемых результатов создаёт нужный мотивационный стимул и активизирует учебно-познавательную деятельность обучаемых;

  • при автоматизированном тестировании обучаемые, как правило, положительно воспринимают полученную оценку. Это основывается на факторе анонимности компьютера как объекта, что положительно влияет на проведение текущего и последующих этапов тестирования;

  • частое совпадение экзаменационных оценок с оценками в системе «Экзаменатор» предоставляло человеку-экзаменатору возможность фактически аргументировать достигнутый обучаемым итоговый результат.

В итоге, применение системы позволило сделать контроль знаний более глубоким и объективным. По нашим данным, применение компьютерных технологий позволяет:

  • сократить время контроля знаний в 3-4 раза;

  • повысить качество усвоения материала в 1.5-2 раза;

  • сформировать у обучаемых системные знания;

  • снизить стоимость внутрифирменного обучения в 2,5 раза при том же уровне качества.

Известно, что одним из ключевых факторов развития рынка компьютерных обучающих систем стало появление реальных результатов от их внедрения. Системы, внедрение которых несколько лет назад было мифом, сейчас стали давать реальную отдачу на тех предприятиях и в тех организациях, которые одними из первых взяли на себя риски, связанные с началом проектов внедрения. В настоящее время система «Экзаменатор» внедрена в промышленную эксплуатацию на ряде крупных предприятий Агентства по атомной энергии РФ.

Важнейшими результатами внедрения являются выполнение требований экономии времени, снижения финансовых затрат и повышения эффективности массовой подготовки и поддержания квалификации персонала.

Как уже отмечалось выше, любая компьютерная система – это средство для управления и достижения целей предприятия. В условиях современного развития экономики залогом эффективного функционирования и динамичного развития компании является использование систем, позволяющих значительно повысить оперативность получения и обработки данных, не взирая на расстояния между различными подразделениями компании. Поэтому, одним из наиболее перспективных направлений развития системы подготовки и поддержания квалификации персонала является создание корпоративной системы дистанционного обучения [3].

В наиболее простом виде корпоративная обучающая среда может быть представлена следующим образом:

  1. Специалист выполняет перечень необходимых мероприятий самостоятельной подготовки в локальной сети предприятия или дома.

  2. При необходимости (если этого требует программа подготовки) специалист направляется в учебное подразделение для выполнения лабораторных работ и (или) тренажёрных занятий.

  3. Сертификационная комиссия оценивает текущий уровень компетентности специалиста [4].

  4. Вся информация об этапах подготовки сохраняется в корпоративной базе данных.

  5. На основании информации базы данных могут приниматься кадровые решения и производиться анализ качества и эффективности подготовки персонала.

Суть нашего подхода по реализации проекта «Экзаменатор 2007» состоит в возможности поэтапного внедрения системы, что позволяет сократить единовременные затраты на имплементацию, легче адаптировать систему и быстрее оценить результаты внедрения.

Параллельно с внедрением системы проводится процесс оказания услуг технической поддержки для постоянно отслеживания взаимосвязи процессов компании-клиента и поддерживающих их информационных технологий (сервисов) на разовой, периодической или постоянной основе. Все эти меры направлены на обеспечение быстрой реакции на потребности и запросы пользователей системы, на повышение функциональных характеристик системы и поставляемых учебно-контролирующих курсов.

Литература:

  1. International Nuclear Safety Advisory Group, Management of Operational Safety in Nuclear Power Plants, Safety Series INSAG-13. Vienna: IAEA, 1999.

  2. International Nuclear Safety Advisory Group, Safety Culture, Safety Series №75-INSAG-4, Vienna: IAEA, 1991.

  3. Educational Technology&Society 6(3) 2003, ISSN 1436-4522, Адаптивное дистанционное обучение принятию решений на основе технологии экспертных систем ситуационного управления, Болотова Л.С., Губарев В.А., Коваленко С.М., Смирнов С.С.

  4. МАГАТЭ-TECDOC-1170 «Фаза анализа Системного подхода к обучению (СПО) для персонала атомных электростанций». – Vienna: IAEA, 2000.

Роль прикладных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в инновационном процессе

Кудрявцева А.В., Центр "Атом-инновация"

В нынешнюю эпоху перехода от индустриальной эры к эре знания наука становится краеугольным камнем и ключевым инструментом повышения благосостояния общества и государства. По оценкам специалистов как минимум три четверти добавленной стоимости продукции даже в традиционных отраслях экономики обуславливается эффективным использованием знаний. Этот тренд превалирует даже в наиболее старых отраслях экономики, например, в сельском хозяйстве, которое претерпело радикальные изменения благодаря успехам биотехнологий. Тем более существенным использование знания в отраслях, существенно ориентированных на высокие технологии, к которым относится и атомная отрасль.

Роль знания в обеспечении конкурентоспособности технологий, продуктов и услуг, производимых/разрабатываемых организациями отрасли может быть существенной только при условии неразрывности процесса генерации – распространения – использования знания, т.е. по сути, при условии неразрывности инновационного процесса.

Длительный и дорогостоящий путь от стартовой научной идеи до организации производства некоего продукта, основанного на этой идее, организации продаж этого продукта, завоевания рынка и, следовательно, извлечения дохода. Речь идет об идее, которая, может быть рано или поздно коммерциализирована (тем самым в инновационном процессе впрямую не участвуют результаты фундаментальных научных исследований или фундаментальные научные идеи). Таким образом, уже на ранних этапах развития идеи и НИР существенным является роль инновационно направленных структур отрасли (таких, например, как Центр «Атом-инновация»), которые способны организовать целенаправленную процедуру прогнозирования на ранних этапах разработки того наукоемкого продукта, который завоюет рынок (так называемый технологический аудит (далее – ТА)). Эта процедура весьма сложна и направлена на стимулирование интеллектуальной и практической работы над сопоставлением потребностей рынка (как существующих, так и прогнозируемых) с возможностями и заделом, содержащимися в научных разработках и доступными объекту ТА (предприятию, группе, институту). Применять ТА нужно обязательно с участием экспертов, которые должны обладать не только специальными технологическими знаниями, но и знаниями рыночной экономики и маркетинга. ТА должен содержать в себе элементы инвентаризации научных разработок и различных видов интеллектуальной собственности (далее – ИС).

Результатом проведения ТА являются сформулированные бизнес-задачи/ определение наиболее перспективных продуктов и услуг, которые позволят удовлетворить имеющиеся запросы рынка. Далее для решения этих бизнес-задач и разработки новых продуктов и услуг и вывода их на рынок требуется создание инвестиционно-инновационного цикла.

НИР и ОКР - это неотрывная часть инновационно-инвестиционной деятельности отрасли/организации. И отсюда следуют следующие ключевые выводы.

  1. НИР и ОКР, заказанные с целью получения прибыли, могут не дать положительных результатов пригодных для коммерческого использования в силу естественной непредсказуемости результатов научно-технической деятельности, но отрасль/организация отрасли не может ни вести, ни заказывать НИР и ОКР, если не знает заранее, для каких коммерческих целей ей нужны эти результаты и каким коммерческим требованиям они должны удовлетворять.

  2. Содержательное влияние ученого на технологию, фактически, ограничивается выполнением НИР и ОКР. Далее задача продвижения технологии переходит в руки специалистов по коммерциализации, профессиональных управленцев, маркетологов, экономистов и т.п. К сожалению, можно констатировать острый дефицит таких кадров не только в атомной, но и других отраслях отечественной экономики.

  3. Отрасль/ организация отрасли, ведущая коммерческую деятельность, должна непрерывно повышать свою квалификацию как заказчика в сфере НИР и ОКР, технологий и нематериальных активов. Она должна уметь ставить перед исследователями и разработчиками задачи, решение которых даст максимальную экономическую выгоду. Она должна также уметь, не вмешиваясь в творческие процессы исследований и разработок, направлять их на решение этих задач.

Особое значение для отрасли имеет система управления интеллектуальной собственностью. Главным в этой системе является не только обеспечение защиты при формировании портфеля прав на объекты интеллектуальной собственности и увеличении размера нематериальных активов отрасли, но и целесообразный выбор объектов, подлежащих присвоению и защите, а также определение географических территорий, где такая защита должна быть создана. Такая система защиты может быть создана только на основании глубокой проработки маркетинговых аспектов и с учетом возможных моделей коммерциализации. Столь же важным оказывается создание механизмов введения сформированного портфеля прав в хозяйственный оборот с целью извлечения прибыли. Известны следующие основные формы коммерциализации технологий и результатов научных исследований, т.е. трансфера технологий:

    • выполнение заказов на научно-технические консультации;

    • выполнение заказов на НИОКР;

    • продажа научно-технической и конструкторской документации;

    • лицензирование, т.е. уступка прав на различные виды интеллектуальной собственности (патенты, товарные знаки и др.);

    • создание "spin-out" компаний, т.е. компаний создаваемых собственником технологии специально для ее коммерциализации;

    • создание совместных предприятий;

    • организация производства и продаж.

Таким образом, проведение научно-технических консультаций и заказных НИОКР также является неотъемлемой частью процессов коммерциализации в отрасли, и организация/ предприятие отрасли может и должна разрабатывать собственную бизнес модель коммерциализации своих разработок, концентрируясь на тех вариантах, которые наиболее соответствуют имеющимся ресурсам и заделам.

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ

Опыт разработки тестового программного обеспечения ПТС и ПТК СВБУ АСУ ТП АЭС

Миронычев С.Б., Лепехин И.Ю., ФГУП «ФНПЦ НИИ измерительных систем им. Ю.Е.Седакова»

В настоящее время для управления энергоблоками атомных станций широко применяются компьютерные автоматизированные системы управления. Чаще всего такие системы управления строятся на основе сложных программно-технических комплексов (ПТК). Комплексы программно-технических средств, используемые для управления и обработки информации, являются одними из самых сложных изделий, создаваемых человеком.

ПТК СВБУ представляет собой совокупность программно-технических средств (ПТС) и базового программного обеспечения, являющихся основой (платформой) системы верхнего блочного уровня, обеспечивающих реализацию функций (задач) СВБУ. ПТК СВБУ состоит из трех однотипных структур, функционирующих по однотипным алгоритмам обмена информацией. Каждая структура включает в себя набор рабочих станций (РС), сгруппированных в АРМы, основной и резервный серверы, которые объединяются в сегменты ЛВС посредством основного и резервного коммутаторов.

Большинство ТС и программных средств, включая операционную систему, используемых для построения ПТК СВБУ АСУ ТП АЭС, поставляются с встроенными SNMP-агентами, поддерживающими функции сбора и предоставления параметров, отражающих состояние ТС или программного средства, что позволяет реализовать тестирование и самодиагностику программно-технического комплекса на основе протокола SNMP.

Тестирование такого рода программно-технических комплексов всегда осложнено многочисленными связями между отдельными его частями, поэтому при тестировании используется двухэтапный подход: проверка характеристик отдельных программно-технических средств (ПТС); тестирование комплексных характеристик (взаимодействие программно-технических средств и решение комплексных задач).

Основные программно-технические средства. Программно-технические комплексы для управления энергоблоками атомных станций могут состоять (в зависимости от реализации) из следующих типовых программно-технических средств:

  • рабочие станции РС-2И и РС-СБИ из состава ПТК СВБУ предназначены для организации АРМ;

  • серверы УСУ-4И из состава ПТК СВБУ предназначены для обеспечения информационного взаимодействия с РС и шлюзами, объединенными в ЛВС, в качестве центра приема, обработки, хранения и выдачи информации;

  • устройство телекоммуникационное (УТК) предназначено для объединения функционально связанных информационных сегментов (узлов) ПТК СВБУ в единую ЛВС;

  • архиватор событий (АРС) предназначен для записи, долговременного хранения и обеспечения архивированными данными абонентов сети СВБУ; приема сигналов точного времени со спутниковой системы позиционирования (GPS) и синхронизации абонентов сети СВБУ по протоколу NTP;

  • устройство документирования событий (УДС) предназначено для документирования данных (протоколов, отчетов) абонентов сети ПТК СВБУ;

  • устройство маршрутизации информации (УМИ) с установленным ПО реализует правила управления доступом между абонентами ЛВС СВБУ, путем пропуска одних сетевых пакетов и блокирования других.

Назначение и структура ТПО. Назначением ТПО является обеспечение проверок характеристик ПТС и ПТК при проведении предварительных, приемо-сдаточных испытании на заводе-изготовителе, а также при проведении автономных испытаний и регламентных работ на объекте заказчика.

В соответствии с составом ПТС и программно-технического комплекса используется следующий набор тестового программного обеспечения: тестовое программное обеспечение для проверки каждого программно-технического средства в отдельности; комплексное тестовое программное обеспечение.

Состав тестов для проверки работоспособности ПТС из состава ПТК: тест рабочей станции; тест устройства серверного; тест устройства телекоммуникационного; тест архиватора с тайм сервером; тест принтера.

Тест рабочей станции включает в себя: тест оборудования системного блока; тест источника бесперебойного питания; тест блока контроля шкафа; тест видеомонитора; тест сетевых интерфейсов; тест клавиатуры и указательных устройств.

Тест устройства серверного включает в себя: тест оборудования системного блока; тест источника бесперебойного питания; тест блока контроля шкафа; тест сетевых интерфейсов.

Тест устройства телекоммуникационного включает в себя: тест оптического коммутатора; тест источника бесперебойного питания; тест блока контроля шкафа. Тест архиватора с таймсервером включает в себя: тест архиватора; тест таймсервера; тест источника бесперебойного питания; тест блока контроля шкафа. Тест принтера включает в себя: тест сетевого интерфейса; тест вывода информации на твёрдые носители. Тест устройства маршрутизации информации включает в себя: тест физических каналов связи; тест блока контроля шкафа; тест источника бесперебойного питания; тест режима межсетевого экрана.

ТПО КПТС обеспечивает проверку ПТК в сборе путем проведения следующего вида проверок: проверка физических каналов связи для определения возможности обмена информацией между каждыми двумя абонентами общеблочной сети; проверка синхронизации абонентов сети для определения временного рассогласования абонентов сети СВБУ относительно выбранного абонента; проверка основных параметров ПТС для определения нужной конфигурации и правильного функционирования сменных модулей ПТС.

Принципы реализации ТПО. В результате анализа использования ТПО при проведении приемо-сдаточных испытаний ПТС и ПТК СВБУ для проекта «Бушер» были выявлены следующие недостатки: персонал, проводящий проверки с использованием ТПО, должен иметь достаточно высокий уровень подготовки, знание СПО и вычислительных сетей; большая трудоемкость модификации исходного кода ТПО при замене или добавлении сменных модулей из состава ПТС, при изменении конфигурации ПТК; зависимость ТПО от используемой версии системного программного обеспечения; различный интерфейс пользователя ТПО для тестирования ПТС.

При реализации ТПО для проекта «Куданкулам» были опробованы и использованы следующие решения, позволяющие устранить вышеуказанные недостатки: для облегчения работы эксплуатационного персонала, и минимизации ошибочных действий при проведении проверок был разработан единый развитый графический интерфейс; для организации единого графического пользовательского интерфейса тестовая программа была структурно разделена на клиентскую и серверные части; клиентская часть размещается на отдельной ПЭВМ и предоставляет пользователю графический интерфейс; серверные части при проведении проверок выполняются на ПТС и осуществляют его непосредственное тестирование; взаимодействие клиентской и серверных частей осуществляется через ЛВС.

Для минимизации зависимости ТПО от используемого СПО в программе были выделены части зависящие от СПО: клиентская часть реализована полностью независимой от используемого СПО, путем применения кросс-платформенной графической библиотеки для разработки пользовательского интерфейса и платформо-независимых функции сетевого взаимодействия; серверная часть реализована частично зависимой от СПО, для чего она программно разделена на две части. Первая часть обеспечивает взаимодействие клиента и сервера и использует платформо-независимые функции сетевого взаимодействия. Вторая часть осуществляет непосредственное тестирование и зависит от используемого СПО.

Для минимизации вносимых в тестовую программу изменений при удалении, добавлении или изменении ПТС: выделены различные по функциональности тесты. Различными по функциональности тестами являются: тест оборудования системного блока, тест источника бесперебойного питания, тест блока контроля шкафа, тест видеомонитора, тест клавиатуры и указательных устройств, тест сетевых интерфейсов, тест оптического коммутатора, тест архиватора, тест таймсервера, тест принтера; реализовано выполнение этих тестов в программе и предусмотрен гибкий механизм настройки состава тестов для каждого ПТС и состава тестируемых ПТС (обеспечивает минимум изменений при удалении ПТС или изменение состава ПТС (удаление теста или добавление существующего теста)); программный код организован таким образом, чтобы внесение в тестовую программу нового теста не требовало изменения уже готовых частей программы, а только добавление нового кода, т.е. максимально уменьшены внутренние зависимости между отдельными частями программы (обеспечивает добавление ПТС или изменение состава ПТС (добавление нового теста)).

Используемые методы и технологии. В качестве основной идеи при разделении программы на клиентскую и серверную части была взята концепция сетевого приложения клиент-сервер. Клиент-серверная технология – это стиль работы приложений, где клиентский процесс запрашивает обслуживание у процесса сервера. Проще говоря, сервер – это программа, предоставляющая доступ к каким-либо услугам, например к электронной почте, файлам, ftp, web или данным.

Некоторые примеры функций сервера: создание резервных копий для защиты от потери данных, защита от нежелательного вторжения, своевременный доступ к предоставляемым услугам, предоставление надежных средств хранения и обеспечение высокой доступности поставляемой услуги.

Клиент – это приложение, которое соединяется с сервером, чтобы воспользоваться предоставляемыми им услугами. Некоторые примеры клиентских функций: предоставление дружественного пользователю интерфейса, экономное использование ресурсов сервера, и, разумеется, реализация целей приложения. В нашем случае программа была разбита на одного клиента и несколько серверов (для тестирования каждого типа ПТС), причём модуль, обеспечивающий взаимодействие клиентской и серверных частей одинаков. При таком разделении можно выделить следующие основные функции клиента и сервера.

Функции клиента: предоставление графического пользовательского интерфейса; запрос у сервера параметров ПТС или выполнения какого-либо теста; прием от сервера и отображение параметров устройств или результата выполнения теста.

Функции сервера: прием запросов на определение параметров ПТС или выполнения какого-либо теста; определение параметров ПТС или выполнение какого-либо теста; отправка клиенту значений параметров ПТС или результата выполнения теста.

Взаимодействие клиента и сервера осуществляется через сеть Ethernet. При этом на программном уровне для сетевого взаимодействия использовался набор функций Berkeley.

Обмен данными между клиентом и сервером построен по типу: запрос клиента-ответ сервера. Следующая посылка запроса осуществляется клиентом только после получения ответа от сервера на предыдущий запрос. Клиент запрашивает у сервера значения параметров, реализующих выполнение конкретных тестов. Сервер при получении запроса значения параметра выполняет одно из следующих действий: определение и передача клиенту системной информации; выполнение тестовой проверки и передача клиенту её результата. В одном запросе клиент может запрашивать у сервера значения одного или нескольких параметров.

Для организации графического пользовательского интерфейса, не зависящего от СПО, использовалась графическая библиотека Qt. Qt – это графическая библиотека C++, предназначенная для создания графических интерфейсов пользователя. Qt является полностью объектно-ориентированной библиотекой, позволяющей разрабатывать хорошо наращиваемые программы и использовать принципы модульного программирования. В состав библиотеки входят как классы графических примитивов (например, метка, поле ввода, кнопка и т.п.), так и классы, предназначенные для организации различных структур хранения данных (например, списковых), работы с файлами, сетевого взаимодействия и многого другого. Она поддерживает огромнейшее количество платформ, таких как Windows 95/98/NT/2000, Linux, Sun Solaris, HP-UX, Digital Unix, IBM AIX, SGI IRIX, MAC OS X и многие другие.

Так как выбранная графическая библиотека – это библиотека C++, то для разработки клиентской части использован язык C++.

Для разработки серверной части использовался язык Perl. Perl является лучшим языком для обработки текстовой информации, имеет богатый набор модулей, необходимых для получения системной информации и реализации сетевых взаимодействий.

Тестовая программа написана с использованием методов объектно-ориентированного программирования (ООП). ООП позволяет разложить задачу на подгруппы взаимодействующих частей и преобразовать эти подгруппы в единицы, называемые объектами. Типы данных объектов называются классами. Описание классов производится в заголовочных файлах, а реализация классов в исходных файлах. ООП позволяет уменьшить внутренние зависимости в программе и обеспечить более простую модернизацию программы.

В результате разработки получены следующие результаты. Разработано тестовое программное обеспечение для тестирования сложных программно-технических комплексов, лишенное указанных недостатков ТПО для ПТК СВБУ АЭС «Бушер» и характеризующееся:

  • развитым пользовательским графическим интерфейсом;

  • простотой внесения изменений в настройки ТПО при изменениях в конфигурации ПТС и ПТК;

  • минимальной зависимостью от используемого СПО;

  • возможностью использования ТПО КПТС для проведения проверок различных по структуре и составу ПТК.

Перспективами совершенствования тестового программного обеспечения является интеграция с современными системами СУБД (MS SQL, MySQL, PostgreSQL).

Высокопроизводительный кластер «Стрела»

Мельников А.И., РФЯЦ-ВНИИТФ

В начале 2004 года в открытом вычислительном центре «Стрела» (г. Снежинск, Челябинская область, Россия, учредителем центра является РФЯЦ-ВНИИТФ) был установлен высокопроизводительный кластер «Стрела». Необходимость создания кластера была продиктована потребностью в больших вычислительных ресурсах для решения научных задач по конверсионной тематике.

Архитектура кластера является вполне традиционной для подобных систем и допускает постепенное наращивание вычислительной мощности. В качестве узлов используются сервера двух типов: HP ProLiant DL380 G3 - 2 процессора Intel Xeon 2.8 ГГц (400 МГц FSB, 512 Кбайт кеш 2-го уровня), оперативная память 4 Гбайт (PC2100 DDR); HP ProLiant DL380 G4 - 2 процессора Intel Xeon 3.2 ГГц (800 МГц FSB, 1024 Кбайт кеш 2-го уровня), оперативная память 4 Гбайт (PC3200 DDR2).

Далее представлены основные компоненты кластера. Вычислительные узлы. В состав кластера входит 33 вычислительных узла, используемых для отладки и выполнения прикладных задач.

Система хранения данных. Обеспечивает долговременное хранение больших объемов данных и включает:

  • дисковую подсистему HP StorageWorks Modular SAN Array 1000 (MSA1000) общим объёмом 2044 Гбайт;

  • ленточную библиотеку HP StorageWorks MSL6030 общим объёмом 12000 Гбайт;

  • коммутатор Fibre Channel HP StorageWorks MSA SAN Switch 2/8, интегрированный с MSA1000.

Файловый сервер. Обеспечивает управление подсистемой хранения данных и предоставляет доступ к ней по протоколу NFS со стороны других узлов кластера.

Сервисный узел. Используется для следующих функций: загрузка операционной системы на вычислительные узлы, экспортирование корневой файловой системы и каталогов с программным обеспечением на вычислительные узлы, выполнение ряда сервисных систем кластера, например, системы планирования и управления задачами.

Фронт-машина. К этому узлу имеют доступ все пользователи кластера. Основное его назначение - подготовка и запуск прикладных программ. Кроме того, здесь находятся домашние каталоги пользователей, которые доступны по NFS с других узлов кластера.

Сервисная сеть. Основана на Fast Ethernet и используется для целей удаленного управления серверами (через платы iLO) и коммутаторами, мониторинга, запуска задач, доступа к файлам по NFS и т.д.

Вычислительная сеть. Используется для передачи сообщений параллельных прикладных программ, для доступа к файлам по NFS и базируется на аппаратуре InfiniBand производства InfiniCon Systems в составе:

  • канальные адаптеры InfiniServ 7000;

  • коммутатор InfinIO 3032;

  • система разделяемого ввода/вывода InfinIO 7000, включающая коммутирующий модуль InfiniBand, модуль расширения VEx (Virtual Ethernet Exchange Card), модуль IBx (InfiniBand 4x) и один модуль VFx (Fiber Channel Exchange Card).

Рабочие места пользователей. В локальную сеть Ethernet включено несколько персональных компьютеров, используемых в основном техническим персоналом и системными администраторами для текущих работ по сопровождению комплекса.

Доступ к кластеру из Internet осуществляется через шлюз, который выполняет также функции сетевой защиты. В настоящее время обеспечивается доступ по протоколам SSH и HTTPS.

Сопровождение и администрирование кластера выполняется в основном через Internet. Наиболее критичные компоненты - файловый сервер, дисковый массив, фронт-машина, сервисный узел, шлюз и коммутаторы Ethernet - подключены к источнику бесперебойного питания.

На кластере используется концепция бездисковых клиентов, что позволяет сократить время на установку и сопровождение вычислительных узлов, повысить надежность системы и сократить энергопотребление.

Далее рассмотрены основные компоненты программного обеспечения кластера «Стрела». Операционная система. На файловом сервере установлена операционная система Red Наt Advanced Server 2.1, на остальных узлах кластера - Red Hat Enterprise Linux AS 3.

Средства управления кластером. Сюда входят служебные утилиты, обеспечивающие такие функции, как удаленное включение узлов (через плату iLO), выполнение команд на группе узлов в параллельном режиме, передачу файлов на группу узлов и т.д.

Системы программирования и отладки. На кластере обеспечивается поддержка языков программирования C, C++ и Fortran. Установлены отладчик и компиляторы GNU из состава дистрибутива Red Hat Linux. Также доступны некоммерческие версии отладчика и компиляторов Intel 7.0, 8.1 и 9.0.

Коммуникационное программное обеспечение. На кластере установлено ПО InfiniServ 3.0 компании InfiniCon, включающее системные драйвера и реализации ряда прикладных интерфейсов. Реализация стандарта MPI-1 (InfiniMPI) основана на свободно распространяемом пакете MVAPICH. Также установлена библиотека MVAPICH3, реализующая стандарт MPI-2.

Система распределения ресурсов и планирования задач. На кластере установлена свободно распространяемая версия системы пакетной обработки PBS – Torque. В качестве планировщика задач используется также свободно распространяемая система Maui. Для удобства пользователей установлен Web-интерфейс – PBSWeb-Lite, позволяющий, наряду с запуском и удалением задач, просматривать их результаты и пересылать файлы между компьютером пользователя и фронт-машиной кластера.

Система сбора статистических данных и мониторинга.На всех узлах кластера установлено программное обеспечение производителя серверов HP, обеспечивающее контроль состояния аппаратуры (температурный режим, скорость вентиляторов и т.д.). В случае критических ошибок администраторам оправляется сообщение по e-mail. Для сбора и накопления различных статистических данных о работе узлов кластера (загрузка CPU, использование памяти и т. д.) применяется свободно распространяемый пакет Ganglia. Кроме того, установлен пакет pbsacct для обработки учетной информации о выполненных задачах, собираемой в PBS. Просмотр статистических данных возможен через web-интерфейс на фронт-машине.

Для оценки реальной производительности кластера были проведены расчеты по программе High Performance Linpack (HPL), используемой для формирования списка 500 наиболее мощных компьютеров мира (). На задаче размером 110000 была достигнута производительность 261.8 Гфлоп/c, что составляет 67% от пиковой производительности кластера (390.4 Гфлоп/c).

С мая 2004 года на основе результатов теста HPL формируется список 50-ти наиболее мощных компьютеров СНГ (). Рейтинг организовали Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН и Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М.В.Ломоносова при поддержке российской компании Т-Платформы. В первой редакции списка TOP50 СНГ кластер «Стрела» занимал 10-ю позицию с производительностью 118 Гфлоп/c. Наращивание памяти и оптимизация программного обеспечения позволили увеличить производительность до 153,8 Гфлоп/c (15-я позиция во 2-й редакции списка TOP50). Последующая модернизация кластера позволила довести данный показатель до 261.8 Гфлоп/c.

Кластер «Стрела» находится в эксплуатации с 2004 года. Все аппаратные компоненты кластера работают стабильно. За время эксплуатации не было зафиксировано ни одного отказа, вызванного неполадками в аппаратуре. Основное назначение кластера – решение ресурсоемких научных задач. Однако этим область его применения не ограничивается. Кластер может использоваться в качестве полигона для различных исследований и разработки прикладного, сервисного и системного программного обеспечения. Ресурсы кластера позволяют также проводить расчеты для промышленных предприятий.

Сигнализатор уровня агрессивных электропроводящих сред

Дмитриев В.Ф., Зверев В.М., Кондратьев А.А., Кулешов А.А., Левин Е.В., ФГУП ПО «Маяк»

Традиционно для контроля уровня агрессивных электропроводящих сред на АЭС и предприятиях ЯТЦ применялись датчики СУЭ-Д производства ФГУП ПО "Маяк" в комплексе с сигнализатором предельных сопротивлений СПРС 2И производства завода "Тензор", г. Дубна. Принцип действия сигнализатора уровня основан на преобразовании изменения электрического сопротивления между электродом датчика и стенкой резервуара в релейный электрический сигнал. Несмотря на широкое и успешное применение датчиков СУЭ-Д на АЭС, в последнее время их применение было затруднено из-за несоответствия требованиям нормативной документации для АЭС.

Кроме того, сигнализатор предельных сопротивлений СПРС 2И обладал рядом технических недостатков – отсутствием диагностики исправности, малой длиной кабельной линии связи между датчиком и сигнализатором (до 250 м) и сравнительно устаревшей элементной базой. Поэтому на ФГУП ПО "Маяк" был разработан новый сигнализатор уровня агрессивных электропроводящих сред, лишённый отмеченных недостатков. Новый сигнализатор уровня состоит из датчика одного из типов (СУЭ-ДАС, СУЭ-ДР, СУЭ-ДО) и сигнализатора предельных сопротивлений СПС-01.

При этом, датчик типа СУЭ-ДАС разработан по нормативной документации для АЭС, датчик СУЭ-ДР – для предприятий ЯТЦ, датчик СУЭ-ДО – общепромышленного применения. Все типы датчиков конструктивно идентичны, отличие заключается в методах контроля и приемки при изготовлении и, соответственно, в цене.

Конструктивно датчик выполнен в двух основных вариантах, отличающихся друг от друга габаритными и присоединительными размерами штуцера.

Основной частью датчика является электрод, предназначенный для контроля за наличием жидкости на заданном уровне. Рабочая часть электрода выполнена в виде металлического наконечника, остальная часть защищена трубкой из химически и радиационно стойкого материала – фторопласта 40. Через разъем датчик подключается с помощью линии связи к сигнализатору предельных сопротивлений СПС-01. Монтажная длина датчика – от 130 до 10000 мм или от 70 до 5000 мм (включительно). Материал датчика – нержавеющая сталь 12Х18Н10Т или титан ВТ-1-0.

По влиянию на безопасность (при использовании на АЭС и предприятиях ЯТЦ) датчики относятся к классам безопасности 2У, 3НУ и 4Н по ОПБ-88/97 (ПН АЭ Г-01-011-97).

Датчики классов безопасности 2У и 3НУ:

– устойчивы к условиям аварийных режимов на АЭС "большая течь, "малая течь" и в условиях режима нарушения теплоотвода;

– устойчивы при эксплуатации к воздействию гамма-излучения мощностью поглощённой дозы до 1 Гр/ч;

– прочны к воздействию избыточного давления окружающего воздуха 0,56 МПа в течение 120 ч во время опрессовки помещения на АЭС.

Датчик имеет класс герметичности IV по ПН АЭ Г-7-019-89.

Вид климатического исполнения датчика – О4 по ГОСТ 15150-69, но для температуры окружающего воздуха от плюс 1ºС до плюс 60ºС.

Датчик при нормальном режиме эксплуатации: устойчив и прочен к максимальному абсолютному давлению контролируемой жидкости внутри аппарата 2,50 МПа; устойчив и прочен к минимальному абсолютному давлению контролируемой жидкости внутри аппарата 0,08 МПа; устойчив к температуре контролируемой жидкости от плюс 5 до плюс 120°С.

Степень защиты наружной оболочки датчика от проникновения пыли и воды IР65 по ГОСТ 14254-96. Датчик относится к I категории сейсмостойкости по НП-031-01 (ПН АЭ Г-5-006-87), соответствует группе механического исполнения М6 и устойчив и прочен к сейсмическим нагрузкам 9 баллов поГОСТ 17516.1-90. Высотная отметка установки датчиков – до 40 м. Сигнализатор устойчив к воздействиям от удара падающего самолета и воздушной ударной волны.

Датчик устойчив к воздействию плесневых грибов по ГОСТ 9.048 и к воздействию коррозионно-активных агентов атмосферы типа III для закрытых помещений по ГОСТ 15150. Датчик не горюч и не распространяет горение. Внешние поверхности датчиков устойчивы к воздействию дезактивирующих растворов. Сигнализатор предельных сопротивлений СПС-01 (далее – сигнализатор) в комплексе с датчиком уровня предназначен для контроля уровня электропроводящей(удельная электрическая проводимость не менее 110 4 См/м) жидкости, в том числе дистиллированной и морской воды, растворов кислот, щелочей и солей.

Сигнализатор осуществляет автоматический контроль исправности схемы и обрыва линии связи между сигнализатором и датчиком.

Сигнализатор обеспечивает следующие виды сигнализации:

  • световая сигнализация срабатывания (зона I);

  • световая сигнализация отпускания (зона II);

  • световая сигнализация находящейся между ними промежуточной зоны;

  • электрическая сигнализация срабатывания (зона I);

  • электрическая сигнализация отпускания (зона II).

Сигнализатор также обеспечивает:

  • световую сигнализацию неисправности сигнализатора;

  • световую сигнализацию обрыва линии связи между сигнализатором и датчиком;

  • электрическую сигнализацию неисправности сигнализатора или обрыва линии связи между сигнализатором и датчиком.

Электрическая сигнализация срабатывания, отпускания, неисправности или обрыва линии связи осуществляется переключающими "сухими" контактами.

По влиянию на безопасность сигнализаторы относятся к классам безопасности 2У, 2НУ, 3У, 3НУ и 4 по ОПБ-88/97 (ПН АЭ Г-01-011-97).

Сигнализатор соответствует требованиям "08042462 Приборы и средства автоматизации для атомных станций. Общие технические требования (ОТТ)", сигнализаторы классов безопасности 2У, 2НУ, 3У, 3НУ – дополнительно требованиям "Специальных условий поставки оборудования, приборов, материалов и изделий для объектов атомной энергетики" и предназначены для использования на атомных электростанциях, атомных теплоэлектростанциях и атомных станциях теплоснабжения.

Сигнализатор относится к I категории сейсмостойкости по НП-031-01 (ПН АЭ Г-5-006-87), соответствует группе механического исполнения М6 и устойчив и прочен к сейсмическим нагрузкам 9 баллов по ГОСТ 17516.1-90 (МУ 7.4-01). Высотная отметка установки сигнализатора – до 20 м.

Сигнализатор устойчив к воздействиям от удара падающего самолета и воздушной ударной волны.

Сигнализатор устойчив к воздействию плесневых грибов по ГОСТ 9.048.

Сигнализатор соответствует IV группе по устойчивости к помехам для жесткой электромагнитной обстановки и имеет критерий качества функционирования "А" при испытаниях на помехоустойчивость по ГОСТ Р 50746-2000.

Сигнализатор является пожаробезопасным в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004-91 и НПБ 247.

Степень защиты наружной оболочки сигнализатора – IР44 по ГОСТ 14254-96.

Максимальная длина линии связи между сигнализатором и датчиком - 450 м.

Преобразователь с выходной искробезопасной электрической цепью уровня "ia" имеет маркировку по взрывозащите "[Exia]IIC", соответствует требованиям ГОСТ Р 51330.10-99 и предназначен для установки вне взрывоопасных зон помещений.

Вид климатического исполнения сигнализатора – В3.1 по ГОСТ 15150-69. Сигнализатор устойчив к воздействию температуры окружающего воздуха от плюс 1 до плюс 60°С и относительной влажности воздуха до 98% при температуре плюс 35°С и более низких температурах.

Сигнализатор, предназначенный для поставки на экспорт, устойчив к воздействию коррозионно-активных агентов атмосферы типа IV для закрытых помещений по ГОСТ 15150-69.

В настоящее время завершена подготовка производства для серийного изготовления сигнализаторов уровня на приборном заводе ФГУП ПО "Маяк".

Изготовлена и отправлена заказчику партия датчиков СУЭ-ДАС и сигнализаторов СПС-01 для АЭС "Бушер-1", Иран.

Согласована документация для изготовления и поставки сигнализатора уровня на АЭС "Кудамкулан", Индия.

Аппаратура систем контроля и управления для применения на ядерноопасных объектах. Комплексная безопасность

Попов В.В., Вербицкий В.Ю., Маслова М.В., ОАО «Приборный завод «Тензор»

Сурначев С.И., РНЦ «Курчатовский институт»

Марчуков А.В., ООО «ИФ СНИИП Атом»

Комплексная безопасность атомных станций и хранилищ ядерных отходов сегодня неразрывно связана с системами контроля и управления применяемыми на ядерно-опасных объектах. При этом основными критериями комплексной безопасности остаются повышенная надежность систем контроля, возможность оперативного поиска неисправности, ремонтопригодность, предсказуемая деградация системы при аварийной ситуации на энергоблоке. В соответствии с ОПБ-89/97 эти системы классифицируются по важности для безопасности. К ним предъявляются специальные требования по показателям их надежности. В таких системах рекомендуется и традиционно применяется 100%-ое «горячее» резервирование технических средств. Управляющая часть таких систем – построена, как правило, как многоканальная структура с мажоритарным принципом формирования управляющих сигналов.

Начиная с 1991 года, группа предприятий – Приборный завод «Тензор», РНЦ «КИ» и «СНИИП Атом» приступила к разработке и серийному освоению технических средств для систем данного класса. При разработке аппаратуры были выполнены следующие задачи:

  • Обеспечение высокой надежности, при безусловном выполнении принципа «единичного отказа» – выход из строя одного радиоэлемента модуля аппаратуры должен приводить к потере сигнала не более одного первичного датчика;

  • Эксплуатационные характеристики аппаратуры должны соответствовать требованиям для применения на АЭС в системах важных для безопасности;

  • Поддержание высоких точностных параметров с автоматизированной корректировкой метрологических характеристик в течение всего срока службы аппаратуры (30 лет);

  • Возможность комплексирования систем на базе разработанных технических средств, проектным путем;

  • Стоимость аппаратуры должна соответствовать уровню, сложившемуся на рынке.

В настоящее время на предприятиях ОАО «Приборный завод «Тензор», РНЦ «КИ» и ООО «ИФ СНИИП Атом» накоплен богатый опыт построения и применения современных ПТС, обеспечивающих возможность построения резервированных программно-технических комплексов с ограниченным объемом оборудования и высокой экономической привлекательностью. Основой технических средств, для использования на нижнем уровне систем повышенной надежности и серийно выпускаемых заводом Тензор, является аппаратура АСВРК-03.

Аппаратура АСВРК-03 представляет собой многоканальный программно-технический комплекс стоечного и настенного исполнения, предназначенный для сбора и обработки информации по дублированным и не дублированным индивидуальным измерительным каналам и выдачи управляющих воздействий на внешние элементы управления в системах, важных для безопасности. Аппаратура СВРК-03 представляет открытую архитектуру, реализованную по магистрально-модульному принципу, что позволяет использовать унифицированные конструкторские решения (шкафы измерительные, стойки, каркасы, модули), а также управляющие процессоры, унифицированную системную магистраль, унифицированные интерфейсы магистрали в блоках и унифицированное программное обеспечение в части управления аппаратурой. При конструировании СВРК-03 было решено отказаться от мультиплексирования измерительных каналов аппаратуры. Аппаратура построена с использованием индивидуальных измерительных каналов для сигналов каждого датчика. Измерительные цепи каждого из датчиков гальванически отделены от любых других цепей аппаратуры. Такие решения позволили повысить помехозащищенность и реакцию системы на отдельное событие.

Канал унифицирован с глубиной унификации до сменного узла, который представляет собой усилитель - нормализатор входного сигнала датчика. Надежность этого устройства значительно выше датчика и его линий связи. Канал состоит из двух дублирующих друг друга частей, каждая из которых обеспечивает гальваническое разделение, аналого-цифровое преобразование входных сигналов и организует интерфейс обмена с системной магистралью. Питание каждого полуканала и управляющего процессора осуществляется от индивидуального источника питания. Применение такой структуры в аппаратуре систем контроля позволяет значительно повысить надежность системы в целом, не прибегая к дублированию комплектов технических средств. Надежность такого канала в целом значительно превышает надежность датчика, а отказ одного любого устройства в такой аппаратуре приведет к потере лишь одного сигнала. При этом структура сохраняет максимально возможное быстродействие. Быстродействие аппаратуры определено скоростью опроса при групповом запуске АЦП и фактически приближается к времени интегрирования, заданного в измерительном усилителе. В зависимости от типа датчика и условий применения аппаратуры время опроса сигналов составляет 20-80 мсек. В аппаратуре применены специальные технические решения, позволившие разработать и внедрить в производство высокоточные, прецизионные измерительные каналы класса 0,05. Дублированная структура сохраняется также на уровне измерительных каркасов (крейтов) и приборного шкафа. В каркасе установлены модули ввода/вывода с выходами на две системные магистрали, два управляющих процессора, модуль поддержки диагностических функций. Сигналы каждого информационного каркаса собираются в «свой» процессор верхнего уровня. Сформированные пакеты данных передаются на верхний вычислительный уровень системы по каналу передачи данных типа Ethernet. Питание осуществляется двумя устройствами бесперебойного питания с аккумуляторной поддержкой, от двух внешних фидеров сетевого напряжения 220 В (50 Гц). Любые сменные устройства аппаратуры рассчитаны на замену для их ремонта или обслуживания без вывода аппаратуры из эксплуатации. Все измерительные модули аппаратуры допускают их «горячую» замену (без отключения напряжения питания), для их ремонта или обслуживания. При замене любого модуля предусмотрено автоматическое включение модуля в работу с предварительным тестированием его основных параметров.

В аппаратуре реализован непрерывный автоматический контроль собственных неисправностей с глубиной контроля до сменного модуля, а также функции самодиагностики состояния наиболее важных узлов или их основных параметров с целью выявления аномалий в его работе до возникновения отказа (контроль температуры в измерительных модулях, точные измерения опорных напряжений, напряжения питания и т.д.). Аппаратура контролирует работоспособность датчиков и их линий связи в автоматическом режиме. Формирование управляющих сигналов в предлагаемой структуре реализовано также с участием двух магистралей. Модули вывода выходных дискретных сигналов аппаратуры СВРК-03 построены с использованием индивидуальных релейных каналов, каждый из которых управляется только от одной магистрали. Каждый выходной сигнал модуля формируется по схеме «И» или «ИЛИ».

При решении поставленных задач был применен ряд комплексных инновационных решений. Группа предприятий – «Тензор», РНЦ «КИ» и «СНИИП Атом» успешно осваивает технико-экономическую нишу по производству и поставкам средств высокой надежности.

В настоящее время аппаратура имеет референтность применения на АЭС более 27 реакторных лет и внедрена в следующих проектах: Система контроля турбогенератора на 1 блоке Ростовской АЭС; Система внутриреакторного контроля на семи энергоблоках АЭС в России; Комплекс управления объединенной насосной станцией, система вентиляции и система «Черный ящик» на 1 и 2 блоках ТАЭС в Китае.

Оптический детектор одоранта природного газа для газораспределительных станций в реальном масштабе времени

Киреев С.В., Подоляко Е.М., Шнырев С.Л., МИФИ

В настоящее время в рамках обеспечения промышленной и экологической безопасности функционирования предприятий нефтегазовой отрасли актуальна проблема детектирования меркаптановых соединений в газовых средах в реальном масштабе времени. Это необходимо, прежде всего, на транспортных и распределительных газопроводах, обеспечивающих природным газом как промышленные предприятия, так и жилой сектор. Природный газ, как известно, не уловим человеческим обонянием. Поэтому газ одорируют с целью придания ему характерного запаха. Одорантом природного газа называется интенсивно пахнущее органическое химическое соединение или комбинация химических соединений, добавляемых к природному газу в малой концентрации, способное придать специфический (как правило, неприятный) предупреждающий запах с целью обнаружения утечки газа при концентрациях, меньших его нижнего предела взрываемости. В качестве одорантов в мире используются, в основном, сераорганические меркаптановые соединения, как в виде индивидуальных веществ, так и в виде смесей синтетических или природных меркаптанов, а также ряд сульфидов, тиофан, кротоновый альдегид и их смеси. Для одоризации природного газа в России наиболее широко используется смесь природных меркаптанов (СПМ), основу которой составляет сильно пахнущее ароматическое вещество – этилмеркаптан. СПМ вырабатывается на Оренбургском газоперерабатывающем заводе из природного газоконденсата.

Содержание одоранта в газопроводах должно быть строго фиксированным, поскольку при его пониженных концентрациях заметно снижается безопасность эксплуатации, а избыточная одоризация газа отрицательно сказывается на экологии окружающей среды. Кроме того, проблема переизбытка одоранта особенно важна для химических предприятий, так как при сгорании меркаптанов образуются токсичные окислы. Установленная норма одоризации промышленного природного газа по ГОСТ 5542-87 составляет от 16 до 32 мг/м3 при атмосферном давлении, то есть необходимая минимальная концентрация одоранта составляет 5 ppm.

Одорирование природного газа, подаваемого потребителю, осуществляется либо непосредственно на газораспределительных станциях (ГРС), либо на кустовых одоризационных пунктах. Существует большое количество способов и устройств, используемых для одоризации природного газа. В подавляющем большинстве случаев все существующие одоризаторы представляют собой установки, осуществляющие ввод одоранта в газопровод пропорционально изменяющемуся объемному расходу газа в нем. Одоризаторы подразделяются на два основных типа: одоризаторы, основанные на смешении потока газа с парами одоранта, и одоризаторы, работающие по принципу нагнетания жидкого одоранта. Кроме того, используются капельные одоризаторы. Следует отметить что, несмотря на то, что в настоящее время существуют автоматические одоризаторы, более половины ГРС России оснащены одоризаторами ручного типа.

Одним из недостатков как ручных, так и автоматических используемых одоризаторов является невозможность обеспечения ими строго дозированного расхода одоранта. В частности, непропорциональность одоризации может возникать при больших колебаниях расхода газа, что довольно часто бывает на практике. Кроме того, большинство одоризаторов производят расход одоранта по измерению только одного параметра газа – его расхода. При этом не учитываются температура и точное давление природного газа, что также приводит к неточности дозирования. Вследствие этих причин содержание одоранта в природном газе может заметно отклоняться от установленной нормы.

Другой существенный недостаток современных одоризаторов заключается в том, что при одоризации по объемному расходу газа оказывается невозможным учесть фактор качества одоранта, который в настоящее время является фактически неконтролируемым параметром. Несоблюдение требований при транспортировке и заправке одоранта в одоризаторы приводят к попаданию в одорант примесей (в том числе воды), что приводит к ухудшению качества одоризации газа.

Одним из способов решения перечисленных проблем является разработка метода непрерывного контроля концентрации одоранта в газопроводах на ГРС и в одоризационных пунктах в реальном масштабе времени.

Одними из наиболее перспективных методов, позволяющих проводить измерения в реальном времени, и сочетающими в себе возможность непрерывного контроля с высокой чувствительностью, являются методы оптической спектроскопии, в особенности с применением современных лазерных систем в сочетании с автоматизированными методами обработки результатов измерений.

Анализ имеющихся на сегодняшний день данных показывает, что наилучшая чувствительность детектирования одоранта получена при использовании абсорбционного метода. В настоящее время этот способ уже используется для определения содержания искусственно синтезированных однокомпонентных одорантов (с заранее известным и постоянным составом) в природном газе в ряде стран. Однако способ непригоден для детектирования одоранта, использующегося для одоризации природного газа в России, поскольку он производятся из природного газоконденсата и включает в себя более шести меркаптановых соединений.

Вышесказанное определяет актуальность настоящей работы –разработка новых высокочувствительных оптических методов детектирования меркаптановых одоризационных соединений в газовых и жидких средах в реальном масштабе времени, имеющих большое значение для обеспечения эффективного и экологически безопасного функционирования предприятий нефтегазовой отрасли и потребителей.

Для достижения поставленной цели в настоящей работе проведен комплекс физических исследований процессов поглощения одоранта и сред, в которых необходимо его детектирование, а именно:

– исследованы спектры поглощения одоранта и компонентов природных газовых смесей в широких спектральных диапазонах в газовой фазе, определены значения коэффициентов и сечений поглощения;

– изучено влияние давления газовых сред и спектральных диапазонов измерений на точность детектирования одоранта и компонентов природных газовых смесей;

– на основании проведенных исследований определены оптимальные условия детектирования, обеспечивающие достижение наилучшей точности детектирования одоранта.

Проведение данных исследований позволило получить целый ряд новых результатов, которые были положены в основу разработки оптического детектора одоранта в газовых средах в реальном масштабе времени. Разработанный способ детектирования одоранта защищен патентом [Киреев С.В. и др. Способ детектирования меркаптановой одоризационной смеси природного газа в реальном масштабе времени. Патент РФ №2267114 от 27.12.2005 г., Бюл. №36]. Полученная чувствительность определения концентрации одоранта является лучшей в мире.

Оптический детектор одоранта, будучи включенным в технологический процесс одоризации природного газа на газораспределительных станциях, позволит существенно снизить расход одоранта и повысить безопасность использования природного газа потребителями. Этот результат достигается за счет проведения измерений в реальном масштабе времени, что в настоящее время в отечественной практике не реализуется из-за отсутствия подобных устройств. Предел обнаружения одоранта (не хуже 5 ppm) удовлетворяет требованиям ГОСТа по содержанию одоранта в природном газе.

Разработка и организация серийного производства оптического детектора одоранта природного газа для газораспределительных станций в реальном масштабе времени позволит существенно повысить конкурентоспособность газовой отрасли и безопасность использования природного газа в России и других странах (в первую очередь, в странах ближнего зарубежья), снизить уровень затрат при эксплуатации предприятий газовой промышленности.

Оптический детектор йодсодержащих веществ в жидких средах, образующихся при переработке облученного ядерного топлива, в реальном масштабе времени

Киреев С.В., Симановский И.Г., Шнырев С.Л., МИФИ

В настоящее время одной из наиболее актуальных проблем развития отечественной и мировой атомной энергетики является обеспечение экологически безопасного функционирования предприятий ядерно-топливного цикла (ЯТЦ). Особую значимость приобретает эта проблема для успешной реализации задачи по развитию атомной энергетики в России – к 2030 году довести производство атомной энергии до 25% от общего количества производимой в нашей стране электроэнергии.

В РФ в качестве основного подхода рассматривается замкнутый ядерный топливный цикл, т.е. предусматривается переработка облученного ядерного топлива (ОЯТ), образующегося в процессе работы АЭС. Поскольку именно на этом этапе происходит возникновение наиболее альфа-, бета- и гамма-активных радионуклидов, включая долгоживущие изотопы, возникает необходимость в исследовании и разработке новых высокочувствительных методов и средств контроля как самих радионуклидов, так и кинетики физико-химических процессов переработки ОЯТ. Наличие таких методов и средств позволит существенно повысить безопасность предприятий ЯТЦ и эффективность процесса переработки ОЯТ.

Одним из наиболее радиологически значимым радионуклидом, образующимся при переработке ОЯТ, является глобальный радионуклид йод-129. Являясь химически высокоактивным, йод-129 образует большое количество йодсодержащих форм, к числу которых, прежде всего, относятся различные анионы йода, содержащиеся в жидких технологических растворах, возникающих в процессе переработки ОЯТ. Наличие или отсутствие того или иного йодсодержащего вещества в растворе в первую очередь определяется условиями технологического процесса. Вследствие этого мониторинг йодсодержащих веществ в реальном масштабе времени является важным инструментом для повышения эффективности этого процесса.

Проблеме детектирования йодсодержащих веществ в жидких средах посвящено большое количество исследований. Для этой цели в настоящее время успешно используются различные оптические методы, в том числе основанные на применении лазеров в качестве источников излучения [Киреев С.В., Колядин А.Б., Шнырев С.Л. Способ определения концентрации йодсодержащих веществ, образующихся при переработке отработанного ядерного топлива, и устройство для его осуществления/ Патент РФ №2227286 от 20.04.2004 г. Бюл. №11], поскольку именно эти методы обеспечивают проведение измерений в реальном масштабе времени.

В работе [Киреев С.В., Шнырев С.Л. Оптический абсорбционный метод детектирования йодсодержащих веществ в жидких кислых средах, образующихся при переработке отработанного ядерного топлива/ Оптика и спектроскопия. – 2003. – №4. – С. 504–511] сообщается об использовании оптического абсорбционного метода для детектирования йодсодержащих веществ (в состав которых в той или иной форме входит глобальный радионуклид йод-129), образующихся при переработке ОЯТ. На основании экспериментальных исследований поглощения растворов йодсодержащих веществ, образующихся в жидких технологических процессах переработки ОЯТ – молекулярного йода I2, йодида и йодата – были разработаны методы одновременного определения концентраций этих веществ в реальном масштабе времени. Сущность этих методов заключается в измерении интенсивности излучения, прошедшего через поглощающую среду, на нескольких длинах волн, определяемых положениями линий поглощения перечисленных йодсодержащих веществ, в спектральном диапазоне 350-450 нм. В работе [Киреев С.В., Шнырев С.Л., Симановский И.Г. и др. Экспериментальное определение размеров рассеивающих частиц в жидких средах как способ дальнейшего повышения точности детектирования йодсодержащих веществ образующихся при переработке облученного ядерного топлива/ “Материалы 6-й Международной научной конференции “Экология человека и природа”. – Москва-Плес. – 5-11 июля 2004”. – С. 230–232] были проведены дополнительные экспериментальные и расчетные исследования, направленные на повышение точности этих методов, цель которых заключалась в учете рассеянного излучения нерастворенными компонентами жидких технологических растворов.

Как показали проведенные впоследствии экспериментальные исследования, чувствительность разработанных методов может быть повышена при проведении измерений в более коротковолновом спектральном диапазоне, поскольку в области 200-300 нм йодсодержащие вещества имеют ряд линий поглощения, для которых величины сечений поглощения в несколько раз превышают величины сечений поглощения в области спектра от 300 нм и выше.

В настоящей работе сообщается о проведении исследований поглощения йодсодержащих веществ, образующихся при переработке ОЯТ в жидких средах, и о разработке на основании полученных результатов оптического абсорбционного метода одновременного их детектирования в реальном масштабе времени.

В ходе проведения исследований были экспериментально исследованы спектры поглощения молекулярного йода, йодида и йодата в спектральном диапазоне 200-500 нм. Установлено, что в данной спектральной области эти вещества имеют ряд интенсивных линий поглощения. На основе проведенных исследований были определены величины сечений поглощения йодсодержащих веществ.

Полученные результаты позволили разработать оптический абсорбционный метод одновременного определения концентраций молекулярного йода, йодида и йодата в жидких технологических средах, образую