VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Мирный атом на службе Отечеству
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В XX веке человечество сделало прорыв во многих отраслях науки и техники. Пожалуй, это самый продуктивный век для различных открытий и в астрономии, и в физике, и микробиологии и т.д. Часто XX век называют «атомным». Какие ассоциации возникают при этом у людей? Взрывы в японских городах Хирасима и Нагасаки, авария на Чернобыльской АЭС… Эти события стали очень резонансными в обществе, и, порой, бывает очень трудно переубедить людей в том, что атомная энергетика приносит больше пользы, чем вреда. Просто мы не все знаем.
В данной работе я хочу рассказать об одном уникальном предприятии, которое находится в г. Лыткарино, и на котором энергия атома применяется сугубо в мирных целях.
История развития испытательного центра
В начале 50-х годов прошлого столетия для Советского Союза остро встал вопрос о создании межконтинентальной баллистической ракеты (МБР) Р-7. США, имея вокруг Советского Союза военные базы, сами были недосягаемы для наших ядерных носителей [1].
28 марта 1956 года в целях ускорения создания крылатой атомной ракеты Совет министров СССР своим постановлением обязал Министерство среднего машиностроения организовать выпуск тепловыделяющих керамических элементов на основе окиси бериллия для реактора и построить в пос. Тураево Московской области испытательный стенд Ц-14 для модельного керамического реактора. Эта дата – 28 марта 1956 года – является началом образования научно-исследовательского института приборов (ФГУП «НИИП»). Генеральным конструктором объекта «КАР» – крылатые атомные ракеты – являлся Архип Михайлович Люлька (ОКБ-165 ГК по авиационной технике), научным руководителем – А.П. Александров (Институт атомной энергии) [1].
8 ноября 1960 г. предприятие получило наименование ИЛВАР – Испытательная лаборатория высокотемпературных атомных реакторов.
Как показал дальнейший ход истории, ракета семейства Р-7 открыла человечеству путь в космос. Вынос ракеты осуществлялся с помощью жидкостного реактивного двигателя. А перед ИЛВАР была поставлена новая задача: проведение испытания бортовых ядерных энергетических установок БЭС-5, ТЭУ-5 и ЭУНП. Научным руководителем был назначен Александр Ильич Лейпунский. Ядерные реакторы на космических аппаратах применяются в случае, если необходимое количество энергии невозможно получить другими способами, например, с помощью солнечных батарей. Энергетическая установка БЭС-5 «Бук» была использована на спутнике радиолокационной разведки УС-А (рис. 1). Максимальный ресурс работы на орбите – 124 дня [2].
Рис. 1.
В 1966 г. ИЛВАР было присвоено наименование Лаборатория измерительных приборов (ЛИП).
Позднее на базе ЛИП был создан Межведомственный центр радиационных испытаний (МЦРИ), основными задачами которого стали экспериментальное исследование и отработка ядерно-энергетических установок, проведение исследований по разработке и эффективности защит для авиационных и космических аппаратов, исследование свойств поглощающих и защитных материалов.
В 1967 г. МЦРИ утвержден головной научно-исследовательской организацией страны по проблеме радиационной стойкости. Основным профилем института становится проведение исследований и испытаний элементов электронной техники и радиоэлектронной аппаратуры на радиационную стойкость.
В период с 1966 по 1974 годы на испытательных стендах МЦРИ были проведены натурные наземные испытания БЭС-5, отработан вывод станции до номинальных параметров от бортовой системы автоматического управления [2].
Ядерная энергетическая установка ТЭУ-5 («Топаз-1») впервые была выведена на орбиту 2 февраля 1987 года в составе экспериментального космического аппарата «Плазма-А». Наземные испытания были начаты в 1970 году. Ресурс работы ТЭУ-5 составлял уже 11 мес.
После реконструкции стенда «Ц-14Э» были начаты стендовые испытания энергетических установок второго поколения «Енисей» с термоэмиссионным способом преобразования энергии деления в электрическую для питания бортовых потребителей приборного отсека. В 1981-1984 гг. были испытаны два изделия при величине вакуума в вакуумной камере близкой к космической. В 1992 году США приобрели в России за 13 млн долларов две установки «Енисей». «Енисей» предназначался для работы в составе спутника телевизионного вещания, но этот проект был закрыт в 1996 году из-за нехватки финансирования.
В период 1965-1975 гг. НИИП проводил эксплуатацию на наземном стенде и в воздухе на самолете (рис. 2) двух специально разработанных водо-водяных реакторных установок ВВРЛ-02, ВВРЛ-03 на тепловых нейтронах мощностью 100 кВт. На наземном стенде проводились работы по исследованию на радиационную стойкость элементов радиоэлектронной аппаратуры, изделий военной техники и биологических объектов [3]. Этим было положено начало работ по проблеме радиационной стойкости.
Рис. 2
В 1967 г. МЦРИ утвержден головной научно-исследовательской организацией страны по проблеме радиационной стойкости. Основным профилем института становится проведение исследований и испытаний элементов электронной техники и радиоэлектронной аппаратуры на радиационную стойкость.
В 1972 г. Лаборатория измерительных приборов была переименована в Научно-исследовательский институт приборов (НИИП). Директором НИИП в 1973г. был назначен доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ, ветеран ядерно-оружейного комплекса России Рогов Владимир Иванович. Под его руководством в 70-80-х гг. прошлого века в институте были проведены ряд структурных преобразований, молодые и наиболее квалифицированные специалисты института были назначены руководителями отделов и лабораторий, которые и стали определять развитие современных перспективных направлений. Получили дальнейшее развитие аспирантура, научно-технические конференции, семинары [3].
26 октября 2011 года возле дома № 5/1 по улице Спортивной состоялась церемония открытия мемориальной доски в память о Владимире Ивановиче Рогове. В течение тридцати лет – с 1973 по 2003 год – он работал директором НИИП. Вклад Владимира Иванович в становление и развитие НИИ приборов как центра радиационных испытаний является определяющим и основным.
В 2001 г. НИИП получил статус ФГУП «НИИП» – Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский институт приборов». В 2003 г. директором ФГУП «НИИП» был назначен кандидат технических наук Членов Александр Михайлович.
Основные направления деятельности
На протяжении многих лет основным профилем института является проведение исследований и испытаний элементов электронной техники и радиоэлектронной аппаратуры на радиационную стойкость. Признанием научно-технических достижений НИИ приборов явилось создание на его базе головной организации страны по вопросам радиационной стойкости элементной базы радиоэлектронных приборов.
В настоящее время НИИ приборов осуществляет свою деятельность по следующим основным направлениям:
Проведение научно-исследовательских работ в области радиационной стойкости изделий электронной техники и радиоэлектронной аппаратуры.
Проведение испытаний по определению радиационной стойкости, надежности и критериев применимости изделий, использующихся для работы в условиях эксплуатации атомных энергетических и моделирующих радиационных установок, полях космического пространства.
Разработка методических основ радиационных исследований, разработка физико-математических моделей для прогнозирования радиационных изменений параметров изделий.
Разработка, создание и аттестация методик измерения характеристик полей ионизирующих излучений ядерно-энергетических, изотопных и электрофизических установок.
Разработка и изготовление экспериментальных моделирующих установок.
Проведение экспертизы проектов объектов использования атомной энергии, радиационных установок, источников ионизирующих излучений и аппаратуры космического назначения.
Проведение сертификации и сертификационных испытаний изделий, предназначенных для использования в условиях воздействия ионизирующих излучений, механических (в том числе ударных), тепловых и климатических нагрузок.
Эксплуатация объектов (изделий), использующих ядерную энергию, ядерные материалы, радиоактивные вещества, в том числе исследовательских реакторов, ускорителей заряженных частиц, рентгеновских аппаратов, хранилищ ядерных материалов и радиоактивных веществ и другого оборудования экспериментальной базы.
Диагностика и управление ресурсными характеристиками кабелей и электротехнического оборудования атомных станций и ядерных установок.
Производство монокристаллического кремния методом бестигельной зонной плавки.
Радиационная стерилизация медицинских изделий и продуктов питания.
АО «НИИП» оснащено уникальным специализированным испытательным оборудованием, в состав которого входят исследовательские ядерные реакторы, ускорители электронов, установки на основе изотопных источников ионизирующего излучения, стенды механических и климатических испытаний. На рисунке 3 показан импульсный твердотопливный ядерный реактор на быстрых нейтронах БАРС-4 [3].
Рис. 3.
На рисунке 4 показан линейный ускоритель УИН – 10.
Рис. 4
Инновационные проекты
В последние годы в институте успешно развивается ряд инновационных направлений, имеющих актуальное значение для современной России.
Диагностика и управление ресурсными характеристиками кабелей
Выполняемые в институте научно-исследовательские работы базируются на разработанных в институте методиках проведения радиационных и надежностных испытаний изделий электронной техники и электротехники, а также на методиках прогнозирования работоспособности элементов и блоков радиоэлектронной аппаратуры при различных интенсивностях и длительностях радиационных нагрузок.
НИИ приборов проведены работы по диагностике состояния и разработаны мероприятия по управлению ресурсными характеристиками кабелей и электрооборудования на блоках Нововоронежской, Кольской, Ленинградской, Билибинской, Балаковской, Белоярской, Смоленской, Курской атомных станций.
Сегодня опыт технического диагностирования кабелей на атомных станциях востребован на предприятиях других отраслей и кораблях военно-морского флота. Оценка нашими специалистами фактического состояния и прогнозирование срока службы кабелей на военных судах позволили оптимизировать затраты на проведение модернизации их систем. За последнее время такие работы выполнялись неоднократно, в том числе, на таких кораблях как ракетный крейсер «Маршал Устинов» (рис. 5) и большой десантный корабль «Оленегорский горняк» (рис. 6) [3].
Рис. 5.
Рис. 6
Производство монокристаллического кремния
В 1998 году в ФГУП «НИИП» создано производство монокристаллического кремния методом бестигельной зонной плавки с диаметром слитка до 110 мм с повышенной степенью структурного совершенства. Монокристаллический кремний, изготавливаемый на предприятии, не уступает по качеству материалу, производимому ведущими зарубежными фирмами. В настоящее время ФГУП «НИИП» является единственным предприятием в России и странах СНГ, производящим такой материал.
Производственные мощности цеха представлены следующими установками: TFZ-1435, FZ-1502, а также установкой FZ-30 (рис. 7) для выращивания монокремния большого диаметра (до 150 мм) (рис. 8). Использование данного оборудования позволяет производить ежемесячно от 230 до 400 кг кремния диаметром 44-100 мм.
Рис. 7 Рис. 8
Для дальнейшего развития производства в НИИ приборов планируются работы по реконструкции исследовательского бассейнового ядерного реактора ИРВ-2М для проведения нейтронного легирования монокристаллического кремния. Запуск реактора ИРВ-2М позволит не только создать замкнутый цикл производства кремния нужной марки, но и выйти на международный уровень. Так, например, китайские компании заявляют о готовности легировать на территории РФ до 30 тонн кремния диаметром 40-200 мм в год. На рисунке 9 представлены каналы в реакторе для легирования монокристаллов кремния диаметром 200 мм.
Рис. 9
Радиационная стерилизация
Другим успешным инновационным направлением деятельности АО «НИИП» является радиационная стерилизация изделий и материалов [4].
На гамма-установке ГУ-200 проводятся работы по облучению изделий и препаратов для промышленности, медицины, косметики, а также обработка компонентов продуктов питания; радиационная полимеризация эндопротезов из силиконового каучука; радиационная стерилизация медицинских изделий (шприцы, препараты); радиационная деконтаминация медицинских изделий (шприцев с гелем) и компонентов продуктов питания (пряностей); облучения технической продукции; исследовательская работа с препаратами медицинского назначения по заказам научных организаций.
На базе линейного ускорителя электронов «Электроника У-003» (рис. 10) с энергией электронов 8 МэВ создан участок радиационной стерилизации медицинских материалов и изделий одноразового применения, востребованность которого чрезвычайно велика. Участок оснащен транспортером для непрерывной подачи изделий в зону облучения, устройством сканирования пучка по всей поверхности коробок с изделиями. Производительность участка – 400 т изделий в год.
Рис. 10
Методы радиационно-технологической обработки материалов и изделий с применением облучения быстрыми электронами находит все более широкое применение. Прежде всего, это стерилизация изделий медицинской техники, модификация цветовой гаммы минералов для последующего их коммерческого использования ювелирной промышленности, упрочнение режущих элементов различных инструментов, производство термоусаживающихся полимеров и так далее. Спрос на продукцию, прошедшую радиационно-технологическую обработку постоянно растет.
В последние 10-15 лет наблюдается повышение спроса на стерильные изделия медицинского назначения однократного применения. В настоящее время продукцию медицинского назначения, стерилизуемую радиационным методом, выпускает более 100 организаций, ассортимент превышает 250 наименований, общий объем производства – более 300 миллионов изделий в год.
Повышенный спрос вызвало энергичное развитие российского производства и возникновение целого ряда компаний, производящих подобную продукцию. Существующих производственных мощностей по радиационной обработке в стране катастрофически не хватает, прежде всего, в силу специфики используемого оборудования (ускорители электронов загружены испытаниями изделий военного назначения, для их размещения требуются специальные помещения, удовлетворяющие требованиям по биологической защите, и другое) и его крайне высокого износа.
Продукция, проходящая радиационную стерилизацию на ускорителе ФГУП «НИИП», включает в себя:
устройства однократного применения для переливания крови и кровозаменителей различного типа;
устройства для удаления лейкоцитов из донорской и консервированной крови;
кюветы для ультрафиолетового облучения крови;
контейнеры для биопроб;
бинты и хирургические салфетки различных типоразмеров;
салфетки с лекарственными препаратами, предназначенные для лечения ран, ожогов и других травм;
коллагеновые препараты (гели и мембраны), предназначенные для лечения кожных покровов и костной ткани.
Стерилизация изделий и материалов (рис. 11) производится в соответствии со «Свидетельством об аттестации радиационно-технологической установки по поглощенной дозе в продукции», выдаваемом ФГУП «ВНИИФТРИ» на каждый вид продукции, представляемой предприятием-изготовителем на стерилизацию на основе разработанных технических регламентов.
Рис. 11
Дозиметрическое сопровождение процесса стерилизации производится в соответствии с «Методикой выполнения измерений при радиационном контроле процесса радиационной стерилизации на установке с ускорителем электронов «Электроника У-003», согласованной ФГУП «ВНИИФТРИ» [3].
В настоящее время в институте завершаются работы по проекту развития радиационно-технологического комплекса. Целью проекта является дооснащение действующего производства ускорительной техникой нового поколения, что в несколько раз повысит производительность комплекса и существенно расширит номенклатуру обрабатываемых материалов и изделий.
Заключение
Таким образом, атом вполне может быть «мирным» и служить гражданскому населению. Чтобы не повторилась Чернобыльская катастрофа, необходимо обладать огромным багажом знаний о области физики. Надо чтобы в атомной промышленности работали специалисты высочайшего класса, и тогда атом для нас будет только «мирным».
Список источников
Журнал Атомный проект №23 г.2016 стр. 60-63.
Сайт https://ru.wikipedia.org
Сайт http://niipriborov.ru
Каталог Ядерная медицина.Радиационные технологии. Стр. 208-209.