Версия для печати
Вернуться к списку

К столетию со дня рождения ветерана Великой Отечественной войны, члена Совета ветеранов Академии наук СССР и Совета ветеранов Российской академии наук, вице-адмирала, академика Ашота Аракеловича Саркисова: особенности проектирования энергетических установок – от ядерных реакторов до токамаков

В январе 2024 года исполняется сто лет со дня рождения всемирно-известного советского и российского учёного и военного деятеля, участника и ветерана Великой Отечественной войны (22.06.1941-09.05.1945), вице-адмирала (1978), академика Российской академии наук (РАН), члена Совета ветеранов Академии наук (АН) СССР (до 1991 года) и РАН (с 1991 года), лауреата премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники (2013) Ашота Аракеловича Саркисова (30.01.1924-17.10.2022). Руководитель научной школы и организатор науки, А.А.Саркисов принимал участие в ряде приоритетных и наиважнейших советских оборонных проектов, включая создание и эксплуатацию атомных подводных лодок (АПЛ), неустанно уделяя внимание проектированию энергетических установок, инновациям в научно-образовательной и промышленно-технологической сферах.

Ашот Аракелович Саркисов родился в Ташкенте в семье служащих – Аракела Ованесовича и Евгении Богдановны Саркисовых. После окончания средней общеобразовательной школы в 1941 году поступил в Высшее военно-морское инженерное училище (ВВМИУ) имени Ф.Э.Дзержинского. После начала Великой Отечественной войны А.А.Саркисов прошёл ускоренные двухмесячные курсы общевойсковой подготовки и был отправлен на Карельский фронт, где воевал и принимал участие в освобождении от фашистских войск городов советского Заполярья и Норвегии. В звании старшего лейтенанта Ашот Аракелович был отозван в марте 1945 года с фронта и зачислен слушателем ВВМИУ имени Ф.Э.Дзержинского, которое с отличием окончил в 1950 году в звании капитан-лейтенанта. В период обучения в ВВМИУ имени Ф.Э.Дзержинского в 1949 году А.А.Саркисов принял участие во Всесоюзном конкурсе научных работ слушателей высших военных учебных заведений (ВВУЗ), где получил первую премию. После окончания ВВМИУ имени Ф.Э.Дзержинского Ашот Аракелович экстерном закончил обучение в 1951 году на механико-математическом факультете Ленинградского государственного университета (ЛГУ), при этом с 1950 года по 1954 год он проходил военную службу в должности флагманского инженера-механика бригады торпедных катеров на кораблях Балтийского флота! А.А.Саркисов поступил в 1954 году в адъюнктуру ВВМИУ имени Ф.Э.Дзержинского и вскоре успешно защитил диссертацию на соискание учёной степени кандидата технических наук. После получения звания капитана второго ранга Ашот Аракелович был назначен преподавателем в Севастопольском высшем военно-морском инженерном училище (СВВМИУ), где прослужил 27 лет, читая слушателям СВВМИУ лекции по курсу «Корабельные ядерные энергетические установки» (КЯЭУ). А.А.Саркисов принимал активное участие в работах по проектированию ядерных энергетических установок, неоднократно обсуждая вопросы их создания с будущим Президентом АН СССР (1975-1986) академиком АН СССР Анатолием Петровичем Александровым и рядом других всемирно-известных ученых. Уже в 1959 году Ашот Аракелович был назначен начальником первой в системе ВВУЗ кафедры ядерных реакторов и парогенераторов подводных лодок, в ноябре 1971 года (защитив диссертацию на соискание ученой степени доктора технических наук в 1968 году, получив ученое звание профессора в 1969 году и звание контр-адмирала в 1971 году) – начальником училища, считавшегося основной базой подготовки инженеров для советских атомных подводных лодок (АПЛ), в 1983 году в звании вице-адмирала (1978) и члена-корреспондента АН СССР по специальности «энергетика», в т.ч., «ядерная энергетика» (1981) – заместителем начальника по научной работе Военно-морской академии (ВМА) имени А.А.Гречко (Ленинград), и, наконец, в 1985 году – председателем Научно-технического комитета Военно-Морского флота. Выйдя в отставку в 1989 году, доктор технических наук, профессор и член-корреспондент АН СССР А.А.Саркисов сфокусировал своё внимание на научной работе, и в 1994 году был избран академиком РАН по специальности «энергетика». Основные разработки академика РАН Ашота Аракеловича Саркисова относятся к вопросам повышения надёжности и безопасности корабельной ядерной энергетики: им создано свыше 200 научных трудов, включая 6 монографий и 17 изобретений. Более того, А.А.Саркисов являлся автором ряда инновационных разработок по аварийным и нестационарным режимам работы КЯЭУ, а также председателем Экспертного совета Высшей аттестационной комиссии (ВАК) СССР (с 1985 года по 1991 год) и ВАК Российской Федерации (с 1992 года по 2022 год) по проблематике кораблестроения и вопросам развития флота. Ашот Аракелович Саркисов принимал активное участие в организации и проведении международных научных конференций по проблемам радиационной безопасности в 1955, 1957 и 2004 годах, выполняя функции сопредседателя со стороны СССР (1955 и 1957 годы) и Российской Федерации (2004 год), и возглавляя руководство научным исследованием «Разработка стратегического мастер-плана утилизации выведенного из эксплуатации российского атомного флота и реабилитация радиационно-опасных объектов его инфраструктуры на Северо-западе Российской Федерации», проведенного по заказу Европейского банка реконструкции и развития в 2004 году. Академик РАН А.А.Саркисов был членом Бюро Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления (ОЭММПУ) РАН, много лет проработав в Институте безопасного развития атомной энергетики (ИБРАЭ) РАН.

Участник и ветеран Великой Отечественной войны, член Совета ветеранов АН СССР и Совета ветеранов РАН, академик РАН Ашот Аракелович Саркисов награждён орденом Отечественной войны II степени (1944), тремя орденами Красной звезды (1944, 1956, 1982), медалью «За Победу над Германией» (1945), медалью «30 лет Советской армии и Военно-морскому флоту» (1948), медалью «За боевые заслуги» (1953), медалью «40 лет Вооруженным силам СССР» (1957), медалью «За безупречную службу» I степени (1962), медалью «20 лет Победы в Великой Отечественной войне 1941-1945 годов (1965), медалью «50 лет Вооружённым силам СССР» (1967), медаль «За воинскую доблесть и в ознаменование 100-летия со дня рождения В.И.Ленина» (1970), орденом «За службу Родине в Вооружённых силах СССР» III степени (1975), орденом «Знак Почёта» (1975), медалью «30 лет Победы в Великой Отечественной войне 1941-1945 годов» (1975), медалью «60 лет Вооружённым силам СССР» (1978), медалью «Ветеран Вооружённых Сил СССР» (1984), орденом Отечественной войны I степени (1985), медалью «40 лет Победы в Великой Отечественной войне 1941-1945 годов» (1985), орденом Почёта (1999), орденом «За заслуги перед Отечеством» IV степени (2004), золотой медалью имени Анатолия Петровича Александрова (2007), орденом «За заслуги перед Отечеством» III степени (2010), орденом «За заслуги перед Отечеством» II степени (12.10.2020) «за большие заслуги в научной деятельности и многолетнюю добросовестную работу» и рядом других орденов и медалей. А.А.Саркисов – лауреат премии Правительства Российской Федерации 2013 года в области науки и техники (за разработку научно-технических основ и информационно-аналитическое обеспечение ликвидации ядерного наследия на Северо-западе России: академик А.А.Саркисов – руководитель работы) и Международной энергетической премии «Глобальная энергия» (2014).

Научное наследие Ашота Аракеловича Саркисова связано с обеспечением надёжности и безопасности КЯЭУ на различных этапах их жизненного цикла (ЖЦ) и с решением проблем радиоэкологической безопасности (РЭБ), в т.ч., стратегически важного арктического региона. Разработки академика А.А.Саркисова обеспечили создание ряда новых научных направлений, например, бесшумных энергетических источников – термоэлектрических генераторов, встроенных в активную зону ядерного реактора. Существуют другие решения по проектированию энергетических установок (ПЭУ), в частности, связанные с перспективами применения сферического токамака с использованием сверхпроводящей магнитной системы (СПМС), в которых особое внимание уделяется также свойствам материалов. Например, ряд металлов характеризуется низкими значениями критического поля, что делает их неприемлемыми для промышленного использования при производстве мощных магнитов для ПЭУ. Три интерметаллических соединения (Nb-Ti, Nb3Sn, V3Ga) давно получили промышленное применение – ещё в 80-х годах прошлого столетия. Два последних интерметаллических соединения Nb3Sn и V3Ga относятся к классу с кристаллической структурой А-15, имеют хорошие критические параметры, но являются чрезвычайно хрупкими. Впоследствии V3Ga потерял промышленную значимость (в сравнении с Nb3Sn). Имеется ряд других соединений А-15 с высокими значения Bc2 и Jc, обеспечивающими перспективность их использования. Но основным препятствием для ПЭУ является отсутствие технологии получения многожильного провода.

Рассмотрим более подробно материалы, используемые для промышленного изготовления проводов для ПЭУ: из низкотемпературных сверхпроводников рассмотрим свойства NbTi – сверхпроводника, который наиболее широко используются при создании сверхпроводящих магнитов для термоядерных исследований. Сплавы NbTi образуют непрерывный ряд твердых растворов, величина верхнего критического поля имеет максимум при концентрации Ti примерно 60 ат.%. В этом случае, как правило, для ПЭУ применяются сплавы с концентрацией титана от 45 до 56 ат.%. Концентрация титана может различаться у различных производителей. Плотность критического тока во многом определяется технологией производства сверхпроводника, о чем свидетельствует зависимости критической плотности тока от величины магнитной индукции при разных способах термомеханической обработки. Провода из NbTi производятся рядом зарубежных компаний «Supercon», «Brucker», «Luvata», «Furukawa Electric». Технология производства таких проводов хорошо отработана; подробное описание приведено в российской и зарубежной научной литературе. Высокотемпературные сверхпроводящие материалы открыты были ещё в 1986 году, когда советскими учёными и их иностранными коллегами были установлены их уникальные сверхпроводящие свойства YBCO при температуре 93 К: например, известно, что для некоторых соединений сверхпроводимость сохраняется в магнитных полях (МП), индукция которых практически достигает 200 Тл, и при температурах, превышающих 100 К. Такие свойства материалов дают возможности для их применения в более широком температурном диапазоне: не только при температуре жидкого гелия (4,2 К), но и при существенно более высокой температуре – например, температуре жидкого азота (77 К).

В настоящее время отраслевое промышленное применение нашли высокотемпературные сверхпроводники на основе соединений семейства REBa2Cu3O7-δ (REBCO; RE – редкоземельный элемент, например, Иттрий (Y), Диспрозий (Dy) или Гадолиний (Gd)). В частности, ленты на основе YBCO производятся компаниями «American Superconductor Corp.», «SuperPower»; на основе GdBaCuO – компанией «THEVA» и российским производителем «Суперокс». Рассмотрим некоторые особенности ВТСП на примере производства компании «THEVA». При производстве лент использует метод электронно-лучевой эпитаксии. При этом подложка располагается под углом к источнику, что приводит к наклону кристаллографической оси, а также выраженной двухосной структуре. Кристаллографическая ось сверхпроводящей пленки также имеет наклон 30 градусов к нормали к подложке, вследствие чего наблюдается анизотропия свойств, в частности, наличие зависимости критических параметров от направления МП. Критические параметры лент на основе GdBaCuO известны: в зависимости от величины МП сверхпроводники из YBCO характеризуются значениями критической плотности тока. Важно отметить ключевую зависимость критического тока от направления МП.

Одним из инновационных применений ВТСП лент является создание сверхпроводящих проводов с геликоидальной обмоткой сверхпроводящей ленты вокруг тонкого формера. Такая технология производства ВТСП провода получила название «Conductor on Round Core» («CORC»). Используются ленты на тонкой подложке 30 мкм. Сверхпроводящие провода, сделанные по этой технологии, обеспечивают высокие рабочие токи: например, производители заявляют о критической плотности тока 309 А/мм2 при T, равной 4,2К и B – 20 Тл. Такие провода разрабатываются для различных применений в магнитах, в том числе при создании установок для ускорителей частиц, а также для управляемого термоядерного синтеза (УТС). Зарубежным коллегам известно об успехах ученых ряда российских научных институтов в разработке технологий УТС, одним из признанных мировых лидеров является Национальный исследовательский центр (НИЦ) «Курчатовский институт»: президентом НИЦ является всемирно-известный учёный, доктор физико-математических наук, профессор, член-корреспондент РАН, полный кавалер ордена «За заслуги перед Отечеством» Михаил Валентинович Ковальчук, почётным президентом НИЦ (с 2015 года) – всемирно-известный ученый-физик, доктор физико-математических наук (1964), профессор, вице-президент АН СССР (1978-1991) и РАН (1991-1996) академик АН СССР (1974) и РАН (1991), Герой Социалистического Труда (1985) и Герой Труда Российской Федерации (2020), Лауреат Ленинской премии (1984), Государственной премии СССР (1977) и Государственной премии Российской Федерации (2002), полный кавалер ордена «За заслуги перед Отечеством», директор Курчатовского института (1989-1992) и его президент (1992-2015), секретарь Общественной палаты Российской Федерации (2005-2014), председатель (2010-2012) Совета «International Thermonuclear Experimental Reactor» (ITER) Евгений Павлович Велихов.

Отметим, что в НИЦ «Курчатовский институт» были изготовлены образцы геликоидального ВТСП проводника, успешно протестированные в ряде лабораторий: ВТСП могут сыграть важную роль в будущих исследованиях термоядерного синтеза в токамаках. Уже существуют первые интересные результаты использования ВТСП в магните токамака, например, по замене медных катушек полоидального поля малого токамака «GOLEM» на катушки с 6 витками ленты ВТСП (Re) BCO II-рода. Были установлены два криостата с жидким азотом (LN) для охлаждения ленты ВТСП до температуры ниже критической, при которой она становится сверхпроводящей. Хотя известно, что критический ток в ВТСП сильно зависит от МП, для условий «GOLEM», где МП в положении катушки не превышают 0,5 Тл, наблюдался незначительный эффект при перпендикулярном поле до 0,5 Тл, а сверхпроводимость была достигнута при температуре порядка 90,5 градусов К. Затем плазменные импульсы запускались обычным способом, и токамак работал точно так, как ожидалось. Существовали опасения, что импульсы плазмы и импульсные магнитные поля могут вызвать «гашение» ВТСП, то есть внезапный и потенциально разрушительный переход от сверхпроводника к обычному проводнику. Однако многие плазменные импульсы были получены без каких-либо «гашений». Кроме того, были проведены эксперименты без плазмы для изучения свойств ВТСП в среде токамака, например, критического тока и его зависимости от магнитных и электрических полей, генерируемых в токамаке как при постоянном, так и при переменном токе, максимальной скорости нарастания тока, производительности ленты ВТСП после ряда искусственно вызванных тушений и т.д. Во время стендовых испытаний при постоянном токе до 250 А «гашения» не наблюдалось. ВТСП поддерживался на полном токе в течение десятков минут без каких-либо наблюдаемых изменений удельного сопротивления. В тестах переменного тока были достигнуты его значения до 1 кА через ленту (6 кА-витков через катушку) без последующего ухудшения характеристик ВТСП, и была достигнута скорость нарастания тока в ВТСП порядка 0,6 МА/с. В типичных импульсах плазмы такой высокий уровень тока в катушках равновесного возбуждения не требуется, и плазменные операции выполняются с умеренными IВТСП ~ 50-100А токами в ленте. Вероятно, этим объясняется отсутствие «гашения» во время плазменных импульсов, поскольку ток был намного ниже критического значения. Однако в некоторых случаях происходили сбои в работе плазмы с соответствующими индуцированными электрическими полями, и они также не вызывали «гашения». В будущих экспериментах планируется увеличить как ток плазмы, так и длительность импульса. Значительный опыт был накоплен при проектировании и изготовлении криостата, змеевиков, изоляции, питающих устройств и криосистем. В настоящее время токамак «GOLEM» регулярно эксплуатируется с катушками ВТСП, и в фирме «Tokamak Solutions» в Научном центре Калхэма (Великобритания) началось строительство токамака с ВТСП с небольшим аспектным числом.

Выводы и рекомендации:

Научная школа всемирно-известного советского и российского учёного и военного деятеля, академика РАН, вице-адмирала, лауреата премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники, участника и ветерана Великой Отечественной войны, члена Совета ветеранов АН СССР и РАН Ашота Аракеловича Саркисова продолжает успешное развитие на благо отечественной и всей мировой науки в ИБРАЭ РАН, ОЭММПУ РАН и множестве других организаций. Благодарные ученики и многие последователи наследия Великого Учёного развивают наилучшие традиции организации и управления Наукой, подтверждая приверженность Её Высоким моральным принципам. Целесообразно в год столетия всемирно-известного советского и российского учёного и военного деятеля академика А.А.Саркисова принять решения: о ежегодном проведении «Академических Саркисовских чтений» на базе ИБРАЭ РАН и с участием ВВМИУ, ОГУ, СВВМИУ, ВМА и ряда других организаций, начиная в 2024 года, и присвоении ИБРАЭ РАН имени А.А.Саркисова.

В рамках программы импортозамещения для ПЭУ необходимо организовать выпуск на мощностях отечественных предприятий изделий ряда номенклатурных групп, в частности, проводов из NbTi (которые производятся рядом иностранных компаний, в т.ч., «Supercon», «Brucker», «Luvata», «Furukawa Electric») и лент на основе YBCO (производятся компаниями «American Superconductor Corp.» (США) и «SuperPower»). Целесообразна разработка специальной Импортозамещающей программы в тесном сотрудничестве ведущих энергетических холдингов с Министерством промышленности и торговли Российской Федерации (руководитель Министерства – Заместитель Председателя Правительства Российской Федерации Денис Валентинович Мантуров). Программа может включать в себя ряд инвестиционных проектов, предусматривающих ПЭУ, организацию производства оборудования для УТС с СПМС, создание приборов и оборудования для замеров МП, контроля РЭБ и разработку специального программного обеспечения для мониторинга ЖЦ КЯЭУ.