Как в России создают материалы для атомной энергетики

Первый проректор НИТУ «МИСиС» Салихов — об атомной энергетике, новых материалах и безлюдном горном производстве

Развитие атомной энергетики предполагает переход на материалы с принципиально новыми свойствами, рассказал «Газете.Ru» первый проректор НИТУ «МИСиС» Сергей Салихов. Чтобы их получить, нужно создать новые технологии производства, например, управление затвердеванием материала. Подробнее о разработке ученых университета, ожидаемых результатах от ее применения, перспективных энергетических системах, безлюдных технологиях, а также сильной нехватке инженеров — в материале «Газеты.Ru».

— Ваш вуз известен благодаря научным разработкам в областях материаловедения, металлургии и горного дела. В частности, вы занимаетесь разработкой безлюдных технологий. Какие проекты у вас есть сейчас этом направлении?

— Это роботизация процесса горного производства. Выполнение рутинных, вредных и опасных видов работ ложится на плечи машин, без непосредственного участия человека в производстве не предполагается. В этом направлении у нас есть интересный проект — наши студенты в рамках реализации конкурса «Студенческий стартап» создали робота «Марка» для компании «Норильский никель».

«Марк» — это роботизированная платформа размером 120х120х80 см, которая обладает высокой проходимостью и адаптирована для использования в подземных выработках. Каждое колесо платформы имеет свой собственный двигатель и вертикальную ось вращения для поворота, а также систему изменения клиренса.

Для проведения маркшейдерских съемок (комплекс измерений и вычислений для оценки пространственной ориентации горных выработок) на платформе спроектировано крепление для высокотехнологичного датчика-лидара, который предназначен для сканирования пространства выработок и создания их трехмерных моделей. Платформа перемещается со скоростью 4 км/ч, изменяет клиренс от 20 см до 45 см. В данный момент работа идет над созданием IT-решения для управления данной роботизированной платформой, в том числе разрабатываются прошивки на главный контроллер.

— Расскажите, пожалуйста, о проектах университета, касающихся атомной энергетики?

— Развитие атомной энергетики предполагает переход на новые виды теплоносителя, увеличение рабочей температуры и давления и, что принципиально важно, повышение ресурса до 80 и более лет.

Все это требует применения материалов с принципиально новыми свойствами, создание которых за счет классического экстенсивного подхода не рационально и не обеспечивает качественный переход на новый уровень свойств.

— Как тогда вы будете создавать эти новые материалы?

— Основной комплекс свойств материалов формируется в первую очередь при затвердевании, так что проблема может быть решена за счет воздействия на рост твердой фазы, что не только обеспечит требуемый уровень качества материала, но и позволит получать материалы с градиентом свойств, в том числе в внутренним армированием. Управляемый термоядерный синтез требует развития высокоточных технологий, включая прецизионную механичную обработку, высокоточное литье и аддитивное производство.

Следует отметить, что реализация проекта по управлению затвердеванием уже дает практические результаты при аддитивном процессе (аддитивные технологии — это метод создания трехмерных объектов, деталей или вещей путем послойного добавления материала), когда внешнее воздействие приводит к контролируемому изменению кинетики фазового перехода и, как следствие, к прогнозируемой (задаваемой технологом) первичной кристаллической структуре.

— Какие практические результаты использования этого метода вы ожидаете?

— В первую очередь такой подход позволит сократить время разработки перспективных изделий в 10 раз и повысить коэффициент использования материалов до 90%.

В области материалов для ядерной энергетики это даст возможность снизить стоимость металлоизделий, изготавливаемых традиционными способами, на 10-15%, а при аддитивном производстве позволит перейти к печати изделий «с первого раза», сократит сроки разработки до 75% и снизит издержки мелкосерийного производства до 90%.

Внедрение цифрового управления машиностроительным и металлургическим производствами уже сейчас может дать экономический эффект при изготовлении заготовок для корпуса реактора за счет повышения коэффициента использования металла на 10-15% и сокращения потребления газа и электроэнергии на величину не менее чем 10%, что является ощутимым показателем и приближает нас к ресурсосберегающей, бережливой экономике.

— В НИТУ «МИСиС» также ведется разработка технологий для перспективных энергетических систем. Можете про это рассказать?

— Это достаточно новая технология. Основная идея — замыкание ядерного цикла, переход от топлива из реакторов типа ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор) в реакторы на быстрых нейтронах, наработка нового ядерного топлива, повышение так называемого процента выгорания топлива, которое используется в процессе производства энергии.

Говоря про разработку технологий для перспективных энергетических систем, мы опять касаемся сквозного управления качеством на всем технологическом переделе производства продукции ответственного машиностроения.

Задача именно в обеспечении высокого качества металлоизделий, способных выполнять свою функцию в агрессивных средах при высоких температурах, давлениях, высокой радиационной нагрузке.

Такое качество может быть обеспечено за счет воздействия на процесс формирования твердой фазы при последовательной наплавке, а также при традиционной и порошковых технологиях, разработке технологии получения сверхчистых сплавов и материалов, а также новых материалов на основе требований к свойствам готового изделия, в том числе из вторичного сырья, и внедрения цифровых подходов при производстве изделий и заготовок.

— Насколько сильно в стране не хватает инженерных и технических специалистов?

— Сильно.

В последние годы мы не уделяли большого внимания средствам производства — станкостроению, тяжелому и среднему машиностроению. Все решения в этих областях закупались с инженерно-техническим сопровождением от иностранных поставщиков.

Сейчас стало понятно, что достижение технологического суверенитета ставит перед собой задачу восстановления производства, перед нами такая задача тоже стоит.

На сегодняшний день это активно решают. Например, Министерство науки и высшего образования Российской Федерации запустило федеральный проект по созданию передовых инженерных школ. В НИТУ «МИСиС» тоже будет такая школа под названием «МАСТ» («Материаловедение, аддитивные и сквозные технологии»), которая станет ядром развития материаловедческих, аддитивных и сквозных технологий в России.

— Появятся ли новые образовательные программы?

— Мы планируем создание двух новых структурных подразделений — это институт биоматериаловедения и институт физики и квантовой инженерии.

В рамках направления биомедицинских материалов и биоинженерии мы сосредоточены на разработке новых подходов биопринтинга тканей и органов (магнитная биопечать, печать кожи непосредственно на теле пациента с помощью роботической руки), стимуляции репаративных процессов, создании технологии для определения жизнеспособности клеток и тканей и мониторинга эффективности медицинских препаратов.

В области физики и квантовой инженерии мы нацелены на развитие направлений квантовых вычислений и квантовых коммуникаций на основе сверхпроводниковых и оптических кубитов. В настоящее время эти области находятся в стадии демонстрационных экспериментов и научно-исследовательских работ, однако в скором времени потребуется переход квантовых разработок из лабораторий в индустрию.

Третья задача — развитие программ металлургии, горного производства. Мы занимаемся цифровизацией и экологизацией горно-металлургического производства. Прежде всего это цифровые двойники в горном производстве, в горных работах, это использование цифровых и безлюдных технологий.

Поделиться:
Загрузка
Найдена ошибка?
Закрыть