Рассказываем об одной из наиболее результативных научных школ университета
Продолжаем серию публикаций #100открытий к 100-летию Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург). В этот раз расскажем о по-настоящему уникальной кафедре «Атомные станции и возобновляемые источники энергии».
Все начиналось с Белоярки
Самые продуктивные и безопасные в мире АЭС — выдающийся результат деятельности воспитанников и специалистов кафедры «Атомные станции и возобновляемые источники энергии». Ее история началась в 1964 году, когда был произведен пуск первого энергоблока Белоярской атомной электростанции (БАЭС) с реактором на тепловых нейтронах АМБ-100. В Советском Союзе планировалось ускоренное развитие атомной энергетики, резко возросла потребность в специалистах по проектированию, монтажу, наладке, эксплуатации, диагностике, ремонту оборудования и техническому обслуживанию АЭС.
Поэтому еще четырьмя годами ранее Минвузом СССР было принято решение о подготовке в Уральском политехническом институте (ныне УрФУ) инженеров по специальности «Проектирование и эксплуатация ядерных энергетических установок». Тогда при кафедре «Тепловые электростанции» организовали соответствующую специализацию, из студентов третьего курса этой кафедры сформировали первую группу, которая продолжила обучение по новой учебной программе. Сразу после зачисления и вводных курсов студенты отправились на строительство первого энергоблока БАЭС. Потом, вернувшись в учебные аудитории, они уже наглядно и детально представляли, чему посвятят профессиональную жизнь.
Через год, в октябре 1961-го, в УПИ открыли кафедру «Атомная энергетика», вторую в СССР (первая была организована в Московском энергетическом институте). Тогда же провели прием на новую кафедру первых двух групп студентов. Она занимала меньше 70 кв. м и объединяла пятерых преподавателей. У истоков кафедры стоял Анатолий Александров — прославленный физик, один из руководителей советского атомного проекта, соратник легендарного Игоря Курчатова, в будущем — президент Академии наук СССР, трижды Герой Социалистического Труда. Благодаря содействию Александрова кафедра получила два вагона необходимой техники, которая затем служила на протяжении двух десятилетий.
Первым заведующим кафедрой стал Евгений Ратников, воспитанник энергетического факультета УПИ, во время войны — главный инженер треста «Уралэнергомонтажпроект», занимавшегося размещением эвакуированных электростанций, в начале 1950-х — ректор Свердловского горного института. Именно Анатолий Александров уговорил Ратникова, автора книги «Атомная энергия в народном хозяйстве», возглавить новую кафедру.
Евгений Федорович стоял во главе кафедры в течение более четверти века, был автором нескольких крупных изобретений и монографий, множества учебно-методических пособий и научных статей, посвященных перспективным циклам и схемам атомных электростанций, проблемам теплообмена и гидродинамики активных зон высокотемпературных газоохлаждаемых ядерных реакторов. Выполненные под его руководством кандидатские диссертации первого директора БАЭС Владимира Невского и главного инженера станции Геннадия Шашарина обобщили опыт освоения и последующей успешной эксплуатации первых в мире реакторов с ядерным перегревом пара АМБ-100 и АМБ-200. Труды Ратникова получили заслуженное признание как в Советском Союзе, так и за рубежом, они были отмечены почетными званиями Отличника высшей школы, Заслуженного энергетика России, действительного члена Международной энергетической академии.
Уже в 1963 году кафедра подготовила первых 18 дипломированных инженеров-атомщиков. Начиная с 1965 года она ежегодно выпускала 25 инженеров по специальности «Атомные электростанции и установки», с 1980-го — по 40-50, а позже и по 75 специалистов, в т. ч. в целях обслуживания уникальных для Советского Союза и России реакторов на быстрых нейтронах БН-600 и БН-800 на Белоярской атомной электростанции.
За все годы своей деятельности кафедра выпустила более 2,5 тыс. специалистов. Начиная с первого выпуска воспитанники кафедры не только досконально изучали все типы ядерных установок, применявшихся и проектировавшихся в нашей стране и в других ведущих ядерных державах — США, Великобритании, Франции, Японии, но и, обучаясь в вузе, участвовали в возведении отечественных атомных электростанций, познавая их устройство не только в теории, но и на практике. Этим объясняется исключительная компетентность выпускников кафедры, их быстрая адаптация к условиям реального производства и профессиональная успешность.
Среди них — Герой России, президент Российского центра атомного судостроения Давид Пашаев, директора БАЭС Михаил Баканов и Иван Сидоров, директор Смоленской АЭС Сергей Крылов, руководители предприятий и ведомств атомной отрасли — Юрий Носов, Борис Лебедев, Валерий Будзиевский и мн. др. Именно выпускники кафедры запускали Чернобыльскую атомную станцию после ликвидации аварии на ней. Виталий Толстоногов возглавлял ЧАЭС в период ее 14-летней поставарийной эксплуатации и вывода из эксплуатации, другие воспитанники кафедры в настоящее время участвуют в руководстве как Чернобыльской АЭС, так и объектом «Укрытие» — защитным саркофагом над ее разрушенным энергоблоком. Выпускники кафедры работают на всех действующих и строящихся АЭС России и Украины, во многих научно-исследовательских и проектных организациях, а также на заводах и предприятиях атомной промышленности.
Многие выпускники активно участвовали в хозяйственной и политической жизни страны. Так, Виктор Штагер возглавлял Министерство энергетики и ЖКХ Свердловской области, трудился заместителем председателя регионального правительства, Георгий Леонтьев являлся депутатом трех созывов Государственной Думы России.
Не атомом единым
С 1987 года по настоящее время, то есть на протяжении без малого 35 лет, кафедрой руководит ее воспитанник Сергей Щеклеин. Признанный научный авторитет в сфере безопасности, диагностики и управления теплофизическими процессами на атомных электростанциях, Сергей Евгеньевич — автор нескольких монографий и учебников, десятков изобретений, сотен научных статей. Профессор Щеклеин — Заслуженный энергетик РФ, действительный член Международной энергетической академии и Ядерного общества России. В 2016-17 годах его имя, наряду с именами коллег по кафедре Александра Попова и Олега Ташлыкова, присутствовало среди авторов топ-100 лучших изобретений России и в топ-100 наиболее цитируемых отечественных ученых в области ядерных технологий.
Во второй половине 1980-х и в 1990-х годах кафедра отметилась масштабными научными исследованиями и опытно-конструкторскими работами, нацеленными на повышение эффективности и безопасности атомных электростанций, продление ресурса их эксплуатации АЭС, созданием соответствующего вузовского учебного центра, единственного в России.
С 1998 года, по поручению правительства Свердловской области, кафедра осуществляет подготовку специалистов в области нетрадиционных и возобновляемых источников энергии и энергосбережения. Количество выпускников по данной специальности насчитывает несколько сотен. С 2000 года в рамках программы развития ВИЭ их стараниями спроектированы и введены в действие 15 крупномасштабных установок.
«Это, к примеру, биогазовая установка объемом 100 кубических метров, предназначенная для круглосуточной и круглогодичной эксплуатации, изготовленная на предприятии госкорпорации «Роскосмос» и запущенная в серийное производство; это ветроэнергетические установки различного размера и мощности, а также установки на базе солнечных коллекторов — для нужд российских военных баз в Киргизии и Таджикистане», — рассказывает Сергей Щеклеин.
Проект «Энергоэффективный дом с комплексом систем возобновляемой энергетики», реализованный учеными кафедры в поселке Растущий Свердловской области и доказавший возможность применения таких технологий в регионах с резко континентальным климатом, удостоен Национальной экологической премии им. В. И. Вернадского (сейчас в доме, оборудованном на месте заброшенного коровника, живут преподаватели и выпускники кафедры). Автор более сотни изобретений в области альтернативной энергетики Александр Попов награжден званием Заслуженного изобретателя России.
С 2012 года кафедра носит название «Атомные станции и возобновляемые источники энергии». Общая площадь, занимаемая ею, увеличилась за прошедшие шесть десятков лет более чем в 20 раз. Кафедра оснащена уникальным учебно-тренировочным комплексом — маломасштабными образцами, макетами, стендами и т. д. —по монтажу, наладке, диагностике и ремонту реакторного оборудования различных типов. Идет постоянное внедрение новых форм обучения студентов, совершенствуется их специальная, физико-математическая, экологическая и экономическая подготовка, расширяются научные исследования.
Сотрудники и выпускники кафедры выпустили свыше 200 монографий, учебных и учебно-методических пособий (в т. ч. на английском, арабском, вьетнамском языках), получили более 150 патентов на изобретения, защитили около 100 кандидатских и докторских диссертаций, опубликовали несколько тысяч научных статей в российских и международных журналах. По показателю публикационной активности в 2021 году кафедра признана одной из лучших в Уральском федеральном университете.
Разработки кафедры (например, программно-технические комплексы для диагностики оборудования АЭС) по достоинству оценены в России и за ее пределами. Кафедра по праву является организатором и активным участником всероссийских и международных конференций по вопросам развития ядерной и альтернативной энергетики, энергосбережения, энергетики будущего. Ее связывает давнее и тесное сотрудничество с ведущими научными и конструкторскими организациями нашей страны (в их числе знаменитый Курчатовский институт, подразделения Академии наук), с вузами России, Германии, Чехии, Китая. На кафедре обучаются аспиранты из Армении, Таджикистана, Китая, Индии, Бангладеш, Ирака, Египта, Ганы.
В 2013 году решением ректората и Ученого совета УрФУ кафедре присвоили статус Ведущей научной школы университета «Проблемы безопасности и эффективности атомных электрических станций». Научная школа представлена более чем 70 кандидатами и докторами наук, многие из которых трудятся на кафедре. Сегодня она является крупным центром подготовки научных и инженерных кадров, проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ для предприятий атомной отрасли. Особое внимание уделяется перспективным типам АЭС, замкнутым топливным циклам, методам диагностики процессов и состояния оборудования, технологиям повышения надежности электроснабжения собственных нужд АЭС в аварийных ситуациях с использованием возобновляемых источников энергии. Кафедра выполняет особо сложные работы по ремонту АЭС и снятию их с эксплуатации.
Новые горизонты
В настоящее время укрепляются связи кафедры с головным предприятием — Белоярской атомной станцией. Беспрецедентно длительная и продуктивная работа энергоблока БН-600, введенного в эксплуатацию в 1980 году, в значительной мере обусловлена сотрудничеством кафедры с подразделениями БАЭС, начиная с этапов проектирования и строительства энергоблока. Этому способствуют деятельность тренажерного комплекса и учебно-исследовательского полигона кафедры, ее филиала на Белоярской АЭС, совместные научные исследования, итог которых — несколько монографий, десятки статей, докладов и защищенных диссертаций.
Так, под руководством профессоров Николая Ошканова, Арнольда Шейнкмана и Анатолия Карпенко создано научное направление «Физические и теплофизические проблемы безопасности АЭС с реакторами на быстрых нейтронах», выполнены передовые исследовательские работы, заложены научные основы диагностики состояния оборудования АЭС.
Выпускники кафедры составляют 80% руководства Белоярской атомной станции: кафедра по-прежнему основной источник научных и инженерных кадров БАЭС, в т. ч. для обслуживания современнейшего 4-го блока с реактором БН-800, введенного в строй в 2015 году. Своего времени ждет энергоблок четвертого поколения безопасности с реактором на быстрых нейтронах БН-1200. Созданием его проекта в качестве директора БАЭС, а затем главы проектного офиса руководил Николай Ошканов — Заслуженный энергетик РФ, лауреат Государственной премии РФ и премии Правительства РФ в области науки и техники.
«Похожий путь создания реакторов на быстрых нейтронах проходили американцы, французы, японцы. Однако там традиционно готовят узких специалистов, и когда от моделей они перешли к реальным ядерным установкам, проявилось множество непредвиденных эффектов. Наш подход всегда заключался в подготовке специалистов широкого профиля, в тщательном доведении установок до совершенства еще перед вводом их в эксплуатацию. Поэтому уже первый реактор БАЭС опережал аналоги на несколько десятилетий и отличался уникальным КПД, экономичностью и экологичностью. А действующие третий и четвертый энергоблоки с реакторами БН-600 и БН-800 и спроектированный реактор БН-1200 характеризуются беспрецедентными уровнями экологической чистоты и безопасности», — подчеркивает Сергей Щеклеин.
Одно из новейших направлений деятельности кафедры — создание конструкций, работающих на солнечной энергии. В этой сфере налажена широкая кооперация с зарубежными коллегами из стран с большим потенциалом солнечной и ветровой энергии — Египта, Ирака, Ирана, Бангладеш, Вьетнама, Китая, Таджикистана. Другое инновационное направление — применение ядерной энергии для опреснения воды — также развивается при активном участии иностранных аспирантов кафедры.
В числе перспективных сфер научно-технической деятельности кафедры «Атомные станции и возобновляемые источники энергии» — создание органометаллических радиационно-защитных материалов, необходимых для обеспечения радиационной безопасности оборудования АЭС и даже полетов на ближайшие от Земли планеты — Венеру и Марс; дальнейшее усовершенствование методов дезактивации оборудования АЭС, позволяющих в короткий срок снижать уровень его радиоактивности в десятки раз, при этом в сотни раз уменьшая объемы радиоактивных отходов. Такие технологии крайне востребованы в процессах дезактивации оборудования и в целом атомных электростанций, снимаемых с эксплуатации.
На недавней торжественной конференции, посвященной 60-летнему юбилею кафедры, более 20 ее преподавателям и сотрудникам была объявлена благодарность ректора УрФУ, вручены награды госкорпорации «Росатом» и концерна «Росэнергоатом» — медали «За вклад в развитие атомной отрасли», «За заслуги в обеспечении безопасности АС», а также благодарственные письма губернатора Свердловской области, руководителей Росатома, Росэнергоатома и Ростехнадзора.
УрФУ — один из ведущих вузов России со столетней историей. Расположен в Екатеринбурге — столице Всемирных летних студенческих игр 2023 года. В Год науки и технологий стал одним из лидеров программы «Приоритет–2030». Вуз выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (НОЦ).