Именно с исследовательских реакторов в первой половине XX века началась история мирового реакторостроения. Без них немыслимо и создание установок нового поколения. Разбираемся, для чего нужны исследовательские реакторы и какое у них будущее, опираясь на результаты исследования, опубликованного в 2024 году отраслевым Центром аналитических исследований и разработок частного учреждения «Наука и инновации» (ЦАИР).
Несколько важных фактов
- Первый в мире исследовательский реактор — «Чикагская поленница-1» — достиг критичности в 1942 году.
- Первый исследовательский реактор по эту сторону Атлантического океана — советский «Ф-1» в Лаборатории №2, — был запущен под руководством Игоря Курчатова в 1946 году.
- К середине 1980-х годов было построено уже более 800 исследовательских реакторов в 67 странах мира.
- Сегодня крупнейшие парки исследовательских реакторов находятся в России, США, Европе и Китае.
Три ключевые задачи исследовательских реакторов
- Фундаментальные исследования. С помощью исследовательских реакторов ученые исследуют структуру материалов на фундаментальном уровне. Результаты этих экспериментов помогают развитию нанотехнологий, биотехнологий, науки о полимерах, разных областей физики и даже археологии.
- Реакторное материаловедение. В исследовательских реакторах испытываются топливные и конструкционные материалы для новых энергетических реакторов. Именно за счет этих экспериментов появляются новые поколения АЭС.
- Прикладные задачи. На исследовательских реакторах нарабатываются радиоизотопы для ядерной медицины, сельского хозяйства и других областей, где используются меченые атомы. Например, с помощью излучения таких радиоизотопов проверяют качество металлических изделий, ищут пустоты. Также на установках нарабатывают ядерно-легированный кремний для промышленности, проводят радиационное окрашивание минералов и выполняют другие задачи.
Три группы мощности
На установках малой мощности (менее 1 МВт) обучаются студенты, средней мощности (1–15 МВт) — выполняют большинство перечисленных выше задач, большой мощности (от 15 МВт) — проводят передовые исследования, зачастую международными научными коллективами.
В мире 47 исследовательских реакторов большой мощности, расположенных в 26 странах. Среди них 16 установок мощностью выше 50 МВт. На некоторых из них нарабатывают трансплутониевые радиоизотопы для исследований, на других испытывают конструкционные материалы, последние же служат прототипами реакторов будущих АЭС, преимущественно IV поколения.
Средний срок службы исследовательских реакторов составляет 50 лет. Как показала практика, за такой срок научные и промышленные задачи нередко меняются, поэтому многоцелевые реакторы оказываются более востребованными в долгосрочной перспективе, чем узкоспециализированные, так как они лучше адаптируются.
Специализированные исследовательские реакторы строят под фундаментальные исследования с использованием нейтронных пучков и материаловедческие испытания для ядерной энергетики.
Исследовательские реакторы в России
Отечественный парк исследовательских реакторов складывался десятилетиями. Каждую установку проектировали под конкретные научные, технологические и промышленные задачи. У нас есть реакторы от 0,02 МВт («Аргус» в Курчатовском институте) до 100 МВт (СМ-3 в Димитровграде и ПИК в Гатчине).
С каждым годом появляются новые научные и прикладные задачи, требующие установок следующего поколения. Авторы исследования отметили, что несмотря на мощность, не у всех российских реакторов есть плотность потока нейтронов, необходимая для передовых экспериментов.
Три ключевых направления задач для новых отечественных исследовательских реакторов: фундаментальные нейтронные исследования, реакторное материаловедение и наработка прикладной продукции (в основном радиоизотопов). Новые установки должны быть способны переключаться между узкоспециализированными и прикладными режимами. Необходимо уже сегодня проектировать установки, которые будут работать на науку и промышленность во второй половине XXI века.
«Россия в течение многих лет занимает ведущее место в мире в области создания и экспериментального использования исследовательских реакторов. За долгие годы в стране были разработаны и созданы самые разные установки, в которых аккумулированы высокие компетенции и огромный опыт российских специалистов», — объяснил аналитик группы приоритетных направлений научно-технологического развития Центра аналитических исследований и разработок частного учреждения «Наука и инновации» Николай Архангельский.
Подробнее о мировых исследовательских реакторах и планах российских ученых читайте в материале журнала «Атомный вестник».
Подписывайтесь на наш канал и следите за новостями российской науки!
Присоединяйтесь к команде научного блока «Росатома», актуальные вакансии – на карьерном портале.