Шанс для технологического прорыва

В прошлом году на общенациональном референдуме казахстанцы приняли решение о строительстве первой АЭС в Казахстане, а на IV заседании Национального курултая Глава государства озвучил ряд поручений по развитию атомной энергетики и строительству уже не одной, а трех атомных электростанций. С целью дальнейшего развития отрасли и укреп­ления ядерной безопасности 18 марта создано Агентство Рес­публики Казахстан по атомной энергии с прямым подчинением Президенту страны. Это очередной раз подчеркивает, что наша страна взяла курс на развитие собственной атомной энергетической программы.

О том, почему для развития атомной энергетики должно сплотиться все научное сообщество, а также о первоочередных потребностях науки и отрасли рассказали казахстанские ученые.

Необходим высокий уровень экспертизы с опорой на науку

Канат Байгарин,
директор по устойчивому
развитию Nazarbayev University, профессор:

– В нашей стране давно и много говорят о необходимости отказа от сырьевой зависимости и переходе на более высокий уровень производства продукции. Решение о строительстве АЭС и развитии атомной энергетики – реальный шаг, который позволит создать в стране высокотехнологичную и наукоемкую отрасль, даст толчок развитию науки и инженерии высокого уровня.

По этому пути в разные исторические периоды пошли государства, которые сегодня являются ведущими в отрасли: США, европейские страны, Россия, Китай, Корея. Есть и другие примеры, когда страна, построив АЭС, не полностью обеспечила себя соответствующей инфраструктурой, а затем, при изменении внешних обстоятельств, экстренно искала решение возникающих проблем.

В настоящее время фундаментальные исследования в космосе, физике высоких энергий являются самыми продвинутыми в мире, и знания, которые создаются в этих областях, открыты для всех работающих в этих направлениях. Для научных исследований в данной сфере используются инструменты на основе самых лучших дос­тижений в математике, информатике, включая искусственный интеллект, работу с большими данными, машинное обучение.

Высокая собственная база экс­пертизы в ядерной энергетике – это важнейший компонент соз­дания научной, инженерной инфраструктуры и человеческого потенциала вокруг АЭС. Нашей стране необходимо иметь достаточный уровень фундаментальных научно-технических исследований для собственной квалифицированной экспертизы и оценки тех технологий, которые будут включены в экономику.

Ядерные станции производят энергию без значительных выб­росов двуокиси углерода. Мировое сообщество признает, что на данном этапе атомная энергетика необходима для обеспечения устойчивого развития человечест­ва. Выбирая поставщика технологии, на которой будет базироваться работа атомной станции, мы должны ориентироваться не на рекламные проспекты производителей, не на цену – в таком деле, как атомная энергетика, экономия не может быть приоритетом. Нужно глубоко знать, насколько мы готовы воспринять эти технологии с позиции развития нашего научно-технического и человеческого потенциала, и готовиться к повседневному эффективному их использованию. Наличие в энергобалансе страны такого вида энергии – это также вопросы культуры, безопасности, геополитики.

Объясню на элементарном примере. Все мы используем в жизни мобильные телефоны, холодильники, телевизоры… Умеем их включать и выключать, имеем навыки пользования ими, но починить их могут немногие. И даже среди тех специалистов, кто чинит, только единицы глубоко понимают физическую суть этих приборов. Вот их можно назвать экспертами.

Мы на рынке стран, умеющих разрабатывать и производить АЭС, потребители, и, возможно, нет необходимости стремиться к соревнованию в создании реакторов? Но высококлассно понимать и контролировать их безопасность необходимо. Однако в атомной энергетике мы не имеем права позволить себе быть простыми пользователями на уровне смарт­фонов. И у Казахстана есть время по-настоящему подготовиться к реализации решения о строительстве АЭС: нарастить экспертность, обучить кадры.

Атомная станция – не просто ядерный котел, это автоматизированная система с элементами искусственного интеллекта. Насколько мы в состоянии адаптировать управляющие системы, автоматизацию, программное обеспечение с элементами искусственного интеллекта, которые сопровождают этот сложный инженерно-технический объект? Как обеспечить полную управляемость и контроль АЭС? Это существенные моменты безопас­ной эксплуатации без вреда для человека.

Атомная энергетика требует­ высокой производственной и научной культуры, высококачественных кадров. И что бы там ни говорили отдельные популисты о возможности извлечения выгоды от использования прикладных направлений научных исследований, коммерциализации научных разработок, без полноценного развития собственной составляю­щей фундаментальной науки в ядерной энергетике и космосе успеха не будет. С таким подходом мы рискуем нарушить устойчивость всего хозяйственного комплекса страны.

Еще момент. Когда произошла авария на Чернобыльской станции, для решения проблем по ликвидации ее последствий были приглашены ученые и специалис­ты из различных областей науки, в том числе и те, кто занимался фундаментальными исследованиями. Мне довелось участвовать в испытании приборов, разработанных командой нашей лаборатории для дистанционной локализации радиоактивных выбросов на станции и вокруг нее. Причем наши исследования в области использования мощных импульсов частиц не имели ничего общего с ядерной физикой. Но именно опыт в фундаментальных исследованиях позволил разработать приборы дистанционной визуализации радиоактивных источников и измерения высоких доз на расстоянии без прямого контакта. Это спасло многие жизни и здоровье ликвидаторов аварии.

Этот опыт позволяет мне яснее многих понимать важность фундаментальных научных исследований в международной кооперации в области космической и ядерной физики, которые предлагают неожиданные, эвристические решения сложных прикладных и практических проблем. Только на основе фундаментальных исследований – ядерных, космических, в области материаловедения – могут развиваться прорывные наукоемкие технологии, которые приводят к развитию промышленности и государства в целом.

Развивать фундаментальную науку Казахстану необходимо сис­темно и долгосрочно, и в бюджете государства обязательно должна быть предусмотрена доля на проведение таких исследований. Вокруг настоящего ученого-исследователя создается школа, бурлит научная мысль, происходит международная коллаборация с лучшими научными умами, растут ученики. Да, большинство выпускников не станут великими учеными, но они будут крепкими специалистами, глубоко понимающими физику процесса. Часть из них могут найти свое призвание как раз в прикладных научных направлениях и практике.

Сегодня в нашем университете мы обсуждаем создание центра, который позволит обеспечить высокий уровень экспертизы для новой отрасли с использованием фундаментальных знаний в облас­ти ядерной и космической науки и инженерии.

Мир в очередной раз изменился.­ Время глобализации заканчи­вается, на первый план выходят национальные интересы.

Есть опыт и компетенции

Эрлан Батырбеков, генеральный директор
Национального ядерного центра (НЯЦ) РК,
академик НАН РК, лауреат Государственной премии им. аль-Фараби:

– Наша страна выбрала единственно правильный путь, который обеспечит ее устойчивое социально-экономическое развитие. Сегодня атомная энергетика – это высокотехнологичная и безопасная отрасль, и альтернативы ей нет.

Атомная энергетика способна внести существенный вклад в решение проблем устойчивого развития, снижение выбросов парниковых газов, рациональное использование ресурсов. При этом ее развитие потребует консолидации усилий всего научного сообщества и принятия соответствующих мер поддержки.

Необходимо сконцентрировать интеллектуальный потенциал страны и материальные ресурсы в мощных научных центрах, способных решать задачи на мировом уровне, сохранить хорошую динамику развития науки в очень актуальной для страны сфере мирного использования атомной энергии, обеспечить научно-техническую поддержку, сформировать условия для притока в отрасль новых высококвалифицированных сотрудников и талантливой молодежи.

Поручение Главы государства о строительстве наукоградов в стране является дополнительным фактором усиления научной работы и развития компетенций. Один из таких наукоградов в соответствии с поручением должен быть создан на базе НЯЦ РК в городе Курчатове области Абай. Реализация данного проекта поз­волит обеспечить ученым-ядерщикам достойные условия для научной деятельности.

Так государство сможет максимально использовать свой основной ресурс – интеллектуальный потенциал ученых и инженеров.

Атомная энергетика – специфичная отрасль. Деятельность ее объектов на постоянной основе должна быть обеспечена необходимой научно-технической поддержкой. Это важно как с точки зрения проверки технических решений, заявляемых поставщиком технологий, так и с позиции внедрения на постоян­ной основе усовершенствований, которые позволяют АЭС функционировать с высокими показателями безопасности и экономичности.

Одними из главных компетенций Национального ядерного центра Республики Казахстан являются исследования в поддержку безопасности атомной энергетики. В качестве примера приведу несколько успешно реализованных и реализуемых нами проектов. Так, НЯЦ РК был успешно проведен уникальный комплекс исследований по совершенствованию процедуры управления тяжелыми авария­ми на легководных ядерных реак­торах с тепловыми нейтронами, доля которых составляет сегодня более 80 процентов от всех используемых в мире типов реакторов.

Отмечу, что НЯЦ – одна из немногих организаций в мире, имеющих компетенции в облас­ти проведения экспериментов с расплавлением материалов активной зоны АЭС при моделировании тяжелых аварий. По заказу японской корпорации Toshiba и Marubeni проведены исследования по проекту Cormit, целью которого являлся поиск материалов жертвенных покрытий, наносимых на специально создаваемые подреакторные ловушки расплава активной зоны, и поиск жаростойких материалов для защитного покрытия этих ловушек в условиях тяжелой аварии с потерей теплоносителя.

Другой значимый проект – Fukushima Debris, в котором специалисты НЯЦ провели работы по моделированию и последующему изучению свойств затвердевших фрагментов расплава активной зоны реакторов АЭС «Фукусима-1». Это позволило выработать важные технические решения в проблеме устранения последствий аварии.

Особое место в наших исследованиях занимают работы по безопас­ности перспективных реакторов IV поколения на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем. По заказу Японского агентства по атомной энергетике успешно завершена экспериментальная часть многолетней меж­дународной исследовательской программы EAGLE. Полученные уникальные экспериментальные данные легли в основу обоснования технических решений, направленных на смягчение последствий в случае возникновения тяжелой аварии с расплавлением активной зоны будущих перспективных ядерных реакторов.

Наш положительный опыт реализации экспериментальных прог­рамм в поддержку безопас­ности реакторов на быс­трых нейтронах с натриевым теплоносителем и востребованность полученных результатов мировым научным сообществом заинтересовали французский комиссариат по атомной энергии и альтернативным энергоис­точникам. Мы начали совместно работать. В 2020 году приступили к реализации проекта SAIGA, цель которого – изучение поведения топливной сборки реактора ASTRID в условиях аварии с потерей расхода теплоносителя. ASTRID – это разрабатываемый в настоящее время во Франции перспективный реактор на быс­трых нейтронах с натриевым теп­лоносителем.

Учеными НЯЦ также проведены реакторные испытания в режимах, близких к аварийным, инновационного смешанного нитридного уран-плутониевого топлива (СНУП) нового российского реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем БРЕСТ-ОД-300, строи­тельство которого Россия ведет в рамках проекта «Прорыв».

Сегодня можно с уверенностью сказать: наши разработки, знания и технологии в области безопасности ядерных реакторов позволили нам стать одними из лучших и максимально востребованными в этой сфере. Национальный ядерный центр РК активно развивает новые перс­пективные научные направления. Мы успешно ведем работы в поддержку технологии управляемого термоядерного синтеза, который является перс­пективным, практически бесконечным экологически чистым источником энергии будущего.

Создана уникальная, не имеющая мировых аналогов исследовательская установка термоядерного синтеза – Токамак КТМ. Развиваем и относительно новое для нас научное направление – технологии водородной энергетики.

Реализация научных, научно-технических проектов и программ в области атомной энергетики совместно с зарубежными и казахстанскими ведущими организациями, такими как Nazarbayev University, КазНУ им. аль-Фараби, Институт ядерной физики, позволяет нашей стране наработать опыт и знания, способствует ее научно-техническому и социально-экономическому развитию.

Инвестировать в науку выгодно

Толеген Кожамкулов, президент Казахстанского
физического общества, академик НАН РК, лауреат Государственной премии РК:

– Наработанные компетенции позволяют Казахстану решать очень серьезные задачи, стоящие перед атомной энергетикой.

Казахстанские ученые готовы применять имеющиеся опыт и знания для развития собственной атомной энергетической программы. Об этом я говорю с уверенностью. Результаты наших научно-экспериментальных работ известны и признаны далеко за пределами страны, вносят существенный вклад в безопасное развитие мировой атомной энергетики.

Примеров эффективной организации науки в мире предостаточно. Только на основе фундаментальных исследований формируется мировоззрение и добываются новые знания, которые становятся достоянием всего человечества! Такие исследования должны проводиться при университетах, поскольку обеспечивают уровень квалифицированных специалистов. При этом вложенные в науку средства частично возвращаются­ в государство в виде качества знаний выпускников.

Время, когда единственным собственником и спонсором науки было государство, кануло в Лету. Необходимо создать все условия для привлечения частных средств. Инвестирование в науку должно стать выгодным. Тот, кто финансирует, должен четко знать, для чего вкладывает­ средства и какие результаты ожидает. При этом, естественно, должно учитываться различие в принципах финансирования фундаментальных и прикладных исследований. Каковы источники финансирования? Как распределяются средства на науку? Привязаны ли они к результатам исследования? У нас все еще актуальны эти вопросы. Если 90 процентов экономики страны находятся в частном секторе, эти вопросы – далеко не праздные.

Но вернемся к нашей научной базе. Ярким примером успешности является Научно-исследовательский институт экспериментальной и теоретической физики (НИИ ЭТФ) при КазНУ им. аль-Фараби. Здесь проводятся фундаментальные и прикладные исследования на мировом уровне. Шестеро его сотрудников стали лауреатами Государственной премии РК в области науки и техники им. аль-Фараби 2015 года.

Другим примером служит Национальная нанотехнологическая лаборатория открытого типа (ННЛОТ) на правах НИИ. Ее цель – создание научно-технологической и образовательной инфраструктуры с международным участием для развития нанонауки, нанотехнологии и наноинженерии в РК.

Бюджет обеих организаций формируют гранты и средства, добываемые на конкурсной основе отдельными учеными (или группой) на проведение различных научных исследований, и имеет целевое назначение. Автономность НИИ ЭТФ и ННЛОТ – специально заложенный эффективный и необходимый механизм, который позволяет им максимально реа­лизовать свои потенциальные возможности.

Еще одним примером является опыт Nazarbayev University, где сегодня накоплен большой опыт сотрудничества с международным сообществом ученых как в фундаментальных, прикладных и информационно-цифровых исследованиях в области физики, химии, биологии, так и в инженерно-технологических знаниях, автоматизации-роботизации и искусственном интеллекте.

Ошибочно полагать, что результаты фундаментальных исследований сразу должны быть внедрены в производство и приносить прибыль. На основе законов механики, которые открыл в XVII веке Исаак Ньютон, только в XIX веке началось развитие новых технологий и разработка тяжелой машиностроительной промышленности. На основе законов распада атомных ядер, обнаруженных в начале XX века, только в последние десятилетия формируется атомная, ядерная энергетика и космические технологии.

Физика – наука вселенская! Ра­зум человека обладает много­образием функций. Одна из них – постигать тайны мироздания и ставить их на службу человечества. Мировая наука не стоит на месте. Чтобы идти в ногу со временем, необходим доступ к новейшим технологиям. Прикладные исследования должны финансироваться отдельными хозяйствующими субъектами: кому нужны результаты этих исследований, те и должны их финансировать.

К слову, в одной из развитых стран исследования, проводимые в Институте ядерной физики и в Институте международных отношений, финансируются департаментом обороны. В случае дорогостоящих исследований создаются межгосударственные коллаборации. Примером может быть ЦЕРН (CERN) – известный Европейский центр ядерных исследований (Женева, Швейцария).

Убежден: для Казахстана настало время стать страной – полноправным членом ЦЕРН, предусмотрев годовой взнос в рамках затрат на науку. Так Казахстан наряду с развитыми государствами обеспечит себе доступ к новейшим знаниям, поднимется научно-инновационный потенциал страны и его международный престиж.