В этом году исполнилось 80 лет крупнейшей атомной корпорации России – «Росатому». А 15-17 октября в Москве проходит Российская энергетическая неделя, на которой представлены в том числе и разработки «Росатома».
Эксперты Федеральной службы по интеллектуальной собственности (Роспатент) отобрали пять наиболее перспективных изобретений «Росатома», получивших патенты в последние четыре года, чтобы показать, за счёт чего будет развиваться атомная энергетика России в ближайшие годы. Отбор производился на основании оценки уникальности изобретения и его перспективности для отечественной атомной промышленности.
В этом году стартовал Национальный проект «Новые атомные и энергетические технологии», ключевую роль в котором играет госкорпорация «Росатом». По оценкам специалистов корпорации, в рамках «Энергетической стратегии РФ на период до 2050 года», доля атомной генерации должна вырасти с 18,9% до 25% в общей выработке электроэнергии (с 217,7 млрд кВт*ч в 2023 году до 409,7 млрд кВт*ч в 2050 г., то есть почти вдвое).
«Госкорпорация «Росатом» – лидер отечественной атомной промышленности. Это научный кластер страны, который развивает науку и промышленность. Изобретательская активность корпорации – одна из самых высоких в России, а ее изобретения демонстрируют лидирующие позиции российской атомной промышленности во всем мире», – отметил руководитель Роспатента Юрий Зубов.
В рамках национального проекта «Новые атомные технологии» «Росатому» предстоит создать новые технологии атомной энергетики, сформировать двухкомпонентную атомную энергетику с замкнутым ядерным топливным циклом (решает проблему с дефицитом топлива и его утилизацией), а также развить технологии управляемого термоядерного синтеза и инновационные плазменные технологии.
ТОП-10 перспективных патентов от «Росатома»
***
Как достать топливо из реактора
Способ окислительной обработки отработавшего нитридного ядерного топлива.
В процессе выгорания ядерного топлива в реакторе внутри тепловыделяющих элементов происходит уплотнение топлива, существенно осложняющее извлечение отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) из тепловыделяющего элемента. Поэтому весьма актуальны технологии обращения с ОЯТ, обеспечивающие предварительное отделение топлива от оболочки после фрагментации тепловыделяющего элемента и предотвращающие вовлечение в цикл переработки продуктов окисления оболочки.
Нитридное ядерное топливо подвергают окислительной обработке в атмосфере азота при температуре 800°С. Под воздействием такой среды мононитрид урана, который является основным компонентом топлива, превращается в сесквинитрид урана и нитрид урана. В результате топливо становится рыхлым, и из него удаляются летучие продукты. Затем, чтобы исключить уплотнение топлива, нагревают уже фрагменты тепловыделяющих элементов с отработавшим нитридным ядерным топливом до температуры выше 800°С, и какое-то время поддерживают ее в условиях разряжения. Это приводит к распаду сесквинитрида урана и нитрида урана и объем топлива уменьшается. На завершающей стадии процесса топливо охлаждают до 400°С, извлекают из реактора отделенную от топлива оболочку и продолжают окислительную обработку топлива в окислительной атмосфере в условиях разряжения при температуре 400°С. Это приводит к максимально полному окислению нитридов до высших оксидов актинидов.
Данная технология может применяться для переработки отработавшего нитридного ядерного топлива, в т.ч. в технологиях замкнутого ядерного топливного цикла.
***
Способ выделения калифорния из растворов
В 2023 году специалисты Росатома запатентовали уникальный способ выделения калифорния из растворов.
Калифорний – редчайший радиоактивный металл, который не встречается в природе. Процесс его получения занимает несколько лет и является одним из самых технологически сложных, т.к. требует использования сложных ядерных технологий. Это один из самых дорогих металлов в мире, стоимость 1 грамма составляет 6,5 миллионов долларов. Объемы его производства достигают всего нескольких миллиграммов в год, а период полураспада –2,5 года. Калифорний используют в медицине, геологоразведке, высокотехнологичных областях и в ядерной промышленности. Неудивительно, что ученые-ядерщики стремятся изобрести наиболее эффективные способы производства этого металла.
Для получения изотопов калифорния радиоактивный плутоний или кюрий облучают нейтронами в ядерных реакторах. Затем из получившихся продуктов облучения выделяют калифорний с использований технологий химического травления. Растворы травления содержат большое количество соединений железа, мешающих последующему разделению изотопов. В способе, запатентованном специалистами Росатома, раствор, в котором содержатся калифорний и соли железа, направляют в хроматографическую колонку, заполненную разбавленным определенным образом раствором специального фосфорорганического соединения. В результате взаимодействия с этим раствором калифорний образует прочные хелатные комплексы и переходит из водной фазы в органическую, которой заполнена колонка. При этом железо остается в растворе. Описанный способ позволяет получить чистый калифорний, пригодный для разделения изотопов.
***
Удерживая плазму
Система автоматического управления напуском рабочих и технологических газов в различных режимах работы установки типа токамак
Токамак – это установка для магнитного удержания плазмы в специальной вакуумной камере, которая имеет форму бублика. С помощью этого устройства создаются условия, необходимые для управляемого термоядерного синтеза. Плазма в токамаке удерживается специальным магнитным полем, поскольку стенки камеры не способны выдержать необходимую для термоядерных реакций температуру.
Для поддержания требуемых значений давления газа в камере и электронной плотности плазмы используется система газонапуска, обеспечивающая напуск в камеру инертного газа. И здесь большую сложность составляет автоматическое управление напуском газов в вакуумную камеру токамака через несколько пьезоклапанов при различных режимах его работы: в режимах чистки камеры, предварительного напуска рабочего газа на стадии роста тока плазмы и в установившемся режиме работы токамака.
Специалисты Росатома разработали систему, которая дает возможность эффективного управления не одиночным пьезоклапаном, а целой их группой во всех режимах работы, используя один контроллер с унифицированным регулятором. Такая система обеспечивает плавность регулирования потока рабочего газа, повышает ресурс клапанов и улучшает точность регулирования.
***
Надежная печь для ядерного топлива
Еще одно изобретение можно использовать на предприятиях атомной промышленности, атомных ледоколах, в реакторах на быстрых нейтронах, а также в ядерной медицине. Речь о печи для спекания отработавшего ядерного топлива с оксидами металлов.
Изобретатели «Росатома» предложили конструкцию печи, в которой из процесса переработки топлива исключены технические жидкости и газы высокой химической чистоты. Достичь этого удалось благодаря совмещению в одном устройстве функций помола, перемешивания, спекания и отгонки летучих продуктов в систему очистки и регенерации атмосферы.
Эта небольшая печь имеет надежную конструкцию и обеспечивает высокое качество обработки реагентов при оптимизации энергопотребления и потребления технологических сред.
***
Способ откачки гелия из термоядерной установки
ФГУП «Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» изобрел устройство для откачки гелия из вакуумного объема термоядерной установки. В термоядерной установке гелий – это продукт термоядерной реакции, который начинает охлаждать плазу и замедлять циркуляцию топливной смеси. Чтобы этого не происходило гелий необходимо откачивать из установки, причем очень быстро. Откачка с высокой скоростью производится с помощью больших, мощных и очень дорогих насосов.
Специалисты ФГУП «РФЯЦ – ВНИИЭФ» предложили устройство, которое содержит насос общего назначения, откачивающий все газы выхлопа термоядерной установки, и селективный насос для изотопов водорода. Предложенная конструкция не дает выхлопной смеси вернуться в вакуумный объем термоядерной установки. При этом оно не такое мощное, как на других установках, да и размером поменьше.
Из досье Сводка+:
Федеральная служба по интеллектуальной собственности отмечает 70-летие в 2025 году. Ведомство обеспечивает охрану интеллектуальных прав инноваторов и предпринимателей, повышение эффективности использования нематериальных активов и содействие технологическому лидерству России. Генеральное информационное агентство в юбилейный год – ТАСС. Генеральный медиапартнер – МИА «Россия сегодня».