Создать то, чего нет в природе

Уральские атомщики приступают к созданию технологий получения внеземных материалов.

Есть такое понятие  как технологический предел, идейный и эволюционный тупик, когда все резервы выбраны, все,  что можно улучшить – улучшено, а все ненужное безжалостно отпилено «болгаркой». Мы сталкиваемся с этим каждый день. Иногда просто не замечаем, думая, что так было всегда, а иногда хождение по кругу мы принимаем  за технологический прорыв (спасибо маркетологам). Тысяча лет эволюции так и ни привели нас к созданию универсальной  столовой вилки, а процессоры в персональных компьютерах  давно перестали поражать наше воображение своим быстродействием и  щеголяют, в – основном, количеством ядер.  Рано или  поздно любая технология приходит к такому состоянию, когда деньги в нее вваливают, а вот с отдачей как - то не очень.

Граф.1Выхода из такой ситуации два – оставить все как есть и успокоиться мыслью, что лучше невозможно.  Либо ...  Либо искать новые идеи! Новая технологическая концепция может радикально изменить положение в науке или на рынке практически мгновенно!- электронные лампы -> полупроводники; - винтовые самолеты -> реактивные; - чернильные перья -> шариковая ручка;Т.е.  сам принцип или идеология процесса не меняется. В примере с шариковой ручкой, мы все также наносим красящее вещество на бумагу. Но стали использовать другую технологию и рабочее вещество. В итоге, за каких-то 20 лет перьевая ручка с чернилами исчезла как класс.Конечно, было бы любопытно выяснить, а не готовится ли очередной такой технологический прорыв вот прямо сейчас? В чьей голове и в какой лаборатории уже родилась идея, готовая перевернуть  незыблемое?  Возможно ли получить кремниевую подложку  для процессора с теплопроводностью вдвое выше существующей? Можно ли достать топливную сборку из атомного реактора, а ее оснастка даже не будет «фонить»? Специалисты РосАтома из Новоуральского Научно-конструкторского центра дают однозначный ответ – это возможно, и не в лабораторных, а в промышленных масштабах.- Все дело в самом подходе,  - объясняет один из руководителей ННКЦ Сергей Хомяков. Возьмем, например, абсолютно чистый свинец. С точки зрения химиков, металлургов и конструкторов - это да, абсолютно чистый металл. С точки зрения ядерщиков - это настоящий коктейль из изотопов.  Чего там только не намешано. И каждый из изотопов по своим физическим и химическим свойствам может отличаться от своих «собратьев» в разы. Стоит выделить изотопы с необходимыми нам свойствами, и мы получим уникальные материалы.Вот уже более шести десятилетий на предприятиях бывшего МинСредМаша, а ныне госкорпорации РосАтом,  и топливной компании ТВЭЛ успешно развиваются уникальные технологи разделения изотопов. Созданные для получения оружейного урана, сегодня они являются базисом атомной энергетики не только СНГ, но и многих западных стран.- Уран  это только вершина айсберга, – продолжает Сергей Геннадьевич, – сейчас мы вышли на тот технологический уровень, когда в состоянии производить в промышленных масштабах сотни и тысячи тонн изотопно-чистых материалов. А зная их свойства, нетрудно догадаться, насколько они будут востребованы промышленностью. Исследования показывают, что теплопроводность стабильного изотопа кремния 28Si  до двух раз выше теплопроводности кремния природного изотопного состава.  Для производителей процессоров, это просто мечта, а не кремний. Что касается атомной отрасли, то переход на цирконий 90 даст экономический эффект с  большим количеством нулей. Дело в том, что изотоп 90Zr имеет очень маленькое сечение захвата тепловых нейтронов. Даже предварительные подсчеты показывают, что твэлы с оснасткой из такого циркония прослужат на четверть времени дольше. Представляете сколько это в рублях, когда АЭС несколько месяцев работает на «бесплатном» топливе?! Средняя  АЭС с четырьмя ВВЭР блоками 1000 МВт тратит на топливо примерно 1 040 000 000 руб/год. И это даже не учитывая облегчения работ с ОЯТ.





Конечно, мы сейчас в самом начале пути, и сложностей предстоит решить немало. Центрифужное разделительное производство подразумевает, что рабочее вещество в каскадах центрифуг пребывает в газообразном  состоянии. В случае с ураном, это его гексафторид, а для новых элементов такое соединение еще предстоит найти. Вернее, необходимо определиться с тем, какое из летучих веществ обладает оптимальными характеристиками. Это нужно сделать в самом начале, т.к. потом уже нельзя будет поменять технологическую цепочку. Вот у нас уже есть гидроборид циркония. Но не факт, что он лучший. А вдруг завтра найдем, что-то более подходящее. Тут должна быть 100% уверенность. Другая сложность - это потребитель, его технологическая оснащенность. Способен ли он из наших изотопно-чистых материалов сделать изотопно-чистый продукт? Мы на выходе получаем тот же кремний с чистотой 99.9999%. Это значит, что примесей там не больше одного атома на миллион. И таким же «чистым» должно получиться конечное изделие. Лет 10 назад производитель  чипов AMD получил от Isonics Corp. партию пластин, основным материалом для которых был не чистый кремний, а его изотоп, кремний-28. Пока заготовка превращалась в готовый процессор, этот кремний «умудрился» нахвататься ненужных изотопов из технологического оборудования. Буквально несколько атомов из «грязного» химического стекла, и все, кристаллическая решетка не может войти в резонанс, а значит и о рекордной теплопроводности можно забыть. То же самое касается и атомных реакторов. Чтобы цирконий работал эффективно, сам реактор тоже должен быть «чистым». Но повторюсь, неразрешимых проблем нет,если есть перспектива пройти технологический разрыв, т.е не улучшить старое, а применить новое, ранее просто не существовавшее.

Сейчас ученые и конструкторы из ННКЦ заняты научно-следовательскими работами по в сей длине технологической цепочки, на отдельных участках переходят от НИР к ОКР. Фронт работ колоссальный, а потому подключаются ведущие специалисты, в первую очередь ученые-химики из Новосибирска, Перми, Кировочепецка и Санкт-Питербурга. И если все задуманное удастся завершить, то это будет настоящая загадка для археологов из далеко будущего, – шутит Сергей Хомяков,  – найдут они вещицу из нашего изотопно-смещенного металла и будут твердо уверены в том, что на Землю инопланетяне прилетали. Ведь то, что будем делать мы - в земной природе не существует.