НИИЭФА в Санкт-Петербурге. Зажжённые звёзды и сжиженный газ
Пожалуй, главное слово этой весны в России - импортозамещение, которое теперь уже не прихоть чиновников, а залог выживания страны. Познакомиться с практикой импортозамещения нас пригласил 30 марта 2022 года "Атомэнергомаш" - машиностроительный дивизион концерна "Росатом". И казалось бы, что импортозамещать атомщикам, если Россия сама строит АЭС по всему миру? Но благодаря своим технологиям и кадрам "Росатом" забрался на поляну к теплоэнергетикам: не случайно главным словосочетанием прошедшей зимы в Европе был "сжиженный природный газ". Оборудование для работы с ним "Атомэнергомаш" сейчас успешно импортозамещает. Производство, впрочем - только вершина айсберга: от цеха, где её изготовили, до цеха, где она сама будет что-то производить, любая техника должна пройти ещё множество стадий, самая важная из которых - испытания. И вот несколько месяцев назад в бескрайних промзонах Петербурга, сменяющихся промзонами Колпино, был сдан в эксплуатацию единственный в континентальной Евразии испытательный стенд для крупнотоннажного оборудования по сжижению газа, открывший России путь для создания целой отрасли. Находится он на территории Научно-исследовательского института электрофизической аппаратуры им. Дмитрия Ефремова, который занимается, вообще-то, всяческими циклотронами, синхрофазотронами, адронными коллайдерами и термоядерными реакторами. Но именно побочным эффектом всей этой техники на грани фантастики и стал наш сегодняшний "виновник торжества".
В Северной столице, по сравнению с Златоглавой-и-Белокаменной, с первого взгляда бросается в глаза индустриальность. Ещё в 2004 году, впервые подъезжая к Петербургу, я задавался риторическим вопросом "А почему так много труб?!". За Обводным каналом раскинулся целый лес с кирпичными и бетонными стволами и дымными кронами. В дебри этого леса мы, - организатор блог-тура Артём Шпаков, промоблоггер №1 Игорь zavodfoto, боевая стримерша Люда Дмитриева и автор этих строк, - отправились на такси с утреннего Московского вокзала. И хотя пробки стояли на встречке, наш путь растянулся на час - до цели больше 20 километров. Длинные фасады, каналы и мосты сменились краснокирпичными старыми фабриками, те - бесконечными безликими микрорайонами советского Ленинграда и наводящими ужас на всякого урбаниста человейниками Нового Петербурга, ну а дальше не осталось ничего, кроме индустриальных гигантов, сплетённых нитями дорог. На КАДе есть почти такой же пейзаж, как на МКАДе - дымящие трубы Южной ТЭЦ №22 (1975-78), самой мощной из электростанций Петербурга (800 МВт).
2.
Петербургские промзоны незаметно переходят в промзоны Колпино - самого крупного и самого нетуристического из пригородов. Там, конечно, тоже есть достопримечательности - но только не дворцово-парковые, а старопромышленные. Связующее звено Колпина и Петербурга - Металлострой, основанный в 1931 году строителями Колпинского металлургического завода. "Дорога на Металлострой" - это и вполне официальное название улицы в промзоне, которое Артём забил в Яндекс-Такси. Когда вдоль Дороги на Металлстрой потянулись очередные цеха, я даже не понял, что мы наконец приехали.
3.
Через бескрайнюю парковку мы вышли к проходной НИИЭФА - запомните эти круглые окна. На холодном балтийском ветру собирались коллеги от различных телеканалов и прессы: наш блог-тур был лишь частью масштабного пресс-тура, так как новости об импортозамещении сейчас нужны, как никогда годов этак с 1930-х.
4.
На входе - проверка документов, а затем и техники, заранее указанной в заявке. Для нескольких десятков человек это дело небыстрое, поэтому накапливаться журналистов отправили в конференц-зал, сообщающийся дверьми с увешанным старыми наградами кабинетом директора и ведомственным музеем.
5.
НИИЭФА отпочковался от " Электросилы" - одного из двух головных предприятий знаменитых "Силовых машин". Электротехническая промышленность России зарождалась ещё до революции в Москве, Петербурге и Риге, однако именно ленинградские институты вели исследования по ядерной теме ещё до того, как она превратилась в Ядерный проект. Среди сотрудников тех институтов были уралец Игорь Курчатов и коренной петербуржец Дмитрий Ефремов, сын зубного врача. В работе над циклотроном в начале 1930-х годах они стали не только коллегами, но и близкими друзьями, позже запечатлёнными на многих фото: один с месопотамской бородой, другой карикатурно-маленького роста. Выпускник Политехнического института, в студенчестве Ефремов занимался механизацией мрачной Алгембы в прикаспийских песках, а получив диплом, связал свою жизнь с электротехникой. В 1933-37 и 1941-47 годах он был главным инженером "Электросилы", однако брался за решение задач не только своего завода, но и всей отрасли - например, курировал импорт электрооборудования для строившегося Магнитогорска. Зловещий пробел в карьере пусть не удивляет - в 1938 году Дмитрий Васильевич был арестован, но хоть не лес валил в глуши, а продолжал работу по специальности в шарашке. И вот в 1945 году, когда японцы, а с ними и весь мир, узрели мощь Атома, под началом Ефремова на "Электросиле" было создано объединённое конструкторское бюро. Одним из первых его проектов стали циклотрон (1949) и синхрофазотрон (1954) для Объединенного института ядерных исследований в подмосковной Дубне. Не так давно я писал про сепарацию изотопов урана в Ангарске - для атомных реакций необходим редкий U235, который отделяют от U238, и вот в 1950 году НИИЭФА отправил в уральский городок Лесной первый в СССР электромагнитный изотопный сепаратор СУ-20, а в 1953 году с помощью его наработок была испытана на Семипалатинском полигоне первая водородная бомба. Дмитрий Васильевич совмещал руководство ОКБ с всесоюзной должностью: в 1947-60 годах он был первым замом министра электропромышленности СССР, а в 1952-53 и самим министром, поэтому совсем не мудрено, что в 1956 году ОКБ "Электросила" выделился в самостоятельный научно-исследовательский институт. В 1961 году НИИЭФА получил имя своего основателя, год как ушедшего в мир иной. В последующие десятилетия тут были созданы десятки сложнейших электрофизических установок для всего Союза:
6.
Познакомиться с которыми мы и зашли в музей, расположенный прямо над проходной, за теми круглыми окнами:
7.
Сложнейшая, зачастую секретная техника тут представлена, увы, лишь весьма схематичными макетами:
8.
Но как иначе, если здешняя аппаратура участвовала в создании, например, вот такого? Изображена тут отнюдь не первая в мире атомна бомба, а Царь-бомба, та самая "Кузькина мать" Хрущёва, в 1961 году взорванная над Новой Землёй (см. здесь).
9.
Линейный индукционный ускоритель - такие используются в промышленности для получения изотопов, в медицине - для стерилизации оборудования, а в науке обычно являются частью гораздо более сложных систем вплоть до Большого адронного коллайдера:
10.
Источник нейтронов "Иней" (1985):
11.
Промышленный ускоритель электронов, а за ним - кардиостимулятор, воздействующий на серцде потоком электронов:
12.
Сильноточные импульсные ускорители "Ангара-5", "Нева" и "Геза" - не знаю, макет какого из них тут в кадре:
13.
Сущность и принцип действия большинства разработок НИИЭФА не понять без профильного образования, а вот применяться эти разработки могут в самых разных отраслях - от сложнейших экспериментальных устройств в физике высоких энергий до диагностики как бездушных железяк (дефектоскопы), так и живого тела (томографы). Здесь разрабатывают технологические лазеры, мощные электромагниты и двигатели с магнитным возбуждением, коммутационную аппаратуру для промышленности и транспорта и многое другое. Впрочем, не знаю, стоит ли искать томографы НИИЭФА в областных больницах и дефектоскопы НИИЭФА на железных дорогах - институт абсолютно не на слуху, а значит большинство его заказов уходят к тем, кто ставит на них гриф "секретно".
14.
И, конечно же, специалисты НИИЭФА не могли обойти стороной такую будоражущую воображение вещь, как токамаки.
15.
Ядерная реакция - это преобразование одних атомов в другие с потерей некоторого количества элементарных частиц, которое и приводит к высвобождению энергии. Только в классической атомной реакции тяжёлые атомы распадаются на более лёгкие, а в термоядерной - наоборот, лёгкие атомы сливаются в более тяжёлые. Например, изотопы водорода - в гелий, и именно энергией этой реакции светит и греет мир на сотни миллионов вёрст вокруг наше Солнце. Как великая космическая мечта - найти внеземную разумную жизнь, так и великая мечта атомной сферы - людскими трудами зажечь небольшую звезду. Если килограмм уранового топлива даёт примерно столько же энергии, сколько несколько сотен тысяч тонн угля, то килограмм термоядерного топлива из дейтерия и трития эквивалентен уже нескольким миллионам тонн. Но пока что практическим воплощением термоядерного синтеза сделалась водородная бомба: получить эту фантастическую энергию - задача несравнимо более простая, чем её обуздать. Зажечь звезду, то есть облако плазмы с температурой 10-12 миллионов градусов - оно, конечно, красиво, вот только нет на Земле материалов, которые бы не испарились при контакте с ней. А значит держать энергию термоядерного распада должны не материалы...
16.
В 1950-х годах советские физики Олег Лаврентьев, Игорь Головин и Натан Явлинский разработали тороидальную камеру с магнитными катушками, сокращённо - токамак. Идея состояла в том, чтобы плазма циркулировала в камере в форме бублика (тора) между мощных магнитных полей, оставаясь на некотором удалении от её стенок, теплоустойчивость которых была бы рассчитана лишь на кратковременные воздействия при нештатных ситуациях. Токамаки оказались самым реалистичным видом термоядерных реакторов, и с 1970-х годов их начали строить в научных центрах по всему миру. За полвека на Земле ввели в строй порядка 300 токамаков, но мощность их слишком мала, а время непрерывной работы слишком коротко, чтобы их можно было использовать для чего-то, кроме физических экспериментов. В СССР токамаками занимались Курчатовский институт и НИИЭФА, частью в соперничестве, частью в сотрудничестве. Ну а недолгая эпохи "мира-дружба-жвачки" обернулась, как и в космонавтике, попыткой объединения двух традиций, прежде изолированных друг от друга политикой.
16а.
В 1992 году пару месяцев как образованный Евросоюз, США, Россия и Япония подписали соглашение (к которому позже примкнули Китай, Индия, Южная Корея и Казахстан) о создании ITER - Международного термоядерного экспериментального реактора в научном центре Кадараш близ селения Сен-Поль-ле-Дюранс во французском Провансе. ИТЭР должен стать уже не устройством для научных экспериментов, а прототипом термоядерной электростанции, которая, под кодовым названием DEMO, будет разрабатываться после его ввода в строй. Он сам будет генерировать энергию в промышленных масштабах, но короткими импульсами, и следующей задачей термоядерщиков станет создание возможностей для непрерывной генерации. Проект ИТЭРа был готов к 2001 году, строительство началось в 2006 году, и первоначально предполагалось запустить его в 2016 году. На деле, однако, в 2020 году только закончился монтаж оборудования, а текущий курс на "отмену" России для западного сообщества и вовсе ставит под вопрос будущее этого проекта.
17.
На России лежала 1/11 часть финансирования, четверть проектных работ и 14% НИОКР. Им занимается цвет нашей ядерной отрасли - Курчатовский институт, ТРИНИТИ из подмосковного Троицка, НИКИЭТ, ФТИ и ещё пяток столь же заслуженных организаций. Но порядка 60% работ от России велось в НИИЭФА. Тут создавались собственно магнитная катушка (которая "мак" в "токамаке") из сплава олова и ниобия, сверхмощное коммутационное оборудование и многочисленные элементы конструкции, названия которых всё равно ничего не скажут ни мне, ни большинству из вас:
18.
Вся эта сложная техника для работы с высокими энергиями требовала множества дополнительных систем, и в том числе - системы охлаждения. Как прикладное направление в НИИЭФА развивалась криогеника, ключевым элементом которой стали насосы для экстремальных температур (на кадре ниже). В 2017 году НИИЭФА своими силами построил небольшой испытательный стенд для этих насосов. Тут стоит добавить, что мудрёные насосы - важная часть и в ядерном реакторе: ведь энергия ядерного распада не превращается в электричество напрямую, а нагревает воду, температура которой под огромным давлением доходит до 300 градусов. Эта радиоактивная вода циркулирует по герметичным трубам сквозь парогенераторы, а чистая вода, попадая на эти трубы, испаряется, крутя турбины. В иных реакторах вместо воды используется жидкий натрий или расплавленный свинец, и для всего этого тоже нужны насосы.
19.
Турбины крутятся и на обычных ТЭЦ, один из видов топлива которых - природный газ. Горит он жарко, атмосферу засоряет несильно, но главный минус его - низкая транспортабельность. Если от места добычи к потребителю нет трубы, то газ можно перевозить только в сжиженном виде: так его объём уменьшается в 600 раз, но и температура для этого нужна -163 градуса. Достичь её не так-то просто: сжижение газа может потреблять до четверти энергии, которую можно получить, использовав тот же объём. Отрезанные океанами от большей части мира, первопроходцами и лидерами технологий сжижения газа остаются Соединённые Штаты - в качестве эксперимента американцы получили СПГ уже в 1912 году, а в 1941 заработал первый завод по сжижению газа в Кливленде. Крупнейший потребитель сжиженного газа - Япония: с 1969 года Страна восходящего Солнца получает его только так. В этих странах - два в США и один в Японии, - и находятся крупнейшие стенды для испытания систем по сжижению газа, которые разрабатывает ещё десяток стран вроде Германии или Южной Кореи. Россия же свой газ отправляла в Европу по трубам, и единственный на весь СССР небольшой заводик СПГ в Подмосковье с 1950-х годов лишь обслуживал газопровод из Саратовской области. Всерьёз выходить на рынок сжиженного газа наша страна начала лишь в конце "нулевых" в международных проектах, таких как Сахалин-2 близ Корсакова или Ямал-СПГ в Сабетте. Но в планах - потеснить мировых лидеров (Катар, США и Австралию), что конечно странно было бы на оборудовании из страны, которая пытается сейчас вообще выбить нас с газового рынка Европы. Производство насосов для сжиженного газа наладили в нижегородском ОКБМ им. Африкантова, специализирующемся на компактных корабельных ядерных реакторах. 4 "африкантовских" насоса были испытаны в НИИЭФА на малом стенде, а в 2019 году институт получил от Правительства РФ задание построить ещё один стенд для тех же задач - на этот раз крупнотоннажный. В своём классе, как нам говорили в ходе блог-тура, он единственный в континентальной Евразии и чуть ли не крупнейший в мире. К осени 2021 года стенд был готов, зимой на нём успешно прошли первые испытания (бывшие по сути и финальным испытанием самого стенда), ну а на вторые испытания "африкантовского" насоса ЭНК 2000/241 "Атомэнергомаш" пригласил прессу.
20.
В конференц-зале нам выдали каски - в большинстве своём зелёные и очень тугие. Затем журналисты отправились на объект шумной толпой, а с нами отдельно побеседовал безопасник: Артём собирался снимать с дрона, а Людмила - вести стрим, что на глубоко режимном объекте требовало особой осторожности. Как нам объяснили, сам стенд пока ещё не категорирован по секретности, но в кадр могли попасть какие-то нежелательные объекты.
21.
Над площадкой возвышается огромный Старый корпус (1954-56), в который по инициативе Ефремова институт переехал с "Электросилы".
22.
Кадр выше снят со стенда, а вот как выглядит сам стенд. В жёлтой куртке zavodfoto ведёт съёмку вот для этого поста.
23.
Конструкцию высотой с многоэтажку дополняет комплекс криогенных резервуаров - они здесь одни из крупнейших в мире. В тех, что поменьше хранится сжиженный природный газ (-163 градуса), а в тех, что побольше и подальше - жидкий азот (196 градусов).
24.
Поэтому на ёмкостях стенда выступает морозный туман, даже рядом с ним заметно холоднее, чем за близлежащими зданиями. Стенд рассчитан на испытание различных машин для работы со сжиженным газом, например детандеров или компрессоров, но пока что в России освоили только производство насосов. Первая фаза испытаний проходит в жидком азоте - он холоднее, но при этом не взрывоопасен, и таким образом выявляются дефекты оборудования. Это важно: в 1944 году при взрыве баков с сжиженным газом на одном из американских заводов погибло 128 человек. И лишь когда безопасность оборудования подтверждена, проходит финальная фаза непосредственно с сжиженным газом. И криожидкости накачивают, и насосы ставят в одни и те же ёмкости - вот эти огромные металлические колбы, хорошо заметные внутри ярусов стенда.
25.
Рядом под тентом стоял ещё один, явно потрёпанный жизнью насос. Как мне объяснили, это корейское "изделие", которое наделало большие неприятности на одном из российских заводов. Какие и где - это уже секретная информация, но после испытаний ЭНК 2000/241 на стенд должно было отправиться именно оно - для моделирования тех же параметров, при которых случилась авария, и поиска её причин.
26.
Пресса заполонила площадку. НТВ снимают вот этот ролик, в котором можно увидеть и сам колоссальный насос в процессе установки внутрь стенда. Я же добавлю лишь то, что оператор и корреспондент Николай Булкин сделали при мне 4-5 дублей.
27.
Интервью дают Олег Шумаков, директор по газонефтехимии АО "Атомэнергомаш":
28.
И Андрей Никипелов - гендиректор всего "Атомэнергомаша":
29.
По речи его было видно, что это не просто чиновник-управленец, а настоящий специалист - "максимально кратко" он рассказывал о проекте, со множеством теоретически пояснений и технических деталей, добрых полчаса, и по всему было видно, что при неограниченном времени он мог бы говорить об этом и часами. А вот обратная сторона интервью:
30.
Над объектом кружило три дрона:
31.
Артём прислал мне видео, снятые с них:
Click to viewЗатем я увидел каски, мелькающие среди конструкций стенда:
32.
И сам поспешил наверх:
33.
Здесь полным ходом шла наладка измерительных приборов испытаний:
34.
35.
Периодически сопровождавшаяся стравливанием газа:
36.
Мы же смотрели на всё это из-за балок и арматуры. Каска, надо заметить, тут КРАЙНЕ не лишняя - столько раз я не влетал головой ещё ни на одном предприятии.
37.
Немного видов во внешний мир. По соседству с ВНИИЭФА - заводик художественного литья вроде фонарей и оградок:
38.
Поодаль - Металлострой, над сталинскими малоэтажками которого нависают старая водонапорка и одинокий ЖК:
39.
За площадкой ВНИИЭФА дымят Ижорские заводы, силуэт которых знаком каждому, кто ехал поездом между Москвой и Петербургом. Там, кстати, есть производство корпусов от ядерных реакторов, причём более старое, чем в Волгодонске.
40.
С другой стороны - уже нам знакомая Южная ТЭЦ:
41.
На стенде продолжается пресс-тур. Вот представитель ОКБМ "Африкантов", один из разработчиков насоса Михаил Боровков - им тут испытывать в ближайшую пару лет ещё 9 насосов. Примерно столько же корреспондентов за время моего присутствия на стенде успело к нему подойти.
42.
Олег Шумаков расписывает эффективность насоса - криогенную жидкость машина выкачала насухо. Отечественный насос явно превзошёл зарубежные аналоги, так что специально для скептиков пришлось испытывать его повторно.
43.
Портрет человека из числа тех, на ком держится истинное величие державы:
44.
Ещё одно видео с дрона:
...Между тем, наладка затягивалась. Продрогнув, мы направились в буфет - опять толпой, так как перемещаться по НИИЭФА можно лишь в сопровождении. В буфете играла музыка из колонок на карнизе, а ассортимент варьировался от дошираков, которые можно было прямо тут же запарить, до очень приятной сладкой выпечки. В буфете и просидели мы пару часов, что по нынешнем временам оказалось непросто: на территории НИИЭФА глушат сотовую связь, и если на улице да у края периметра что-то ещё ловит, то здесь сигнал проходит редко и едва-едва.
45.
В какой-то момент мы пришли в операторскую, занимающую кубическое строение из профлиста. Здесь мы рассчитывали увидеть запуск испытаний, но по лицам и разговорам операторов поняли, что дело затягивается вновь:
46.
Затем приехала машина с жидким азотом - пополнить его запас в хранилище. Но мы поняли, что если продолжим ждать, то не успеем на поезд, и поспешили к выходу. Как объясняли мне, испытания не особо зрелищны - просто что-то гудит внутри стенда, а из его трубы идёт белый дым. Сами же испытания длятся около 8 часов - примерно столько нужно насосу, чтобы перекачать заданный объём криожидкости. Начались они лишь на следующий день, но прошли, как нам сообщили - успешно.
47.
А неделю спустя я съездил в ещё один блог-тур "Атомэнергомаша" - на этот раз в Нижний Новгород к создателям здешних насосов в ОКБМ "Африкантов". Но об этом будет следующая часть.