24 ИЮЛЯ / 2020
ПЕРСОНА

О гражданских разработках и вечном источнике тока

Владимир Александрович Степанов (г. Обнинск) — д. ф.-м. н., профессор, руководитель образовательных программ, начальник отделения Института лазерных и плазменных технологий ИАТЭ НИЯУ "МИФИ"
— С ИАТЭ вы познакомились? — сам начинает беседу с вопроса Владимир Александрович.

— Это филиал МИФИ, но ориентирован больше на прикладные вещи. У нас есть отделение биотехнологий, институт ядерной физики, социально-экономический, институт интеллектуально-кибернетических систем и мы. Мы — это институт лазерных и плазменных технологий. Самый маленький в ИАТЭ, но наиболее насыщенный лабораториями и оборудованием.


— У нас есть Центр технологии композитов и материалов фотоники. Очень сильная школа по исследованию структуры материалов. Есть рентгеновские аппараты, хороший рентгенофазовый, рентгеноструктурный анализ, микроскопия оптическая, зондовая, правда, электронной нет, но мы пользуемся связями с институтами и производствами, у которых есть.


С какими компаниями и центрами работаете?



— С обнинским научно-производственным предприятием "Технология". Радиационные технологии мы разрабатываем совместно с Государственным научным центром - Физико-энергетическим институтом (ГНЦ РФ-ФЭИ). Работаем с Физико-химическим институтом им. Карпова на их облучательных устройствах, реакторах. Последние два года у нас развивается бурный роман с предприятием "ЛАССАРД". Они занимаются оптоволоконными лазерными системами. Там работают наши аспиранты и студенты.


— Мы единственная группа радиационного материаловедения в области керамических и композиционных материалов. Другие работают с металлами, поскольку это самый востребованных из конструкционных материалов. Но мы имеем хорошую базу данных и исследования по керамическим высокотемпературным диэлектрическим материалам. Особенно в связи с работами вместе с "Технологией". Они разрабатывают материалы для обтекателей летательных аппаратов, способных проходить атмосферу на сверхвысоких скоростях, устойчивых при высоких температурах и, как выяснилось, при высоких реакторных дозах. Задачи разные, но материалы сходные.


Что вы разрабатываете непосредственно в лаборатории ИАТЭ?


— Если говорить о Росатомовских тематиках, одно из последних — разрабатываем совместно с институтом неорганических материалов, ВНИИНМ им. А.А.Бочвара, методику мониторинга внутриканального облучения материаловедческих сборок, когда изучают поведение материалов в условиях высокодозного радиационного воздействия и большой температуры. Разработали способ. Нитрид бора помещаем как монитор рядом с материалами в реактор, потом по изменению рентгеновских спектров делаем вывод об условиях облучения. Оказалось достаточно точно.


— Для атомной отрасли еще интересная разработка — создание гибридной камеры деления, которая позволяет измерять нейтронные потоки. В камере есть электрическая часть и оптическая. При облучении нейтронами, появляется электрический сигнал и возникает вспышка света. Количество этих вспышек, как и электрических импульсов, пропорционально нейтронам, провзаимодействовавших с веществом внутри камеры. Эти вспышки можно считать, собирать в волокно и передавать на оптический счетчик, оптоэлектронный преобразователь и т.д . Мы разработали эти системы, а также волокна, активные к нейтронам материалы. Дальше можно придумать устройства смешивания оптической информации, ее обработки и т.д. Получается диагностировать не только интенсивные нейтронный и гамма- потоки, но и распределения их по энергии. Здесь плотно работаем с ВНИИХТ (Всероссийским научно-исследовательским институтом химической технологии).


Какое возможно практическое применение этой разработки?


— На АЭС, контрольно-пропускных пунктах — везде, где нужно проследить распределение и перемещение активных материалов. Для геологов полезно. Можно разработать оптоволоконные приборы, очень чувствительные к излучению. С их помощью при активационном анализе можно получить химический состав породы в полевых условиях. Любая фундаментальная разработка дает очень много хороших практических применений.


Есть разработки, которые не дошли до финальной стадии? Не были осуществлены?


— Да, немало. К примеру, в 90-х мы имели контакт с компанией "ЯКУТАЛМАЗ". В чем проблема всей алмазной промышленности? Очень много бортовых алмазов (непригодных для ювелирной промышленности). Из них делают алмазный порошок. Жуткая вещь — использовать природные алмазы как абразив. Вместе с ГНЦ РФ-ФЭИ, мы разработали технологию ядерного легирования получения полупроводниковых алмазов. В отличие от полупроводников на основе кремния и арсенида галлия, которые сейчас используются везде, полупроводниковые алмазы могут работать при температурах до 600-700 градусов.


Вы сами ищите идеи или работаете с заказами со стороны?


— С военными да. Они четко понимают, что им надо, ставят задачу, мы делаем. Что касается гражданских направлений, как правило, самим приходится придумывать.


— У нас много идей. Занимаемся разработкой и изучением свойств аморфных материалов. Это металлические стекла, а также неметаллические диэлектрические стекла. При различных внешних воздействиях в этих материалах происходят структурные изменения. Вместо псевдооднородного аморфного материала могут возникать дополнительные плотные нано-области, когда материал начинает кристаллизоваться локально в разных точках. Из стекла получается композит — ситалл. Его используют в электроплитах, микроволновых печах из-за нулевого коэффициента объемного расширения. Подобного же типа ситаллы мы научились делать из металлических стекол. И оказалось, что если стекла имеют магнитные добавки типа кобальта, никеля, железа, то возникает уникальное магнитное свойство — суперпарамагнетизм. Это состояние характеризуется большой петлей гистерезиса по амплитуде, но площадь ее равна нулю. Никаких потерь! Можно сделать трансформатор с КПД близкому к 100%, и это первое. Потом можно решить проблему быстрой записи-перезаписи информации на жесткий диск. Там же системы тоже магнитные.


Зарубежные компании проявляют интерес к вашим разработкам?


Конечно, проявляют. В Японии, например, очень много проводится экспериментов по радиационному материаловедению, в том числе и по диэлектрикам. Но за нами они следят почему? Потому что, помимо традиционных керамических материалов, мы исследуем радиационные свойства высокотемпературных композитов, как материалов ядерной энергетики будущего. Это экспериментальные композиты на основе нитридов, оксидов, карбидов, боридов, которые еще даже не планируются к применению. Мы показали и даже знаем, почему, некоторые из них могут выдерживать сверхвысокую радиационную нагрузку и температуры.


— Осуществляете исследования и разработки на стыке наук?


— Интересные результаты есть на стыке фотоники и биологии. Еще в 90-е годы в клиниках начали использовать лазерные аппараты для лечения. Импульсное инфракрасное около 0,9 мкм длиной волны лазерное излучение обладает хорошим терапевтическим эффектом. Причем, излучение небольшой интенсивности. Работу проводили совместно с Институтом медицинской радиологии здесь в Обнинске. Получили большой клинический опыт лечения различных неспецифических заболеваний внутренних органов. Нам удалось разобраться в нерезонансном механизме действия излучения. Оно рассеивается и изменяющееся температурное поле в биотканях стимулирует деформации клеточных мембран. Происходит как бы массаж клеток. Это стимулирует микроциркуляции жидкости в тканях.

Научились рассчитывать частоты импульсов для разных заболеваний. Совместно с коллегами из отделения биотехнологий в ИАТЭ мы экспериментально подтвердили такой механизм влияния ИК-излучения на биоструткуры.


Встречались в вашей работе необъяснимые вещи?



— В волоконной оптике много необъяснимого. Там не работает обычная оптика, к которой мы привыкли. Зеркала, линзы — все иначе. И там множество нелинейных эффектов. Например, если через волокно пропускать свет, он может усиливаться в условиях реакторного облучения. Могут возникать дополнительные гармоники, что совершенно неожиданно и необъяснимо. Мы не осмелились даже опубликовать такие результаты. Когда пускаешь красный свет, выходит зеленый. Причем, если бы на выходе был инфракрасный сдвиг (с понижением энергии), было бы понятно. А тут наоборот — повышается энергия квантов.


— Наши коллеги из Саратовского университета сделали в волокне капилляры разной конфигурации и, интуитивно изменяя эту конфигурацию, научились преобразовывать одно излучение в другое. Желтый свет в зеленый, зеленый в синий и т.д. Почему это происходит, никто не понимает.


Промышленность заинтересована в ваших разработках?


— В военной промышленности, если что-то разрабатываем, сразу идет в работу. Но хотелось бы, чтобы и гражданские разработки тоже были. Но у нас нет средних промышленников. Крупным это не надо, а у мелких нет денег.


— Есть у нас в Калужской области композитный кластер "АКОТЕХ", куда входят порядка 20-25 предприятий, у которых интересы близки. Хотят, например, разрабатывать аддитивные технологии для композитов и керамик. Ни одно предприятие, которое входит в кластер, не в состоянии сделать это в одиночку, даже ОНПП "Технология". Потому что огромные суммы, рисковое дело. А все вместе, привлекая нас, могли бы сделать.


В других областях ваши разработки находят применение?


— Сейчас, например, "АКОТЕХ" разрабатывает дрон-вездеход для исследования Арктики. Мы делаем для него источники тока, которые смогут работать десятки и сотни лет автономно. Это соединение нанотехнологии с ядерными технологиями. Мы придумали способ, получили патент на эту разработку.


— Расскажите подробнее, в чем суть идеи?


— Суперконденсатор — это конденсатор с аномально большой емкостью в десятки, а то и сотни фарад. Это происходит за счет того, что эффективная площадь на один квадратный см. электрода порядка 10 тысяч квадратных метров. И мы предлагаем способ получения электрического тока, путем разделения электрического заряда при ионизации среды за счет введения активных изотопов в один из электродов. Причем изотопы мы вводим хитрым способом. Берем обычные вещества, не активные, и один из электродов пропитываем этим веществом, потом уже готовое изделие помещаем в реактор, в нейтронное поле. В результате облучения не активные изотопы становятся радиоактивными, получается внутренняя активность. Такой способ мы позаимствовали у технологии радиофармпрепаратов. Срок действия такой батарейки — период полураспада изотопа. Может быть годы, десятилетия, а может и тысячелетия, как, например, изотоп углерода 14-го распадается за 5,7 тысяч лет. Уже есть образцы, которые дают устойчивые показатели на уровне милливольт. Эту работу мы делаем с предприятием "Элеконд" в г. Сарапул, в Удмуртии. Это конденсаторный завод. Работаем с ними и с МЦАИ РАН в Москве.


Владимир Александрович, среди ваших коллег немало достойных людей, кого можете отметить, как наиболее перспективных, с кем мы так же могли бы встретиться?


— Среди предпринимателей могу посоветовать Кульбацкого Евгения Борисовича — директора Лазерного центра. Он тоже окончил институт стали, и лазерные технологии воплотил в производство, создал свое предприятие. Наши бывшие студенты там работают. Активный член "АКОТЕХа".


— Один из моих самых перспективных студентов, потом магистров и сейчас аспирант — Евгений Мезенин. Сбежал от меня на производство. У него золотые руки, все, за что берется, получается. Считаю, что сейчас он поднимает производство предприятия «Технокерамика», запускает цех. С ним мы делали и собственную технологию. Он построил здесь установку электроспинингования, с помощью которой можно создавать особые материалы, распыляя полимеры в электрическом поле. Есть патент. Использование различное: фильтры, сепараторы для суперконденсаторов, для электродов и много других.
Автор: Александра Морозова.
Фотографии предоставлены героем интервью.

Энциклопедия промышленности России