В 2025 году атомная отрасль отмечает свой 80-летний юбилей. В честь этого события Информационные центры по атомной энергии (ИЦАЭ) Кирова и Смоленска провели телемост «80 лет покорения энергии атома». Участники погрузились в историю развития атомной энергетики – от идеи до создания атомных электростанций.

Открыл телемост Андрей Дюндин — физик, кандидат педагогических наук, заведующий кафедрой физики и технических дисциплин СмолГУ. В начале своего выступления он напомнил зрителям хронику ключевых открытий.

В 1896 году Анри Беккерель случайно обнаружил неизвестное излучение солей урана, обладающее высокой проникающей способностью. Новое явление сразу привлекло внимание научного сообщества. Существенный вклад внесли Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри – их масштабные исследования различных минералов привели к революционному выводу: способностью испускать лучи обладают не только уран, но и другие элементы, такие как торий и полоний. Для обозначения этого явления ввели понятие «радиоактивность».

Теоретический фундамент для понимания процессов, лежащих в основе ядерной физики, был заложен Альбертом Эйнштейном, изложившим в 1905 году основы специальной теории относительности.  «Опираясь на формулу, полученную Эйнштейном (е=мс²), учёные пришли к выводу, что в любом атоме сосредоточен большой объем энергии. И потом, в результате изучения радиоактивности и тяжелых самопроизвольно распадающихся ядер, пришли к выводу, что уран является одним из элементов, использование которого в качестве топлива наиболее эффективно и просто», — подчеркнул спикер.

Дальнейшее понимание природы ядерных сил связано с работой Игоря Тамма. Ключевой прорыв произошел на рубеже 1940 года. Работы Якова Зельдовича и Юлия Харитона теоретически обосновали саму возможность осуществления цепной реакции деления урана. Практически одновременно Георгий Флеров и Константин Петржак открыли спонтанное деление ядер урана, подтвердив реальность этого процесса.

В конце февраля 1940 года Игорь Курчатов подчеркнул стратегическую важность работ по ядерной физике. Однако путь к практической реализации был сложным: для запуска реактора требовалось не менее 100 тонн урана, в то время как на 1943 год планировалась добыча всего 2 тонн.

Также Андрей Дюндин рассказал о том, как создавались первые реакторы. Первая в мире атомная электростанция была запущена 26 июня 1954 года в Обнинске. Её реактор АМ-1 («Атом Мирный-1») мощностью 5 МВт работал на обогащённом уране с графитовым замедлителем и водяным охлаждением. Первый реактор РБМК был запущен в 1973 году на Ленинградской АЭС. Это канальный уран-графитовый реактор большой мощности. Реактор ВВЭР был запущен в 1964 году на Нововоронежской АЭС. Реактор БН – ядерный энергетический реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем – был введён в эксплуатацию в 2015 году.

Зрители узнали о ледоколе «Ленин», который эксплуатировался с 1959 по 1989 годы. На ледоколе были установлены два реактора ОК-150, которые в 1960-х были заменены на реакторы ОК-900. На ПАТЭС «Академик Ломоносов» в качестве энергетической установки используются два реактора КЛТ-40С, суммарной электрической мощностью 70 МВт, что позволяет обеспечивать электричеством и теплом город Певек с населением около 5000 человек и близлежащие промышленные объекты.

«Атомная отрасль не останавливается, она идёт только вперед. Если вы хотите быть причастным к этой деятельности, «Росатом» с удовольствием вас примет. Это очень интересно. И когда ты смотришь на эти сооружения, ты гордишься подвигом нашего народа. Низкий поклон тем, кто это сделал, спроектировал, запустил», — завершил свою лекцию Андрей Дюндин.

Зачем и как обогащают уран и почему этот процесс – одна из сложнейших технических задач человечества, рассказала Наиля Саетова, старший научный сотрудник Института химии и экологии ВятГУ.

«Уран, 92-й элемент периодической таблицы, является ключевым игроком в современной энергетике. Его путь от природного минерала до высокотехнологичного ядерного топлива представляет собой сложный и впечатляющий технологический цикл», — подчеркнула спикер.

Главное преимущество урана — его природное происхождение. В чистом виде уран не встречается из-за высокой химической активности. Его основным источником является минерал уранинит, также он встречается в составе других руд, например, тюямунита.

«Добыча урана эволюционировала от традиционных методов к инновационным технологиям. Традиционные способы, такие как шахты и карьеры, часто сопряжены с рисками из-за большой глубины залегания руд. Современной и безопасной альтернативой стал метод подземного скважинного выщелачивания. При этом способе в пласт породы закачивается специальный раствор, который выщелачивает уран, а затем обогащенная жидкость поднимается на поверхность через другую скважину. Это позволяет избежать масштабных земляных работ», — отметила Наиля Саетова.

Полученный раствор очищают и осаждают в виде твердого концентрата закиси-окиси урана, известного как «жёлтый кек». Этот продукт фасуется в герметичные бочки и отправляется на следующий этап.

Сердцем процесса подготовки ядерного топлива является разделение изотопов. Хотя химические свойства изотопов урана идентичны, разница в их массе позволяет разделить их физическими методами. Для этого «желтый кек» преобразуют в гексафторид урана (UF6) — уникальное вещество, которое при нагревании переходит в газообразную форму. Именно в виде газа его закачивают в центрифуги, где под действием колоссальной центробежной силы более тяжёлый уран-238 скапливается у стенки, а лёгкий уран-235 — по центру.  Этот процесс повторяется многократно для достижения нужной концентрации.

Следующий этап — создание ядерного топлива. Обогащенный уран в форме порошка диоксида урана (UO2) прессуют в небольшие таблетки, которые затем спекают при температуре около 1700°C для придания прочности. «Всего одна такая таблетка массой 4 грамма способна выработать около 1400 кВт·ч электроэнергии, что хватит для питания холодильника на четыре года», — рассказала спикер.

Эти таблетки помещают в герметичные трубки из специального сплава — тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы), которые, в свою очередь, собираются в тепловыделяющие сборки (ТВС). Именно эти сборки загружаются в активную зону ядерного реактора.

После отработки топливо требует безопасного обращения. Современные технологии позволяют безопасно хранить радиоактивные отходы, включая их в особо стабильные матрицы, такие как стекло или керамика, что обеспечивает надежную изоляцию на тысячи лет.

Также зрители узнали удивительный факт о «природном ядерном реакторе». Наиля Саетова рассказала о месторождении Окло в Габоне. Исследования подтвердили, что более 2 миллиардов лет назад в этом регионе происходила естественная цепная реакция деления урана. Условия для такой реакции были уникальны: высокое содержание урана-235 и наличие грунтовых вод, которые замедляли нейтроны и поддерживали реакцию. В настоящее время реакция прекратилась из-за истощения запасов изотопа 235U подходящей концентрации. 

«Таким образом, уран представляет собой мощный и широко распространенный источник энергии. Его путь от камня до атома является ярким примером того, как высочайшие достижения науки и техники позволяют человечеству решать глобальные энергетические задачи», — завершила свое выступление спикер.

Гости ИЦАЭ Кирова после телемоста также смогли посетить выставку «Атом в миниатюре», которая показывает, как открытие и освоение атомной энергии отражены в филателии. Зрители увидели марки из коллекции профессора кафедры «Атомные станции и ВИЭ» Уральского федерального университета Олега Ташлыкова.