Новый химический элемент и ракетный двигатель для путешествий между мирами: как нацпроект двигает науку вперед

Ученые «Росатома» разработали инновационное углеволокно для космической отрасли. Фото: Химико-технологический кластер «Росатома».

Нацпроект «Новые атомные и энергетические технологии» стартовал в России в 2025 году. Его цель – создать такие методики работы, новые материалы и технологии производства, которые дадут толчок развитию не только атомной энергетики, но и страны в целом. И вот в каких направлениях наши ученые уже добились важных результатов.

1. Новый химический элемент

Фото: Научный институт «Росатома» в Димитровграде.

Когда Дмитрий Менделеев составлял свою периодическую таблицу химических элементов в 1896 году, то предположил, что некоторые химические элементы учеными еще не обнаружены, поэтому оставил для них место. С тех пор прошло 130 лет, и таблица пополнилась 55 новыми элементами, причем шесть из них находятся «в конце» таблицы: их назвали нихоний, флеровий, московий, ливерморий, теннессин и оганесон. Пять последних открыты учеными Московской области – из Объединенного института ядерных исследований в Дубне.

- Новые химические элементы созданы искусственно и живут считанные миллисекунды, после чего распадаются на осколки, которые фиксируются специальными детекторами. Факт фиксации является доказательством произошедшего слияния (синтеза) нового элемента. Сейчас мы работаем над тем, чтобы создать более устойчивые сверхтяжелые элементы. В таблице Менделеева они займут номера 119 и 120, - рассказал первый заместитель директора частного учреждения «Наука и инновации» (входит в «Росатом») Алексей Дуб, он же является научным руководителем федерального проекта «Разработка новых материалов и технологий для перспективных энергетических систем», который является частью нацпроекта «Новые атомные и энергетические технологии».

Алексей Дуб. Фото: Алексей Башкиров, газета «Страна Росатом».

Для синтеза новых химических элементов приходится решать ряд проблем. Во-первых, как получить необходимые для эксперимента материалы «мишени» и «снаряда» — это особые изотопы (вид атома), которых крайне мало в мире. Для этого в городе Сарове на границе Нижегородской области и Республики Мордовия строят специальный комплекс, который в три раза эффективнее тех, что сейчас существуют в мире. Планируется, что он заработает в конце 2028 года.

Во-вторых, для получения новых химических элементов нужно особое оборудование, которое будет разгонять частицы до скоростей, которые даже представить себе сложно. Профессор РАН, замдиректора Лаборатории ядерных реакций Александр Карпов сравнил создание такого аппарата с переходом от велосипеда к гоночному болиду.

Но мало разогнать частицы. Нужно еще уловить то самое рождение нового элемента. Физики сравнивают это с поиском иголки в стоге сена размером с Эверест. Для этого в Дубне уже создали уникальный комплекс — «Фабрику сверхтяжелых элементов».

2. Жидкосолевой реактор

Преимущество на мировом рынке России даст и получение «чистой» электроэнергии: ученые для этого разрабатывают жидкосолевые реакторы.

Жидкосолевые реакторы-трансмутаторы обеспечивают эффективное «дожигание» наиболее долгоживущего и высокотоксичного изотопа кюрия, превращая его в короткоживущие продукты деления. Это позволяет не только в разы сократить объем опасных радиоактивных отходов, но и решить проблему утилизации кюрия, который крайне сложно использовать в топливе привычных тепловых реакторов.

- Уже к концу 2026 года будет выпущен технический проект реакторной установки. А в следующем году стартуют работы по изготовлению промышленного оборудования для подготовки собственно той соли, которая нужна для запуска реактора. Полностью готовая установка может начать работу в 2033 году.

3. Плазменный двигатель для космических аппаратов

Фото: Евгений Погонин, газета «Страна Росатом».

К 2030 году в России планируют создать летный прототип мощного плазменного ракетного двигателя. Лабораторный прототип уже собрали в прошлом году, сейчас специалисты научного института «Росатома» в Троицке проводят испытания и разрабатывают новые технические решения.

- Наш плазменный двигатель – это не просто новая техническая разработка. Это возможность обеспечить перемещения в космосе с малым количеством рабочего тела – вещества, которое двигатель выбрасывает, чтобы двигаться. Мы также планируем возможность «дозаправки» такого двигателя вне Земли, - заявил директор по науке и стратегии - директор отделения магнитных и оптических исследований научного института «Росатома» в Троицке Николай Климов.

В перспективе такая разработка откроет возможности путешествий и транспортировки грузов между орбитами объектов Солнечной системы.

4. Особо прочные материалы и оборудование

Новые материалы. Фото: Частное учреждение «Наука и инновации» («Росатом»).

Для межпланетных перелетов потребуются новые материалы. И в химико-технологическом кластере «Росатома» совместно с другими внешними организациями композитного направления уже создали графитовое волокно, которое отличается экстремально высокой прочностью и малым весом.

- Такой материал идеален для крупных космических конструкций: каркасов станций, радиационных панелей, крупногабаритных отражателей и теплоотводящих систем – все это нужно для длительных миссий, - рассказал Алексей Дуб. - Кроме того, наши ученые создают жаропрочные материалы с рабочими температурами от 1,5 тысяч градусов, которые могут быть использованы, в том числе для космических ядерных установок.

Чтобы работать с материалами нового поколения, которые выдерживают высокие температуры специалисты АО «НИИ НПО «ЛУЧ» (входит в Научный дивизион «Росатома») разработали целую линейку оборудования, которое способно изготовить все, что нужно – от сложнопрофильных заслонок до турбин из тугоплавких материалов, способных выдерживать нагрузку при температурах выше 1350оС, что сопоставимо с температурой плавления сплавов на основе железа.

Более того, ученые сейчас разрабатывают автоматизированную линию для быстрого синтеза новых материалов. Многоканальное сопло в ней даст возможность подавать сразу несколько материалов в зону синтеза. А искусственный интеллект подскажет перспективные комбинации материалов, из которых может получиться что-то, о чем человечество еще не слышало.

- Внедрение автоматизированной линии сократит время, необходимое для поиска новых составов, с нескольких лет до нескольких месяцев, - объяснил Алексей Дуб. - Кроме того, технология позволит разрабатывать от 10 новых сплавов в сутки, что ускорит поиск перспективных материалов для энергетики, космоса и медицины в 50 раз и даст России преимущество на глобальном рынке.

5. Универсальные «заплатки» на раны

Фото: Алексей Башкиров, газета «Страна Росатом».

Еще до полетов в космос на Земле людям придется позаботиться о своем здоровье. И выращивание биологических тканей – одно из важнейших направлений работы.

- Начинали мы с сосудов: сначала их удалось вырастить из клеток в космосе, потом – добиться того же результата на Земле, что сложнее из-за силы тяжести, - рассказал Алексей Дуб. - Затем мы перешли к испытаниям выращенных тканей на животных. Результаты продемонстрировали президенту России на Форуме будущих технологий. Сейчас пошли дальше – вместе с институтом ФМБА работаем над созданием так называемых универсальных клеточных библиотек, чтобы научиться выращивать органы из универсальных клеточных систем, что сведет к минимуму риск их отторжения.

До получения универсальных органов пока что далеко. Зато в ближайшей перспективе – появление «заплаток» на раны, «сотканных» как раз из выращенных биологических тканей. Или таких же кровеносных сосудов взамен поврежденных.