Промышленные ускорители серии ЭЛВ, выпускаемые Институтом ядерной физики им. Будкера СО РАН, – показательный пример того, как занятия, казалось бы, чистой фундаментальной наукой могут приносить и весьма прикладные результаты. Ученые ИЯФ СО АН СССР занимались изучением поведения пучков элементарных частиц в коллайдере, но предварительно эти частицы надо было разогнать до соответствующих скоростей, что и делалось с помощью ускорителей. В то время уже было известно о радиационной модификации полимеров и, в частности, электронно-лучевой модификации кабельной изоляции из полиэтилена. После обработки ускорителем более дешевый изоляционный материал приобретает свойства дорогих кабелей из тефлона или полипропилена. Устройства, которые обеспечивали начальное ускорение пучков для коллайдера, после доработки оказались пригодными для электронно-лучевой обработки материалов. Но параметры и надежность первого поколения ускорителей не устраивали промышленность. В начале 1970-х ИЯФ СО АН СССР получил заказ Министерства электротехнической промышленности СССР – разработать модель ускорителя, рассчитанного на работу в промышленности. Для этого была создана лаборатория под руководством Р.А. Салимова, в состав которой входил Николай Куксанов, тогда – молодой стажер-исследователь, недавно пришедший работать в Институт ядерной физики, а сейчас – д.т.н., зав. лабораторией 12, где и создаются промышленные ускорители.
– Задача была сложная, но вполне решаемая, ‒ вспоминает он. – Как ускорять пучки, мы знали, но необходимо было обратить внимание на надежность, изменить ряд параметров. В итоге, мы разработали новую конструктивную схему, на которую было получено несколько авторских свидетельств, а в последствии присуждена и Государственная Премия СССР.
На работу у исследователей ушло около двух лет. И в 1973 году первый ускоритель типа ЭЛВ производства ИЯФ СО АН СССР появился на опытном заводе Всесоюзного научно-исследовательского института кабельной промышленности (ВНИИКП) (сейчас ОАО «Экспокабель»). И отработал сорок лет без перерывов и нареканий.
Не стоит забывать, что ВНИИКП был не просто заводом, а экспериментальной площадкой, на которой отрабатывались новые технологии, чтобы затем передаваться на другие предприятия отрасли. Так произошло и с ускорителями ЭЛВ. В рамках первого заказа (а он включал 15 машин) были созданы центры электронно-лучевой обработки кабельной изоляции на заводах в Подольске (Россия), Мозырь (Белоруссия), Бердянск (Украина), Тирасполь (Молдавия).
Облученные (их еще называют «сшитыми») кабели оказались востребованными в разных отраслях. Их используют в атомной промышленности, авиа- и судостроении. Также они хорошо показали себя и в нефтедобывающей промышленности (для электропитания нефтепогружных насосов). У обычных проводов в таких условиях изоляция растворяется, в то время как «сшитые» провода обладают необходимой стойкостью, а кроме того, имеют высокую рабочую температуру (120–190ºС).
В итоге, как отметил еще в 1985 году председатель СО АН СССР, академик Валентин Коптюг, экономический эффект от применения ускорителей в электротехнической промышленности превысил четверть миллиарда рублей. И с тех пор эта цифра еще более выросла.
Но, как оказалось, ускорители ЭЛВ имеют еще одну область применения. Много лет крупный завод «Воронежсинтезкаучук» использовал в своем производстве ядовитую щелочь под названием некаль. Отработанное вещество скапливалось в т.н. полях фильтрации. В итоге под Воронежем образовалось целое подземное озеро, загрязненное токсичными отходами (помимо прочего, некаль является сильным канцерогеном). И к началу 1980-х оно стало представлять угрозу: часть отходов просочилась в грунтовые воды и попала в городской водозабор. Вода в кранах горожан стала пениться, и по своему составу оказалась малопригодной для использования. Здесь надо отметить тот факт, что Воронеж — один из немногих городов России, где питьевая вода добывается исключительно из артезианских скважин. Её качество и так оставляет желать лучшего, но в тот момент ситуация вообще оказалась критической. На помощь пришла наука.
– Была создана специальная комиссия, перед которой поставили задачу: найти способ быстро удалить это вещество из питьевой воды, – рассказывает Николай Константинович. – Однако вскоре стало ясно, что химические методы очень сложны в применении и не дают гарантированного результата. Не дала результата и откачка зараженной воды с последующим помещением ее в очистные сооружения: некаль, содержащийся в воде, был губителен для бактерий, с помощью которых там очищали воду. Тогда химики предложили метод радиационного разложения. И уже после этого к работе привлекли, в том числе, и специалистов нашего Института.
Первоначально предполагалось разложить некаль полностью с помощью электронного пучка. В принципе, таким способом возможно разложить любое химическое соединение, вот только затраты на этот процесс сделают воду «золотой». В результате, было принято решение сначала обрабатывать воду ускорителем, а затем уже запускать ее в очистные сооружения. Решение себя оправдало – бактерии, погибавшие от некаля, оказались в силах справиться с продуктами его распада после обработки на ускорителе. И в 1983 году на берегу водохранилища построили двухэтажное кирпичное здание с установкой электронно-лучевой обработки на базе ускорителя ЭЛВ-3. Заражённая некалем вода откачивалась из подземных горизонтов, проходила по лотку со скоростью 4 м/с, где и обрабатывалась электронным пучком и далее поступала на левобережные очистные сооружения.
Установка прекратила работу лишь в конце 1990-х, когда результаты исследования показали, что питьевая вода больше не представляет угрозы для здоровья жителей города. Кстати, позднее, аналогичное оборудование использовалось при очистке сточных вод текстильного производства в южнокорейском городе Тэгу.
Вообще, эта разработка новосибирских физиков оказалась очень востребованной – за время своего существования ИЯФ СО РАН выпустил более 160 промышленных ускорителей серии ЭЛВ, 120 из них до сих пор находятся в эксплуатации. Большинство из них производились для иностранных заказчиков, прежде всего, для Китая. Китайцы, в отличие от нашей страны, применяют «сшитые» провода более широко – к примеру, их применение является нормой для строительной индустрии.
Рынок подобного производства – очень конкурентный и удержаться на нем не просто.
– С одной стороны, это очень дорогое оборудование, рассчитанное на длительный срок эксплуатации, - отмечает Николай Куксанов – Так что в год в мире приобретается десять-пятнадцать подобных устройств. И борьбу за этот ограниченный рынок ведут сразу несколько производителей. Да и те же китайцы стараются наладить свое производство, хотя их ускорители пока часто проигрывают нашим по ряду параметров, включая надежность. Поэтому без заказов мы не остаемся.
Сегодня ИЯФ СО РАН является хорошо зарекомендовавшим себя в мире производителем промышленных ускорителей, занявшим свою нишу на рынке. И ее расширение не входит в список приоритетных задач, ведь Институт - в первую очередь научная, а не промышленная организация. И главная цель его коллектива – получение новых знаний, которые, в свою очередь, ведут к появлению новых технологий и материалов.
Наталья Тимакова
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии