Вице-президент РАН академик Степан Калмыков о будущем атомной энергетики, безопасности технологий и инновациях в ядерной медицине
Вице-президент РАН академик Степан Калмыков о будущем атомной энергетики, безопасности технологий и инновациях в ядерной медицине
В рамках празднования 80-летия российской атомной промышленности в рубрике «Научный разговор» об основных направлениях развития атомной отрасли рассказал вице-президент Российской академии наук, председатель Научного совета РАН по глобальным экологическим проблемам, научный руководитель химического факультета МГУ, член Общественного совета госкорпорации «Росатом» академик Степан Калмыков.
— Степан Николаевич, в 2020 году, когда российская атомная промышленность отмечала 75-летний юбилей, в одном из интервью вы выделили три магистральных направлениях развития атомной отрасли: атомная энергетика; ядерное наследие и технологии ядерной медицины. Сегодня мы хотели бы коснуться этих трёх направлений, что изменилось за прошедшие пять лет и что можно прогнозировать на будущее.
Первое направление — это атомная энергетика. Здесь вы были уверены, что мы однозначно должны прийти к двухкомпонентной ядерной энергетической системе с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах в замкнутом ядерном топливном цикле. Насколько мы достигли этой цели?
— Концепция по полному замыканию и двухкомпонентной энергетике, не только не ушла с повестки дня, но стала реализовываться в виде конкретных решений на уровне государства. Мы активно работаем в области физики, химии, радиохимии, инженерных наук, создания прототипов конкретных производств, опытно-демонстрационных центров. В госкорпорации «Росатом» в рамках тематического НТС № 5 «Завершающая стадия ядерного топливного цикла», который я недавно возглавил, принята стратегическая программа по радиохимии. Должен сказать, что там понятны общие контуры и определено, что нужно сделать. Конечно, внутри есть технологические развилки. Например, как трансмутировать долгоживущие минорные актиниды в гомогенном реакторе или в гетерогенном. Но это частные вопросы, хотя и серьёзные, с точки зрения науки.
Мы активно идем к этой цели, и она стала очевидной не только для нас, но и для наших конкурентов из других стран. Из тех материалов, которые есть и в открытом доступе в том числе, мы видим, что многие страны — Франция, Китай, Индия, Соединённые Штаты с отставанием, — двигаются по тому же сценарию. Он не уникальный, но очевидно навеян накопленным объёмом информации о ядерной энергетике, о технологиях за предшествующие годы и десятилетия.
— Что сегодня происходит в этом плане в США?
— США идут по очень близкому пути с отставанием, потому что ещё при президенте Картере [Джимми Картер — президент США с 1977 по 1981 годы. Прим. ред.], была принята государственная политика, запрещающая любую переработку отработавшего топлива, кроме как при военных нуждах. США за прошедшие десятилетия очень технологически отстали в сравнении, допустим, с Китаем, Индией, Францией, естественно, с Советским Союзом, а потом, соответственно, с Россией. Это просто факт. Сейчас они активно пытаются нагнать это отставание, в том числе с помощью частных денег. Многие американские компании получают сегодня крупное частное финансирование на разработку основ радиохимических технологий и производств переработки. Например, компания TerraPower, одним из основателей и главным инвестором которой стал Билл Гейтс. Он приверженец атомной энергетики и как раз вкладывает сейчас, в том числе свои собственные средства, в новые технологии ядерной энергетики.
— Какой опыт в этом направлении у наших восточных соседей — Китая, Индии?
— Они идут семимильными шагами. И здесь надо понимать, что они наши друзья и партнёры, но при этом в технологическом и экономическом планах, естественно, мы конкурируем. В Индии развивается направление, которое у нас пока ещё относится к чисто фундаментальной науке. Это не традиционный уран-плутониевый цикл, а ториевый цикл. Фактически Индия является основоположницей ториевого цикла, так как располагает очень большими запасами тория. В целом, на Земле количество тория выше, чем количество урана. Ториевый цикл действительно может оказаться более экономически рентабельным.
Китай придерживается в общих чертах той же стратегии, о которой мы говорим сейчас — замыкание, двухкомпонентность. В Китае построили быстрый реактор на натриевом теплоносителе, тогда как у нас теплоносителем является свинец-висмутовая смесь. Но сам этот факт свидетельствует о том, что стратегия у них такая же.
— Даже если мы говорим о конкуренции и о разных подходах в атомной энергетике, есть направления, где должна реализовываться совместная деятельность, например, в вопросах обеспечения безопасности.
— Конечно, безопасность — это глобальная вещь. И здесь речь идёт о сотрудничестве не только с нашими дружественными в геополитическом плане странами, но о глобальной системе, которая, прежде всего, реализуется на мировом уровне в виде МАГАТЭ — Международного агентства по атомной энергии, где Россия не просто участвует, но представитель России всегда является заместителем генерального директора. По уставу МАГАТЭ, должность генерального директора не может занимать представитель большой страны такой, как США или Россия. Однако и США, и Россия всегда занимают посты ключевых заместителей генерального директора. Например, наш замдиректора [Михаил Валентинович Чудаков. Прим. ред.] — это человек, который курирует фактически всю ядерную энергетику в рамках МАГАТЭ. МАГАТЭ расширяет в том числе работу, связанную с глобальной безопасностью и распространением новых технологий, их адаптации для решения самых разных задач, например, связанных с продуктовой безопасностью, доступом к питьевой воде и так далее.
— Тема безопасности плавно перетекает в вопрос ядерного наследия, в то, как работать с объектами, которые уже отслужили своё…
— Это очень сложная и технологически насыщенная с точки зрения науки задача. Мы имеем дело с объектами, которые создавались ещё в конце 1940-1960-х годов и отслужили свой срок: старыми реакторами, старыми заводами, территориями, загрязнёнными в результате, допустим, слива — санкционированного или аварийного, и так далее. Первая сложность заключается в том, что это достаточно большие масштабы. Вторая — в том, что это всё очень разные объекты, для которых не подходят типовые решения. Понятно, что есть глобальные подходы, и они сохраняются, в то же время под каждый объект разрабатывается отдельный проект по выведению из эксплуатации и доведению до уровня зелёной лужайки.
— У обывателя есть обоснованный страх перед атомной энергетикой после аварий на Чернобыльской АЭС, на АЭС «Фукусима». Как вы оцениваете безопасность отрасли и её влияние на экологию с позиции специалиста и учёного?
— Здесь несколько аспектов. Во-первых, так называемый дозиметрический аспект, связанный со здоровьем. Надо понимать, что при штатной работе атомных электростанций дозовая нагрузка, которую получают люди, живущие вблизи АЭС, значимо меньше, чем дозовая нагрузка, которую получает население, живущее около станции, использующей ископаемое топливо, прежде всего уголь. В угле содержатся те же самые природные радионуклиды — уран, продукты распада.
Второй важный аспект — экономический. В европейской части России 40 % всей электроэнергии вырабатывается на атомных станциях. За Уралом цифры ниже, но сейчас есть планы по строительству там атомных станций. Это значит, что, если ставить вопрос об уменьшении их числа или даже закрытии, нужно отдавать себе отчёт в том, что мы останемся без света или, в лучшем случае, он будет существенно дороже с точки зрения конечных потребителей — и частных домохозяйств, и промышленных предприятий.
То, что случилось в Чернобыле и на АЭС «Фукусима», — это крайне редкие, запроектные аварии, где их вероятность была исчезающе маленькая. И именно после Чернобыля была проведена кардинальная перестройка конструкционных особенностей реакторов РБМК. Была реализована концепция тотальной безопасности, которая предотвращает любые аварийные ситуации, связанные с расплавлением активной зоны реактора. Модифицированный РБМК, работающий сейчас, это не тот РБМК, который когда-то работал на Чернобыльской станции.
После «Фукусимы» МАГАТЭ, о котором мы уже говорили, провело аудит всех атомных станций в мире, и этот независимый аудит, в том числе, выявил узкие места. На той же «Фукусиме» проблема была не в безопасности самого реактора, а в неправильной схеме, условно скажем, других технологических построек, которые окружают станцию. Дизель-генераторы, которые в случае аварии должны были включиться для аварийного охлаждения реактора, оказались построены непосредственно перед береговой линией. Естественно, пришедшее цунами, первым делом затопило именно их. Без охлаждения произошло расплавление активной зоны, тепло из реактора не отводилось, и это привело к таким катастрофическим последствиям. Это всё стало причиной, в том числе, внешнего аудита со стороны МАГАТЭ по всем станциям. «Росатом» принимал в нём активное участие и, кроме того, провёл собственный независимый аудит всех станций на предмет возникновения таких запроектных аварий.
— То есть и с позиции потребителей, и с точки зрения бизнеса, «зелёной» повестки, ESG-показателей, мы говорим о комплементарности атомной энергетики и альтернативных источников энергии, а не о замене одного другим?
— Надо понимать, что у всех альтернативных источников энергии два важных недостатка. Во-первых, это чаще всего невысоко концентрированные источники. А во-вторых, они всегда зависят от внешних условий. Возьмём солнечную энергетику. Понятно, что за Полярным кругом для обеспечения энергией крупных предприятий ни о каком Солнце речь не идёт. И другое дело, например, Краснодарский край, где много частных домохозяйств и 300 с лишним солнечных дней в году. Там развитие солнечной энергетики было бы оправданным. Необходим баланс между возможностью строительства определённых альтернативных источников энергии и стратегическим развитием конкретных регионов с учётом крупных потребителей электроэнергии, социо-экономического уклада этого региона, его климатических особенностей.
Атомная энергетика официально принята как «зелёная», потому что она не приводит к эмиссии парниковых газов в том количестве, в котором это происходит в углеводородной энергетике, и, соответственно, к загрязнению атмосферы. При этом вопросами альтернативной энергетики — водород, солнечная энергетика, ветроэнергетика, — «Росатом» тоже занимается. Принята Программа по атомному водороду: избыточное тепло, которое генерируется на атомных станциях, может быть использовано, в том числе, для пиролиза метана с получением «голубого» водорода, который может быть использован для последующей выработки электроэнергии. То есть такие проекты всё равно завязаны в конечном итоге на работу ядерного реактора.
— Третье направление — это развитие ядерной медицины. Какие исследования или методы сегодня на острие?
— В ближайшее десятилетие применение ядерной медицины будет заключено в меньшей степени в области диагностики, а в большей степени в области терапии. Например, мы создаём новые препараты, которые обеспечивают локальную лучевую терапию, то есть локальное лучевое поражение онкологических, в первую очередь, заболеваний. Принцип простой: отдельная молекула обеспечивает селективную адресную доставку агента-«убийцы» непосредственно в раковые клетки. Именно раковые клетки подвержены в большей степени облучению по сравнению со здоровыми клетками. Это то же самое, что и лучевая терапия. Только лучевая терапия — это внешние источники, и при лучевой терапии затрагиваются, в том числе, здоровые ткани, этого избежать невозможно. Те дозовые нагрузки, которые получает пациент, особенно если говорить о шейно-головном участке, могут приводить к серьёзным нарушениям комбинативных функций и так далее. А в нашем случае воздействие будет именно на опухоль с минимальным затрагиванием здоровых тканей по соседству.
Для этого надо предложить молекулы, которые могли бы осуществить эту доставку. Они могут быть разными: от самых простых по структуре молекул, небольших по своей молекулярной массе, до очень сложных — это прежде всего белковые молекулы или моноклональные антитела, которые сейчас у всех на слуху. Мы к ней привязываем тот или иной радионуклид. У радионуклида должно быть излучение. Но в отличие от томографии, где излучение выходит за пределы организма, мы его регистрируем детекторами, смотрим, где накопилась молекула, ставим диагноз, в данном случае происходит наоборот. У излучения должен быть очень маленький пробег, скажем, от нескольких десятков нанометров до нескольких микрон. То есть мы доставили радионуклид в клетку, и облучается либо конкретная клетка, либо несколько клеток в радиусе того места, где произошёл радиоактивный распад. И на этом как раз основано будущее. Развитие этого рынка оценивается в 10−15 миллиардов долларов в год. Он будет связан как раз с диагностическими процедурами.
— Исследования такого уровня выходят за рамки одной дисциплины и требуют синтеза разных наук — биологии, физики, химии…
Это действительно сочетание разных наук. Если ты хорошо знаешь химию, тебе никогда этого не будет достаточно для того, чтобы изобрести какой-то новый препарат, который дойдет от стадии инструментальной разработки до клиники или аптеки. Ядерная медицина — как раз то направление, которое связано и с физикой, и с инженерными науками, и с современной химией, и молекулярной биологией, и медициной в плане конкретного применения этих препаратов.
— Логично будет завершить наш разговор темой сотрудничества Российской академии наук и «Росатома».
— Многие из институтов, в которых Российская академия наук осуществляет научно-методическое руководство, ещё с советских времён занимаются разными аспектами, связанными с радиохимией, ядерной химией, ядерной физикой. У этих академических институтов серьёзные научные школы, например, ГЕОХИ РАН, ИФХЭ РАН и другие, их можно долго перечислять. Есть целый институт — Институт проблем безопасного развития атомной энергетики (ИБРАЭ РАН), который специализируется в области комплексных исследований проблем безопасности объектов атомной энергетики и промышленности. Мы работаем по проектам с большим количеством институтов и университетов: с МГУ, который я тоже представляю, с Томским политехническим университетом и так далее. Такое сотрудничество с академическими институтами дает на выходе отличные продукты.
То же самое касается медицины. Отделение биологических наук РАН и Отделение химии и наук о материалах РАН активно занимаются разработкой селективных молекул. Интересные исследования ведутся в ФИЦ Биотехнологии РАН, Институте молекулярной генетики РАН, Институте биологии гена РАН и многих других. В них трудятся успешные коллективы учёных. Я думаю, что они в значительной степени изменят ландшафт тех препаратов, которые у нас сейчас доступны, и сильно его расширят в ближайшие годы.
Между Российской академией наук и «Росатомом» установилось плодотворное стратегическое партнерство. Большинство тематических НТС «Росатома» возглавляют члены РАН. Так же, в составе НТС большое количество участников — это члены РАН или сотрудники институтов, в которых РАН осуществляет научно-методическое руководство.