Реакторы и ледоколы

Активность в сфере патентования — один из факторов, который свидетельствует об уровне развития той или иной тематики. В очередном обзоре свежих патентов, зарегистрированных в I квартале 2017 года, концепция ядерного ледокола, изотопный генератор, реактор с расплавленным топливом и даже детектор на основе алмаза. По просьбе редакции обзор патентов комментирует Александр Градобоев, начальник отдела коммерциализации интеллектуальной собственности АО «ВНИИНМ».

Фото: Shutterstock
ПАТЕНТЫ
Реактор-конвертер канального типа с расплавленным топливом (2609895)
Патентообладатели: ФГБУ НИЦ «Курчатовский институт», АО «ГНИИХТЭОС», Александр Заковоротный, Александр Логинов, Анатолий Петров, Алексей Слободчиков, Роман Умяров.

Авторы: Евгений Бурлаков, Александр Гольцев, Александр Заковоротный, Александр Логинов, Анатолий Петров, Алексей Слободчиков, Павел Стороженко, Роман Умяров.
Сфера применения: ядерная энергетика.

Краткое описание: Предложен реактор-конвертер с расплавленным уран-плутониевым топливом, работающий со средним коэффициентом воспроизводства, достаточным для самообеспечения топливом.

Реактор подпитывается смесью изотопов урана и плутония с низким содержанием делящихся изотопов, поэтому не требует производств внешнего топливного цикла.

В качестве теплоносителя предлагается использовать полисалазан — полимер, состоящий из атомов азота и кремния. По оценке авторов, это позволяет улучшить нейтронно-физические характеристики топливного цикла, увеличить коэффициент воспроизводства. Предложенный реактор мог бы решить проблему неравномерности выгорания топлива, что в свою очередь приведет к увеличению коэффициента использования установленной мощности (КИУМ). Идея создания реакторов с жидким ядерным топливом активно прорабатывается и за рубежом.

Комментарий: Данный патент, по моему мнению, перспективный, но требует проведения дополнительных исследований (в том числе длительных реакторных) и расчетов. Или, возможно, у авторов уже имеются эти данные и они решили их сохранять в режиме коммерческой тайны —это свидетельствовало бы о большом коммерческом потенциале данной разработки.

Атомный ледокол (2616510)
Патентообладатель: ФГУП «Крыловский государственный научный центр».

Авторы: Андрей Рыжков, Евгений Бабич, Алексей Добродеев.
Сфера применения: судостроение.

Краткое описание: Предложен атомный ледокол с отличающейся от традиционной компоновкой энергетической установки.

Центральный энергетический отсек с реакторной установкой и два отсека главных турбогенераторов расположены так, чтобы повысить эксплуатационную безопасность, обеспечить удифферентовку ледокола с посадкой на ровный киль при одновременном обеспечении непотопляемости ледокола.

Реакторная установка расположена в центре судна, отсеки турбогенераторов смещены относительно нее в сторону носа и в сторону кормы. Авторы считают, что при традиционной компоновке энергетических модулей выполнить удифферентовку ледокола мощностью более 80 МВт невозможно — при этом не выполняются условия непотопляемости ледокола. Вероятно, разработка найдет воплощение в новом проекте российских атомных ледоколов ЛК-110Я (ледокол-лидер).

Комментарий: Для подтверждения применимости данного решения необходимо изготовить и испытать опытный образец. Я не уверен, что в новом перспективном ледоколе будет применена предложенная авторами компоновка, так как над проектом ледокола работают не только конструкторы, но и технологи, в том числе по активной зоне. Конструкция должна удовлетворять самым современным требованиям безопасности. А главный вопрос в том, какая активная зона была принята при расчетах.

Современная наука не стоит на месте, постоянно совершенствуются как конструкция активной зоны, так и топливо — то есть точные массогабаритные характеристики нового ледокола нам пока неизвестны.

Устройство сферической формы для исследования сжимаемости газов в области мегабарных давлений (168263)
Патентообладатели: Госкорпорация «Росатом», ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ».

Авторы: Антон Бликов, Александр Гусев, Владислав Комраков, Алексей Котин, Дмитрий Линяев, Михаил Мочалов, Владимир Огородников, Серафим Шошин.

Сфера применения: научные исследования.

Краткое описание: Предлагается способ соединения сферической оболочки и трубопровода, по которому газ поступает внутрь устройства. В качестве технического результата заявлено повышение несущей способности паяных швов. Это уже не первый патент, полученный учеными из ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» в связи с исследованиями сжимаемости газов. В 2013 году был опубликован патент № 2471545 на цилиндрическое устройство для сжатия газов до мегабарных давлений.

В 2015 году — патент № 2545289 на устройство сферической формы для исследования сжимаемости газов в области сверхвысоких давлений; его авторы сосредоточились на повышении чистоты газа в процессе сжатия за счет ликвидации газометаллической струи из трубопровода. Будем надеяться, что в скором будущем нас ожидают интересные публикации на эту тему.

Комментарий: Из описания видно, что разработка перспективная. Исследованиями в данной области знаний авторы занимаются уже не первый год, постоянно совершенствуя разработку.

Двухфлюидный реактор (2608082)
Патентообладатель: Армин Хуке.

Авторы: Армин Хуке, Гетц Рупрехт, Ахмед Хуссейн, Конрад Черски, Штефан Готтлиб.
Сфера применения: ядерная энергетика.

Краткое описание: Предлагаются ядерные реакторы с контуром циркуляции жидкого ядерного топлива. Жидкосолевое (и любое другое жидкое) топливо делает возможной непрерывную переработку топлива в рабочем режиме непосредственно в активной зоне, что значительно сокращает периоды простоя и увеличивает КИУМ.

Предлагаемая разработка позволяет улучшить нейтронную экономику реактора; это делает возможной дезактивацию собственных долгоживущих продуктов распада, что, в свою очередь, позволяет хранить только радиоактивные отходы с коротким периодом полураспада. Более того, используя избыток нейтронов, можно дезактивировать радиоактивные составляющие в отработанных тепловыделяющих элементах или производить медицинские радиоизотопы.

Соль (и любая другая форма теплоносителя с высокой температурой кипения) делает возможной работу при нормальном давлении в активной зоне. Это позволяет применять более компактный дизайн; отпадает нужда в дорогом корпусе высокого давления. Концепция высоких температур кипения также реализована в конструкциях IV поколения реакторов на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем (LFR) и реакторов на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем (SPR).

Комментарий: Перспективный патент с глубокой степенью проработки, но из описания не понятно, существует ли опытный образец данного устройства.

Бета-вольтаический генератор электроэнергии и способ повышения его эффективности (2610037)
Патентообладатели, они же авторы: Андрей Мандругин, Николай Баранов.
Сфера применения: источники электроэнергии с использованием радиоактивных изотопов.

Краткое описание: Изобретение обеспечивает возможность создания бета-вольтаического генератора электроэнергии с повышенной энергоемкостью, сроком службы 50−70 лет, при минимальной трудоемкости.

Текстурированная поверхность пластины полупроводника содержит большое количество пор и каналов; радиоактивное вещество нанесено на их стенки, а также на остальную поверхность пластины.

Изобретение упрощает способ создания устройства, снижает стоимость изготовления бета-вольтаического генератора, а также повышает его удельную мощность и надежность в эксплуатации. Сочетание изотопа 63Ni и кремния позволило достичь оптимального соотношения параметров устройства.

Комментарий: В целом патент составлен хорошо, он защищает как устройство, так и технологию его изготовления. Но в описании отсутствуют примеры реализации, а значит, для промышленного применения, скорее всего, потребуются дополнительные эксперименты.

Детектор нейтронов на основе синтетического алмаза (169457)
Патентообладатель: ФГБОУ ВО «Московский технологический университет».

Авторы: Сергей Афанасьев, Кирилл Захарченко, Константин Зяблюк, Владимир Колюбин, Сергей Львов, Павел Недосекин.

Сферы применения: ядерная энергетика, космонавтика.

Краткое описание: Особенности предложенной конструкции позволяют снизить чувствительность детектора к фоновому потоку заряженных частиц и гамма-излучению, обеспечивают высокую радиационную стойкость детектора и минимизацию его масса-габаритных характеристик. Эксплуатационные характеристики изделия выше, чем у известных авторам зарубежных аналогов.

Комментарий: Описание устройства позволяет изготовить алмазный детектор нейтронов, нечувствительный как к гамма-фону, так и к потокам ионизирующих частиц. Считаю, что разработчикам следует провести апробацию способа и вести дальнейшую работу по внедрению данного устройства в промышленность.

Установка для сухого обогащения кимберлитовой руды методом меченых нейтронов (2612734)
Патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью «Диамант».

Авторы: Вячеслав Быстрицкий, Андрей Садовский, Михаил Сапожников, Юрий Рогов.
Сфера применения: исследования и анализ материалов радиационными методами.

Краткое описание: Для обнаружения алмазов в кимберлите используется измерение вторичной эмиссии характерного ядерного гамма-излучения, возникающего под действием быстрых нейтронов. Известно принятое за прототип устройство для обнаружения алмазов в кимберлите — патент РФ № 2 521 723, принадлежащий компаниям ООО «Нейтронные технологии», ОАО «Акционерная компания „АЛРОСА“». Оба решения предназначены для обнаружения крупных алмазов (более пяти каратов) в кимберлите до стадии дробления кусков породы.

Это позволяет предотвратить разрушение крупных алмазов и приведет к значительному повышению производительности их добычи. Известное устройство-прототип не обеспечивает достаточно высокую вероятность обнаружения алмазов. Предложенное изобретение должно решить эту проблему.

Комментарий: Хорошее, по-видимому полезное устройство, с достаточной степенью проработки применительно к заявленному использованию, но сфера применения довольно узкая.

Способ неразрушающего контроля степени поврежденности металлов контейнеров (2614186)
Патентообладатель: ФГАОУ ВО «НИТПУ».

Авторы: Виталий Ларионов, Андрей Лидер, Дмитрий Седнев, Ирина Болотина, Яна Салчак.

Сфера применения: неразрушающий контроль.

Краткое описание: Авторы предложили установить на поверхность контейнера ультразвуковые излучатели и приемники сигналов. Формируется матрица сигналов, на основе которой строятся секторные изображения, которые затем преобразуются в объемные. Учитываются отражения и преломления сигнала на границах раздела поверхностей.

По изменениям в изображении с течением времени можно судить о деградации стенок контейнеров. Утверждается, что детализация получается выше, чем при рентгенографическом контроле, а сама методика более компактна.

Комментарий: Перспективный способ. В данном направлении работают многие, в том числе и зарубежные компании, предлагая для рынка готовые решения.

Материал подготовил Юрий Сидоров

ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ НОМЕРА