95-летие Радиевого института

Наступивший 2017 год богат на значимые даты, связанные с историей нашей страны, в частности, со становлением и развитием отечественной науки и техники. К числу таких знаковых событий следует отнести 95-летие со дня создания Радиевого института и 80-летия создания первого в Европе циклотрона.

За время своего существования институтом пройден огромный творческий путь, вместивший в себя всю историю создания и развития атомной отрасли страны. Чтобы оценить прошедшие события необходимо заглянуть в прошлое и вернуться на век назад.

Предпосылки к созданию Радиевого института

12Начало 20 века ознаменовалось рядом фундаментальных открытий в отрасли изучения атомного ядра и ,соответственно, повышенным интересом многих стран к вопросу практического использования атомной энергии. Огромная заслуга в систематизации имеющихся данных философском осмыслении будущего атомной науки по праву принадлежит нашему соотечественнику, величайшему ученому и мыслителю В.И. Вернадскому.

По его настоянию в сентябре 1910 года в Академии наук была организована Радиевая комиссия, а в декабре этого же года на публичном заседании Общего собрания академии он произнес яркую речь «Задача дня в области радия». В этой речи Вернадский сказал: «Перед нами открываются в явлениях радиоактивности источники атомной энергии, в миллионы раз превышающие все те источники сил, какие рисовались человеческому воображению». Эти слова определили дальнейшее развитие отечественной атомной науки и промышленности.

В 1911 году Вернадский совершил поездку по странам Европы, был в Париже и Вене, где познакомился с работой Радиевого института М. Кюри и Венского Радиевого института. В этом же году Вернадский при участии
К.А. Ненадкевича организует в Петербурге на Биржевой линии Васильевского острова Минералогическую (Радиогеохимическую) лабораторию для изучения минералов, найденных на территории России. В январе 1915 года в состав этой лаборатории был принят В. Г. Хлопин, судьба которого была связана с Вернадским все последующие годы.

Путь от лаборатории до института

 

11Огромный интерес ученых начинает приносить свои плоды. При участии Вернадского в 1912 году организовывается постоянно действующая Радиевая экспедиция Академии наук, а в апреле 1917 года — Радиевый отдел в Комиссии по изучению естественных производительных сил. В 1918 году создается Коллегия по организации Опытного Радиевого завода во главе с В.Г. Хлопиным. Такой завод был создан в 1921 году в Татарстане. На нем в декабре 1921 года при участии В.Г. Хлопина и И.Я. Башилова были получены первые отечественные препараты радия. Это стало одним из событий поспособствовавших организации Радиевого института в нашей стране.

В марте 1920 года на заседании Технического совета отдела химической промышленности Высшего совета народного хозяйства выступил В.Г. Хлопин с вопросом о необходимости создания Радиевого института. Уже через год было принято решение об организации в Петрограде Радиевой лаборатории Академии наук во главе с Хлопиным. В апреле 1921 года Государственным ученым советом Наркомпроса проект был утвержден.

В январе 1922 года В.И. Вернадский выступил на заседании Отделения физико-математических наук академии и подал Записку об организации при Российской Академии наук Государственного Радиевого института.

Радиевый институт был создан в январе 1922 года.

Ключевые проекты

10Государственный Радиевый институт стал центром, в котором зародилась и проходила становление отечественная атомная наука и техника.

В стенах института родилась отечественная радиохимия.

В.Г. Хлопиным и его учениками были установлены основные закономерности процессов со-осаждения (Закон Хлопина), сорбции и жидкостной экстракции радиоэлементов, позднее, положенные в основу промышленных радиохимических технологий.

В Радиевом институте происходило зарождение и развитие отечественной физики атомного ядра. Здесь была проработана теория альфа-распада атомных ядер. В марте 1937 года был запущен первый в Европе циклотрон. В 1940 году К.А. Петржаком и Г.Н. Флеровым было открыто явление спонтанного деления урана.

9В послевоенные годы в Радиевом институте была разработана первая отечественная технология выделения плутония из облученного урана, обеспечившая промышленное получение плутония для создания атомной бомбы.

Институт принимал непосредственное участие в подготовке и испытаниях ядерного оружия, а также в проведении ядерных взрывов в мирных целях.

Основными направлениями научных исследований института являлись радиохимическое обеспечение советской атомной промышленности, фундаментальные и прикладные исследования в области физики атомного ядра, создание технологий и производство радиоактивных изотопов.

В 1950-1960-е годы основными направлениями научных исследований института являлись радиохимическое обеспечение советской атомной промышленности, фундаментальные и прикладные исследования в области физики атомного ядра, создание технологий и производство радиоактивных изотопов.

8В 1970-1980-е годы институт выполнял научное обеспечение работ по регенерации облученного топлива атомных энергетических установок, ядерно-физические исследования, разработку научных основ получения радиоизотопов, радиоэкологические исследования.

Радиевый институт был привлечен к работам в районе Чернобыльской АЭС с первых же часов после аварии. Специалисты института приняли самое активное участие в проведении аварийных и послеаварийных исследований непосредственно на 4-ом блоке и в 30-километровой зоне.

Развитие Радиевого института на стыке эпох

В 90-е годы активизировалось участие Радиевого института  в международных проектах в области ядерной физики, радиохимии, радиоэкологии и радиогеохимии.  В институте выполнялись работы по контрактам с организациями Великобритании, Франции, Германии, США, Японии, Китая и других стран.

По контрактам с национальными лабораториями США в рамках совместного российско-американского комитета по реабилитации окружающей среды и обращению с отходами разработаны и испытаны экстракционные процессы для переработки высокоактивных отходов. В результате была создана универсальная технология (UNEX-процесс), которая обеспечивает извлечение из ВАО всех долгоживущих радионуклидов, переводя таким образом основную массу ВАО в категорию НАО.

Другим результативным проектом, в рамках совместного комитета, была разработка технологии стабилизации радионуклидов с использованием матричного материала, называемого «Губка», изготавливаемого из зольных остатков тепловых электростанций. Технология «Губка» была успешно использована на реальных радиоактивных отходах (РАО), а также в Научно-Экспериментальном Комплексе Радиевого института для отверждения ВАО.

В сотрудничестве с Ливерморской национальной лабораторией США в РИ был проведён комплекс работ по исследованию керамических и стеклянных матриц с целью защиты включённого в них плутония от несанкционированного его изъятия.

7По перечисленным трём проектам было получено 10 совместных со специалистами США патентов (запатентованы в России и в США).

В области ядерной физики по контракту с Тихоокеанской Северо-западной Национальной лабораторией США Радиевым институтом проводилась оценка ядерной и радиационной безопасности объекта «Укрытие» на Чернобыльской АЭС, а в кооперации с Брукхейвенской Национальной лабораторией США – исследование сечений взаимодействий заряженных частиц в области промежуточных энергий.

По контрактам с Японией в конце 90-х – начале 2000-х годов была испытана новая экстракционная система для извлечения из ВАО актиноидов и лантаноидов, запатентованная в России, Японии, США, Франции.и проверенная затем на Горно- химическом комбинате.

По контракту с КАЭ Франции в середине 90-х годов в «горячих» камерах РИ была создана плазмохимическая установка мощностью 60 кВт, на которой были наработаны партии диоксида урана и смешанных оксидов урана и плутония (МОХ-топливо).

В рамках сотрудничества с BNFL (Великобритания) с 1993 по 2002 год на контрактной основе в Радиевом институте проводились работы по головным операциям переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), по экстракции, по использованию минералоподобных матриц для иммобилизации долгоживущих радионуклидов, а также по вопросам сверхкритической флюидной экстракции.

По контракту с КНР с 1994 по 1996 год в научно-экспериментальном комплексе Радиевого института была выполнена экспериментальная работа по проверке в «горячих» камерах технологической схемы переработки ОЯТ АЭС, предложенной китайскими специалистами.

По контракту с Ок-Риджской национальной лабораторией США с 2011 по 2014 г. Радиевый институт выполнил исследования по очистке почв, загрязнённых ртутью.

В 1984 году МАГАТЭ инициировало работы в рамках координационной научно-исследовательской программы «Изучение радиоактивных веществ в Балтийском море». Национальные интересы СССР, а затем России в цикле работ по этой программе представляет Радиевый институт.

 С 2005 г. Радиевый институт участвует в Европейском научном объединении «Супрамолекулярные системы в химии и биологии», в рамках которого учёные РИ исследовали комплексообразующие и экстракционные свойства нового класса высокоселективных рецепторов – функционализированных каликсаренов.

В 1993 году в Радиевом институте был создан Центр радионуклидных данных, который осуществляет взаимодействие со специалистами ведущих ядерных и метрологических лабораторий Великобритании, Франции, Германии, США и Китая, а также с отделом ядерных данных МАГАТЭ по проекту Decay Data Evaluation Project (DDEP), работы по которому продолжаются и в настоящее время. К 2011 году кооперацией оценены характеристики 180 радионуклидов из 300-350, представляющих практический интерес.

В период функционирования Международного научно-технического центра (МНТЦ) получили финансирование более 40 научных проектов, представленных специалистами института. Ряд важных проектов были выполнены по ядерной физике:

— «Исследование осуществимости основных технологий, исследующих ускоритель для конверсии военного плутония и трансмутации долгоживущих радиоактивных отходов» —  в кооперации с Лос-Аламосской Национальной лабораторией США;

— «Измерение активационных сечений, важных для термоядерных реакторов и приложений» — в кооперации с физиками США, Японии, Германии и Австрии;

— «Измерение спектров нейтронов деления вторичных актиноидов. Спонтанное деление изотопов кюрия» — в кооперации с японскими, бельгийскими, французскими и итальянскими учёными.

6В 2001 году Радиевый институт и компания “Pacific World Trade” начали исследования по использованию полимеров для отверждения жидких радиоактивных отходов различных типов. Начиная с 2009 года, работы по применению полимеров финансировались Департаментом Энергетики США в рамках партнёрского проекта МНТЦ. По результатам проекта в «горячих» камерах Научно-экспериментального комплекса успешно проведены эксперименты по отверждению высокорадиоактивных, сильнозасолённых растворов, содержащих осадки.

В период с 2000 по 2006 год в Радиевом институте были успешно проведены работы по двум проектам МНТЦ, посвящённым выделению из ОЯТ «реакторного» палладия, которые финансировались США и Евросоюзом. Помимо совершенствования технологии выделения палладия, главное внимание было уделено поиску возможности его использования в процессах иммобилизации долгоживущих радионуклидов при переработке радиоактивных отходов.

Проект МНТЦ актуальной практической направленности был посвящён разработке технологии и оборудования для производства высокочистого аммиака, используемого в электронной промышленности при производстве интегральных схем, в том числе и светодиодов.

Важнейшими проектами Радиевого института, в рамках МНТЦ, стали проекты, посвящённые ядерной медицине. В 2004-2006 гг. был выполнен проект «Создание экономичных альтернативных технологий получения медицинских радионуклидов для диагностики и терапии. Результатом этого проекта стали изготовление установки для приготовления циклотронных мишеней, создание мишенного узла нового типа и изготовление оборудования для выделения целевых радионуклидов (Ga-67, In-111, Re-186, Re-188). В проекте была создана и опробована новая технология получения важного терапевтического радиофармпрепарата (РФП)  — реакторного изотопа Re-188.

Особое значение для развития производства РФП в Радиевом институте имел проект «Модернизация производства диагностических РФП в соответствии с требованиями по GMP». В рамках этого проекта был проведён ряд мероприятий, приблизивших условия производства РФП к сертификации по GMP. Выполнение проекта позволило закрепить за Радиевым институтом лидирующие позиции на рынке диагностических РФП на Северо-Западе России и наметило пути выхода на международный рынок терапевтических РФП.

Результатом стало заключение в рамках МНТЦ контракта с тремя компаниями США по разработке и исследованию пептидов, меченных Pb-212/Bi-212 для лечения метастатической меланомы – перспективного терапевтического РФП.

Весьма существенны и сегодняшние достижения института в традиционных направлениях: ядерной физике, фундаментальной и прикладной радиохимии, аналитической химии, радиоэкологии, радиогеохимии, разработке методов получения радиоизотопов и практическом их применении.

5В области ядерной физики проведены исследования процессов деления ядер и их взаимодействия с нейтронами как фундаментальных основ атомной энергетики. Исследованы возможности трансмутации радиоактивных отходов с помощью ускорителей. Проведены фундаментальные исследования в области адрон-ядерных и ядро-ядерных взаимодействий, а также в области ядерной спектроскопии.

К достижениям института следует отнести создание  экспериментальной установки ИНМ-2 для изучения множественности рождения нейтронов под действием космических лучей. Эксперименты проводятся на разных глубинах под землёй (от 70 до 600 метров). Установка работала в автоматическом режиме в подземной лаборатории в шахте в
г. Оулу, Финляндия. Данные пересылались в РИ автоматически по дистанционному каналу связи. В настоящее время установка работает в университете в Лас-Вегасе под научным руководством Радиевого института.

Актуальным фундаментальным исследованием РИ в области ядерной физики является поиск явлений, позволяющих управлять временем жизни возбуждённых (изомерных) состояний атомных ядер. Физиками института найдены две реакции, в которых проявляются искомые явления, названные эффектом матрицы.

Разработаны и совершенствуются физические основы и методы получения радиофармпрепаратов с использованием ускорителей.

4Решен ряд прикладных задач по неразрушающему контролю топлива атомных реакторов, созданию автоматизированных систем контроля радиационной обстановки.

Разработанные в Радиевом институте методики и аппаратура для исследования спектров гамма-лучей используются для контроля радиационной обстановки при выходах космонавтов в открытый космос.

В области прикладной ядерной физики по заказу Ижорских заводов создан стенд контроля бора-10 в чехлах для хранения и транспортировки ОЯТ ВВЭР-1000, разработана аппаратура для обнаружения взрывчатых веществ, а также аппаратура для анализа следовых количеств ядерных материалов.

Радиевым институтом создан Автоматический комплекс измерения радиоактивных благородных газов – АРИКС-02 и пробоотборная установка  для отбора проб РБГ в полевых условиях с аналогичными техническими характеристиками.

3В области фундаментальной радиохимии осуществлен синтез и проведено изучение химических и физико-химических свойств металлоорганических соединений радиоэлементов, в том числе летучих комплексов актиноидов и лантаноидов. Разработаны оригинальные методы твердофазного синтеза, изучены химические свойства и проведены спектроскопические исследования твердых комплексов радиоэлементов.

В институте разработана установка на базе оптического криостата и спектрометра ДФС-24, на которой, в частности, изучаются спектры люминесценции ионов ТУЭ при сверхнизких температурах.

В области прикладной радиохимии проведены работы по оптимизации облика внешнего топливного цикла АЭС, осуществлено экологическое сопровождение корректировки проекта создания завода РТ-2 и оценено его воздействие на окружающую среду.

Разработаны технологии переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) и радиоактивных отходов, обеспечивающие их безопасную локализацию в устойчивых матрицах и надежную изоляцию от биосферы. Создана экспериментальная высокочастотная установка индукционного плавления с “холодным тиглем” для отработки технологии отверждения радиоактивных отходов со средним и высоким уровнем активности в устойчивых матрицах на основе боросиликатных стекол и минералоподобных композиций.

21

При разработке упрощенной водной технологии для строящегося Опытно-демонстрационного центра (ОДЦ) по переработке ОЯТ институтом прорабатывались головные операции и водно-экстракционная часть.

Важные работы выполнены Радиевым институтом в области аналитической химии.

Радиевый институт входит в состав Сети аналитических лабораторий МАГАТЭ и осуществляет регулярный анализ инспекционных проб для обеспечения гарантий нераспространения ядерного оружия.

В институте разработаны и совершенствуются многочисленные методы определения радионуклидов. К ним относятся лазерно-люминесцентные методы определения урана и нептуния, масс-спектрометрия с изотопным разбавлением для анализа микроколичеств урана и плутония. Созданный в институте прецизионный спектрофотометрический анализатор применяется для аттестационных измерений плутонийсодержащих материалов.

Охрана окружающей среды является одним из приоритетных направлений в деятельности Радиевого института. Специалистами института проводится радиационное обследование испытательных полигонов бывшего СССР в соответствии с международными соглашениями. Проведены работы по выявлению радиоактивного загрязнения акватории Балтийского моря, изучены радиоэкологические последствия, а также проведены исследования радиационной обстановки в районах гибели атомных подводных лодок.

Радиевый институт внес весомый вклад в исследование и практическое применение радиоизотопов. Разработаны технологические процессы получения радионуклидов и их глубокой очистки, налажено производство радиоизотопных источников ионизирующих излучений, тепла и света, а также производство диагностических радиофармпрепаратов на основе 99mTc, 123I и 67Ga. Осуществлен синтез органических соединений, меченных радионуклидами, для нужд медицины и биологии. Создан генератор 188Re для получения терапевтических  радиофармпрепаратов.

В процессе разработки изотопных технологий и организации производств совместно с ЗАО «Росполитехгруппа» создан стенд для производства воды, обогащённой до 95% 18-О. По Госконтракту с Роснаукой разработана технология ультравысокой очистки аммиака (99,9999%).

В области радиогеохимии Радиевым институтом проведены фундаментальные исследования геохимических факторов и барьеров в процессах распространения радионуклидов в горных породах. Развиты научные принципы и выработаны пути надежной локализации радиоактивных отходов в геологических формациях.

Проведены важные радиогеохронологические исследования. Радиевый институт провел комплексные исследования по поиску в южной части Енисейского кряжа геологических формаций для строительства подземного хранилища радиоактивных материалов.

 

Основные направления деятельности сегодня

Современная деятельность Радиевого института, как и ранее, носит комплексный характер, сочетая широкий спектр работ по ядерной физике, радиохимии, радиоэкологии, радиогеохимии и производству изотопов. По-прежнему прочны связи с ведущими промышленными предприятиями отрасли и многочисленными институтами Российской академии наук.

Институт играет ключевую роль в качестве разработчика инновационных технологий для Опытно-демонстрационного центра (ОДЦ) на Горно-химическом комбинате, который должен стать прототипом крупномасштабного завода по переработке ОЯТ для атомных станций.

Радиевый институт разрабатывает и внедряет оригинальные технологии обращения с РАО. Последним достижением в этой области стала победа в международном конкурсе на создание технологии и установки детритизации РАО для АЭС Фукусима.13

В настоящее время институт организационно входит в дивизион заключительной стадии жизненного цикла Госкорпорации «Росатом» (управляющая компания АО ФЦЯРБ). Задачи дивизиона включают в себя обращение с отработавшим ядерным топливом, переработку радиоактивных отходов и вывод из эксплуатации объектов использования атомной энергии.

0