Центр атомных исследований имени Бхабхи ( BARC ) — ведущий ядерный исследовательский центр Индии со штаб-квартирой в Тромбае , Мумбаи , Махараштра , Индия. Он был основан Хоми Джехангиром Бхабхой как Atomic Energy Establishment, Trombay ( AEET ) в январе 1954 года как многопрофильная исследовательская программа, необходимая для ядерной программы Индии. Он работает под эгидой Департамента атомной энергии (DAE), который напрямую курируется премьер-министром Индии .
BARC — это многопрофильный исследовательский центр с обширной инфраструктурой для передовых исследований и разработок, охватывающий весь спектр ядерной науки , химической инженерии , материаловедения и металлургии , электронного приборостроения , биологии и медицины, суперкомпьютеров , физики высоких энергий и физики плазмы , а также сопутствующие исследования для индийской ядерной программы и смежных областей.
Основной мандат BARC заключается в поддержке мирного применения ядерной энергии . Он управляет всеми аспектами ядерной энергетики , от теоретического проектирования реакторов до компьютерного моделирования и симуляции, анализа рисков , разработки и тестирования нового реакторного топлива, материалов и т. д. Он также исследует переработку отработанного топлива и безопасную утилизацию ядерных отходов. Другие области его исследований - применение изотопов в промышленности, радиационные технологии и их применение в здравоохранении, продовольствии и медицине, сельском хозяйстве и окружающей среде, ускорительных и лазерных технологиях, электронике , приборостроении и управлении реакторами и материаловедении , мониторинге окружающей среды и радиации и т. д. BARC управляет рядом исследовательских реакторов по всей стране. [3]
Его основные объекты расположены в Тромбае , а новые объекты также расположены в Чаллакере в округе Читрадурга в Карнатаке . Новый специальный завод по обогащению минералов, который фокусируется на обогащении уранового топлива, строится [ когда? ] в Атчутапураме около Вишакхапатнама в Андхра-Прадеше для поддержки индийской программы атомных подводных лодок и производства радиоизотопов высокой удельной активности для обширных исследований.
Когда Хоми Джехангир Бхабха работал в Индийском научном институте , в Индии не было института, который имел бы необходимые возможности для оригинальной работы в области ядерной физики , космических лучей , физики высоких энергий и других областей знания в области физики. Это побудило его в марте 1944 года направить предложение в фонд сэра Дорабджи Тата о создании «энергичной школы исследований в области фундаментальной физики». [ требуется ссылка ]
_(7254400208).jpg/1280px-Atoms_for_Peace_(01280007)_(7254400208).jpg)
Когда Бхабха понял, что разработка технологий для программы атомной энергетики больше не может осуществляться в рамках TIFR, он предложил правительству построить новую лабораторию, полностью посвященную этой цели. Для этой цели у правительства Бомбея было приобретено 1200 акров земли в Тромбее . Таким образом, в 1954 году начал функционировать Atomic Energy Establishment Trombay (AEET). В том же году был также создан Департамент атомной энергии (DAE).
Бхабха основал BARC Training School для удовлетворения потребностей в рабочей силе расширяющейся программы исследований и разработок в области атомной энергии. Бхабха подчеркивал самостоятельность во всех областях ядерной науки и техники.
Правительство Индии создало Atomic Energy Establishment, Trombay (AEET) с Бхабхой в качестве директора-основателя 3 января 1954 года. Он был создан для консолидации всех научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области ядерных реакторов и технологий под эгидой Комиссии по атомной энергии. Все ученые и инженеры, работающие в областях проектирования и разработки реакторов, приборостроения , металлургии и материаловедения и т. д., были переведены со своими соответствующими программами из Tata Institute of Fundamental Research (TIFR) в AEET, при этом TIFR сохранил свою первоначальную направленность на фундаментальные исследования в области науки. После смерти Бхабхи в 1966 году центр был переименован в Bhabha Atomic Research Centre 22 января 1967 года. [1]
Первые реакторы в BARC и связанных с ней центрах генерации электроэнергии были импортированы с Запада. Первые энергетические реакторы Индии, установленные на АЭС Тарапур, были из Соединенных Штатов.
Основное значение BARC заключается в том, что он является исследовательским центром. BARC и индийское правительство последовательно утверждали, что реакторы используются только для этой цели: Apsara (1956; назван тогдашним премьер-министром Индии Джавахарлалом Неру , когда он сравнил голубое черенковское излучение с красотой Апсар ) , CIRUS (1960; «Канадско-индийский реактор» с помощью США), ныне несуществующий ZERLINA (1961; реактор с нулевой энергией для решеточных исследований и нейтронного анализа), Purnima I (1972), Purnima II (1984), Dhruva (1985), Purnima III (1990) и KAMINI .
Apsara был первым ядерным реактором Индии, построенным в BARC в 1956 году для проведения фундаментальных исследований в области ядерной физики. Это 1 МВтТ-термический реактор с легким водяным охлаждением и замедлителем плавательного бассейна, который стал критическим 4 августа 1956 года и подходит для производства изотопов , фундаментальных ядерных исследований, экспериментов по экранированию, анализа нейтронной активации, нейтронной радиографии и тестирования нейтронных детекторов. Он был окончательно закрыт в 2010 году и заменен на Apsara-U. Purnima-I — это импульсный быстрый реактор на 1 МВтТ-термоэнергии, работающий на оксиде плутония , который строился с 1970 года и стал критическим 18 мая 1972 года, в первую очередь, для поддержки проверки проектных параметров для разработки ядерного оружия на основе плутония-239 .
В двадцатую годовщину ядерного испытания в Покхране в 1974 году конструктор Пурнима П.К. Айенгар размышлял о критической роли реактора: «Пурнима был новым устройством, построенным примерно из 20 кг плутония, с изменяемой геометрией отражателей и уникальной системой управления. Это дало значительный опыт и помогло сопоставить расчеты относительно поведения цепной реагирующей системы, сделанной из плутония . Кинетическое поведение системы чуть выше критического можно было хорошо изучить. Очень умные физики могли затем рассчитать временное поведение ядра бомбы при изотропном сжатии. Каковы будут критические параметры, как достичь оптимальной взрывной мощности и ее зависимость от первого самоподдерживающегося нейтронного триггера — все это было исследовано». [ необходима цитата ] Он был выведен из эксплуатации в 1973 году. [ необходима цитата ]
Наряду с DRDO и другими агентствами и лабораториями BARC также играл существенную и важную роль в технологиях и исследованиях ядерного оружия. Плутоний, использованный в ядерном испытании Улыбающегося Будды в Индии в 1974 году , поступил из CIRUS. В 1974 году руководителем всего этого проекта ядерной бомбы был директор BARC Раджа Раманна . Нейтронный инициатор был полоний-бериллиевого типа и имел кодовое название Flower, разработанное BARC. Вся ядерная бомба была спроектирована и окончательно собрана индийскими инженерами в Тромбае перед транспортировкой на испытательный полигон. Испытание 1974 года (и последующие испытания 1998 года) дало индийским ученым технологические ноу-хау и уверенность не только в разработке ядерного топлива для будущих реакторов, которые будут использоваться в производстве электроэнергии и исследованиях, но и возможность перерабатывать то же самое топливо в оружейное топливо для использования при разработке ядерного оружия.
BARC также участвовал в серии из пяти ядерных испытаний Pokhran-II , проведенных на испытательном полигоне Pokhran в мае 1998 года. Это был второй случай проведения ядерных испытаний после Smiling Buddha Индией. Испытания достигли своей главной цели — дали Индии возможность создавать ядерное и термоядерное оружие ( водородную бомбу /бомбу слияния) мощностью до 200 килотонн. Тогдашний председатель Комиссии по атомной энергии Индии описал каждый из взрывов Pokhran-II как «эквивалентный нескольким испытаниям, проведенным другими ядерными державами на протяжении десятилетий». [4] Впоследствии Индия создала возможности компьютерного моделирования для прогнозирования мощности ядерных взрывчатых веществ, конструкции которых связаны с конструкциями взрывчатых веществ, использованных в этом испытании. Ученые и инженеры BARC, Управления по разведке и исследованию атомных минералов (AMDER) и Организации оборонных исследований и разработок (DRDO) участвовали в сборке ядерного оружия, его компоновке, детонации и сборе данных. [5]
3 июня 1998 года BARC был взломан хактивистской группой milw0rm , состоящей из хакеров из США, Великобритании и Новой Зеландии. Они скачали секретную информацию, испортили веб-сайт и удалили данные с серверов.
BARC также разработал класс индийских тяжеловодных реакторов под давлением IPHWR (Indian Pressureized Heavy Water Reactor), базовая конструкция 220 МВт была разработана на основе канадского реактора CANDU . Позднее конструкция была расширена до конструкций мощностью 540 МВт и 700 МВт.
IPHWR-220 (индийский тяжеловодный реактор под давлением-220) был первой в своем классе серией индийских тяжеловодных реакторов под давлением, разработанных Центром атомных исследований имени Бхабхи. Это реактор второго поколения, разработанный на основе более ранних реакторов RAPS-1 и RAPS-2 на базе CANDU, построенных в Раватбхате, Раджастхан. В настоящее время в Индии эксплуатируется 14 таких блоков в различных местах. После завершения проектирования IPHWR-220 около 1984 года под эгидой BARC в партнерстве с NPCIL началось проектирование более крупного реактора мощностью 540 МВт. [6] Два реактора этой конструкции были построены в Тарапуре, Махараштра, начиная с 2000 года, и первый был введен в эксплуатацию 12 сентября 2005 года. Конструкция IPHWR-540 была позже модернизирована до 700 МВт с главной целью повышения эффективности использования топлива и разработки стандартизированной конструкции для установки во многих местах по всей Индии в качестве флотского режима. Конструкция также была модернизирована для включения функций поколения III+. Почти 100% деталей этих реакторов собственной разработки производятся индийской промышленностью.
BARC спроектировала и построила первый в Индии реактор с водой под давлением в Калпаккаме , наземный прототип ядерного энергоблока INS Arihant мощностью 80 МВт, [7] а также главный двигательный реактор Arihant. Три других подводных судна этого класса ( класс Arihant ), включая предстоящие [ когда? ] INS arighat , S4 и S4*, также получат тот же класс реакторов в качестве основного двигателя. [8] [9]
BARC также разработала системы стабилизации для Seekers, антенные блоки для индийского многоцелевого истребителя HAL Tejas и внесла вклад в миссии Chandrayaan-I и Mangalyaan . BARC внесла вклад в сотрудничество с различными мегапроектами национальной и международной известности, такими как CERN ( LHC ), индийская нейтринная обсерватория (INO), ITER , низкоэнергетический высокоинтенсивный протонный ускоритель (LEHIPA), установка для исследования антипротонов и ионов (FAIR), главный атмосферный черенковский экспериментальный телескоп (MACE) и т. д. [10]
В 2012 году сообщалось, что новые объекты и кампусы BARC были запланированы в Атчутапураме , около Вишакхапатнама в Андхра-Прадеше , и в Чаллакере в округе Читрадурга в Карнатаке. BARC будет устанавливать специальный исследовательский реактор мощностью 30 МВт, используя обогащенное урановое топливо в Вишакхапатнаме, чтобы удовлетворить спрос на радиоизотопы с высокой удельной активностью и проводить обширные исследования и разработки в ядерной отрасли. Сайт также будет поддерживать программу атомных подводных лодок . [11] [12]
BARC — многопрофильный исследовательский центр с обширной инфраструктурой для передовых исследований и разработок, охватывающий весь спектр ядерной науки, химической инженерии, материаловедения и металлургии, электронного приборостроения, биологии и медицины, суперкомпьютеров, физики высоких энергий и физики плазмы, а также сопутствующие исследования для индийской ядерной программы и смежных областей.
BARC является ведущей ядерной и многопрофильной научно-исследовательской организацией, хотя она была основана в первую очередь для обслуживания ядерной программы Индии и ее мирного применения ядерной энергии. Она проводит обширные и передовые исследования и разработки, охватывающие весь спектр ядерной науки, химической инженерии , радиологии и их применения в здравоохранении, продовольствии, медицине, сельском хозяйстве и окружающей среде, ускорительных и лазерных технологиях, электронике, высокопроизводительных вычислениях , приборостроении и управлении реакторами, материаловедении и мониторинге радиации , физике высоких энергий и физике плазмы и т. д.
BARC является агентством Департамента атомной энергии. [13] Оно разделено на ряд групп, каждая из которых подчиняется директору, и множество других подразделений. [14]
Совет по переработке ядерных отходов (NRB) BARC был сформирован в 2009 году. [15] Он расположен в трех городах – Мумбаи, Тарапуре и Калпаккаме . [16]
BARC проводит обширные и передовые исследования и разработки, охватывающие весь спектр ядерной науки, химического машиностроения, материаловедения и металлургии, электронного приборостроения, биологии и медицины, передовых вычислений, физики высокоэнергетической плазмы и сопутствующих исследований для индийской ядерной программы и смежных областей. Вот некоторые из них:
Индия занимает уникальное положение в мире с точки зрения доступности ресурсов ядерного топлива. Она имеет ограниченные ресурсы урана , но большие ресурсы тория . Пляжные пески Кералы и Ориссы имеют богатые запасы монацита , который содержит около 8–10% тория.
Исследования были проведены по всем аспектам ториевого топливного цикла - добыча и извлечение , изготовление топлива, использование в различных реакторных системах, оценка его различных свойств и поведения при облучении, переработка и рециркуляция . Некоторые из важных достигнутых вех / технологического прогресса, достигнутого в этих областях, следующие:
Процесс производства тория из монацита хорошо отработан. IREL произвел несколько тонн порошка тория ядерного качества . Изготовление топлива на основе тория методом порошковых гранул хорошо отработано. Несколько тонн топлива на основе тория были изготовлены в BARC и NFC для различных облучений в исследовательских и энергетических реакторах. Были проведены исследования относительно использования тория в различных типах реакторов в отношении управления топливом, контроля реактора и использования топлива. Была построена критическая установка, которая используется для проведения экспериментов с топливом на основе тория. Облучения топлива на основе тория проводились в наших исследовательских и энергетических реакторах. Топливные стержни на основе тория в области отражателя исследовательского реактора CIRUS. Топливные сборки на основе тория в качестве реактивной нагрузки в исследовательском реакторе Dhruva. Связки ториевого топлива для выравнивания потока в начальной активной зоне PHWR. Сборки ториевого бланкета в FBTR. Топливные стержни (Th-Pu)MOX конструкций BWR, PHWR и AHWR в исследовательских реакторах CIRUS и Dhruva.
Были проведены пострадиационные исследования облученных пучков торийсодержащего топлива PHWR и топливных стержней (Th-Pu) MOX. Были оценены термофизические и термодинамические свойства топлива на основе тория. Торийсодержащие топливные стержни, облученные в CIRUS, были переработаны на заводе по разделению урана и тория (UTSF) BARC. Извлеченный 233U был изготовлен в качестве топлива для реактора KAMINI. Сборки бланкета тория, облученные в FBTR, были переработаны в IGCAR . Извлеченный 233U использовался для экспериментального облучения топливной сборки типа PFBR в FBTR. Торийсодержащие пучки облученного в PHWR будут переработаны на заводе по переработке тория энергетических реакторов (PRTRF). Извлеченный 233U будет использоваться для экспериментов по физике реактора на критическом заводе AHWR.
В BARC были разработаны усовершенствованные реакторы AHWR и AHWR300-LEU, чтобы дать толчок широкомасштабному использованию тория. [17]
После достижения определенного уровня использования энергии, известного как выгорание (наследие тепловой энергетики), ядерное топливо в реакторе заменяется свежим топливом, чтобы могли поддерживаться цепные реакции деления и поддерживаться желаемая выходная мощность. Отработанное топливо, выгружаемое из реактора, известно как отработанное ядерное топливо (ОЯТ). BARC прошла долгий путь с тех пор, как впервые начала переработку отработанного топлива в 1964 году в Тромбае. Индия имеет более чем пятидесятилетний опыт переработки отработанного топлива реактора первой ступени на основе урана , что привело к разработке хорошо продуманной и высокоразвитой технологической схемы переработки на основе PUREX , включающей извлечение СЯМ.
Реализация цикла ториевого топлива требует извлечения 233U из облученного ториевого топлива и его повторного введения в топливный цикл. На основе собственных усилий была разработана и продемонстрирована технологическая схема переработки отработанных торийных стержней на заводе по разделению урана и тория (UTSF) в Тромбае. После получения успешного опыта на UTSF был создан завод по переработке торийных стержней для энергетических реакторов (PRTRF), использующий передовую лазерную технологию для демонтажа пучка тория и одноштыревой механический рубильник для резки топливных стержней. Облученные торием пучки топлива из PHWR были переработаны с использованием ТБФ в качестве экстрагента для извлечения 233U.
Высокоактивные жидкие отходы (HLLW), образующиеся при переработке отработанного топлива, содержат большую часть радиоактивности, образующейся во всем ядерном топливном цикле . HLLW иммобилизуются в инертной матрице из натрийборосиликатного стекла с помощью процесса, называемого остекловыванием . Остеклованные отходы хранятся в течение промежуточного периода в охлаждаемом воздухом хранилище для облегчения рассеивания тепла, выделяемого при радиоактивном распаде . Перед их окончательным захоронением в геологическом захоронении . Остекловывание HLLW является сложным процессом и создает проблемы ввиду высокотемпературных операций в присутствии большого количества радиоактивности . В результате очень немногие страны в мире смогли освоить технологию остекловывания HLLW, и Индия входит в их число. Для остекловывания HLLW были разработаны три технологии плавления: индукционный нагреваемый металлический плавитель (IHMM), джоулевый нагреваемый керамический плавитель (JHCM) и индукционный плавитель с холодным тиглем (CCIM). Заводы по остекловыванию ВАО, основанные на технологиях IHMM или JHCM, были построены и успешно эксплуатируются в Тромбае , Тарапуре и Калпаккаме в Индии.
Ячейка остекловывания (IHMM), WIP, плавильная печь с керамическим нагревом Trombay Joule, Тарапур Вид изнутри индукционной плавильной печи с холодным тиглем Исследования и разработки в области разделения младших актинидов из ВАО также направлены на отделение долгоживущих радиоактивных компонентов отходов перед их иммобилизацией в стеклянной матрице. Долгоживущие радиоактивные загрязнители планируется сжигать в быстрых реакторах или докритических системах с ускорителем для преобразования в короткоживущие виды. Это многократно снизит необходимость долгосрочной изоляции радионуклидов от окружающей среды. Исследования и разработки также направлены на управление корпусами, загрязненными остатками трубок с циркониевой оболочкой после растворения топлива и геологическим захоронением для безопасной утилизации остеклованных ВАО и долгоживущих отходов с целью долгосрочной изоляции радионуклидов от окружающей среды человека . [18]
Advanced Fuel Fabrication Facility (AFFF), завод по изготовлению МОКС-топлива [19] [20], является частью Nuclear Recycle Board (NRB) [21] и расположен в Тарапуре, Махараштра . Advanced Fuel Fabrication Facility изготавливал МОКС-топливо на экспериментальной основе для BWR, PHWR, FBTR и исследовательских реакторов. Он производит МОКС-топливо на основе плутония для 2-го этапа индийской ядерной программы. Подразделение успешно изготовило более 1 лакха топливных элементов PFBR для PFBR Бхавини, базирующегося в Калпакаме. В настоящее время AFFF занимается изготовлением топливных элементов PFBR для перезагрузок PFBR.
AFFF также участвует в изготовлении МОКС-топлива AHWR (ториевое МОКС-топливо) для третьего этапа индийской ядерной программы и экспериментирует с различными технологиями изготовления. | [22]
Изготовление МОКС-топлива в AFFF осуществляется по методу гранулирования порошкового оксида (POP). Основные операции: смешивание и измельчение, предварительное уплотнение, грануляция, окончательное уплотнение, спекание, бесцентровая шлифовка, дегазация, сварка концевой заглушки, дезактивация топливных элементов и обмотка проводов. AFFF также осуществляет переработку отходов на основе термического измельчения или окисления и восстановления на основе микроволн. AFFF использует лазерную сварку для инкапсуляции топливных элементов вместе с GTAW.
Междисциплинарные исследования включают изучение материи в различных физико-химических средах, включая температуру, магнитное поле и давление. Реакторы, ионные и электронные ускорители и лазеры используются в качестве инструментов для исследования важных явлений в материалах в широких масштабах длины и времени. Основные объекты, эксплуатируемые BARC для исследований в области физических наук, включают линейный ускоритель Pelletron-Superconducting в TIFR, Национальный центр исследований нейтронных пучков (NFNBR) в Дхруве, ряд современных линий пучков в синхротроне INDUS , RRCAT -Indore, атмосферный черенковский телескоп TeV с камерой для визуализации (TACTIC) в Маунт-Абу, складной тандемный ионный ускоритель (FOTIA) и быстрые нейтронные установки PURNIMA в BARC, ускоритель Tandetron мощностью 3 МВ в Национальном центре композиционной характеристики материалов (NCCCM) в Хайдарабаде, ускоритель электронов на 10 МэВ в Центре электронных пучков в Нави-Мумбаи.
BARC также поддерживает программы по разработке собственных детекторов , датчиков , масс-спектрометров , методов визуализации и многослойных зеркал. Недавние достижения включают: ввод в эксплуатацию Большого атмосферного Черенковского экспериментального телескопа (MACE) в Ладакхе, времяпролетного нейтронного спектрометра в Дхруве, линий пучка в INDUS (малые и широкие углы рентгеновского рассеяния (SWAXS), кристаллография белков , инфракрасная спектроскопия , расширенная тонкая структура поглощения рентгеновского излучения (EXAFS), фотоэлектронная спектроскопия (PES/PEEM), энергетическая и угловая дисперсия рентгеновской дифракции и визуализация), ввод в эксплуатацию линий пучка и связанных с ними детекторных установок на установке BARC-TIFR Pelletron, ускорителя протонов низкой энергии высокой интенсивности (LEHIPA) в BARC, цифровой голографической микроскопии для визуализации биологических клеток в Визаге.
Проект ускорителя протонов высокой интенсивности с низкой энергией (LEHIPA) находится в стадии установки в общем здании объекта в помещениях BARC. 20 МэВ, 30 мА, протонный линейный ускоритель непрерывного действия будет состоять из источника ионов 50 кэВ, 3 МэВ, 4 м, радиочастотного квадруполя (RFQ) и 3-20 МэВ, 12 м, дрейфового линейного ускорителя (DTL) и поглотителя пучка.
Major Atmospheric Cerenkov Experiment Telescope (MACE) — это атмосферный телескоп с черенковским изображением (IACT), расположенный недалеко от Ханле , Ладакх , Индия. Это самый высокий (по высоте) и второй по величине черенковский телескоп в мире. Он был построен Electronics Corporation of India , Хайдарабад, для Центра атомных исследований имени Бхабхи и был собран в кампусе Индийской астрономической обсерватории в Ханле. Телескоп является вторым по величине гамма-телескопом в мире и поможет научному сообществу улучшить свое понимание в области астрофизики , фундаментальной физики и механизмов ускорения частиц . Самый большой телескоп того же класса — телескоп High Energy Stereoscopic System (HESS) диаметром 28 метров, работающий в Намибии.
Текущие фундаментальные и прикладные исследования охватывают широкий спектр, охватывающий физику конденсированного состояния , ядерную физику, астрофизические науки и атомную и молекулярную спектроскопию . Важные области исследований включают передовой магнетизм , мягкие и наноструктурированные материалы, энергетические материалы, тонкие пленки и многослойные материалы, исследования синтеза-деления на основе ускорителей/реакторов, ядерную астрофизику, управление ядерными данными, физику нейтрино на основе реакторов , астрофизику сверхвысоких энергий и физику астрочастиц.
Некоторые из важных текущих разработок: Indian Scintillat или Matrix for Reactor Anti-Neutrinos (ISMRAN), нейтроноводы, поляризаторы и нейтронное суперзеркало , сверхпроводящие РЧ-резонаторы на основе Nb , детектор из высокочистого германия, 2-D нейтронные детекторы, сверхпроводящие магниты без криогена , электромагнитный сепаратор для радиоизотопов, ядерные батареи и радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ) источник питания и источник холодных нейтронов на жидком водороде . Другие виды деятельности включают исследования и разработки в направлении индийской нейтринной обсерватории (INO) и квантовых вычислений . [23]
BARC спроектировал и разработал серию суперкомпьютеров для внутреннего использования. Они в основном использовались для молекулярно-динамического моделирования, физики реакторов , теоретической физики , вычислительной химии , вычислительной гидродинамики и конечно-элементного анализа .
Последним в серии является Anupam-Aganya. [24] BARC начал разработку суперкомпьютеров в рамках проекта ANUPAM в 1991 году и к настоящему времени разработал более 20 различных компьютерных систем. Все системы ANUPAM использовали параллельную обработку в качестве базовой философии и MIMD (Multiple Instruction Multiple Data) в качестве базовой архитектуры . BARC, будучи многопрофильной исследовательской организацией, имеет большой пул ученых и инженеров, работающих в различных аспектах ядерной науки и технологий, и, таким образом, участвует в выполнении разнообразных вычислений. Чтобы сократить период созревания, параллельные компьютеры были построены с использованием коммерчески доступных готовых компонентов, при этом основной вклад BARC был в областях системной интеграции , системной инженерии , разработки системного программного обеспечения, разработки прикладного программного обеспечения, тонкой настройки системы и поддержки разнообразного набора пользователей.
Серия началась с небольшой четырехпроцессорной системы в 1991 году с устойчивой производительностью 34 MFlops. Учитывая постоянно растущие требования пользователей, регулярно создавались новые системы с увеличивающейся вычислительной мощностью. Последним в серии суперкомпьютеров является Anupam-Aganya с вычислительной мощностью 270 TFLOPS и ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ОБРАБОТОЧНЫЙ СУПЕРКОМПЬЮТЕР ANUPAM-ATULYA: обеспечивает устойчивую производительность LINPACK 1,35 PetaFlops для решения сложных научных задач. [10]
Научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки BARC в области электротехники, электроники, приборов и компьютеров осуществляются в области ядерной науки и технологий, что привело к разработке различных отечественных технологий.
В области ядерной энергетики было спроектировано, разработано и развернуто множество систем управления и контроля, включая системы инспекции в процессе эксплуатации для ядерных реакторов, начиная от PHWR , AHWR , LWR , PFBR и заканчивая исследовательскими реакторами нового поколения и C&I для перерабатывающих установок. Разработка тренажеров для АЭС имеет колоссальное значение, поскольку они предоставляют лучшие учебные возможности для персонала реактора, а также для лицензирования операторов реакторов.
Основные компетенции охватывают широкий спектр и включают в себя датчики процессов, детекторы радиации , ядерные приборы, микроэлектронику , MEMS , встроенные системы реального времени, моделирование и имитацию, компьютерные сети , разработку высокоинтегрированного программного обеспечения , высокопроизводительные системы сбора данных, высоковольтные источники питания, цифровую обработку сигналов , обработку изображений , глубокое обучение , управление движением , охранную электронику, медицинскую электронику и т. д.
Разработка систем стабилизации для искателей, антенного блока платформы для многорежимного радара LCA HAL Tejas , сервосистемы для индийской сети дальней космической связи IDSN32 - 32-метровая антенна, которая отслеживала Chandrayaan-I и Mangalyaan , инструментального скребка для инспекции нефтепроводов, сервоуправления и электроники камеры для телескопа MACE, систем радиометрии и радиационного мониторинга и т. д.
Различные побочные продукты технологий включают в себя продукты, разработанные для промышленных, медицинских, транспортных, охранных, аэрокосмических и оборонных применений.
В рамках процесса индигенизации были разработаны такие общие электронные продукты, как платформа квалифицированного программируемого логического контроллера (TPLC-32), подходящая для развертывания в критически важных для безопасности приложениях, измерители реактивности, системы защиты машин, устройства безопасности для физической защиты, системы контроля доступа , системы обнаружения вторжений по периметру, системы видеонаблюдения и охранного телевидения , сканирующий электронный микроскоп , системы связи VHF . [10]
Материаловедение и инженерия играют важную роль во всех аспектах, включая поддержание и поддержку индийской ядерной программы, а также разработку передовых технологий. Минералы, содержащие элементы, представляющие интерес для DAE, например, уран, редкоземельные элементы, используются для разработки методов обогащения/технологических схем с целью повышения ценности металла для его извлечения. Производится металлический уран, необходимый для исследовательских реакторов. Повышение эффективности процесса для работы урановых мельниц выполняется и вводимые данные для внедрения на заводах Uranium Corporation of India . Разработана, продемонстрирована технологическая схема для отделения отдельных оксидов редкоземельных металлов от различных ресурсов (включая вторичные источники, например, лом/использованные продукты), а технология передается Indian Rare Earths Limited (IREL) для производства на ее заводах.
Все требования к огнеупорным материалам для DAE-приложений, включая поглотители нейтронов, удовлетворяются исследованиями, разработками и производством в Materials Group. Materials Group работает над разработкой технологических схем/процессов для материалов, необходимых для установок/приложений DAE, например, губчатого титана, усовершенствованных сплавов, покрытий с использованием различных процессов, включая цементацию пакетов, химическое паровое напыление, физическое паровое напыление, гальванопокрытие / химическое напыление . Также было продемонстрировано восстановление кобальта высокой чистоты из различных отходов/лома, и технологии переданы для производства.
Исследования, направленные на передовые технологии материалов с использованием термодинамики , механики , симуляции и моделирования , характеризации и оценки производительности, проводятся. Исследования, направленные на понимание радиационного повреждения материалов, проводятся с использованием передовых методов характеризации, чтобы помочь в разработке сплавов и оценке деградации материалов. Создание базы данных теплофизических и дефектных свойств ядерных материалов, например, смешанного оксидного и металлического топлива на основе тория ; проводятся исследования сплавов Fe-Zr и природных и синтетических минералов в качестве хозяев для иммобилизации металлических отходов посредством моделирования и имитации.
Ведется разработка новых растворителей для извлечения выбранных элементов из ядерных отходов для медицинских применений и определенных металлических ценностей из электронных отходов . Были реализованы такие технологии, как крупномасштабный синтез углеродных нанотрубок (CNT), низкоуглеродистых ферросплавов ( FeV , FeMo , FeNb , FeW, FeTi и FeC), производство металлического порошка вольфрама и изготовление вольфрама (W) и тяжелого сплава вольфрама (WHA), производство порошка диборида циркония (ZrB2 ) , изготовление форм ZrB2 высокой плотности и т. д. [25]
Ключевые особенности, лежащие в основе усилий по разработке, — это самодостаточность, получение продуктов с очень высокими характеристиками чистоты, работа с процессами разделения, характеризующимися низкими коэффициентами разделения, стремление к высокому извлечению, оптимальное использование дефицитных ресурсов, экологическая безопасность, высокая энергоэффективность и стабильная непрерывная работа. Неэнергетическое применение ядерной энергии было продемонстрировано в области опреснения воды с использованием таких технологий, как многоступенчатая флэш-дистилляция и многоэффектная дистилляция с термопаровой компрессией (MED-TVC). Мембранные технологии были развернуты не только для обработки ядерных отходов, но и для общества в целом в соответствии с миссией правительства Индии «Джал Дживан» по обеспечению безопасной питьевой водой на уровне домохозяйств.
Разработка и демонстрация технологии псевдоожиженного слоя для применения в ядерном топливном цикле; синтез и оценка новых экстрагентов; синтез материалов TBM (синтез гальки титаната лития ); молекулярное моделирование различных явлений (таких как проникновение водорода и его изотопов через различные металлы, опреснение с использованием углеродных нанотрубок , влияние состава стекла на свойства, имеющие отношение к стеклованию , проектирование растворителей и металлоорганических каркасов); применение микрореакторов для интенсификации определенных процессов; разработка процесса низкотемпературного опреснения замораживанием; экологически чистые интегрированные системы опреснения с нулевым сбросом жидкости; очистка промышленных сточных вод; мембраны нового поколения (такие как высокопроизводительные нанокомпозитные мембраны на основе графена , мембраны для гемодиализа , прямого осмоса и металлические мембраны); получение и хранение водорода с помощью различных процессов (электрохимическое расщепление воды, термохимические циклы йода и серы, гибридные термохимические циклы меди и хлора); разработка адсорбционных гелевых материалов для специальных разделений; модернизация тяжелой воды ; металлические покрытия для различных применений (например, мембранные разделители, нейтронные генераторы и специальные применения); химическое осаждение из паровой фазы в псевдоожиженном слое; и применение ультразвуковой технологии (UT) в химических процессах.
Предварительно охлажденный модифицированный цикл Клода на основе гелиевого ожижителя производительностью 50 л/ч (LHP50) был разработан и введен в эксплуатацию BARC в Тромбее. Основные компонентные технологии, используемые в LHP50, включают сверхскоростные газовые подшипники, поддерживаемые миниатюрными турбодетандерами, и компактные пластинчатые ребристые теплообменники вместе с криогенными трубопроводами и клапанами с длинным штоком, все размещенными внутри LHP50 Cold Box. Другое основное оборудование включает коаксиальную линию передачи гелия и сосуд для приема жидкого гелия. [26]
BARC также контролирует воздействие на окружающую среду и оценку дозы/риска для радиологических и химических загрязнителей, Экологический надзор и радиационная защита для всех объектов ядерного топливного цикла, Метеорологические и гидрогеологические исследования для площадок DAE. Моделирование переноса и рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере и гидросфере, Оценка радиационного воздействия методов управления отходами и их утилизации, Разработка систем мониторинга радиационной обстановки в окружающей среде и Создание общенациональной сети мониторинга радиационной обстановки, установление контрольных показателей для оценки радиологического воздействия деятельности ядерной энергетики на морскую среду.
Основными направлениями этих программ являются химия позитронов и позитрония, химия и спектроскопия актинидов, изотопная гидрология для управления водными ресурсами, радиоактивные индикаторы для промышленного применения, разделение и очистка новых радионуклидов для медицинских применений, усовершенствованная разработка топлива золь-гель методом, химический контроль качества ядерного топлива, комплексообразование и видообразование актинидов, разработка методов разделения для процессов конечной стадии топливного цикла.
Другие крупные научно-исследовательские проекты включают оценку теплофизических свойств систем реакторов-размножителей на расплавленных солях (MSBR), разработку материалов для улавливания активной зоны, снижение выбросов водорода, катализаторы для производства водорода , материалы для хранения водорода, нанотерапию и биодатчики, дезактивацию компонентов реактора, контроль биообрастания и исследования термоэкологии, супрамолекулярную химию, химию окружающей среды и межфазную химию, сверхбыструю динамику реакций, спектроскопию одиночных молекул, синтез и применение наноматериалов, применение холодной плазмы, люминесцентные материалы для биовизуализации, материалы для светоизлучающих устройств и систем безопасности и т. д.
Разработка новых элитных сортов сельскохозяйственных культур, включая семена масличных культур и бобовые. С использованием методов радиационно-индуцированного мутагенеза, гибридизации и культивирования тканей было разработано, выпущено и нотифицировано в Gazette для коммерческого выращивания 49 сортов сельскохозяйственных культур. Разработка молекулярных маркеров, трансгенов, биосенсоров, формул удобрений с улучшенной эффективностью использования питательных веществ. Понимание восстановления повреждений ДНК, репликации, окислительно-восстановительной биологии и процесса аутофагии и разработка радиосенсибилизаторов, химиосенсибилизаторов для терапии рака. Разработка и синтез органофлюорофоров и органических электронных молекул, имеющих отношение к ядерной науке и социальным выгодам (передовые технологии и здравоохранение). Разработка и синтез органофлюорофоров и органических электронных молекул, имеющих отношение к ядерной науке и социальным выгодам (передовые технологии и здравоохранение). [27]
Синтез и разработка лигандов ядерной медицины для диагностики и терапии рака и других заболеваний. Асимметричный полный синтез и органокаталитические методы (подход зеленой химии) для синтеза биологически активных соединений. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в передовых областях радиационной биологии для понимания влияния излучений с низкой и высокой ЛПЭ, хронического и острого облучения, высокого фонового облучения и облучения радионуклидами на клетки млекопитающих, раковые клетки, подопытных грызунов и здоровье человека. [27]
Доклинические и трансляционные исследования направлены на разработку новых лекарственных препаратов и терапевтических средств для профилактики и смягчения последствий лучевой болезни, декорпорации тяжелых металлов и лечения воспалительных заболеваний и рака.
Изучение макромолекулярных структур и взаимодействий белок-лиганд с использованием биофизических методов, таких как рентгеновская кристаллография, рассеяние нейтронов, круговой дихроизм и синхротронное излучение, с целью ab-initio проектирования терапевтических молекул. Понимание клеточной и молекулярной основы реакции на стресс у бактерий, растений и животных. Понимание необычайной устойчивости к повреждению ДНК и толерантности к окислительному стрессу у бактерий, а также эпигенетической регуляции альтернативного сплайсинга у растений и клеток млекопитающих. [27]
Разработка технологий редактирования генома с использованием CRISPR-Cas в фундаментальных и прикладных исследованиях, а также разработка генных технологий и продуктов для биомедицинских приложений. Исследования по секвестрации урана Nostoc и бактериями, выделенными из урановых рудников. Исследования и разработка новых радиофармацевтических препаратов для диагностических и терапевтических целей. [27]
Синтез субстратов из подходящих прекурсоров для использования в радиомечении диагностическими ( 99m Tc) и терапевтическими ( 177 Lu, 153 Sm, 166 Ho, 186/188 Re, 109 Pd, 90 Y, 175 Yb, 170 Tm) радиоизотопами при получении агентов, предназначенных для использования в качестве радиофармацевтических препаратов.
Индивидуальная подготовка специальных источников в соответствии с требованиями Организации оборонных исследований Индии (DRDO) и национальных исследовательских лабораторий, таких как Национальная лаборатория физических исследований, ISRO и т. д. [27]
Трехэтапная программа ядерной энергетики Индии была сформулирована Хоми Бхабхой в 1950-х годах для обеспечения долгосрочной энергетической независимости страны за счет использования запасов урана и тория, обнаруженных в монацитовых песках прибрежных районов Южной Индии. Конечная цель программы — дать возможность использовать запасы тория Индии для удовлетворения энергетических потребностей страны. Торий особенно привлекателен для Индии, поскольку она имеет всего около 1–2% мировых запасов урана, но одну из самых больших долей мировых запасов тория — около 25% известных мировых запасов тория. [28]
На первом этапе программы реакторы с тяжелой водой под давлением (PHWR), работающие на природном уране, вырабатывают электроэнергию, одновременно генерируя плутоний-239 в качестве побочного продукта. PHWR были естественным выбором для реализации первого этапа, поскольку имели наиболее эффективную конструкцию реактора с точки зрения использования урана, а существующая индийская инфраструктура в 1960-х годах позволила быстро внедрить технологию PHWR. Природный уран содержит всего 0,7% делящегося изотопа урана-235. Большая часть оставшихся 99,3% приходится на уран-238, который не делится, но может быть преобразован в реакторе в делящийся изотоп плутоний-239. Тяжелая вода (оксид дейтерия, D2O ) используется в качестве замедлителя и охладителя. [29]
На втором этапе реакторы-размножители на быстрых нейтронах (FBR) будут использовать смешанное оксидное (МОКС) топливо, изготовленное из плутония-239, полученного путем переработки отработанного топлива с первого этапа, и природного урана. В FBR плутоний-239 подвергается делению для получения энергии, в то время как уран-238, присутствующий в смешанном оксидном топливе, трансмутирует в дополнительный плутоний-239. Таким образом, FBR второго этапа спроектированы так, чтобы «размножать» больше топлива, чем они потребляют. После того, как запас плутония-239 будет накоплен, торий может быть введен в реактор в качестве материала бланкета и трансмутирован в уран-233 для использования на третьем этапе. Избыточный плутоний, произведенный в каждом быстром реакторе, может быть использован для создания большего количества таких реакторов и, таким образом, может увеличить мощность гражданской ядерной энергетики Индии до точки, когда реакторы третьего этапа, использующие торий в качестве топлива, могут быть введены в эксплуатацию. Проектирование первого в стране быстрого реактора-размножителя, названного прототипом быстрого реактора-размножителя (PFBR), было выполнено Центром атомных исследований имени Индиры Ганди (IGCAR). [30]
Время удвоения относится ко времени, необходимому для извлечения в качестве выхода, удвоенного количества расщепляющегося топлива, которое было подано в качестве входа в реакторы-размножители. Эта метрика имеет решающее значение для понимания временных длительностей, которые неизбежны при переходе от второго этапа к третьему этапу плана Бхабхи, поскольку создание достаточно большого запаса расщепляющегося топлива имеет важное значение для масштабного развертывания третьего этапа. [31]
Реактор III стадии или усовершенствованная ядерная энергетическая система включает в себя самоподдерживающуюся серию реакторов, работающих на топливе торий-232–уран-233. Это будет тепловой реактор-размножитель, который в принципе может быть перезаправлен — после первоначальной загрузки топлива — с использованием только природного тория. Согласно трехэтапной программе, индийская ядерная энергетика может вырасти примерно до 10 ГВт за счет реакторов PHWR, работающих на отечественном уране, а рост сверх этого должен будет осуществляться за счет реакторов FBR примерно до 50 ГВт.[b] Третий этап должен быть развернут только после того, как эта мощность будет достигнута. [32] [33]
Поскольку существует длительная задержка до прямого использования тория в трехступенчатой программе, страна рассматривает проекты реакторов, которые позволяют более прямо использовать торий параллельно с последовательной трехступенчатой программой. Рассматриваются три варианта: Indian Accelerator Driven Systems (IADS), Advanced Heavy Water Reactor (AHWR) и Compact High Temperature Reactor. Также разрабатывается реактор на расплавленных солях .
Департамент атомной энергетики Индии и американская лаборатория Фермилаб разрабатывают уникальные, первые в своем роде системы с приводом от ускорителя. Ни одна страна еще не построила систему с приводом от ускорителя для выработки электроэнергии. Анил Какодкар, бывший председатель Комиссии по атомной энергии, назвал это меганаучным проектом и «необходимостью» для человечества. [34] [35]
BARC разработал широкий спектр проектов ядерных реакторов для ядерных исследований, производства радиоизотопов, военно-морских силовых установок и выработки электроэнергии.
Компания BARC разработала различные размеры реакторов IPHWR класса тяжеловодных реакторов под давлением, работающих на природном уране, для первого этапа трехэтапной программы ядерной энергетики , которые производят электроэнергию и плутоний-239 для питания реакторов на быстрых нейтронах, разрабатываемых IGCAR для второго этапа программы.
Класс IPHWR был разработан на основе реакторов CANDU , построенных на RAPS в Раватбхате, Раджастхан. По состоянию на 2020 год были разработаны три последовательно более крупных проекта IPHWR-220 , IPHWR-540 и IPHWR-700 с мощностью генерации электроэнергии 220 МВт, 540 МВт и 700 МВт соответственно.
BARC разрабатывает усовершенствованный проект тяжеловодного реактора мощностью 300 МВт , работающего на тории-232 и уране-233, для питания третьего этапа трехэтапной ядерной энергетической программы Индии . AHWR по стандарту должен быть замкнутым ядерным топливным циклом. Ожидается, что AHWR-300 будет иметь проектный срок службы около 100 лет и будет использовать уран-233, произведенный в реакторах на быстрых нейтронах, разрабатываемых IGCAR .
Индийский реактор-размножитель на расплавленной соли (IMSBR) является платформой для сжигания тория в рамках 3-го этапа индийской ядерной энергетической программы. Топливо в IMSBR находится в форме непрерывно циркулирующей расплавленной фторидной соли, которая протекает через теплообменники для окончательной передачи тепла для производства электроэнергии в сверхкритический цикл Брайтона на основе CO 2 (SCBC), чтобы иметь больший коэффициент преобразования энергии по сравнению с существующим циклом преобразования энергии. Благодаря жидкому топливу возможна онлайн-переработка, извлекающая 233Pa (образующийся в цепочке преобразования 232Th в 233U) и позволяющая ему распадаться до 233U вне активной зоны, что делает возможным размножение даже в спектре тепловых нейтронов. Следовательно, IMSBR может работать в самоподдерживающемся топливном цикле 233U-Th. Кроме того, будучи тепловым реактором, потребность в 233U ниже (по сравнению с быстрым спектром), что обеспечивает более высокий потенциал развертывания. [38]
BARC, используя опыт, полученный при разработке легководного реактора для подводной лодки класса Arihant, разрабатывает проект большого реактора с водой под давлением мощностью 900 МВт, известного как IPWR-900 . Проект будет включать функции безопасности поколения III+, такие как система пассивного отвода тепла распада, система аварийного охлаждения активной зоны (ECCS), система удержания кориума и система улавливания активной зоны.
Компания BARC разработала несколько проектов легководных реакторов, подходящих для использования в качестве ядерных морских силовых установок для подводных лодок ВМС Индии, начиная с проекта реактора CLWR-B1 для подводной лодки класса Arihant . Всего будет построено четыре подводные лодки этого класса.
Индия не является участником Договора о нераспространении ядерного оружия (ДНЯО), ссылаясь на опасения, что он несправедливо благоприятствует признанным ядерным державам и не предусматривает полного ядерного разоружения. Индийские официальные лица утверждали, что отказ Индии подписать договор проистекает из его принципиально дискриминационного характера; договор налагает ограничения на государства, не обладающие ядерным оружием, но мало что делает для сдерживания модернизации и расширения ядерных арсеналов государств, обладающих ядерным оружием. [39] [40]
Совсем недавно Индия и США подписали соглашение об укреплении ядерного сотрудничества между двумя странами, а также об участии Индии в международном консорциуме по исследованию термоядерного синтеза, ИТЭР (Международный экспериментальный термоядерный реактор). [41] [42]
BARC также исследует биотехнологию в Gamma Gardens и разработал многочисленные устойчивые к болезням и высокоурожайные сорта сельскохозяйственных культур, в частности, арахиса. Он также проводит исследования в области жидкометаллической магнитогидродинамики для производства электроэнергии.
4 июня 2005 года, намереваясь поощрять исследования в области фундаментальных наук, BARC основал Национальный институт имени Хоми Бхабхи . Научно-исследовательские институты, аффилированные с BARC (Центр атомных исследований имени Бхабхи), включают IGCAR ( Центр атомных исследований имени Индиры Ганди ), RRCAT ( Центр передовых технологий имени Раджи Раманны ) и VECC ( Центр циклотронов с переменной энергией ).
Энергетические проекты, в которых использовалась экспертиза BARC, но которые подпадают под юрисдикцию NPCIL ( Корпорация ядерной энергетики Индии с ограниченной ответственностью ), включают KAPP ( Проект атомной энергетики Какрапар ), RAPP ( Проект атомной энергетики Раджастхан ) и TAPP ( Проект атомной энергетики Тарапур ).
Центр атомных исследований имени Бхабхи в дополнение к своему мандату на ядерные исследования также проводит исследования в других областях высоких технологий, таких как ускорители, микроэлектронные пучки, проектирование материалов, суперкомпьютеры и компьютерное зрение среди немногих. В BARC есть специальные отделы для этих специализированных областей. BARC спроектировал и разработал для собственного использования инфраструктуру суперкомпьютеров Anupam , используя самые современные технологии.