Радиационная химия в СССР в интересующих нас направлениях (до 10 МэВ, органическая химия) получила основное развитие в 1950-е – 1970-е годы. Этому способствовали работы, связанные с созданием первых атомных реакторов (г. Обнинск – 1954, г. Ташкент – 1959), а также ускорителей электронов, гамма-установок. Возникает несколько научных школ: на базе МГУ, Губкинского Университета, ИФХЭ РАН, ИФХИ, ИНХС РАН, ИЯФ УзССР. Позже (80-е – 2000-е), к исследованиям подключаются Томский Университет, ИХТТ и МХ СОРАН, НИИТФА, где проводится ряд исследовательских проектов.
Стоит выделить работы и школы, созданные Бахом Н. А. (ИФХЭ РАН им. А. Н. Фрумкина), Полаком Л. С. (ИНХС РАН им. А. В. Топчиева), внесшие максимальную лепту в изучение процессов радиолиза углеводородов. Прочие коллективы имели более академический, исследовательский и образовательный характер.
Особое, недооцененное, место в развитии интересующего направления в силу своей региональной удаленности занимает школа, созданная Стародубцевым С. В. на базе ИЯФ УзССР.
Работы в ИЯФ УзССР возглавлял академик Стародубцев С. В. (Выполнил циклы исследований по резонансному рассеянию гамма-лучей ядрами, в частности, обнаружил их рассеяние электрическим полем ядра, по электромагнитным переходам бета- и конверсионных электронов, гамма-спектрам, угловой корреляции каскадного гамма-излучения. Создал таблицы численных значений вероятностей электромагнитных переходов в ядрах. Получил поляризованные нейтроны с высокой степенью поляризации. Один из первых обнаружил в реакциях (d, p) переворачивание спина. Исследовал закономерности дефектообразования в диэлектриках и полупроводниках под действием различных видов излучений, радиационные эффекты на поверхности твердых тел, радиационно-стимулированную диффузию и адсорбцию, радиационные превращения в бензоле, жидких органических сцинтилляторах, легшие в основу созданных им дозиметров больших доз, разработал методы изучения радиационных изменений веществ. Создал школу в области ядерной и радиационной физики). Ближайшим помощником являлась зав. лабораторией Генералова Валентина Васильевна (впоследствии возглавившая лабораторию во ВНИИФТРИ, г. Зеленоград МО, профессор, д.ф.-м.н., лауреат государственной премии). Участвовали к.ф.-м.н. Гурский М. Н. (в последствии, также ВНИИФТРИ), к.ф.-м.н. Цой А. Н и др.
Основными направлениями исследований Анатолия Николаевича Цоя являлись исследования сцинтилляционных процессов (люминесценция при воздействии ионизирующими излучениями) в жидких и газообразных углеводородах, превращения при радиолизе жидких и газообразных углеводородов. (Опубликовано в 1962-1974 гг. около 130 научных работ, включая монографию). Осуществлялось взаимодействие с ИФХЭ РАН (проф. Полак Л. С.). В 80-90-х, Цой А. Н. переключился на работы, связанные с автоматизацией и программированием, возглавляя Лабораторию АиСУ и программирования в Институте горного дела АН КазССР. К работам по воздействию на углеводороды ионизирующими излучениями он вернулся с 2000 г.
В силу многих стечений обстоятельств, радиационная химия претерпела и партийные гонения в 80-х годах, и потеряла многих ярких представителей радиохимических школ, ушедших из жизни в 80-е – 90-е годы. Многие образовательные кафедры были либо ликвидированы, либо переориентированы на другой характер работ.
Почему же радиационная химия получила широкое распространение только в областях:
- полимеризация полиэтиленовых/полипропиленовых пленок,
- модификация кабельной полимерной оплетки,
- стерилизация медицинских препаратов и продуктов питания,
- вулканизация каучуков и резины,
- дезинфекция и дезинсекция.
Причин несколько.
- Радиационные превращения в сплошных средах сами по себе многообразны и носят статистический характер. Управление и инициация избирательных реакций связаны с громоздкими вычислениями факторного анализа, моделированием, даже на сегодня не имеющими достаточной теоретической и экспериментальной базы.
- Большая часть работ радиационной химии носит лабораторный характер, не переносимый на промышленный уровень. Исследования, как правило, велись в статичных средах. Химизм кардинально меняется при попытке воспроизводства процессов в динамике. Появилась даже расхожая фраза: «радиационные процессы не масштабируются», что, конечно, не так. Но масштабирование требует больших усилий и дополнительных исследований.
- В расцвет радиационной химии отсутствовали достаточно мощные источники ионизирующих излучений, обладающие стабильными показателями. А при появлении таковых в 80-е годы, радиационная химия претерпела упадок, что не позволило состояться многим радиационным технологиям в промышленности.
- Работы по промышленному внедрению инноваций в области радиационной химии дорогостоящи. В условиях существующей политической системы, реализация технологий радиационной химии в промышленности возможны только при финансировании и поддержке государства.
- Сказывается «кадровый голод», вызванный процессами перестроечного-постперестроечного периодов. Не хватает не только исследователей, но и экспертов, способных оценить разработки.
В 2000-х годах, несмотря на объективные сложности, возникло несколько коллективов, пытающихся осуществить исследования и внедрение радиационных технологий в промышленность. Перечислим основные группы:
- Группа академика РАН, д.ф.-м.н., Анатолия Сазоновича Каротеева (Центр М. В. Келдыша). Использует методы радиационной химии многие годы для получения составляющих ракетного топлива на практике (работы засекречены);
- Группа д.х.н. Толочко Бориса Петровича (Институт химии твердого тела и механохимии СОРАН), провела работы по пилотированию методов радиационной химии в нефтепереработке (не внедрено);
- Группа д.ф.-м.н. Шарафутдинова Равель Газизовича (Институт нефтехимпереработки, Институт теплофизики); провела экспериментальные работы по радиолизу нефти (не внедрено);
- Группа академика РАН, д.ф.-м.н., Смирнова В. П. (ВНИИТФА) провела работы по радиолизу угля и газа (работы не окончены и приостановлены в связи с уходом Смирнова В.П. на административную работу в «Наука и инновации» Росатом);
- Группа д.ф.-м.н. Зайкина Ю.А. (Petrobeam co, USA) провела работы по радиолизу нефти и газа, проводятся опытно внедренческие работы по методам R-GTL (в промышленности не внедрено).
- Группа д.т.н. Пономарева А. В. (ИФХЭ РАН им. А. Н. Фрумкина) провела серию экспериментальных исследований и продолжает работы по радиолизу углеводородсодержащих веществ на академическом уровне (практической реализации нет, но достигнуты отличные экспериментальные базы данных, подготовлены кадры, работы продолжаются).
- Группа к.ф.-м.н. Цоя А.Н. и Цоя Л.А. (ООО «Бета-технологии») провела экспериментальные работы на базе ИЯФ УзССР, ИЯФ НЯЦ РК, ИЯФ СОРАН. Работы отличаются проработкой динамических процессов в радиолизе.
Главный вопрос:
Почему все эти исследования не закончились промышленными образцами?
Ответ:
Все работы показали положительный экспериментальный результат, но до 80-х годов прошлого столетия не было достаточно удовлетворительных ускорителей электронов (в плане мощности выходного потока, причем не по энергии, а по плотности электронов – току). После разработки таковых серийный выпуск ускорителей не успел реализоваться (на базе Электротехнического завода им. В. И. Ленина планировалось выпускать около 100 ускорителей серии ЭЛВ, но после начала производства первой сотни, СССР рухнул и производство не состоялось). В 90-х любые наукоемкие работы остановились, кадры рассеялись по миру. Необходимость достаточно мощных и удовлетворяющих потребности промышленного радиолиза ускорителей в 2000-х годах не нашла инвестиционной поддержки частного капитала и государства.
Другой проблемой реализации разработок в промышленности стало несоответствие статичных лабораторных исследований радиолиза динамичным процессам в потоках. Пилотирование в промышленности было связано с большими финансовыми затратами. Существующая система выделения грантов и финансирования проектов не укладывалась в масштабы потребности вложений на фоне доступности импортных технологий.
Большинство исследовательских групп не учитывали несколько нюансов, таких как спиновое состояние радикалов, эффект Франка-Рабиновича рекомбинации молекул, динамические особенности дипольного позиционирования и прочие, влияющие на экономическую и энергетическую целесообразность разрабатываемых методов. Интересы академических ученых и промышленности не получили достаточного взаимопонимания и транспарентности.
Ныне, при существующем серийных ускорителей ИЯФ СО РАН, а также при открытии нового завода ускорителей для промышленности компанией “Бета-технологии”, многолетние наработки советских и российских ученых будут претворены в жизнь, обеспечив России настоящий прорыв в неорганической химии, экологической безопасности, в аддитивных технологиях и создании новых материалов.