(342) 2-155-177
4. 3. 2021 |
18:16|
Как Россия создает «второе солнце» – источник бесконечной энергии

 

Трудно представить, как изменится мир, когда человечество впервые в своей истории получит доступ к неограниченному источнику энергии – термоядерному синтезу. Все развитие цивилизации с древних времен – это борьба за огонь, и вот, наконец, эта борьба окончена. Так восторженно писали мировые газеты полвека назад после первых в СССР успешных экспериментов по зажиганию плазмы. 

 

Тогда казалось, что до осуществления мечты остался один шаг, но к концу ХХ века стало ясно, что для освоения технологии такого уровня нужно объединять усилия ученых и инженеров всего мира. Так появился проект ИТЭР. И сегодня мы являемся свидетелями новой попытки подступиться к этой высокой мечте и получить неограниченный и чистый источник энергии.

 
Во Франции при активном участии России готовится к запуску экспериментальный термоядерный реактор, который вобрал в себя все последние достижения мировой науки и техники. О проекте рассказали специалист по информационным связям Российского агентства ИТЭР Александр Петров и заместитель директора Проектного центра ИТЭР Леонид Химченко.

 

Что такое ИТЭР и зачем он нужен?

 
АП: Принципиальное отличие ИТЭР от уже существующих исследовательских реакторов заключается в том, что на выходе он должен дать в десять раз больше энергии, чем тратится на поддержание горения плазмы. То есть он должен дать положительный выход – продемонстрировать возможность того, что на выходе мы можем получать больше энергии, чем вкладываем в образование и поддержание этой самой термоядерной реакции. Это его принципиальное отличие от существующих сегодня исследовательских установок.

 
Для нашей страны проект имеет особое значение. Во-первых, в основе ИТЭР лежит установка токамак – тороидальная камера с магнитными катушками. В 1950-х годах первая в мире установка такого типа была построена в СССР под руководством академиков Игоря Тамма и Андрея Сахарова, а впоследствии получила развитие при участии выдающихся ученых Льва Арцимовича, Дмитрия Шафранова, Евгения Велихова и других – целая плеяда выдающихся исследователей вложила в это свои знания и навыки.

 
Второе: проект по созданию такого реактора настолько сложный, дорогой и ресурсозатратный, что ни одна страна, на каком бы уровне научного и технологического развития она ни находилась, в одиночку не была способна тогда создать подобный реактор. Поэтому у международного сообщества возникло четкое понимание, что нужно действовать сообща.

 

Инициатором подобного проекта был академик Евгений Велихов, который в 1985 году предложил эту идею Михаилу Горбачеву. Горбачев обсудил ее с президентом Франции Франсуа Миттераном и президентом США Рональдом Рейганом. Оба идею горячо поддержали, что дало старт началу работ по данному международному проекту.

 
Если сравнивать ИТЭР с двумя другими крупными международными проектами – Международной космической станцией (МКС) и Большим адронным коллайдером (БАК), термоядерный реактор по финансированию примерно между ними (МКС дороже, а БАК – дешевле)?

 
АП: Стоимость проекта ИТЭР оценивается примерно в 20 миллиардов евро. При этом уникальность его заключается в конфигурации международного сотрудничества. Основной вклад стран-участниц не в денежной форме (хотя он тоже существует), а в виде создания и поставок высокотехнологичного оборудования, то есть систем реактора. Например, Россия вносит 9,09 процента от стоимости реактора в виде высокотехнологических систем. Это 25 систем.

 

 

Какие страны участвуют в проекте?

 
АП: Это семь сторон – Китай, Евросоюз, Индия, Япония, Южная Корея, Россия и США.

 

Соединенные Штаты не планируют выйти из этого проекта?

 
ЛХ: Каждая сторона заинтересована в успехе проекта, и особенно США, в силу их желания быть лидерами в мире. Для ИТЭР создаются уникальные технологические системы, которые являются универсальными для всех термоядерных установок. В Европе больше плазменных установок, которые работают на ИТЭР, чем в США. Китай, Япония и Корея построили современные токамаки и сформировали коллективы исследователей, которые нацелены на создание своего проекта термоядерного реактора. Поэтому благодаря многостороннему общению каждая страна находится на передовом крае знаний и технологий.

 

Расскажите о вкладе России в проект ИТЭР.

 
ЛХ: Может быть, я повторюсь, но напомню, что основы этого проекта заложены у нас. Токамак – это идея Сахарова и Тамма. Арцимович и Шафранов ввели вытянутое сечение и полоидальный дивертор. Такая конфигурация стала основой всех токамаков в мире. И ИТЭР тоже. В 80-е годы мы первые сделали токамак со сверхпроводящими обмотками магнитного поля. Велихов предложил мировым лидерам построить совместный термоядерный реактор. Наиболее технологически развитые страны приняли это предложение.

 
Россия достойно выполняет свои обязательства. Один проект завершен –создание сверхпроводников для катушек тороидального и полоидального поля. Для этого в России создали с нуля промышленность сверхпроводников, которые к тому же по результатам тестирования параметров оказались лучшими в мире. Россия является лидером в мире по параметрам СВЧ-генераторов большой мощности – гиротронов, используемых для нагрева плазмы и создания токов увлечения.

 
Россия является признанным лидером в инженерных проблемах снятия тепловой нагрузки с сильно нагретых поверхностей. Поэтому России отдали 40% первой стенки с самыми жесткими тепловыми нагрузками и испытания большими тепловыми потоками. Российские ученые традиционно высоко котируются, поэтому российские организации взяли наибольшее число наукоемких диагностик, понимая, что в будущем это даст возможность интегрировать наших специалистов во все системы ИТЭР.

 
Какие работы на ИТЭР уже сделаны сейчас и что еще планируется сделать до его запуска? И когда это произойдет?

 
АП: Получение первой плазмы на ИТЭР запланировано на декабрь 2025 года. Мы не можем исключить, что в связи с последними событиями [пандемией коронавирусной инфекции] могут произойти какие-то задержки, но пока мы оптимистично смотрим в отношении того, что эти задержки мы сможем преодолеть. В настоящее время около 70% работ на пути получения первой плазмы на ИТЭР уже завершены.

 
Что это значит? Во-первых, достроены практически все здания на площадке ИТЭР на юге Франции. Практически изготовлена вся необходимая инфраструктура. Сейчас проект переходит от стадии сооружения зданий, инфраструктуры и так далее к стадии сборки самого реактора.

 
Для этого из стран-участниц активно поступают компоненты в международную организацию. Россия в этом году уже сделала несколько поставок, в частности, верхних патрубков и электротехнического оборудования. Мы уже готовы поставить первую пару гиротронов – пока поставка запланирована на середину следующего года. Как я уже сказал, мы завершаем изготовление одной из шести катушек полоидального поля. Всего будет шесть катушек полоидального поля, одна изготовлена в Китае; четыре производятся непосредственно на месте, во Франции; катушка PF-1 изготавливается в Санкт-Петербурге.

 
ЛХ: Начались поставки основных компонентов для сборки собственно токамака. В частности, на площадку сборки привезли катушки тороидального поля из Японии и Европейского союза и катушку полоидального поля из Китая. Корея поставила первый сектор вакуумной камеры. Россия изготавливает все шинопроводы для подвода энергии к токамаку и оборудование аварийного отключения энергии. Американцы провели успешные испытания центрального соленоида токамака и начинают поставки на площадку сбора. Индия собрала нижнюю часть криостата, которую уже поместили в шахту для начала сборки ИТЭР. Заключены контракты с крупными итальянскими и китайскими консорциумами на сборку ИТЭР.

 

Насколько экономически оправданным является использование термоядерной энергетики по сравнению с зеленой?

 
ЛХ: Основной недостаток зеленой энергетики – распределенная по территории мощность и колебания мощности во времени. Сложности с накоплением энергии. Появились исследования об отрицательном воздействии этой энергетики на среду. Такой энергетике сложно обеспечить электрическую мощность для промышленности. Поэтому такие страны, как Франция, развивают атомную энергетику.

 
В так называемом чистом варианте при сохранении высокой удельной мощности термоядерная энергетика гораздо безопаснее атомной, при том топливо – дейтерий – добывается из воды, а тритий нарабатывается в самом термоядерном реакторе.

 
В гибридном, так называемом грязном варианте, термоядерный реактор можно использовать для трансмутации отходов переработки ядерного топлива. Один реактор может обеспечить дешевым топливом 3–4 ядерных реактора. Уже при достигнутых параметрах современных токамаков возможно построение экономически выгодной ядерной энергетики с использованием термоядерного реактора.

 

 
АП: Давайте начнем с топлива. Мы все прекрасно понимаем, что ветряки, гидроэнергетика и солнечные батареи в значительной степени зависят от геолокации. Правильно? То есть я имею в виду то, что нельзя построить ветряки там, где нет ветра, нельзя установить солнечные батареи там, где нет солнца, и так далее. То есть мы берем то, что дает природа, и там, где она дает.

 
Про ядерную энергетику (при всех ее очевидных преимуществах и незаменимости на сегодняшний день) понятно: это огромное количество ядерного топлива, дороговизна самого топлива, вопросы отходов, утилизации и прочие моменты, которые мы все прекрасно понимаем.

 
Топливом для термоядерной реакции, планируемой на ИТЭР, являются два элемента – это дейтерий и тритий. Это изотопы водорода. Каждая шеститысячная молекула Мирового океана – это дейтерий. Добыть его достаточно просто, никаких проблем с этим нет. Тритий будет вырабатываться непосредственно как результат горения плазмы в самом термоядерном реакторе.

 
Получается одна простая вещь: топливо для промышленных термоядерных установок – это вода. Доступ к воде, к Мировому океану, имеется так или иначе у всех. То есть отпадает вопрос борьбы за энергоресурсы. Вся история развития человечества тесно сопряжена с борьбой за энергоресурсы. Она предопределена борьбой за ресурсы. Здесь мы делаем такие установки, которые этот вопрос снимают, потому что вода – основное топливо.

 

Как вы оцениваете вероятность того, что это произойдет?

 
АП: Я бы сказал, вероятность огромная. Что касается ИТЭР, по моему глубокому убеждению, и я далеко не одинок в нем, его придерживается все мировое сообщество ИТЭР, точка невозврата уже пройдена. То есть были в истории ИТЭР политические, экономические и научные моменты, когда возникала некоторая бифуркационность – казалось, что что-то может застопориться и не позволить реализовать проект. Сейчас всем очевидно, что проект будет реализован, потому что уже вложено так много в него, так много сделано странами-участниками и непосредственно Организацией ИТЭР, что на данном этапе остановить проект было бы крайне нецелесообразно, просто незачем.

 
Успех проекта ИТЭР, в котором мы тоже не сомневаемся, продемонстрирует, что мы на верном пути, что осталось сделать всего один шаг до промышленного использования. В принципе, в положительном развитии данного направления в сообществе ИТЭР сейчас мало кто сомневается, рискну предположить, что даже никто.