Учёные пытаются подойти к энергетике нового типа - термоядерной. Во Франции строится первый в мире международный экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР. Учёные надеются «приручить» реакцию термоядерного синтеза - получить своё маленькое солнце. В сложнейшем международном проекте важную роль играют российские специалисты.
На прошлой неделе гендиректор организации ИТЭР Осаму Мотодзима прилетел в Россию. Встреча в Курчатовском институте в Москве с российскими участниками и поставщиками оборудования для проекта началась с подписания очередного соглашения - о поставках диагностической системы (анализаторов атомов перезарядки).
«Наши системы разработаны ещё 50 лет назад, - пояснил Михаил Петров, директор отделения физики плазмы петербургского Физико-технического института им. Иоффе. - Сегодня они поставляются для научных лабораторий по всему миру… Надеюсь, что так же успешно будут работать и новые, специально созданные для ИТЭР анализаторы атомов».
Недоступная энергия
Исследования термоядерных реакций действительно начались ещё в прошлом веке. Двигателем работ было желание получить новое оружие, ещё более мощное, чем ядерное. В 1961 году на Новой земле была испытана термоядерная бомба мощностью около 50 мегатонн в тротиловом эквиваленте. В теории особенности термоядерной реакции позволяли заложить в бомбу того же размера мощность около 100 тысяч (!) мегатонн.
Между тем первую атомную станцию советским учёным удалось построить уже через 5 лет после ядерной бомбы. А вот с контролем над термоядерной реакцией, в которой сливаются изотопы водорода дейтерий и тритий, оказалось сложнее. Воспроизвести реакцию в лабораторных условиях (на выходе получаются ядра гелия и нейтроны, несущие огромное количество энергии) в СССР смогли относительно быстро - в так называемом токамаке. Но поддерживать реакцию можно было лишь считаные доли секунды - она происходила в плазме, разогретой до нескольких миллионов градусов. После успеха советских учёных исследования начались и в других странах, но дальше научных экспериментов дело так и не продвинулось.
Чтобы получить по-настоящему управляемую реакцию термоядерного синтеза, в 1988 году СССР, США и Франция договорились объединить усилия. «Согласились, что правильнее собрать финансовые, научные, технологические возможности ведущих стран и разделить будущий успех на всех», - говорит Анатолий Красильников, директор российского «ИТЭР-центра», который входит в госкорпорацию «Росатом» и выступает представителем России в проекте. - Все новые знания, которые уже возникают при создании реактора, становятся собственностью всех его участников». Сегодня это Россия, страны Евросоюза, США, Япония, Китай, Индия, Южная Корея. Между участниками разделены затраты (строительство началось в 2007 году на юге Франции, в местечке Кадараш) и заказы на создание тех или иных систем для самого реактора. Стоимость проекта - около 15 млрд долларов.
«Наша задача - принести солнце в Кадараш и открыть миру термоядерную энергетику», - напомнил цель проекта Осаму Мотодзима. По его словам, экспериментальный реактор должен доказать научную и техническую осуществимость использования термоядерной энергии в промышленных масштабах в мирных целях, а также обкатать технологии, которые позволят «снимать» с установки тепловую и электрическую энергию.
Энергетика будущего?
Термоядерная энергетика выглядит намного более предпочтительной даже по сравнению с ядерной. Во-первых, с точки зрения безопасности - реакция почти не оставляет после себя радиоактивных материалов. Во-вторых, топливо для неё практически неисчерпаемо. Дейтерий содержится в обычной воде. Тритий, который не встречается в природе, получают из лития. А его запасы на планете в 200 раз больше, чем запасы урана. При этом, если для работы одного ядерного реактора необходимы десятки тонн топлива, ИТЭР на первом этапе хватит… считаных граммов. Сравнение по этому показателю термоядерной энергетики с углеводородной - сжиганием невосполнимых запасов природного газа и нефти - впечатляет ещё больше.
Впрочем, как признаёт Анатолий Красильников, у проекта немало скептиков, которые говорят, что управлять процессом термоядерного синтеза будет сложно:
«У вещества в плазме слишком много степеней свободы. Для того чтобы развеять сомнения, и нужен эксперимент». Кроме того, проект ИТЭР сегодня ещё и самый сложный в мире с технологической точки зрения: «По сути, мы собираемся поместить в закрытый объём солнечную плазму. Это «солнце» будет «лизать» стенку реактора. А значит, материалы, из которых она будет изготовлена, должны иметь определённые характеристики. Многие из них находятся на грани, а то и за гранью сегодняшних технологических возможностей».
Тем временем строительство экспериментального реактора должно быть закончено к 2020 году. Ведущие российские предприятия и научно-исследовательские институты, многие из которых входят в «Росатом», должны поставить два десятка сложнейших систем. Начало работ с дейтериево-тритиевой плазмой намечено на 2027 год. Планируется, что на первом этапе реактор будет работать в импульсном режиме (до 400 секунд) при мощности термоядерных реакций до 500 МВт. На втором этапе будет отрабатываться режим непрерывной работы. Участники проекта ИТЭР рассчитывают, что создание первого энергетического термоядерного реактора станет возможным примерно через 30 лет.