Во французском центре ядерной энергетики Кадараш идёт строительство первого в истории человечества термоядерного реактора ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).
В этом реакторе смесь из изотопов водорода — дейтерия и трития — разогреют до 400 млн. градусов, и она перейдёт в состояние плазмы. Плазма «повиснет» в вакуумной камере в форме тора (бублика), удерживать её будет магнитное поле, созданное катушками из сверхпроводника. А внутри плазмы начнётся термоядерный синтез — ядра дейтерия и трития сливаются, превращаясь в ядра гелия и нейтроны с выделением большого количества энергии. Энергия преобразуется в электрическую через теплообменник. Установка беспрецедентной сложности должна дать первую плазму в 2019 году, а через семь лет стартует серия экспериментов со смесью дейтерия и трития. Программа международная, сегодня в ней участвуют 33 государства. Роль России — ключевая. Во‑первых, именно в нашей стране был предложен принцип удержания плазмы магнитным полем: Андрей Сахаров и Игорь Тамм обосновали его в 1950 году. Во‑вторых, опытная установка такого рода разработана и создана в СССР под руководством академиков Арцимовича, Леонтовича и Кадомцева — знаменитый токамак. В‑третьих, сам проект ITER предложен Михаилом Горбачёвым с подачи Евгения Велихова. Работа кипит, участники выполняют взятые на себя обязательства. В России координационную функцию взяло на себя Агентство ITER РНЦ «Курчатовский институт». В 2011 году решено перевести его в систему госкорпорации «Росатом». Мы беседуем с руководителем российского агентства Анатолием Красильниковым.
— Сейчас проект ITER уже рабочий: строится здание, сооружаются системы реактора. После стольких лет ожидания это почти как чудо воспринимается. Реально запустить установку в 2019 году?
— Соорудить машину к ноябрю 2019 года — вызов для партнёров‑участников. Но для меня очевидно, что это технически возможно. В последние два года у проекта были трудности управленческого характера, но с приходом Евгения Велихова на должность председателя совета ITER дело заметно сдвинулось. Заменили генерального директора, менеджмент, и результат не заставил себя ждать.
— Само существование проекта ведь оказалось возможным благодаря Велихову?
— Да, он приложил большие усилия к тому, чтобы это случилось. Когда в 1985 году Горбачёв пришёл к власти, появилась фраза «разрядка международной обстановки». Принялись искать область сотрудничества для СССР и США: «Давайте что-то делать вместе, что-то хайтековское, трудное и не военное». Тогда Евгений Велихов выдвинул эту идею. И на встрече Горбачёва с Рейганом предложение прозвучало. Позвонили Миттерану. И вот США и СССР объявили о намерениях создать термоядерный реактор, сразу же присоединилась Европа, потом Япония. До 2000 года проект был четырёхсторонним, потом в него вошли Индия, Китай и Южная Корея.
— Как сейчас организовано сотрудничество?
— Проект ведут семь партнёров, шесть из них вносят по 9,09% — Россия, США, Индия, Китай, Япония и Южная Корея. Остальные 45,46% поступят от седьмого партнёра — 27 стран Евросоюза. Каждый участник обеспечивает свой вклад двумя способами: деньгами и в «натуральной» форме, изготавливая у себя по заказу необходимое оборудование. Партнёр заключает соглашение с международной организацией ITER, которая располагается в Кадараше. Россия должна поставить 19 систем. Пять соглашений уже подписаны, ещё два появятся до конца года, основная часть — в следующем году, и два — в 2012 году. Каждый партнёр поручает какому-то юридическому лицу выполнять функции агентства, которое договаривается с производителями. В России таким агентством в последнее время был РНЦ «Курчатовский институт». Сейчас совместно с Росатомом принято решение о том, чтобы выделить его в самостоятельное юридическое лицо «Учреждение госкорпорации «Росатом» Проектный центр ITER». Раньше это было подразделение Курчатовского института, а теперь мы войдём в структуру Росатома.
— А какой у России денежный вклад?
— 10% от натурального взноса, то есть около 1% стоимости ITER. Деньги идут на содержание организации в Кадараше, на НИОКР, финансируемые оттуда.
— Каким способом финансируются работы?
— За счёт федерального бюджета. Есть строка, которая называется «Выполнение международных обязательств РФ по проекту ITER». Государство перечисляет средства, Росатом их распределяет, единственный исполнитель — наше агентство.
— Какие суммы?
— В нынешнем году 4,5 млрд. В следующем будет побольше. Деньги раздаются изготовителям этих 19 систем.
— 2008 год был кризисным. Да и 2009 год. Не возникало проблем с финансированием?
— Нет. Вот пример: в прошлом году, когда мы начали производство и столкнулись с реальными ценами изготовления в промышленности, то увидели, что расходы больше, чем это планировалось в 2001 году. Мы увеличили запрос при формировании бюджета. И, несмотря на кризис, деньги получили.
— Сколько человек задействовано в российском сегменте проекта?
— Мы, конечно, специально не считали. Ориентировочно так: в НИИЭФА 800–900 человек, в ТВЭЛ — человек 300, в Курчатовском институте около 100, в НИКИЭТ около 50, в Институте прикладной физики в Нижнем Новгороде — 50, в ТРИНИТИ — человек 30, в Физико-техническом институте около 30, в ВНИИНМ им. Бочвара — 30, в НИИ кабельной промышленности — 40… Получается меньше 2,5 тыс., но это высококвалифицированные специалисты.
— Расскажите об устройствах, которые мы изготавливаем.
— В ITER принято решение делать сверхпроводники катушек тороидального поля из NbSn3, а катушек полоидального поля — из NbTi. Российская Федерация свою долю получила как в тех, так и в других. На Чепецком металлургическом заводе в Глазове создано уникальное для нас производство сверхпроводников («Страна Росатом» писала об этом предприятии в № 13 — прим. ред.). Я знаю, что в ближайшие четыре года ЧМЗ загружен работой на ITER по очень жёсткому графику, но на будущее они уже просматривают заявки от других заказчиков. Ещё нами подписано соглашение о поставке дома дивертора. В токамаке (а реактор ITER сооружают по схеме токамака) есть часть поверхности первой стенки, на которую выносятся из плазмы частицы и энергия. Это дивертор. У него три основных компонента: то, что мы на жаргоне называем левой ногой и правой ногой, а между ними — дом дивертора. Последний на 100% изготавливает Россия — НИИ электрофизической аппаратуры им. Ефремова в Санкт-Петербурге
— Это тоже что-то высокотехнологичное?
— На дом дивертора идёт приём экстремальных потоков энергии, поэтому уровень и материалов, и конструкций, которые там применяются, существенно выше мирового. Конструкция такая: материал, который «смотрит» на плазму — вольфрам, соединён с каркасом из нержавеющей стали. Ещё используется бронза. Вольфрамовая поверхность, по сути, теплообменник. На неё приходит тепло, затем это тепло отдаётся конструктиву, по которому протянуты водоохлаждающие трубки.
— Насколько я знаю, в России ситуация с материаловедением не самая радужная. Есть всего несколько групп, которые хорошо умеют работать с материалами, а в целом мы довольно сильно отстаём. Странно слышать, что взялись именно за такую задачу в ITER.
— Когда наши переговорщики формировали российский пакет, то так и решили: набрать задач из разных областей, которые позволят развить соответствующие технологии, поддержать институты, группы, школы за счёт финансирования проекта. И мы многое умеем. В НИИЭФА сильный коллектив, и, кроме дома дивертора, они взяли ответственность за изготовление 40% первой стенки ITER. Там бериллий прикрепляется к опоре из нержавеющей стали. Тоже хайтековский элемент. Уже часть испытаний провели. Да и в Глазове материал хайтековский — сверхпроводник.
— Завод в Глазове — единичный пример или после изготовления других систем тоже останутся технологичные производства?
— К ITER относятся как к совместной отработке принципов и конструкций будущего термоядерного реактора. И все партнёры имеют в виду, что термоядерная энергетика превратится в коммерческую отрасль, и те страны, которые не будут участвовать в этом празднике жизни, останутся у обочины.
— Ну, это когда ещё…
— Не так далеко: 30–40 лет. И если мы создаём команду, которая умеет и с бериллием работать, и с вольфрамом и тепловые испытания проводить, то эта же команда потом может с любым материалом обращаться. Будет первая стенка, допустим, литиевая — будут её делать.
— В СССР всегда грешили тем, что делали единичные высокотехнологичные вещи, а массовое производство наладить не могли. Не случится и сейчас что-то подобное?
— Тот же НИИЭФА делает одну из катушек — катушку полоидального магнитного поля. Наматывает проводник, который мы изготовили. Имеет ли это выход на другие сферы? Да. Если вы, скажем, для медицинского томографа делаете сверхпроводящую систему, требуется технология: нужно уметь склеить сверхпроводник, разработать материал, который склеивает. Эту технологию мы тоже оставили в России, её внедряют на Средненевском судостроительном заводе. Будучи один раз освоенной, она потом может где угодно применяться. Следующий пример: Институт прикладной физики выпускает гиротроны — источники излучения сверхвысокой частоты. Сегодня они нужны для токамака, а завтра могут ещё где-то понадобиться. В ITER предусмотрено 24 гиротрона. Их делают в России, Европе и Японии.
— Зачем это устройство нужно?
— Для повышения температуры плазмы. Излучение этих приборов поглощается электронами. Смотрите, как одно тянет за собой другое: чтобы изготовить гиротрон, потребовалось окно из искусственного алмаза. Институт закупил технологию выращивания синтетического алмазного диска, а это уже очень широкий спектр применения. Дальше. Институт им. Ефремова делает верхние патрубки вакуумной камеры ITER — порты, через которые камера соединена с внешним миром. Через них откачивают вакуумную камеру, проводят диагностику. Таких портов 18, и все нашего производства. В этом году НИИЭФА отдал заказ двум предприятиям: Ижорским заводам в Санкт-Петербурге и заводу им. Орджоникидзе. Каждый сделал по половинке прототипа. На следующей неделе они будут сварены. Принципиально новой технологии здесь нет, мы просто хотим, чтобы у нас появилась культура изготовления таких вакуумных камер. Понимаете, работа выполняется по определённым стандартам, ITER — ядерный объект на территории Франции, и требования к вакуумной камере по местному законодательству повышенные.
— Серьёзнее, чем к токамакам?
— Много серьёзнее. Токамаки предыдущего поколения — электрофизические установки, работающие с водородом, иногда с дейтерием, с гелием. А здесь будет дейтерий-тритиевая смесь. Тритий и сам радиоактивен, и есть ионизирующее излучение, которое воздействует на все конструкции вокруг.
— Какими ещё системами Россия может гордиться?
— Тот же НИИЭФА занимается системой электропитания — очень важной и дорогой. Разные ключи, размыкатели, коммутаторы. Для чего? Вот у вас есть витки сверхпроводника на катушках. Чтобы это был сверхпроводник, они охлаждаются до температуры жидкого гелия. Если вдруг происходит перегрев, весь виток может перейти из сверхпроводящего состояния в обыкновенное и энергия тока высадится в этом месте в виде тепла. Если её не успеть снять, то она просто сожжёт виток. Будет колоссальная проблема: разбирать установку, менять виток — несколько лет остановки реактора. Значит, нужен ключ, который быстро переменит направление тока с этого витка на другой. Как раз такие ключи мы разработали. О других системах. Россия делает для ITER семь диагностических систем полностью и для двух — всю аппаратуру, которая размещается между плазмой и прибором. Например, для одной из оптических диагностик ставим все зеркала, а самим спектрометром и лазером займёмся позже.
— Мы умеем делать спектрометры? Что-то я видел только импортные…
— Расскажу историю. Однажды я приехал в Японию, зашёл в пультовую: вся электроника американская, а я привёз русскую. Спрашиваю: «Где японская? Вы же электронная держава». Выясняется: для бытовых целей да, держава, а там, где экстремальные параметры, сплошь и рядом приборы не сильно электронных стран. Вот мы делаем активную корпускулярную диагностику. В плазму стреляют пучком атомов и изучают спектр излучения, возникший после столкновения ионов плазмы с этими атомами. По таким спектрометрам мы лидируем в мире. Изобретение принадлежит ГНЦ РФ «ТРИНИТИ», а изготавливают прибор наши коллеги в Минске. Там всё уникально: нужно одновременно с нескольких точек брать сигнал, нужно увидеть очень небольшое излучение на фоне излучения плазмы, нужны радиационно-стойкие кварцевые волокна, чтобы свет вывести. Возникла группа наших институтов, вложивших свои разработки. И теперь Индия и Европа будут или повторять наш прибор, или просто покупать. Мы выпускаем оборудование для изучения поведения водорода в плазме, её плотности. Делаем нейтронную диагностику — она показывает профиль яркости плазмы: где находится центр горения, смещён он или нет. Предложили монитор потока нейтронов в диверторе, который позволит управлять горением в ITER. То есть мы будем успевать по изменению сигнала воздействовать на плазму: если она начала притухать — разожжём, если пошёл разгон — загасим.
— До какого года планируется выполнить все заказы?
— Первая плазма запланирована на ноябрь 2019 года. Осталось девять лет. Что такое первая плазма? Это означает, что вы включили электромагнитную систему, вакуумную камеру, получили вакуум и плазму, инициировали плазменный разряд и продемонстрировали работоспособность всех систем. На первой плазме не будет трития: как только вы запускаете тритий, активируются стенки, и персонал не сможет приблизиться к машине. Поэтому первые несколько лет ITER будет работать на водороде и на гелии. Если что-то понадобится поменять, то человек сможет войти. Первая дейтерий-тритиевая плазма будет только в 2027 году. Но это не значит, что мы сейчас ничего не поставляем. Есть план, по которому, например, проводник мы должны передать до 2014 года.
— Какие были основные проблемы в проекте?
— Вы говорите «были»! Их столько есть и ещё будет. Когда сооружается установка такого масштаба, когда участвуют 33 страны со своей культурой и методами организации бизнеса, отчётности… Непростой проект, сейчас он только начинается. Вот в следующем году мы должны переправить сверхпроводник в Европу на намотку. Ящик большой — 5х5х5 м — как его везти в Италию, каким транспортом, как сработает российская и итальянская таможня? Это всё вопросы, это деятельность, которой в России и в Советском Союзе вообще не было — что-то совместно с 33 странами делать.
— Вам самому не странно в таком проекте работать? С одной стороны, история очень древняя, больше полувека термоядерный синтез пытаются осуществить для промышленности, с другой — реактор всё никак не построят. Не верится уже, что это вообще возможно.
— Физически и технически возможно. Это совершенно точно. Я физикой плазмы занимаюсь 29 лет, работал на крупнейших мировых токамаках. Для меня ITER — естественное продолжение всего, что я делал раньше.
— Но сроки-то какие! А вот ядерный реактор в прошлом веке сделали очень быстро.
— Это разные случаи. У ядерного реактора конечное число проблем. А плазма вся «дышит», в ней столько неустойчивостей, что вы одну давите, а другая тут же вылезает. Получается задача с намного большим количеством параметров. И по науке, и по инженерии. Очень сложная установка. Почему мы сами не строим, с нашим огромным опытом? Почему американцы не строят? Мы приглашаем индусов и китайцев в проект и отдаём все свои наработки. Потому что в одиночку ни у кого нет технологических средств. В вакуумной камере зажигается небольшое солнце. И оно не где-то там далеко, а здесь, рядом, оно «облизывает» стенку реактора, и стенка должна стоять годами. А за ней сверхпроводник с температурой жидкого гелия. И не нужно думать, что за последние десятилетия не было прогресса в термоядерных исследованиях. Наоборот, он идёт очень быстро. Нужно, чтобы плотность плазмы была большой, температура и время удержания энергии. Все эти параметры выросли многократно.
— В конце 60‑х получили 12 млн. градусов…
— А в ITER будет 400 млн. Он может не заработать только в том случае, если мы все проявим слабость в части организации. Если на каком-то этапе поругаемся, не хватит уравновешенности. Трагедия будет, если кто-то усомнится в результате и проект остановится. Сейчас на ITER возлагают надежды все страны: Россия и США никаких других установок не строят, европейцы процентов 90% финансирования сюда отдают. И если мы его не выполним, мы спровоцируем коллапс термоядерных исследований в планетарном масштабе. Но если не допустим слабости в организации, то ITER будет закончен.
Алексей ТОРГАШЁВ, для «Страны РОСАТОМ»