Вести из Российской академии наук

Термоядерная энергетика –

реальная перспектива человечества

На очередном заседании Президиума Российской академии наук ученые заслушали научное сообщение академика Евгения Павловича Велихова «Начало практических работ по термоядерной энергетике».

Речь в докладе шла о международном проекте ИТЭР (ITER) – Международном термоядерном экспериментальном реакторе.

В основе проекта лежит термоядерная установка ТОКАМАК, предложенная еще в 50-х годах выдающимися советскими учеными – академиками И.Е. Таммом и А.Д. Сахаровым и развитая впоследствии академиками Л.А. Арцимовичем, М.А. Леонтовичем и Б.Б. Кадомцевым.

По мере роста численности населения Земли и выравнивания качества жизни в различных ее регионах растет потребление энергии. Согласно прогнозам, ожидается, что население Земли к середине XXI века возрастет с нынешних 6 миллиардов человек до 9–10 миллиардов. Оценки показывают, что к этому времени мировое потребление энергии должно увеличиться в несколько раз.

Сегодня только энергетика на основе ядерных реакций может рассматриваться как долгосрочная перспектива человечества.

Энергетика на основе ядерных реакций деления тяжелых элементов (урана) уже обеспечивает около 20% выработки электроэнергии в мире, и роль ее будет возрастать.

Природа подарила человечеству и другую потенциальную возможность – ядерные реакции синтеза (слияния) легких элементов с выделением колоссальной энергии. Реакции синтеза, протекающие в недрах Солнца при температуре около 20 миллионов градусов, дают жизнь всему живому на Земле.

Более полувека тому назад ученые поставили задачу реализовать ядерные реакции синтеза в земных условиях с высвобождением энергии для практического использования.

Достоинства термоядерной энергетики следующие:

1. Топливом для термоядерного реактора являются дейтерий и литий. Запасы дейтерия в воде океанов неисчерпаемы, содержание лития в земной коре в 200 раз больше, чем урана.

2. Радиационная биологическая опасность термоядерных реакторов примерно в тысячу раз ниже, чем реакторов деления.

3. Отсутствие CO2, горных выработок, возможность размещения реактора в любом месте.

4. Отсутствие «тяжелых» радиоактивных отходов, которые могли бы быть использованы для изготовления «грязных» бомб.

5. Физическая невозможность разгона («взрыва») реактора.

Условия протекания энергетически выгодной термоядерной реакции известны. Температура топлива (плазмы из дейтерия и трития) около 100 млн. градусов. Плотность и время «жизни» горячей плазмы должны быть достаточно большими, чтобы успели произойти столкновения ядер дейтерия и трития и их слияние.

Как удерживать вещество в таком экстремальном (100 млн. градусов!) состоянии? На Солнце это делают гравитационные поля. А на Земле?

В 1950 году академики А.Д. Сахаров и И.Е. Тамм предложили использовать магнитное поле, которое ограничивает движение заряженных частиц высокотемпературной плазмы и термоизолирует ее от стенок камеры, в которой она создается.

Общая идея магнитной термоизоляции породила массу конкретных решений.

Выдающиеся советские ученые под руководством академика Л.А. Арцимовича разработали и реализовали концепцию термоядерной установки ТОКАМАК (ТОроидальная КАмера МАгнитная Катушка).

В 1968 году на Международной конференции по физике плазмы ученые из ИАЭ им. И.В. Курчатова доложили о получении на установке «Токамак-3» устойчиво удерживаемой плазмы с температурой около 5 млн. градусов. Это намного превосходило всё, что было достигнуто в мире.

В настоящее время многие страны решили объединить свои научные, технические и финансовые усилия для совместной разработки технического проекта первого в мире экспериментального термоядерного реактора, получившего название ИТЭР (ITER – International Thermonuclear Experimental Reactor). Участниками Проекта ИТЭР являются Российская Федерация, Европейский союз, Китай, Индия, Япония, Республика Корея, Соединенные Штаты Америки.

Схема реактора ИТЭР в основном повторяет классический советский ТОКАМАК.

Сейчас вклад России в Проект ИТЭР составляет 9,09% от стоимости всего сооружения и реализуется в виде изготовления и поставки уникального высокотехнологичного оборудования.

12 февраля 2008 года между РНЦ «Курчатовский институт» и Международной организацией ИТЭР было подписано первое Соглашение о поставках оборудования. Создано и действует Агентство ИТЭР, информация о деятельности которого доступна на Интернет-сайте по адресу: www.iterrf.ru

Предусматриваются два этапа работы реактора ИТЭР.

На первом этапе реактор будет работать в импульсном режиме при мощности термоядерных реакций 400–500 МВт и длительности импульса ~ 400 с.

Второй этап – это отработка режима непрерывной работы реактора, а также системы воспроизводства трития.

Проект ИТЭР отвечает следующему требованию безопасности: при любых авариях уровень воздействия на окружающую среду не требует эвакуации населения.

Академик Велихов в своем докладе отметил, что участие России в Проекте дает мощный импульс развитию национальной программы термоядерных исследований и ряда высокотехнологичных отраслей промышленности, полный доступ к технологиям и разработкам Проекта ИТЭР, отработку технологий строительства аналогичных термоядерных установок, подготовку научных и инженерных кадров.

Выступивший в прениях по докладу доктор физико-математических наук Сергей Васильевич Мирнов (ТРИНИТИ – Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований) особо отметил необходимость стационарной работы ИТЭР. В этом случае за год можно было бы получить 1 Гигаватт электроэнергии плюс 2 Гигаватта – за счет сгорания ядерного топлива. Это составляет половину мощности Красноярской ГЭС.

Кроме того, Мирнов сказал: «Промышленное использование устройств должно развиваться с 20–30 Мегаватт. Мы к этому практически подошли. Существуют проблемы организации стационарного режима ДТ-горения и защиты рабочих поверхностей тонкой пленкой лития. ФГУП «Красная звезда» предложила соответствующую систему устройства пористой поверхности, пропитанной литием. На итальянском ТОКАМАКе мы провели эксперимент по получению чистой плазмы с использованием литиевого элемента. Он обеспечил очистку плазмы. К нашему эксперименту присоединились США и другие страны».

Доктор физико-математических наук Э.А. Азизов (ТРИНИТИ) в своем выступлении назвал условия, необходимые для успешного решения проблемы энергообеспечения. Это прежде всего работа компактных ТОКАМАКов, так как они являются источниками нейтронов для решения задач ядерной и термоядерной энергетики. Силами Курчатовского института и ТРИНИТИ построен первый ТОКАМАК в Казахстане. Сотрудничество с Казахстаном позволит решить целый ряд технических проблем создания и использования компактных стационарных ТОКОМАКов.

Доктор физико-математических наук Александр Константинович Шиков (ВНИИ неорганических материалов) напомнил коллегам, что в свое время СССР был лидером в производстве сверхпроводников. Совместно с Курчатовским институтом были разработаны новые материалы с использованием сверхпроводников. В 1992 году принято решение о создании ИТЕРа на основе этих материалов и объявлен конкурс, в котором приняло участие 15 мировых фирм. Из них только 6 смогли соответствовать высоким требованиям к сверхпроводникам. Из таких материалов была изготовлена катушка, испытанная в Японии. Встал вопрос о создании российского производства сверхпроводников. Такое производство создано, констатировал А.К. Шиков.

Доктор технических наук Олег Геннадьевич Филатов (ФГУП НИИ электрофизической аппаратуры) отметил, что в настоящее время уже готова площадка для ИТЭР во Франции. Строятся дорога и административные здания. Россия будет участвовать во всех исследованиях и поставках оборудования для ИТЭР. Все страны должны поставлять оборудование, что вызывает опасения в точности сборки конструкций. Невский судостроительный завод планирует изготавливать катушку для ИТЭР, чтобы сразу погрузить на баржу и отправить во Францию. Кроме того, на Ижевском заводе будут изготовлены патрубки и ряд элементов для ИТЭР. За российской стороной – изготовление и поставка ряда диагностических систем для измерения параметров плазмы. Сейчас главная проблема – это подготовка кадров для работы на ИТЕРе, считает О.Г. Филатов.

Академик Владимир Евгеньевич Фортов в своем выступлении выделил проблему безопасности энергетики и ее независимости от ресурсов. Он, в частности, сказал: «60 лет ведутся работы по созданию ИТЕР. Работы организованы очень масштабно. РАН может многое сделать в этой области, хотя в мире существует очень жесткая конкуренция. Скоро должна заработать установка «МИФ», немного позже – установка «Мегаджоуль» во Франции и т.д. Нужны исследования процессов и свойств материалов, используемых в ИТЕРе».

Академик Эрик Михайлович Галимов заявил, что в докладе много было сказано об административном устройстве ИТЕРа, но ничего не сказано об эффективности. «Если иметь обильную энергию, можно добывать полезные ископаемые из любой среды – земной, морской, воздушной и т.д. Непонятно, почему физики обходят вниманием влияние термоядерной энергетики на окружающую среду», – заявил ученый.

В завершение обсуждения президент РАН академик Юрий Сергеевич Осипов поблагодарил выступавших за интересную и содержательную информацию. Он указал на возникшие финансовые проблемы, связанные с кризисом. По мнению Ю.С. Осипова, ИТЕР – тот локомотив, который может вытянуть новые высокие технологии. Однако участие России в таком проекте немыслимо без широкой подготовки специалистов-физиков.

Дело в том, что у нас создаются федеральные университеты, но специалистов собираются готовить только по узким специальностям. Проблема подготовки специалистов-физиков должна быть решена на государственном уровне, заявил Ю.С. Осипов.

 Ирина Аваковна Щеглова