Новости

30.10.2016 16:00
Рубрика: Общество
Проект: Наука

Солнце в морозилке. Где, когда, почем

Первый в мире термоядерный реактор - в мечтах, валюте IUA и строительных лесах
От бетонной плиты в основании будущего реактора до уже действующей солнечной электростанции во французском Провансе - 23 км. Расстояние до Солнца от той же точки на поверхности Земли - 150 плюс-минус два миллиона километров. "Куда пойдем?" - такого вопроса в голове моих собеседников даже не возникло. Два дня, проведенные в штаб-квартире ИТЭР и на стройплощадке по соседству, я пытался в этом феномене разобраться.

К чему пришел? Кремниевые панели, обращенные к Солнцу и безвинно впитывающие его дармовую энергию, ученым с амбициями не интересны. Поэтому два десятка верст на их шкале глобальных устремлений даже в лупу не рассмотреть.

Это первое, хотя и не главное, что успел понять.

Удивительнее другое. За все время, что мы колесили по дорогам Прованса - из аэропорта в Марсель, оттуда - в Экс-ан-Прованс, ближайший к ИТЭР город с населением более 140 тысяч человек, коммуна и центр одноименного кантона, а затем, уже с площадки строящегося объекта, на юг и юго-восток до Тулона на Лазурном Берегу Средиземноморья, - мы почти не встречали солнечных батарей на черепичных крышах домов, дорогих вилл и общественных зданий. Две-три прямоугольные панели и бочка-гидроаккумулятор на южном скате кровли - картина обычная для Греции или Турции, не говоря о соседней Швейцарии, - здесь почти не встречаются! А если где и попадали на глаза, то казались чем-то вроде исключения из правил.

Невольно возникала мысль, что равнодушно-снисходительное отношение к солнечным батареям (та еще "энергетика", на курьих подпорках бюджета!) передалось от ядерщиков местным жителям. И рядовым французам, и владельцам богатых шато, сыроварен и лавандовых полей Прованса, которым десять лет назад посулили в соседи Солнце на земле - первый в мире экспериментальный термоядерный реактор.

Тот самый, что объединенная Европа и еще шесть ведущих мировых держав - Индия, Китай, Россия, США, Южная Корея, Япония - придумали и строят в рамках международной коллаборации. А говоря по-русски, в складчину. У Евросоюза - около 40, у шести национальных участников, включая Россию, доли по 6-9 процентов. Полное название проекта на английском - International Thermonuclear Experimental Reactor, сокращенно - ITER.

Где и родом откуда

Генеральный директор международной организации ITER Бернард Биго уже на втором слайде своей вводной презентации не преминул отметить, что сам проект, как и положенная в его основу конструкция реактора ТОКАМАК, имеют российские корни. И даже напомнил, что ключевая аббревиатура, получившая известность и мировое признание, составлена из русских слов: ТОроидальная КАмера с Магнитными Катушками. А предложил такое название советский физик Игорь Головин, ученик Курчатова.

Без ложной скромности можно сказать, что это тот самый случай, когда приоритет российской (или, будем точнее, советской) науки никем не оспаривается. Первая термоядерная установка с магнитным удержанием плазмы появилась в Курчатовском институте в 1954 году. А вслед за первым ТОКАМАКОм там же - ТК-3, ТК-7, вплоть до ТК-15, который в наши дни проходит глубокую модернизацию. В 1999 году в России на тех же физических принципах запущена еще и сферическая установка Глобус-М.

Термоядерные реакторы с магнитным удержанием плазмы появились за эти годы в Великобритании, США, Франции. Не без нашей помощи - в Чехословакии, Китае и совсем недавно в Казахстане. С 1985 года в японском Институте ядерных исследований работает установка JT-60.

И примерно тогда же, в середине 80-х, с подачи академика Евгения Велихова, ставшего советником президента СССР Михаила Горбачева, была положена на ватман красивая мечта под названием ITER. И этот белокрылый лайнер отправился в полет, еще не зная, когда и где сумеет приземлиться.

Условия и место для посадки долго не могли согласовать. И только летом 2004 года в Москве, в Курчатовском институте, что в высшей степени символично, официальные представители Евросоюза и шести других стран-участниц подписали долгожданное соглашение. Прообраз Солнца на земле было решено строить во Франции, в 60 километрах от Марселя.

Чем примечательно место?

Площадка для ITER выбрана рядом, в буквальном смысле на границе с уже действующим исследовательским центром Кадараш, который с 1959 года принадлежит французскому Комиссариату по атомной энергии (CEA). И на его охраняемой территории уже есть действующий ТОКАМАК со сверхпроводящими катушками - Tore Supra. Но он, что понятно, дитя своего времени. Или, скажем так, день сегодняшний, а ITER - мост в будущее.

3,5 Эйфелевы башни - таким образным сравнением оценивают общую металлоемкость ИТЭР

И что же, спросите вы, такого особенного в этом проекте? Отличающего от всех, что были прежде?

Ошарашим сразу: внутри ITER намереваются достичь температуры, которой нет во всей Солнечной системе. Градус в ядре "желтого карлика", как обзывают наше светило, - 13,5 миллиона по Цельсию, а в "бублике" тороидальной камеры его обещают не просто повторить, но еще и в десять или даже двадцать раз поднять!

Представляете себе?

При этом нельзя сказать, что у будущего объекта какие-то циклопические размеры. Общая металлоемкость - это, условно, три с половиной Эйфелевы башни. А габариты - примерно с Большой театр. Если разобраться, ITER не сильно превышает объемные характеристики современных атомных энергоблоков большой мощности. Скажем, того же БН-800 на Белоярской АЭС - нового энергетического реактора на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем.

Почем будет в IUA

Цена? Но и она не кажется какой-то запредельной. Даже если дело дойдет до 18-20 миллиардов у.е., это не выглядит чем-то из ряда вон. Примерно в такую же сумму, для сравнения, оценивают АЭС "Аккую" из 4 блоков, которую спроектировали, привязали к месту и уже начали строить в Турции по российскому проекту.

А в ITER, уже на стадии реализации, ввели специальную расчетную единицу IUA - своего рода внутреннюю валюту для оценки вклада каждой из сторон проекта, фиксации произведенных и ожидаемых затрат.

И еще "на берегу" договорились о правах и возможностях. По соглашению, все участники ITER, независимо от величины национального вклада, получают равный доступ к ожидаемым результатам проекта и ко всем технологиям, используемым при создании экспериментального реактора и на различных этапах его работы. В каком-то смысле это попытка в науке осуществить программную установку строителей коммунизма "От каждого - по возможностям, каждому - по потребностям". При этом Франция выступает доверенным лицом всего Евросоюза. От него помимо общего финансового взноса вошли с собственными технологиями и наработками Италия и Франция.

Да, у ITER не будет (и не было запланировано изначально) никакого выхода во вне. То есть ни тепло, ни электроэнергию выдавать потребителям реактор не сможет. Даже в порядке эксперимента такое не предусмотрено. У проекта иная задача - показать практическую реализуемость управляемого термоядерного синтеза с высоким КПД. Другими словами, получить от реакции УТС на выходе больше энергии, чем потратили на само термоядерное зажигание.

На стройплощадке уже видны контуры электроподстанции на 50 мегаватт. Как минимум, такая мощность нужна на входе, чтобы обеспечить расчетные параметры плазмы, поддерживать термоядерную реакцию и получить кратный рост энерговыделения.

Внутри ITER хотят достичь температуры, которой нет  во всей Солнечной системе, - 150-300 миллионов градусов

К этой вожделенной цели - приручить реакции, бушующие в центре Солнца - прежде шли порознь, а теперь пусть не семьей, но в команде, под общим флагом и с равными правами. Впереди еще, по меньшей мере, 20 лет такого брака по расчету - важно соблюсти добровольно принятые обязательства и не разбежаться по национальным квартирам...

Сотрудник ITER американец Марк Хэндерсон - специалист по нагреву плазмы. А по натуре - неисправимый мечтатель. Это стало понятно во время виртуальной прогулки из прошлого в будущее, что он устроил для коллег-журналистов из стран, участвующих в проекте. С чем-то мы соглашались, с чем-то хотелось поспорить, но больше всего запомнилось сказанное в конце:

- Мы все больше зависим от ресурсов и с упорством голодного их потребляем. Неужели наш коллективный разум эквивалентен коллективному разуму миски дрожжей?! Нужно думать о следующих поколениях. И заново учиться мечтать.

Только факты

Сам ТОКАМАК и обеспечивающая его работу инфраструктура займут площадь размером 1000 на 400 метров.

***

Под реактор был вырыт котлован глубиной 20 метров, на дно которого уложили специальную арматуру и залили бетоном высотой 1,5 метра. А уже затем, на этой плите, стали создавать особый сейсмоустойчивый фундамент ТОКАМАКа.

***

К этому дню построены и введены в эксплуатацию штаб-квартира ITER, сборочный цех ТОКАМАКа - так называемая Ассамблея, отдельно стоящее здание намотки полоидальных катушек магнитной системы, энергетическая подстанция, несколько вспомогательных помещений.

***

Специально построенного жилья для сотрудников ИТЭР ни рядом с площадкой, ни в ее окрестностях нет. Своей гостиницы или общежития для приглашенных на работу иностранцев тоже нет. На общих со всеми основаниях они снимают жилье в ближайших городках.

Прямая речь

Александр Алексеев, руководитель департамента по инженерии ТОКАМАКов в международной организации ITER:

- В этом проекте я с 1988 года. В 86-м закончил Ленинградский (тогда еще) политехнический институт и пришел на работу в НИИЭФА имени Ефремова. То есть считайте, еще со стадии эскизного проекта.

И как отличались надежды того времени от ожиданий нынешних?

Александр Алексеев: Тогда был общий энтузиазм, и все казалось гораздо легче. Хотя и сначала много политики было вовлечено в проект. На той стадии, когда велась, скажем так, бумажная работа, шло проектирование, дело продвигалось быстрее. А потом и сейчас, на стадии практической реализации, когда надо вкладывать реальные деньги, поставлять вполне определенные технические компоненты, напрягать усилия, чтобы выполнять принятые страной обязательства, происходили и происходят всякого рода пробуксовки. У каждой из стран есть свои внутренние сложности, экономические и политические проблемы, что так или иначе влияет на проект в целом.

В чем его отличие от проекта БАК?

Александр Алексеев: Там исследования в области фундаментальной физики. А то, что мы делаем, это реальные инженерные и научно-технические решения. Да, ITER всего лишь экспериментальная установка. Но такая, где мы должны продемонстрировать осуществимость управляемой термоядерной реакции и показать высокую эффективность: при 50 мегаваттах, образно говоря, вложенной энергии получить 500 мегаватт на выходе.

ITER изначально решено было проектировать без энергетической части? Почему?

Александр Алексеев: Слишком много еще белых пятен в изучении физики плазмы.

То есть неопределенности сознательно решили отсечь?

Александр Алексеев: Конечно. Ставится задача, как я уже сказал, показать практическую осуществимость управляемого термоядерного синтеза. Следующий этап - это реактор DEMO. А уж за ним в полном смысле термоядерная электростанция. Поскольку первая установка экспериментальная, она очень дорогая - в ней заложено очень многое с прицелом на диагностику, на отработку разных режимов работы и на исследования самой плазмы.

Как распределялись обязанности в изготовлении и поставках оборудования для ITER?

Александр Алексеев: Когда распределяли, кто что будет делать, то практически все страны выразили заинтересованность в том, чтобы участвовать в создании максимально возможной номенклатуры оборудования и систем, чтобы тем самым обрести нужный опыт и новые технологии. Поэтому далеко не все получается оптимально. Вот, например, вакуумная камера. Ее изготавливают частично Европа, частично Корея и частично Россия. И еще Индия поставляет для нее специальные защитные блоки. Если бы это делалось одной страной, все было бы легче и проще. А разные страны - это, как ни крути, разные подходы, разные технологии, чуть-чуть разные материалы. А потом все это надо собрать вместе - будут разные отклонения, допуски...

Да уж, это не конструктор LEGO...

Александр Алексеев: Тем не менее страны были заинтересованы и в один голос говорили: нет, мы хотим делать вакуумную камеру, хотим делать гиротроны, хотим делать хотя бы частично первую стенку... И политическое решение принималось в пользу как раз такого подхода. Хотя с технической стороны, да и с организационной это далеко не оптимальный вариант.

И что, у ITER будет три разных гиротрона?

Александр Алексеев: Да, будут три разных гиротрона. Но они должны выдать то, что от них требуется. Если хотите, это в какой-то степени соревнование технологий. А для того чтобы все "состыковалось" и чтобы геометрия совпала, есть спецификация, технические требования. Мы тут и работаем, чтобы за этим следить и контролировать.

Какие критические моменты вы еще предвидите?

Александр Алексеев: Много всего может случиться. Ведь тут гигантские размеры оборудования, поэтому есть сложности со сборкой. Высочайшая точность нужна. И пока не будет изготовлена и собрана вся сложнейшая система ITER, все может быть...

Сейчас, как известно, принят согласованный график, который учитывает не только технические возможности, но и финансовые возможности стран-участниц. По этому графику первая плазма, то есть физический пуск реактора, планируется на декабрь 2025 года. И затем предлагается так называемый многостадийный подход. То есть по мере поставок оборудования будут проводиться экспериментальные работы на ITER.

То есть с 2025 по 2035 годы - это еще стадия достройки?

Александр Алексеев: Достройки, доводки, добавления и наращивания мощности всей установки. Для примера: ток при достижении первой плазмы будет от 100 килоампер до одного мегаампера, а номинальный ток по проекту - 15 мегаампер. Этого рубежа планируется достигнуть в 2033 году.

Лоран Шмидер, руководитель работ по созданию инфраструктуры ITER:

- Я убежден, что по сложности этот проект может быть сопоставим только с ядерными программами. В сравнении со строительством моста, даже очень большого, или тоннеля он значительно сложнее и по объему используемого бетона, и по количеству занятых рабочих, а это важные параметры. Можно сравнить проект ITER с проектом нового атомного энергоблока типа EPR в Финляндии или Франции - они сопоставимы по сложности, поскольку внутри этих зданий огромное количество элементов, которые необходимо объединить в надежно функционирующую систему. В случае с ITER это сложно вдвойне. Если представить себе что-то сравнимое по плотности (я бы даже сказал нагромождению) обеспечивающих инженерных систем и сложнейших технологических решений, то на ум приходит атомная подводная лодка.

Досье "РГ"

Когда же затеплится, или Краткий курс истории ITER

1985, ноябрь - СССР предложил создать ТОКАМАК нового поколения с участием стран, наиболее продвинувшихся в изучении термоядерных реакций.

1988-1990 - выполнена концептуальная проработка проекта термоядерного реактора, получившего обозначение ITER.

1992, 21 июля - подписано четырёхстороннее (ЕС, Россия, США, Япония) соглашение о разработке инженерного проекта ITER.

1996 - США вышли из проекта.

2001 - завершена разработка технического проекта ITER.

2003 - США вернулись к участию в проекте, к ITER присоединились Китай и Южная Корея.