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) – Международный Термоядерный Экспериментальный реактор.

   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:

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.

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

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

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

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 все, 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 ExperimentalиReactor). 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 г. 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 для развития 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 ТОКОМАКе 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  ТОКОМАКов, так как они являются источниками нейтронов для решения задач ядерной и термоядерной энергетики.  Силами Курчатовского института и ТРИНИТИ построен первый ТОКОМАК 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 г. 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 Щеглова