Рукотворное солнце

От теории к практике

Идея освоения термоядерного синтеза появилась в научных кругах в середине прошлого века. Термоядерные реакции были открыты ещё в 20-х годах прошлого столетия, а сам термин предложен членом-корреспондентом Академии наук СССР Г.А. Гамовым. В 1950 году сержант Советской армии Олег Лаврентьев направил в ЦК ВКП(б) письмо, содержащее предложение по электростатическому удержанию ядер дейтерия двумя сферическими сетками под отрицательным и положительным потенциалом. От Сталина письмо попало на отзыв к А. Д. Сахарову, который обсудил эту проблему со своим учителем И. Е. Таммом. И уже к октябрю 1950 года они сделали первые оценки реализации термоядерного реактора с использованием принципа магнитного удержания.

С точки зрения теории в термоядерном синтезе не было ничего сверхъестественного, но вот осуществить такую реакцию технически не представлялось возможным. Дело в том, что ключевым условием термоядерного синтеза является наличие плазмы, разогретой до нескольких десятков, а то и сотен миллионов градусов по Цельсию. Ни один из известных человечеству материал не способен выдержать такую температуру, поэтому советские физики предложили использовать для этих целей не материал, а магнитное поле. Справедливости ради следует сказать, что почти одновременно такая же идея пришла в голову и американским физикам.

Первое устройство, способное обуздать плазму и создать рукотворное Солнце, было сконструировано советскими учёными в 1954 году. Позже оно получило название токамак – тороидальная камера с магнитными катушками. В 1968 году на токамаке T-3, построенном в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова, была достигнута температура плазмы 10 млн градусов, и английские учёные со своей аппаратурой подтвердили этот факт, в который поначалу просто отказывались верить.

В 1985 году академик Евгений Велихов предложил проект международного термоядерного реактора на основе токамака. Его проектирование началось в 1988 году, а спустя четыре года было подписано международное соглашение о разработке технического проекта реактора ИТЭР.

Установка класса «супергигант»

Строительство установки началось в 2007 году. В настоящее время в проекте принимает участие Россия, Китай, Индия, Япония, Южная Корея, США и ЕС. Полная стоимость проекта оценивается в 15 млрд евро. Это лишь в два раза меньше, чем было потрачено на строительство Большого адронного коллайдера, и в полтора раза меньше, чем стоила Международная космическая станция. Доля России в сооружении – до 9% от его стоимости (больше – 45% – вносит только Европа), наша страна поставляет высокотехнологичное оборудование и компоненты будущей установки (сверхпроводник, панели первой стенки, гиротроны, верхние патрубки, диагностические системы и т. д.).

– Роль России в Проекте ИТЭР без преувеличения является ключевой. Прежде всего это объясняется колоссальным научно-технологическим потенциалом нашей страны в области термоядерных исследований. Во-первых, наравне с другими его участниками мы вносим часть от стоимости сооружения установки в виде высокотехнологичного оборудования – 25 компонентов будущего реактора, многие из которых просто не имеют аналогов в мире, – поясняет директор учреждения госкорпорации «Проектный центр ИТЭР» Анатолий Красильников. – Эти 25 систем, находящихся в сфере российской ответственности, это, если можно так выразиться, настоящие произведения научно-технического искусства, в них вложены лучшие знания и самые передовые разработки отечественных предприятий.

В их производстве участвуют более 30 крупнейших институтов и организаций по всей России – от Петербурга до Новосибирска. Крупнейшие из них – НИИЭФА им. Д. В. Ефремова, НИКИЭТ им. Доллежаля, НИЦ «Курчатовский институт», ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН, ИПФ РАН, ОАО ТВЭЛ, ОАО ВНИИКП, ИЯФ СО РАН им. Г. И. Будкера, ГНЦ РФ ТРИНИТИ и многие другие.

Параметры ИТЭР поражают воображение. Для тороидальных магнитов токамака необходимо 80 000 км сверхпроводящих нитей, их общий вес достигает 400 тонн. Вес самого реактора – около 23 000 тонн. Это в три раза больше, чем вес Эйфелевой башни. Высота токамака составит 73 метра (выше Спасской башни Московского Кремля), из которых 60 метров будут находиться над землей и 13 метров – под ней. Основная платформа должна располагаться на площади, сопоставимой с площадью 60 футбольных полей. А температура в плазме будет достигать 300 млн градусов по Цельсию, что в 15 раз выше температуры в центре Солнца.

Из-за масштабов и нетривиальности поставленных задач запуск первого в мире термоядерного реактора не раз откладывался. Судя по последним заявлениям представителей российского Агентства ИТЭР, первый пуск установки должен состояться в 2020 году.

— К термоядерному синтезу вполне применимо определение «энергия будущего». Происходящие в мире процессы и целый комплекс объективных факторов, прежде всего растущее энергопотребление при иссякающих традиционных источниках его поддержания, определили необходимость поиска нового источника энергии – доступного, безопасного в эксплуатации и радиационно чистого. В наибольшей степени к решению поставленной задачи приблизились исследования по использованию именно термоядерной энергии в промышленных масштабах, – уверен Анатолий Красильников. – Проект чрезвычайно сложный как с физической, так и с инженерной, конструкторской точки зрения. В его реализации мы сталкиваемся с задачами такого уровня, которые требуют применения самых передовых, самых инновационных технологий, поиска нестандартных решений. После успеха ИТЭРа планируется сооружение первой промышленной электростанции на основе реакции синтеза лёгких ядер, это приблизительно середина текущего столетия. Вот тогда можно будет уверенно говорить о термояде как об «энергетике настоящего».