Физика

КАК ОВЛАДЕТЬ ТЕРМОЯДЕРНЫМ СИНТЕЗОМ?

Перед мировым научным сообществом стоит важнейшая проблема - овладеть энергией термоядерного синтеза*. Его продуктом является высокотемпературная плазма, ее еще называют искусственным солнцем. Зажечь его в России предложил на заседании правительства в 2007 г. академик Евгений Велихов, убедивший руководство страны утвердить конкретную стратегию, в результате выполнения которой к 2050 г. у нас должны заработать промышленные энергетические станции с термоядерными реакторами. Цена проекта - 515 млрд. руб. Надежды на успех есть, рассказал на страницах газеты "Комсомольская правда" один из ведущих российских специалистов в этой области, начальник Отдела экспериментальной физики Научного центра "Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" Сергей Мирнов.

Собственная программа отнюдь не означает, что Россия не будет участвовать в создании интернационального термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР), построить его намечено во Франции в 2017 г.

Почему же так торопятся ученые? Дело в том, что по реальным прогнозам нефть, газ, уран-235, на которых базируется современная энергетика, могут закончиться через 30 - 50 лет. И овладение термоядерным синтезом - главная альтернатива им: в результате появится возможность из 1 л воды получить энергии столько, сколько из бочки нефти. Причем в данном направлении некоторые наработки уже есть. Например, с 1975 г. термоядерная мощность в экспериментальных установках возросла от 0,1 до 10 млн. Вт. Физики научились нагревать водородное "горючее" до 200 - 300 млн. °С. К 2020 г. на новом техническом оборудовании они рассчитывают получить 500 млн. Вт. А это уже промышленный уровень энергопроизводства.

В чем преимущество термояда? Во-первых, он не нуждается в уране-235, которого в природе относительно мало. Во-вторых, радиоактивные отходы, связанные с его применением, в 100 раз менее опасны, чем при использовании атомной энергетики.

Конечно, чтобы зажечь термоядерное солнце, потребуются большие средства и усилия. Ведь энергию получают пока только на секунды. А термоядерный реактор должен "гореть, как свеча". И даже когда во Франции в 2017 г. построят ИТЭР, энергетическое чудо не наступит: ведь он нужен уже сейчас для изучения свойств так называемой горячей зоны реактора. Как ею управлять, какие энергетические нагрузки допустимы, как организовать стационарное термоядерное горение - на эти и многие другие вопросы нужно получить ответы как можно быстрее. Лишь затем начнется строительство в Японии нового усовершенствованного реактора - так называемого ДЕМО (войдет в строй в 2020 г.). Он сможет греть воду и вырабатывать электроэнергию, как ТЭС. Приобретенный опыт его эксплуатации позволит создать типовой проект термоядерных электростанций, которые затем "разойдутся" по разным странам.

Схема термоядерного реактора.

Международный токамак ИТЭР.

Искусственное солнце будет во сто тысяч раз мощнее естественного: благодаря тяжелым изотопам водорода оно должно разогреваться до сверхсолнечных температур. И вспыхивать в реакторе в виде бублика из дейтерия и трития с помощью различных хитроумных "зажигалок": электрического тока, быстрых пучков частиц, либо, как в СВЧ-печке, СВЧ-излучением. Малый радиус бублика - 2 м, большой -6 м. "Зажигалки", воспламеняя газ, ионизуют его, превращая в плазму, жестко привязанную к магнитному полю. Захваченная им, она отрывается от стенок токамака ("тороидальная камера с магнитными катушками")** и повисает, не касаясь их. Далее начинается процесс слияния изотопов водорода с образованием атома гелия и быстрого нейтрона - главного носителя энергии синтеза. Нейтрон свободно покидает камеру токамака и попадает в специальную оболочку "бланкет", где отдает свою энергию воде, превращая ее в пар, который затем подается на турбины электростанции. Таким образом, производство электрического тока оказывается практически безотходным: продукт синтеза - гелий - может быть собран в баллоны и затем использован во многих промышленных отраслях. Причем этот инертный газ, если и попадет в воздух, то быстро поднимется вверх и улетит.

Есть ли шанс построить отечественный реактор? "Несомненно, - утверждает Сергей Мирнов. - Иначе не стоило бы вообще влезать в это дело. Но сегодня надо понять, что подобным проектом лучше заниматься нескольким странам, чтобы исключить ошибки... Задача ИТЭРа - обнаружить и по возможности обезвредить скрытые препятствия на пути развития термоядерной энергетики".

Кузина С. Согреет ли Россию искусственное солнце? - "Комсомольская правда", 26 сентября 2007г.

* См.: В. Глухих и др. На пороге термоядерной эры. - Наука в России, 2003, N 3.

** Впервые разработан в Институте атомной энергии им. И. В Курчатова в 1975 г. (ныне РНЦ "Курчатовский институт") для исследования проблем термоядерного синтеза.

Ярослав СИБИРЦЕВ, Кузина С.