| |
return_links(1);?> |
return_links(1);?> |
return_links(); ?> |
|
| |
|
|
| |
Спринтерский рывок в термоядерном марафоне
|
|
| |
Первый вице-премьер Сергей Иванов поставил задачу к 1 октября 2007 г. доработать стратегию овладения реакцией термоядерного синтеза в РФ до 2015 г. и на дальнейшую перспективу. Для большинства людей, находящихся, как говорится, в теме, желание России вновь развивать термоядерную энергетику самостоятельно явилось полной неожиданностью.
|
|
| |
Игорь ОСТРЕЦОВ, д.т.н., профессор
|
|
| |
 На финансирование стратегии до 2050 г. должно быть выделено 515 млрд. руб., из
которых 462 млрд. составят бюджетные средства.
По словам Евгения Велихова, выступившего на заседании правительства, где и было
принято соответствующее решение, до 2015 г. предполагается модернизировать и
запустить существующую экспериментальную технологическую базу, которая была
создана в советские времена из 200 предприятий, институтов и КБ. На это намерены
потратить около 30 млрд рублей. Правда, академик оговорился, что оценки очень
приблизительные и о конкретных цифрах можно будет сказать лишь при формировании
федеральной целевой программы.
На втором этапе, 2016—2031 гг., планируется создать оптимальные материалы для
строительства серийной термоядерной электростанции и завершить ее концептуальное
проектирование. Заключительный этап, рассчитанный до 2050 г., предполагает
испытание технологий электростанции, ее сооружение и выход на коммерческую
эксплуатацию.
По мнению разработчиков стратегии овладения энергией управляемого термоядерного
синтеза (УТС), идеологами которой можно назвать академиков Евгения Велихова и
Владимира Фортова, достижение к середине столетия на первой термоядерной станции
электрической мощности в 1 млн. кВт позволяет рассчитывать на рост к концу века
мощности тиражируемых термоядерных станциях до 100 млн. кВт и более.
Изучением УТС, как известно, занимаются более пятидесяти лет. И успехи достигну
ты большие. Сегодня уже понимают многое в физике происходящих процессов. Имеется
огромный прогресс в объемах энергии, получаемой на соответствующих установках.
По сравнению с концом 50-х — началом 60-х годов их мощность увеличилась в
несколько миллионов раз. Между тем главный вопрос — приведет ли это к получению
длительной самоподдерживающейся термоядерной реакции? — остается пока открытым.
Задача оказалась куда сложнее, чем представлялось поначалу. Крупнейший советский
физик Лев Арцимович считал, что по своей сложности она превзошла все
научно-технические проблемы, порожденные успехами естествознания в ХХ веке.
В конце концов мировое сообщество пришло к осознанию того, что при колоссальных
затратах и чрезвычайно высоких рисках устраивать гонку в обуздании непокорного
термояда бессмысленно, разумнее объединить усилия. Сейчас реализуется крупнейшая
международная программа ITER сроком до 2026 г. и стоимостью примерно 13 млрд
долл. (доля России составляет 1,2 млрд долл., выплачиваемых из бюджета).
Экспериментальный реактор, который будет построен на юге Франции в городе
Кадараш, нужен прежде всего для того, чтобы доказать саму возможность
термоядерных электростанций. Это — супердорогой научный прибор, создаваемый с
целью получения и изучения стабильной термоядерной реакции. И только если
начинание увенчается успехом, к 2050 г. в рамках международной кооперации бу дет
построен рабочий демонстрационный реактор DEMO.
Такой прорыв по сравнению с ITER предложили наши ученые, чтобы вдруг
переключиться на создание термоядерных станций на национальной технологической
базе и рисовать радужные перспективы отечественной термоядерной энергетики? Да,
собственно, никакого. Эксперименты на «Токамаке-15», российской установке для
изучения УТС, давно не ведутся по причине высоких затрат. К тому же в 90-х мы
резко отстали от японцев и американцев — самые большие токамаки (расшифровывается как тороидальная камера с магнитными катушками) сейчас у них.
Вряд ли есть смысл, если мы участвуем в ITER, вкладывать в параллельные по су ти
исследования дополнительные гигантские средства и, пытаясь наверстать упущенное,
сооружать собственные крупные установки. Вот если там будет продемонстрирован
какой-то принципиальный прогресс — тогда другое дело.
А что до обещаний, то в истории термояда их было немало. Еще преисполненный оптимизма Игорь Курчатов, не предполагавший, какие колоссальные сложности
ожидают на пути от теоретических изысканий к зажиганию и контролю реакции, утверждал, что вторая половина ХХ века будет временем термоядерной энергии.
Десятилетие спустя руководивший в СССР исследованиями по УТС академик Лев
Арцимович, проанализировав полученную сумму знаний, был сдержаннее, он так и не
счел для себя возможным назвать дату, когда термоядерная энергия окажется в
электрических розетках. Однако уже через два года после его смерти академики
Борис Кадомцев и Евгений Велихов в 1975 г. публикуют в «Правде» приуроченную к
пуску «Токамака-10» статью «Задача века», в которой пишу т: «Исследования по
управляемому термоядерному синтезу вступают в новую фазу… можно ожидать решения
этой проблемы на физическом уровне в течение ближайших пяти-шести лет… Тогда на
конец этого века можно будет планировать начало создания термоядерной
энергетики, определить ее место и роль в общем энергетическом балансе СССР».
Теперь сроки сдвинулись уже на завершение XXI века. Однако по сию пору в
отношении термояда еще не подтвердился ни один прогноз, термоядерная энергетика
— в значительной мере венчурное исследование.
В отличие от атомного реактора, где расщепляются тяжелые ядра, в термоядерном
никаких делящихся материалов не предполагается. В его основе — синтез (слияние)
ядер дейтерия и трития, при котором выделяется огромное количество энергии.
Наружу из тороидальной вакуумной камеры, где находится ее источник, так
называемый плазменный шнур, тепло уносят нейтроны. Оно утилизируется в бланкете,
откуда и снимается на второй контур. Шнур нагревается за счет тех ядер, которые
остаются внутри. Когда он достаточно большой, то реакция будет
самоподдерживающейся.
Беда только, что в УТС технологические проблемы решаются гораздо менее успешно,
нежели физические аспекты. Задача проекта ITER в том и заключается, чтобы не в
теории, а на практике продемонстрировать возможность создания плазменного шнура,
который может существовать сколь угодно долго за счет тепла, выделяемого внутри него самоподдерживающейся дейтерий-тритиевой реакцией. Это, грубо говоря,
просто проблема объема. Построенные в разных странах токамаки недостаточно
большие, чтобы выполнить основные соотношения, которые гарантируют стабильное
существование плазменного источника энергии.
Прежде всего неприятности связаны со стенкой — выполненным из твердых материалов
тором, где плазма удерживается магнитным полем. Нагрузки стенка должна
выдерживать колоссальные. Мало того, что через нее иду т очень мощные нейтронные
и электромагнитные излучения, так еще и плазменный шнур раскален до 150—200 млн
градусов. Из чего же изготавливать стенку, которая способна выдержать такие
сумасшедшие воздействия?
У академиков Велихова и Фортова имеется большой негативный опыт в это м
отношении. В 60—70-е годы прошлого столетия они были энтузиастами
магнитогидродинамических генераторов. Идея заключалась в том, чтобы сжигать
топливо и направлять плазму через магнитные системы, тем самым генерируя
электроэнергию. Чем выше температура, тем эффективнее установка. Поэтому и было
предложено использовать высокотемпературную плазму. Провозились с этим огромное
количество времени, затратили бешеные деньги, но все уткнулось в проблему
стенки, которая выдерживала бы температуру 40 тыс. градусов. Были большие
скандалы, однако до оргвыводов дело не дошло.
Сегодня в термоядерной программе стенку делают из пластинок, которые используют
на космических челноках. Они выдерживают лишь считанные секунды. И это очень
большая проблема. Сколько времени потребуется на ее решение и удастся ли вообще
создать стенку — большой вопрос. Предлагают делать стенку из вольфрама, иридия,
других чрезвычайно дорогих и редких материалов. Цена такого сорта установок
будет совершенно запредельной. А мы знаем, что чем выше стоимость энергии, тем
на более узкий круг потребителей она ориентирована.
Да, собственно, и с познанием физики процессов все не так хорошо, как пытаются
представить. И с удержанием плазмы, и с выводом отработавших веществ, которые
накапливаются в шнуре, вопросов море. Может, когда начнутся более или менее
приличные времена работы, они и станут определяющими, столько всего вылезет, что
и стенка покажется малой проблемой.
Есть еще одна принципиальная проблема эксплуатации термоядерных реакторов —
устойчивость магнитного поля. Любая энергетическая установка должна «уметь
пережить» кратковременную потерю электропитания, пока не раскрутятся
дизель-генераторы аварийного питания. В данном случае речь идет о системах
питания сверхпроводящих магнитов Токмака, которые удерживают раскаленную до
150—200 миллионов градусов плазму. Страшно подумать, что произойдет, если
магнитное поле потеряет стабильность, тем более — исчезнет в результате
мгновенного отключения питания электромагнитов. Инерционность по отношению к
выпадению на стенку у плазменного шнура, можно сказать, строго равна нулю, и вся
энергия, которую содержит тор, будет передана окружающей среде со всеми
вытекающими последствиями.
Первая советская атомная бомба была взорвана в 1949 г., а в 1956-м в Обнинске
уже построили АЭС. Но технологическая возможность обычной атомной энергетики
была ясна сразу. И это весьма характерно. Если что-то очень нужно и есть
технологическая возможность воплощения задумки «в металл», все можно сделать
достаточно быстро. Термояд, на который возлагают надежду обеспечения
энергетического будущего человечества, к сожалению, не тот случай. Поэтому и
возникают сильные сомнения в отношении того , что термоядерный реактор вообще
загорится. Ставить задачи по ускоренному развитию в России термоядерной
энергетики, по моему глубочайшему убеждению, преждевременно. Могу лишь
предполагать, что на заседание правительства этот неподготовленный вопрос был
вынесен с целью заблокировать другое альтернативное направление современной
атомной энергетики — релятивистской тяжелоядерной. Предложения о развитии
ЯРТ-энергетики незадолго до того поступили к Владимиру Путину. Рассмотреть
программу и доложить свое мнение президент поручил главе Росатома Сергею
Кириенко и министру обороны Анатолию Сердюкову.
ЯРТ-технология, основанная на делении тяжелых ядер нейтронами, позволяет решить
целый ряд вопросов, над которыми безуспешно бьется мировое сообщество. При
прямом сжигании урана-238 и тория с помощью ускорителя принципиально невозможна
критическая авария. ЯРТ-энергетика практически не дает долгоживущих
радиоактивных отходов и может использовать в качестве горючего отработавшее
ядерное топливо АЭС. Не нарабатываются бомбовые материалы, и потому нет
опасности распространения ядерного оружия. А еще, перейдя на сжигание урана-238,
мы сбережем уран-235, которого на Земле совсем немного, по энергетическому
потенциалу — не больше нефти. Широкое применение его в энергетике лишает
цивилизацию будущего, поскольку без урана-235 невозможна экспансия человечества
в космос.
Ключевым моментом реализации ЯРТ-энергетики является запатентованный уникальный
российский ускоритель протонов на обратной волне. Американцы, к слову, проявляют
к возможностям этого ускорителя самое пристальное внимание.
При надлежащей поддержке программу можно завершить за 10 лет. Два года и
примерно 1 млн долл. потребуется на исследование «физики». Отработать
ЯРТ-технологию до промышленной фазы можно в подмосковном Протвине. А потом, как
обычно: создание опытного блока, подготовка проекта станции, ее строительство.
Поскольку в этой технологии отсутствует топливный цикл, стоимость станций будет
существенно дешевле современных АЭС.
Уже многие понимают, что предотвратить скатывание мира к
энергетическому кризису
возможно лишь совместными усилиями, при координации действий. В упомяну той уже
записке президент у
 говорилось, что Россия, обладая приоритетом в двух ключевых
технологиях ЯРТ-энергетики, может инициировать создание международного
энергетического клуба и стать мировым лидером по кооперации в ядерной и
ядерно-космической областях.
По принципу консолидации усилий ныне действует проект ITER. Хотя шансы получить
самоподдерживающуюся термоядерную реакцию не очень велики, прерывать его не
следует ни в коем случае. ITER безусловно необходим даже с научной точки зрения.
В реализации этого проекта все сделано разумно, поскольку риски неудачи
распределены между всеми его участниками. Принять все риски только на себя будет
большой ошибкой России.
Второй международной программой может стать ЯРТ-энергетика. В ней согласно
предварительным переговорам уже готов принять участие ряд стран.
Третья перспективная программа реанимирует ядерно-космические исследования. В
них в свое время безусловным лидером являлся СССР. Ныне все козыри у России.
Глобальные задачи по решению энергетических проблем разумнее и эффективнее
решать в рамках международного сообщества, конструктивно сотрудничая, а не
устраивая в очередной раз безумную гонку.
|
|
| |
|
|
|
|
