Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2007 № 05

Расчетная мощность ИТЭР — 500 МВт. Общая стоимость проекта оценивается примерно в 10 млрд. евро, из которых 40 % вносит Евросоюз, а остальные 60 % — примерно в равных долях другие участники проекта.

Тут стоит, наверное, сказать, что ИТЭР — второй по масштабности финансовых затрат международный научно-технический проект современности. Первый — это Международная космическая станция (МКС).

Компьютерный чертеж ИТЭРа.

Схема термоядерной реакции:

1. дейтерий; 2. тритий; 3. гелий; 4. нейтрон.

Об этом мы упомянули не случайно. Люди постарше могут вспомнить, каким ажиотажем сопровождалась подготовка к созданию МКС. Один из первых проектов назывался «Альфа», поскольку были надежды, что вслед последует «Бета» и так далее до конца латино-греческого алфавита. Сейчас на МКС вместо запланированных 6 членов экипажа работают лишь двое. И мало кто верит, что станция когда-нибудь будет развернута в запланированном ранее объеме.

Не произойдет ли нечто подобное и с ИТЭР? Задать такой вопрос заставляет хотя бы ретроспективный взгляд в прошлое.

Еще в 1942 году один из «отцов» ядерной бомбы, знаменитый итальянский физик Энрико Ферми, в Чикаго сделал первый шаг к термоядерному реактору. В 50-х годах XX века советские ученые Андрей Сахаров и Игорь Тамм предложили принципиально новую идею, которая воплотилась в легендарные токамаки (см. «Справку»).

В 1956 году, будучи в Англии, руководитель советских ядерных и термоядерных исследований Игорь Курчатов впервые публично объявил о начале исследований в СССР с целью осуществления управляемой термоядерной реакции.

Тогда полагали: пройдет лет десять, и человечество получит в свое распоряжение неиссякаемый источник энергии. Причем, в отличие от атомных электростанций, термоядерные не будут давать вредных радиоактивных отходов.

Вера в успех подкреплялась конкретными делами.

В том же 1956 году Лев Арцимович, Игорь Головин и Натан Явлинский соорудили первый токамак. Теория получила первое подтверждение на практике. Однако те же расчеты показывали: практическое значение экспериментальные установки будут иметь, если удастся разогреть плазму до температуры 100 млн. градусов. Расчет основывался вот на каких соображениях. Термоядерная реакция на Солнце, приводящая к синтезу из водорода и его изотопов — дейтерия и трития — ядер гелия и сопровождающаяся выделением огромного количества энергии, идет при температуре 20–30 млн. градусов и давлении в миллионы атмосфер. Только тогда удается дополнительно к каждому грамму синтезированного гелия получить еще 175 000 кВт/ч энергии.

На Земле стабильно получать столь высокие давления пока не можем. Поэтому физики предложили «компенсировать» недостающую плотность подъемом температуры, а чтобы изолировать плазму от стенок камеры, разработали систему удержания ее в магнитном поле. Ведь ни один, даже самый теплостойкий, материал не выдержит и секундного соприкосновения с таким жаром. Были разработаны хитроумные конструкции магнитных «ловушек», которые позволяли удерживать плазму вдали от стенок с помощью сверхсильных магнитных полей.

В 1962 году плазменный шнур разогрели до 1 млн. градусов. В 1971 году подняли температуру до 10 млн. Счетчики нейтронов регистрировали уже не отдельные импульсы, а целые лавины, что говорило о несомненном начале термоядерного синтеза.

Термоядерной энергетикой стали заниматься во многих странах. На сегодняшний день в мире насчитывается уже 300 токамаков. Правда, работает из них лишь около 30. Причина тому — огромная сложность и сумасшедшая дороговизна экспериментов. На исследования потрачено уже около 30 млрд. долларов, причем половина приходится на долю США. Но воз, как говорится, и ныне там: едва начавшись, термоядерная реакция затухает.

Между тем, расходы на термоядерную программу стали расти такими темпами, что ни одна страна не в состоянии нести их в одиночку. Потому и возникла идея совместного строительства экспериментального термоядерного реактора. Она была предложена президентом СССР Михаилом Горбачевым и одобрена президентом Франции Франсуа Миттераном и президентом США Рональдом Рейганом на Женевском саммите в 1985 году.

Разработка технического проекта ИТЭР была завершена в 2001 году. Еще три с лишним года ушли на подбор оптимального варианта размещения площадки для строительства. В итоге, 28 июня 2005 года в Москве была подписана совместная декларация, согласно которой было решено соорудить реактор в ядерном центре Кадараш во Франции.

Сейчас многие элементы будущего реактора уже изготовлены. В Японии сделали гигантскую вакуумную камеру и роботов, способных работать внутри реактора. В России создано уникальное устройство для втягивания сверхпроводящего кабеля, в котором при длине в 1 км нет ни одного стыка. Мы также построили компьютерную модель ИТЭРа.

Далее наше участие в проекте будет заключаться в изготовлении и поставке в Кадараш технологического оборудования по согласованному списку (основную его часть составят сверхпроводники) и в соответствующем денежном взносе (около 10 % от общей суммы).

Впрочем, предполагается, что участие России в сооружении, а затем и в исследованиях на реакторе позволит нашим специалистам получить уникальный опыт сооружения и эксплуатации термоядерных реакторов, создать собственные технологии термоядерного синтеза, а также обеспечит подготовку ученых и инженеров для будущих термоядерных электростанций в России.

Так выглядит магнитная камера токамака:

1. индуктор; 2. тороидальные катушки; 3. полоидальные витки; 4. плазменный шнур.

Тем не менее, многие эксперты указывают на недостатки проекта. Скажем, превращение энергии термояда в электричество будет происходить посредством нагрева воды, превращения ее в пар, который будет затем вращать обычную паровую турбину, а та, в свою очередь, электрогенератор. А ведь чем сложнее система, тем меньше кпд.

И это еще не все. Критики утверждают, что для получения от проекта практической отдачи понадобится не 10 лет и даже не 30, а, по меньшей мере, полвека. Причем нет никакой гарантии, что именно этот проект приведет к реальному результату. Ведь и в СССР, и в США, напомним еще раз, многие десятилетия — с 50-х годов прошлого столетия — пытались запустить термоядерную реакцию…

Так что, полагают эксперты, пожалуй, полезнее было бы потратить выделяемые деньги на использование энергии ветра, прилива, того же Солнца.

С. НИКОЛАЕВ, В. ЧЕРНОВ

ТОКАМАК И ДРУГИЕ

Токамак — это сокращение слов «тороидальная магнитная камера». И в самом деле, главная часть установки — тороидальная (в форме бублика) магнитная камера, внутри которой и удерживают раскаленную плазму при температуре в несколько сотен миллионов градусов сильными магнитными полями. Правда, впоследствии выяснилось, что удержать плазму таким образом даже 1 секунду — это большой успех. Поэтому американец Лайман Спитцер предложил свернуть бублик в восьмерку. Такая ловушка получила название стелларатор, на ее основе развернулись американские программы термояда. Впрочем, последнее время и в США все более популярными становятся токамаки.

А недавно в Японии на токамаке JET-upgrade удалось удержать плазму в течение нескольких секунд при температуре в 400 млн. градусов. Однако положительного баланса, когда реактор дает больше энергии, чем к нему подводят, добиться пока не удалось.

В Кадараше исходное сырье — водород — будет при помощи микроволн и электричества разогреваться до температуры 150 млн. градусов. При этом оно превращается в плазму, в которой происходят реакции синтеза — водород превращается в гелий — и выделяется энергия. Как показывают расчеты, таким образом можно получить в 10 млн. раз больше энергии, чем при сгорании угля, нефти или иного органического топлива, и в 100 раз больше, чем при расщеплении ядер урана.

Знакомьтесь: клэйтроника

Мы не раз рассказывали, как наши нанотехнологи создают устройства, которые бы собирали любую вещь или конструкцию из атомов и молекул. Сегодня рассказ о том, как проблему пытаются решить специалисты всемирно известной компании Intel, продемонстрировавшие недавно в Сан-Франциско свои последние разработки. Одна из самых интересных — первые механизмы-организмы на базе так называемой клэйтроники.