Интервью на портале «Научная Россия»

Термоядерный синтез – проект века

Термоядерный синтез – проект века
О российском участии в проекте ITER рассказывает Анатолий Красильников — директор российского Агентства ИТЭР.

Что такое термоядерный реактор ITER?
Начнем с предыстории. В 1950 г. советский ученый Олег Александрович Лаврентьев сформулировал возможность использования управляемого термоядерного синтеза для промышленных целей с термоизоляцией плазмы в электрическом поле. Это породило множество работ по исследованию плазмы, и, модифицировав идею, Игорь Евгеньевич Тамм и Андрей Дмитриевич Сахаров пришли к концепции удержания плазмы в торе с использованием магнитного поля. 

Так и родилась идея токамака — тороидальной камеры с магнитными катушками. Название «токамак» придумал один из сподвижников Игоря Васильевича Курчатова — Игорь Николаевич Головин. Но задача оказалась крайне технологически сложной. Прошло время, и уже в 2006 г. семь сторон решили построить экспериментальный токамак, чтобы доказать миру возможность термоядерной энергетики. В основе работы термоядерного реактора лежит принцип синтеза тяжелых ядер из более легких — в отличие от традиционной ядерной энергетики, в которой используется реакция деления тяжелых ядер на легкие. В качестве топлива для реактора применяются изотопы водорода тритий и дейтерий, а в отдаленной перспективе, возможно, и гелий-3. Если учитывать запасы гелия в 50 тыс. т на Земле и практически полное отсутствие радиоактивных отходов в реакции синтеза дейтерия и гелия, подобная энергетика остается очень заманчивой. Ближайший доступный для нас всех термоядерный реактор — Солнце, которое вырабатывает энергию при синтезе гелия из изотопов водорода.

 Анатолий Витальевич Красильников
директор Частного учреждения Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» (Частного учреждения «ИТЭР-Центр») — российского Агентства ИТЭР. 
Родился в Новосибирске, в 1981 г. окончил факультет проблем физики и энергетики МФТИ. С 1981 по 2007 г. работал в Институте атомной энергии им И.В. Курчатова.
Кандидатскую (1994 г.) и докторскую (1999 г.) диссертации защитил по результатам разработки методов диагностики и исследований плазмы.
Автор и соавтор более 120 научных работ.
С 2007 г. и по настоящее время — руководитель национального агентства в Российской Федерации по сооружению Международного экспериментального термоядерного реактора ITER.

 

Интервью с Анатолием Красильниковым опубликовано в номере журнала "В мире науки" за февраль 2014 г.

Расскажите, пожалуйста, что такое ITER, откуда появилась идея создания такого  крупномасштабного международного проекта и какой вклад в него вносят российские ученые? 

— ITER — это проект создания экспериментального термоядерного реактора на базе концепции токамака, предложенной в Курчатовском институте, т.е. токамак — это отечественная научно-техническая разработка. Это слово вошло во все языки мира так же, как слово «спутник». В развитии концепции токамака участвовало множество коллективов из различных институтов: прежде всего это Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д.Ф. Ефремова, Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований (ТРИНИТИ) и многие другие. На основе проведенных работ в 1986 г. М.С. Горбачев и Р. Рейган договорились о создании термоядерного реактора как примере совместной конструктивной работы двух великих держав. К этому договору сразу присоединилась Франция потом Япония, Индия и другие страны. Сегодня в этой кооперации — семь сторон: шесть стран и Евросоюз.

— Как разделена работа между сторонами-участницами? 

— Когда было подписано соглашение о создании установки ITER, партнеры договорились между собой, кто и какие системы будет поставлять. При их распределении соблюдалось два важных принципа. Первый принцип: каждый партнер хотел получить ключевые системы, чтобы иметь опыт их создания для реализации последующей термоядерной программы у себя дома, иметь школу, опыт и кадры. Второй принцип — предоставить соответствующие системы мировым лидерам в соответствующих отраслях. 

— И какие ключевые системы взяла на себя Россия? 

— России по этим двум принципам досталось 25 систем. Системой мы условно называем отдельную составную часть большого проекта ITER, будь то установка или здание. Много это или мало — судить трудно, но это составляет 9% от общего вклада в проект. В упомянутые системы входит производство рядом предприятий низкотемпературных сверхпроводников для магнитной системы удержания плазмы, кроме того это девять систем измерения параметров плазмы, коннекторы, компоненты дивертора и т.д. Дивертор — это та часть внутренней поверхности токамака, которая принимает на себя основные потоки тепла и частиц, т.е. это самые энергонапряженные конструкции в этой экстремальной машине. Россия также работает над материалами и сварными соединениями, например между вольфрамом и нержавеющей сталью, все эти конструктивы должны выдерживать тепловые потоки, которых раньше не было. 

Эти технологии создаются НИИЭФА им. Д.Ф. Ефремова. После первых проведенных испытаний таких материалов я могу вас заверить: мы смотримся не хуже наших партнеров, а в чем-то и лучше. Россия поставляет и некоторые установки для стендовых испытаний. Здесь мы используем опыт НПО «Криогенмаш», накопленный при создании космической техники. 

— Справляется ли Россия с поставленными условиями?

— Россия выполняет все взятые на себя обязательства строго по графику; далеко не все партнеры могут этим похвастаться. Так, Европейский союз отстает на два года. Европа — главный партнер, у нее 45% вклада. За счет чего такая большая цифра, спросите вы? За счет строительства зданий: это одна из самых сложных и дорогостоящих статей расходов, ведь происходит сооружение принципиально новых зданий. Они сами по себе экспериментальные, не все проекты на сегодня остаются очевидными. Таким образом, проект вроде бы закончен, но в нем постоянно происходят какие-то небольшие изменения — например, отверстия в стенах. И людей, строящих эти здания, мы ставим в очень трудное положение, т.к. это не работа по готовому плану, поэтому ситуация и привела к такому отставанию. Эта задержка ведет к рассинхронизации всех участников: можно столкнуться с ситуацией, когда оборудование готово, а монтировать его некуда. Результат — удорожание, сооружение дополнительных складов с соответствующими условиями хранения. Что касается России, мы почти закончили изготовление всего сверхпроводника для магнитной системы ITER. Точно посчитать, какой процент работ мы уже выполнили, сложно, но могу со всей определенностью сказать, что разработки и тестирование прототипов по всем системам везде закончены. По многим системам мы начали изготовление компонентов, которые будут установлены в сам реактор.  

— А для чего Россия участвует в таком большом проекте? Это наверняка очень непросто?  

— Это крайне важно по нескольким причинам. ITER — локомотив развития высокотехнологичных производств и исследований в России. Например, до ITER в мире выпускали 15 т сверхпроводников в год, а в России не было производства сверхпроводников вообще. Запустив же его на Чепецком механическом заводе и ряде других предприятий, мы теперь только на нем выпускаем 60 т в год. Мало того: европейцы отдали нам по двустороннему договору производство своей доли ниобий-титановых сверхпроводящих кабелей, а они у себя выполняют их джекетирование (затягивание в защитную металлическую оболочку). ITER — это проект, который существенно выше мирового уровня по системам, составляющим его технологическую платформу. Это высочайшая мировая планка. Мы хотим создать условия Солнца в конкретной физической установке, и, обучая кадры, выпуская оборудование здесь и непосредственно работая во Франции, мы создаем задел для нашей внутренней термоядерной программы. Так что, участвуя в этом проекте, мы покупаем свой билет в будущее.  

— Много ли представителей России уже работает во Франции?  

— Сегодня всего 565 человек работают в центральной организации ITER Organization во Франции, существуют также семь домашних агентств у каждого партнера.  

Из 565 человек 6% — наш персонал. Персонал делится на две категории: профессиональные участники и поддерживающий персонал. У нас большинство участников относятся к первой категории. По большей части это физики, инженеры, технологи — профессионалы своего дела. Они полноценно участвуют в работах по сооружению установки, которые уже развернуты. С одной стороны, нас там немало — целых 6%, но, с другой стороны, это меньше нашего вклада в проект. Мы вносим в ITER 9%, и наша цель — добиться такого же уровня присутствия нашего персонала. А чтобы такой персонал иметь, нам нужно его подготовить здесь, в России. Молодых специалистов мы обучаем в МФТИ, МИФИ, СПбГУ и других университетах, но этого мало. Молодой специалист  - выпускник вуза в ITER не очень нужен. Необходим работник, который уже стал специалистом и не просто окончил университет, а еще поработал дома на каких-то установках. Поэтому в России очень важно иметь собственную программу термоядерных исследований, где бывшие студенты становились бы физиками-исследователями и потом уже попадали на ITER, т.е. получить такую цепочку: вуз, далее внутренняя термоядерная программа, а потом участие в ITER. Безусловно, хочется замкнуть эту связь назад — уже после приобретенного на ITER опыта вернуться обратно в страну и участвовать в сооружении собственного термоядерного реактора.

— Что с экспериментами на ITER, существует ли уже программа?  

— Программа работ расписана до недель. Высший орган, который утверждает эту программу, — Совет ITER, он собирается два раза в год и рассматривает наиболее важные принципиальные решения. От России, как и от других партнеров, в совете работают четыре человека. В первую очередь мы должны получить первую плазму, затем все время работы реактора расписано. Сначала мы будем работать с водородом, потом с гелием, а дальше будет переход на дейтерий-тритиевую плазму, т.е. около пяти-шести лет машина будет выходить на режим, будут добавляться мощности дополнительного нагрева, испытываться, отрабатываться. Почему так неопределенно - пять-шесть лет, хотя я уже говорил, что все расписано по неделям? Потому что это эксперимент и мы не можем гарантировать успешность того или иного шага. Уже после всех испытаний и тестов мы начнем эксперименты с дейтерий-тритиевой плазмой, ради которых и строили реактор. Должно зажечься термоядерное горение. Миссия ITER — получение плазмы с отношением термоядерной мощности к вложенной мощности, равным десяти. На сегодня запланировано получить термоядерную мощность 500 МВт при введенной мощности нагрева 50 МВт. Продемонстрировав это в земных лабораторных условиях, мы покажем возможность реализации термоядерной энергетики с точки зрения физики плазмы. Вторая крайне важная задача заключается в выведении реактора на стационарный режим работы; проще говоря, необходимо заставить его работать продолжительное время — 3600 с. 3600 с — это час, это очень много. Показав возможность продолжительного горения, инженеры начнут проектировать следующую установку, целью которой станет демонстрация возможности получения электричества из термоядерной реакции.  

— В какой стадии сейчас находится проект, каков график работы?

— Сейчас идет этап возведения зданий, т.е. залиты фундаменты и начинают подниматься стены главного здания комплекса токамака. Некоторые из построек уже закончены и сданы — в том числе офисные, главное здание, где сидит персонал. Закончены некоторые здания с технологическими лабораториями. Мы начинаем постепенно переходить к этапу их оборудования технологическими системами, стендами. К 2020–2022 гг. мы планируем получить, как я уже говорил, первую плазму, а уже к 2027 г. зажечь термоядерное горение. Глобальная цель — к 2050 г. иметь промышленную термоядерную электростанцию, но сроки постоянно сдвигаются: проект сложнейший, практически все делается впервые и выше существующего мирового уровня.

Подготовил Бурхан Массалимов

 

 

проект итэр росатом термоядерный синтез токамак

Назад

Социальные сети

Комментарии

  • Александр, 5 октября 2014 г. 11:08:46

    Термоядерный синтез -это большой мыльный пузырь. Закапывание денег в землю...
    Модель атома Резерфорда-Бора - псевдонаучна.

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий