Источник вечной энергии превратился в долгострой

http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=96a98e82-1560-44f4-8cc7-aaf967efb29d&print=1
© 2024 Российская академия наук

Сроки завершения строительства первой термоядерной электростанции - источника неограниченной энергии - отодвинуты на 2025 год. Проект реактора ITER столкнулся с финансовыми и организационными проблемами.

Первоначально международная группа ученых и инженеров планировала построить реактор к 2016 году и начать полноценную работу к 2020 году. Однако самый амбициозный энергетический проект преследовали задержки с самого начала, когда в 1989 году его стоимость первый раз оценили в шесть миллиардов долларов.

Термоядерный синтез многие физики считают источником энергии будущего. Идея очень проста по своей сути: все атомные ядра, которые легче ядер атомов железа, можно слить друг с другом и получить энергию. Четыре ядра водорода можно соединить в один атом гелия и получить энергию в виде излучения. Взрыв водородной бомбы использует именно слияние ядер: в виде неуправляемой вспышки запускать термоядерные реакции человечество уже научилось.

Некоторые ядра слить вместе проще, некоторые сложнее. Звезды светятся за счет слияния ядер атомов водорода, а самая простая для «поджига» термоядерной реакции смесь - это дейтерий и тритий.

Дейтерия много в обычной воде, а тритий можно получить при облучении лития излучением от уже запущенной реакции. Лития опять-таки на планете достаточно: сейчас он в основном применяется для производства аккумуляторов. У термоядерной реакции есть только один принципиальный недостаток: ее крайне сложно поддерживать. Все остальное относится к достоинствам: для термоядерных реакторов не нужен радиоактивный уран, они не потребляют миллионы баррелей нефти, над ними не будет дымящих труб, а один из компонентов их топлива можно брать в любом водопроводном кране.

Реакция слияния дейтерия и трития протекает в плазме, разогретой до сотни миллионов градусов и материалов, способных выдержать такой нагрев в принципе не существует. Физики, тем не менее, научились решать проблему удержания плазмы, используя ее малую плотность (во много раз меньше плотности воздуха) и способность проводить электрический ток.

Термоядерный реактор представляет собой большую трубу, свернутую в тор (пример тора - бублик). Внутри тора - вакуум, вокруг - система магнитов. Плазму запускают внутрь тороидальной камеры, греют электромагнитным полем и им же удерживают от соприкосновения со стенками. Из-за малой плотности плазма не прожжет стенки насквозь, но погаснет сама. Ее горение требует достаточно большого объема и мощного электромагнитного поля. В тороидальной камере с магнитными катушками больших размеров по расчетам физиков пойдет реакция, дающая достаточно для работы электростанции тепла.

Термоядерный реактор или токамак - это котел, в котором ученые собираются воспроизвести температурные условия в центре Солнца. От этого котла уже будет работать электростанция, точно также, как сейчас при помощи ядерных реакторов и газовых котлов получают электричество и тепло на АЭС и ТЭС. Однако необходимо, чтобы установка была большого размера (диаметр камеры - около 20 м), а плазма удерживалась в течение долгого времени.

В конце 1980-х годов физики поняли, что первый реактор, который выдаст больше энергии чем потратит, должен быть большим. Был предложена идея ITER, и при участии Европы, США, СССР и Японии началось детальное проектирование. К 1999 году цена выросла с 6 млрд долларов вдвое, и правительство США отказалось финансировать реактор. Европа, Япония и правопреемница Советского Союза Россия настояли на пересмотре: платить в несколько раз больше не хотел никто.

Французский физик Роберт Аймар за три года разработал новый проект. Реактор уменьшился, ряд дополнительных установок решили не строить, здания спроектировали в расчете на использование не только для ITER, но и для других проектов. Цена снизилась, и к 2001 году к международной программе снова присоединились США, а Китай, Индия и Южная Корея стали новыми членами проекта.

Проект одобрили в 2006 году и приступили к работе. Была выбрана (на это ушло несколько лет) площадка для строительства в южной части Франции, рядом с научным центром в Кадараше и к 2008 году ее расчистили под будущие корпуса ITER. Намного больше заняло согласование того, кто какие узлы будущего реактора делает: эта стадия не завершена и к лету 2009 года.

Только на обмотку электромагнитов вокруг термоядерного «котла» уйдет 150 тыс. километров кабеля. Причем кабеля из специального материала, который будет охлаждаться жидким гелием до -269 градусов. Только при такой температуре кабель потеряет электрическое сопротивление и сможет пропускать достаточно сильный ток.

Такие кабели для ITER делают все: Европейский союз, США, Япония, Китай, Корея и Россия. Например, в апреле 2009 года заказ на сверхпроводящий кабель ушел в Удмуртию, на Чепецкий механический завод. Облицовку тороидальной камеры (диаметр свернутой в тор трубы равен диаметру тоннеля метро) и другие детали также изготавливают самые разные предприятия в нескольких странах.

Согласование этих заказов отняло слишком много времени: к маю 2009 года из 26 намеченных соглашений подписаны только 17. Затраты тем временем выросли: США пришлось удвоить свой вклад до 2,2 млрд долларов. А сроки завершения работ только над основной частью реактора отодвинулись в итоге до 2018 года. О том, чтобы испытывать реактор в том виде, в каком его изначально представляли разработчики, говорить можно будет не раньше 2025 года, стоимость проекта при этом также может поменяться.

Представляющий Россию в команде ITER академик РАН Евгений Велихов, заявил, что «не видит каких-то препятствий для выполнения страной взятых на себя обязательств». ITER пока остается наиболее проработанным подходом к термоядерной энергетике, которая не будет зависеть от нефти, газа и урана. Строительство реактора будет продолжено, но журнал Nature уже опубликовал сообщение анонимного источника в команде разработчиков ITER о том, что члены проекта раздражены постоянными задержками и пересмотрами сроков и смет.