По расчетам на строительство реактора потребуется 9 лет, передает ТАСС. Дата подписания соглашения пока не определена, однако участники проекта надеются подписать его уже в 2006 году, после чего соглашение должно пройти ратификацию.
Грамм равен тонне
На единицу веса термоядерного топлива приходится в 10 млн. раз больше энергии, чем при сгорании органического топлива
Примечателен факт, что будущий реактор будет построен по схеме «Токамак» («Торидальная камера с магнитным полем, кольцевая»), НИОКР по которой в нашей стране ведутся с 1954 года главным образом в отделении физики плазмы (ОФП) Института атомной энергии им. Курчатова. Что же представляет собой эта установка? Это пустотелый тор («бублик»), наполненный смесью изотопов водорода: дейтерия и трития.
Внутри тора создаются условия для нагревания газов до температуры начала термоядерной реакции – 10-15 млн. градусов Кельвина (как считается, такие температуры существуют в ядрах звезд), после чего в результате слияния ядер дейтерия и трития образуется очень неустойчивый атом, который, почти мгновенно распадаясь, дает альфа-частицу и нейтрон, При этом на единицу веса термоядерного топлива приходится в 10 млн. раз больше энергии, чем при сгорании органического топлива, и примерно в 100 раз больше, чем при расщеплении ядер урана.
Само же термоядерное топливо практически бесплатно: дейтерий, который почти не встречается в природе, научились получать в достаточном количестве, а тритий образуется в самом реакторе из третьего по счету химического элемента – лития, запасы которого на Земле в 23 раза превышают разведанные запасы органического топлива.
Таким образом, в термоядерных реакциях, в том числе в токамаках, будет, по существу, «сжигаться» литий, один грамм которого в этом случае соответствует тонне условного топлива. При этом достигается значительно большая экологическая безопасность, чем при работе АЭС, так как радиоактивность дейтерия не превышает естественного фона местности, а тритий участвует в реакции в очень незначительных количествах.
Так в чем же дело? Почему такие замечательные установки еще не обеспечили весь мир потоками практически даровой энергии? Дело в физике процессов, происходящих в плазменном «бублике». Дабы электрически заряженные частицы не разлетались из зоны реакции и не остывали, касаясь стенок камеры, их «собирают в жгут», изолируют от камеры магнитным полем.
Однако выяснилось, что в тороидальном поле частицы за каждый оборот будут смещаться из области более сильной напряженности магнитного поля (внутренний периметр тороида) в область слабой напряженности (внешний периметр) и вся плазма «выльется» на внешнюю стенку камеры, не успев разогреться до термоядерных температур.
Для того чтобы этого не случилось, силовые линии магнитного поля (вдоль которых, как известно, двигаются частицы) надо завить по спирали. Двадцать лет спустя эта работа, завершившаяся созданием в СССР специальных приборов – гиротронов, – сыграла историческую роль и стала одной из основ теории токамаков.
По ходу работы проявлялись все новые «причуды» поведения плазмы в замкнутых системах (неустойчивость срыва, неравномерность сечений электронных пучков), которые не согласовывались с классической теорией. Наконец к 1965 году основная часть теоретических проблем была успешно решена советскими учеными Р. З. Садеевым, А. А. Галеевым и Л. М. Коврижных.
Условия окупаемости
Токомак JET |
Но не случайно великий бард спел в свое время, «что с этою плазмою дойдешь до маразма ты». Для получения полезной энергии в реакциях ядерного синтеза надо последовательно достичь двух пороговых условий: «зажигания» реакции и самостоятельного, самоподдерживающегося синтеза, уже не требующего внешнего «подогрева». Кроме того, необходима определенная плотность и время существования плазмы при данной температуре. Необходимы были натурные эксперименты: подбор формы и размеров камеры, материалов стенок, условий подогрева плазмы – короче говоря, были необходимы действующие образцы установок, и в большом количестве.
А дело это очень дорогое, к тому же высокорискованное – вдруг коварная плазма «выкинет еще один фортель»? Кое-какие успехи на этом пути высокоразвитыми странами были достигнуты. Потратив около 1,5 млрд. долларов на самый крупный в мире, созданный организацией «Евратом» в Великобритании, токомак JET (Joint Europeus Tor) и затратив на его разогрев 52 МВт электроэнергии, на выходе ученые получили мощность всего на 0,2 МВт выше затраченной, при этом реакция гасла, как только заканчивался подогрев, – но это был успех!
На очереди стояла этапная задача: самоподдержание реакции на таком уровне, чтобы отношение полезного выхода энергии к затраченной (обозначается Q) было больше или по крайней мере равно единице: Q = 1. Это условие – серьезный этап отработки всех элементов системы на пути создания коммерческого реактора с Q = 5. По имеющимся оценкам лишь при этом значении Q достигается самоокупаемость термоядерного энергоисточника, когда окупаются затраты на все обслуживающие процессы, включая и социально-бытовые затраты.
Собственно, ИТЕР и есть тот самый последний и решающий шаг на пути к термоядерной реакции. Все последующие промышленные установки будут строиться с учетом находок и решений, отработанных на ИТЕР и по его образцу. Уже на первом этапе предполагается, что отдаваемая мощность опытной установки составит 500 МВт. Осуществить проект еще несколько лет назад мешали две основные проблемы – амбиции государств-участников и финансовые проблемы: оценочная стоимость строительства составляет на сегодня около 4,5 млрд. евро.
Причем, по словам генерального директора ФГУП «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова» (НИИЭФА) Олега Филатова, который является руководителем проекта «ИТЭР» в России, доля участия нашей страны в проекте составляет 10%. Причем наши российские 10% – это не денежный вклад. Это освоение денег здесь, в нашей российской промышленности, и поставка готовых элементов, компонентов реактора на площадку строительства.
И хотя технический проект «ИТЕР» был разработан еще в 2001 году, вопрос о площадке оставался самым больным. Но в последние три года между участниками проекта шла активная дискуссия о месте строительства. Япония, Южная Корея и США добивались возведения реактора в Японии, тогда как Россия, ЕС и Китай выступали за европейскую площадку.
Окончательное решение было принято летом 2005 года на министерской встрече в Москве, когда была достигнута договоренность начать строительство реактора во французском ядерном центре Кадараш, расположенном под Марселем. Теперь остается надеяться, что рукотворное солнце, способное обеспечить человечество энергией на миллиарды лет, загорится точно в срок.