Спор за место под термоядерным солнцем

По информации пресс-службы Минатома РФ, место для строительства Международного термоядерного экспериментального реактора (International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER) определят на встрече руководителей Минатома России, Евросоюза, США, Японии, Китая и Южной Кореи, которая состоится в конце февраля 2004 г. в Вене. Это выяснилось после рабочей встречи в Москве министра РФ по атомной энергии Александра Румянцева с послом Франции в РФ Жаном Каде и главой представительства Еврокомиссии в РФ Ричардом Райтом.

Схема термоядерного реактора ITER.

Кажется, в Вене будет завершен еще один важный этап в почти 16-летней истории этого крупнейшего международного проекта (его стоимость – 5,2 млрд. долл.). Разработка первой в истории термоядерной энергетической установки началась в 1987 г. Именно тогда специалисты и эксперты из стран Европейского сообщества, Японии, СССР и США пришли к соглашению начать совместное проектирование ITER. В июле 1991 г. участники приступили к разработке окончательного инженерного проекта реактора. Этот этап был завершен в июле 2001 г. И начались бурные дискуссии между участниками проекта за право разместить на своей территории будущий термоядерный реактор.

Например, по мнению премьер-министра Испании Хосе Марии Аснара, его страна способна не только обеспечить низкие затраты на строительство реактора и предоставить наилучшие коммуникации, но и имеет высокий научный потенциал.

По условиям соглашения тот, кто выигрывает площадку, берет на себя почти половину финансирования от всей стоимости проекта. Остальные участники консорциума помогут сообща – по 10%. Казалось бы, ради чего такие жертвы?

«Это, безусловно, даст мощнейший стимул развитию всей научно-инженерной инфраструктуры в месте расположения столь уникальной установки, – подчеркнул, отвечая на вопрос корреспондента «НГ», министр РФ по атомной энергии, академик Александр Румянцев. – Игра стоит свеч, все это понимают. Успех в реализации проекта позволит в значительной степени модернизировать на современной основе всю национальную промышленность. ITER – это демонстрационный реактор, промежуточный между фундаментальными разработками и этапом промышленного внедрения принципиально нового источника энергии, обладающего практически неограниченными топливными ресурсами и не загрязняющего окружающую среду». Добавим, что, по оценкам экспертов Европейской комиссии, реализация проекта создаст примерно 10 тыс. рабочих мест.

Для получения энергии в реакторах термоядерного синтеза типа ТОКАМАК используются два изотопа водорода: дейтерий (тяжелый водород), который имеет один дополнительный нейтрон, и тритий – два дополнительных нейтрона. Эти ядра «сливаются» с выделением огромного количества энергии. Обычный водород, например, который служит топливом в термоядерных реакциях в недрах нашего Солнца, вступает в реакции синтеза намного медленнее. (Это, впрочем, нас должно только радовать: иначе жизнь любой звезды во Вселенной, в том числе и Солнца, протекала бы со спринтерской скоростью.)

Очень важно, что топливо для реакторов синтеза легкодоступно. В природе дейтерий содержится в воде: один из каждых 6700 атомов водорода имеет дейтериевое ядро. Тритий распространен меньше. Он радиоактивен и имеет период полураспада 12,3 года, так что в природе в больших количествах он не встречается. Кстати, именно поэтому очень серьезно Канада рассматривалась как одна из возможных претендентов на размещение площадки для ITER. Дело в том, что тритий – побочный продукт атомных энергетических реакторов CANDU, используемых в Стране кленового листа, и его там накоплено большое количество.

Однако сегодня реальных претендентов на право заиметь ITER осталось два – Франция и Япония.

«Преимущество Франции состоит в том, что именно там реализован уникальный проект единственного в мире ТОКАМАКа со сверхпроводящими обмотками, которые охлаждаются сверхтекучим гелием, – поясняет министр по атомной энергии РФ Александр Румянцев. – Во Франции уже существует мощнейшая структура, имеются высококвалифицированные кадры. На площадке Рокасё в Японии – другая технологическая цепочка. Там идет сооружение завода по переработке облученного ядерного топлива, расположено высокотехнологичное хранилище высоко- и среднерадиоактивных отходов. Если во Франции предлагаемая под ITER площадка находится в регионе, где расположен национальный ядерный центр, то в Японии – это просто радикально изменит всю научную инфраструктуру, которая будет создана для реализации этого проекта. Обе площадки очень наукоемкие».

На мой вопрос, кто же в итоге победит в этой борьбе за место под термоядерным солнцем, Александр Румянцев ответил дипломатично: «Россия официально поддерживает европейскую площадку. Мы считаем, что Кадараш более предпочтительная площадка для сооружения ITER. Но дискуссии продолжаются, эксперты и рабочие группы встречаются по два раза в месяц. Прогноз давать пока преждевременно».

Из досье «НГ-Науки»:

ITER будет самым большим из когда-либо построенных ТОКАМАКов: его высота – 25 м. Плазменная камера будет иметь ширину 4,3 м и высоту 8,4 м. По расчетам, ITER сможет генерировать мощность 1000 МВт. Ток в плазме должен достичь около 25 млн. ампер.

Температура дейтерий-тритиевой смеси должна достигать, по крайней мере, 50 млн. градусов (температура в центре Солнца – около 15 млн. градусов). Дейтерий-тритиевая смесь в этом случае представляет собой плазму – электрически нейтральный газ, состоящий из положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов.

Чтобы удерживать плазму, 16 D-образных сверхпроводящих магнитов будут генерировать сильное тороидальное магнитное поле. Это – самые большие сверхпроводящие магниты в мире – 14,8 м в высоту и 7,1 м в ширину. Сверхпроводящий провод находится при температуре около жидкого гелия (минус 269 градусов по Цельсию). Сверхпроводник будет способен нести ток 35 тыс. А; в каждом магните будет 240 витков такого провода. Таким образом, эта система будет способна создавать магнитное поле в 200 тыс. раз сильнее, чем среднее магнитное поле Земли.

Тепло, уходящее из плазмы, будет переноситься вдоль силовых линий магнитного поля в верхнюю и нижнюю части плазменной камеры. Здесь специальная система пластин, называемая дивертором, будет принимать мощность около 100 МВт. Тепловая нагрузка может достигать 25 млн. Вт/м². (Для сравнения: средняя солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, составляет только 1300 Вт/м².)