ИТЭР - лучик света в царстве санкций

17 июля глава Минобрнауки Валерий Фальков прилетел на юг Франции. И нет, не на отдых. На площадку, где Россия вместе с 33 другими странами уже почти два десятилетия строит международный экспериментальный термоядерный реактор (ИТЭР).  Разбираемся, что это за стройка, почему её не остановили ни санкции, ни распад СССР, и почему этот проект может быть прорывным для будущего энергетики.

Что такое ИТЭР простыми словами?

Если очень коротко - это попытка построить маленькое Солнце на Земле. Как это вообще возможно? Внутри ИТЭР разогревают газ до 150 миллионов градусов Цельсия (что в десять раз горячее ядра Солнца, между прочим). 

При такой температуре ядра изотопов водорода (дейтерия и трития) теряют электрическое отталкивание, сливаются, превращаются в гелий и высвобождают при этом огромную энергию. Этот процесс называется термоядерным синтезом, и именно из-за него звёзды во Вселенной «горят». 

На Земле такой гравитации, которая сжимает солнечное вещество, нет, поэтому плазму приходится удерживать мощнейшим магнитным полем, не позволяя ей коснуться стенок камеры, иначе она мгновенно остынет и реакция погаснет. Конструкция, которая позволяет это осуществить, называется токамак, и, к слову, придумали её в СССР ещё в 1954 году в Курчатовском институте.

Зачем проводят этот сложный эксперимент? Если всё получится, человечество получит доступ к практически неисчерпаемому и относительно дешёвому источнику энергии, а это в свою очередь откроет новую эру в энергетике, сравнимую разве что с переходом от дров к углю, а затем к нефти и атому. 

Но для начала необходимо доказать конкретный физический факт: отношение полученной от синтеза энергии к энергии, потраченной на разогрев плазмы, - должно превысить 10. Пока рекорд, поставленный ещё в 1997 году на британском токамаке JET, составляет всего 0,67: на нагрев плазмы потратили 24 мегаватта, а получили от синтеза только 16.

«Задача ИТЭР очень амбициозная – продемонстрировать возможность получения термоядерной энергии в условиях Земли. Точнее, нужно получить непрерывное, масштаба тысяч секунд, выделение энергии в 5-10 раз большее, чем вкладываемая энергия», - поясняет «Ведам» Юрий Гаспарян, заведующий кафедрой физики плазмы НИЯУ МИФИ.  «По своему масштабу этот эксперимент мало с чем можно сравнить», - заключает эксперт.

В общем, пока все действующие в мире термоядерные установки потребляют больше энергии, чем производят. ИТЭР должен изменить эту пропорцию и доказать, что термоядерная энергетика в принципе может быть выгодной.

Как всё начиналось и почему реактор построили не в СССР? 

В ноябре 1985 года на женевском саммите Михаил Горбачёв впервые обсудил с Рональдом Рейганом совместный мирный термоядерный проект. Уже в следующем году СССР, США, Евратом (Европейское сообщество по атомной энергии) и Япония подписали первое соглашение о проектировании ИТЭР.

Дальше проект развивался медленно: техническое проектирование завершили только к 2001 году, когда Советского Союза уже десять лет как не было. Постепенно к проекту одна за другой присоединялись новые страны - Китай и Корея в 2003-м, Индия в 2005-м. 

В том же 2005 году, когда теоретический арсенал был собран, встал практический вопрос: где строить установку. В кандидатах числились Япония и объединённая Европа. Правило распределения расходов было простым: страна, принимающая реактор на своей территории, берёт на себя половину капитальных и эксплуатационных затрат, остальные участники - по 10%. 

В июне 2005-го министры семи сторон выбрали Францию - Евросоюз оказался единственным участником, способным потянуть такую долю бюджета. Посткризисной российской экономике это было, увы, не под силу.

«Проект токамака такого масштаба оказался настолько сложным, что было принято решение разделить обязанности по реализации отдельных систем, таких как вакуумная камера, сверхпроводящие магнитные катушки, системы нагрева и диагностики плазмы», - поясняет Гаспарян. Эксперт подчеркивает: каждая из этих систем уникальна и никогда ранее не реализовывалась в таком масштабе.

Впрочем, если вам обидно, что советская идея вдруг нашла место для воплощения во Франции, не отчаивайтесь. ИТЭР с самого начала задумывался не как национальная станция одной страны, а как общий полигон, после которого каждая страна-участница получит технологии для строительства уже собственных промышленных реакторов. 

«ИТЭР - это легитимная возможность "приземлить" у себя дома современные, в том числе уникальные зарубежные технологии, в создание которых вложились ведущие мировые разработчики. Мы получаем законное право использовать их в национальных целях», - рассказывал вице-председатель международного Совета ИТЭР Виктор Ильгисонис в интервью «Российской газете». 

А как же санкции? 

Несмотря на то, что Россия находится под санкционным давлением большинства стран-партнёров ИТЭР, этот проект - редкий пример инфраструктуры, которую дипломатические разногласия почти не задели.

Российская сторона по-прежнему изготавливает и своевременно поставляет на площадку компоненты 25 высокотехнологичных систем для работы реактора, а в работе занято больше 50 отечественных научно-технических учреждений и предприятий.

Как это вообще технически возможно при санкциях - отдельный сюжет. Глава российского Проектного центра ИТЭР Анатолий Красильников прямо описал механику: контракты, страхование грузов и банковские платежи затруднены, но оборудование всё равно доходит до площадки - с помощью самой Международной организации ИТЭР и, по его словам, даже при участии тех же европейских регуляторов, которые формально вводят санкции. 

«Мы строим в Европе общую машину. И если Россия не сможет выполнять свой график, остановится весь процесс. А это недопустимо», - заявил Красильников на Звенигородской конференции по физике плазмы 16 марта.

Логика проста: сборка токамака - система, где отставание одного участника тормозит всех. Выпасть из графика для России означает не «наказать других», а сорвать «условную стройку», в которой участвуют ещё 33 страны (27 стран ЕС, Индия, Китай, Япония, Корея, Швейцария и США), включая формальных геополитических оппонентов. Разумеется, это невыгодно никому.

Почему все так верят в ИТЭР?

Зачем 34 разным странам вообще ввязываться в стройку с неясным финалом? Здесь объяснение довольно приземлённое и как всегда упирается в ресурсы. Топлива для проведения термоядерного синтеза хватит на миллионы лет вперёд: дейтерий добывают из обычной морской воды и его мировое производство уже исчисляется десятками тысяч тонн в год, а тритий получают из лития, разведанных запасов которого - десятки миллионов тонн, что в сравнении с ураном делает источник фактически неисчерпаемым. 

При этом реактор физически не может взорваться, потому что, в отличие от деления атомного ядра, реакция синтеза не способна перейти в режим неконтролируемого нарастания мощности: стоит нарушить условия удержания плазмы, магнитное поле или температуру, и реакция просто гаснет сама, поэтому сценарии по типу Чернобыля или Фукусимы для термояда физически невозможны.

Более того, долгоживущих радиоактивных отходов и выбросов углекислого газа при этом не образуется вовсе, хотя, в отличие от солнечных панелей и ветряков, источник теоретически не зависит ни от погоды, ни от площади земли, которую под него нужно отвести.

Именно поэтому в проект вошли Китай и Индия - страны с совокупным населением в 2,5 миллиарда человек. Если их экономический рост и дальше будет опираться на уголь и газ, земных ресурсов на это попросту не хватит, а термоядерная энергетика остаётся едва ли не единственным сценарием, при котором глобальный рост потребления энергии не упирается в потолок ресурсов.

В общем, термоядерная энергетика может стать примером здоровой технологической конкуренции. Cудя по всему, именно поэтому ни одна из стран-участниц ИТЭР, при всех геополитических разногласиях, пока не готова выйти из игры.