Александр Алексеев
Термоядерный синтез — новая нефть. Александр Алексеев — петербургский физик и инженер, который проектирует, интегрирует и испытывает искусственное солнце — звезду по имени ITER, первый экспериментальный термоядерный реактор в Провансе и самую сложную машину, которую когда-либо строило человечество. В ее основе — та самая секретная разработка советских ученых, которая с одной стороны мем, а с другой — электроэнергия будет неисчерпаемой! — вот-вот изменит ход цивилизации. И если раньше главная внутренняя шутка физиков была про то, что синтез всегда через 30 лет, то теперь в ситуации термоядерной гонки, ИИ и постепенного истощения ресурсов до запуска установки как будто осталось 3, 2, 1.
Пончик и одеяло как источник неисчерпаемой энергии
Можно ли назвать ITER сложнейшей машиной, которую строило человечество?
Думаю, можно. ITER — это экспериментальный термоядерный реактор, который строится во Франции, в Провансе, недалеко от ядерного центра Кадараш. На данный момент это крупнейший международный научно-технический проект в мире. В нем участвуют Россия, США, Евросоюз, Япония, Китай, Индия и Южная Корея. Все страны-участницы получают полный доступ к результатам проекта. Цель ITER грандиозная — открыть путь к неисчерпаемому источнику энергии для человечества.
Саспенс! Нужны подробности.
Технически ITER — это токамак, установка для магнитного удержания плазмы. Плазма, в которой идет реакция, имеет форму тора и удерживается магнитными полями без контакта с конструкциями реактора. Чтобы осуществить термоядерную реакцию, необходимо преодолеть силы взаимного отталкивания частиц. Для этого плазму нужно нагреть до температуры порядка 150–200 миллионов градусов Цельсия. Ни один конструкционный материал такой температуры не выдержит, поэтому плазму приходится удерживать на весу — магнитным полем. На Солнце и звездах термоядерная реакция тоже происходит, но там температура примерно в десять раз ниже, потому что реакции помогают огромные гравитационные силы.
Почему ITER сравнивают то с МКС, то с Большим адронным коллайдером?
С МКС ITER роднит международное сотрудничество: страны пришли к пониманию, что сложнейшие задачи эффективнее решать вместе. С Большим адронным коллайдером ITER сравнивают из-за масштаба сооружений и глобальности задач. Но по сути проекты разные. Коллайдер — это фундаментальная наука, попытка глубже понять устройство материи. ITER — прикладной проект, направленный на практическое освоение термоядерной энергии для производства электричества.
Вы строите самую сложную машину в мире, а что внутри этой задачи самое сложное? Есть что-то нерешенное или даже нерешаемое?
Все здесь сложно. Одна из главных и чрезвычайно сложных задач связана с управлением плазмой. У Владимира Высоцкого есть строчка: «С этой плазмой дойдешь до маразма». И это правда. Существуют так называемые срывы плазмы, при которых возможны повреждения внутрикамерных элементов. Разработка систем предотвращения и подавления таких срывов — одна из ключевых задач проекта ITER.
Еще одна важная проблема — наработка трития. В реакторе используются изотопы водорода — дейтерий и тритий. Дейтерий можно получать из воды, а трития на Земле очень мало. Один из способов его получения — облучение лития нейтронами. Тогда из лития образуется тритий. Но эта технология пока не отработана полностью.
А чтобы показать масштаб технической сложности, приведу такой пример. Плазма имеет температуру 150–200 миллионов градусов Цельсия, то есть выше температуры звезд. При этом используется сверхпроводящая магнитная система, работающая при температуре 4 кельвина — это температура, близкая к абсолютному нулю. Получается, что плазма с температурой в десятки раз выше температуры звезд находится всего в двух-трех метрах от системы, температура которой близка к абсолютному нулю. Таких условий во Вселенной нет нигде, а нам на Земле их необходимо создать искусственно. Поэтому вся установка помещается в криостат — огромный термос, внутри которого вакуум. Это чрезвычайно сложная техническая система.
А что сложнее — удерживать рядом температуры 4 кельвина и 200 миллионов градусов Цельсия или очень разные страны-участницы в одном проекте?
Да, проект сложен в том числе потому, что он международный. У каждой страны есть собственные интересы, политические и экономические обстоятельства. При всем при этом сейчас проект стабилен благодаря тому, что соглашение о строительстве ITER ратифицировано парламентами стран-участниц и имеет силу закона. Чтобы изменить условия участия, потребовалось бы снова проходить парламентские процедуры, а это крайне сложно. Кроме того, в соглашении нет пункта, который позволял бы исключить кого-либо из проекта. Есть только возможность добровольного выхода, но в этом случае страна обязана выплатить неустойку. Поэтому серьезные изменения маловероятны.
Токамак — секретная разработка советского НИИ
Идея токамака и схема термоядерного реактора — это ведь та самая секретная разработка советского НИИ?
Да, абсолютно верно. В 1950-е годы советские ученые предложили концепцию токамака. Само слово «токамак» — русская аббревиатура: «тороидальная камера с магнитными катушками». Разработкой занимались Игорь Курчатов, Лев Арцимович, Игорь Головин и другие ученые.
Изначально все эти работы были секретными. Но позже результаты начали публиковать. В 1968 году на международной конференции советские ученые сообщили, что на токамаке Т-3 удалось нагреть плазму до десяти миллионов градусов. Западные ученые сначала не поверили этим результатам: британские специалисты приехали в СССР со своей аппаратурой и подтвердили измерения. После этого в мире начался настоящий бум токамакостроения. Сегодня в мире построено более двухсот токамаков, но ITER — самый масштабный из них.