Газета Завтра - Газета Завтра 48 (1200 2016)
"ЗАВТРА". Например, нейтроны.
Валентин ГИБАЛОВ. Да, нейтроны. Которые активируют реактор и всё вокруг: термоядерный реактор становится сам очень высокорадиоактивным. Например, получается, что "время жизни" первой стенки реактора на дейтерий-тритии — всего пять лет, то есть каждые пять лет надо менять один из самых сложных компонентов реактора. И, конечно, это экономически очень затратно. Собственно, поэтому мы имеем в мире лишь один-единственный научный проект термоядерного реактора — ITER (ИТЭР).
Кроме дейтерия-трития есть реакция дейтерий-дейтерий ("монотопливо") — она получается совсем неудобной по физике, потому что у неё тоже на выходе много нейтронов, и при этом она гораздо тяжелее в достижении нужных параметров реактора, в первую очередь — температуры плазмы. И есть лунный гелий-3, которого практически нет на Земле, но которого много в грунте Луны. Но у этой реакции ещё больше требования, безумная проблема в плане того, как сделать реактор, который бы удерживал плазму из дейтерия и гелия-3.
"ЗАВТРА". То есть у нас сегодня с термоядом ситуация, как у папуасов с утлыми пирогами, которые пытаются из Новой Гвинеи через Тихий океан достичь Америки?
Валентин ГИБАЛОВ. Да, где-то так. Очень быстро, буквально на первых установках, построенных в середине 1950-х годов, стали видны колоссальные проблемы. Прежде всего — с неустойчивостью термоядерной плазмы. При попытке её сжать она "вырывалась", есть сравнение, что это как пытаться палочками для суши держать скользкое куриное яйцо. Попытка сжать магнитными полями приводит к разрушению плазменного жгута. И вторая проблема — это термоизоляция. Если мы нагреваем плазму до ста миллионов градусов, которые нужны термоядерной реакции, то она остывает с колоссальной скоростью — за счёт излучения. И все 1960-е годы, и большая часть 70-х прошли в борьбе с этими двумя проблемами. Борьба выглядела как постоянный поиск схем удержания плазмы, пробовали и так называемые "Z-пинчи" и "открытые ловушки". Каждое из этих направлений упиралось в какие-то ограничения, но учёные тут же обычно придумывали новый вариант и начинали развивать уже его, улучшая прошлые результаты. И вот в 70-х годах токамаки, придуманные в СССР, вышли в фавориты. У них, казалось, наилучшая термоизоляция и удержание плазмы.
"ЗАВТРА". Это такие бублики.
Валентин ГИБАЛОВ. Да. Это, кстати, одна из особенностей магнитного поля — невозможность сделать магнитный шар, в нём всегда дырка будет, получится "бублик". В итоге токамаки и сегодня опережают ближайших преследователей по параметрам плазмы в тысячу раз. Из-за токамаков закрыли многие другие проекты, например, известная история случилась с MFTF — это открытая ловушка, строившаяся в США и уже практически собранная в 1986-м году. Её закрыли, так как финансирование проекта прекратили: к тому моменту казалось, что токамаки дешевле и проще. Поэтому почти собранная ловушка за миллиард долларов так никогда и не заработала. А в итоге токамаки достигли определённой цели, даже получили выход энергии из термоядерной плазмы, но вопрос самоподдерживающегося термоядерного синтеза так и не решили. Например, в 1997 году токамак JET достиг термоядерной мощности 16 мегаватт — и это было настоящее термоядерное горение, померенное очень надёжно.
"ЗАВТРА". То есть все рассказы, что термоядерной реакции нет и она не выделяет тепло, — глупость, потому что ещё в 90-е годы это всё уже доказано, проверено, измерено и записано?
Валентин ГИБАЛОВ. Да, плазму в токамаках уже давно зажгли. Есть ещё один миф, что термоядерное удержание — это миллисекунды по времени. На самом же деле мировой рекорд удержания плазмы сейчас составляет 48 минут. Проблема в другом — и определяется как раз тем, что показали опыты на JET в 1997-м году.
Когда JET в 1997 году показал свой рекордный выход энергии, стало понятно, что это экономически совершенно неинтересно. Такой термоядерный реактор на базе токамака размером с JET или даже больше, к которому бы подключили паровые турбины, — он себя не окупает! Единственный вариант как-то спасти ситуацию — сделать реактор очень большим, когда удельные расходы на мегаватт сильно упадут. Но по расчётам получался термоядерный реактор на 10 гигаватт, в тысячу раз больше, чем рекордный токамак JET.
"ЗАВТРА". Если сравнивать с сегодняшними станциями — это как 10 атомных блоков какой-нибудь Нововоронежской АЭС!
Валентин ГИБАЛОВ. Да. То есть больше, чем самая большая атомная станция в мире. И тут возникает вторая проблема. Дело в том, что, когда начиналась термоядерная эпопея, потребление энергии в мире росло экспоненциально. А уже в 90-х годах рост потребления замедлился, а в развитых странах и вовсе "вышел на полку". То есть 10-гигаваттный блок был хорош в мире 70-х, когда казалось, что скоро такое потребление будет "в каждой деревне".
"ЗАВТРА". Получается, что мы построили большую вёсельную галеру, в которой можно плавать по Средиземному морю, она громадная, но мы по-прежнему не можем на ней переплыть Атлантический океан?
Валентин ГИБАЛОВ. Тут даже лучше подходит другая аналогия. Термоядерный синтез — это что-то типа покорения горы. Учёные лезли, лезли вверх по склону, но это надоело людям, которые дают деньги, они говорят: "Сделайте хоть что-то!". И тогда учёные отвечают: "Хорошо, мы построим большой строительный кран и человека сразу на вершину горы поставим!". И в качестве такого мега-крана возник международный проект ITER. В нём сразу хотят получить 500 мегаватт термоядерной плазмы, и это сравнимо с мощностью хорошего ядерного блока. Но даже это не даст прямого экономического выхода сейчас: коммерческий реактор DEMO всё равно надо будет сделать в несколько раз больше ITER.
"ЗАВТРА". Хорошо, договорились. Нет мгновенного экономического выхода. То есть мы опять возвращаемся к мысли, что это лишь некие недешёвые игрушки для учёных? Или, всё-таки, рядом с магистральной дорогой токамаков, с дорогой больших гигаваттных установок есть какая-то надежда иметь и небольшие реакторы?
Валентин ГИБАЛОВ. ITER — совершенно уникальная стройка, даже больше знаменитого Большого андронного коллайдера (БАК). Но если она "не взлетит", то действительно станет очередной игрушкой учёных. Поэтому, упёршись в очередной тупик, люди начали сдувать пыль со старых проектов, которые умерли, когда токамаки внезапно попёрли вперёд. Последние лет пятнадцать в мире, на фоне пробуксовки с ITER, идёт очень интересное, бурное развитие альтернативных проектов. Всего есть около двадцати команд в мире, каждая из которых ведёт свой уникальный проект. Например, в американской Калифорнии есть команда Tri Alpha, они собрали, в том числе от "Роснано", 400 миллионов долларов инвестиций и уже построили несколько установок. Эти установки создают особый плазменный вихрь, сжимают его, он нагревается, и в нём начинается термоядерная реакция. Так как это вихрь, а не бублик, то он очень хорошо удерживается и довольно хорошо теплоизолирован. По сравнению со старыми опытами 80-х годов они достигли примерно 500-кратного улучшения характеристик, но им осталось… всего-то в 10 тысяч раз улучшить параметры своей установки. Вот так.
"ЗАВТРА". Если они взяли деньги из "Роснано", они свои результаты, я так понимаю, публикуют?
Валентин ГИБАЛОВ. Да, публикуют. И тут надо понимать, что без термоядерной энергетики трудно представить "светлое будущее". Мы знаем, что нефть и газ закончатся. Мы знаем, что уголь тоже когда-то закончится. Есть надежда на возобновляемые источники, но они тоже ограничены по своим масштабам применения, как ни крути. А если размер мировой энергетики вырастет в 10-100 раз, а то и в 1000 раз, то единственный вариант, который у нас остаётся — это замкнутый ядерный топливный цикл и термоядерная энергетика. Так что важны любые результаты на пути к синтезу, как бы смешно они сегодня ни выглядели.
Например, в Канаде есть команда "Дженерал Фьюжн", у которой концепция совершенно сумасшедшая, хотя она корнями уходит тоже в 1980-е годы. Канадцы создают такие же плазменные вихри, как Tri Alpha, но сжимают их не магнитными полями, а внутри вращающейся трёхметровой капли из расплавленного свинца. Внутри этого вращающегося шара за счёт центробежной силы образуется узкий канал, куда загоняют плазменные вихри, а во всё это безобразие снаружи шара одновременно ударяет пятьдесят паровых молотов.
"ЗАВТРА". С ума сойти. Паровые молоты создают термоядерную реакцию?!
Валентин ГИБАЛОВ. Да. Молоты сжимают жидкий свинец, свинец давит на плазму, а в центре свинцового шара плазма даёт термоядерную вспышку. Получается эдакий "термоядерный паровоз". Канадцы оправдывают это тем, что, раз в их установке нет магнитного поля, а молоты работают на пару, то пар и не надо получать из электроэнергии, можно использовать сразу тепло самой термоядерной реакции, без потерь на электричество.
