В японском городе Мито состоялась тихая сенсация: 33 страны -- участницы одного из крупнейших международных проектов на Земле ИТЭР подтвердили все обязательства по проекту. В причинах такой обязательности разобрался корреспондент Infox.ru.
17-18 июня 2009 года в японском городе Мито прошло четвертое заседание совета по строительству во Франции одного из крупнейших международных проектов -- термоядерного реактора ИТЭР (ITER). Незадолго до этого в прессе стали появляться сообщения об изменениях в планах строительства и работы реактора, которые должны были обсуждаться в Японии. Так, в своем интервью Nature первый заместитель генерального директора ИТЭР Норберт Холткамп (Norbert Holtkamp) сообщил о возможном переносе запуска установки, то есть даты получения первой плазмы. Некоторые СМИ пошли дальше. «Би-би-си», например, сообщала о возможной приостановке проекта в связи с более чем троекратным увеличением его бюджета. Собственные источники «Би-би-си» сообщили о том, что на настоящий момент бюджет ИТЭР оценивается в 16 миллиардов долларов США, хотя изначально технический проект, завершенный в 2001 году, предусматривал гораздо более скромные затраты – строительство ИТЭР было оценено в 5 миллиардов долларов.
ИТЭР устоял, сроки подтверждены
Ожидания прессы не оправдались – никаких сенсаций в Мито не произошло. Если не считать сенсацией то, что в условиях мирового финансового кризиса ни одна из стран-участниц не отказалась ни от одного из своих обязательств по проекту. Корреспондент Infox.ru обсудил результаты встречи в Мито и дальнейшие перспективы этого беспрецедентного по масштабам международного проекта с Анатолием Красильниковым, руководителем Российского агентства ИТЭР.
«Основной темой этого заседания было, конечно обсуждение плана-графика сооружения установки вплоть до получения первой плазмы, -- рассказал Анатолий Красильников. – Надо отдавать себе отчет в том, что это крупнейший международный проект на сегодня, тридцать три страны участвуют. Каждая страна имеет свои внутренние обстоятельства. И, конечно, в таком крупном проекте разные партнеры могут двигаться с разными скоростями. Действительно, были некие сомнения, все ли партнеры сегодня готовы к тому, чтобы обеспечить пуск в 2018 году».
Изначально при подписании 21 ноября 2006 года в Париже соглашения о создании Международной организации ИТЭР в городе Кадараше, ранее выбранном для строительства реактора, датой получения первой плазмы указывался 2016 год. Однако уже на втором съезде Совета ИТЭР в Аомори в Японии она была перенесена на 2018 год – к тому моменту план проекта был еще раз тщательно пересмотрен и проанализирован.
«На этом совещании все партнеры подтвердили, что они считают своей целью, и это записано в документ, запуск установки и получение первой плазмы в 2018 году, -- рассказал Анатолий Витальевич. -- То есть именно тогда сооружение из стадии строительства установки должно перейти в стадию начала ее эксплуатации».
Стоимость проекта
Что касается бюджета строительства, то с 2001 года, когда завершилось техническое проектирование реактора, он ни разу не пересматривался. До сих пор в официальных документах он зафиксирован на уровне 5 миллиардов долларов. С тех пор в результате инфляции заметно выросли цены на строительные материалы и зарплаты сотрудников. На стоимость проекта повлияло и увеличение количества его участников. Если в 2001 году строить ИТЭР собирались только три члена: Евросоюз, Россия и Япония, то к 2007 году к строительству подключились США, Китай, Южная Корея и Индия. А это значит, что выросло число сотрудников, выросли затраты на обеспечение коммуникации между национальными агентствами – техническое обеспечение видеоконференций и командировки сотрудников. По словам Норберта Холткампа, «строительство ИТЭР – это как строительство Международной космической станции, только надо еще в процессе создать NASA и ESA».
Но то, что бюджет вырос – факт, который не оспаривается никем из официальных лиц. И, возможно, это бы воспринималось как естественный процесс, если бы не финансовый кризис.
Как подействовал кризис
«Кризис – это снижение финансовых потоков в мире, снижение поступления в бюджеты стран-участниц. И в этом смысле, конечно же, кризис не сказывается благоприятно на обеспечении финансирования у каждого из партнеров», -- считает Анатолий Красильников. Именно волна снижений финансирования научных проектов по всему миру подстегнула интерес прессы к встрече в Мито. Однако пессимистичные прогнозы не оправдались. «Ни один из партнеров пока не заявил о том, что кризис как-то сказался на снижении финансирования», -- рассказал Красильников.
Руководители множества крупных строительных проектов не раз отмечали, что нынешний финансовый кризис имеет и положительную сторону. Это верно и по отношению к постройке реактора в Кадараше. «Кризис притормозил тот рост цен, который наблюдался в последние несколько лет, на ключевые материалы, которые мы используем. На нержавеющую сталь, на алюминий, -- поделился с корреспондентом Infox.ru руководитель Российского агентства ИТЭР, -- это позитивное влияние кризиса. Но тут надо отметить такую вещь. Поскольку ИТЭР – установка уникальная, то во многих случаях мы используем уникальные же и материалы. Такие как ниобий, например. Цены на такие материалы кризис не снизил, к сожалению».
Позиция России
В любом случае, сохранение временных сроков постройки ИТЭР – хорошая новость. И для России в первую очередь. «Дело в том, что Россия уже несколько лет целевым образом финансирует работы по созданию установки ИТЭР. Мы имеем зафиксированный федеральный бюджет по созданию систем ИТЭР, которые входят в нашу часть ответственности, -- рассказал Красильников. -- Некоторые партнеры начали такое целевое финансирование буквально вот последний год. А мы уже несколько лет в такой фазе. И это, с одной стороны, привело к тому, что мы по разработке и созданию ряда систем впереди других партнеров. С другой стороны, притормозить работы мы не можем. То есть любое торможение в создании тех или иных систем приводит к тому, что выделенное финансирование улетучится». Причина в том, что Российское агентство, как и все бюджетные организации России, в конце года отправляет выделенные, но не использованные в течение года деньги обратно в бюджет. И получить их еще раз уже не может.
Бежать впереди других партнеров, если они откладывают выполнение каких-то работ, российские организации могут не всегда. По ряду систем разные этапы работ проводятся в разных странах. К примеру, сверхпроводниковый кабель изготавливают в России, на недавно открытом в Глазове заводе. Затем он отправляется в Европу для последующей обработки. Но завершающий этап – изготовление обмотки – опять же производится в России. «То есть мы уже сегодня работаем в ряде систем как единый организм с некоторыми партнерами. Поэтому если мы впереди, а они отстают, то весь караван тормозит», -- описал ситуацию Анатолий Витальевич.
Поэтому позиция России на всех форумах ИТЭР всегда заключается в том, чтобы все остальные партнеры выполняли свою часть работ в срок и обеспечили получение первой плазмы в 2018 году. Так что результаты встречи в Мито в некоторой степени можно считать успешными для нашей страны.
Зачем нужен ИТЭР
Успешная реализация проекта ИТЭР – шанс для всего человечества освободить себя от проблем, связанных с исчерпанием энергоресурсов, на миллионы лет вперед. Газ, нефть и даже уголь на Земле скоро закончатся. Запасов топлива для атомных электростанций больше – их хватит на несколько сотен лет, но и они ограничены. К тому же АЭС выдают на выходе радиоактивные отходы, проблема утилизации которых до сих пор толком не решена. Поэтому надежды многих направлены именно на строительство термоядерных электростанций – ТЯЭС. Топлива для них на Земле предостаточно.
Но ядра, даже у легких элементов, просто так не слепить. Чтобы они начали взаимодействовать, нужно столкнуть их с силой, превышающей электростатическое отталкивание. А для этого их придется нагреть до невообразимо высокой температуры, превратить в плазму. Для той же реакции дейтерия с тритием, на которую ученые и возлагают основные надежды, необходима температура в 100 миллионов градусов. Для сравнения, температура в центре Солнца – около 15 миллионов градусов.
Есть и другие требования – высокая плотность, а значит, внутреннее давление плазмы и относительно большое время ее удержания в реакционном состоянии. Последнее необходимо для того, чтобы энергия, выделившаяся в ходе реакции, превышала затраты на нагрев и сжатие плазмы.
История мирного термояда
Идеи, как технически провести такую реакцию, появились еще в первой половине XX века. С тех пор во всем мире создавались экспериментальные реакторы разных типов: взрывные камеры, в которых с небольшим периодом повторяются «микровзрывы» сжатого топлива, энергию которых планируется использовать, и квазистационарные системы, в которых плотность реагирующего вещества относительно низка, зато плазма удерживается в стабильном состоянии длительное время, в течение которого отдает энергию. Научные организации разных стран разработали несколько вариантов квазистационарных систем. Наиболее известными и наиболее успешными оказались тороидальные магнитные ловушки токамак и стелларатор. Если плазму замкнуть в кольцо, придав ей форму бублика, и наложить вдоль этого бублика-тора магнитное поле, то частицы плазмы могут перемещаться свободно по тороидальной траектории, при этом все время оставаясь внутри ловушки и не сталкиваясь со стенками.
Однако для эффективной работы тороидальной ловушки магнитное поле в ней должно иметь сложную винтообразную конфигурацию. Ученые США и СССР в 50-х годах придумали два разных решения этой проблемы. Лайман Спитцер (Lyman Strong Spitzer) в США предложил использовать специальные винтовые обмотки изощренной формы. Их изобретение получило название «стелларатор» от от латинского слова stella – звезда.
В СССР же Игорь Евгеньевич Тамм и Андрей Дмитриевич Сахаров для создания винтового поля в тороидальной камере решили пустить электрический ток прямо по плазме. Названием установки стало сокращение от выражения «тороидальная камера с магнитной катушкой» -- «токамак». Теперь оно известно во всем мире.
Между стеллараторами и токамаками происходило соревнование. Показателями успешности считались температура и время удержания плазмы. В определенный момент стал лидировать токамак. В 70-х годах США отказались от идеи стеллараторов и тоже перешли на токамаки. Во многом именно поэтому к середине 80-х годов XX века токамак оказался наиболее изучен и продвинут. Поэтому, когда в 1985 году Советский Союз предложил международному сообществу строительство крупного термоядерного реактора общими усилиями, ни у кого не возникло сомнений, что это должен быть именно токамак.
Впрочем, возможно, техническую реализацию термояда придется пересмотреть, и не раз: «Не факт, что в будущем не разовьется какое-то другое направление, те же самые стеллараторы», -- пояснил Infox.ru доцент МФТИ, начальник сектора CODAC удаленного доступа отдела физики и информационных технологий Российского агентства ИТЭР Игорь Борисович Семенов. Но пока эта идея -- самая перспективная, подтвердил ученый.
Почему такой большой
Впрочем, их мнение вряд ли стоит считать авторитетным. В создании ИТЭР были задействованы физики, работающие с тороидальными ловушками уже несколько десятков лет. В основу устройства экспериментального термоядерного реактора в Кадараше легли все знания, полученные в ходе экспериментов на десятках токамаков-предшественников. И эти результаты говорят о том, что реактор обязательно должен токамаком, причем большим.
Размеры реактора однажды менялись. Это произошло на рубеже XX-XXI века, когда США вышли из проекта, а оставшиеся члены поняли, что бюджет ИТЭР (к тому моменту он оценивался в 10 миллиардов долларов США) слишком велик. От физиков и инженеров потребовали уменьшить стоимость установки. А сделать это можно было только за счет размеров. Руководил «перепроектированием» ИТЭР французский физик Роберт Аймар (Robert Aymar), который прежде работал на французском токамаке Tore Supra в Кадараше. Внешний радиус плазменного тора был сокращен с 8,2 до 6,3 метра. Впрочем, риски, связанные с уменьшением размера, отчасти компенсировали несколько дополнительных сверхпроводящих магнитов, которые позволили реализовать открытый и исследованный на тот момент режим удержания плазмы.
Перспективы проекта
Итак, обогащение ядерного топлива, утилизация радиоактивных отходов и, конечно, разработка принципов, которые позволят построить ТЯЭС – вот основные задачи, стоящие перед будущим термоядерным реактором.
Однако руководитель Российского агентства ИТЭР отмечает и другие перспективы этого проекта: «Российская Федерация делает девятнадцать систем. В девятнадцати научных коллективах, даже больше – некоторые системы выполняются группой коллективов -- есть задачи выше мирового уровня. Наши ученые, инженеры, технологи контактируют с ведущими мировыми коллективами, центрами. И, несомненно, это делает проект ИТЭР локомотивом для индустриального и научного развития нашей страны».
Очередное заседание совета ИТЭР состоится 18-19 ноября в Кадараше. К этому моменту все участники должны провести анализ рисков, связанных с финансированием и техническим обеспечением производства различных систем, находящихся в зоне их ответственности, и подтвердить свои обязательства по проекту и готовность следовать намеченному плану.
