Академик Евгений Велихов: ЖАР-ПТИЦА УЛЕТЕЛА

Академик Евгений Велихов:

ЖАР-ПТИЦА УЛЕТЕЛА

Вся эта история напоминает мне сказку о жар-птице и Иванушке, который ее ловит. Причем выходит он в поле каждую ночь, ждет, когда таинственная птица прилетит, но приблизиться к ней так и не может — не подпускает она Иванушку! Стоит ему сделать шаг — другой, и птица тотчас взмахивает крылами и исчезает… В будущее? Возможно, и так, но пока факт остается фактом: не удается поймать жар-птицу, хотя и обещано это было давно не только отцу, что послал Иванушку на ночную охоту, не только селу, где наслышаны о подвигах Иванушки, но и всему свету, который ждет от сказки счастья и изобилия.

В XX веке физики сулили человечеству богатство, заверяя, что скоро они ухватят жар-птицу за хвост — то есть усмирят водородную бомбу, заставят ее гореть послушно в недрах термоядерного реактора, тем самым давая планете энергию в изобилии.

На юбилее академика Л.А. Арцимовича — родоначальника этого направления исследований в нашей стране, естественно, вновь разговор зашел о том, что "перышко жар-птицы" уже в наших руках, так как теперь уже не только видны контуры термоядерной электростанции будущего, но и можно ее увидеть в чертежах.

Выбор И.В. Курчатова всегда был точен: если он ставил во главе того или иного направления человека, то можно было не сомневаться в его таланте, организаторских способностях и в конечном счете в успехе дела.

Курчатов хорошо знал Арцимовича. Они вместе работали еще в начале 30-х, и уже тогда обоих интересовали ядерные реакции. Ну а когда И.В. Курчатову выпала доля возглавить "Атомный проект", то Льву Андреевичу Арцимовичу он поручил "управляемые термоядерные реакции".

— У Игоря Васильевича было удивительное качество, — рассказывал мне Лев Андреевич, — он умел зажигать людей, увлекать их. Так случилось и со мной, впрочем, тут мои научные интересы полностью совпали с предстоящими работами…

В 1956 году в Англии Игорь Васильевич Курчатов прочитал свой сенсационный доклад об управляемом термоядерном синтезе. Впервые прозвучал призыв к научной общественности мира объединить усилия по обузданию "водородной бомбы". Тогда советские ученые рассекретили работы, которые они вели вот уже пять лет в своих суперсекретных лабораториях. Мало кто знает, что доклад для главы делегации написал Лев Андреевич Арцимович, и что именно он возглавляет все работы по "термояду", которые шли в Институте атомной энергии.

А здесь было чем гордиться! В лабораториях действовали разные термоядерные установки — ионный магнетрон ИМ, "Огра-1" — открытая магнитная ловушка, установка ПР-5, и наконец "Огра-2". Казалось, что вот-вот неуловимая плазма будет укрощена, и человечество еще к концу XX века получит неиссякаемый источник энергии.

В 1966 году в отчете Комиссии по атомной энергии Конгрессу США отмечалось: "Последние годы ознаменовались выдающимся достижением: в СССР впервые разработана магнитная бутылка нового типа. Утечка плазмы в ней предотвращается путем наложения магнитного поля. Полученная магнитная конфигурация более устойчива в гидромагнитном отношении, потому что магнитное давление имеет минимальное значение вблизи центра ловушки и возрастает в любом направлении, в котором плазма стремится покинуть камеру".

Под руководством академика Арцимовича рождался "Токамак". Этой установке суждено потеснить всех конкурентов, и в конце концов — к сожалению, не так скоро, как казалось вначале! — стать прообразом термоядерных станций XXI века. А то, что они будут, сомнений теперь уже нет ни у физиков, ни у правительств.

— Именно с работ академика Арцимовича начались те исследования, которые привели к появлению "Токамаков" — этого принципиально нового рубежа в познании термояда, — так начал свой рассказ академик Евгений Павлович Велихов. — Между учеными и обществом в свое время появилась определенная договоренность: как только будут достигнуты реальные успехи, то сразу же общество выделит необходимые средства для завершения работ…

— А разве это реально сегодня?

— Именно работы на "Токамаках" показали, что есть реальная возможность сделать заключительный рывок…

— То есть поймать жар-птицу? — Да!

МЫСЛИ ВСЛУХ: "За поразительно короткий исторический период в 40 лет народонаселение удвоилось и будет продолжать увеличиваться. Так, к 2010 г. оно составит 7,1 млрд. человек. Рост населения и развитие экономики ведут к очевидному увеличению спроса на энергию. Индустриальные страны, потребляющие три четверти общей энергии, насчитывают около 20 процентов населения, и их энергопотребление на душу населения в 10 раз выше, чем в развивающихся странах".

— …Ситуация с энергетическими ресурсами уже в XXI веке станет критической. Ведь только около 10 процентов мирового производства энергии обеспечивается за счет гидро- и ядерной энергии, а остальное — это легкодоступные ископаемые ресурсы, в основном — нефть, газ и уголь. Они стремительно истощаются. К альтернативным видам относятся: ядерная энергетика, гидроэнергетика, солнечная, геотермальная, приливная энергетика и управляемый термоядерный синтез. Для альтернативных энергетических технологий важнейшим становится вопрос о том, когда конкретная технология могла бы быть внедрена в полномасштабную энергетику.

— Вывод один?

— Конечно. И поэтому судьбу термоядерной энергетики мы связываем с XXI веком. Она становится просто необходимой.

МЫСЛИ ВСЛУХ: "Сохраняется фундаментальная проблема глобального изменения климата нашей планеты из-за парникового эффекта, основной причиной которого являются выбросы и накопление в атмосфере Земли углекислого газа (24 млрд. тонн в год). К середине XXI столетия температура Земли может увеличиться на несколько градусов, что приведет к быстрому в историческом масштабе переходу к новым климатическим условиям, связанным с ростом уровня Мирового океана, эрозией береговой линии, изменениями тем пературного режима и нарушениями существующей циркуляции атмосферы. На эти новые условия человечество может не успеть среагировать. Чтобы сохранить теперешний состав атмосферы, необходима постепенная замена энергетических технологий, не использующих сжиган ие ископаемого топлива, то есть переход на новые "чистые" технологии, исключающие парниковый эффект".

— А разве атомная энергетика к таким "чистым" технологиям не относится?

— Сегодня она, пожалуй, главный и единственный претендент на "первую скрипку" в энергетике XXI века. Ее главные преимущества — высокая концентрированность производства энергии и то, что при нормальном функционировании атомная электростанция не оказывает никакого отрицательного влияния на атмосферу. Однако у АЭС есть две серьезные проблемы. Это безаварийный режим работы и высокая радиоактивность отработанного топлива.

— Но ведь эти проблемы решаемы!

— Безусловно, безаварийность может быть при высоком уровне технологии. Однако потенциальный риск катастрофической аварии сохраняется из-за громадного запаса энергии в реакторе… Поэтому когда мы говорим о получении энергии при ядерных реакциях слияния (управляемый термоядерный синтез), то прежде всего подчеркиваем, что термоядерные установки намного безопаснее, чем ядерные.

— Парадоксально: реактор энергии больше дает и, тем не менее, безопаснее?

— Ему присуща внутренняя безопасность. Она исключает саму возможность неуправляемого аварийного разгона реактора. Есть и другие преимущества, которые свидетельствуют о перспективности именно этого направления развития мировой энергетики.

— Об этом физики говорят вот уже почти полвека…

— Да, это так. За это время удалось научиться создавать в лабораторных условиях необходимое для термоядерного реактора "звездное вещество" — плазму с высокой температурой и плотностью. На очередь встал вопрос о разработке термоядерного реактора.

ТОЛЬКО ФАКТЫ: "В середине 80-х годов на уровне президентов стран между Европейским сообществом, СССР, США и Японией была достигнута договоренность о разработке первого в мире термоядерного экспериментального реактора ИТЭР. Основная цель проекта ИТЭР — продемонстрировать впервые технологическую осуществимость использования термоядерной энергии как источника электрической энергии. По своей значимости проект ИТЭР равносилен создан ию первой атомной электростанции в Обнинске, пущенной 27 июня 1954 г".

— Пять тысяч киловатт… Это символично, не так ли?

— Первый реактор ИТЭР должен сыграть такую же роль. Надо показать, что физики не ошиблись! На "Токамаках" в Европе, Японии, в США были получены весьма обнадеживающие результаты, причем по тепловой мощности на этих установках мы приблизились к первой атомной… Так что символов вполне достаточно. Если работы не будут остановлены по разным причинам, и прежде всего — финансовым трудностям, то мощность можно повысить в два-три раза, а это уже вполне ощутимые результаты, которые позволяют говорит, что стадия фундаментальных исследований успешно преодолена.

— А затем?

— Можно будет приступать к созданию ДЕМО — Демонстрационной термоядерной электростанции. Она уже должна производить "коммерческую" электроэнергию.

— А на сегодняшний день главное достижение?

— Как и предусмотрено планами, создан инженерный проект экспериментального термоядерного реактора. Он прошел все стадии обсуждения и рецензирования. Документация подготовлена для того, чтобы передать ее в промышленность для изготовления агрегатов и систем реактора. Мы убеждены, что если по этому проекту установка будет построена, то на ней будет осуществлено зажигание термоядерной плазмы. Таким образом, завершится принципиальный этап в становлении и развитии этой проблемы.

ТОЛЬКО ФАКТЫ: "Параметры ИТЭР в стадии зажигания: большой радиус — 8,06 м, малый радиус -3,01 м, тороидальное магнитное поле — 5,7 Тл, ток в плазме — 24 МА, температура эле ктронов — 22 кэВ, ионов — 20 кэВ, термоядерная мощность -1500 МВт. ИТЭР — поистине грандиозное сооружение диаметром с десяти — и высотой с восьмиэтажный дом".

— Разработка реактора осуществлялась в несколько этапов. Сначала — определение основных параметров проекта. Эта работа была закончена к 1990 году. Однако уже в то время начались чисто инженерные исследования, поиски оптимальных конструкций. А с 1992 года четыре группы начали детально прорабатывать инженерный проект ИТЭР. Они находились у себя в стране, "дома", но, тем не менее, координация осуществлялась весьма жестко: для этого было создано три проектных центра — в США, Германии и Японии. Высший руководящий орган проекта — Совет ИТЭР — находится в Москве. Полная стоимость этапа инженерного проекта ИТЭР оценивается в 1,2 миллиарда долларов США.

— Но нем дальше, тем больше требуется денег?

— На сооружение реактора требуется около семи лет, а его стоимость составит 6,9 миллиарда долларов.

— Не очень дорого?!

— Любые научные достижения очень трудно оценивать в рублях или долларах, так как они подчас способны в корне менять жизнь человечества. И таких примеров множество — они банальны, и я не стану их приводить… Мне кажется, что на каком-то таком рубеже мы находимся сегодня, так как работы по ИТЭР дали возможность глубоко понять физику явления, преодолеть огромное количество "неустойчивостей", которые так мучили физиков. А знания, как известно, стоят дороже любых денег! Кстати, путь к ИТЭРу был сложен и дорог, пришлось провести множество экспериментов, а они, как известно, дорогие — так что страны — участницы этого международного проекта выполнили весьма значительный объем работ.

— Физика явления, безусловно, сложна… Но как представить то, что происходит внутри реактора?

— Необходимо, чтобы частица не вырвалась из камеры! Она должна быть внутри тора и не касаться стенок — магнитное поле обязано удерживать ее внутри. Траектория движения частицы сложна… В общем, можно представить, будто мы имеем дело с гигантским волчком, который создает термоядерная плазма. Температура ее достигает 450 миллионов градусов.

— Страшновато, но красиво и необычно!

— Так и есть, ведь ИТЭР — оригинальное, фантастическое сооружение.

— Если можно, несколько цифр, по которым можно судить об этом?

— Итак, идет зажигание… Газ воспламеняется, плазма работает минимально 150 секунд, но мы надеемся, что доведем время горения до тысячи… Часть энергии — 300 мегаватт мы теряем на излучении, 100 — на тепло, 50 — "выплескивается" на стенки. Это все непроизводительные потери, и они составляют по подсчетам треть всей получаемой энергии… Нейтроны вылетают в "коридор" из модулей. Их тысяча, размеры — два на два метра. Модули охлаждаются, то есть тепло отводится от них. Нейтронные потоки по сути дела и являются той "турбиной", что крутит нашу электростанцию. В отличие от атомного реактора эти потоки "чистые", так как в них нет осколков деления.

— Это реальные расчеты?

— По сути дела термоядерный реактор уже действовал, и мы наблюдали за его работой…

— Почему же мы об этом не знали?

— Мы наблюдали за ним в виртуальном пространстве, то есть на суперкомпьютере в Ливерморе.

— Там, где рассчитываются и моделируются термоядерные заряды?

— Это одна и та же область физики. Однако проект ИТЭР требует разработки и внедрения большого количества новых технологий. Это и технология термоядерной плазмы, и сверхвысокий вакуум, и сверхпроводники. Ключевая проблема — выбор и испытания материалов для термоядерного реактора. А следовательно, развитие новых металлургических технологий. Сколько времени потребуется для этого, сказать трудно, но сейчас поиск новый материалов для ИТЭР вышел на первый план. От успеха этой работы зависит и срок сооружения ИТЭР. Ясно, что это уже возможно в первой половине XXI века.

— Но первые элементы ИТЭР уже делаются?

— Конечно, ведь идут их испытания. Вот здесь-то в полной мере и проявляется международная кооперация. К примеру, есть уже "сверхпроводящие сегменты". Сначала они делаются в Италии, после этого переправляются на завод в Сан-Диего — там идет сборка. Следующий этап: обжиг в специальных печах. Затем новая проверка и отправка на испытания. Ведь процесс идет не в одной стране, а в нескольких, там, где есть соответствующие производства и испытательные стенды. Так что создание ИТЭР, на мой взгляд, это пример настоящей международной кооперации.

— А что вас больше всего поражает в проекте?

— Пришлось бы перечислять слишком многое… Думаю, для широкой публики необычным покажется проект "Робот". Понятно, что внутри реактора человеку находиться нельзя, но работы там проводить нужно. Для этого и создан специальный робот, который способен пройти в любую точку реактора, заменить трубки, если это нужно, провести любой, даже самый сложный ремонт. К примеру, он вырезает поврежденную трубку, прячет ее в своем корпусе, достает оттуда резервную и приваривает ее в нужное место… Кстати, в реакторе находится огромное количество трубок, столько же, сколько в человеческом организме сосудов. За всеми ими нужно следить. И как хирург проводит операцию на сосудах у человека, точно так же робот действует внутри реактора.

— Действительно, фантастика!

— Я и пытаюсь показать, что ИТЭР — это уникальный проект, хотя и дорогой — на сегодня он уже обошелся в полтора миллиарда долларов. Где же его строить? Ясно, что для этого нужны миллиарды долларов, и сразу же начались всякие "волнения"… Прежде всего в США. У них было множество разных крупных проектов, но подавляющее большинство из них канули в Лету. По поводу ИТЭРа там было множество комиссий. У них не было разделения на научную и проектную части проекта. В основном у нем участвовали ученые и исследователи, а это десятки университетов и лабораторий. При строительстве реактора они как бы остаются в стороне. А потому совсем не случайно, что в США заявили, мол, теперь им ИТЭР как бы и не нужен. Это вписывается в общую идеологию Америки, где считают, что в ближайшие четверть века не надо вкладывать деньги в энергетику.

— Берегут средства?

— Они аккуратно финансируют работы. Американцы затратили порядка 7–8 миллиардов долларов на исследования и полтора миллиарда на сам проект. И теперь у них сомнения… Следующий этап — он продлится три года — поиски того, как сократить затраты на строительство ИТЭР. Конечно, придется поступиться и мощностью, и рядом других показателей, но иного пути нет: необходимо делать ИТЭР дешевле, иначе работы застопорятся…

— Намного?

— В два раза… И далее: американцы решили подождать, посмотреть, что получается, а самим не принимать участие в работах…

— Странная позиция/

— Думаю, они вообще не хотят заниматься сейчас этой проблемой. Но под давлением европейцев и в особенности японцев, не могут ее оставить.

— А с нами уже не считаются?

— Мы не платим, к сожалению…

— Можно говорить, что американцы фактически ушли из проекта?

— Вернутся они или нет, это статья особая…

— На распутье?

— В какой-то мере. Что делать дальше? Может быть, при прогнозе на будущее вернуться к атомной энергетике? Современная АЭС должна отвечать всем требованиям сегодняшнего дня по безопасности, а следовательно, ее строительство займет приблизительно столько же времени, сколько и ИТЭРа. Однако уверенность в работе атомной станции и термоядерного реактора весьма различна… Да и потребности в дополнительной энергии в Америке и Европе в первой половине XXI века не будет, а потому здесь даже атомная энергетика не развивается, а сворачивается. Считается, что Америка и Европа полностью обеспечены нефтью, газом и углем, причем они дешевле, чем энергия, получаемая с помощью термояда. Так что ИТЭР попал в определенный вакуум… В Азии ситуация иная: там потребность в энергии растет стремительно, и не случайно, что Япония проявляет такой интерес к проекту.

— Значит, пессимистов сейчас становится больше?

— Как ни странно, на судьбу ИТЭРа влияет и то, что у него нет военного применения. Атомная энергетика развивалась параллельно с боевым применением реакторов, достаточно вспомнить о производстве плутония и о подводных лодках… Но, тем не менее, термоядерный реактор будет просто необходим в некоторых районах Земли, где есть недостаток в пресной воде. К примеру, на Ближнем Востоке. Там судьбу войны и мира скоро будет решать именно наличие воды, а все остальное уйдет на второй план. Если все будет развиваться хорошо, то нам удастся в этом районе начать строительство термоядерной электростанции, энергия которой в основном пойдет на опреснение морской воды. Это одно из применений ИТЭРа.

ИЗ ПОСТАНОВЛЕНИЯ ПРАВИТЕЛЬСТВА РФ: "С целью выполнения обязательств Российской Федерации по Соглашению между Европейским сообществом по атомной энергии, Правительством Российской Федерации, Правительством Соединенных Штатов Америки и Правительством Японии о сотрудничестве в разработке технического проекта Международного термоядерного реактора от 21 июля 1992 г. и поправке к нему от 22 сентября 1998 г. утвердить предлагаемую федеральную целевую научно-техническую программу "Международный термоядерный реактор ИТЭР и научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в его поддержку" на 1999–2001 годы".

Далее Правительство поручает министерствам и ведомствам, имеющим непосредственное отношение к реализации Программы выделять необходимые средства и оказывать ученым и специалистам всю необходимую поддержку. К сожалению, благие пожелания так и остаются пожеланиями — финансирования нет.

…Академик Л.А. Арцимович однажды сравнил проблему управляемого термоядерного синтеза с пилотируемым полетом на Марс, мол, эти два проекта по интеллектуальным и материальным затратам весьма близки. Наверное, наш великий ученый был прав, хотя еще четверть века назад и о термоядерном реакторе, и о марсианской экспедиции можно было только фантазировать. Но наука развивается столь стремительно, что даже такие мечты становятся реальными.