«Солнце на Земле»: Анатолий Красильников — о будущем мировой энергетики

Атомная энергетика уже больше 10 лет считается «зеленой альтернативой» угольным и другим видам электростанций. На сегодняшний день многие ассоциируют эту сферу только с классическими ядерными реакторами, где энергия вырабатывается благодаря делению тяжелых ядер атомов. Но не все знают, что вот уже много лет мировое сообщество занимается разработкой нового типа реактора — термоядерного. Анатолий Витальевич Красильников, директор Частного учреждения Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР», в интервью T&P рассказывает, что это такое и почему термоядерный реактор вскоре станет будущим атомной энергетики для всего мира.

— В узких кругах проект термоядерного реактора ИТЭР уже называют «Солнцем на Земле»: чем этот проект отличается от тех реакторов, которые уже существуют? И можно ли его назвать совершенным реактором?

— На сегодняшний день существуют ядерные реакторы. В ядерных реакторах происходит генерация энергии в процессе деления очень тяжелых ядер, таких как уран-235, плутоний-239, под действием нейтронов, которые в этом реакторе же и вырабатываются. Происходит цепная реакция: ядра делятся, производятся нейтроны, нейтроны вступают в реакцию с другими ядрами, и реактор постоянно работает и вырабатывает энергию. В результате суммарная масса продуктов деления меньше, чем масса исходных тяжелых ядер — суммарная масса нейтрона плюс тяжелое ядро. В ходе высвобождается большое количество кинетической энергии, тепла, и вот этот дефект масс — в соответствии с формулой Эйнштейна E=mc2 — мы как бы переводим в генерируемую энергию. Вот это принцип работы ядерных электростанций.

Термоядерная электростанция, про которую мы сейчас с вами говорим и которую мы строим, ИТЭР, — это первый экспериментальный термоядерный реактор. Она работает по другому принципу: в термоядерном реакторе ядра не делятся, а, наоборот, соединяются. Оказывается, что если вы соединяете легкие ядра, такие как дейтерий, изотоп водорода, и тритий, другой изотоп водорода, то у вас суммарная масса продуктов реакции оказывается меньше, чем начальная масса двух топливных ядер. И тут мы опять переводим массу в энергию. При этом удельное производство энергии, на один нуклон, существенно выше, чем в случае реакции деления.

Но, к сожалению, с ИТЭР все не так (относительно) просто, как с привычными нам АЭС, про которые мы знаем уже достаточно много. Мы занимаемся термоядерными реакциями, и порядок действий требует научиться работать с новыми ресурсами и методами.

— Что нужно для проведения термоядерной реакции, кроме самого реактора?

— В первую очередь нужно создать плазму и очень сильно ее разогреть, до сверхвысоких температур, в ИТЭР эта температура будет достигать 300 миллионов градусов, поэтому его и называют «Солнцем на Земле».

Зачем нужны такие колоссальные температуры? Потому что плазма — это 4-е состояние вещества, полностью ионизированный газ. Это означает, что у вас не атомы существуют в плазме, а отдельно ионы и электроны. Они оторваны друг от друга, но живут в едином пространстве, в вакуумной камере, но они вот живут в состоянии ион/электрон, а не в состоянии атомов.

А мы хотим соединить 2 иона, но они оба положительно заряжены. Одинаково заряженные частицы, как мы знаем из физики, отталкиваются. Поэтому, если вы их начинаете сдвигать, чтобы они слились, они отталкиваются и разлетаются. Реакция синтеза не идет. Для того чтобы реакция синтеза пошла, их надо сильно разогреть, сильно разогнать до больших скоростей, чтобы они при полете навстречу друг другу преодолели эту силу отталкивания.

Но, на самом деле, температура внутри ИТЭР будет в 15 раз выше, чем на Солнце. На Земле, внутри реактора, температуры должны быть выше, чтобы компенсировать разницу в других не менее важных показателях. Например, Солнцу хватает более низких температур благодаря более эффективному удержанию ионов в плазме за счет собственной гравитации. Сила притяжения этой звезды не дает ионам и электронам разлететься во все стороны.

У нас, на Земле, масса реакторной плазмы не может быть такой же колоссальной, как у Солнца, гравитационные силы малы. Нам необходимо было придумать другой способ удержания плазмы в одном замкнутом объеме. И советские ученые, Игорь Евгеньевич Тамм, Андрей Дмитриевич Сахаров, придумали удерживать плазму магнитным полем. Не гравитационным полем, не за счет притяжения, а удерживать плазму с помощью «магнитной ловушки». Так по их разработкам был создан токамак — тороидальная камера с магнитными катушками, которая позволит удерживать в одном объеме большое количество сильно разогретой плазмы. В этом плане перед физиками стоит исключительно сложная задача.

— А как насчет экономических факторов? Можно ли говорить, что термоядерная энергия будет «дешевле», чем та, которую получают от действующих АЭС?

— У термоядерной энергетики есть несколько принципиальных преимуществ, которые действительно делают ее экономически выгодной. Первое — неисчерпаемость топлива. Топливом для этих реакций являются дейтерий и тритий. Дейтерий можно добывать из воды Мирового океана, это бесконечный резервуар. Тритий мы уже умеем нарабатывать из лития, в том числе в ядерных технологиях. Так что можно говорить о том, что мы обеспечены топливом на тысячелетия вперед.

Второе преимущество — безопасность. В термоядерном реакторе самая большая неприятность, которая может произойти, — это прекращение горения плазмы. То есть никакого взрыва в принципе быть не может, равно как и выброса радиоактивных отходов из места расположения реактора вовне. И в этом смысле неисчерпаемость по топливу и внутренняя безопасность реактора обеспечивают колоссальную привлекательность этого вида энергетики.

— Можно ли говорить, что термоядерная энергетика — это будущее ядерной энергетики, которое будет развиваться закономерно?

— Это будущее всей энергетики. Но и, в частности, ядерной, потому что в основе этой энергетики лежат ядерные процессы. Это синтез ядер, слияние ядер. Это ядерная энергетика, и там очень много ядерных технологий, потому что нам ведь не только нужно разжечь реакции, нам дальше нужно преобразовывать результат этой реакции в удобные и нужные виды энергии. Чтобы лампочка горела, чтобы батареи были теплыми.

И в этом смысле эти процессы, технологии преобразования очень похожи и близки к тому, что разработала и использует уже сегодня ядерная энергетика. Поэтому, конечно же, термоядерная энергетика и возникла как опция, как развитие ядерной энергетики. Она и в дальнейшем будет логичным развитием технологий ядерного энергетического цикла.

— Как, предположительно, изменится жизнь человечества с началом применения термоядерной энергетики?

— В первую очередь, термоядерная энергетика не допускает выбросов в атмосферу углеродосодержащих веществ. И в этом смысле она не наносит вреда окружающей среде. Это одна из ее важных характеристик.

Еще один важный фактор — высокая мощность термоядерного реактора. При высоком уровне безопасности, сравнимом с ветряными установками и солнечными панелями, термоядерный реактор может вырабатывать гораздо больше энергии и буквально осветить и согреть целый город, снабдить энергией огромные производственные комплексы. И все это — независимо ни от солнца, ни от ветра, ни от чего на Земле. Зависит только от подачи дейтерия и трития в реактор.

Еще один важный и неочевидный фактор — это способность термоядерного реактора работать в любых условиях. Как я уже говорил, он зависит только от подачи топлива, а это значит, что реактор при нормальном оснащении топливом можно будет расположить где угодно: на суше, в воде и даже в космосе. На сегодняшний день уже нет сомнений, что именно термоядерная энергетика поможет человечеству осваивать дальний космос.

— Говоря о такой территориальной масштабируемости, можно ли предположить, что в дальнейшем как вектор развития термоядерных реакторов возникнут «малые мобильные реакторы»?

— Несомненно, да. Существует несколько разных концепций устройства термоядерного реактора, в том числе и небольшие.

— То есть это уже не что-то из области научной фантастики?

— Разные концепции разных термоядерных реакторов — они по-своему научная фантастика. Вот токамак ИТЭР уже строится, а через 5–6 лет будет работать и производить 500 мегаватт термоядерной мощности. Токамак JET в Англии уже произвел 16 мегаватт термоядерной мощности. То есть это уже никакая не фантастика, это просто наша жизнь. В этом смысле концепция токамака уже сильно продвинута в плане прототипизации будущего реактора. А некоторые концепции еще находятся на уровне разной степени разработки.

Поэтому, конечно же, будут станции разной мощности. И очень мощные, гигаваттного диапазона и 10-мегаваттного диапазона, а может быть, и 1-мегаваттного. То есть здесь нет никаких запретов.

— Каковы важнейшие факторы для дальнейшего развития исследований в области термоядерной энергетики и для ее более обширного внедрения в России и в мире?

— Важнейший фактор, конечно же, все международное сотрудничество, которое занимается проектом ИТЭР, сегодня в разработках принимает участие 35 стран. Уже сегодня международное сообщество понимает, что ИТЭР — необходимый шаг для создания термоядерного реактора на Земле. Как только страны-участницы убедятся в реализуемости этого проекта, можно будет говорить о будущем развития термоядерной энергетики.

Как только проект ИТЭР успешно отработает и продемонстрирует, что мы можем эту плазму создать, нагреть и удержать в течение 1000 секунд, это будет означать, что мы готовы к реакторостроению, по крайней мере на этом принципе. Поэтому сейчас для нас, конечно, очень важно как можно более ускоренным темпом реализовать и сооружение, и запуск, и эксперименты на токамаке ИТЭР.

Но это не единственный фактор. Для того чтобы проект ИТЭР реализовался, важно, чтобы у всех стран было твердое желание запустить проект как можно раньше. В свое время еще академик Арцимович ответил на вопрос «А когда будет термоядерная энергия?». Его ответ был таким: «Тогда, когда правительствам или человечеству это будет нужно». Но этот момент крайняя необходимость пока что так и не наступила. Сейчас пока энергии хватает. И у нас в стране, и в большинстве стран мира, технологически развитых, энергии хватает. Но что будет завтра?

Сегодня уже понятно, что в Европе начинается дефицит энергии. То же самое происходит в Китае, Японии, Индия тоже подбирается к условиям дефицита энергии из-за роста населения. И как только этот недостаток энергии станет ощутим, тогда и начнется движение в сторону нового источника. Поэтому важно, чтобы страны понимали и осознавали, что внедрять термоядерную энергетику можно и нужно уже сегодня, не откладывая ее на завтрашний день.

«Госкорпорация Росатом была создана 1 декабря 2007 года указом Президента РФ. С этого события началась новая эра атомной отрасли России, и за 15 лет своего существования госкорпорация Росатом прошла огромный путь, превратившись в национального чемпиона энергетического сектора и лидера на глобальном рынке ядерных технологий. За период 2007–2022 годов были запущены программы развития атомной промышленности, благодаря объединению активов удалось сформировать цепочку полного цикла технологий от добычи урана до вывода атомных объектов из эксплуатации».

Реклама. www.myatom.ru