| За чистую плазму! | Получен плазменный разряд с максимальным током 25 тысяч ампер и продолжительностью плазменного разряда 40 мс, что соответствует расчетным показателям. Рядовому человеку эти факты мало о чем говорят, поэтому в меру своих способностей попытаемся рассказать, что представляет собой установка под названием «Токамак», а также историю ее создания.Как известно, ядерная энергия существует в двух видах. Первая получается при уже хорошо известной реакции деления тяжелых элементов, а вторая – при синтезе (соединении) легких элементов, подобно той, что происходит внутри Солнца и других звезд.
У военных на создание водородной бомбы ушло более десяти лет. Сравнительно быстро после первого взрыва атомной бомбы мирный атом стал выдавать киловатты элект-роэнергии. А вот как управлять мирным термоядом, армия ученых (называют цифру в сто тысяч человек) бьется до сих пор. Несмотря на то что на решение этой сложнейшей научно-технической проблемы уже затрачены десятки миллиардов долларов. На сегодняшний день это самый перспективный и дешевый вид электроэнергии, потому как она получается буквально из ничего – из изотопов водорода, считай – содержимого любого водоема. У термоядерной энергетики много преимуществ – малая радиоактивность, отсутствие опасности быстрого аварийного неконтролируемого разгона, «осколков» деления и т.д. Кроме этого, в термоядерной «печке» можно облучать природный уран-238, который сейчас уходит в отвалы, и получать плутоний-239 – искусственное ядерное топливо для реакторов деления. В это трудно поверить, но идею управляемого термоядерного синтеза (УТС) подсказал сержант срочной службы, не имевший даже среднего образования, Олег Лаврентьев. (Забегая вперед скажу, что ему так и не дали воплотить свою идею в жизнь.) Один из физиков по этому поводу разразился такими строками: «Вот этот самый дядя, что в армии служил, без взрыва синтез ядер устроить предложил!» Физик явно переборщил, дядя был двадцатилетним солдатиком. Термоядерный синтез возможен только при очень высоких температурах, измеряемых миллионами градусов. Поэтому стенками такого «сосуда», по мнению радиотелеграфиста Лаврентьева (мне особенно приятно это писать, потому что я тоже слушал эфир в течение четырехлетней службы на флоте) станет электрическое поле. Только оно способно удержать заряженные частицы, не сгорев и не испарившись. Свое видение термоядерной реакции талантливый самородок, служивший в то время на Сахалине, изложил в двух письмах, одно из них он отправил в адрес «отца всех народов», а второй – в адрес ЦК ВКПб. Последнее попало к куратору атомного проекта всесильному Берии, оттуда – к нашим отцам-физикам. Как писал позже академик Сахаров, идея УТС, предложенная солдатом, настолько ему понравилась, что натолкнула на мысль удерживать плазму магнитным полем, которое создается катушками, расположенными в виде тора, бублика. Отсюда и название «Токамак» – тороидальная камера с магнитными катушками. Тогда все казалось просто: раз даже солдаты срочной службы присылают оригинальные идеи, как заставить термояд гореть медленно, то и построить термоядерную электростанцию будет не так уж сложно. Стоит только поднажать. В 1951 году Сталин подписал постановление о создании термоядерной электростанции. На это было отпущено два года, за успешный пуск реактора заранее назначались премии и награды. Но даже такой пряник не помог. Сначала был небольшой успех, а потом наступила черная полоса разочарований. Результаты исследований то дарили исследователям надежду, то ввергали их в отчаяние. Получить плазму с нужными параметрами не удавалось. Иногда казалось, что не люди управляют ею, а она управляет людьми. Выступая в Зальцбурге на первой конференции МГАТЭ по физике плазмы и УТС академик Арцимович, один из кураторов термояда, сказал пророческие слова: «Сейчас всем ясно, что первоначальное предположение о том, что двери в желанную область сверхвысоких температур откроются без скрипа при первом же мощном импульсе творческой энергии физиков, оказалось столь же необоснованными, как и надежда грешника войти в царство небесное, минуя чистилище. И все же вряд ли могут быть какие-нибудь сомнения в том, что в конечном итоге проблема будет решена. Неизвестно только, настолько затянется наше пребывание в чистилище». В соревновании идей в 60-х годах вперед вырвались советские ученые. Под руководством талантливого физика Натана Явлинского (к сожалению погибшего потом в авиационной катастрофе) был построен исторический исторический токамак-3 с высокими параметрами – 10 миллионов градусов «почти спокойной» плазмы. После этого токамаки стали основным направлением по УТС во всех технически передовых станах, задвинув на второй план «стеллараторы». Казалось, вот-вот «жар-птицу» поймают за хвост. В 70-х годах начало зарождаться широкое международное сотрудничество по термоядерному реактору, но объединить усилия всех физиков, как всегда, помешала политика. Когда «холодная война» пошла на убыль, возглавивший СССР Михаил Горбачев предложил идею строительства термоядерного реактора на международной основе президенту Франции Франсуа Миттерану. Тот ее поддержал, чуть позже о своей готовности сотрудничать заявили США, Япония и Канада. Так родился совместный проект – Международный экспериментальный термо- ядерный реактор – ИТЭР. И, похоже, что время чистилища уже истекло, и свет в конце тоннеля все-таки появился. Во Франции в ядерном центре Кадараш началось строительство международного термоядерного реактора, который должен ответить на главный вопрос: как получить от плазмы больше энергии, чем в нее вложено? Нужно отметить, что Казахстан в квоте с Россией участвовал и довольно успешно в этом проекте на стадии технического проектирования. Идея строительства в Казахстане плазменной установки токамак, на которой ученые могли бы проводить исследования в поддержку ИТЭР, была впервые высказана академиком РАН Евгением Велиховым на встрече Азиатского фонда термоядерных исследований. Необходимую поддержку обещал президент страны Нурсултан Назарбаев и слово свое сдержал. На казахстанском токамаке получена первая плазма.
– К этому событию мы шли более десяти лет, – рассказывает один из лидеров проекта, заместитель директора Института атомной энергии НЯЦ РК Ирина Тажибаева. – Были проблемы с финансированием, недопонимание. Пришлось преодолеть много препятствий, чтобы доказать нужность и важность данной установки. А она уникальна в своем роде. В ее создании принимали участие лучшие научные центры России, главным конструктором и изготовителем установки является ленинградский институт НИИЭФА им. Ефремова. Казахстанский токамак – первая в мире установка, предназначенная для проведения широкого спектра материаловедческих исследований с целью наработок рабочей камеры и внутрикамерных элементов будущих термоядерных реакторов. А вот мнение молодого ученого Алексея Кириленко: «Увидеть плазму на установке, которую ты собирал своими руками и запустил, – просто здорово! На КТМ уже сложился молодой, с хорошими амбициями, коллектив специалистов. Большинство из них закончили наши вузы несколько лет назад. За это время мы успели уже пройти стажировку на лучших токамаках ЕС, России, Японии. Не терпится начать полномасштабные исследования в составе интернациональной команды, которую планируют создать в Курчатове на базе КТМ.» Как сказал, выступая в августе этого года на VII Межрегиональном форуме РК – РФ «Устойчивое развитие и высокие технологии» один из «крестных отцов» казахстанского токамака академик РАН Евгений Велихов, аналога данной установке пока нет ни в России, ни в мире. Поэтому интерес российских ученых к запуску токамака КТМ огромен и будет поддерживаться и реализовываться в рамках совместной программы научных исследований. Впереди еще много кропотливой работы – физический пуск установки, намеченный на конец следующего года, сдача всего комплекса государственной комиссии и вывод на номинальные параметры. КТМ предназначен не только для проведения работ по термоядерному материаловедению, но и для исследований по наработке искусственного ядерного топлива, утилизации долгоживущих высокоактивных отходов ядерной энергетики деления и, возможно, для производства электроэнергии в подкритических системах. Одной из главных задач КТМ признанный мэтр термояда, вице-председатель Совета ИТЭР Е. Велихов назвал создание на его базе организации международной лаборатории как центра международного сотрудничества с Россией, ЕС, США, Японией, Китаем и Южной Кореей. Участие в проекте КТМ позволит освоить новые технологии, используемые при сооружении крупных электрофизических установок и будущих энергетических термоядерных реакторов, будет способствовать созданию научно-технологической базы для реализации конкурентоспособной инновационной атомной энергетики на основе управляемого термоядерного синтеза.
Сергей БОРИСОВ, фото Сергея ХОДАНОВА, Алматы – Курчатов | |
|