Радио "Стори FM"
Гибридный век, гибридные сердца

Гибридный век, гибридные сердца

Вся история человечества есть история овладения новыми источниками энергии. И чем большей энергией овладевало человечество, тем лучше мы жили. Настанет ли, наконец, время, когда же у человечества появится прорва дармовой энергии? Ответ на этот вопрос знает академик Евгений Велихов, возглавляющий Курчатовский институт. Именно он у нас в стране отвечает за светлое будущее

Паровоз пришёл на смену телеге потому, что человечество сменило дрова на уголь, а сегодняшнему благосостоянию мы обязаны нефти и электричеству, каковое добываем на ядерных и прочих станциях. Но одна энергомечта человечества так и осталась неосуществлённой. Старики о ней уже забыли, а молодые даже не знают. Хотя всего полвека назад человечество живо интересовалось вопросом: где же термоядерные станции и когда наступит энергетическое изобилие, обещанное учёными?

Человечество взорвало атомную бомбу и вскоре построило атомные электростанции, научившись извлекать эту прорву энергии не одномоментно, а медленно и с пользой. Потом человечество взорвало термоядерную бомбу (водородную), там энергии оказалось ещё больше – выяснилось, что само Солнце работает на этой энергии, обеспечивает жизнь на Земле в течение миллиардов лет и ещё столько же без проблем проработает. Естественно, человечество заломило кепку набок и мечтательно закатило глаза: надо зажечь на Земле рукотворное Солнце – понастроить термоядерных станций и забыть на веки вечные про энергетический дефицит! 

Будь у нас прорва дармовой энергии, мы бы могли в Заполярье арбузы и бананы выращивать под стеклянными крышами, проложив горячие трубы в вечной мерзлоте!.. Граждане обратили свой взгляд на учёных: мирным атомом после атомной бомбы вы овладели, дайте теперь нам мирный термояд после взрыва бомбы водородной. Учёные кивнули: дадим! Научные журналисты застрочили про скорый золотой век.

С тех пор прошло более пятидесяти лет. И где же?...

Прежде чем ответить на этот вопрос, я обрисую парой слов, что такое термоядерная энергетика в натуральном выражении: всего два килограмма топлива (тритий и дейтерий), медленно сгорающих в топке термоядерной станции, могут обеспечивать электроэнергией огромный город в течение целого года. Термояд – это самое настоящее решение всех проблем, в том числе экологических: закроем дымящие тепловые электростанции, откажемся от атомных станций – этих потенциальных чернобылей и фукусим, переведём весь автотранспорт на электричество (сейчас это невозможно: автомобили потребляют энергии больше, чем вырабатывают все электростанции мира). Да чего там мелочиться – дороги зимой сможем отапливать, если захотим, чтоб летнюю резину на зимнюю не менять!

Однако не видно что-то на планете термоядерных станций. Куда же исчезла термоядерная мечта человечества?

Евгений Павлович, отчего так долго тянется вся эта история? Водородную бомбу вон когда взорвали – ещё при Хрущёве! А воз термоядерных станций и ныне там.

– Всё оказалось немного сложнее, чем мечталось в гагаринскую эпоху... Теоретическая возможность существования таких станций была ясна давным-давно, до бомб. Ещё в 1938 году Тамм нарисовал принципиальную картинку в своём учебнике «Основы теории электричества». Он предложил удерживать горячую плазму – этот кусочек Солнца с температурой в миллионы градусов – магнитными полями. В 60-е годы было экспериментально доказано, что магнитная система удержания плазмы нелинейна и не описывается простыми уравнениями, то есть она живёт какой-то своей, очень сложной жизнью... 

В 70-е годы весь мир пошёл по пути строительства экспериментальных токамаков. Токамак – это пустотелый бублик, внутри вакуум и магнитное поле, которое удерживает плазменный шнур «на весу». Кстати, первый крупный токамак был построен у нас. С опозданием на неделю запустили свой токамак и США. Потом подключились Япония, Европа, Южная Корея, Китай, Индия, Иран... С тех пор в мире были потрачены десятки миллиардов долларов на исследования и разработки в этой области.

А чем токамак отличается от термоядерного реактора электростанции?

– Токамаки – просто огромные лабораторные установки стоимостью в миллиард долларов каждая, которые выдают по 16 мегаватт термоядерной мощности. У нас в Курчатовском институте две такие установки. Последняя установка – это практически модель будущего реактора, потому что на ней стоит крупнейшая в мире сверхпроводящая система, которая должна быть на настоящем реакторе.

Сверхпроводимость предполагает охлаждение до космических температур! Это же очень дорого!

– Да. Но при комнатной температуре потери на создание мощного магнитного поля так велики, что КПД реактора будет низок. Поэтому, чтобы уменьшить потери, проводники снаружи реактора охлаждают до космических температур – минус 270оС. А внутри реактора – сто миллионов градусов по Цельсию. Поэтому я и говорю, реактор – дорогостоящее и очень сложное сооружение...

В общем, исследования нелинейного поведения плазмы в магнитном поле заняли четверть века и стоили миру примерно тридцать миллиардов долларов. А в 1985 году я предложил Горбачёву, когда он впервые поехал во Францию, подумать о строительстве первого демонстрационного реактора под эгидой международного сообщества и обсудить это дело с Миттераном. Миттеран поговорил с Рейганом, и в 1986 году в Женеве было наконец принято решение о совместном проектировании ИТЭР – международного термоядерного экспериментального реактора. 

На все утрясания потребовалось ещё два года, и в 1988 году были наконец подписаны все необходимые документы, и началась работа над проектом. Участвовали СССР, Япония, США, Канада и Объединённая Европа. А после распада СССР через Россию в проекте участвовал Казахстан. Работы продолжались десять лет – до 1998 года. На тот момент мы построили весь реактор в электронном виде, в сети. Больше того, все основные, наиболее критические элементы проекта выполнены «в железе» и испытаны военной промышленностью развитых стран.

Сложилась целая международная кооперация заводов – многие элементы начинали делаться в одной стране, доделывались в другой, собирались в третьей. Слишком уж сложную вещь человечество задумало построить. Например, по проекту вакуумная камера реактора имеет высоту 14 метров. А точность её изготовления – доли миллиметра! Был выполнен для обкатки технологии один элемент камеры. Его все страны делали, в том числе и Россия, а окончательные испытания проводились в Японии. Японцы построили сложнейшую систему роботов, которые будут ползать внутри реактора и менять элементы обшивки, потому что человеку там работать нельзя из-за радиоактивности. Задача робота – обрезать элемент обшивки, снять его, вынести наружу, взять новый элемент, внести, поставить на место и приварить трубопроводы... Японцы такие роботы сделали и испытали. 

Короче говоря, в 1998 году проект первого в мире термоядерного реактора был закончен. И сейчас он строится во Франции. Где-то в 2025 году будет достроен и заработает.

И когда же он даст первое электричество?

– Никогда. Он даст первую плазму, а не электричество. Потому что ИТЭР – не термоядерная электростанция, а экспериментальный реактор, он электричество вырабатывать не будет. Он будет выдавать только термоядерную мощность. Так же как первый в мире ядерный реактор электричество не вырабатывал. Потому что прежде, чем построить электростанцию и тратиться на такие простые вещи, как паровые турбины, трансформаторы и прочее, нужно обкатать новое сложное оборудование термоядерного реактора. А уж когда всё будет отлажено до винтика, обвязать реактор трубами с водой и турбинами, чтобы переводить получаемое тепло в электричество через нагрев воды, – не проблема. Мы это давно умеем. Но вряд ли это будет сделано.

Почему? Я что, не доживу до первой термоядерной станции? Когда я родился, о них начали говорить. Мне скоро на пенсию, а мы продолжаем о них говорить!

– Не доживёте. Скорее всего, развитие человечества пойдёт по другому сценарию. Во всяком случае, в этом веке. Всё-таки термоядерные станции – чрезвычайно дорогие сооружения. Там и космический холод нужно создавать в земных условиях, и были даже планы на Луне строить обогатительные фабрики, чтобы добывать из лунного грунта гелий-3 – топливо для термоядерных реакторов. Представляете затраты? Так что совершенно неясна коммерческая целесообразность этого мероприятия.

Опаньки! Мы мечтали об энергетическом изобилии, а тут стоимость киловатт-часа электроэнергии на вашей станции будет как грамм золота!

– Поэтому мы сейчас нацелились делать реакторы не чисто термоядерные, а гибридные.

 Что за гибридные станции?

– Её сердцем будет термоядерная установка, но термоядерная мощность будет использоваться не для производства тепла и электричества, а в качестве источника энергичных нейтронов. Дело в том, что токамак выдаёт огромное количество нейтронов, которыми мы будем облучать торий и делать из него уран для обычных атомных станций. Киловатт-час на термоядерной станции будет стоить дорого, вы правы. Во всяком случае, сегодня. А вот термоядерные нейтроны очень дешёвые! То есть на термоядерных реакторах мы будем производить не дорогое электричество, а дешёвые нейтроны. Их там так много и они такие энергичные, что в расчёте на один нейтрончик это будет выгодно, уже подсчитали.

А в чём прикол? Зачем из тория делать уран, если можно сразу добывать уран на урановых рудниках и обогатительных фабриках?

– Тория на Земле много больше, чем урана. Кроме того, он равномерно распределён по планете, а при его добыче нет никакого радиоактивного загрязнения окружающей среды. В отличие от урана, при добыче которого вы сразу «попадаете на экологию» – вносите радиоактивность в природу. Добывать торий на два-три порядка экологичнее! А уже из него сделаем уран, облучив торий нейтронами.

К тому же для гибридной станции проще требования к токамаку. Нам ведь, прежде чем запустить реакцию ядерного синтеза, нужно разогреть топливо до сотен миллионов градусов! А для этого затратить кучу энергии. И только потом, когда реакция запустится, поддерживать её, стараясь, чтобы выход энергии был больше входа, а это нетривиальная задача, которую и должен решить ИТЭР. Ну, а для гибридных реакторов требования не такие жёсткие. Мы можем получать на выходе даже меньше, чем затратим, потому что в данном случае нам нужны от термоядерной реакции только нейтроны, а не энергия. А энергию мы получим «во второй серии» – сжигая наработанное топливо в обычных ядерных реакторах. И всё равно останемся в выигрыше, потому что будем делать дешёвые нейтроны.

Всё равно я недоволен! Вместо энергетического изобилия золотого века и дешёвой энергии, вместо освоения Луны опять какое-то дремучее старьё в виде атомных станций, от которых мне делается скучно! Я не доживу до будущего, и вы в этом виноваты!

– Это не я. Это экономика. Реакторы современных атомных станций рассчитаны на срок работы 80-100 лет. Вот столько они и должны проработать. И им нужно топливо. Потому этот век вчистую выиграет ядерная энергетика. А на модные солнечные панели и ветряки я бы не рассчитывал. Ветер и солнце – это очень локальные ресурсы и не очень удобные. Там, где много ветров, например на российских северах, никто не живёт. И там, где много солнца, часто никто не живёт, например в Сахаре. Зато атомную станцию можно воткнуть где угодно. В СССР делали даже маленькие передвижные атомные станции на вездеходах – для условий Заполярья. Так что XXI век будет не термоядерным. А всего лишь гибридным. А вот следующий...

ХРОНИКА РАЗГОРАЮЩЕГОСЯ СОЛНЦА


1978 год. Велихов предлагает человечеству подумать о строительстве первого демонстрационного термоядерного реактора под эгидой международного сообщества. Человечество согласилось.

1998 год. Закончены проектные работы. Реактор был «построен» в электронном виде, в сети. По виртуальному ИТЭРу можно было гулять с этажа на этаж и даже заглянуть в реактор.

2007 год. Выбрана площадка под строительство реактора - на юге Франции в 60 км от Марселя. Поначалу стройку оценили в 5 миллиардов евро и хотели закончить в 2016 году, но потом расходы, как это водится, выросли до 19 миллиардов, а срок сдачи отодвинулся на 2025 год. Зажечь рукотворное Солнце не так-то просто!


Автор: Александр Никонов

иллюстрация: Арина Карпова

Похожие публикации

  • Вылепить человека из золота
    Вылепить человека из золота

    Постоянный читатель STORY уже заметил, что ваш покорный слуга давно наблюдает за расстригами от медицины – врачами, которым традиционная медицина не помогла, и они прорвались в неизведанные области. Геннадий Петрович Георгиев – человек, являющийся к сказанному лучшей иллюстрацией. Когда-то врач, а ныне – натуральный художник тела...

  • Вскрываем карты!
    Вскрываем карты!
    Вы слышали о том, что цивилизация наша далеко не первая на земле? Серьезные люди в это не верят. Потому что не интересуются доказательствами их существования
  • "Не меняются только идиоты"

    В двадцать пять лет он мечтал стать великим режиссёром, оставить свой рубец в истории человечества. К восьмидесяти пришёл к убеждению: все рубцы заживают, от многих и следа не остаётся. «Раньше меня волновала карьера, а теперь вижу: жизнь гораздо интереснее», – признаётся Андрей Кончаловский 

Yankovsky.jpg

redmond.gif


blum.png