Россия строит уникальный реактор в Европе вопреки санкциям. На нем будут отрабатывать технологию термоядерного синтеза
Россия предоставит Франции оборудование для Международного экспериментального ядерного реактора (ИТЭР), в создании которого участвуют ведущие технологические державы. В сложившейся международной обстановке это событие приобретает особое значение.
На реакторе, который строят во Франции, мировое научное сообщество надеется отработать технологию термоядерного синтеза и сделать возможным ее коммерческое применение.
Россия — среди основателей проекта, зародившегося еще в 1970-е, а в 1985-м получившего поддержку генсека ЦК КПСС Михаила Горбачева, президента США Рональда Рейгана и президента Франции Франсуа Миттерана. В 2013-м, после долгих лет разработки, приступили к строительству комплекса, а в 2020-м — самого реактора.
Сегодня на долю России приходится девять процентов стоимости сооружения. Среди членов соглашения по ИТЭР — Евросоюз (совместно с Великобританией и Швейцарией), США, Китай, Индия, Япония, Южная Корея. Также проекту помогают Казахстан, Австралия, Канада, Таиланд.
АЭС дают энергию благодаря цепной реакции деления. Но возможности этого процесса весьма ограниченны, а сам он небезопасен. Альтернативой мог бы стать термоядерный синтез, аналогичный тому, что идет внутри звезд. Если его удастся воспроизвести в земных условиях, человечество получит неисчерпаемые генерирующие мощности, которые к тому же исключают повторение чернобыльской катастрофы.
Термоядерный синтез внутри Солнца происходит за счет колоссального давления на атомы водорода. Звездную гравитацию в земных условиях повторить невозможно. Поэтому для достижения похожего эффекта вещество следует разогреть до сотни миллионов градусов. Однако такую температуру не выдержит ни один материал. Чтобы обойти это ограничение, советские ученые изобрели токамак — «тороидальную камеру с магнитными катушками»: плазма внутри вакуумного «бублика» (тора) удерживается от соприкосновения со стенками благодаря магнитному полю.
В ИТЭР этот эффект достигается с помощью шести катушек полоидального поля и D-образных катушек тороидального поля. Нижнюю катушку полоидального поля сделали в Китае, еще четыре производят в Европе. Верхнюю (PF-1) изготовили в России и по плану должны отправить из Санкт-Петербурга в Марсель 1 ноября.
«Чтобы появление катушки стало возможным, пришлось разработать целый букет технологий. Так, до проекта ИТЭР в России не было сверхпроводниковой промышленности», — отмечает директор частного учреждения Росатома «ИТЭР-Центр» Анатолий Красильников.
Работа над PF-1 началась в 2008-м. Сначала кооперация предприятий страны создала производство сверхпроводников — материалов, электрическое сопротивление которых при сильном понижении температуры становится равным нулю. На Чепецком механическом заводе в Глазове (Удмуртия) наладили выпуск таких материалов из ниобий-три-олова (Nb3Sn) и ниобий-титана (Nb-Ti).
Последний использовали на PF-1. Nb-Ti обладает сверхпроводящими свойствами при температурах около четырех градусов Кельвина (минус 269,15 по Цельсию).
Непосредственно изготовлением катушки занимался совместный коллектив Научно-исследовательского института электрофизической аппаратуры имени Ефремова (НИИЭФА) и Средне-Невского судостроительного завода (СНСЗ).
Команда разработала и применила технологии изготовления так называемых галет катушки и изоляции каждой из них. Затем из восьми галет сформировали непосредственно PF-1. Диаметр конструкции — девять метров, вес — 200 тонн. Наконец, эту махину пропитали компаундом, который обеспечил изоляцию всего объекта.
«Большой успех заключается в том, что с первого раза удалось достичь отсутствия пробоев в изоляции. У китайских коллег их оказалось более 50. Из-за этого им пришлось разбирать катушку, снимать изоляцию, а затем собирать объект заново. Это заняло год, понадобились большие финансовые вложения. У нас же сразу получилось изготовить все качественно и полностью удовлетворить требования международной организации ИТЭР», — рассказывает Красильников.
Технологии, разработанные для ИТЭР, российские ученые планируют применять для внутренних целей. Например, сверхпроводящие катушки можно использовать при строительстве отечественного токамака, в других научных проектах, а также — для собственного производства томографов.
По оценке эксперта, если бы Россия не достигла успеха, создание аналога в другой стране отодвинуло бы запуск термоядерного реактора по меньшей мере на три-четыре года.
Россия выполняет обязательства перед международным проектом, несмотря на жесткие санкции. Проект ИТЭР выведен Евросоюзом из-под ограничений, однако сложности все равно возникают. Прежде всего — логистические. Так, транспортировать PF-1 в Марсель будут по морю. Но из-за запрета российским кораблям входить в порты Европы пришлось привлечь к доставке важного объекта судно под флагом третьей страны.
Есть и другие проблемы. Например, с транспортировкой грузов по земле, переводом денежных средств или с командировкой в Европу российских сотрудников, которые должны сопровождать оборудование. Однако до сих пор из сложных ситуаций, вызванных санкциями, удавалось найти выход.
«В каждом конкретном случае международная организация вмешивается, объясняет либо государственным органам разных стран, либо коммерческим предприятиям, что проект — вне санкционных проблем. В общем, жизнь непростая. Но так даже интереснее. Хотя, конечно, радости мало», — говорит Красильников.
Всего Россия должна передать проекту ИТЭР 25 систем. Пока полностью поставили три из них — сверхпроводники ниобий-три-олово и ниобий-титан, а также катушку PF-1. Среди оставшихся — 40 процентов так называемой первой стенки (которая защищает внутрикамерные системы реактора от тепловых потоков), 100 процентов центральной сборки дивертора (эта система напрямую соприкасается с плазмой и защищает компоненты ИТЭР от тепловых и корпускулярных потоков), девять диагностических систем, гиротроны (мощные источники СВЧ-излучения, обеспечивающие нагрев плазмы и генерацию тока).
Международная организация, управляющая научной «стройкой века», рассчитывает получить первую плазму в 2025 году.
