Во французском городке Кадараш, неподалеку от Лазурного берега, развернулось международное строительство термоядерного реактора. В мире уже построено более 300 реакторов-токамаков. Однако они не в состоянии решить главную проблему: все токамаки выдают меньше энергии, чем тратят на разогрев вещества. Ученые убеждены, что преодолеть этот порог можно, лишь построив огромную установку за $12 млрд.
По сути, в термоядерном реакторе происходят те же самые процессы, что и на солнце. Однако любая звезда обладает мощной гравитацией, которая удерживает плазму. В лабораторных же условиях такие силовые поля создать не удается. Именно над этой проблемой бьются ученые, начиная с 1956 года, когда Лев Арцимович, Игорь Головин и Натан Явлинский построили первую установку кольцевой формы для получения высокотемпературной плазмы.
Рукотворные звезды
В середине прошлого века идея заполучить в свое распоряжение силу, заставляющую гореть звезды, будоражила умы тысяч физиков и миллионов обывателей. Возможности энергетики ядерного синтеза представлялись безграничными. Казалось, что эпохе угля, нефти и газа пришел конец.
Теоретически уже тогда все было ясно. Необходимо заставить легкие изотопы водорода слиться, образовав атомы гелия. Процесс идет с выделением энергии в виде кинетической энергии нейтронов. Первые эксперименты, как обычно, начались с производства нового типа оружия. Заставив атомы вещества сливаться в эпицентре ядерного взрыва, ученые предоставили в распоряжение военных самое разрушительное оружие – водородную бомбу.
С управляемой термоядерной реакцией иметь дело оказалось намного сложнее. В условиях отсутствия мощной звездной гравитации заставить дейтерий и тритий – а именно они выбраны в качестве топлива – запустить самоподдерживающуюся реакцию ядерного синтеза можно лишь при температуре в сто миллионов градусов. Эти условия породили массу вопросов. В том числе, куда поместить горячую ионизированную плазму, как добиться ее длительной устойчивости.
Ответ на часть вопросов дала разработанная в Советском Союзе установка, названная «Токамак». В ней смесь из дейтерия и трития находится в вакуумной камере, по форме напоминающей бублик и удерживается «навесу» в мощном магнитном поле. Постепенно она нагревается до состояния плазмы. Магнитное поле не дает заряженным частицам вылетать за пределы «плазменного шнура».
В 1968 году сотрудники Института атомной энергии сообщили на международной конференции в Новосибирске о том, что на «Токамаке-3» им удалось устойчиво удерживать плазму с температурой 5 миллионов градусов. В 1971 году на очередной установке ее разогрели уже до 10 миллионов градусов. Стало ясно, что метод, предложенный в свое время Андреем Сахаровым и Игорем Таммом, может стать неисчерпаемым источником энергии для всего человечества.
С тех пор давно побиты первые рекорды температур и длительности существования ионизированной плазмы. Прежним остается лишь одно. Энергия, затраченная на разогрев вещества, все еще больше энергии, полученной в результате реакции. Главным препятствием на пути к «самоокупаемому» термояду остаются, как считают ученые, размеры установки.
Международный проект
Двадцать лет назад инициаторами проекта ITER (аббревиатура от International Thermonuclear Experimental Reactor, одновременно латинское слово «путь». – Прим. «Ко») выступили Рональд Рейган и Михаил Горбачев. По их мнению, сфера ядерных технологий давала возможность как нельзя лучше продемонстрировать серьезность намерений двух сверхдержав покончить с реалиями холодной войны.
В 1992 году к проекту присоединились Европейский Союз и Япония. А еще через год – Канада, Южная Корея и Китай. После многолетних споров и угроз США и Японии выйти из проекта, в конце концов было определено место для строительства первого экспериментального термоядерного реактора. Им стал городок Кадараш (Франция), рядом с которым уже построен токамак. Старый реактор должен будет «разогревать» новую установку.
Преимущественное право досталось европейцам недешево. Они обязались инвестировать в строительство и эксплуатацию установки $6 млрд, что составляет половину бюджета ITER. Вторая половина равномерно распределится между другими участниками проекта.
Выбор Франции в качестве хозяйки ITER можно рассматривать как косвенное признание ее заслуг перед ядерной энергетикой: 78% электричества, потребляемого страной, производится на АЭС. Шестая часть электричества, выработанного на атомных станциях во всем мире, приходится на французские реакторы.
Несмотря на предстоящие затраты, президент Французской Республики Жак Ширак назвал состоявшийся выбор «большим успехом для Франции и для Объединенной Европы». Власти Прованса, где расположен Кадараш, рассчитывают, что в период строительства реактора (2005 – 2015 годы) появится не менее 2400 рабочих мест. Кроме того, международные инвестиции в реализацию проекта будут содействовать развитию местной экономики, дорог, транспорта, гостиниц и туризма.
Япония, отказавшись от планов строительства в местечке Роккасё префектуры Аомори, получила право выдвижения своей кандидатуры на пост руководителя проекта и пятую часть штатных должностей. Также в качестве отступных японские компании получат 20% технологических заказов, а в случае успеха демонстрационная термоядерная электростанция будет построена в Стране восходящего солнца. «Япония одновременно и счастлива, и разочарована», – заявил министр просвещения и науки Нариаки Хакайама.
Преодоление порога
Габариты ITER намного превышают размеры крупнейших токамаков: JointEuropeanTorus в Кулхэме (Великобритания) и ToreSupra в том же Кадараше. Объем плазмы в ITER составит 837 куб. м. Напряженность магнитного поля в установке в 240 000 раз превысит земную. Для безопасной доставки узлов и агрегатов установки к месту монтажа Франция обязалась перестроить 96 километров автомагистрали, укрепить 26 мостов и обустроить новые пути для объезда существующих тоннелей, которые соединят стройплощадку с ближайшим портом.
Возведение комплекса ITER в Кадараше планируется завершить к 2015 году. На последующие 20 лет запланированы многочисленные эксперименты. Их главная задача – вывести установку на запланированную мощность в 500 МВт. Участники проекта уверены, что им удастся сделать это, потратив лишь 50 МВт на нагревание плазмы. Тем самым будет экспериментально доказана возможность термоядерной энергетики, и на повестку дня встанет вопрос о строительстве первой термоядерной электростанции.
Секретарь по энергетике администрации США Самуэль Бодман заявил, что «у технологий термоядерного синтеза есть огромный потенциал изменить способ, которым производится энергия, и составить в будущем значительную часть безопасной, в том числе для окружающей среды, энергетики». С ним солидарен академик Евгений Велихов: «Международный проект по первому в мире термоядерному реактору, который будет построен во Франции, подготовит переход атомной энергетики России на экологичный термояд». Основным достоинством такой энергетики являются практически неограниченные запасы топлива для термоядерных реакторов, более высокая степень экологической безопасности по сравнению с тепловыми и атомными станциями и физическая невозможность возникновения неуправляемой термоядерной реакции.
В то же время некоторые специалисты высказывают сомнения в целесообразности осуществления проекта ITER. Среди скептиков большим авторитетом пользуется лауреат Нобелевской премии по физике за 2002 год Масатоси Косиба. В своих выступлениях он предостерегает от излишнего оптимизма относительно термоядерной энергии. По его мнению, она не отвечает «требованиям безопасности и разумной цены», чтобы по праву занять место мечты человечества о безоблачном энергетическом будущем. Об опасности излишнего энтузиазма предупреждает и генеральный секретарь Европейского ядерного общества Питер Хог: «Мы не думаем, что ядерный синтез вытеснит традиционную ядерную энергетику в схеме производства электричества. Скорее всего, они будут использоваться параллельно из-за увеличивающихся аппетитов человечества». Не остались в стороне и «зеленые». «Правительства не должны тратить наши деньги на дорогостоящие игрушки, которые не принесут реальной отдачи! – восклицает Йан Ванде Пут из GreenpeaceInternational. – За 10 млрд евро мы могли бы построить береговые ветряные электростанции мощностью 10 000 мегаватт, которые обеспечат электричеством 7,5 миллионов европейских домов».