Термоядерный рывок: Альгис Микульскис о запуске мощнейшего в России токамака Т-15МД

1 марта на церемонии открытия нового сезона всероссийского конкурса «Моя страна — моя Россия» президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук сообщил о скором запуске самой мощной в России исследовательской установки Т-15МД. Ее введение в эксплуатацию обещает стать еще одним шагом к овладению управляемым термоядерным синтезом — неиссякаемым и безопасным источником энергии.

Специальный корреспондент ФАН Альгис Микульскис в своей авторской колонке рассказывает, чего уже добились на этом поприще российские ученые и какие перспективы ждут их впереди.

Идея управляемого термоядерного синтеза, как практически неиссякаемого и безопасного источника энергии, овладела человечеством в 1950-х годах, и у ее истоков стояли научные светила из СССР. Задачу по созданию рукотворной, управляемой человеком звезды впервые сформулировал советский физик Олег Лаврентьев, предложив первые конструктивные решения в виде конкретной схемы термоядерного реактора с использованием термоизоляции высокотемпературной плазмы электрическим полем. Собственно, эта его научная работа и послужила толчком к созданию первой «тороидальной камеры с магнитными катушками» или, сокращенно, токамака.

Попробую объяснить принцип ее работы, не уходя в технические и теоретические дебри…

Итак: реакция термоядерного синтеза — это когда ядра изотопов водорода сталкиваются и образуют ядра атомов более тяжелого гелия. При этом-то и выделяется та самая колоссальная энергия, которую человечество собралось обуздать. Чтобы такое столкновение ядер произошло, смесь дейтерия и трития, служащую топливом, необходимо разогреть до температуры порядка 150 млн градусов.

В водородной бомбе это достигается применением «ядерного запала» в виде плутониевого заряда, и дело заканчивается взрывом титанической мощности. Задача же ученых, занимающихся управляемым синтезом, состоит в том, чтобы «растянуть» этот взрыв во времени. То есть, по сути, зажечь искусственное Солнце, которое будет иметь небольшие размеры и подчиняться человеку. И эта овчинка, поверьте, стоит выделки! Всего 80 гр смеси дейтерия и трития выдают столько же энергии, сколько 1000 тонн угля при сжигании. Вот и считайте.

Первыми придать исследовательской установке форму пустотелого бублика или тора, где разогретое плазменное кольцо будет изолировано от стенок камеры магнитным полем, придумали тоже в Советском Союзе. Как и способ получения температур, необходимых для начала реакции, — в совсем грубом приближении, этот способ аналогичен применяемому в индукционных кухонных плитах. Только на кухне вихревые токи разогревают посуду, а в токамаке — смесь изотопов водорода.

Однако простым и объяснимым «на пальцах» все это кажется только в теории. Уже к концу 1950-х годов стало понятно, что на практике процесс удержания плазменного «шнура» в стабильном состоянии таит в себе множество проблем, главными из которых были нестабильность и турбулентность плазмы. Тем не менее, советские физики из института им. И. В. Курчатова, работая под руководством академика Льва Арцимовича, в 1968 году запустили первый функциональный токамак Т-3 и разогрели плазму до фантастической температуры в 11,6 миллиона градусов.

Кстати, этот факт был подтвержден и командой английских ученых, приехавших в СССР с собственным измерительным оборудованием, убедившихся в истинности результата их московских коллег и вернувшихся в Кулхэмскую лабораторию в состоянии полного ошеломления.

После этого в мире начался «Токамак-бум»! На сегодняшний день в этот «термоядерный научный клуб», помимо России, входят США, Европа, Корея, Китай, Япония… С 1958 года, когда в Курчатовском институте был сконструирован предтеча нынешних тороидальных реакторов — ТМП, в этих странах было построено еще как минимум двести установок, из которых к настоящему времени работает более сорока.

Вот теперь, думаю, можно перейти непосредственно к Т-15МД.

Его предшественник Т-15 в свое время стал одним из первых в мире прототипов промышленного термоядерного реактора, использующего для управления плазмой сверхпроводящие магниты. По известным причинам, эксперименты на нем были прекращены в 1995 году — стране тогда стало не до науки, и плазма в камере Т-15 больше не зажигалась. Два десятка лет мы ничего подобного просто не делали. Так что токамак Т-15МД станет первой за эти 20 лет новой термоядерной установкой, построенной в России, и единственной установкой ИТЭР подобного типа и такого масштаба…

Тут необходимо пояснить, что такое ИТЭР. Это международный проект экспериментального термоядерного реактора, основной задачей которого является демонстрация его коммерческих возможностей. Научно-техническая часть этого проекта к настоящему времени практически завершена, во французском местечке Кадараш начинается строительство, и Т-15МД пробудет одной из составных частей проекта недолго. Зато после ввода в эксплуатация ИТЭРа у российского реактора появится возможность стать участником сугубо отечественных программ. Причем не только научных, но и коммерческих.

Эксперт в области ядерной энергетики Александр Уваров рассказал о них следующее:

«В Европе первую термоядерную электростанцию хотят построить к середине века. В России подход немножко другой — от электростанции мы не отказываемся, но есть варианты так называемых «гибридных» установок или термоядерных источников нейтронов — ТИНов. И это очень интересная вещь, на которую возлагают много надежд. Т-15МД будет аппаратом, который выдает большой нейтронный поток и этот поток можно направить на такие вещи, как производство нового ядерного топлива, скажем, из тория, на дожигание ядерных отходов или на совместную работу с ядерным реактором…»

Одним словом, команда, которая будет работать на новейшей модели токамака, рассчитывает начать отработку элементов будущего, уже коммерческого, ТИНа. Не забывая, конечно, и о научных исследованиях.

Таким образом, Т-15МД становится одним из основных элементов российской термоядерной программы.

Первая в мире промышленная атомная электростанция в подмосковном Обнинске была включена в энергосистему страны в 1954 году. Надеюсь, токамак Т-15МД станет еще одним шагом России к тому, чтобы в 2054 году отметить столетний юбилей мировой ядерной энергетики вводом в эксплуатацию первой на планете термоядерной электростанции.

Альгис Микульскис
https://riafan.ru