Атомная энергетика основана на реакции ядерного деления, а термоядерный синтез — обратный процесс. Два легких ядра соединяются, выплескивая больше энергии, чем при реакции деления. К сожалению, это не так просто, но стоит того! Андрей Аникеев, руководитель проектного офиса «Наука и инновации» Росатома, рассказал о технологии, двух флагманах российской термоядерной программы и отечественных перспективах в этой передовой области науки.
Топливо — не главная статья расходов
Топливо термоядерного реактора — изотопы водорода: дейтерий и тритий. Дейтерий встречается в морской воде, а тритий можно создать искусственно.
«Я очень люблю приводить такой популярный пример: в одном стакане морской воды энергии содержится столько же, сколько в десяти бочках бензина. В водах океана — потенциального топлива на десять миллиардов лет, что сравнимо с возрастом Вселенной», — объясняет Андрей Аникеев.
В космосе термоядерный синтез — обычное дело. У нас на Земле нет таких гравитационных полей, поэтому в ход идут высокие температуры. Главная статья расходов термоядерного синтеза — установка, способная удерживать разогретое до состояния плазмы вещество.
Международный проект и два флагмана национальной программы
Международный проект ITER — создание гигантского токамака. Более 20 стран-участниц, в числе которых и Россия, создают что-то для этого термоядерного реактора, и все они в итоге будут иметь полные и равные права на созданные в рамках проекта технологии и разработки. Кстати, идею создать такой совместный проект предложил российский академик Евгений Велихов в 1990-е годы. Мы уже используем промышленные производства и оборудование в интересах национальной термоядерной программы (сейчас она реализуется в рамках комплексной программы развития атомной науки, техники и технологий в стране, так называемой РТТН).
Первый флагман российской термоядерной программы: модернизация токамака Т-15МД в Курчатовском институте. Он уже показывает рекордные параметры удержания плазмы для российских токамаков. Важное преимущество — сравнительно небольшой размер установки.
Второй флагман российской термоядерной программы: токамак с реакторными технологиями, который строится в Троицком институте Росатома. Площадка подготовлена, заканчивается разработка эскизного проекта. Особенность установки — магнитная система на основе высокотемпературной сверхпроводимости.
Фактор Q
Показательный параметр работы реактора — его КПД, отношение выделяемой термоядерной мощности к мощности нагрева, или «фактор Q».
Фактически мы подошли к моменту, когда покажем Q больше единицы. При Q больше пятерки наступает так называемый эффект зажигания, когда плазма начинает сама себя нагревать. Тогда мы сможем «выключить» искусственный нагрев. При Q от 10 мы сможем получать энергию. Следующий шаг будет технологическим: создание коммерческой установки, компактной и мощной.
Ближайшее будущее
Русский физик Лев Арцимович однажды сказал: «Термоядерная энергетика появится тогда, когда она станет действительно необходима человечеству». Такой момент все ближе.
По мнению Аникеева, уже в 2030-х годах нас ждет череда громких научно-технических рекордов в термоядерной энергетике, а к 2050 году одна из стран сделает демонстрационный энергетический термоядерный реактор. Кто это будет — Россия, США, Китай, одна из Европейских стран или другой «игрок»? Поживем — увидим.
Читайте подробнее об истории разработки, устройстве флагманов отечественной термоядерной программы и конкретных разработках в статье Андрея Аникеева в журнале «Русский пионер».
О «термоядерных» разработках исследователей Троицкого института мы недавно рассказывали в «Солнце на Земле»: наши ученые уверенно идут к термоядерной энергетике.
Присоединяйтесь к команде научного блока Росатома, актуальные вакансии – на карьерном портале.
Подписывайтесь на канал и следите за новостями российской науки!