Искусственное солнце: США и Россия строят уникальный термоядерный реактор

В исследовательском центре Кадараш на юге Франции, в 65 км от Марселя, началось строительство первого в мире экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Церемонию открытия начал президент Эммануэль Макрон — под музыку из киносаги «Звездные войны», пишет ВВС.

Фото: кадр видео YouTube/iterorganization

Как отмечает Википедия, название ITER (ИТЭР) изначально было аббревиатурой от английского International Thermonuclear Experimental Reactor (Международный термоядерный экспериментальный реактор); в настоящее время название связывается с латинским словом iter — путь.

Ученые всерьез называют ИТЭР искусственным солнцем. В вакуумной камере размером с 10-этажный дом — 30 метров в высоту и столько же в диаметре — планируется в промышленном масштабе воспроизвести процесс термоядерного синтеза, питающий энергией нашу звезду.

Россия не только один из основных партнеров этого амбициозного научного проекта, но и его старейший участник. Сама идея термоядерного реактора, которую сейчас пытаются реализовать без преувеличения всем миром, принадлежит советским ученым из Института атомной энергии им. Курчатова.

В теории термоядерный синтез — неисчерпаемый источник энергии. Всего нескольких граммов водородного топлива достаточно, чтобы обеспечить теплом и электричеством тысячи домов, а «брикет» размером с ананас может заменить 10 тысяч тонн угля.

Только в отличие от традиционных тепловых или атомных электростанций, термоядерный реактор не загрязняет атмосферу выбросами парниковых газов и не оставляет токсичных радиоактивных отходов.

«Мы вдохновлялись Вселенной и звездами, где термоядерный синтез создает энергию на миллиарды лет вперед», — заявил генеральный директор ИТЭР Бернар Биго.

Участники проекта подчеркивают: ИТЭР — экспериментальный реактор. Это не термоядерная электростанция, а площадка для беспрецедентного физического эксперимента.

Однако, если все пойдет по намеченному плану, этот эксперимент определит будущее всей энергетики на планете.

«ИТЭР — совершенно потрясающий научный проект. Он объединил весь мир для создания чистого и возобновляемого источника энергии — энергии будущего, — заявил Би-би-си глава британского агентства атомной энергетики Иэн Чапман. — Это возможность продемонстрировать всему миру, что реакция термоядерного синтеза возможна и на Земле».

По теме: 35 стран строят самый большой в мире термоядерный реактор: зачем это нужно. ФОТО

Спутник, икра, водка, токамак

ИТЭР — самая масштабная научная стройка в истории человечества. В эксперименте принимают участие 35 стран, среди которых Индия, Китай, Россия, США, Южная Корея, Япония и страны ЕС (плюс Великобритания и Швейцария) — это 80% всей мировой экономики и больше половины населения планеты.

При этом все страны-участницы признают, что авторство идеи термоядерного реактора принадлежит России. Само слово «токамак» (именно так называется тип реакторной установки) — это русская аббревиатура: тороидальная камера с магнитными катушками.

«Токамак — это такой бублик из плазмы, по которому течет ток, — объясняет Би-би-си глава российского агентства ИТЭР Анатолий Красильников. — Это одно из тех слов, которые весь мир выучил благодаря советским, российским ученым. «Спутник», «икра», «водка», «токамак» — эти слова без перевода поймет любой иностранец».

Фото: кадр видео YouTube/iterorganization

Красильников занимается термоядерным синтезом (или, как называют его специалисты, термоядом) уже более 40 лет. В 1981 году он окончил МФТИ и пришел на работу в Курчатовский институт. А в 1985-м было подписано историческое соглашение между США и СССР о совместном строительстве токамака.

«Горбачев с Рейганом договорились вместе строить реактор как пример того, что две великие державы могут не только воевать друг против друга в холодной войне, но и что-то делать вместе, реализовывать какие-то совместные научные проекты, — вспоминает Красильников. — А вскоре к нам присоединились Япония и Евросоюз».

После окончания холодной войны США в одностороннем порядке вышли из соглашения — в расчете на то, что без американского финансирования проект придется свернуть. Однако оставшиеся партнеры продолжили работу — более того, к разработке токамака подключились Индия, Китай и Южная Корея. В Вашингтоне, кажется, поняли, что просчитались.

«Тогда Штаты попросились назад, и, кажется, в 2004 году их приняли обратно, — поведал глава российского агентства ИТЭР. — Так что, если они и сейчас выйдут — ничего страшного. Проект определяется не ими, и не они вносят ключевой вклад».

После того как площадкой для строительства реактора утвердили французский Кадараш, основной объем финансирования (45%) взял на себя Евросоюз. Остальные расходы страны-участницы, в том числе Россия и США, делят поровну.

По теме: Космические спутники СССР запускали с ядерным реактором на борту: один из них упал в Канаде

«Это Солнце на Земле»

Топливом в токамаке служат две разновидности водорода (их называют изотопы) — дейтерий и тритий. В отличие от нефти, газа и урановой руды, запасы и того и другого практически не ограничены: один в промышленных масштабах добывается из воды Мирового океана, другой — из лития, в результате довольно несложной реакции.

В мире созданы сотни токамаков, но ИТЭР — первый реактор, где термоядерный синтез планируется поддерживать за счет цепной реакции горения самой плазмы. Для этого нужно «всего лишь» разогреть водород до нескольких миллионов градусов и каким-то образом удержать его не дав раскаленной плазме разлететься.

«Это Солнце на Земле, только с температурой в 10 раз выше, — объясняет Красильников. — Но Солнце — это огромный шар, оно само себя удерживает за счет гравитации, а мы для этого используем магнитное поле. Расплавить его невозможно — получается как бы магнитная стенка, и в этом уникальность советского изобретения».

Как это работает:

• в полое кольцо токамака впрыскивается несколько граммов дейтерия и трития — изотопов водорода;
• водород нагревается до температуры в несколько миллионов градусов, превращаясь в плазму — ионизированный газ, в котором электроны оторваны от ядер атомов;
• магнитное поле, обеспечиваемое сверхпроводящими магнитами общим весом в 10 тысяч тонн, удерживает плазму и придает ей форму;
• когда температура достигает примерно 150 миллионов градусов (это в 10 раз жарче, чем на Солнце), начинается термоядерная реакция;
• атомы дейтерия и трития сливаются, образуя один атом гелия-4 и один нейтрон, обладающий огромной энергией (около 3,5 МэВ);
• нейтроны покидают магнитную ловушку, и за счет своей кинетической энергии нагревают воду в стенках токамака;
• вода превращается в пар, который вертит турбины.

Но главное отличие, по словам ученых, — это абсолютная безопасность термоядерного реактора, поскольку там попросту нечему взрываться.

«В случае аварии наш бублик просто потухнет, и его придется зажигать заново, — уверяет Красильников. — Температура плазмы в ИТЭР — около 200-300 млн градусов. Если даже случится так, что магнитное поле не выдержит и плазма выплеснется на стенку реактора, температура сразу же упадет на порядок — и реакция просто прекратится».

Фото: кадр видео YouTube/iterorganization

«Все, что только понасоздавало человечество»

Все эксперты сходятся в том, что осуществить грандиозный проект в одиночку было бы не под силу ни одной стране мира. И дело даже не в деньгах, а в уникальных ноу-хау, разработанных учеными в рамках международного сотрудничества.

«По существу это клуб технологически развитых стран, каждая из которых принесла в проект свою технологию, — уверяет Красильников. — Мы придумали токамак, кто-то придумал первую стенку, кто-то — метод дополнительного нагрева, кто-то — лучшие инжектора, а кто-то — сверхпроводники… ИТЭР объединил на своей площадке все, что только понасоздавало человечество».

Например, магнитные катушки реактора. Каждая из них размером с четырехэтажный дом и весом 360 тонн. Для создания сверхпроводимости магниты охлаждены жидким гелием до -269 градусов по Цельсию.

13-метровый центральный соленоид весит 1000 тонн и создает магнитное поле такой силы, что его хватит, чтобы поднять в воздух авианосец.

Большинство систем создано в сотрудничестве сразу с несколькими партнерами. Например, одна из деталей, собранных во вторник, создана в рамках ответственности России — то есть разработана российскими учеными в Петербурге (НИИ электрофизической аппаратуры им. Ефремова), — но собирали ее контрактники в Германии.

По соглашению о партнерстве, все государства-члены ИТЭР имеют равные права на использование токамака и всех использованных при его строительстве технологий. Выйдя из проекта, любая страна-участница рискует оказаться в научной изоляции.

Впрочем, выходить никто и не собирается. По словам участников проекта, ИТЭР — это еще и уникальный социальный эксперимент: когда люди из разных культур, с разной ментальностью работают вместе, они учатся друг у друга и понимают, как друг с другом общаться — а это не менее важно, чем все остальное.

«В политическом смысле наши страны наверняка будут переживать и потепление, и похолодание отношений, — предполагает Красильников. — Но ИТЭР будет, как ледокол, идти вперед».

Читайте также на ForumDaily:

‘Несет угрозу миру’: почему Илон Маск бьет тревогу из-за развития искусственного интеллекта

Страшнее коронавируса: миллионам людей в беднейших странах грозит голодная смерть

Поможет освоить Луну и Марс: плесень из Чернобыля может защитить астронавтов от радиации

Пентагон обвинил Россию в испытаниях оружия в космосе

Хотите больше важных и интересных новостей о жизни в США и иммиграции в Америку? — Поддержите нас донатом! А еще подписывайтесь на нашу страницу в Facebook. Выбирайте опцию «Приоритет в показе» —  и читайте нас первыми. Кроме того, не забудьте оформить подписку на наш канал в Telegram  и в Instagram— там много интересного. И присоединяйтесь к тысячам читателей ForumDaily New York — там вас ждет масса интересной и позитивной информации о жизни в мегаполисе.