В этом году во Франции началось сооружение одного из самых крупных энергетических проектов, когда-либо задумывавшихся в мире - термоядерного реактора стоимостью 12 миллиардов долларов и высотой в восемь этажей. Часть экспертов полагает, что это станет началом новой эры и положит конец повторяющимся энергетическим кризисам.
Международный термоядерный экспериментальный реактор ITER не станет электростанцией. Вместо этого, он планируется как опытный образец, с помощью которого будет возможным "обкатать" технологии и продемонстрировать целесообразность использования реакции синтеза как коммерческого источника энергии.
В марте рабочие закончили вырубку деревьев на площадке в Кадараше, и с этого момента началось собственно строительство. По графику, реактор должен войти в строй до 2016 года.
Для непосвящённых ITER представляется огромным пончиком. Внутри его сверхгорячий туман, именуемый "плазмой", будет "сливать" воедино атомы, заставляя их отдавать часть имеющейся энергии, как это происходит на Солнце или при взрыве водородной бомбы. Подобные процессы изучаются на протяжении десятилетий с целью понять, как можно использовать их для получения электричества. Сторонники термояда утверждают, что энергия ITER и его будущих наследников станет намного более экологически чистой, чем энергия ископаемого топлива. У ITER есть преимущество и перед ядерными реакторами, оставляющими за собой опасные радиоактивные отходы.
Но несмотря на все затраченные человеко-столетия разработок и десятки миллиардов долларов, энергия синтеза не смогла до сих пор зажечь ни одной лампочки. Легко понять, почему на ITER возлагается столько надежд и почему вокруг этого проекта объединили усилия США и шесть других наций.
Если создание ITER не увенчается успехом, то в историю неудач термоядерной энергетики будет записана ещё одна глава. Но на этот раз, ошибка обойдётся в рекордные суммы, способные на корню убить всю программу мирного синтеза. Напротив, удача обернётся крупным прорывом человечества на пути к овладению неограниченным и чистым источником энергии, даже если для этого потребуются дополнительные десятилетия исследований и экспериментов.
Критики утверждают, что термоядерное направление энергетики не имеет никакого смысла. Они говорят, что капитальные затраты на сооружение коммерческих реакторов синтеза окажутся неподъёмными. Они напоминают, что тезис о чистоте термоядерной энергии не соответствует действительности, ведь корпус реактора станет радиоактивным и подлежащим дезактивации или, может быть, захоронению - но какие средства потребуются на захоронение воистину монстрообразного сооружения и где именно это удастся сделать, принимая во внимание всеобщую нелюбовь к радиоактивным отходам?
Сторонники ITER признают, что этот реактор не станет полностью свободным от опасных продуктов. Но они обращают внимание, что по качественному и количественному составу отходы ITER будут соотноситься с отходами ядерных реакторов как загрязнения от современного автомобиля и самоходных монстров второй половины прошлого столетия.
Учёные мечтают покорить внутризвёдные процессы, начиная с 30-ых годов XX века. Однако более-менее реальные программы стартовали только в 50-ых годах. В этот период идеалисты заговорили об управляемом синтезе как средстве обеспечения энергией беднейшие государства.
Кристина Селата, ведущий исследователь по физике синтеза в национальной лаборатории Беркли вспоминает, что её выбор жизненного пути был предопределён услышанной однажды фразой "термояд - это мирная энергия для бедных". В наши дни она своих убеждений не меняет: "Среди людей, работающих над управляемым синтезом, трудно найти кого-либо, кто бы не хотел спасти нашу планету".
Тогда, в первые послевоенные годы, они не могли вообразить, какой длинный и полный разочарований путь ожидает их. Сегодня им начинает надоедать бородатая шутка "Синтез был, есть и будет будущим энергетики".
Подобно стареющим хиппи, не снимающим с себя символики бессмысленного счастья, сотрудники лаборатории Беркли твёрдо следуют своим идеалам. В одной из презентаций, подготовленных в PowerPoint, можно увидеть термоядерную станцию на солнечном берегу под красочным заголовком "Синтез тяжёлых ядер - мирная энергия для бедных".
Однако в конгрессе США более не разделяют энтузиазма учёных. Парламентарии дали согласие профинансировать вклад Соединённых Штатов в проект ITER - а речь идёт о сумме, превышающей 1 миллиард долларов - при одном условии: практически все невоенные работы в области управляемого синтеза в стране должны быть свёрнуты.
Это требование сильно разочаровало Селату и её коллег из Беркли и других лабораторий США, полагающих, что нужно продолжать исследования альтернативных подходов, а не останавливаться на методиках, предложенных для реактора ITER.
"Я настоящий фанатик термояда. Понимаете, это равносильно воссозданию на Земле тех условий, что создаются в центрах звёзд", - говорит Грант Логан, ветеран из Беркли.
Учёные десятилетиями изучают различные пути реализации управляемой реакции синтеза. Среди них есть и очень перспективные направления, такие, как синтез с магнитным удержанием плазмы, и сомнительные наподобие "холодному" синтезу, привлекшему к себе огромное внимание в конце 80-ых, но вскоре признанному лженаукой.
Основной альтернативой синтезу с магнитным удержанием на сегодняшний день выступает метод с инерционным удержанием плазмы. В этом случае, топливные таблетки-крупинки, содержащие тяжёлые изотопы водорода (дейтерий и тритий), нагреваются лазерными лучами или пучками ионов ксенона или других элементов. При быстром нагреве таблетки сжимаются или взрываются, вынуждая ядра водорода сливаться с выделением энергии.
Многие годы Селата, Логан и их коллеги из Беркли и Ливермора работали над инерционным удержанием. Если в Беркли специализировались на бомбардировках пучками тяжёлых ионов, то в Ливерморе концентрировались на лазерном нагреве.
К несчастью, на их пути стоит всё тот же демон нестабильности, что изрядно портит нервы их коллегам, работающим по направлению магнитного удержания. В идеале, топливные таблетки должны взрываться симметричным образом, сохраняя сферическую форму. Но на деле, крупинки деформируются, и управляемый процесс синтеза запустить не удаётся.
Необходимость найти практическое решение проблемы нестабильности стало одной из главных причин для строительства ITER. Огромные размеры этого реактора должны стать его важным козырем, ведь чем больше размеры термоядерной установки, тем слабее проявляется нестабильность. По крайней мере, так уверяют теоретики.
Даже если учёным и инженерам удастся преодолеть технологические трудности, потребуются многие годы для поиска решений для других проблем. Один из вопросов связан с тем, что делать с нейтронами, образующимися в термоядерном реакторе. Эти частицы быстро превратят корпус реактора в радиоактивный объект, что, в свою очередь, заставит всерьёз задуматься о перспективах его захоронения по окончанию эксплуатации.
Важнейшим подпроектом в проекте ITER является поиск материалов, устойчивых к активации нейтронами. У каждого из потенциальных кандидатов есть свои плюсы и минусы. Не надо забывать, что в ITER будет по-настоящему горячо, и конструкционные материалы могут просто разрушиться.
Корпус реактора можно покрыть изнутри композитом на основе графита. Это поможет защитить стальные конструкции от плавления и тепловой усталости. Но атомы углерода охотно связываются с тритием, а это представляет реальную угрозу для окружающей среды в случае утечек из ITER, ведь углерод также легко накапливается в живых организмах. Можно использовать в качестве внутрикорпусных конструкций вольфрам, но он легко образует тяжелые положительно заряженные ионы, способные разрушить весь процесс синтеза. Можно вспомнить о бериллии, но он легкоплавок и ядовит. Поиск наиболее подходящего компромисса может продолжаться до бесконечности.
"ITER таит в себе множество рисков", - считает профессор Пер Петерсон, специалист по атомной энергетике. Учёные, инженеры и эксперты не могут прийти сегодня к единому мнению по вопросу о том, есть у термояда будущее. Нобелевский лауреат Стивен Чу вызвал в прошлом сентябре громовой хохот у участников конференции по проблемам энергетики, сказав: "Я собираюсь пропустить в своём выступлении упоминания о термоядерных реакторах, потому что они, в свою очередь, собираются пропустить всё двадцать первое столетие".
Но эти насмешки не способны подорвать дух у истинных приверженцев культа синтеза. Они уже слышали всё это раньше, и не один раз.
"Когда мы заставим синтез работать, он окажется намного более безопасным, чем деление - а я верю в то, что мы сумеем заставить его", - твёрдо стоит на своём Грант Логан.
ИСТОЧНИК: San Francisco Chronicle
ДАТА: 29.06.2007