Международный экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР (http://www.iter.org) - это научно-исследовательский проект с участием семи сторон, призванный продемонстрировать научно-техническую целесообразность использования энергии термоядерного синтеза (то есть энергии, образующейся при объединении ядер двух атомов) для удовлетворения растущего мирового спроса на энергию. Термоядерный реактор будет построен в Кадараше (Франция) и введен в эксплуатацию примерно в 2016 году.

Норберт Хольткамп - заместитель генерального директора проекта ИТЭР и руководитель строительства экспериментального реактора термоядерного синтеза. Он родился в Германии и занимал различные должности в компании "Дойчез Электронен Синхротрон" в Гамбурге (Германия) и Национальной лаборатории ускорителей им. Ферми в шт. Иллинойс. Начиная с 2001 года, он координировал и возглавлял проектирование и строительство ускорителя как источника нейтронов при расщеплении ядра (SNS) в Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики США. SNS, строительство которого было завершено в мае 2006 года, представляет собой созданный на основе ускорителя источник субатомных частиц - нейтронов - стоимостью 1,4 млрд. долл., который будет предоставлять самые интенсивные в мире импульсные пучки нейтронов для научного научных исследований и промышленных разработок.

В современном мире, где потребности в энергии быстро растут и уже начинают превышать потенциал поставок, ученые всего мира пытаются овладеть энергией Солнца и звезд и использовать этот ресурс для удовлетворения растущего спроса. Европейский союз, Республика Корея, Индия, Китай, Япония, Россия и США создали Организацию ИТЭР для освоения данного средства выработки электроэнергии. В интервью научному корреспонденту электронного журнала "Глобальные вопросы" Черил Пеллерин Норберт Хольткамп, первый заместитель генерального директора ИТЭР и ученый, который будет руководить строительством крупнейшего в мире термоядерного реактора, обсуждает этот проект и прогресс в исследовании термоядерной реакции.

Вопрос: Что такое ИТЭР?

Хольткамп: Название проекта по-английски звучит как International Thermonuclear Experimental Reactor, сокращенно ITER, что одновременно является латинским словом iter и в переводе означает "путь". (ИТЭР - русская калька английского сокращения или латинского слова - примечание редактора). Это проект строительства крупнейшего в мире экспериментального термоядерного реактора. Гораздо более скромная версия подобного реактора уже существует - "Совместный европейский тор". Этот экспериментальный термоядерный реактор был введен в эксплуатацию в 1983 года неподалеку от Кулэма (Англия). ИТЭР - следующий шаг на пути к строительству термоядерных реакторов для выработки электроэнергии.

Вопрос: Чем термоядерный синтез отличается от ядерного деления?

Хольткамп: При делении энергия образуется в результате расщепления тяжелых атомных ядер. Расщепление - это процесс, который происходит под контролем в ядерном реакторе и без контроля - в ядерной бомбе. При термоядерном синтезе два легких атомных ядра "сплавляются" друг с другом. В случае ИТЭР, по сути дела, речь идет о дух ядрах атома водорода. При этом высвобождается и получается энергия.

Вопрос: Почему для данного проекта термоядерный синтез лучше, чем ядерное деление?

Хольткамп: В мире существует множество действующих реакторов ядерного деления, которые уже сейчас используются для производства энергии, поэтому главным преимуществом деления является отлаженность данной технологии. Термоядерный синтез пока не используется на практике, это научно-исследовательский проект. Как деление, так и синтез являются ядерными процессами, но они существенно различаются. Преимущество синтеза состоит в том, что один продукт реакции, продукт отхода, - гелий - нерадиоактивен, а другой - нейтрон - используется для получения водородного изотопа трития из литийсодержащих материалов в среде плазмы (ионизированного газа). В ядерном реакторе при расщеплении этих ядер образуются две части, обе из которых являются радиоактивными. При термоядерном синтезе все совсем по-другому - камера, которая окружает ядра, становится мягко радиоактивной, а побочные продукты - нет.

Главным преимуществом термоядерного синтеза является то, что дейтерий и литий (который используется для получения трития), участвующие в процессе синтеза, доступны в огромных количествах - они в изобилии встречаются как на суше, так и в море. К ядерным реакторам это не относится: в них приходится использовать уран, поставки которого ограничены, или его аналоги. Однако было бы нечестным рекламировать термоядерный синтез как лучший процесс, потому что уже построенные термоядерные устройства имеют научно-исследовательское назначение и не являются реакторами в полном смысле этого слова - ученые еще только пытаются выяснить, как использовать термоядерный синтез для выработки энергии. Если проект ИТЭР будет успешным, то он станет первым термоядерным реактором, который будет производить значительно больше энергии, чем потреблять. Это крупный шаг вперед.

Вопрос: Как возникла идея строительства ИТЭР?

Хольткамп: Эта идея возникла в процессе международного сотрудничества в области исследования термоядерного синтеза и была предложена советским президентом Михаилом Горбачевым на встрече с французским президентом Франсуа Миттераном и впоследствии - президентом США Рональдом Рейганом на Женевском саммите в 1985 году. Три президента собрались и решили сделать что-то в области энергоресурсов и посмотреть, какие другие источники энергии может предложить наука после того, как мы исчерпаем наши запасы угля и нефти. Термоядерный синтез традиционно является сугубо международной темой научных изысканий, и, конечно, на подобных саммитах энергетике уделяется много внимания. Энергетика является движущей силой экономики каждого государства. Это не было научной дискуссией; они просто собрались вместе и сказали: "Нам следует заняться этим. Мы должны объединить лучшие умы всего мира, вместе провести эти исследования и совместно использовать их результаты".

Вопрос: Какие научно-технические цели преследует ИТЭР, и что он продемонстрирует?

Хольткамп: ИТЭР станет первым термоядерным реактором, который будет вырабатывать больше энергии, чем потреблять. Ученые измеряют эту характеристику с помощью простого коэффициента, который они называют "Q". Если ИТЭР позволит достичь всех поставленных научных целей, то он будет производить в 10 раз больше энергии, чем потреблять. Последнее из построенных устройств - "Совместный европейский тор" в Англии - является более мелким прототипом термоядерного реактора, который на окончательном этапе научных исследования достиг значения Q, равного почти 1. Это означает, что он вырабатывал ровно столько же энергии, сколько потреблял. ИТЭР позволит превзойти этот результат, продемонстрировав создание энергии в процессе термоядерного синтеза и достигнув значения Q, равного 10. Идея заключается в том, чтобы при объеме потребления энергии на уровне примерно 50 МВт вырабатывать 500 МВт. Таким образом, одной из научных целей ИТЭР является доказать, что может быть достигнуто значение Q, равное 10.

Другая научная цель заключается в том, что ИТЭР будет иметь весьма продолжительное время "горения" - импульс увеличенной длительности до одного часа. ИТЭР - это научно-исследовательский экспериментальный реактор, который не может производить энергию постоянно. Когда ИТЭР начнет работать, он будет включен в течение одного часа, после чего его необходимо будет отключить. Это важно потому, что до сих пор создаваемые нами типовые устройства были способны иметь время горения длиной в несколько секунд или даже десятых долей секунд - это максимум. "Совместный европейский тор" достиг своего значения Q, равного 1, при времени горения примерно две секунды при длине импульса 20 секунд. Но процесс, который длится несколько секунд, не является по-настоящему постоянным. По аналогии с запуском двигателя автомобиля: кратковременное включение двигателя с последующим выключением - это еще не настоящая эксплуатация автомобиля. Только когда вы проедете на вашем автомобиле в течение получаса, он выйдет на постоянный режим работы и продемонстрирует, что на таком автомобиле действительно можно ехать.

То есть, с технической и научной точек зрения, ИТЭР обеспечит значение Q, равное 10, и увеличенное время горения.

Вопрос: Каковы сроки реализации проекта ИТЭР?

Хольткамп: Все будет зависеть от того, как быстро мы сможем сформировать команду в Кадараше, и насколько успешными будут усилия различных сторон по строительству компонентов, которые они должны предоставить. Для этого потребуется обеспечить ежегодное финансирование проекта в достаточном объеме, поэтому необходимо будет решить финансовые вопросы. Общая цель заключается в том, чтобы ввести ИТЭР в эксплуатацию в 2016 году. Я не могу обещать вам, что эта цель будет достигнута, потому что в течение ближайшего года нам предстоит еще осуществить процесс детального планирования. Поэтому я бы пока не хотел говорить о 2016 годе как о крайнем сроке. После завершения строительства ИТЭР проработает в течение 25 или 30 лет.

Вопрос: Не могли бы вы описать этапы реализации проекта ИТЭР?

Хольткамп: Первый этап - подготовка к строительству. Официально ИТЭР пока не существует как организация, потому что семь сторон еще не подписали и не ратифицировали необходимые документы. Предположительно это произойдет до конца года. Стороны договорились о том, что будет представлять собой ИТЭР как международная организация. И это подлинный успех. Потребовалось примерно четыре года для того, чтобы завершить переговоры о том, как это предполагается делать и что ИТЭР будет построен во Франции. В то же время полный текст договора имеет в толщину менее одного дюйма. Впечатляет, что семь сторон смогли договориться о создании новой международной лаборатории, использовав для этого не так много бумаги.

В настоящий момент начиняется этап строительства - строительства устройства, зданий и элементов токамака. Это экспериментальная камера термоядерного синтеза в форме пончика (тороидальной формы), в которой плазма нагревается и сдерживается магнитными полями. Термин "токамак" является сокращением от русскоязычного термина "тороидальная камера с магнитными катушками". И далее сборка и запуск токамака.

Этап эксплуатации займет следующие 25 или 30 лет, в течение которых будут проведены все запланированные эксперименты. Поскольку ИТЭР - это экспериментальное устройство, он не будет выведен на проектную мощность на следующий день после того, как будет построен. Люди должны будет вначале научиться эксплуатировать его, узнать связанные с этим секреты и приемы, выяснить, в чем заключаются проблемы, и только после этого активно приступить к работам для достижения конечных научных целей и, возможно, даже превзойти их.

Последний этап - вывод из эксплуатации, который необходимо распланировать уже на этапе строительства и эксплуатации. Я уже говорил, что побочные продукты термоядерного синтеза не являются высокорадиоактивными, но сама камера - то место, где происходит этот процесс - является очень радиоактивной. Ее необходимо будет вывести из эксплуатации и утилизовать без нанесения вреда окружающей среде, как и любую другую радиоактивную деталь оборудования. Все это входит в этап вывода из эксплуатации, который продлится примерно пять лет.

Вопрос: Почему международное научное сотрудничество имеет решающее значение для успешной реализации проекта ИТЭР?

Хольткамп: Энергетическая проблема стоит перед всем миром. Если взять эти семь сторон - Европейский союз, Республика Корея, Индия, Китай, Япония, Россия и США - и подсчитать, сколько людей живет в этих странах, то выяснится, что на их долю приходится более половины населения всего мира. Повышенный интерес с их стороны очевиден и легко объясним. Научное сотрудничество, на мой взгляд, является не менее очевидным. Специалисты по созданию устройств термоядерного синтеза имеются в различных странах мира, а для строительства столь сложного устройства нужны самые умные люди, которых мы только можем найти. Кроме того, большим преимуществом международного сотрудничества является то, что люди разных культур привносят различные идеи, причем делают это в условиях научного соперничества, что ведет к созданию более удачного научного устройства.

Вопрос: Что произойдет после завершения проекта ИТЭР?

Хольткамп: Программа термоядерного синтеза носит поистине международный, широкий характер. Люди уже сейчас рассчитывают на успех ИТЭР и думают о следующем шаге - создании прототипа промышленного термоядерного реактора под названием ДЕМО. Чтобы построить его, необходимо, чтобы ИТЭР работал. Мы должны достичь наших научных целей, потому что это будет означать, что выдвигаемые нами идеи вполне осуществимы. Тем не менее, я согласен с тем, что всегда следует думать о том, что будет дальше. Кроме того, в процессе эксплуатации ИТЭР в течение 25-30 лет наши знания постепенно углубятся и расширятся, и мы сможем более точно наметить наш следующий шаг.

Мнения, высказываемые в данной статье, не обязательно отражают точку зрения или политику правительства США или сторон-участниц проекта ИТЭР.

Графическая иллюстрация на стр. 27:
Дейтерий
Гелий
Тритий
Нейтрон
Энергия