Когда загорится "водородное солнце"

«Строительство ИТЭР задерживается лет на пять. Получение первой плазмы переносится ориентировочно на 2025 год», — сообщил в уходящем году на конференции «Международный проект ИТЭР: процесс реализации» руководитель российского агентства ИТЭР Анатолий Красильников. Специфика термоядерного партнерства заключается в тесном взаимодействии, и чье-то отставание приводит к тому, что буксовать начинает вся работа.

На скорость сооружения международного термоядерного экспериментального реактора влияет разница в менталитете партнеров. Задействованы сотни компаний и организаций семи сторон-участниц. «Разная ментальность, разные механизмы принятия решений тормозят стройку», — констатирует Анатолий Красильников. По его словам, Россия и Китай, выполняющие свои обязательства в срок, стали заложниками других членов партнерства, которые не всегда успевают вовремя сделать свою часть работы.
Чтобы исправить ситуацию, Бернар Биго, руководитель Международной организации ИТЭР (в марте 2015 года он сменил на этом посту Осаму Мотоджиму), решил расширить временные рамки проекта. На заседании совета ИТЭР в ноябре прошлого года был принят новый план сооружения на 2016 и 2017 годы. График работ до получения первой плазмы будет принят в июне этого года. Не исключено, что работы перераспределят между участниками.
Директор блока по управлению инновациями «Росатома», член совета ИТЭР Вячеслав Першуков поясняет: «Реализация проекта российской стороной продолжится согласно ранее утвержденному плану и бюджету. Это позволит работать в плановом режиме, обеспечивая загрузку наших предприятий без дополнительных заказов на производство».
В Международном агентстве ИТЭР отмечают, что с приходом нового руководителя стройка сдвинулась с мертвой точки. «Биго проводит очень жесткую политику. Чертежи замораживаются, чтобы как можно больше документации как можно раньше отдать строителям. Если я сейчас захочу внести какие-то изменения, у меня есть шанс сделать это только на верхнем этаже. Остальные уже у строителей», — объясняет Анатолий Красильников.
На сегодня построены два цокольных этажа главного здания. В январе приступили к сооружению первого этажа. Сдан корпус для намотки катушек тороидального поля, корпус для изготовления криостата. В новом офисном здании уже работают люди. Введена подстанция, которая принимает электричество от энергосистемы Франции.
Бернар Биго, отмечает Анатолий Красильников, грамотный ученый, проявляет хорошие организаторские способности. «Он ориентируется в законах своей страны, где строится ИТЭР. Это важно для оперативного решения вопросов. Плюс он дипломат — умеет договариваться и держит слово. Одним словом, новый руководитель ИТЭР сильный», — подводит итог Анатолий Красильников.
Все надеются, что теперь сооружение пойдет динамичнее. Ведь проект фундаментально просчитан: можно предсказать, как будет работать установка с учетом ее масштаба и опыта эксплуатации других токамаков, которых в мире больше трех сотен. «Но быстро построить не получится, — признает Анатолий Красильников. — Есть инженерные вопросы. Идет отработка технологий».

О палках в колеса и взаимовыручке

Работать над проектом ИТЭР начинали в середине 1980-х четыре партнера: Советский Союз, Европа, Соединенные Штаты и Япония. Все технические проекты создавали вместе. На этапе строительства присоединился Китай, Индия и Южная Корея. «Участвовать в проекте планировали в свое время то Бразилия, то Австралия, то Канада, потом передумали, Казахстан собирался. Сейчас речь уже идет о вступлении с финансовыми взносами, потому что технологически все поделено», — рассказывает Анатолий Красильников.
На вопрос о влиянии санкций на проект он отвечает, что на ИТЭР санкции не действуют. «Термоядерные исследования — это коллективное дело, и ставить палки в колеса при выполнении такой масштабной работы не выгодно никому из участников», — убежден он.
Правда, один инцидент все-таки был: американские партнеры не разрешили российским пользоваться своей программой для моделирования процесса переноса ионизирующего излучения нейтронов Monte Carlo N-Particle Transport Code. Выручили французы, предоставили свой софт – Transport Code TRIPOLI.

Россия в отличницах

В сооружении ИТЭР Россия участвует активно: в конце прошлого года заключены три очередных соглашения о поставке оборудования, ожидается подписание еще одного. Полсотни договоров в год заключается с отечественными предприятиями, которые изготовляют компоненты систем спецоборудования, проводят исследования и расчеты для проекта.
Наши обязательства предусматривают создание, поставку и наладку 25 систем и компонентов ИТЭР, из которых 10 – технологические, 15 – диагностические. Так, по решению Международной организации ИТЭР, тороидальные катушки для магнитной системы реактора будут изготовлены из российского сверхпроводника. Над этим заданием в кооперации работали несколько предприятий. ВНИИНМ предложил технологию производства стрендов, содержащих около 10 тыс. тончайших волокон диаметром 2 — 6 микрон. Ее внедрили на Чепецком механическом заводе. Из стрендов ЧМЗ сплетали сверхпроводящие кабели в подольском ВНИИ кабельной промышленности. Джекетировали (затянули в стальную оболочку) кабели в Институте физики высоких энергий в Протвино. Финальные испытания кабелей провели в Курчатовском институте. Затем продукцию отправляли в Европу на предприятия, где наматывали катушки тороидального поля.
«Предприятия в кооперации сделали для ИТЭР лучшие сверхпроводники. Они будут размещаться в наиболее критических местах. А это, согласитесь, признание мирового сообщества», — с гордостью говорит Анатолий Красильников.
Все 28 штатных длин проводника тороидального поля, включая два макета, входящие в сферу ответственности России, были изготовлены, испытаны и отправлены в Европу. От старта работ до завершения прошло всего пять лет. По словам Анатолия Красильникова, за это время «Росатом» дал толчок для развития отечественной высокотехнологичной сверхпроводящей промышленности, продукция которой найдет применение во многих областях. Например, в производстве томографов.

Гонка на равных: стелларатор или токамак

В конце прошлого года немецкие ученые запустили стелларатор Wendelstein-7X. Некоторые называют его конкурентом токамака. Так ли это — попробуем разобраться.
Ученые долго ломали голову над технологиями для термояда: чтобы атомные ядра в веществе начали сливаться, его нужно нагреть до сотни миллионов градусов и удерживать продолжительное время. Ни один материал не выдерживает соприкосновения с разогретой до температуры поверхности Солнца плазмой. Выход нашли: подвесили плазму в магнитном поле внутри тороидальной полости. Это и определило конфигурации термоядерных установок — токамаки и стеллараторы. В первых магнитное поле создается внешними магнитами и током, во вторых — только внешним магнитным полем.
Стелларатор, по мнению физиков, позволяет удерживать плазму намного дольше. Магнитные катушки в нем устроены так хитро, что сами создают навивающиеся линии магнитного поля для удержания плазмы, и, добавляет Анатолий Красильников, «стелларатору ток для работы не нужен». Но камнем преткновения для проектировщиков стала сложность конфигурации. Ученые налегли на другое направление — токамаки.
Однако с появлением суперкомпьютеров тема стеллараторов оживилась. В прошлом году немецкие ученые получили термоядерную энергию на установке Wendelstein 7-X. Миллиграмм газообразного гелия нагрели до миллиона градусов. Полученную плазму удалось удерживать 0,1 секунды. «Это уже большой успех, — признает Анатолий Красильников. — Если Wendelstein 7-Х экспериментально подтвердит хорошее удержание быстрых ионов, то у концепций стелларатора и токамака гонка будет на равных».
Немецкие ученые собираются получить водородную плазму и удерживать ее максимально длительное время. В этом году они надеются зажечь водородное солнце на 10 секунд, а затем довести удержание до 30 минут (результат токамаков — 30 секунд). При успехе эксперимента планируется построить стелларатор для коммерческого производства электроэнергии.