Научный руководитель ТРИНИТИ Владимир Черковец: «Термоядерная станция появится к 2054 году»

Слушатели последней в 2018 году лекции проекта «Научные чтения» теперь знают, что плазменные технологии могут вывести на новый уровень развития геологию, космонавтику и энергетику. Узнайте и вы — публикуем выдержки из выступления научного руководителя ТРИНИТИ, профессора Владимира Черковца.

— Говорят, что плазма — это четвертое состояние вещества. Но в некотором смысле оно скорее первое. Первые 300 тыс. лет после Большого взрыва все вещество во Вселенной находилось в плазменном состоянии. И сейчас 90 % наблюдаемой части Вселенной — это плазма.

— Плазма — частично или полностью ионизованный газ, который можно получить, повышая либо температуру, либо давление газа. В плазме примерно равное количество отрицательно и положительно заряженных частиц.

— В плазме действуют электрические и магнитные поля. Сложная структура взаимодействия частиц и разных магнитных полей объясняет непостоянство, сложность этой системы и проблемы, которые приходится решать, чтобы удержать плазму при больших температурах и энергиях. Поэтому так долго, с 1950-х годов, изучается плазменная проблема, и еще много задач предстоит решить.

— Первая плазменная технология, созданная человеком, — это костер. Она дала людям тепло, обеспечила приготовление пищи. Сразу же перехожу к куда более современной технологии — плазменный импульсный ускоритель. С его помощью можно изменять свойства поверхностей материалов, можно создавать различные источники излучения частиц, можно обеспечить электрореактивное движение, и, наконец, это основа термоядерной энергетики.

— Способность плазмы менять свойства поверхностей материалов заметили почти случайно во время термоядерных экспериментов. Выстрел ускорителя привел к тому, что атомы плазмы внедрились в поверхность металлической пластины, и от этого микротвердость поверхности возросла в десятки раз, коррозионная стойкость — еще больше. Перед материаловедами «Росатома» стоят задачи повышения стойкости материалов для быстрых реакторов, создания новых материалов для толерантного топлива. Плазма может открыть новые большие возможности для энергетики.

— Практически исчерпаны возможности химических реактивных двигателей для освоения космоса. Они не смогут безопасно доставить космонавтов на Марс, не помогут исследовать дальний космос — не хватит скорости. Для современных спутниковых систем, межорбитальных буксиров, кораблей, которые отправятся к дальним планетам, нужно создать новые движки на основе плазменного ускорителя. Они смогут обеспечить переход скоростей от сотен метров в секунду до сотен тысяч метров в секунду.

— Еще одна разработка для космоса — термоэмиссионные преобразователи, работающие на низкотемпературной плазме. Первое подобное устройство было создано в Минсредмаше в 1970 году. Итог, которым может гордиться атомная отрасль страны, — космическая ядерная энергоустановка «Топаз». Нигде в мире ничего подобного не было. Нужно активно продолжить эту тематику.

— Колоссальное достижение наших атомщиков — плазменные магнитогидродинамические генераторы электроэнергии. Это плазменный ускоритель наоборот. Используется ракетный двигатель твердотельный. Когда обычное ракетное топливо с добавлением цезия сжигают, а струю плазмы пропускают между магнитами, мы получаем электроэнергию.

— В 1970–1980-е годы геологи использовали магнитогидродинамические генераторы Минсредмаша для поиска нефти в Прикаспийской низменности. Традиционные для геологоразведки сейсмические технологии позволяют отделить твердое от жидкого. Наша электромагнитная технология позволяет разделить проводящую и непроводящую жидкость: вода проводит, нефть нет. Создается мощный электромагнитный импульс, распространяемый в земле, ставится масса датчиков вокруг, с них снимается информация. Благодаря плазменным технологиям границы месторождений были очень четко определены. Метод в те годы не получил широкого распространения — сложно было обрабатывать информацию со множества датчиков. Но сейчас компьютерные технологии ушли далеко вперед, нужно вернуть эту тематику на передние рубежи. Далеко не все разведано еще.

— Управляемый термоядерный синтез — тоже плазменная технология. С 1968 года построено уже более 300 токамаков. Мы стояли у истоков термоядерной энергетики, сейчас мир на стадии создания международного термоядерного реактора ИТЭР. Инициаторы этого проекта — тоже наши ученые. Но есть уже целая группа конкурентов: помимо США, стран Европы, Японии в термоядерную гонку включились Китай и Корея. На инновационных установках уже более 100 секунд держат плазму. Мы начинаем отставать, но пока немного, термоядерная национальная программа предполагает строительство двух установок такого же класса: в Курчатовском институте — модернизированного токамака Т 15МД, в ТРИНИТИ — токамака реакторных технологий.

Вопросы и ответы

— Расскажите, насколько безопасны термоядерные реакторы.

— Термоядерная энергетическая установка будет более безопасна, чем современные ядерные, — нет критмассы. Но хватает своих проблем. Скорее всего, не будет сразу чистого термояда, вначале плазменные термоядерные установки используют как внешний источник нейтронов, который будет нарабатывать топливо из урана‑238 или тория. Эта технология должна быть разработана с учетом современных требований к безопасности ядерных объектов.

— 40 лет назад говорили, что термоядерный синтез — дело ближайших 20 лет. Не кажется ли вам, что, хотя процесс исследований интересен, до реализации дело так и не дойдет?

— Да, это сложная задача, и быстро ее не решить. Академик Арцимович говорил: как только приспичит человечеству, тут же термояд и сделают. Пока, значит, не приспичило. Мой ответ другой: в 2054 году. В 1954 году запустили первую АЭС, а мы любим отмечать юбилеи с размахом.

— С инерциальным термоядерным синтезом как обстоят дела? Есть прогресс или это такой же фейк, как холодный термояд, пузырьковый термояд?

— Инерциальный термояд — это серьезная наука, ею давно занимаются и у нас, и за рубежом. Насколько серьезная, можно судить по испытаниям «Кузькиной матери» на Новой Земле — это как раз инерциальный термоядерный синтез. Причем управляемый. По инерциальному термоядерному синтезу тоже предусмотрены в национальной программе работы. Одна установка уже строится в Сарове, скорее всего, в программе будет еще и импульсно-периодическая установка. Инерциальный термоядерный синтез — это большая тема, заслуживающая отдельной лекции.

— Насколько перспективно применение плазменных технологий для утилизации РАО и других отходов?

— Стоит задача все мусорные полигоны вокруг Москвы убрать. Уничтожение возможно с помощью плазмотронов. Исследования возможностей ведутся. РАО — более деликатная вещь, тут использование высокотемпературной плазмы может быть опасно.

— Какие организации занимаются разработкой плазменных электрореактивных двигателей для космических кораблей?

— Назову сначала вузы: МЭИ, МВТУ, МФТИ, МИФИ. Затем научно-исследовательские центры. Это Центр Келдыша, Курчатовский институт, ТРИНИТИ, Конструкторское бюро химавтоматики (КБХА). Сейчас уровень 100-киловаттный, а в национальной программе предусмотрено строительство более мощных установок в Курчатовском институте, КБХА, ТРИНИТИ. Наш стенд будет готов уже через четыре года.