Ссылки для упрощенного доступа

logo-print

Наука: перспективы развития термоядерной энергетики


Ирина Лагунина: Запасы ископаемого топлива рано или поздно исчерпаются. Альтернативные возобновляемые источники энергии вряд ли смогут в полной мере их заменить. Даже запасы урана для атомных станций ограничены. И все же человечеству не грозит энергетический голод. Атомные реакторы нового поколения наряду с электричеством способны нарабатывать ядерное топливо, с избытком восполняя израсходованное. Окончательное же решение энергетической проблемы даст термоядерная энергетика. Но реализация ее станет экономически оправданной, лишь когда нефть подорожает до 500 долларов за баррель, считает директор Института теплофизики экстремальных состояний РАН, академик Владимир Фортов. О перспективах развития энергетики с ним беседует Александр Сергеев.



Александр Сергеев: Владимир Евгеньевич, вы сказали, что перспективы энергетики – это определенная ядерная технология. Почему все-таки не нефть, не газ, не альтернативная энергетика, связанная с ветром, с солнцем?



Владимир Фортов: Сегодняшняя энергетика на 80% построена на использовании органического топлива – это уголь, газ, нефть, так называемые невозобновляемые источники энергии, они истощаются. Не так быстро, как пишут некоторые аналитики, потому что идет открытие новых месторождений. Но эти месторождения труднее в добыче и, естественно, дороже. Вот мы с вами сейчас беседуем на борту парохода, под нами Северный шельф. На этом шельфе третье в мире расположено газоносное месторождение. На первом месте Саудовская Аравия. Но если вы посмотрите, как добывается газ в Саудовской Аравии и как надо добывать в Штокмане, то вы, конечно, придете в ужас. Потому что речь идет о глубинах несколько сотен метров и еще вглубь дна приблизительно на полкилометра – километр. Плюс это, конечно, льды и поэтому добыча этих ресурсов будет очень дорогой. И чтобы двигаться дальше, люди идут по двум направлениям. Первое – это создание энергоэффективных технологий, получить как можно больше энергии из одного килограмма органического топлива. И второе – это поиск принципиально новых источников.



Александр Сергеев: Сейчас очень много говорится про альтернативную энергетику, ветровую, водную, про солнечную энергетику. Может ли она в перспективе потеснить существенным образом ископаемое топливо?



Владимир Фортов: Скажу вам так, что сегодня на 80% - это тепловая энергетика, когда вы сжигаете уголь, газ или нефть. И тепловая будет еще долго центральной во всем мире, не только у нас, не только наши оценки. Солнечная энергетика очень быстро прогрессирует. Снижается стоимость батарей, возникают новые фотопреобразователи, в частности, на структурах, которые придумал наш выдающийся Нобелевский лауреат Жорес Алферов. Цена этого падает резко. И по-видимому, где-то через 10-15 лет появятся первые устройства, которые будут конкурировать в коммерческом смысле. Если говорить об электроэнергии ветра, то есть прогнозы, по которым Германия должна выйти на 10% уровень. Но здесь есть свои особенности. Ветер не всегда дует, вы должны эту энергию запасать. Теперь ядерный энергетика. Энергоемкость ядерного топлива в миллион раз выше, чем энергоемкость органического топлива. Это удобно, потому что это позволяет вам избежать транспортных расходов. Но с другой стороны, это вещь потенциально опасная, потому что в случае аварии у вас выделяется большое количество энергии в заданном небольшом объеме. Еще есть радиоактивное заражение. Но тем не менее, доля атомной энергетики в мировом балансе, несмотря на Чернобыль, несмотря на отрицательное отношение к ядерной энергетике во многих странах, составляет где-то 16-18%. И сегодня явно меняется отношение к ядерной энергетике, как к вещи, без которой обойтись в будущем нельзя. Например, Франция около 75% своей энергетики вырабатывает на атомных станциях, не было ни одной аварии. Кроме того, они продают атомную энергию в форме электрической странам, которые у себя запретили атомную энергетику, например, Италии. Сейчас в ядерной энергетике происходит поворот. И связан он с тем, что с одной стороны люди все-таки видят исчерпаемость всех других источников, видят экологические большие последствия, в частности, связанные с угольной энергетикой. Второе то, что атомная энергетика может работать в режиме так называемого бридинга, когда происходит воспроизводство ядерного топлива.



Александр Сергеев: Мы сжигаем одно топливо…



Владимир Фортов: И получаем топливо, которое можно сжигать еще и даже этого топлива больше, чем вы сожгли первичного топлива.



Александр Сергеев: А из чего мы его получаем?



Владимир Фортов: В нейтронном потоке производим другие делящиеся вещества. И здесь Россия находится на передовых позициях, потому что у нас работают реакторы на быстрых нейтронах, мы одни из первых построили. Но следующий этап, конечно, это термоядерная энергетика. Должен сказать, что вообще вся энергетика за очень небольшим исключением обязана своим происхождением термояду. Ядерные реакции синтеза двух атомов дейтерия и трития.



Александр Сергеев: Дейтерий и тритий – это тяжелые изотопы водорода.



Владимир Фортов: Я сказал, что вся энергетика и уголь, и органика, и солнечная энергия, и гидроэнергия, она обязана своим происхождением Солнцу. Это большой термоядерный реактор, в котором выполнены условия горения термоядерного топлива. Эти условия очень тяжелые. Нужны очень большие давления, нужны очень большие температуры. Для того, чтобы два ядра сблизить, нужно преодолеть барьер.



Александр Сергеев: Электрическое отталкивание.



Владимир Фортов: Так вот, чтобы сблизить их, существуют разные способы. Способ, который сейчас является фаворитом – это термоядерный синтез. Когда вы разогреваете до температуры сто миллионов градусов это все дело и с большой скоростью частички двигаются, они сольются по этой реакции. Задача получить очень высокую температуру так, чтобы плазма не касалась стенок сосуда, иначе она их прожжет и разорвет всю установку. Поэтому нужно плазму нагреть до высокой температуры. Второе: дать ей подольше пожить в таком состоянии, то есть отжать ее от стенок, для этого используется магнитное поле и надо зажечь ее. Очень образно проблему термоядерного синтеза можно представить как проблему поджога костра, сделанного из мокрых дров. Вам надо, чтобы пламя занялось, вода бы испарилась, пламя распространилось от одного слоя к другому. Если вы не обеспечите режим горения, вы энергии будете тратить больше, чем выделяется. Это одно направление.


Второе направление - это так называемый термоядерный синтез в инерционном удержании. Вам тоже нужно сделать температуру сто миллионов градусов, но вы говорите, что я не буду долго держать эту плазму в магнитном поле, а я возьму и сделаю это в форме микровзрыва, точно, как это сделано в водородной бомбе. Но в водородной бомбе в качестве запала спичек, которые зажигают этот костер, используют атомную бомбу. Атомная бомба плоха тем, что она имеет взаимокритическую массу. Вы не можете сделать атомную бомбу меньше, чем определенная величина. Поэтому вся система, атомная бомба плюс водородная, имеет минимальный уровень мощности, который находится на уровне килотонны. Так вот, что сейчас делают: сейчас берут вместо атомной бомбы, атомного запала, берется маленькая капелька дейтерий-3 замороженного, доли миллиметра. Эта капелька со всех сторон обжимается лазерным излучением, получается плазма высокой температуры и высоких плотностей. Плотность такой частички приблизительно в тысячу раз больше, чем плотностью исходная.



Александр Сергеев: То есть капля водорода намного плотнее самых тяжелых металлов?



Владимир Фортов: Вы должны капельку сжать и одновременно нагреть до высоких температур. Вот это условие импульсного термояда требует очень мощных и очень хороших лазеров. И американцы пустили NIF – эта машина имеет 192 лазерных пучка, энергия выделяется в форме взрыва и станция будет работать так, как работает двигатель внутреннего сгорания.



Александр Сергеев: А мощности взрывов?



Владимир Фортов: От 20 до 200 килограмм ТНТ, то есть то, что можно сделать в реакторе.



Александр Сергеев: То есть как взрыв приличной, но обычной бомбы. Есть такие камеры, в которых можно удержать?



Владимир Фортов: Приезжайте, я вам покажу, у меня такая камера есть, самая крупная в мире. Кстати, построена в Северодвинске из корпусов подводных лодок. Это никакая не фантастика. Водородная бомба, которая использует принципы, о которых я вам сказал, она сделана была, испытана и она стоит на вооружении у многих стран, сейчас 9 стран мира имеют термоядерное оружие. Поэтому с физической точки зрения здесь все ясно. Сегодня ситуация с магнитным термоядом вот какая: на трех установках сразу в мире энергию, которую вы тратите на разогрев плазмы, равна энергии, которую получается в результате термоядерного горения. У вас замкнут цикл.



Александр Сергеев: А эта энергия более-менее стабильно выходит?



Владимир Фортов: Работает несколько секунд и несколько секунд идет мощность. 25 мегаватт термоядерной энергии получено на этих трех установках. И сейчас делается большой международный проект, он приблизительно в десять раз больше выделять энергии, чем тратить. Этот реактор должен заработать лет через 10-15. После него уже пойдет следующий проект редактор «Демо», демонстрационный, который будет...



Александр Сергеев: Это исследовательский, за ним демонстрационный и только потом промышленный.



Владимир Фортов: Сейчас эти два направления, инерционный и магнитный, они конкурируют. Инерционный термояд поддерживается в значительной мере оборонными задачами, потому что вы тут имитируете процессы, которые происходят в водородной бомбе. Идет ИТР. Когда это все заработает, когда это даст? Это вопрос задавали на заре развития термояда Арцимовичу и он сказал так: термоядерная энергетика появится тогда, когда человечество в ней действительно будет нуждаться. Лучше не скажешь. Сегодня есть оценка: когда баррель нефти будет стоить больше 500 долларов, тогда надо будет переходить на термояд. Это дорого, но это говорит нам о том всем, что человечество без энергии не останется никогда.



Александр Сергеев: То есть она подорожает в несколько раз, но не кончится.



Владимир Фортов: Энергетика – это базовая отрасль экономики. И вы все отдадите ради того, чтобы у вас в розетке был свет. А в качестве шутки второй выдающийся ученый Кокрафт, возглавлял исследования соответствующие в Англии, его спросили: когда будет термояд коммерческий? Он сказал – через 20 лет. Прошло 20 лет. Его опять спросили – когда? Он сказал – через 20 лет. Как же так, вы 20 лет назад говорили. Он говорит: «Видите, я не меняю своих убеждений». Во всяком случае, если говорить об энергетике, то здесь есть перспектива. Хотя в других областях человеческой деятельности, например, в молекулярной биологии мы вполне можем нарваться на какую-то болезнь, которая просто угробит человечество и мы не сумеем ничего сделать. Поборем мы СПИД или не поборем? Я не знаю. Могут возникнуть в этих сложных биологических системах такие гадости, которые раньше уничтожат человечество, чем люди найдут способ противодействия. Вот здесь такого не будет. Здесь ясно - это вопрос денег и времени. Вот если вдруг сегодня нефть кончится, то, грубо говоря, завтра заработает термояд. Все навалятся на него и сделают.


XS
SM
MD
LG