Плотность плазмы Во французском центре ядерной энергетики Кадараш идёт строительство первого в истории человечества термоядерного реактора ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). В этом реакторе смесь из изотопов водорода — дейтерия и трития — разогреют до 400 млн. градусов, и она перейдёт в состояние плазмы. Плазма «повиснет» в вакуумной камере в форме тора (бублика), удерживать её будет магнитное поле, созданное катушками из сверхпроводника. А внутри плазмы начнётся термоядерный синтез — ядра дейтерия и трития сливаются, превращаясь в ядра гелия и нейтроны с выделением большого количества энергии. Энергия преобразуется в электрическую через теплообменник. Установка беспрецедентной сложности должна дать первую плазму в 2019 году, а через семь лет стартует серия экспериментов со смесью дейтерия и трития. Программа международная, сегодня в ней участвуют 33 государства. Роль России — ключевая. Во‑первых, именно в нашей стране был предложен принцип удержания плазмы магнитным полем: Андрей Сахаров и Игорь Тамм обосновали его в 1950 году. Во‑вторых, опытная установка такого рода разработана и создана в СССР под руководством академиков Арцимовича, Леонтовича и Кадомцева — знаменитый токамак. В‑третьих, сам проект ITER предложен Михаилом Горбачёвым с подачи Евгения Велихова. Работа кипит, участники выполняют взятые на себя обязательства. В России координационную функцию взяло на себя Агентство ITER РНЦ «Курчатовский институт». В 2011 году решено перевести его в систему госкорпорации «Росатом». Мы беседуем с руководителем российского агентства Анатолием Красильниковым.— Сейчас проект ITER уже рабочий: строится здание, сооружаются системы реактора. После стольких лет ожидания это почти как чудо воспринимается. Реально запустить установку в 2019 году?— Соорудить машину к ноябрю 2019 года — вызов для партнёров‑участников. Но для меня очевидно, что это технически возможно. В последние два года у проекта были трудности управленческого характера, но с приходом Евгения Велихова на должность председателя совета ITER дело заметно сдвинулось. Заменили генерального директора, менеджмент, и результат не заставил себя ждать.— Само существование проекта ведь оказалось возможным благодаря Велихову?— Да, он приложил большие усилия к тому, чтобы это случилось. Когда в 1985 году Горбачёв пришёл к власти, появилась фраза «разрядка международной обстановки». Принялись искать область сотрудничества для СССР и США: «Давайте что-то делать вместе, что-то хайтековское, трудное и не военное». Тогда Евгений Велихов выдвинул эту идею. И на встрече Горбачёва с Рейганом предложение прозвучало. Позвонили Миттерану. И вот США и СССР объявили о намерениях создать термоядерный реактор, сразу же присоединилась Европа, потом Япония. До 2000 года проект был четырёхсторонним, потом в него вошли Индия, Китай и Южная Корея.— Как сейчас организовано сотрудничество?— Проект ведут семь партнёров, шесть из них вносят по 9,09% — Россия, США, Индия, Китай, Япония и Южная Корея. Остальные 45,46% поступят от седьмого партнёра — 27 стран Евросоюза. Каждый участник обеспечивает свой вклад двумя способами: деньгами и в «натуральной» форме, изготавливая у себя по заказу необходимое оборудование. Партнёр заключает соглашение с международной организацией ITER, которая располагается в Кадараше. Россия должна поставить 19 систем. Пять соглашений уже подписаны, ещё два появятся до конца года, основная часть — в следующем году, и два — в 2012 году. Каждый партнёр поручает какому-то юридическому лицу выполнять функции агентства, которое договаривается с производителями. В России таким агентством в последнее время был РНЦ «Курчатовский институт». Сейчас совместно с Росатомом принято решение о том, чтобы выделить его в самостоятельное юридическое лицо «Учреждение госкорпорации «Росатом» Проектный центр ITER». Раньше это было подразделение Курчатовского института, а теперь мы войдём в структуру Росатома.— А какой у России денежный вклад?— 10% от натурального взноса, то есть около 1% стоимости ITER. Деньги идут на содержание организации в Кадараше, на НИОКР, финансируемые оттуда.— Каким способом финансируются работы?— За счёт федерального бюджета. Есть строка, которая называется «Выполнение международных обязательств РФ по проекту ITER». Государство перечисляет средства, Росатом их распределяет, единственный исполнитель — наше агентство.— Какие суммы?— В нынешнем году 4,5 млрд. В следующем будет побольше. Деньги раздаются изготовителям этих 19 систем.— 2008 год был кризисным. Да и 2009 год. Не возникало проблем с финансированием?— Нет. Вот пример: в прошлом году, когда мы начали производство и столкнулись с реальными ценами изготовления в промышленности, то увидели, что расходы больше, чем это планировалось в 2001 году. Мы увеличили запрос при формировании бюджета. И, несмотря на кризис, деньги получили.— Сколько человек задействовано в российском сегменте проекта?— Мы, конечно, специально не считали. Ориентировочно так: в НИИЭФА 800–900 человек, в ТВЭЛ — человек 300, в Курчатовском институте около 100, в НИКИЭТ около 50, в Институте прикладной физики в Нижнем Новгороде — 50, в ТРИНИТИ — человек 30, в Физико-техническом институте около 30, в ВНИИНМ им. Бочвара — 30, в НИИ кабельной промышленности — 40… Получается меньше 2,5 тыс., но это высококвалифицированные специалисты.— Расскажите об устройствах, которые мы изготавливаем.— В ITER принято решение делать сверхпроводники катушек тороидального поля из NbSn3, а катушек полоидального поля — из NbTi. Российская Федерация свою долю получила как в тех, так и в других. На Чепецком металлургическом заводе в Глазове создано уникальное для нас производство сверхпроводников («Страна Росатом» писала об этом предприятии в № 13 — прим. ред.). Я знаю, что в ближайшие четыре года ЧМЗ загружен работой на ITER по очень жёсткому графику, но на будущее они уже просматривают заявки от других заказчиков. Ещё нами подписано соглашение о поставке дома дивертора. В токамаке (а реактор ITER сооружают по схеме токамака) есть часть поверхности первой стенки, на которую выносятся из плазмы частицы и энергия. Это дивертор. У него три основных компонента: то, что мы на жаргоне называем левой ногой и правой ногой, а между ними — дом дивертора. Последний на 100% изготавливает Россия — НИИ электрофизической аппаратуры им. Ефремова в Санкт-Петербурге— Это тоже что-то высокотехнологичное?— На дом дивертора идёт приём экстремальных потоков энергии, поэтому уровень и материалов, и конструкций, которые там применяются, существенно выше мирового. Конструкция такая: материал, который «смотрит» на плазму — вольфрам, соединён с каркасом из нержавеющей стали. Ещё используется бронза. Вольфрамовая поверхность, по сути, теплообменник. На неё приходит тепло, затем это тепло отдаётся конструктиву, по которому протянуты водоохлаждающие трубки.— Насколько я знаю, в России ситуация с материаловедением не самая радужная. Есть всего несколько групп, которые хорошо умеют работать с материалами, а в целом мы довольно сильно отстаём. Странно слышать, что взялись именно за такую задачу в ITER.— Когда наши переговорщики формировали российский пакет, то так и решили: набрать задач из разных областей, которые позволят развить соответствующие технологии, поддержать институты, группы, школы за счёт финансирования проекта. И мы многое умеем. В НИИЭФА сильный коллектив, и, кроме дома дивертора, они взяли ответственность за изготовление 40% первой стенки ITER. Там бериллий прикрепляется к опоре из нержавеющей стали. Тоже хайтековский элемент. Уже часть испытаний провели. Да и в Глазове материал хайтековский — сверхпроводник.— Завод в Глазове — единичный пример или после изготовления других систем тоже останутся технологичные производства?— К ITER относятся как к совместной отработке принципов и конструкций будущего термоядерного реактора. И все партнёры имеют в виду, что термоядерная энергетика превратится в коммерческую отрасль, и те страны, которые не будут участвовать в этом празднике жизни, останутся у обочины.— Ну, это когда ещё…— Не так далеко: 30–40 лет. И если мы создаём команду, которая умеет и с бериллием работать, и с вольфрамом и тепловые испытания проводить, то эта же команда потом может с любым материалом обращаться. Будет первая стенка, допустим, литиевая — будут её делать.— В СССР всегда грешили тем, что делали единичные высокотехнологичные вещи, а массовое производство наладить не могли. Не случится и сейчас что-то подобное?— Тот же НИИЭФА делает одну из катушек — катушку полоидального магнитного поля. Наматывает проводник, который мы изготовили. Имеет ли это выход на другие сферы? Да. Если вы, скажем, для медицинского томографа делаете сверхпроводящую систему, требуется технология: нужно уметь склеить сверхпроводник, разработать материал, который склеивает. Эту технологию мы тоже оставили в России, её внедряют на Средненевском судостроительном заводе. Будучи один раз освоенной, она потом может где угодно применяться. Следующий пример: Институт прикладной физики выпускает гиротроны — источники излучения сверхвысокой частоты. Сегодня они нужны для токамака, а завтра могут ещё где-то понадобиться. В ITER предусмотрено 24 гиротрона. Их делают в России, Европе и Японии.— Зачем это устройство нужно?— Для повышения температуры плазмы. Излучение этих приборов поглощается электронами. Смотрите, как одно тянет за собой другое: чтобы изготовить гиротрон, потребовалось окно из искусственного алмаза. Институт закупил технологию выращивания синтетического алмазного диска, а это уже очень широкий спектр применения. Дальше. Институт им. Ефремова делает верхние патрубки вакуумной камеры ITER — порты, через которые камера соединена с внешним миром. Через них откачивают вакуумную камеру, проводят диагностику. Таких портов 18, и все нашего производства. В этом году НИИЭФА отдал заказ двум предприятиям: Ижорским заводам в Санкт-Петербурге и заводу им. Орджоникидзе. Каждый сделал по половинке прототипа. На следующей неделе они будут сварены. Принципиально новой технологии здесь нет, мы просто хотим, чтобы у нас появилась культура изготовления таких вакуумных камер. Понимаете, работа выполняется по определённым стандартам, ITER — ядерный объект на территории Франции, и требования к вакуумной камере по местному законодательству повышенные.— Серьёзнее, чем к токамакам?— Много серьёзнее. Токамаки предыдущего поколения — электрофизические установки, работающие с водородом, иногда с дейтерием, с гелием. А здесь будет дейтерий-тритиевая смесь. Тритий и сам радиоактивен, и есть ионизирующее излучение, которое воздействует на все конструкции вокруг.— Какими ещё системами Россия может гордиться?— Тот же НИИЭФА занимается системой электропитания — очень важной и дорогой. Разные ключи, размыкатели, коммутаторы. Для чего? Вот у вас есть витки сверхпроводника на катушках. Чтобы это был сверхпроводник, они охлаждаются до температуры жидкого гелия. Если вдруг происходит перегрев, весь виток может перейти из сверхпроводящего состояния в обыкновенное и энергия тока высадится в этом месте в виде тепла. Если её не успеть снять, то она просто сожжёт виток. Будет колоссальная проблема: разбирать установку, менять виток — несколько лет остановки реактора. Значит, нужен ключ, который быстро переменит направление тока с этого витка на другой. Как раз такие ключи мы разработали. О других системах. Россия делает для ITER семь диагностических систем полностью и для двух — всю аппаратуру, которая размещается между плазмой и прибором. Например, для одной из оптических диагностик ставим все зеркала, а самим спектрометром и лазером займёмся позже.— Мы умеем делать спектрометры? Что-то я видел только импортные…— Расскажу историю. Однажды я приехал в Японию, зашёл в пультовую: вся электроника американская, а я привёз русскую. Спрашиваю: «Где японская? Вы же электронная держава». Выясняется: для бытовых целей да, держава, а там, где экстремальные параметры, сплошь и рядом приборы не сильно электронных стран. Вот мы делаем активную корпускулярную диагностику. В плазму стреляют пучком атомов и изучают спектр излучения, возникший после столкновения ионов плазмы с этими атомами. По таким спектрометрам мы лидируем в мире. Изобретение принадлежит ГНЦ РФ «ТРИНИТИ», а изготавливают прибор наши коллеги в Минске. Там всё уникально: нужно одновременно с нескольких точек брать сигнал, нужно увидеть очень небольшое излучение на фоне излучения плазмы, нужны радиационно-стойкие кварцевые волокна, чтобы свет вывести. Возникла группа наших институтов, вложивших свои разработки. И теперь Индия и Европа будут или повторять наш прибор, или просто покупать. Мы выпускаем оборудование для изучения поведения водорода в плазме, её плотности. Делаем нейтронную диагностику — она показывает профиль яркости плазмы: где находится центр горения, смещён он или нет. Предложили монитор потока нейтронов в диверторе, который позволит управлять горением в ITER. То есть мы будем успевать по изменению сигнала воздействовать на плазму: если она начала притухать — разожжём, если пошёл разгон — загасим.— До какого года планируется выполнить все заказы?— Первая плазма запланирована на ноябрь 2019 года. Осталось девять лет. Что такое первая плазма? Это означает, что вы включили электромагнитную систему, вакуумную камеру, получили вакуум и плазму, инициировали плазменный разряд и продемонстрировали работоспособность всех систем. На первой плазме не будет трития: как только вы запускаете тритий, активируются стенки, и персонал не сможет приблизиться к машине. Поэтому первые несколько лет ITER будет работать на водороде и на гелии. Если что-то понадобится поменять, то человек сможет войти. Первая дейтерий-тритиевая плазма будет только в 2027 году. Но это не значит, что мы сейчас ничего не поставляем. Есть план, по которому, например, проводник мы должны передать до 2014 года.— Какие были основные проблемы в проекте?— Вы говорите «были»! Их столько есть и ещё будет. Когда сооружается установка такого масштаба, когда участвуют 33 страны со своей культурой и методами организации бизнеса, отчётности… Непростой проект, сейчас он только начинается. Вот в следующем году мы должны переправить сверхпроводник в Европу на намотку. Ящик большой — 5х5х5 м — как его везти в Италию, каким транспортом, как сработает российская и итальянская таможня? Это всё вопросы, это деятельность, которой в России и в Советском Союзе вообще не было — что-то совместно с 33 странами делать.— Вам самому не странно в таком проекте работать? С одной стороны, история очень древняя, больше полувека термоядерный синтез пытаются осуществить для промышленности, с другой — реактор всё никак не построят. Не верится уже, что это вообще возможно.— Физически и технически возможно. Это совершенно точно. Я физикой плазмы занимаюсь 29 лет, работал на крупнейших мировых токамаках. Для меня ITER — естественное продолжение всего, что я делал раньше.— Но сроки-то какие! А вот ядерный реактор в прошлом веке сделали очень быстро.— Это разные случаи. У ядерного реактора конечное число проблем. А плазма вся «дышит», в ней столько неустойчивостей, что вы одну давите, а другая тут же вылезает. Получается задача с намного большим количеством параметров. И по науке, и по инженерии. Очень сложная установка. Почему мы сами не строим, с нашим огромным опытом? Почему американцы не строят? Мы приглашаем индусов и китайцев в проект и отдаём все свои наработки. Потому что в одиночку ни у кого нет технологических средств. В вакуумной камере зажигается небольшое солнце. И оно не где-то там далеко, а здесь, рядом, оно «облизывает» стенку реактора, и стенка должна стоять годами. А за ней сверхпроводник с температурой жидкого гелия. И не нужно думать, что за последние десятилетия не было прогресса в термоядерных исследованиях. Наоборот, он идёт очень быстро. Нужно, чтобы плотность плазмы была большой, температура и время удержания энергии. Все эти параметры выросли многократно.— В конце 60‑х получили 12 млн. градусов…— А в ITER будет 400 млн. Он может не заработать только в том случае, если мы все проявим слабость в части организации. Если на каком-то этапе поругаемся, не хватит уравновешенности. Трагедия будет, если кто-то усомнится в результате и проект остановится. Сейчас на ITER возлагают надежды все страны: Россия и США никаких других установок не строят, европейцы процентов 90% финансирования сюда отдают. И если мы его не выполним, мы спровоцируем коллапс термоядерных исследований в планетарном масштабе. Но если не допустим слабости в организации, то ITER будет закончен.
