Шаг в «Термоядерную эру»

В конце декабря 2015 года мир облетела следующая новость:

«В Германии успешно запущен термоядерный реактор Wendelstein 7-X (W7-X). Ученые Института физики плазмы имени Макса Планка в городе Грайфсвальд получили гелиевую плазму и удержали ее в течение одной десятой секунды. Wendelstein 7-X – крупнейший в мире термоядерный реактор типа стелларатор, и получение тестовой плазмы подтверждает возможность использования стеллараторов в качестве промышленных термоядерных реакторов». 

Комментаторы обращали внимание на то, что в наше время в развитых странах идет настоящая гонка по исследованию проблем термоядерного синтеза. В частности, упоминалось о том, что в лаборатории, принадлежащей американской компании Lockheed Matrin, уже получили высокотемпературную плазму и будто бы намерены приступить к созданию промышленного реактора мощностью в 100 мегаватт, имеющего небольшие габариты – два на три метра. 

Работы по термоядерному синтезу проводятся и в Китае. Российские ученые (о чем будет сказано ниже) также вносят свой вклад в развитие данного направления, участвуя в международных проектах.

Впрочем, нельзя не отметить того факта, что среди специалистов в области энергетики нет однозначной оценки относительно практической отдачи от таких исследований. Так, мне доводилось слышать категоричные высказывания на сей счет со стороны некоторых статусных сотрудников Института теплофизики СО РАН. По их мнению, термоядерные электростанции – это не более чем утопия. Полученные результаты интересны в большей степени теоретикам, чем практикам.

Если и впредь идти здесь такими же темпами, то «термоядерная эра» отодвигается в будущее на такой далекий срок, что вряд стоит говорить о какой-то актуальности данной темы для современного человека. Энергетика – вещь насущная. Стало быть, необходимо сосредотачиваться на том, что способно дать результат в ближайшей перспективе.

Например, развивать альтернативную энергетику, развивать новые, более эффективные способы сжигания ископаемых топлив и так далее. А «термояд» пусть станет достоянием далеких потомков (если с ним вообще что-то получится). Примерно такую точку зрения высказывают те исследователи, что связаны с «традиционной» энергетикой.

Скепсис этот не нов. И ученые, прямо или косвенно связанные с исследованиями в области термоядерного синтеза, разумеется, знают о таком скептическом настрое со стороны своих коллег. Но на сей счет у них есть свои контрдоводы.

Напомню, что специалисты Института ядерной физики СО РАН  также осуществляют соответствующие эксперименты. Кроме того, на территории этого института (совместно с коллегами из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН) с помощью специальных лабораторных установок проводятся испытания материалов, которые в будущем могут применяться для промышленных термоядерных реакторов. Серьезность указанных исследований подчеркивается хотя бы тем, что ими плотно интересуются специалисты Юлихского исследовательского центра (Германия), вносящего сегодня свою лепту в развитие данного направления.

Интерес к нашим разработкам со стороны иностранцев лишний раз показывает, что сибирские ученые и по данному направлению также работают на мировом уровне. В этой связи весьма интересна их оценка текущей ситуации с «термоядом». Как пояснил заведующий лабораторией методов синхротронного излучения ИХТТМ СО РАН Борис Толочко, в «меленьких объемах» термоядерная реакция запущена. Это у наших ученых уже получается. Теперь стоит вопрос о том, чтобы ее масштабировать. То есть необходимо сделать так, чтобы с помощью термоядерной реакции «снимать» мегаватты и гигаватты энергии.  Попросту говоря, теперь перед учеными стоит проблема, связанная с переходом от лабораторных экспериментов в сторону технологии. А здесь уже появляется целый комплекс достаточно сложных задач, которые, в принципе, не решаются силами одной отдельно взятой институтской лаборатории. Здесь уже нужно работать «хором», привлекая большое количество самых разных специалистов. И создание надежного материала для промышленного термоядерного реактора – как раз одна из таких задач. Ведь мало запустить термоядерную реакцию, мало просто увеличить масштаб. Нужно добиться того, чтобы реактор работал годы, а может и десятки лет. Иначе, как мы понимаем, ни о какой практической пользе не может быть и речи.

По словам Бориса Толочко, сейчас на Западе реализуется сразу несколько проектов по созданию больших экспериментальных термоядерных реакторов. После чего (в случае успешных испытаний), можно уже будет приступать к созданию промышленных образцов.

В принципе, чисто теоретически смоделировать сам процесс ученым вполне по силам. Но на практике, как всегда, появляется масса принципиальных моментов и нюансов, когда в ходе испытаний совсем не исключены непредвиденные «сюрпризы». Практические знания просто так из головы не вытекают. Конкретные испытания всегда вносят свою корректировку, расширяя и углубляя наше понимание некоторых физических процессов. Необходимо проводить большое количество экспериментов и проверок, делать поправки на результат и снова ставить эксперимент. Всё это требует и времени, и денег (не говоря уже о потраченных нервах).

Чтобы понять суть проблемы, приведем наглядный пример. Возьмем маленький спортивный самолет и огромный авиалайнер. Два разных масштаба требуют для себя разные технологии. Маленький самолет можно сделать, например, из дерева. А для авиалайнера понадобятся титановые сплавы. Никакое дерево тут не пригодно. И двигатели тут тоже понадобятся другие. И много чего еще. То есть нельзя просто так взять и чисто механически увеличить маленький самолет до большого, не меняя технологий и оснащения, ибо многократно множится и количество принципиально новых задач.

Точно так же выглядит сейчас ситуация в случае с «термоядом». Одно дело – получить термоядерную реакцию в небольшом «объеме» в условиях лаборатории. Другое дело – создать промышленный реактор величиной с дом. Чисто механически увеличить масштаб не получится. Сложность решения возрастает на порядки. Точно так же есть разница между школьным живым уголком, где содержат одного кролика, и кроличьей фермой, где содержат тысячи животных и одновременно решаются задачи с их размножением. Согласитесь, что школьный живой уголок – намного проще кроличьей фермы.

Для вхождения в «Термоядерную эру» требуется решить аналогичный масштаб задач: от одного лабораторного «кролика» нужно перейти к «выращиванию и размножению» тысячи таких «кроликов».

Разумеется, ничего фантастического здесь уже нет. Рано или поздно решения будут найдены. Естественно, это не обойдется без серьезных финансовых затрат. Но судя по тому, как поддерживается данное направление на Западе, не приходится сомневаться, что дело будет продолжено и доведено до положительного практического результата.

Ну а тот факт, что и наши ученые вносят свой вклад в будущую энергетическую революцию (а это будет именно революция), вызывает, конечно же, двойственные чувства. С одной стороны, мы гордимся нашими талантами. С другой, вызывает неприятный осадок то обстоятельство, что наши таланты так плохо востребованы в своей же стране.

Олег Носков