Приобрести месячную подписку всего за 290 рублей

Сапожник без сапог

2008

Отсутствие поддержки со стороны государства ставит под сомнение целесообразность участия России в международных термоядерных проектах

Лес вырубили, роют котлован. Там, на юге Франции, почва очень каменистая», – рассказывает о местечке Кадараш, где через 10 лет будет сооружен реактор ИТЭР, директор петербургского НИИ электрофизической аппаратуры (НИИЭФА) Олег Филатов. Из того, что уже построено, – современный двухэтажный корпус, в котором расположились сотрудники международной организации ИТЭР. Это в первую очередь ученые, инженеры и конструкторы, приглашенные туда со всего мира, – около 200 человек, включая 15 россиян. Недавно международная организация объявила о расширении научной команды. Для России, полноправной участницы проекта, там «забронировано» еще 15 мест. «Мы стараемся найти кандидатов, но пока безрезультатно. Людей необходимой квалификации считанные единицы», – говорит заместитель начальника управления атомной науки и техники Росатома, курирующего российскую часть проекта, Виталий Коржавин.

Став членом элитной группы стран – участниц международного термоядерного проекта ИТЭР, Россия взяла на себя серьезные обязательства. Это не только разработка и создание отдельных частей будущего реактора – с этой задачей мы уже практически справились. Более ответственную задачу мы поставили перед собой – на основе результатов ИТЭР развить собственную термоядерную энергетику, став мировым поставщиком этих уникальных технологий. Для этого необходимы собственные сильные научные школы, современная экспериментальная база, а главное – российские ученые-термоядерщики, которые смогут построить собственный, российский реактор. Пока что эти ученые напоминают вымирающую малую народность, представители которой исчисляются десятками.

Время пошло

В конце 2006 года семь участников – ЕС, Индия, Китай, Россия, США, Южная Корея, Япония – подписали соглашение о начале строительства реактора. С этого момента начались фактические действия по сооружению мегапроекта XXI века. Были пройдены два важнейших этапа – НИОКР и переговоры, каждый из которых продолжался по десять лет. Цель нового этапа ИТЭР – поставить точку в освоении управляемого термоядерного синтеза (УТС). Фактически ученые поставили задачу собрать все необходимые сведения для строительства промышленного реактора, вырабатывающего электричество по экономически оправданной схеме.

Группа ученых в Кадараше (постепенно она должна расшириться до тысячи человек) представляет собой ядро проекта. Именно они будут эксплуатировать реактор в течение 20 лет его работы, анализировать снятые данные. Пока же участники занимаются инвентаризацией проекта. За последние пять лет, которые ушли на переговоры, наука не стояла на месте – у физиков и конструкторов появились новые решения. Совместно с научными группами стран-участниц в Кадараше адаптируют под проект все, что наработано за это время. В июне совет ИТЭР (высший орган управления) примет решение: по старой схеме должен строиться реактор или по ревизованной. С этого момента будет дана отмашка на изготовление оборудования.

Каждая страна должна поставить на ИТЭР определенный объем оборудования, зафиксированный в приложении к соглашению о строительстве. Именно оборудование будет основным вкладом в общий бюджет проекта. Вклад рядовых участников, к которым относится и Россия, составляет 10%, страны-хозяйки Франции, которая представляет Европейский союз, – 40%. Учитывая, что общая стоимость ИТЭР на этапе строительства – 5 млрд евро, Россия за ближайшие десять лет должна поставить оборудования примерно на 500 млн евро. Зато по завершении проекта – и это главный стимул для участия в нем – все получат 100% знаний, собранных в результате эксперимента.

Стороны будут изготавливать преимущественно то, чем занимались на этапе НИОКР. «Уже в 1990-е годы мы понимали, что важно принять участие в разработке ключевых систем ИТЭР, попробовать все понемногу», – говорит Олег Филатов. От этого напрямую зависит способность страны в будущем построить реактор таких же масштабов, только уже промышленный. На стадии НИОКР российской кооперацией выполнено около 600 задач по семи основным проектам. К 2015 году мы должны поставить 60 центральных сборок дивертора (100% потребности ИТЭР), 360 панелей первой стенки (20% всей стенки), полностью изготовить одну из магнитных катушек, значительную часть сверхпроводникового кабеля и др. Эти работы строго распланированы и контролируются Научно-техническим консультационным советом, который возглавляет Олег Филатов. Самому НИИЭФА поручено более половины задач на данном этапе.

Вздохнули легче

В том, что мы сможем выполнить взятые на себя обязательства, сомневаться не приходится. «Проколы невозможны. Мы так давно этим проектом занимаемся, настолько в него вжились, что каждый гвоздик чувствуем», – говорит Филатов. Под выполнение российских обязательств по проекту в 2007 году принят федеральный закон. Бюджет программы на этапе строительства (до 2015 года) составит 23 млрд рублей (42,6 млрд рублей до 2030 года). Большая часть этих денег выделяется на изготовление оборудования для ИТЭР (так называемое поставочное финансирование).

Сегодня почти вся российская термоядерная наука работает исключительно над задачами ИТЭР на средства, выделяемые сначала на НИОКР (1992-2005 годы), а теперь по поставочной программе. Для тех институтов, которые стали основными исполнителями программы, – НИИЭФА (56% задач), РНЦ «Курчатовский институт» (13%), ГНЦ «ТРИНИТИ», ВНИИНМ и НИКИЭТ, – ИТЭР играет исключительно важную роль. «В прошлом году ИТЭР обеспечил 35%, в этом – уже более 50% доходов института. Такая ситуация сохранится на протяжении всего срока строительства», – говорит Филатов. Ученые едины во мнении: не будь проекта ИТЭР, термоядерные исследования в России просто прекратились бы.

Проект ИТЭР позволил институтам не только выживать, но и развиваться. Благодаря постоянным контактам в рамках совместных работ по ИТЭР стали завязываться научные и коммерческие связи в смежных областях, не связанных напрямую с ИТЭР. На таких сопутствующих контрактах институты долгое время зарабатывали вторую половину своего бюджета (первую им обеспечивал Минатом по проекту ИТЭР). Благодаря проекту ИТЭР российская термоядерная кооперация восприняла принципы, необходимые сегодня для работы на международном уровне. Российским институтам пришлось освоить навыки управления проектами с высокой долей информационных технологий: 3D-проектирование, система контроля качества. «Я не уверен, что мы бы все это так быстро освоили без ИТЭР», – говорит Филатов.

ИТЭР привел к обновлению экспериментальной, лабораторной, конструкторской базы во многих институтах. Главные капитальные инвестиции российской стороны направлены на восстановление производства сверхпроводящих материалов. С развалом СССР был утерян самый мощный по тем временам завод, находившийся в Казахстане. Сегодня Россия убила двух зайцев сразу – восстановила это важнейшее для современной техники направление, а также подготовилась к выполнению обязательств по ИТЭР. В мае 2008 года завод по производству сверхпроводников на базе Чепецкого механического завода в городе Глазове в Удмуртии заканчивает ввод основной технологической линии. Продукция, которую он будет изготавливать, настолько совершенна, что США заявили о намерении реализовать свою часть обязательств по ИТЭР, используя сверхпроводники глазовского завода.

Термоядерный ледокол

«Любой мегапроект уровня ИТЭР – это своего рода ледокол: тащит за собой множество более мелких проектов», – говорит Филатов. Ряд научных и технических достижений, которым мы обязаны ИТЭР, в будущем найдет применение в других областях – ядерной энергетике, тепловой энергетике, двигателестроении, медицине. Нечто подобное уже произошло при реализации другого мегапроекта современности – комплекса из пяти экспериментов стоимостью 6 млрд долларов, проводимых в Центре европейских ядерных исследований (ЦЕРН). Помимо интернета и ГРИД (технология распределенных вычислений) за десятилетия работы ЦЕРН и его партнеров были созданы приборы для анализа уровня радиации (дозиметров), чипы для регистрации потоков фотонов и электронов, технологии нанесения титановых нанослоев и т.д. Эти технологии и приборы, применимые в медицине, микроэлектронике и материаловедении, уже продаются через центр трансфера технологий, созданный при ЦЕРН.

Руководство российской части проекта ИТЭР (точнее, распорядители денег) требует от участников кооперации просматривать перспективы коммерциализации создаваемых ими технологий. Недостатка в технологиях нет. Два проекта вплотную подошли к коммерческому воплощению. На основе разработок Института ядерного синтеза (ИЯС), входящего в состав Курчатовского института, госкорпорация «Роснанотех» собирается строить завод по производству сверхпрочного инструмента для обрабатывающих центров, применяемых в авиамоторостроении. Другая технология, разработанная уже НИИЭФА, – стэнты, или капиллярные протезы. Это пружины со специальным нанопокрытием, которые используются для расширения кровеносных сосудов при сосудистых заболеваниях. Зарубежные аналоги стоят около 3 тыс. долларов, стоимость российских будет около 600 долларов. НИИЭФА ожидает начала финансирования для запуска серийного производства. «В России только 3% нуждающихся пациентов получают стэнты. Мы собираемся полностью закрыть эту потребность на Северо-Западе», – говорит Филатов.

Нужна тысяча

Сегодня неясно, что будет, когда завершится ИТЭР. Возможно, следующий шаг – строительство промышленной установки под кодовым названием ДЭМО – также будет сделан совместно. Конкретный сценарий продиктован насущной ситуацией, а именно – ситуацией на рынке энергоресурсов. В любом случае строить собственную энергетику нового типа каждой стране придется самостоятельно. «Причем цель – не просто ее создать, но, как и в случае с атомной энергетикой, стать мировым поставщиком термоядерных технологий», – говорит директор ИЯС академик  Валентин Смирнов. А для этого мало иметь просто файлы с технологиями, которые получат участники ИТЭР к 2030 году. Нужны около 1 тыс. ученых и технологов, которые смогут их расшифровать, адаптировать, возможно – внедрить наработанные уже впоследствии технологии.

«У некоторых людей может создаться иллюзия, что главное уже сделано – Россия участвует в ИТЭР», – говорит Смирнов. Однако то, что сейчас происходит в российской науке, ставит под сомнение целесообразность самого участия. Из-за катастрофического недофинансирования исследований многие коллективы стоят перед угрозой распада. «К тому времени когда ИТЭР заработает, у нас может просто не остаться специалистов, которые хоть что-то будут понимать», – говорит заведующий кафедрой физики плазмы МИФИ Валерий Курнаев.

Серьезные проблемы связаны с экспериментальной базой. «У нас сейчас в стране два-три действующих реактора-токамака, да и те построены 20-30 лет назад», – говорит Коржавин. Гордость советских физиков – токамак Т-15, расположенный в Курчатовском институте, – законсервирован еще в 1990-е годы из-за высоких эксплуатационных расходов. На Западе стоимость эксплуатации установки такого масштаба составляет около 50 млн долларов в год, для Т-15 требуется всего 5-6 млн долларов. А ведь экспериментальная база играет важнейшую роль в подготовке специалистов. В образовательных учреждениях похожая ситуация. Полученный МИФИ грант по нацпроекту «Образование» покрыл лишь десятую часть потребности кафедры физики плазмы в модернизации приборной базы. «Все, что удавалось все эти годы приобретать, заработано на заказных НИР», – говорит Курнаев.

Удержать от побега

По словам Коржавина, сегодня лишь 100-200 человек на территории между Москвой и Новосибирском владеют термоядерной тематикой. Это первоклассные специалисты, которые способны и учить, и руководить, и решать сложнейшие научные задачи. Это люди поколения учеников великой плеяды советских физиков-ядерщиков. Их средний возраст достигает 60-70 лет – пополнение кадров за счет молодых специалистов в последние 10-15 лет практически не происходило.

«При этом проблем с подготовкой кадров нет», – уточняет Курнаев. Его кафедра, созданная в 1961 году, является главной кузницей специалистов по плазме – выпускает 24-25 человек ежегодно. Помимо МИФИ подготовкой специалистов в разных областях УТС (теория плазмы, взаимодействие с материалами и т.д.) занимаются в МФТИ, МЭИ, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Новосибирском ГУ, Политехническом университете в Петербурге – всего около ста выпускников в год. Но что ждет их после окончания обучения?

По словам Курнаева, 80% выпускников его кафедры идут работать в институты, однако через три года далеко не все остаются в науке. Включиться в работу по проектам ИТЭР, не говоря уже о самой международной организации, почти невозможно – требования очень высоки. Проблема поддержки молодых ученых имеет еще одно измерение – возможность получить жилье. «Таланты среди населения рассеяны равномерно», – говорит Смирнов. Основные ядерные центры, которые сосредоточены преимущественно вокруг Москвы, в большинстве случаев не могут наделить молодого ученого из провинции жильем.

«Мы тянем до последнего, чтобы удержать их в науке», – говорит Курнаев. Аспирантура – естественный путь, которым должен следовать ученый, – требует полной самоотдачи в течение трех лет, а стипендия аспиранта составляет менее 2 тыс. рублей. Сегодня научному руководителю, будь то в институте или на кафедре, приходится становиться менеджером – выискивать средства для своих аспирантов. Контракт с Росатомом, по которому кафедра в последние годы проводит исследования, в значительной степени уходит на доплаты студентам и аспирантам.

Цена промедления

Кооперация российских институтов во главе с Курчатовским институтом попытался найти подход к решению существующих проблем. По поручению Росатома последние два года шла разработка стратегии развития термоядерных исследований в России, а также проект целевой программы, покрывающий первый этап стратегии (2009-2015 годы). Цель ФЦП стоимостью около 30 млрд рублей – модернизация экспериментальной базы. Стержнем программы (около 80%) будет оживление токамака Т-15, включая обновление ряда систем. Реализация программы, во-первых, загрузила бы работой до 2015 года большую часть российской термоядерной кооперации, дав возможность привлекать молодых ученых. Во-вторых, наличие реально действующей крупной установки позволило бы вести собственные исследования, учить студентов на современной технологической базе, готовить специалистов для отправки на ИТЭР (в дальнейшем потребуется еще 40 человек).

Следующие этапы стратегии развития национальных термоядерных исследований еще рано планировать с точки зрения финансов. Однако принципиальные положения уже озвучил руководитель  российского агентства ИТЭР академик Евгений Велихов. В 2016-2030 годах должны быть решены проблемы материалов, базовых технологий и оптимизации рабочих режимов. К 2050 году необходимо завершить конструирование и строительство промышленной термоядерной электростанции. Естественно, все эти работы будут постоянно согласовываться с результатами, поступающими от ИТЭР.

Однако это все только планы. На сегодняшний день ФЦП не утверждена, хотя в конце прошлого года предполагалось, что уже в феврале 2008-го проект попадет на стол к президенту страны и с 2009 года начнется финансирование. Но согласовать программу с финансово-экономическими ведомствами до сих пор не удалось. Очевидно, что эти ведомства интересуют программы, дающие быструю отдачу. От УТС ждать этого ранее 2050 года нельзя, за исключением отдельных побочных технологий, о которых речь шла выше.

Но медлить тоже нельзя. Некоторые партнеры по проекту ИТЭР задумываются о совместной реализации проекта ДЕМО – Япония и ЕС уже подписали рамочное соглашение. Приглашают и Россию. На начальном этапе стоимость этого участия стоит около 10% от наших текущих затрат по ИТЭР. Однако решение опять упирается в принятие ФЦП, в которой заложены ресурсы и на это. Сама энергетическая проблема настолько наболевшая, что сотрудничество может быстро превратиться в жесткую конкуренцию. Как только проявится общая картина работы промышленного УТС, сегодняшние партнеры бросятся создавать собственные энергетические системы. И тот, кто будет наиболее успешным, сможет первым начать этими технологиями торговать.

Санкт-Петербург

Единственный выход

Деление ядер обогащенного урана и плутония в реакторах на быстрых нейтронах признано сегодня наиболее совершенной технологией как по энергоотдаче, так и по количеству запасов (топлива хватит примерно на тысячу лет). Но реакция, обратная делению, – управляемый термоядерный синтез (УТС) – может обеспечить человечество электроэнергией вообще на 1 млн лет. Образование безвредного газа гелия из изотопов водорода дейтерия и трития, протекающее при температуре 150 млн °С, приводит к высвобождению энергии, в 20 раз превышающей ту, что выделяется в обычном ядерном реакторе. При этом дейтерий можно получить электролизом обычной воды, а тритий нарабатывается из распространенного ископаемого элемента лития при облучении нейтронами в активной зоне реактора.

Международный экспериментальный термоядерный реактор ITER (ИТЭР) – это совместный эксперимент, призванный отработать все технологии УТС в реакторе для перехода к промышленной наработке электроэнергии. Принципиальная возможность дейтерий-тритиевого синтеза доказана: в действующих реакторах-токамаках превышение затрат энергии над ее выходом (коэффициент q) уже составляет 3. Плановый q в ИТЭР должен быть доведен до 10. Установленная мощность ИТЭР составит 500 МВт, хотя выработки электроэнергии не произойдет: реактор будет работать вхолостую. Правда, каждая из стран-участниц получит возможность испытать собственные энергетические установки. Разработка этих установок – одна из задач, предусмотренных в рамках проекта целевой программы по развитию термоядерных исследований в России.

ИТЭР имеет и критиков. Нобелевский лауреат по физике японец Массатоси Косиба высказывался в начале 2000-х годов об экономической необоснованности промышленного УТС. Возможности опровергнуть эту точку зрения не будет как минимум до 2015 года (год завершения строительства ИТЭР). Расчеты показывают, что стоимость 1 кВт·ч энергии, выработанной на ИТЭР, составит 10 центов. Для сравнения: по данным Европейской комиссии, производство 1 кВт·ч ядерной энергии обходится в 5 евроцентов, а на угольной ТЭС – в 4-7 евроцентов. Более того, по мере истощения запасов углеводородного сырья и роста цен на них потребность в новых источниках энергии будет постоянно расти и расчеты могут вообще потерять смысл.

«Эксперт Северо-Запад» №20 (368)



    Реклама

    как Enterprise Content Management управляет всем

    Более четверти века российские организации стремятся перевести свои рабочие процессы в цифровой формат и оперировать данными и электронными документами.

    Интервью Губернатора ЯНАО Дмитрия Кобылкина

    Впервые за последние несколько лет бюджет ЯНАО на 2018-2020 года сверстан бездефицитным.


    Реклама