Энергия термоядерного синтеза – самый мощный из известных источников энергии, возможный в естественных условиях только в недрах звезд. Вещество находится в плазменном состоянии – таком, когда с ядер атомов сорваны электронные оболочки, и ядра с электронами хаотично перемешаны. Задача создания плазмы была решена учеными еще в середине прошлого века, однако процесс оказался настолько сложным и дорогостоящим, что до сих пор в мире только немногие страны имеют возможность вести исследования термоядерного синтеза. Курчатовский «Токамак» призван ввести Казахстан в этот клуб.
Название «Токамак» было придумано российскими физиками и расшифровывается как «ток-камера-магнитная ловушка». Плазма удерживается мощными магнитами в сверхвысоком вакууме тороидальной камеры при запредельных температурах от 20 до 100 млн градусов. Материалов, способных долго выдержать такие параметры, в природе не существует, установки работают импульсно, не более двух секунд. При этом количество высвобождаемой энергии больше, чем от ядерного деления атомов. Такая реакция не образует отходов и дает минимум вредных излучений. Это энергия в чистом виде!
Пока на создание и поддержание плазмы идет гораздо больше энергии, чем высвобождается. Задача ученых – сделать наоборот, научиться управлять плазмой. Для этой цели мировое сообщество даже приступило к международному проекту строительства в ядерном центре Кадараж (Франция) термоядерного экспериментального реактора ИТЭР. На его первой стадии определилось пять участников – США, Канада, ЕЭС, Россия, Япония, затем присоединились Южная Корея, Индия и Китай. Казахстан с 1994 года участвует в проекте только в квоте с Россией.
«Может быть, большой беды в этом и нет, – говорит главный инженер Национального ядерного центра (НЯЦ) Олег Пивоваров. – Совместное с Россией участие в проекте предполагает значительный финансовый вклад. Соглашение ратифицируется парламентами всех стран-участников, то есть приобретает статус закона, по которому финансирование предполагается на все время проекта. А это 40 лет. 10 лет – строительство, 20 – эксплуатация, 10 – вывод из эксплуатации, исследование конструкционных материалов, демонтаж, обработка научных данных. Стоимость ИТЭРа уже достигла 10 млрд долларов и предположительно составит 15 млрд».
Экономически реактор в Кадараже невыгоден, всех проблем по овладению термоядром он не решит. Главная его цель – создать такой режим, при котором энергии будет вырабатываться больше, чем потребляться, продемонстрировать физическую возможность удержания плазмы в течение нескольких десятков и сотен секунд (предельная цифра – 500 секунд). Казахстан имеет шанс поучаствовать в грандиозном проекте с помощью «Токамака», отрабатывая новейшие сверхпрочные, сверхстойкие материалы, которые могут применяться в будущих термоядерных реакторах. Это весомая ниша в научном мире.
Сейчас сооружение курчатовского «Токамака» близится к завершению, на следующий год намечены пусконаладочные работы. Установка будет решать чисто материаловедческие задачи, воздействуя на исследуемые образцы высокотемпературной плазмой. «Предполагается достижение тепловых потоков до 20 МВт на квадратный метр, – пояснил г-н Пивоваров. – Для сравнения: в соплах ракетных двигателей тепловые потоки достигают 100 МВт на квадратный метр. Но эти конструкции работают несколько секунд, а дальше прогорают и испаряются. В нашем случае планируется импульс в 5 секунд с циклом 4–5 импульсов в час. Мощность пиковой нагрузки – 120 МВт».
Будущий материаловедческий реактор достаточно компактен – 4,5 метра шириной и около 4 метров высотой. Общий вес – 91 тонна. По мнению руководства Национального ядерного центра, установка поможет не только интегрировать Казахстан в международные научные исследования, но и воспитать плеяду молодой научной элиты – настоящих исследователей, физиков-ядерщиков.
