Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ
Мир пытается освоить бездонный источник чистой энергии – термоядерный синтез – с 1930-х годов, сообщает CNN. Сегодня близится к завершению гигантский проект ИТЭР, в котором участвует и Россия. Исключить ее из этого проекта не сможет никто.
Сен-Поль-ле-Дюранс, Франция – С небольшого холма в Провансе на юге Франции видно два солнца. Одно горит уже четыре с половиной миллиарда лет и заходит. Другое строят тысячи человеческих умов и рук, и оно, наоборот, встает – правда, медленно. Последние лучи настоящего вечернего солнца заливают волшебным светом второе солнце – огромную строительную площадку, где будет решаться, пожалуй, важнейший из экзистенциальных кризисов в истории человечества.
Здесь, в крошечной коммуне Сен-Поль-ле-Дюранс, 35 стран собрались вместе, чтобы освоить термоядерный синтез. Этот процесс естественным образом происходит на Солнце и других звездах, но воспроизвести его на Земле чрезвычайно сложно.
Термоядерный синтез сулит нам практически безграничный источник энергии, которая, в отличие от ископаемого топлива, не выделяет парниковых газов, а, в отличие от ядерной энергетики, не создает радиоактивных отходов с долгим периодом полураспада.
Овладев им, мы спасем человечество от рукотворной перемены климата, которую сами же и запустили.
Доступной термоядерной энергии хватит, чтобы питать бóльшую часть мира. Всего 1 грамм топлива даст энергии столько же, сколько восемь тонн нефти. Поразительное соотношение: 8 миллионов к 1.
Вообще, ядерщики не любят рассуждать о том, когда термоядерная энергия станет общедоступной. Их дежурная шутка: когда ни спроси, всё через 30 лет.
Но впервые в истории в этой шутке есть доля правды.
В феврале ученые из английской деревни Калхэм близ Оксфорда объявили о крупном прорыве: в гигантском аппарате токамак в форме пончика им удалось выделить рекордные 59 мегаджоулей устойчивой энергии в течение пяти секунд.
Для одного дома этого хватит всего на день, и к тому же ученые потратили энергии больше, чем получили. Но момент все равно исторический. Они доказали, что ядерный синтез на Земле в принципе возможен.
Это отличная новость для международного проекта термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) во Франции. Его задача – доказать, что термоядерный синтез пригоден для коммерческих целей. Если все получится, миру больше не будут нужны ископаемые виды топлива вроде угля, нефти и газа, которые лишь усугубляют антропогенный климатический кризис.
Британский прорыв придал проекту ИТЭР огромный импульс, но меняется и состав участников. 14 мая от болезни скончался генеральный директор Бернар Биго (Bernard Bigot), который руководил проектом семь лет.
Незадолго до смерти Биго поделился своим заразительным оптимизмом насчет термоядерной энергии. Мы беседовали в его солнечном кабинете с видом на строящуюся оболочку токамака ИТЭР – сооружения поистине научно-фантастического.
"Энергия – это жизнь, – сказал тогда Биго. – Во всех смыслах – биологическом, социальном, экономическом".
По словам Биго, пока население Земли не превышало миллиарда человек, возобновляемых источников вполне хватало для удовлетворения их потребностей.
"Но сейчас уже нет. После промышленной революции и последовавшего за ней демографического взрыва все изменилось. Мы перешли на ископаемое топливо и нанесли огромный вред окружающей среде. Сейчас нас уже 8 миллиардов, и мы оказались в эпицентре острого климатического кризиса", – сказал он.
"Иной альтернативы, кроме как отучить себя от привычного источника энергии, нет, – заметил он. – И, похоже, что лучший вариант – это тот, которым сама Вселенная пользуется уже миллиарды лет".
Рукотворное солнце
Энергия синтеза создается из соединения двух частиц, которые по своей природе отталкиваются. Когда в токамак вводится небольшое количество топлива, включаются гигантские магниты для создания плазмы. Это четвертое состояние вещества – нечто среднее между газом и супом, и обладает электрическим зарядом.
Когда температура внутри токамака раскаляется до непостижимо высокой, частицы топлива сливаются в единое целое. При этом образуются гелий и нейтроны, которые легче исходных частиц.
Недостающая же масса преобразуется в огромное количество энергии. Вырвавшиеся из плазмы нейтроны ударяются об "одеяло" – покрытие, которым выстланы стены токамака – и их кинетическая энергия передается в виде тепла. Его можно пустить на нагрев воды, создание пара и вращение турбин для выработки электроэнергии.
Для этого требуется могучий жар. Плазма должна нагреться как минимум до 150 миллионов градусов по Цельсию – а это вдесятеро горячее солнечного ядра. Напрашивается вопрос: чтó на Земле выдержит такую температуру?
Но оказалось, что и это препятствие преодолимо. Инженеры разработали гигантские магниты, чье мощное магнитное поле удерживает тепло. Всё остальное попросту расплавилось бы.
Технические специалисты работают над Международным экспериментальным термоядерным реактором в Сен-Поль-ле-Дюрансе, Франция
Термоядерный синтез по сути подражает Солнцу. Этот гигантский шар горящей плазмы – вечный термоядерный завод. Каждую секунду Солнце превращает несколько сотен тонн водорода в гелий.
Из плазмы состоит 99,9% нашей вселенной – звёзды, Солнце и все межзвездное вещество. На Земле она используется в телевизорах и неоновых лампах, и мы видим ее в молниях и полярном сиянии.
И как ни удивительно, объясняют эксперты ИТЭР, производство термоядерной энергии – сама по себе задача несложная. В конце концов, человечество занимается ядерным синтезом с момента создания водородной бомбы. Главная загвоздка – это удержать образовавшуюся энергию. Британский проект ДЖЭТ(JET), он же Объединённый европейский токамак, удержал энергию синтеза в течение пяти секунд – на большее их аппаратура не способна. Ее магниты сделаны из меди и построены еще в 1970-х. Еще секунда такого жара – и они расплавятся.
На ИТЭР магниты новее и проработают дольше. Проект рассчитан на получение десятикратной отдачи: 500 мегаватт на выходе из 50 на входе.
При этом нет пока цели использовать эту энергию. Задача – доказать, что поддерживать энергию синтеза намного дольше, чем удалось на ДЖЭТ, в принципе возможно. И в случае успеха термоядерным синтезом займутся аппараты уже коммерческого масштаба.
И если Солнце сплавляет атомы водорода и получает гелий, то ДЖЭТ и ИТЭР оба используют изотопы водорода – дейтерий и тритий. По химическому составу и реакциям они практически ничем от него не отличаются.
Оба изотопа встречаются в природе. Дейтерия много как в пресной, так и в соленой воде – при этом его объема из всего 500 миллилитров воды в сочетании с небольшим количеством трития хватит, чтобы питать целый дом в течение года. Тритий в природе встречается реже, но его можно синтезировать. На данный момент весь мировой запас составляет всего 20 килограммов, а годовой спрос – не более 400 граммов. Но при выходе 8 миллионов к 1 для энергии синтеза хватит и малой толики обоих элементов.
Цены на тритий кусаются: один грамм сегодня стоит порядка 30 000 долларов. Но если ядерный синтез наберет обороты, то спрос подскочит до небес, и перед деятелями термоядерного синтеза встанет новая проблема.
Проект из 10 миллионов деталей
Издалека ИТЭР кажется почти готовым. Но вблизи заметно, что до конца еще очень далеко.
Строительство ведется на 39 площадках, и это невероятно сложный процесс. Главная из них – это клинически стерильная среда, где огромные комплектующие устанавливаются 750-тонными кранами. Корпус токамака уже собран, но рабочие дожидаются некоторых деталей, в том числе гигантского магнита из России, который будет венчать установку.
Макет международного экспериментального термоядерного реактора
Размеры поражают воображение. Готовый токамак будет весить 23 000 тонн – как три Эйфелевы башни. Всего в нем будет миллион компонентов – а те, в свою очередь, делятся на целых 10 миллионов еще более мелких деталей.
А обрамлять эту громадину будут мощнейшие в истории магниты. Из-за гигантских размеров (диаметр некоторых дойдет до 24 метров) собирать их будут прямо на месте.
Учитывая несметное множество деталей, права на ошибку просто нет.
Даже трехмерные цифровые чертежи этой махины занимают более двух терабайт дискового пространства. Для сравнения, этот же объем заняли бы 160 миллионов одностраничных документов Word.
Ядерный синтез на фоне конфликта
За сотнями рабочих, занятых непосредственно на ИТЭР, стоят около 4 500 компаний с совокупным штатом в 15 000 сотрудников по всему миру.
Над проектом ИТЭР сотрудничают 35 стран, при этом ведущую роль играют Китай, США, Европейский союз, Россия, Индия, Япония и Южная Корея. Это чем-то напоминает Совет Безопасности ООН, хотя покойный Биго изо всех сил гнал из ИТЭР всякую геополитику.
Но поскольку Россия пытается перекроить карту Европы своими боевыми действиями на Украине и даже бросила вызов послевоенному миропорядку, возникли опасения насчет ее дальнейшего участия в ИТЭР, и даже обсуждается ее исключение.
Россию уже вычеркнули из многих международных научных проектов, однако для ИТЭР Европейская комиссия сделала отдельное исключение.
Отчасти это продиктовано исторической ролью России – не только в конкретном проекте, но и в развитии термоядерной энергии как таковой.
Энергией синтеза впервые занялись в 1930-х, после чего на протяжении десятилетий был создан целый ряд аппаратов. Самым успешным из них оказался токамак, появившийся в 1968 году. С ним советские исследователи совершили огромный скачок в термоядерном синтезе – они достигли необходимых высоких температур и сохранили плазму в течение длительного периода времени, чего прежде не удавалось.
Таким образом, токамак стал образцом для подражания. Само слово "токамак" – сокращение от "тороидальная камера с магнитными катушками" – пришло из русского языка.
Один из главных спонсоров, Россия предоставила проекту ИТЭР ряд ключевых узлов. Так, магнит для вершины токамака изготовлен в Санкт-Петербурге и ждет отправки во Францию, сообщил глава отдела коммуникаций ИТЭР Лабан Кобленц (Laban Coblentz).
Он говорит, что на данном этапе участие России не изменилось.
"На самом деле ИТЭР – детище холодной войны, – сказал Кобленц. – Это осознанное сотрудничество идеологически не связанных между собой стран во имя общей цели – лучшего будущего".
Он отметил, что с момента запуска проекта в 1985 году семеро основателей пережили немало напряженных моментов.
"До недавних событий на Украине на дух сотрудничества ничто не влияло. Думаю, не будет преувеличением сказать, что ИТЭР – проект мирный", – сказал он.
Однако конфликт на Украине Кобленц назвал "беспрецедентным" и заметил, что будущее участие России под вопросом, а заниматься этой щекотливой темой придется уже следующему генеральному директору. Работа Биго заключалась еще и в том, чтобы налаживать сотрудничество между семью главными участниками, чьи политические, идеологические и экономические взгляды нередко разнились.
Когда незадолго до начала российской кампании его спросили, стало ли сложнее преодолевать разногласия, Биго лишь криво усмехнулся.
"По нынешним временам это вообще немалый подвиг", – сказал он.
"Но наша верность общему делу ничуть не ослабела. Могу сказать, что при мне наши текущие дела практически не изменились, – добавил он. – Все партнеры вполне понимают, что отказ одного может перечеркнуть весь проект. Ответственность, конечно, огромная".
Геополитика всегда сказывалась на работе ИТЭР. Только на то, чтобы найти подходящее место, ушли годы технических изысканий, политических переговоров и тонкой дипломатической калибровки. Сен-Поль-ле-Дюранс окончательно стал официальной площадкой на встрече в 2005 году в Москве, а через год в Париже было подписано соглашение о строительстве.
Тогда дипломатия и технологии шли в ногу, и строительство спорилось. В 2010 году был заложен фундамент, а в 2014 году заработала первая техника.
Время истекает
Охват и амбиции проекта покажутся гигантскими, но это всего лишь соразмерный ответ на тот беспорядок, что люди устроили на родной планете. С 1973 года мировое потребление энергии более чем удвоилось, а к концу века грозит утроиться. 70% всех выбросов углекислого газа в атмосферу создаются за счет потребления энергии. А 80% всей энергии вырабатывается из ископаемого топлива.
Сейчас потепление на Земле ускорилось настолько, что угрожает невиданной жарой, засухой и неурожаями, лесными пожарами, наводнениями и повышением уровнем океана. Обратить вспять последствия климатического кризиса становится все труднее: целые экосистемы дошли до критической точки, и на кону все больше человеческих жизней.
Сегодня весь мир борется за стремительное обезуглероживание и хочет ускорить переход от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии – солнцу, ветру и воде. Некоторые страны делают ставку на ядерную энергию, которая хоть и низкоуглеродная по своей природе, но чревата катастрофами, трудностями с хранением радиоактивных отходов и дороговизной.
Есть серьезные сомнения, что мир успеет завершить "зеленый переход", пока перемена климата не приобрела чудовищные масштабы.
Так что термоядерная энергия, если ее освоить вовремя, поистине может спасти мир за пять минут до катастрофы.
Когда в 2010 году журнал Time спросил ныне покойного физика Стивена Хокинга (Stephen Hawking), какое научное открытие он хотел бы застать при жизни, он как раз ответил: термоядерный синтез.
"Я бы хотел, чтобы ядерный синтез стал полезным источником энергии, – сказал он. – Это обеспечит нам неисчерпаемый запас безо всякого загрязнения окружающей среды и глобального потепления".
Новая эра
Эксперты уже преодолели огромные трудности, однако многие, включая того же Биго, посвятили синтезу всю жизнь, но так и не дождавшись практического применения.
Теперь термоядерную энергию готовятся вырабатывать и продавать на коммерческой основе, и, по самым оптимистичным прогнозам, энергия будущего может появиться уже к середине века.
Но, как это часто бывает, одни проблемы решаются, а другие появляются. Одна из них – это ограниченные запасы трития и его дороговизна, поэтому ИТЭР рассчитывает наладить собственное производство. В этом плане перспективы неплохие. "Одеяло" внутри токамака покрыто литием, и при контакте с ним улетучившиеся нейтроны плазмы будут образовывать тритиевое топливо.
© AP Photo / Daniel Cole
Фрагмент ИТЭР в Сен-Поль-Ле-Дюрансе, Франция
Все крупные начинания упираются во время и деньги, а ИТЭР не просто большой, а один из крупнейших международных энергетических проектов в истории.
По словам Биго, всего один день простоя обходится примерно в миллион евро.
45% постоянно растущих расходов на строительство покрывает Европейский союз. Остальные страны-участницы, по приблизительным оценкам, вносят чуть более 9% каждая. Первоначально все строительство оценивалось примерно в 6 миллиардов евро (6,4 миллиарда долларов). Но на сегодняшний день общая сумма выросла более чем втрое и составляет порядка 20 миллиардов евро.
По прогнозам 2001 года, первая партия плазмы должна была появиться в 2016 году, но и эта цель оказалась недостижимой. Некоторые эксперты сочли, что проект выдохся, однако после того, как у руля встал Биго, дело вернулось в правильное русло. По словам Кобленца, у Биго была репутация микроменеджера, но именно он со своими навыками навел порядок.
"Как ни приди, его машина всегда на стоянке – с 7 утра и до 9 или даже 10 вечера, – вспоминает Кобленц. – Поэтому складывалось впечатление, что мелочей для него не бывает — он участвовал буквально во всем".
Правда, под его руководством ожидания пришлось поумерить, а сроки – пересмотреть и сделать реалистичнее. Сегодня первая плазма ожидается в 2025 году, а первые эксперименты с дейтерием и тритием – в 2035 году, хотя сроки опять пересматриваются – отчасти из-за пандемии и постоянных сбоев с поставками.
Но даже при том, что один из крупнейших проектов в мире выбивается из сроков, Биго не терял бодрости и оптимизма до последнего вздоха.
"Водородный синтез в миллион раз эффективнее, чем сжигать ископаемое топливо. То, чем мы тут занимаемся, чем-то смахивает на искусственное солнце, – объяснил он. – Эта термоядерная электростанция будет работать вечно. Можно сказать, что это солнце никогда не зайдет".
Автор: Боштьян Видемшек(Boštjan Videmšek)
