Создание экспериментального термоядерного реактора ИТЭР как пример международного научно-технического сотрудничества в сфере энергетики
А.Х. Дегтерев
Аннотация
В статье рассматриваются перспективы реализации крупнейшего международного научно-технического проекта («мегасайенс») по освоению управляемого термоядерного синтеза ИТЭР. В условиях истощения запасов ископаемого топлива повышается роль новых источников энергии, в том числе пока не освоенных. Ввиду чрезвычайно высоких затрат и амбициозных научных целей, стоящих перед проектом, его практическая реализация и финансирование возможны благодаря тесному международному научно-техническому сотрудничеству в сфере энергетики. Отмечается роль международной группы из 7 участников (России, ЕС, Японии, КНР, Индии, Республики Корея и США) в создании лабораторных установок термоядерного синтеза. Признанием успехов России является выбор конструкции типа «Токамак» для международного реактора ИТЭР, строящегося во Франции.
Раскрыты основные параметры международного партнерства, конкретизация которых осуществляется на регулярной основе в ходе координационных совещаний с участием представителей национальных агентств ИТЭР. Приведены параметры взаимодействия с научными учреждениями стран, которые не входят в консорциум.
Показана эволюция проекта с момента его запуска в 1985 г. как совместной советско-американской инициативы. Рассмотрены четыре варианта первоначального размещения реактора: в Испании, Франции, Канаде и Японии. Раскрыты особенности организационно-правового регулирования международного консорциума по управлению ИТЭР, в том числе учреждение Международной организации ИТЭР по термоядерной энергии для совместной реализации проекта ИТЭР в 2006 г. Обсуждается роль натурального взноса стран в международных проектах в обмене уникальными технологиями мирового уровня.
Перечислены основные цели, которые ставят перед собой страны -- участницы проекта, и временные горизонты их практического достижения. Приведены параметры участия России в проекте, оценены перспективы дальнейшего сотрудничества в данной области. Особое внимание уделяется особенностям политического взаимодействия стран-участниц, а также промежуточным результатам, уже достигнутым при реализации проекта ИТЭР.
Ключевые слова: ИТЭР, мировая энергетика, международное научно-техническое сотрудничество, МАГАТЭ, мегасайенс, натуральный взнос, термоядерный реактор, термоядерные нейтроны
Abstract
Creation of Thermonuclear Experimental Reactor ITER as an Example of International Scientific and Technical Cooperation in Energy Sector
A.Kh. Degterev
The article analyses the prospects for the implementation of the largest international scientific and technical project (“mega-science” project) ITER of controlled thermonuclear fusion. With the depletion of fossil fuel reserves, the role of new energy sources, including those that have not yet been developed, is increasing. Due to the extremely high costs and ambitious scientific goals facing the project, its practical implementation and funding are possible in close international scientific and technical cooperation in the energy sector. The role of an international group of seven participants (Russia, the EU, Japan, China, India, the Republic of Korea and the USA) in the creation of laboratory fusion facilities is noted. The choice of a Tokamak-type design for the ITER international reactor being built in France is the recognition of Russian's decisive role. The article reveals the main parameters of international partnership, the specification of which is carried out on a regular basis at ITER coordination meetings with the participation of representatives of national ITER agencies. The parameters of interaction with scientific institutions of countries that are not members of the consortium are given.
The evolution of the project since its launch in 1985 as a joint Soviet-American initiative is shown. Four options for the initial placement of the reactor are considered: in Spain, France, Canada and Japan. The features of the organizational and legal regulation of the international consortium for the management of ITER are disclosed, including the establishment of the ITER International Organization for Thermonuclear Energy for the joint implementation of the ITER project in 2006. The role of the in-kind contribution of countries in international projects in the exchange of unique world-class technologies is discussed.
The main goals set by the countries participating in the project and the time horizons for their practical achievement are listed. The parameters of Russia's participation in the project are given, the prospects for further cooperation in this area are evaluated. Particular attention is paid to the peculiarities of the political interaction of the participating countries, as well as to the intermediate results already achieved during the implementation of the ITER project.
Key words: ITER, world energy, international scientific and technical cooperation, IAEA, mega-science, in-kind contribution, fusion reactor, thermonuclear neutrons
Введение
Начиная с конца XIX в. подушевое потребление энергии удваивалось каждые 40 лет. А если учесть, что росла и численность населения (она увеличилась в 5 раз за последние 100 лет), то масштаб глобальной проблемы обеспеченности энергией становится очевидным. Энергоресурсы большинства стран, особенно развитых, уже к концу XX в. оказались частично или полностью истощенными. До недавнего времени в качестве альтернативы традиционным энергоресурсам рассматривались атомные электростанции. Однако оценки показывают, что имеющиеся запасы урана явно недостаточны. Если все современное энергопотребление перевести на АЭС, то урана не хватит и на 100 лет.
Последним трендом развития энергетики является переход на возобновляемые источники энергии (в основном это ветровые и солнечные станции), однако на практике пока удается довести их долю в энергетике в лучшем случае до 20 %. Это означает, что надо либо уменьшать в разы современное энергопотребление, либо искать новые источники энергии, к числу которых относится и искусственный термоядерный синтез.
Теория реакций термоядерного синтеза была создана еще в 1938 г., по сути одновременно с теорией цепной реакции деления урана. На сегодняшний день реакция деления урана широко используется в промышленных масштабах на многочисленных АЭС, а вот применение термоядерного синтеза так и не продвинулось дальше создания водородной бомбы и сравнительно небольших лабораторных установок. Судя по всему, термоядерные электростанции станут реальностью не раньше второй половины XXI в. [Арутюнов, Лапидус 2005; Макаров, Фортов 2004], что представляется достаточно удаленной перспективой, до которой человечеству придется пройти долгий путь. Не случайно англоязычная аббревиатура проекта создания Международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER) в переводе с латыни (iter) означает «путь».
Фактически речь идет о реализации международного проекта класса «мегасайенс» [Горлова, Ткаченко 2019; Ramamurthy 2011], примером которого, наравне с ИТЭР, является Объединенный институт ядерных исследований в г. Дубна, Большой адронный коллайдер Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН), Центр по исследованию антипротонов и ионов в Европе (ФАИР) или Международная космическая станция (МКС). Ряд исследователей, характеризуя международную роль ИТЭР, говорят даже о функции регулирования межгосударственных отношений в сфере альтернативной энергетики [Белоцкий 2012]. Отдельно следует отметить еще одну международную инициативу в сфере термоядерного синтеза -- российско-итальянский проект экспериментального токамака «Игнитор» Черковец В.Е. Российско-итальянский проект экс-периментального токамака «Игнитор» // Росатом. 9 июня 2010 г. URL: http://www.atomic-energy.ru/presentations/35964 (дата обращения: 08.04.2019)..
При реализации проектов такого рода страны-участницы сталкиваются с рядом практических сложностей международного научно-технического сотрудничества, связанных как с привлечением международного финансирования [Edler 2012], в том числе как альтернативы финансированию национальных проектов [Cho 2012], с кросс-культурными особенностями управления и обеспечения преемственности в реализации проекта [Shore, Cross 2003; Motojima, Travis 2010], так и с сопряжением научных и технологических подходов разных стран [Goldston 2010; McKray 2010; Rutherford, Baker 1996].
Международное сотрудничество и соперничество в рамках ИТЭР
Проект ИТЭР -- это пример международного сотрудничества ЕС, Индии, КНР, Республики Корея, России, США и Японии, которое длится вот уже 35 лет. Участники проекта образуют своего рода «Группу семи», причем в отличие от традиционной G7 на нее приходится 85 % мирового ВВП и более половины населения нашей планеты. С учетом стран -- членов ЕС это означает, что в строительстве этого реактора сейчас принимают участие 35 стран [Claessens 2020].
Проект изначально имел политический контекст и задумывался президентами М.С. Горбачевым и Р. Рейганом как пример конструктивного сотрудничества двух сверхдержав.
В заключительной части совместного заявления, подписанного по итогам советско-американского саммита 21 ноября 1985 г. в Женеве, оба лидера отметили «потенциальную важность работы, направленной на использование управляемого термоядерного синтеза в мирных целях, и в этой связи выступили за самое широкое практическое развитие международного сотрудничества в получении этого источника энергии, который является по сути неисчерпаемым, на благо всего человечества» Joint Soviet-United States Statement on the Summit Meet-ing in Geneva. November 21, 1985. Ronald Reagan, The Ame-rican Presidency Project. URL: https://www.presidency.ucsb.edu/ documents/joint-soviet-united-states-statement-the-summit- meeting-geneva (accessed: 08.04.2019)..
Данное предложение изначально было инициативой СССР, который планировал осуществить международный проект по созданию мощной установки на основе «Токамака» с целью отработки технологии получения термоядерной энергии с последующим переходом к промышленному термоядерному реактору. Впоследствии проект поддержал президент Франции Ф. Миттеран, после чего к нему присоединилась Япония, а потом уже и другие страны.
Однако реальные шаги в этом направлении были предприняты уже после распада СССР. В 1992 г. Россия, США, ЕС и Япония подписали первое соглашение по проекту ИТЭР. Руководителем Совета ИТЭР был избран академик Е.П. Велихов. Была учреждена эмблема проекта ИТЭР, на которой по кругу изображены флаги России, США, ЕС и Японии. Китай, Индия и Корея присоединились к проекту позже.
На начальном этапе американские исследователи активно поддерживали идею участия в проекте ИТЭР, а Министерство энергетики США ставило его на первое место среди приоритетных проектов класса «мегасайенс» [Malakoff, Cho, Service 2003]. Однако в 1999 г. США вышли из соглашения по ИТЭР, мотивируя это слишком большими затратами на реализацию проекта [A Review of the DOE Plan... 2009]. В 2001 г. проект был переработан, и его стоимость уменьшилась почти в два раза. После этого США в 2003 г. вернулись в проект ИТЭР [Seife 2002; Seife, Nor- mile 2003].
Это было непростое время для России и ряда других стран, но, как говорил в те годы академик
Е.П. Велихов, ИТЭР -- это ворота в термоядерную энергетику, через которые мир должен пройти [Энергетика будущего... 2005; Иванов, Лукьянцев, Клыков, Васильев 2018]. Критики проекта и сейчас характеризуют его всего двумя цифрами -- увеличение сметы в 4 раза и отставание от графика строительства на 5 лет.
С 2001 г. начались переговоры стран-участниц о подготовке нового соглашения о совместной реализации проекта ИТЭР, которые включали в себя несколько раундов [Коржавин 2003].
Изначально рассматривались четыре варианта для размещения реактора: Ванделлос (Испания), Кадараш (Франция), Кларингтон (Канада) и Роккасё (Япония) [Normile, Kondro 2001], однако впоследствии наибольшая конкуренция развернулась между Францией и Японией [Clery, Bosch 2003; Clery, Normile 2004, 2005].
В 2005 г. стороны, наконец, определились с местом, где будет построен реактор. В ноябре 2006 г. при участии МАГАТЭ было подписано новое соглашение между 7 странами-участницами о строительстве реактора во Франции при параллельном создании Центра управления проектом в Японии [Подписание международного соглашения... 2007]. Данное соглашение предусматривало учреждение Международной организации ИТЭР по термоядерной энергии для совместной реализации проекта ИТЭР Agreement on the Establishment of the ITER Inter-national Fusion Energy Organization for the Joint Imple-mentation of the ITER Project. 21 November 2006. URL: https://www.iter.org/doc/www/content/com/Lists/WebText_ 2014/Attachments/245/ITERAgreement.pdf (accessed: 08.04.2019).. В настоящее время строительство реактора ведется во Франции, в центре ядерных исследований Кадараш недалеко от Марселя. С 2015 г. генеральным директором организации является французский физик Б. Биго Бернар Биго: у организации ITER свои правила //.
Страны-участницы на регулярной основе осуществляют мониторинг процесса создания реактора и проводят координационные совещания ИТЭР с участием представителей национальных агентств ИТЭР [Координационное совещание... 2008].
Следует отметить, что некоторые страны, не вошедшие в Соглашение по ИТЭР, также принимают участие в проекте на уровне отдельных организаций. Так, в 2017 г. генеральный директор ИТЭР Б. Биго подписал с Национальным ядерным центром Казахстана договор о техническом сотрудничестве, целью которого является испытание конструкционных материалов для реактора на казахском «Токамаке». Аналогичные документы подписаны с Австрией, Канадой и Таиландом, всего более 60 соглашений о кооперации с международными организациями (МАГАТЭ, ЦЕРН), национальными лабораториями и университетами.
Отдельное Соглашение о партнерстве ИТЭР подписал в 2008 г. с Княжеством Монако. Согласно документу, каждые два года (в 2008, 2010, 2012, 2014 и 2016 гг.) финансировались исследования 5 ученых (пост-доков), отобранных на конкурсной основе.
Также было профинансировано проведение в 2010, 2013 и 2016 гг. международной конференции в Монако «Международные дни термоядерной энергии» (Monaco ITER International Fusion Energy Days, MIIFED). В январе 2018 г. соглашение с Монако было продлено на 10 летAtomInfo.Ru. 01.06.2018. URL: http://www.atominfo.ru/ newss/z0467.htm (дата обращения: 08.04.2019)..