Параметры международного партнерства
По аналогии с клубом ядерных держав, получивших в свое время контроль над атомным оружием, в рамках проекта ИТЭР произошло формирование довольно узкого круга стран, претендующих на доступ к технологиям термоядерного синтеза. Расходы на реализацию проекта распределены между странами-участницами следующим образом: около 45% берет на себя ЕС, остальные шесть стран (Россия, США, Китай, Япония, Индия, Корея) -- равные доли примерно по 9 %.
Проект создания международного термоядерного экспериментального реактора имеет давнюю историю. По своей конструкции он относится к реакторам типа «Токамак» (тороидальная камера с магнитными катушками). Эта установка по удержанию плазмы была разработана советскими физиками А. Сахаровым и И. Таммом еще в 1950 г. Вскоре после этого были построены сотни исследовательских реакторов различных типов, в связи с чем уже в 1960-х гг. многие ученые рассчитывали на освоение управляемого термоядерного синтеза до 1980 г.
Однако проблем на пути к управляемому синтезу оказалось гораздо больше, чем ожидалось. Фактически ИТЭР -- это как АЭС, но только больше, и основан он совсем на других технологиях. Достаточно сравнить температуры в активной зоне -- для термоядерных реакторов это десятки и сотни миллионов градусов, а для тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) на АЭС -- всего тысяча градусов. При столь высоких температурах должны использоваться другие материалы, другие системы охлаждения.
Создание энергетического термоядерного реактора на данном этапе является крупным и дорогостоящим проектом, требующим международной кооперации. Достаточно сказать, что, по мнению многих ученых, ИТЭР будет наиболее сложным научно-техническим сооружением за всю историю человечества. Причем промышленные термоядерные реакторы будут даже проще -- там будет не так много диагностических устройств, как на экспериментальном реакторе.
Главной целью проекта еще на этапе проектирования реактора была заявлена демонстрация осуществимости использования термоядерной энергии в промышленных масштабах. К 2030 г. на экспериментальном реакторе планируется получить результаты, позволяющие перейти к промышленному освоению термоядерной энергии.
До этого предстоит решить множество проблем, с которыми ранее никому не приходилось сталкиваться. Например, расстояние между зоной реакции, где температура 300 млн градусов, и зоной охлаждения, где поддерживается температура жидкого гелия, не превышает 3 метров. Одна из целей проекта как раз и состоит в выявлении проблем, которые стоят на пути освоения термоядерной энергии. Пуск первой промышленной электростанции, вырабатывающей электричество на основе термоядерного синтеза, произойдет только в 2050-х гг.
До этого планируется еще строительство реактора DEMO (от слова demonstration), главная задача которого -- продемонстрировать коммерческую привлекательность такого рода электростанций. Этот проект будет реализован в 2035 г., и уже тогда планируется выработка 2000 МВт электроэнергии в режиме постоянной генерации [Matsuda, Tobita 2013].
Уже сегодня параметры реактора ИТЭР впечатляют. Вместе со вспомогательными помещениями он занимает площадку размером 600 х 400 м. Сам реактор представляет собой тороидальную камеру с внешним диаметром 19 м и высотой 11 м. Она будет находиться внутри огромного криостата, охлаждаемого жидким гелием. Для обеспечения сверхпроводимости обмоток катушек электромагнитов необходима температура -268 °С, и только на прокачку гелия расходуется 2,5 МВт электроэнергии. Плазма будет удерживаться внутри камеры магнитным полем с индукцией свыше 5 Тл, которое создается электромагнитами при прохождении тока величиной 70 тысяч ампер. Через плазменный шнур пойдет ток в десятки миллионов ампер.
Планируется работа реактора в импульсном режиме, продолжительность одного цикла работы составит 17 мин. При этом ставится задача достичь выхода термоядерной энергии на уровне 500 МВт, то есть превысить энергопотребление при запуске реактора в 10 раз. Даже просто обслуживание такой системы представляет собой сложную задачу, для выполнения которой требуются специально подготовленные специалисты. Подготовка кадров для создания и эксплуатации будущих термоядерных реакторов -- одна из задач проекта. При этом в отдельных странах уже сейчас действуют свои национальные программы по подготовке ученых и инженеров для новой отрасли энергетики. Так, в Китае по такой программе ведется подготовка 1000 специалистов. В России пока нет специальной программы по подготовке кадров для термоядерной энергетики, и это сказывается на доле российских специалистов, находящихся непосредственно на строительной площадке. Квалифицированных специалистов с опытом работы на «Токамаках» не хватает.
Особенностью данного международного проекта является непосредственное участие разных стран в изготовлении оборудования для реактора. Так, Россия 90 % своего вклада вносит в натуральной форме, поставляя сверхпроводящие магниты, гиротроны для разогрева плазмы и другое оборудование. Значительную часть изготавливаемых в России изделий составляет диагностическое оборудование для реактора [Петров, Афанасьев, Мухин, Шевелев 2018]. И только 10 % взноса идет как чисто финансовое обеспечение. При этом изготовление конкретного оборудования доверяется только тем странам, которые являются мировыми лидерами в данном секторе. Как правило, это оборудование является наукоемким и высокотехнологичным, подчас и просто уникальным. В отличие от России Китай, Япония и ЕС, безусловно, заинтересованы в скорейшем развитии термоядерной энергетики в связи с отсутствием месторождений углеводородов на их территории. После осуществления проектов ИТЭР и DEMO они готовы приступить к строительству коммерческих термоядерных реакторов в своих странах.
Несмотря на то, что в ходе реализации проекта отдельные блоки реактора проекта DEMO планируется испытывать в реакторе ИТЭР, ряд стран-участниц могут отказаться от дальнейшего участия в проекте. Для них основная цель -- это именно получение мощного источника нейтронов, пусть даже и в импульсном режиме. Он нужен многим другим странам, у которых нет значительных запасов углеводородов. Это Китай, ЕС, Япония, многие страны Африки и Южной Америки.
Россия в проекте ИТЭР
В России работы по проекту ИТЭР велись в рамках трехлетних федеральных целевых программ (ФЦП), принимаемых правительством РФ. Так, в 1996--1998 гг. действовала федеральная целевая научно-техническая программа «Международный термоядерный экспериментальный реактор ИТЭР и научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в его поддержку»6. К середине 1998 г. в рамках этой и других программ на действовавших в то время установках типа «Токамак» были получены важные результаты, позволившие вдвое уменьшить первоначальную стоимость сооружения ИТЭР. Аналогичная федеральная программа действовала и в 1999-- 2001 гг. Постановление Правительства РФ от 01.12.1998 № 1417 «Об утверждении федеральной целевой научно-технической программы «Международный термоядерный экспериментальный реактор ИТЭР и научно-исследова-тельские и опытно-конструкторские работы в его под-держку» на 1999--2001 годы» // Собрание законодатель-ства Российской Федерации. 1998. № 50. Ст. 6154.
В 2001 г. проектная документация была уже готова, и на период 2002--2005 гг. была принята ФЦП «Международный термоядерный экспериментальный реактор ИТЭР» с объемом финансирования 860 млн руб. В ней в качестве целевого показателя реализации мероприятий программы названо количество российских организаций, участвующих в проведении работ в рамках проекта ИТЭР. В соответствующем постановлении правительства РФ от 21.08.2001 г. отмечалось, что страны решили объединить свои усилия для совместной разработки проекта ИТЭР, «осознавая глобальное значение и сложность проблемы» Постановление Правительства РФ от 21.08.2001 № 604 «Об утверждении федеральной целевой научно-технической программы «Международный термоядер-ный экспериментальный реактор ИТЭР и научно-иссле-довательские и опытно-конструкторские работы в его поддержку» на 2002--2005 годы» // Собрание законода-тельства Российской Федерации. 1996. № 40. Ст. 3563.. Там же обращалось внимание на тот факт, что основой проекта реактора ИТЭР явились термоядерные установки «Токамак», разработанные в России.
В 2009 г. Государственной корпорацией по атомной энергии «Росатом» было создано частное учреждение «Проектный центр ИТЭР» Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» (российское Агентство ИТЭР). ЦЕП: https://www.iterrf.ru/ (дата обращения: 08.04.2019).. С 2011 г. именно оно отвечает за обеспечение взноса России в натуральной форме. При этом научное и методическое сопровождение соответствующих работ по реализации проекта возложено на Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт». Если в предыдущих постановлениях правительства говорилось только о разработке проекта ИТЭР, то в распоряжении от 2011 г. речь идет уже о совместной реализации проекта10.
Для российских предприятий, институтов и конструкторских бюро участие в таких работах выгодно уже потому, что в их ходе осваиваются новейшие технологии, становятся доступными достижения других стран. Ведь по условиям соглашения, внося 9 % от стоимости проекта, Россия получит лицензии на все используемые в нем технологии. А непосредственное общение участников проекта на строительной площадке позволит овладеть им и всеми ноу-хау. Как говорят российские участники проекта ИТЭР, сделать свой взнос в проект и потом не построить в своей стране термоядерный реактор -- это все равно как оплатить билет и потом пойти пешком. коллайдер токамак игнитор ядерный энергетика
Политические риски на стадии реализации проекта для Российской Федерации связаны с введением санкций со стороны ЕС и США в отношении приобретения или изготовления уникального оборудования, необходимого для реализации проекта.
Реализация проекта и ИТЭР-пессимизм
По состоянию на 2019 г. объем выполненных на реакторе работ, включая монтаж оборудования, составляет уже две трети от запланированного. В среднем за год строительство реактора продвигается на 10 % [Велихов, Мирнов 2009; Хроника ИТЭР 2012]. О сложности реализации проекта свидетельствует уже тот факт, что для запуска термоядерной реакции потребуется электростанция мощностью 50 МВт, поэтому рядом с реактором строится АЭС.
Сроки запуска реактора неоднократно пересматривались. Сначала речь шла о 2011 г., потом -- о 2020 г. Сейчас физический пуск запланирован на декабрь 2025 г. Со временем увеличивалась и стоимость реализации проекта [Сіегу 2006]. Если в 2005 г. она составляла 5 млрд евро, то в 2014 г. -- уже 15 млрд евро, а сейчас уже перевалила за 20 млрд евро. Для сравнения --строительство Белорусской АЭС оценивается в 7--10 млрд долл. США.
Несмотря на очевидные успехи в реализации проекта ИТЭР, нельзя не отметить, что до сих пор отношение к нему в ряде стран, включая Россию, остается достаточно скептическим [Glanz, Lawler 1998]. Даже в проекте Стратегии развития атомной энергетики России до 2030 г. и на период до 2050 г. об ИТЭР упоминается лишь в самом последнем разделе как о долгосрочной перспективе развития атомной энергетики. Более того, даже в подписанном в июне 2018 г. президентами России и КНР стратегическом пакете документов об основных направлениях сотрудничества в сфере атомной энергетики на ближайшие десятилетия термоядерный реактор не упоминается11. Там речь идет о строительстве новых АЭС, о помощи в сооружении китайского реактора на быстрых нейтронах и о радиоизотопных источниках для китайской лунной программы. Хотя незадолго до этого между Министерством образования и науки РФ и Министерством науки и техники КНР был подписан протокол о перспективах сотрудничества в рамках комплекса сверхпроводящих колец NICA, который имеет отношение к технологиям, используемым в реакторе ИТЭР Россия и Китай подписали рекордный пакет согла-шений о сотрудничестве в ядерной сфере // Департамент коммуникаций Госкорпорации Росатом. 08.06.2018. URL: https://www.rosatom.ru/journalist/news/rossiya-i-kitay- podpisali-rekordnyy-paket-soglasheniy-o-sotrudnichestve- v-yadernoy-sfere/ (дата обращения: 08.04.2019). Григорий Трубников: Совместные проекты и про-граммы России и Китая в области научно-образователь-ного сотрудничества -- это важная часть стратегического партнерства наших государств // Пресс-центр Министер-ства науки и высшего образования РФ. 02.04.2019. URL: https://minobrnauki.gov.ru/ru/press-center/card/?id_4=1229 (дата обращения: 08.04.2019)..
Такое прохладное отношение к проекту ИТЭР объясняется достаточными пока запасами ископаемого топлива в России. Аналогичная ситуация имеет место в США, где с приходом президента Д. Трампа отношение к проекту заметно ухудшилось. Для США в ближайшие десятилетия гораздо актуальнее наладить международную торговлю своим сланцевым газом. Россия планирует пока постройку так называемого гетерогенного реактора, который позволит получать мощные потоки нейтронов, но не является энергетическим.
Во всяком случае, руководитель «Проектного центра ИТЭР» в России А.В. Красильников считает, что пока России термоядерный реактор для выработки энергии не нужен [Термоядерный синтез... 2014]. По его оценкам, на ближайшие 60 лет России хватит запасов нефти и газа для производства энергии. Исходя из этого, можно прогнозировать переход к термоядерной энергетике скорее к концу XXI в. В отличие от углеродной энергетики для термоядерной критичным будет уже не наличие запасов топлива, а доступ к технологиям, используемым в ИТЭР. Изотопы водорода, необходимые для синтеза, получают из воды и лития. А их в России хватает, тем более что расход трития за год работы реактора ИТЭР при выработке 500 МВт термоядерной энергии составляет лишь 20 кг. Это при том, что мировое производство лития бурно растет и уже сейчас составляет тысячи тонн.