Токамак «Глобус-М»

Выездное заседание клуба «Гость ученый» было посвящено 10-летию единственного в России сферического Токамака «Глобус-М», созданного в Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе для исследования термоядерного синтеза. «Глобус-М» входит в тройку главных Токамаков мира.

В северной части Петербурга соседствуют два всемирно известных учреждения: Политехнический университет, отметивший в этом году свое столетие, и Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН. Первый дает прекрасное образование и «переводит через дорогу» молодых специалистов в лаборатории Физтеха, где они вырастают в крупных ученых. Второй проводит научные исследования в тончайших областях материи, граничащих с космической бездной, добивается выдающихся результатов и передает свои знания студентам Политеха.

Что происходит в стенах старинного Политеха, ясно каждому – все мы были учениками. За стенами же Физтеха совершаются научные открытия, малопонятные и совсем недоступные непосвященным по причине, в том числе, строгой государственной тайны. Однако случаются дни «открытых дверей», когда ученые хотят поделиться своим сокровенным. Информагентство «Росбалт» провело в лабораториях Физтеха выездное заседание клуба «Гость ученый» на песенную тему «Глобус крутится-вертится». Не случайно и это – Физтех славится не только физиками, но и художественными талантами.

История Токамака

Сегодня на АЭС энергия получается за счет происходящего в реакторах с водой под давлением деления атомов урана-235. Это дорогостоящий и небезопасный способ получения энергии.
Наиболее же распространенная ядерная реакция во Вселенной противоположна этому – это реакция не деления, а синтеза, то есть слияния ядер атомов водорода. Именно этой реакции синтеза и добиваются ученые на Токамаках, учась управлять ею. Фактически, это первоисточник солнечной энергии.

Токамак. Как будто уже не раз слышанное слово, но из какого оно языка и что значает? По-простому – это бублик (тор), но не простой. По-научному – ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками, установка для магнитного удержания плазмы. Еще менее понятно? А так? На ней изучаются процессы, подобные происходящему на Солнце, в недрах звезд, и которые, как сказал руководитель Токамака, доктор физико-математических наук Василий Гусев, «придумали не ученые, а сам Бог».

Идея термоядерного реактора, где плазма имела бы форму тора и удерживалась магнитным полем, обоснована еще в 1951 году нашими выдающимися учеными И. Е. Таммом и А. Д. Сахаровым. Для чего? Токамак считается наиболее перспективным устройством для осуществления управляемого термоядерного синтеза. Первый Токамак был построен в 1955 году, и долгое время эти установки существовали только в СССР. Затем в мире было построено около 300 Токамаков.

Сегодня и завтра Токамаков

Заседание клуба вели доктора физико-математических наук. Ученые, у которых, по их собственному выражению, сформировано системное мышление, или ясномышление. Василий Гусев, руководитель Токамака, пояснял, что представляет из себя Токамак и для чего он нужен человечеству. В установке происходит синтез, слияние легких ядер. В результате этого процесса выделяется энергия, которая и поддерживает всю жизнь на Земле.

Человечество нуждается во все большем количестве энергии. Люди научились получать ее различными способами: гидро- и теплоэлектростанции, атомные станции и прочее. Существующие АЭС потребляют значительное количество урана. Например, один блок, вырабатывающий 9 млрд. киловатт часов электроэнергии расходует двести тонн урана. Велики объемы отработанного топлива, которое нужно хранить в особых условиях, также требующих больших затрат.

Токамак «Глобус-М» создавался в Физтехе в 90-е годы. В его проектировании, изготовлении и оснащении принимали участие многие НИИ и предприятия Петербурга и Москвы. «Многое было сделано впервые в России, а некоторые решения приняты впервые в мире. Сегодня наш Токамак выведен на проектные параметры. Мы достигли всего, что было рассчитано теоретически, и тем самым опередили во многом своих зарубежных коллег. И потому вошли в тройку лучших Токамаков в мире», – говорит Василий Гусев.

Это сферический тор, позволяющий достичь тех же параметров плазмы при меньшем магнитном поле, то есть с уменьшением стоимости увеличить КПД. Сферический тор сжат к оси и более устойчив по сравнению с существующими моделями Токамаков. Ученые без шуток говорят, что «Глобус-М» получился красивым, то есть достиг определенной гармоничности, поэтому хорошо работает.

Руководители проекта считают, что сегодня успешно завершен его первый этап. Предстоит работа по нескольким направлениям: создать долгодействующие энергетические реакторы, научиться широко применять термоядерные источники, например, в медицине, нанотехнологиях и так далее. Термоядерный реактор «будет иметь положительный выход энергии, по сравнению с тем, что вложено в этот 10-этажный дом», и позволит достичь мощности в тысячу миллионов киловатт (гегаватт). Разработка источников термоядерных нейтронов осуществит даже мечту алхимиков – создавать новые материалы.

Есть и такие немаловажные преимущества этих Токамаков в нашем неустойчивом мире, как «дуракоустойчивость», пошутили ученые, то есть надежная защита от человеческого фактора. А малая потребность в тритии исключает опасные последствия. Более того, «источник для термоядерного синтеза неисчерпаем».

С учетом всего этого, в 2007 году Франция начала сооружение Интернационального Термоядерного Экспериментального Реактора – ИТЭР, победив в соревновании умов и финансов Японию. В проекте участвуют страны ЕС, Индия, Китай, Республика Корея, Россия и США. Физтех поставит 8% оборудования для системы контроля плазмы ИТЭР.

Однако предстоит еще длительная работа, промышленные электростанции на новых реакторах, предполагают ученые, могут появиться к 2035-40 годам. Поэтому сейчас необходимо использовать все возможные источники энергии: гидроресурсы, газ, нефть и другие, и... готовить кадры. Это одна из сложнейших задач, так как российская наука лишилась в 90-е годы большой группы молодых ученых, которые сейчас становятся докторами наук, но не в России.

Однако надежда есть. Приходят «через дорогу» молодые энергичные ребята из Политеха и других университетов, и главное, наметились положительные тенденции в государстве: начали выделять средства для создания научных центров. Эти островки науки, по мнению наших корифеев, и смогут стать базой, где проводятся исследования. Делаются открытия, которые будут востребованы бизнесом – а это деньги, и обществом – вернется престиж ученого.