Международное сотрудничество в изучении ядерного синтеза

Сегодня получение энергии при помощи ядерного деления стало реальностью, и во всех странах построены атомные электростанции. Однако вместе с тем возникает проблема попадания в окружающую среду опасных радиоактивных материалов (практика получения энергии на атомных электростанциях во всех странах мира, что особенно наглядно проявилось в ходе событий на Чернобыльской АЭС, свидетельствует, что к вопросам безопасности следует подходить с особыми, повышенными мерками). Это беспокойство может быть снято посредством получения энергии при помощи ядерного синтеза. Однако пока не удалось добиться продолжающейся и контролируемой реакции ядерного синтеза. Решение этой проблемы является важной задачей.

Для осуществления ядерного синтеза необходимы критические условия: температура — до сотен миллионов градусов, плотность — триллион единиц на куб. сантиметр, ограниченность во времени — в пределах 1 секунды. Сообщается о некоторых успехах в экспериментах по ядерному синтезу. Тем не менее в этой области остается немало нерешенного.

Имеются сомнения в возможности практического применения ядерного синтеза в связи с целым рядом проблем: разработка материалов для термоядерного реактора; воздействие на человека радиации трития; регулирование баланса энергии, необходимой для стимулирования реакции ядерного синтеза и получаемой в процессе реакции ядерного синтеза; огромные материальные затраты, которые требуются для проведения этой работы.

Перечисленные трудности заставляют ученых всех стран объединить свои усилия для достижения поставленной цели.

В настоящее время исследования больше всего продвинулись в этой области на установках токамака. Однако для получения энергии для XXI века проводятся и другие фундаментальные исследования. Хотелось бы услышать ваше мнение о перспективах практического применения энергии ядерного синтеза и о состоянии исследовательских работ в этой области.

В настоящее время существует ряд способов решения проблемы управляемого термоядерного синтеза. Одним из них является метод магнитного удержания плазмы. Эта идея была выдвинута в СССР в 50-е годы. Основной установкой как в СССР, так и в других странах, где проводятся работы по магнитному удержанию плазмы, является токамак. Токамак — физическая установка, похожая на трансформатор, вторичной обмоткой которого является замкнутый плазменный виток в виде бублика. Этот виток создается пробоем газа в тороидальной вакуумной камере под воздействием вихревого электрического поля, индуцируемого с помощью пропускания импульсного тока через первичную обмотку. За счет вихревого поля возникает увеличение величины тока в плазме. В крупных установках — до сотен тысяч и даже миллионов ампер. Такой сильный ток, протекающий в плазме, нагревает ее до определенной температуры. Чтобы достигнуть более высокой температуры, используется дополнительный нагрев. Для стабилизации плазмы в тока-маке создается сильное тороидальное магнитное поле.

Исследования на установках типа токамак впервые стали проводиться в Советском Союзе. Сейчас исследования по управляемому ядерному синтезу проводятся во многих странах мира.

В конце 1978 года по инициативе СССР началась разработка международного термоядерного токамака-реактора «Интор». Для реализации этой программы при МАГАТЭ была создана международная рабочая группа, в состав которой вошли ученые и инженеры из СССР, стран Евратома, США и

Японии. Международный совет по термоядерному синтезу, являющийся консультативным органом при генеральном директоре МАГАТЭ, сформулировал задачи по созданию экспериментальной установки в рамках термоядерной программы по токамакам. Предполагается создать испытательный токамак-реактор с длительным горением дейтерий-тритиевой термоядерной реакции.

Я согласен с вашим утверждением что развитие метода токамак является важным направлением работ по термоядерному синтезу. Однако не следует забывать, что, кроме метода токамак, есть и другие. Поэтому я не исключаю, что не только токамак, но и другие методы могут быть реализованы на практике.

Например, в 1953 году академик Г.И. Будкер предложил систему создания термоядерного реактора с использованием ловушек с магнитными пробками. В таких системах силовые линии не замыкаются в «бублике», как в токамаках. Для предотвращения утечки плазмы вдоль силовых линий на концах прямолинейной ловушки создаются области усиленного магнитного поля — магнитные пробки.

В начале 60-х годов в СССР академиком Н.Г. Басовым была выдвинута идея нового лазерного подхода к проблеме контролируемого термоядерного синтеза. Начались работы по исследованию физических предпосылок метода лазерного термоядерного синтеза и созданию необходимой лазерной мишенной техники. Эксперименты привели к обнаружению нейтронного излучения на лазерной мишени. Этот способ получения энергии термоядерного синтеза основан не на магнитном, а на «инерционном» удержании плазмы. Экспериментальные установки по применению подобного типа, помимо СССР, имеются в США и ряде других стран.

Сейчас активно разрабатываются методы проведения термоядерного синтеза с помощью пучков тяжелых ионов, инициирующих микровзрывы термоядерной мишени. Этот метод имеет и преимущества, и недостатки. Положительное — в простоте и надежности механизма передачи энергии от иона к веществу мишени, в возможности использования пучков ионов сравнительно высокой энергии, но значительно малых токов, в применении для ускорения пучков тяжелых ионов хорошо разработанных типов ускорителей, обладающих высокой надежностью и довольно большим КПД. Однако серьезные трудности возникают и при обеспечении работы термоядерной мишени.

Наряду с традиционными путями получения энергии слияния ядер дейтерия и трития в высокотемпературной плазме заслуживает внимания и метод использования отрицательных мюонов для катализа дейтерий-тритиевой реакции в дейтерий-тритиевой смеси. По современным оценкам, мюон может катализировать в такой смеси свыше 100 реакций синтеза. В этом случае уже не нужна высокая температура, мюон нейтрализует заряд. Это направление исследований возникло в Советском Союзе благодаря работам проф. Пономарева, Герштейна и Джаленова. Однако выделяющейся при этом энергии еще пока недостаточно, чтобы компенсировать затраты на создание такого мюона. Оно может быть очень интересным и перспективным.

Таким образом отвечая на ваш вопрос относительно системы исследований, должен сказать, что будет правильно параллельно проводить эксперименты по ряду альтернативных направлений. Не исключено, что возможны и принципиально иные пути решения этой задачи. Их нужно искать. Для этого необходимо проводить фундаментальные исследования, всесторонне развивать инженерные и технологические разработки.

Вы спрашиваете, как я представляю будущее направления утилизации энергии ядерного синтеза. Исходя из результатов исследований этой проблемы, проводимых в СССР и других странах, можно уже сейчас назвать несколько способов утилизации энергии термоядерного синтеза. Первый — это так называемые чистые термоядерные реакторы, в которых осуществляется контролируемая дейтерий-тритиевая реакция. Чистым реактор называется потому, что термоядерные нейтроны в нем поглощаются литием, который используется одновременно в качестве теплоносителя. В таком реакторе литиевая зона выполняет роль накопителя трития и является источником тепловой энергии для последующего преобразования ее в электрическую. Но чистый реактор — дело далекого будущего.

Помимо производства электроэнергии, в настоящее время детально разрабатываются проблемы, связанные с возможностями и перспективами использования термоядерной реакции для получения высокопотенциального технологического и синтетического топлива. Исследования проводились специалистами СССР и США. Преимущество использования топлива, выделяемого в термоядерной реакции, для газификации угля, получения водорода путем термохимического или электрохимического разложения воды, фиксации азота и т. д. заключается в том, что существует возможность нагревать технологический компонент (вода, воздух и т. д.) непосредственно в термоядерном реакторе. Поэтому при отсутствии в данном случае теплообменника его можно нагревать до температуры примерно 200 °C, что значительно упростило бы термохимический цикл получения ядерного топлива. Энергия термоядерных реакторов могла бы быть использована в нефтепереработке и нефтехимии, при многоцелевых процессах в производстве синтетического топлива с помощью ядерных и термоядерных реакторов. Использование утилизации этой энергии в металлургическом производстве, производстве водорода позволило бы отказаться от использования углеводорода в качестве сырья и т. д.

Ученые полагают, что именно мирное использование ядер-ной и термоядерной энергии позволит решить энергетическую проблему на тысячелетия в будущем.

Можно сказать, что решение энергетической проблемы наряду с демографической, продовольственной и экологической является одной из важных тем в жизни мирового сообщества. Во всех странах прилагаются большие усилия по разработке методов получения дешевой энергии в будущем — атомной, солнечной, энергии ветра, волн, геотермальной. Однако, чтобы продвинуться в этом направлении, необходимо наладить широкое международное сотрудничество. В наше время ни одна страна не может ставить вопросы о стабильном развитии без учета интересов всего мирового сообщества.

Усилия ученых всех стран в решении энергетической проблемы явятся их общим вкладом в дело борьбы за мир. Только коллективные усилия ученых всего мира могут гарантировать быстрый успех решения энергетической проблемы. Вместе с тем эти коллективные усилия ученых всего мира — наиболее эффективный путь для осознания общих проблем, стоящих перед людьми планеты. Такое осознание явится серьезным препятствием на пути гонки вооружений.

Не считаете ли вы, что проблему обеспечения человечества энергией в XXI веке можно решить путем применения ядерного синтеза с обязательным следованием вышеобозна-ченным принципам? СССР, Япония, США и страны Общего рынка уже сделали первый шаг на пути создания системы международного научно-исследовательского сотрудничества, приступив к программе «Интор». Хочется надеяться, что в этом сотрудничестве примут участие все страны.

Прежде всего я разделяю вашу точку зрения относительно того, что решение энергетической проблемы в будущем можно сейчас реально увязывать только с ядерной энергетикой. Можно определенно сказать, что доля энергии, которую будут получать от атомных реакторов, может составить около половины всей необходимой человечеству энергии. Реакция термоядерного синтеза рассматривается учеными как один из перспективных источников энергии.

Исследования по управляемому термоядерному синтезу стали проводиться в конце 40-х — начале 50-х годов. То есть сразу же за первыми успехами в овладении энергией деления урана. В то время в Советском Союзе была высказана идея о возможности осуществления управляемой термоядерной реакции. Под руководством академика Игоря Васильевича Курчатова начались экспериментальные исследования в этом направлении. На первом этапе работ выяснилось, что путь к овладению энергией термоядерного синтеза можно преодолеть в короткий срок. Но ученые столкнулись с рядом трудностей. Прежде всего необходимо потратить много сил на развитие физики высокотемпературной плазмы. Стало очевидным, что для решения такой задачи потребуется объединить усилия ученых всего мира. В этой связи в 1956 году по инициативе Советского правительства в СССР (а затем и в других странах) были рассекречены исследования по управляемому ядерному синтезу. С того времени общими усилиями ученых многих стран стала изучаться данная проблема.

Полностью согласен с вами, что такое сотрудничество призвано не только ускорять решение данной проблемы, но и способствовать мирному использованию энергии в интересах человечества. К этой цели призывает устав международного агентства по атомной энергии МАГАТЭ, созданного в рамках ООН в 1957 году. За тридцатилетний период существования МАГАТЭ проделана большая работа в области мирного использования атомной энергии. Страны, входящие в МАГАТЭ, развернули широкую программу исследований, которая способствует развитию ядер-ной энергетики, обмену информацией, обеспечению охраны окружающей среды, освоению новых источников энергии. Как показали события на Чернобыльской АЭС, именно организация МАГАТЭ явилась центром объединения всеобщих усилий многих стран по ликвидации последствий аварии.

Широко известно также, что 14 мая 1986 года Генеральный секретарь ЦК КПСС М.С. Горбачев в своем выступлении по советскому телевидению в связи с ликвидацией последствий аварии на Чернобыльской АЭС внес предложение — о создании международного режима безопасного развития ядерной энергетики. Это предложение легло в основу советского проекта, который был рассмотрен на специальной сессии Генеральной конференции МАГАТЭ 24—26 сентября 1986 года в Вене. В результате на сессии были приняты две конвенции — «Об оперативном оповещении ядерной аварии» и «0 помощи в случае ядерной аварии или радиационной аварийной ситуации».

В нынешней обстановке нет более неотложной задачи, чем прекращение гонки вооружений. И в рамках МАГАТЭ многое делается в этом направлении. Одной из задач МАГАТЭ является обеспечение гарантий по недопущению распространения расщепляющихся материалов, оборудования, технических и других средств, которыми располагает МАГАТЭ, в военных целях. Выполнение этих гарантий, когда быстро развивается ядерная энергетика, становится первоочередной задачей наших дней.

В рамках МАГАТЭ существуют и двусторонние соглашения между отдельными странами, и соглашения между группами стран. В частности, между Государственным комитетом по атомной энергии СССР и Комитетом по атомной энергии Франции подписано соглашение о проведении научно-исследовательских работ в области ядерной физики. Аналогичные соглашения заключены с Соединенными Штатами Америки, Японией и другими странами. Большая работа по использованию атомной энергии в мирных целях проводится Советским Союзом с социалистическими странами в рамках Совета Экономической Взаимопомощи (СЭВ).

Успешному осуществлению международного сотрудничества в области термоядерного синтеза способствует организация и проведение разного рода международных конференций, симпозиумов, совещаний, посвященных обсуждению современных проблем высокотемпературной плазмы, решению технических и инженерных проблем.