«Нельзя прогнозировать экономический эффект нереализованного достижения»
Виктор Ильгисонис, директор направления научно-технических исследований и разработок «Росатома»
О развитии термоядерной энергетики в России и в мире “Ъ” рассказал директор направления научно-технических исследований и разработок «Росатома» Виктор Ильгисонис.
Виктор Ильгисонис
Фото: Алексей Башкиров / Газета «Страна Росатом»
Виктор Ильгисонис
Фото: Алексей Башкиров / Газета «Страна Росатом»
— Зачем во всем мире многие десятки лет работают над созданием термоядерной энергетики?
— Термоядерный синтез необходим для экологичного производства электроэнергии. Последние годы человечество стало бороться за сокращение выбросов парниковых газов. Для этого есть возобновляемые источники энергии: ветряки, солнечные батареи и другие. Но их применение имеет особенности и ограничения, из-за чего, например, ядерная энергетика снова выходит на первый план.
АЭС — очень концентрированный (в смысле энергосодержания топлива) источник производства энергии. Если вы сжигаете 1 кг дров, то получаете 10–15 МДж, бензина или газа — 40–50 МДж. Но если вы возьмете 1 кг ядерного топлива, то из него вы получите несколько миллионов мегаджоулей. А из килограмма термоядерного горючего вы получите сотни миллионов мегаджоулей.
— Почему нельзя базироваться на проверенной атомной энергетике? Есть опасения, что не хватит урана?
— Урана много, грубо говоря, хватит на сто лет. Хотя сейчас «Росатом» работает над организацией замкнутого ядерного топливного цикла с использованием быстрых реакторов, что позволит увеличить ресурсные возможности. Ресурсный вопрос не самый страшный. Намного существеннее эффективность использования топлива и экологичность.
— В термоядерной энергетике не возникает вопроса достаточности топлива?
— В народе любят сравнивать термоядерную установку с искусственным солнцем. Но так говорить не совсем справедливо, как раз исходя из вопроса о топливе. В звездах исходным продуктом для термоядерной реакции является водород. Сделать на Земле такое искусственное солнце сложно. Нужно слишком много водорода, и нужна масса звезды, чтобы этот водород удержать.
Но у водорода существуют изотопы. Наиболее распространенный — дейтерий, менее распространенный — тритий. Между ними можно организовать термоядерную реакцию в земных условиях, которая окажется эффективна. Дейтерий и тритий будут использоваться на промышленных реакторах. На экспериментальных установках физики работают в основном с простым водородом или с дейтерием.
— Дейтерия и трития достаточно?
— Дейтерия хватит. Тритий в природе сам по себе не встречается, его можно синтезировать, например, из лития, которого достаточно много в мире, несмотря на высокий спрос на него из-за производства аккумуляторов.
— Добыча трития — дорогой процесс?
— Цена трития примерно $20–30 млн за 1 кг, однако она условна. Формально тритий не является рыночным продуктом. Для термоядерных реакторов нужны миллиграммы этого вещества, поэтому цена топлива не будет создавать основной вклад в цену выработки энергии в термоядерном реакторе, точно так же, кстати, как и в ядерном реакторе.
И для ядерной энергетической установки, и в будущем для термоядерной самые главные затраты — сооружение реактора. Вы вкладываете много денег в строительство станции, а окупается этот процесс за счет того, что топливная составляющая в себестоимости выработки оказывается достаточно низкой.
— Почему создание термоядерной установки требует таких больших временных и денежных затрат?
— Физическая задача — обеспечить необходимые условия для протекания термоядерных реакций. Чтобы произошла реакция, нам надо очень сильно сблизить два ядра, в результате чего произойдет ядерная реакция и выделится энергия. Для этого надо нагреть их до большой температуры, в сотни миллионов градусов. Получится плазма. Плазму надо изолировать от стенки, для чего было придумано использовать магнитное поле.
Но оказалось, что простой магнит не годится, потому что частицы плазмы уходят вдоль магнитного поля, а держатся только поперек. Физики придумали пропустить ток по бублику, чтобы создать дополнительное винтовое магнитное поле — так устроен токамак. Идея позволила сочетать сразу две потребности: удержание плазмы и ее нагрев.
— Какие проекты токамаков самые успешные?
— За всю историю в мире создано более 300 токамаков. Токамак — советское изобретение, и все ключевые достижения на начальном и серединном этапе развития термоядерного синтеза были сделаны в нашей стране в Курчатовском институте. В 1979 году был запущен токамак Т-7 — первая в мире установка с магнитной обмоткой из сверхпроводника. В 1994 году на американском токамаке TFTR при работе с дейтерием и тритием зарегистрировано макроскопическое выделение термоядерной мощности на уровне 10,5 МВт. Европейский токамак JET в 1997 году продемонстрировал термоядерную мощность почти 17 МВт, а в конце прошлого года — выделение 69 МДж энергии. В этом году установку выводят из эксплуатации.
JET стал базисом для разработки проекта ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor, Международный экспериментальный термоядерный реактор). Человечество уже знает, что термоядерная реакция может протекать в земных условиях. Но пока не столь эффективно, чтобы производить электричество. Чтобы запустить термоядерную реакцию, мы должны потратить больше энергии, чем она нам дает взамен.
— Почему в 2025 году на ITER не будет первой плазмы, как предполагалось?
— С первого раза обычно никогда не получается все задуманное. ITER с технологической точки зрения находится на пределе возможностей человечества. Ведущие страны мира договорились делать проект вместе, разделили функции и задачи.
Третий год идет сборка деталей. Элементы вакуумной камеры, изготовленные европейскими партнерами, не стыкуются. Погрешность в изготовлении должна была быть доли миллиметров, а оказалась сантиметрового уровня. Не вышло, будут переделывать.
Второй пример: детальное изучение сборки теплозащитного экрана для охлаждения стенки вакуумной камеры показало наличие элементов коррозии на трубочках для жидкого азота. Команда ITER решила переделать все. Дополнительные затраты, дополнительное время.
— Какие еще трудности возникают?
— Мы стоим перед необходимостью принять решение, из чего делать материал первичной обшивки стенки вакуумной камеры внутри. Исходно отказались от графита в пользу бериллия. Но в процессе эксплуатации токамаков по всему миру стало понято, что бериллий не выдержит чудовищные энергетические нагрузки.
Наилучшим кандидатом был признан вольфрам как самый тугоплавкий металл в природе. Решение делать покрытие стенки из вольфрама еще предстоит принять Совету ITER. Потребуется разработка новой технологии, потому что вольфрам нужно покрыть специальным покрытием.
— В 2021 году в РФ запущен федеральный проект по разработке технологий термоядерного синтеза. Один из ключевых элементов — строительство токамака в Троицке. Как идет работа?
— Мы уже разработали концепцию токамака с реакторными технологиями (ТРТ) в Троицке, чтобы отработать отечественные технологии, пригодные для установки реакторного масштаба. Планируем к концу года завершить создание эскизного проекта. К строительству должны приступить в начавшейся шестилетке, предполагая завершить основные этапы к 2030 году. Мы сможем выполнить их, если на продолжении федерального проекта будет выделено достаточное количество средств.
— Какие технологии будут продемонстрированы и опробованы на ТРТ?
— В первую очередь мы планируем сделать магнитную систему на базе высокотемпературного сверхпроводника, что позволит увеличить магнитное поле. Целый ряд технологий предстоит отработать и по взаимодействию плазмы со стенкой, энергии из плазмы, созданию так называемого бланкета, который потом можно будет использовать для преобразования энергии.
— Сейчас идет обсуждение финансовых параметров?
— Указ президента о продлении нашей комплексной программы «Развитие техники и технологии научных исследований в области использования атомной энергии в Российской Федерации» (РТТН, включает в себя федеральный проект по развитию термоядерного синтеза.— “Ъ”) уже есть. Обсуждаются параметры, наполнение. Вопрос о том, будут ли выделены средства на сооружение ТРТ. Без старта проекта в 2021 году термоядерные исследования фактически были бы прекращены.
— Вы направили ценовые предложения по финансированию программы до 2030 года?
— Мы все время направляем.
— О каких суммах идет речь?
— А зачем об этом говорить сейчас, заранее?
— Предполагается, что «Росатом» будет вкладывать внебюджетные средства?
— Конечно. Внебюджетные средства предполагаются на всю программу, не только на термоядерный синтез. Более того, существует целый ряд направлений, которые мы полностью реализуем за счет собственных средств корпорации.
— Сколько денег было заложено на ваш сегмент в РТТН 2021–2024 годов?
— Более 40 млрд руб. Объемы финансирования термоядерных программ в странах-конкурентах разительно отличаются. В США только на 2024 год на термоядерные исследования выделено более $1 млрд, причем лишь по статье Минэнерго. Примерно $800–900 млн в год выделяет Китай.
— Какой бюджет у проекта ИТЭР?
— Годовой бюджет ИТЭР всегда разный. Примерно чуть меньше $400 млн.
— Почему частные компании увеличивают инвестиции в термоядерные исследования?
— В бизнес-среде уже есть понимание, что эти технологии будут востребованы, значит, надо иметь компетенции. Но никакие компании сейчас не смогут извлечь, как фокусник кролика из шляпы, новые нетривиальные решения. За всю историю термоядерных исследований много различных идей было перепробовано, испытано, отброшено.
— Некоторые инвесторы за рубежом говорят, что уже к 2030 году запустят энергетический термоядерный реактор. Этому можно верить?
— Думаю, обещания ничем не подкреплены. К сожалению, иногда на эти заявления попадаются и серьезные издания. В перечне инвесторов, перечисленных в докладе Fusion Industry Association, есть приличные компании. Например, General Atomics. Компания частная, но это монстр, который сравним по размерам с дивизионом «Росатома». При этом General Atomics в значительной степени существует на субсидии Минэнерго США.
— В России частный бизнес не хочет вкладывать деньги в технологии термоядерного синтеза?
— Мне неизвестно о серьезных попытках. Не так много в нашей стране бизнесменов, которые обладают деньгами и дальновидностью. Существует огромное количество направлений бизнеса, которые могут приносить доход гораздо быстрее.
— Когда Россия сможет применять токамак в качестве источника электроэнергии?
— По моим представлениям, непосредственно в России эта тема возникнет даже позже, чем в остальном мире. Страна обладает богатейшим запасом углеводородов. Пренебрегать этим просто глупо. Надо ли нам развивать ядерную и термоядерную энергетику? Однозначно да. В том числе учитывая возможности экспорта. Я нахожусь на позиции, что наша страна и «Росатом» должны обладать всеми технологиями в ядерной отрасли. Надо иметь возможность, а обратить ее на получение прибыли тем или иным способом — дело времени.
На одной из международных конференций я подошел к представителю некой достаточно успешной частной компании в сфере термоядерного синтеза. Я спросил, зачем он, неглупый молодой человек, этим занимается, ведь до конца своей жизни термоядерный реактор не продаст? Он сказал: «В бизнесе ответ очень простой. Физики, ученые, сделайте что-нибудь новое, а наш бизнес уже найдет, куда, как это применить и получить с этого выгоду». Этой постоянной нацеленности на новое нашему бизнесу, к сожалению, не хватает. Зачастую ученые, чтобы просто начать исследование, оказываются перед необходимостью обосновать конечную эффективность проекта.
В этом большая проблема нашей организации науки, которая сохранилась с советских времен, хотя тогда на науку деньги выдавали легче. Когда вы выводите на рынки принципиально новый продукт, предсказать его экономическую эффективность невозможно просто потому, что на рынке аналога нет. Если бы в начале 1950-х годов кто-нибудь попросил Курчатова сначала показать экономику АЭС, то просто не было бы первого реактора и ядерной энергетики в целом. Нельзя прогнозировать экономический эффект нереализованного достижения науки. Оно способно кардинально изменить экономические представления. У людей, принимающих подобные решения, должна быть мудрость, дальновидность, рискованность, чутье и немного авантюризма.
