Закон получения энергии: каким путем будет развиваться атомная отрасль в РФ
НИЦ «Курчатовский институт» реализует концепцию «Атомного проекта 2.0», призванного сделать этот вид генерации энергии природоподобным, а значит, максимально экологичным. Ученые ведут эксперименты в области управляемого термоядерного синтеза, работают над продлением жизненного цикла работы АЭС, разрабатывают новые типы реакторов, повышают безопасность и экологичность добычи энергии.
Колыбель для атома
Курчатовский институт, в котором родилась атомная отрасль страны, сегодня по-прежнему научный руководитель ее развития. Он является головной научной организацией национальной программы «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии» и совместно с госкорпорацией «Росатом» создает отечественную атомную отрасль XXI века.
— Мы сопровождаем сооружение и эксплуатацию всех АЭС, являемся научными руководителями разработки и создания практически всех реакторных установок, в том числе ледокольных, — рассказал вице-президент Курчатовского института Олег Нарайкин. — Но главное — мы занимаемся формированием перспектив, определением направлений развития атомной отрасли во всех еe компонентах.
Зеленый цикл
Одно из приоритетных направлений работы Курчатовского института — реализация «Атомного проекта 2.0». Цель — решение проблемы энергообеспечения без вреда для экологии.
Сегодня даже те способы добычи энергии, которые традиционно называются «зелеными» (гидроэнергетика, солнечная энергия и т.д.), на разных этапах связаны с выбросами в атмосферу CO₂ — например в процессе переработки сырья и производства батарей. Также крайне трудоемкой и сложной является утилизация отработавших солнечных батарей, лопастей ветрогенераторов. Самый экологичный вариант энергогенерации — как раз атомная, так как она не сопровождается сжиганием кислорода.
— Мы предложили концепцию «Атомного проекта 2.0», основанного на так называемом принципе радиационно-эквивалентного захоронения, — объяснил Олег Нарайкин. — В природе существует замкнутый самоорганизованный цикл использования всего, что в ней есть. Вы берете сырье, например уран, активности которого недостаточно для того, чтобы работал ядерный реактор, поэтому вы обогащаете его и используете. Но остаются отходы. Специалисты предложили использовать реакторы не на тепловых (как сейчас), а на быстрых высокоэнергетических нейтронах. Такие частицы могут «дожигать» топливо, которое не догорело в обычном реакторе.
Что касается других остаточных элементов — минорных актинидов, — то их можно использовать в жидкосолевых реакторах-мусорщиках. В результате вместо высокорадиоактивных отходов остаются вещества, активность которых не превосходит ту, которая была у «природного» урана.
— Ядерная энергетика, построенная на принципе радиационно эквивалентного захоронения, станет по своей сути первым природоподобным энергетическим комплексом, способным обеспечить устойчивое развитие в долгосрочной перспективе, — убежден президент НИЦ Михаил Ковальчук.
Солнце на Земле
Еще одно важное направление, в котором работают ученые-курчатовцы, — термоядерная энергетика.
В 1950-е году именно в Курчатовском институте был создан первый в мире прообраз термоядерного реактора. Здесь же появилась и аббревиатура установки: токамак (тороидальная камера с магнитными катушками). Это установка, которая использует мощное магнитное поле для удержания плазмы, осуществляя производство управляемой энергии термоядерного синтеза — УТС. Соответственно, смысл создания термоядерного реактора в том, чтобы энергия, которую он будет вырабатывать, была бы не меньше той, которую к нему подвели, чтобы запустить процесс УТС. Сегодня токамак — международный научный термин, а установки такого типа строят по всему миру.
Подчинить энергию термоядерного синтеза — давняя сверхцель мирового научного сообщества. По сути, речь идет о том, чтобы научиться технологически воспроизводить процессы синтеза легких ядер изотопов водорода ( дейтерий и тритий) с выделением огромного количества энергии, как это происходит на Солнце.
Из направления УТС уже развились такие важные прикладные технологии, как сверхпроводимость, плазменные технологии, очень востребованные в медицине, в космонавтике. В 1992 году было принято решение учредить международный проект ITER и в рамках четырехстороннего межправительственного соглашения между ЕС, Россией, США и Японией строить большой экспериментальный термоядерный реактор, расположенный на Юге Франции. Инициатором этого мегапроекта стал академик Евгений Велихов, возглавлявший тогда Курчатовский институт (сейчас — почетный президент Центра). Россия остается одним из основных и незаменимых участников ITER.
В мае 2021 года Курчатовский институт выполнил физический запуск (включение на минимальной мощности для проверки работоспособности всех систем) глубоко модернизированного гибридного термоядерного реактора Т-15МД. В этом году будет сделан следующий шаг — энергетический пуск. Это означает, что уровень производства энергии поэтапно приведут в соответствие с номинальной мощностью установки и проверят разные режимы ее работы. После чего можно будет приступить непосредственно к экспериментам.
— Т-15МД предназначается для проведения исследований и отработки перспективных технологий, которые затем могут быть использованы и в международных проектах, в том числе ITER, и в отечественных, — прокомментировал Олег Нарайкин.
Например, в рамках «Атомного проекта 2.0» на этом курчатовском токамаке будет отработана идея использования термоядерной реакции для дополнительного получения топлива. Для этого стенку установки предлагается окружить торием, который под воздействием нейтронов будет обогащаться и превращаться в другой изотоп, пригодный в качестве ядерного топлива. Так у человечества может появиться еще один источник энергии.
