Про світові досягнення з фізики плазми й керованого термоядерного синтезу, а також залученість вітчизняних дослідників (зокрема фахівців наукових установ НАН України) до міжнародних наукових проектів у цій галузі розповів в інтерв’ю інформаційному агентству «УНІАН» директор Інституту фізики плазми Національного наукового центру «Харківський фізико-технічний інститут» член-кореспондент НАН України Ігор Гаркуша.
«Що таке нафта, газ чи вугілля? Це – енергія Сонця, що була захоплена тисячі років тому, і ми її використовуємо. Але ми можемо зробити маленьке Сонце у нас, і з нього брати енергію стільки, скільки нам потрібно. Й тоді ми не потребуватимемо сонячних електростанцій, нафти чи газу», – говорить І. Гаркуша. Для цього вчені різних країн світу розроблюють надійні реактори, в яких можливо було б здійснювати термоядерні реакції, які, по-перше, використовувалися б виключно в мирних цілях – для отримання енергії у обсягах, необхідних для забезпечення потреб людства, а по-друге, були б цілком керованими та безпечними. «У Харкові є два стеларатори [тип термоядерного реактора], й деякі роботи можуть виконуватися на них, тому що ми маємо простіші машини, але вже сьогодні на цих машинах отримуємо температуру 10 мільйонів градусів. <…> Умов термоядерної реакції вже досягнуто [у світі]. Системи нагріву нагрівають плазму та запускають реакцію. Далі реакція вже має гріти сама себе, проте до цього етапу поки ще не прийшли», – зауважує вчений і заспокоює стурбованих безпечністю цих процесів: «Вибуху бути не може… якщо станеться аварія і плазма потрапить на стінку реактора, то відбудеться миттєве випаровування (тугоплавкого вольфраму). Вольфрам випарується, і пара вольфраму захищатиму наступні шари вольфраму. Вольфрам наскільки важкий елемент, що швидко поглинає багато енергії й охолоджує плазму».
Докладніше читайте у статті «Приборкання Сонця» – за посиланням:
https://economics.unian.net/energetics/1948596-ukroschenie-solntsa.html
* * *
Інформаційна довідка від Національної академії наук України
Європейський Союз на сьогодні займає передові позиції у світі в галузі фізики високотемпературної плазми і керованого термоядерного синтезу. Він є основним донором будівництва першого експериментального термоядерного реактора ІТЕR (м. Кадараш, Франція) в межах одного з найграндіозніших міжнародних проектів, у реалізації якого беруть також участь США, Росія, Японія, Китай, Південна Корея та Індія. Основне завдання міжнародного проекту ІТЕR – досягнення стаціонарної термоядерної реакції дейтерію та тритію з виділенням енергії на рівні 500 МВт. Введення в експлуатацію цього реактора заплановано на 2025 р.
Найвагомішим результатом, отриманим останнім часом, є введення у дію в Інституті фізики плазми імені Макса Планка (Німеччина) найбільшого в світі надпровідного оптимізованого стеларатора Wendelstein 7-X. Так, уже в перших експериментах, проведених на ньому, була отримана плазма з температурою електронів 100 млн градусів та іонів – 20 млн градусів, що значно перевищує температуру Сонця. Реактор на основі стеларатора може бути перспективним для створення прототипу комерційного термоядерного реактора DЕМО.
Суттєвий прогрес останнім часом спостерігається у розробленні термоядерних джерел нейтронів та гібридних систем на основі синтез-ділення, завдяки чому можливе створення нового підходу до забезпечення паливного балансу великомасштабної ядерної енергетики та утилізації відпрацьованого ядерного палива.
На основі результатів фундаментальних досліджень з фізики плазми одержано низку таких важливих прикладних розробок, як: нові методи нанесення функціональних покриттів, модифікація матеріалів потужними потоками плазми, плазмові джерела інтенсивного екстремального ультрафіолетового та рентгенівського випромінювання, плазмові озонатори, низькотемпературні плазмові озонно-ультразвукові стерилізатори, геліконні технологічні джерела, плазмохімічні реактори, пароплазмова технологія переробки органічних відходів, інші перспективні екологічно чисті плазмові технології для промисловості, медицини, сільського господарства та охорони довкілля.
Протягом останніх років Україна крок за кроком йшла до підписання угоди про асоційовану участь у дослідницьких програмах ЄВРАТОМ, що є складовою програми Горизонт 2020. Ратифікація 29 вересня 2016 р. Угоди між Урядом України та Європейським співтовариством з атомної енергії про наукову і технологічну співпрацю та асоційовану участь України у Програмі наукових досліджень та навчання ЄВРАТОМ (2014–2018) зробила можливою участь українських наукових установ у європейських термоядерних дослідженнях. 31 січня 2017 р. НАН України визначена власником зазначеної програми з боку України, а ННЦ ХФТІ – менеджером програми.
Європейські термоядерні дослідження проводяться виключно в рамках створеного консорціуму EUROfusion, що складається з 29 дослідницьких лабораторій, які виступають координаторами досліджень у своїй країні. У 2017 р. за поданням НАН України на базі ННЦ ХФТІ створено Український дослідницький центр (Ukrainian Research Unit), що здійснює координацію робіт у 7 українських наукових установах: ННЦ ХФТІ, Інститут ядерних досліджень НАН України, Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Національний університет «Львівська політехніка», Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України, Київський національний університет імені Тараса Шевченка.
Асоційоване членство в консорціумі EUROfusion надає Україні рівні права з іншими членами консорціуму, зокрема дає змогу українським вченим:
– брати участь у теоретичних та експериментальних дослідженнях на найкращих установках світу;
– отримувати додаткове фінансування наукових робіт в Україні та фінансування поїздок українських науковців за кордон;
– розширити участь у роботі наукових конференцій та нарад за кордоном, публікуванні наукових статей у платних журналах;
– використовувати доступ до баз даних усіх експериментальних установок EUROfusion;
– отримувати нове та вживане наукове обладнання від країн – учасників EUROfusion;
– впливати на прийняття рішень EUROfusion;
– залучати іноземних студентів та аспірантів для виконання кваліфікаційних робіт (MSc, PhD) в Україні.
Починаючи з кінця січня 2017 року EUROfusion оголошує прийняття запитів на участь в існуючих робочих пакетах термоядерної програми на поточний рік. Українські дослідники подали 12 запитів на проекти в пакеті «Дослідження на середніх токамаках». Вже отримали відповідне схвалення українські пропозиції для пакета «JET1» (Інститут ядерних досліджень НАН України) та «Діагностика і керування» (Національний університет «Львівська політехніка»). Українські фахівці також братимуть участь у пакетах «Стеларатор» (ННЦ ХФТІ, Інститут ядерних досліджень НАН України) та «Плазмово-поверхнева взаємодія» (ННЦ ХФТІ, Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»).
Необхідно відзначити, що крім проектів теоретичних досліджень та спільних робіт на термоядерних установках ЄС Європейським співтовариством підтримані програми експериментів на українських установках: стелараторі У-2М та плазмових прискорювачах КСПП Х-50 і КСПП-М, що дає змогу провести їхню модернізацію.
Окрім дослідницьких програм у галузі термоядерних досліджень, виконується також навчальна програма «Fusenet», учасником якої є Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна. Протягом року кілька десятків студентів та аспірантів отримали можливість безкоштовно відвідати школи молодих вчених та конференції в країнах ЄС. У рамках ЄВРАТОМ відкрито також 20 наукових та 20 інженерних аспірантських стипендій у галузі термоядерного синтезу.
Слід зауважити, що дослідницька та навчальна програма ЄВРАТОМ у галузі керованого термоядерного синтезу побудована на принципі спільного фінансування і фінансовий внесок з боку ЄВРАТОМ складає близько 55% від загального обсягу фінансування цієї тематики відповідною країною. Тобто, збільшення грантової підтримки з боку ЄВРАТОМ потребує відповідного збільшення видатків на українську програму досліджень.
Установи НАН України мають певні здобутки, кадровий потенціал і матеріально-технічну базу (низку термоядерних, експериментальних, дослідницьких установок) для вирішення проблем теоретичного та числового моделювання процесів у термоядерних системах, діагностики плазми, а також матеріалів та технологій термоядерного реактора. Серед них стеларатор «Ураган-2М», який було введено в дію в 2006 р., торсатрон «Ураган-3М», найпотужніший у світі квазістаціонарний прискорювач плазми КСПП Х-50. Нещодавно введено в дію плазмовий прискорювач нового покоління для дослідження матеріалів ядерної і термоядерної енергетики в екстремальних умовах КСПП-М (ННЦ ХФТІ). Протягом останніх трьох років у НАН України успішно виконується цільова програма «Перспективні дослідження з фізики плазми, керованого термоядерного синтезу та плазмових технологій», хоча видатки на її фінансування залишаються дуже обмеженими.
Разом з тим організація вітчизняних наукових досліджень і створення технологічних розробок у галузі керованого термоядерного синтезу, фізики плазми і плазмових технологій, а також активізація міжнародного співробітництва вимагають повноцінного фінансового забезпечення, реалізації скоординованої програми розвитку досліджень високотемпературної плазми як основи енергетики майбутнього. Матеріалознавчі та інженерні аспекти термоядерної енергетики потребують також створення матеріалів для термоядерних реакторів, дослідження їхньої поведінки в екстремальних умовах, створення нових покриттів і сполук, методів з’єднання, нових методів діагностики, новітніх інженерних розробок у сферах сильнострумової електроніки, енергетики, турбінобудування тощо. Необхідне розроблення новітніх технологічних застосувань плазми, поліпшення координації досліджень в установах НАН України та вищих навчальних закладах.
За інформацією Відділення ядерної фізики та енергетики НАН України