Молодая энергия поиска

С самого начала в орбиту внимания Международной энергетической премии попадают все научные направления, связанные с существующими и только разрабатываемыми видами энергии и энергоносителей. Общероссийский конкурс молодежных исследовательских проектов в области энергетики «Энергия молодости», проводящийся фондом «Глобальная энергия» с 2004 года, является важной частью его молодежной программы.

По итогам шестого по счету конкурса «Энергия молодости» лауреатами этой престижной премии стали наши земляки — молодые сотрудники Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН: Вадим Приходько, Ренат Воскобойников, Алексей Сорокин, Игорь Тимофеев и Юрий Трунев. Однако молодые (даже ученые) — племя энергичное, и застать «на рабочем месте» удалось лишь одного из лауреатов.

Нить Ариадны не кончается
Молодой человек в клетчатой рубашке и джинсах, с приветливой улыбкой радушного хозяина ведет меня по «катакомбам» ИЯФа, время от времени интересуясь:

— Вы дорогу-то обратную найдёте?

Впрочем, это сегодня, пропитавшись физикой плазмы насквозь, младший научный сотрудник сектора 9-11 кандидат физико-математических наук Вадим Приходько смотрится в этих стенах совершенно аутентично. А пятнадцать лет назад он сидел за партой в Усть-Каменогорской школе, только-только прикасаясь к очарованию стихии, которая стала его призванием.

И в этом видится одно из главных чудес Науки с большой буквы — контуры её увлекательного мира, этой бескрайней вселенной нового знания, способны проступить даже сквозь обычную школьную доску, испещренную мелом… Однако конкретно у этого биографического отступления есть важный нюанс.

— В то время закрыли какой-то факультет одного из вузов города. И преподаватели физики (университетского уровня!) попали в школы. Соответственно, качество «подачи материала» было несравнимо выше обычного школьного — увлекало, завораживало, заинтересовывало раз и навсегда!

Взятая в мальчишескую ладонь «нить Ариадны» повела Вадима сквозь годы дальше и дальше: олимпиады по физике, поступление в физматшколу (СУНЦ по-нынешнему), физический факультет НГУ…

— Почему выбрал именно физику плазмы? Физика элементарных частиц — область интересная по-своему. Но для меня лично тогда, во времена поступления в НГУ, не очень было понятно, для чего она? Прикладного значения не видел. И хотя физика плазмы по популярности среди абитуриентов стояла лишь на втором месте, выбрал всё-таки ее.

Дальнейшая профессиональная судьба Вадима разворачивается уже, как говорится, на наших глазах: активное и многоплановое взаимодействие ИЯФа с физфаком привело к тому, что сегодня Приходько — один из равных членов большого (институтского) и малого (сектор 9-11) коллективов научных сотрудников Сибирского отделения.

И в этом видится второе чудо Науки, в частности, сибирской: обычный усть-каменогорский школьник, деятельно увлекшийся своей мечтой, через какое-то время оказывается на передовом крае современной науки, с помощью старших товарищей вливаясь в фундаментальные исследования мирового уровня и вот уже делая собственные шаги на этом авангардном рубеже между днем сегодняшним и завтрашним.

Шесть тысяч лет проживём без забот?
«Разработка проекта нейтронного источника на основе открытой ловушки для управления подкритическими реакторами деления и переработки радиоактивных отходов» — тема работы Вадима с товарищами, которая и принесла им победу в конкурсе. Впрочем, относительно этой яркой точки в жизни молодых ученых следует отмерить несколько лет назад и кто знает, сколько вперед. К тому же у этого вопроса есть своя история.

— Сделало человечество термоядерную бомбу — она мощная, — совершает Вадим краткий экскурс.

— Захотелось на ее основе создать электростанцию. Вот уже лет пятьдесят, как ее и пытаются сделать, — идея управляемого термоядерного синтеза оказалась не такой податливой, как оптимистично мыслилось в начале этого пути.

Физикам предстоит решить массу как теоретических, так и экспериментальных задач, прежде чем удастся создать «термояд в розетку». Одна из них — создание эффективного и относительно недорогого источника нейтронов, прототипом которого в ИЯФе является газодинамическая ловушка (ГДЛ) — открытая система для магнитного удержания плазмы.

— Когда идет речь о комплексном решении, о создании в будущем реактора, об электростанции, наконец, важна эффективность каждого звена, в том числе и источника нейтронов, — поясняет Вадим. — Возникает необходимость уменьшить энергетические затраты на производство одного нейтрона путем минимизации потерь энергии из открытой ловушки. Решение этой проблемы найдено на многопробочной открытой ловушке ГОЛ-3.

На гофрированной открытой ловушке (ГОЛ), состоящей (в отличие от ГДЛ) из множества магнитных «пробок», инжекция электронов параллельно оси системы существенно уменьшает продольную теплопроводность плазмы, то есть подавляется основной канал потери энергии. Возникла идея создать нейтронный источник, соединив достижения на ГДЛ и ГОЛ.

— Пока идея теоретическая, — признается Вадим. — Большой коллектив обо всем этом думал раньше и думает сейчас. Без физиков-теоретиков наши предположения о том, что будет, если мы эту гибридную систему соберем, не выглядели бы такими достоверными. В будущем планируется на ГДЛ пристыковать дополнительный гофрированный блок, как на ГОЛе, и запустить пучок в таком, гибридном, варианте. Вот тогда и посмотрим, как оно «во плоти» работает. Что должно получиться в результате? Вследствие более продолжительной жизни частиц получаем более эффективный нейтронный источник.

— Благодаря этому проекту, его реализации, становится возможным весьма значительно продвинуть ядерную энергетику, — комментирует планы Вадима и его коллег Петр Андреевич Багрянский, доктор физико-математических наук, заведующий сектором 9-11. — С одной стороны — результат с точки зрения безопасности, поскольку речь идет о возможности создания управляемых подкритичных систем, которые по определению не могут взорваться, как это происходит в аварийных случаях при существующих технологиях в атомной энергетике.

С другой стороны, предполагается, что подобного рода система будет эффективно работать с так называемыми альтернативными топливами. Существующие наиболее надежные водно-водяные реакторы (на которых работает большая часть АЭС) функционируют на уране-235 — веществе, которого крайне мало в природе. Серьезно планировать развитие энергетики в масштабах земного шара на его базе просто невозможно. Нужно переходить на уран-238, на торий — на что-то такое, что, в принципе, опробовано в реакторах на быстрых нейтронах. Но с работой таких систем связан ряд сложностей — в частности, есть опасность, что при значительном тиражировании они будут ненадежны и более опасны, нежели традиционные. Собственно, это один из мотивов того, что они бурно не развиваются. Соответственно, шаг к такой технике — управляемой, подкритичной — мог бы дать надежную основу для дальнейшего развития ядерной энергетики.

— Каковы будут последующие перспективы этого направления? — интересуюсь я.

— Если эту энергетику развить, то человечеству (с учетом всех циклов развития, роста населения и т. д.) по разным подсчетам можно от тысячи до шести тысяч лет спокойно греться, потреблять электроэнергию и тому подобное. Ну а дальше? Дальше надо что-то другое делать. Но да — шесть тысяч лет, есть время, чтобы заняться этим чем-то другим, — смеется Петр Андреевич.

— Но, кроме того, ведь это работа — в области технологии термоядерной энергетики?..

— Совершенно верно. И есть идеи, как наши системы развить до чистых термоядерных реакторов. Да, сейчас пока они не дотягивают по своим физическим и техническим параметрам, — констатирует Петр Багрянский. — Но в принципе, как говорится, «с прицелом» — почему нет? А термоядерная энергетика — это уже, как энергия солнца, практически неисчерпаемо, потому что соответствующего компонента в воде Мирового океана очень много (в управляемом термоядерном синтезе участвуют изотопы водорода). Так что если сие освоить, можно спокойно думать о далёких наших потомках, что они будут счастливо жить в условиях энергетической обеспеченности.

Послесловие. О светлом будущем
Неразрешенных вопросов, по словам Вадима Приходько, остается множество — еще предстоит исследовать и исследовать, уточнять, проверять в разных режимах… И, конечно же, идея-цель номер один: провести практические эксперименты на гибридном варианте — начинать соединять и смотреть на практике, что получается.

— И если все это заработает!.. — Вадим мечтательно на мгновение зажмуривается. — Что ж, будем строить прототип нашего нейтронного источника. Ну а дальше — «светлое будущее»!

Причем, позволим себе добавить, «светлое будущее» рассматривается здесь — среди обманчиво безмятежных елей Новосибирского научного центра, окружающих ИЯФ, — как с точки зрения энергетической, так и с неуловимой грани, блеск которой, быть может, во сто крат ценнее любого топлива будущего — блеск школьных мальчишеских мечтаний, которые имеют свойство сбываться на сибирской земле.