Една българка в сърцето на най-великия световен технологичен експеримент

Според някои специалисти производството на петрол ще стигне своя пик през 2030 година. След което ще последва неизбежен срив.

Какви ще са последиците за света? Очевидно Земята ще стане по-мирно място, след като петролните запаси бъдат изчерпани, тъй като основните военни конфликти през последните десетилетия са били за контрол над петролните кладенци. Спомнете си Кувейт, Ирак, последвалата инвазия на САЩ и съюзниците им от НАТО в Залива, Ислямска държава и кървавия сирийски конфликт…

Мирът е едно, но енергийният глад след края на петролната епоха е нещо друго. Ще изгрее ли отново звездата на добрите стари въглища? Как си представяте парен локомотив, теглещ влакови композиции в тунела под Ламанша през 2035?! Парниковият ефект е още едно препятствие пред завръщането на въглищата.

Но Чернобил и Фукушима са категоричният отговор на друг въпрос – доколко безопасен може да бъде т. нар. „мирен атом”. Енергията на вятъра и слънцето е нещо добро, но ще бъде ли достатъчна да задоволи нуждите на цялата планета?

Ето защо бъдещето на света е неразривно свързано с една принципно нова технология.

ЕКСПЕРИМЕНТЪТ  ITER

ITER е абревиатура на английското название International Thermonuclear Experimental Reactor. Но латинската думичка iter означава „път“. Докъде ще ни доведе този път?

Във всеки случай Международният експериментален реактор за термоядрен синтез е един изключително амбициозен световен проект. На 21 ноември 2006 г. седем страни, участващи в реализацията на проекта – Европейският съюз, Индия, Китай, Русия, САЩ, Южна Корея и Япония – подписват договор за финансирането на реактора. Първоначално програмата предвижда 30-годишна продължителност на проекта, като 10 от тях са за изграждането на съоръжението, плюс 20-годишен експлоатационен срок. Авансово стойността му се определя приблизително на 10 млрд. евро. В разрез с предварителните планове, през 2017 г. се прави преоцeнка и се приема, че изграждането на ITER e готово наполовина. А предполагаемата сума на разходите прогностично се увеличава до колосалните 20 млрд. евро. Европейският съюз, като водещ в проекта, трябва да осигури половината от тази сума. Още повече, че след първоначалния ожесточен спор за локацията на термоядрения реактор, страните-партньори се споразумяват мегапроектът да бъде реализиран на територията на ЕС – в научноизследователския център Кадараш, разположен на около 70 км северно от Марсилия.

ITER e проектиран да произвежда около 500 MW енергия при реализирането на термоядрен синтез, поддържан в продължение на 500 секунди. Синтезът се постига чрез изгаряне на 0,5 г смес на деутерий и тритий в реакторна камера с обем 840 m³. За да се осъществи този синтез, е необходимо да се вложат около 50 MW енергия. Така можем да изчислим, че коефициентът на полезно действие на реактора е 10, тоест получената енергия ще надвишава 10 пъти вложената. И така, бъдещата термоядрена електроцентрала на база експеримента ITER ще има около 3000 – 4000 MW мощност.

BREXIT срещу  ITER

Не е тайна, че британците са най-напред в усвояването на термоядрената енергия. Затова и учените от Острова са най-многобройните участници в екипа на ITER. Преди две години в Обединеното кралство заработи най-новият частен термоядрен реактор ST40. Той успя да нагрее водородна плазма до 15 млн. градуса – каквато е температурата в слънчевото ядро. Следващата цел на англичаните е да нагреят плазмата до 100 млн. градуса по Целзий – и при тези екстремални условия да реализират първия управляем термоядрен синтез на сливане на водородни атоми в хелиеви. Използваното гориво е вода. Зад тези постижения стоят усилията на частната фирма Tokamak Energy, която си е поставила за цел да произвежда и продава чиста енергия на Обединеното кралство в близките петилетки.

Затова и Брекзит поставя много въпроси пред бъдещото структуриране на екипа на ITER, а и въобще за британското участие в този международен проект.

ОТ ГРАДА НА РОЗИТЕ ДО КАДАРАШ

Казанлъчанката Анна Енчева е български инженер, който работи в 1500-членния екип на Международния експериментален реактор за термоядрен синтез (ITER). Ето накратко нейния път от Града на розите до Южна Франция. Анна завършва индустриално инженерство в английския факултет на Техническия университет в София през 1996 г. След това завършва магистратура по бизнесадминистрация в немския факултет на ТУ-София. После кандидатства и е приета да прави докторантура в Института по физика на плазмата „Макс Планк“ в Мюнхен. Докторската ѝ дисертация е в областта на термодинамиката и механиката на флуидите.

Д-р Енчева продължава кариерата си в Лозанския институт по физика на плазмата. Но Швейцария се оказва само трамплин към Кадараш, тъй като ангажиментите ѝ в Лозана са свързани с инженерната част на диагностиката към ITER. След спечелването на конкурс, през ноември 2007 г. Анна става първият български участник в екипа на ITER. И това не е всичко – извън строителната площадка в Кадараш Анна продължава да смайва с енергичност и разностранните си интереси – в свободното си време тренира карате и колоездене, танцува салса и бачата, играе тенис… и е финалистка на всички състезания „Спартан“! Член е и на българската група по народни танци „Изворче“ от Екс ан Прованс. Но винаги неин приоритет е синът ѝ Мирослав.

Научните постижения на д-р Енчева са забелязани от специалистите. Затова френската национална електрическа компания EDF, заедно с организацията на жените в ядрената енергетика WIN-France и Европейската фондация за енергията на бъдещето, присъждат на българската специалистка Специалната почетна награда Fem’energia за постижения в областта на мирния атом.

МИРНО! МИНАВА СЕРЖАНТ ЛАВРЕНТИЕВ

Олег Лаврентиев е роден през 1926 г. в град Псков и до войната завършва седемкласно училище. След като Червената армия превзема завзетия от немците Псков, 18-годишният младеж се включва във военните действия. След победата остава на военна служба с чин сержант. Изпращат го на остров Сахалин, където в свободното си време сержант Лаврентиев чете и развива интереса си към ядрената физика. През 1948 г. командването на воинската част възложило на Олег Лаврентиев да изнесе лекция по актуалните проблеми на ядрената физика. Подготвяйки се за това, сержантът преосмислил основните постановки и написал писмо до ЦК на Всесъюзната Комунистическа Партия (болшевики). И така от Москва дошло предписание на Лаврентиев да му бъдат осигурени условия за творческа работа. Две години по-късно, през юли 1950 г., той изпраща в отдела за тежко машиностроене на ЦК своята разработка. Тя се състои от две части – описание на устройство за водородна бомба на базата на литиев деутерид и способ за получаване на електроенергия чрез контролиран термоядрен процес. Разработката на сержанта бива предадена на академиците Игор Там и Андрей Сахаров. Лаврентиев се уволнява от армията и постъпва във Физическия факултет на МГУ. Приема го самият Лаврентий Берия, който тогава оглавява Спецкомитета по атомно и водородно оръжие. На студента-първокурсник отпускат специална стипендия и го преместват от общежитието в мебелирана стая в центъра на Москва…

Но наистина ли сержантът от Червената армия е действителният „баща“ на руската водородна бомба? През август 2001 г. в руската преса е публикувано личното досие на Лаврентиев и неговото предложение, изпратено от остров Сахалин през юли 1950; обнародвани са отзивът на акад. Сахаров за разработката, заедно с разпореждането на Берия. Дотогава тези документи са били съхранявани в архива на Президента на Руската федерация в специална папка с гриф „Строго секретно“. По този начин въпросът за авторството бива решен веднъж завинаги.

„Аз считам за необходимо едно детайлно обсъждане на проекта на др. Лаврентиев. Но независимо от резултатите от обсъждането, необходимо е още сега да се отбележи творческата инициатива на автора!“ Такова е признанието на акад. Сахаров. В рецензията си той уточнява също, че реакциите с литиевия деутерид, предложен от Лаврентиев като гориво за водородната бомба, са неосъществими.

Но неоспоримата роля на Лаврентиев се състои в първоначалната инициация на работата по управляемия термоядрен синтез!

ТОКАМАК

Под понятието „токамак“ (съкр. от руския израз „ТОроидальная КАмера в МАгнитных Катушках“) учените разбират експериментално устройство с тороидална, пръстеноподобна форма, в което се създава и удържа високотемпературна плазма. Токамакът е разработен от съветските физици Игор Там и Андрей Сахаров в началото на 50-те години на XX век и е вдъхновен от идеята на Олег Лаврентиев. Синтезът се състои в сливане на ядрата на деутерий и тритий, които са изотопи на водорода и могат да се извличат от водата. В резултат на реакцията се получава хелий и се освобождава термоядрена енергия. За да протече описаната реакция в токамака, йоните на деутерия трябва да се нагреят до милиони градуси. А за удържането в пространството на тази високотемпературна плазма се използва магнитно поле. То се създава чрез вертикално ориентирани бобини, обхващащи токамака.

Но да се върнем на строителната площадка в Кадараш.

Размерите на ITER са много по-големи от тези на всички досега съществуващи експериментални реактори. Радиусът на тороидалния пръстен е 6,2 метра. Сега в ITER Анна отговаря за завършването на дизайна и мениджмънта на производствените дейности и за тестове на система от бобини, които ще се инсталират на вътрешните стени на вакуумната камера. Тези бобини са от изключително важно значение за правилното функциониране на реактора. Става въпрос за два вида бобини – едните необходими за вертикално стабилизиране на плазмата, а другите – за потушаване на определен вид нестабилност на плазмата, която може да доведе до съсредоточаване на топлинни потоци с висока мощност върху материалите в непосредствен досег с плазмата и тяхното прегряване или разтапяне. Опасността от прегряване на стените на токамака е реална, тъй като на науката не са известни такива материали, които биха устояли на нагряване от порядъка на десетки милиони градуси. Ето защо разковничето на успеха се крие в сложна охладителна система.

А тук д-р Енчева е в свои води, тъй като охлаждането на специални промишлени установки е темата на нейната докторска дисертация в института „Макс Планк“.

ЖЪЛТИТЕ ЖИЛЕТКИ СЕ НАМЕСВАТ

Сещам се да питам Анна дали няма обществени настроения срещу центъра „Кадараш“?

„За съжаление, има! – отговаря тя. – Особено с проявите на жълтите жилетки, голяма част от вниманието на протестиращите бе насочено към служители на ИТЕР, като такива с добра и сигурна работа. Даже имаше и няколко агресивни атаки от тяхна страна, дори и към мен и сина ми. Това е продиктувано от тяхната неинформираност, че ние не получаваме никакви придобивки от Франция и не използваме тяхната социална система, както много хора си мислят.“

„Жълтите жилетки“ не си дават сметка и за това, че проектът носи много придобивки за провинцията и района. Строежът на реактора е открил много нови работни места, което е добре дошло за този регион, в който няма почти никаква индустрия. Сега общият брой на работниците на строежа е около 2500. От друга страна, повечето поръчки на проекта ITER – било то за строителството, било за разработването и тестването на различните компоненти – са ориентирани към френски фирми. И не на последно място, от февруари 2015 генерален директор на ИТЕР е французин.

ITER Е ГОТОВ НА 65%

През лятото на 2010 г. ITER стартира важна фаза от своята реализация. На терен от 42 хектара започна строежът на материалната база, нужна за мегаексперимента. Европейската агенция по ядрена енергия (Fusion for Energy) наблюдава изграждането на 39 сгради и специализирани помещения върху площадката на ITER. Според първоначалното споразумение, хардуер поръчките се поделят между 7-те члена на ИТЕР, като 89 % от елементите ще бъдат предоставени в „натура”, а останалата част ще се закупуват чрез съвместен фонд под контрола на ITER-организацията. Точната последователност на производство и доставка на компонентите е прецизно координирана. Над 1 милион съставни части, построени в заводите на страните – участнички в ITER по целия свят, ще бъдат доставени в Кадараш.

Изпълнението на грандиозния технологичен експеримент е над 65% към днешна дата.

Индия е приключила с производството на основата и долния цилиндър на криостата и е предала тези компоненти. Корея приключва скоро производството на първия сектор от вакуумната камера. Масивният инструмент за монтаж на един сектор от вакуумната камера, заедно с топлинния щит и тороидалните бобини вече е доставен в ИТЕР. Европа и Китай обявиха завършването на първите полоидални бобини, които ще бъдат готови за криогенни тестове през 2020 г.

„През пролетта на 2020 започва нова, стратегическа фаза: монтажът на ИТЕР токамака – разказва Анна Енчева. – С цел да се доставят компонентите в монтажното хале, ще се построи ново надграждане върху ТОКАМАК сградата и ще бъдат удължени релсите на мостовия кран.“

През септември 2019 първият сегмент от стоманената конструкция е монтиран и дълбоко закотвен в горната част на ТОКАМАК сградата. По-малко от три месеца по-късно, чрез стабилно поставени 20 високи стълба, настъпва време за монтиране на покривната конструкция – пет модула с тегло между 62 и 78 тона, разпростиращи се на 50 метра разстояние между двата паралелни реда на опорните колони.

Акцията се подготвя повече от година. Повдигането не е само проста операция по вдигане, трябва много да се внимава при планирането и последователността от дейности и при координирането им. Трябва да се вземат под внимание непредсказуеми явления като силата на вятъра, който е типичен за района.

Европа ще предаде ТОКАМАК сградата през 2020. Предвижда се съоръжението да бъде експлоатирано 20 г. Някои страни като Китай и Корея, например, нямат вече търпение да дочакат резултатите от ИТЕР и са в процес на конструиране на собствени демореактори. Но за тази цел, те имат нужда от ноу-хауто на ИТЕР и на напредналите технологии в Европа и Америка.