22 липня 2016

Юрій Яковенко: «В океані стільки енергії, що ми не використаємо її і за мільйони років»

У 2050 році запрацює комерційна термоядерна електростанція, завдяки якій людство зможе добувати екологічну електроенергію у майже необмеженій кількості. Принаймні на це сподівається Юрій Яковенко, провідний науковий співробітник у відділі теорії ядерного синтезу Інституту ядерних досліджень НАН України. Серед його наукових зацікавлень – фізика плазми та керований термоядерний синтез. В межах спецпроекту «Науковий підхід», який ми створили разом із компанією «Шелл» в Україні, Platfor.ma поговорила із дослідником про спалення нашої планети Сонцем, безпечний термоядерний реактор і «пенсійників» серед науковців.

 

 

 

Про розпечені залізяки у небі

Сучасна ядерна енергетика ґрунтується на реакціях розчеплення ядер важких металів – урану та плутонію, у результаті чого виділяється енергія. Це є основою ядерної енергетики. Але є й інший шлях – наприклад, на Сонці під час злиття легких ядер утворюються важчі. Коли зірка горить, спочатку утворюється велика хмара водню, пізніше ядра зливаються, робляться все важчими. Якщо зірка легка, то вона майже вся перетворюється на залізо. Білі карлики, які світяться на небі, – це зорі, а фактично великі розпечені залізяки, які вже перестали горіти, але ще багато мільйонів років будуть сяяти.

 

Насправді залізо – найбільш енергетично вигідний стан, у процесі досягнення якого виділяється чудова енергія, яка нас гріє. Колись і наше Сонце стане просто розпеченою залізякою. Але не хвилюйтеся, до того часу воно спалить нашу планету. Щоправда, це трапиться тільки через мільярди років.

 

 

Про фізику плазми 

Сонце, міжзоряний газ, галактики – все це плазма. Колись ми, фізики-плазмісти, любили хвалитися тим, що 95% речовини у Всесвіті є плазмою. Далі з’явилася темна енергія та темна матерія, і тепер дослідники припускають, що вони складають більшу частину всього. Після цього ми стали не такі круті, нас трішки посунули.

 

Якщо ядра речовини зіштовхувати між собою, вони можуть злитися, відтак виділиться енергія. При зіткненні речовина повинна бути розігріта до сотні мільйонів градусів, а це означає, що вона перебуватиме у стані плазми. Така температура – поки що теоретична і існує лише на папері. Вийшло так, що спроба реалізувати на Землі реакцію ядерного синтезу стала колосальним поштовхом для фізики плазми. Відділ, у якому я працюю, займається не просто фізикою плазми, а саме фізикою плазми для реалізації термоядерної реакції.

 

 

 

 

Про три термоядерні реакції 

Якщо брати термоядерну реакцію на Сонці, то у ній зливається водень та утворюється гелій. Гелій – абсолютно безпечний, це просто нейтральний газ. На жаль, реалізувати таку реакцію на Землі на нинішньому етапі буде важко.

 

Реакція, яку все ж вдасться швидко реалізувати, – дейтерію і тритію, важких ізотопів водню. Дейтерій є в «важкій» воді, її можна виділяти електролізом з природної, але все одно енергія синтезу ядер настільки висока, що виділення дейтерію з води цілком окупиться багато-багато разів. Тритію немає в природі (хоча зараз це все ж не зовсім правда, адже після ядерних випробувань в атмосфері з початку 1960-х років він у невеликій кількості є і в природі, ми його їмо, п’ємо, ним дихаємо). Тритій можна отримати, опромінюючи літій – метал, якого ми можемо видобути досить багато. Реакція горіння дейтерію і тритію має недолік – в ній утворюються нейтрони, які роблять радіоактивними елементи конструкції реактора. Тому це не буде абсолютно чиста енергетика. Після того, як реактор попрацює, його складові частини стануть радіоактивними і нам потрібно буде думати, що з ними робити. Але радіоактивного бруду на одиницю виробленої енергії утвориться в тисячі разів менше, ніж у теперішній ядерній енергетиці. Крім того, переважно це будуть ізотопи, які швидко розпадаються – якщо дати їм «охолонути» десять років, то для «поховання» залишиться вже зовсім небагато.

 

«Блакитна» мрія у науковців – реакція ядер бору і протону, тобто ядер легкого водню, під час якої утворюються три альфа-частинки, той самий гелій і більше нічого. Проблема в тому, що таку реакцію важко реалізувати, адже ймовірність реагування ядер, які стикаються, є дуже низькою. Коли ядра дейтерію і тритію стикаються, вони з великою ймовірністю дають результат, а от ядрам бору і протонам потрібно більше часу і вища температура. І поки що ми не знаємо, як це реалізувати. У разі успіху це буде ідеально чиста енергетика.

 

 

Про ядерні і термоядерні реактори 

Термоядерний реактор потрібен, щоб виробляти відносно дешеву і доступну енергію. Коли винайдуть термоядерну енергетику, вона стане невичерпним джерелом енергії. Паливо для неї з води океанів можна здобути в необмеженій кількості. Річ у тім, що в океані стільки енергії, що люди за багато мільйонів років її не використають. Енергія синтезу – надпотужна.

 

Насправді потрібно усвідомлювати наші можливості. Десь я читав оцінку, що якщо ми будемо виробляти енергії разів у 10 більше, ніж зараз, будь-яким способом, то атмосфера вже не витримає перегріву. Можливо, в десять разів – це перебільшення, але вже близько верхня межа нашого розвитку. Якщо ми далі будемо використовувати природні ресурси ще більше, то можемо просто згоріти. Але якщо використовувати енергію в розумних межах, то тоді енергія синтезу ядер буде невичерпною і екологічно прийнятною.

 

Зі спалюванням органічних палив є проблема – СО2 – тепличний газ, який викликає перегрів атмосфери. Звичайні ядерні реактори, нехай мене пробачать їх прихильники, все ж мають дві серйозні проблеми. Перша – куди подіти відпрацьоване паливо, яке є страшенно радіоактивним. І друга – можливість неконтрольованого ядерного вибуху, який ми пережили в Чорнобилі. Звісно, науковці працюють над тим, щоб зробити наступне покоління реакторів більш безпечним, але загроза зберігається.

 

Якщо ж здійсниться наша мрія створити термоядерну електрику, то значно полегшиться проблема радіоактивних відходів. Коли після вибуху в Чорнобилі вони розсіялись всюди, то ми побачили, наскільки вони є шкідливими. А при нормальній роботі їх все одно потрібно десь ховати, переробляти, переводити у більш безпечну форму. Наразі відходи заливають у скло, бетон, і ховають у такі місця, де вони можуть лежати, поки не розкладуться – до цього часу що б ви з ними не робили, вони лишаться радіоактивними. Для трансуранових ізотопів період розкладу становить тисячі і мільйони років, але таких речовин відносно небагато. А якщо взяти цезій та стронцій, які зараз розсіялись по Україні після Чорнобиля, то їх кількість зменшується наполовину кожні тридцять років. За 300 років їх стане менше в тисячу разів.

 

 

 

 

Про маленький ядерний реактор у Києві 

Одні ядерні реакції йдуть швидше, інші – повільніше. Наприклад, бор інтенсивно поглинає нейтрони. Реакція бору з нейтроном дуже вигідна. При ній виділяються дуже енергійні альфа-частинки, які все навкруги руйнують. Цю реакцію пропонують використати, щоб лікувати рак. Якщо пацієнту дати препарат, який містить бор, і покласти його під слабкий нейтронний струмінь з реактора, то атоми бору будуть вибухати альфа-частинками і руйнувати клітини, в яких вони перебувають. Якщо цей препарат збереться в пухлині, то це означає, що зруйнуються клітини пухлини, а здорові майже не постраждають.

 

Це давно відомо, і дослідницький реактор, який є в нашому Інституті ядерної фізики, деякі науковці пропонують використати саме таким чином – після ліцензування такий пристрій зможе нейтронами лікувати людей з раком. Цей маленький ядерний реактор побудований ще близько 1960-ого року. Він діє, коли є електроенергія для запуску. Його енергію не збирають, вона розсіюється – це не енергетичний пристрій, як Чорнобильський реактор, зате він досить безпечний. Були навіть протести проти нього, тому що в місті стоїть, все ж таки, ядерний реактор, хоч і маленький. Є така екологічно стурбована громадськість, яка каже, що краще б його вивезти в інше місце. Дійсно, коли його будували, він був майже за містом, але Київ швидко виріс. Оскільки це єдиний дослідницький реактор в Україні, то обов’язково необхідно йому будувати заміну, тільки після того можна буде його закрити.

 

Мати багато енергетичних реакторів по всій Україні і при цьому не мати жодного дослідницького реактора – це нонсенс. Десь повинен бути інструмент, щоб досліджувати всі процеси. От є великі потужні енергетичні реактори, за ними потрібно доглядати, потрібно виконувати роботи з дослідження міцності металу, для всього цього дуже потрібен дослідницький реактор.

 

 

Про застосування фізики плазми 

Фізика плазми має ще багато застосувань. Наприклад, всередині лампи, у якій відбувається розряд іонізованого газу, перебуває плазма. Ще плазму використовують для напилення різних речовин або навпаки – зчавлення. Наприклад, коли ви хочете створити мікросхему, то наносите маску, напускаєте туди плазму, плазма випікає незахищений шар, в результаті утворюються канавки потрібної глибини. Раніше це робили кислотами, а тепер використовують плазму.

 

Плазмові двигуни використовуються для супутників. Електричну енергію беруть із сонячної батареї, паливом в такому двигуні може бути просто пластик. Високочастотний розряд створює відносно холодну плазму з температурою «всього лише» кілька десятків тисяч градусів. Але хімічне паливо більше 2-3 тисяч градусів температури не утворює. Це значить, що струмінь плазми вилітатиме з двигуна в десять разів швидше. І це значить, що потрібно менше палива, тим більше, безпечного, тягнути на орбіту. Тому, коли потрібно коригувати орбіту, найкраще підходить плазмовий двигун.

 

Плазма застосовується і в медичній сфері – під час стерилізації, адже легко вбиває всі бактерії. Є ще окрема галузь «плазмохімія», адже завдяки високій температурі у речовинах відбуваються незвичні реакції, які вона, власне, і досліджує. Плазмова технологія використовується й для екранів телевізорів. Там у маленьких комірках відбувається плазмовий розряд, і дія цієї плазми на люмінофор використовується для якісного кольорового свічення.

 

 

 

 

Про довгострокову перспективу

Поки що та плазма, яка є в експериментальних термоядерних пристроях, ще не горить. Ми скажемо, що досягли горіння, коли в термоядерних реакціях вивільниться хоча б у десять разів більше енергії, ніж витрачено при створенні плазми. Лише в 2025 році запуститься реактор, в якому плазма горітиме, з ним будуть робити експерименти і одночасно почнуть будувати демонстраційну електростанцію. Її мета в тому, щоб просто дослідити властивості плазми, яка горить, фізичні процеси в ній, а також відпрацювати технології. І тільки в 2050 році, за планами, запрацює комерційна термоядерна електростанція.

 

Зараз в Україні на довгострокову перспективу виділяється дуже мало грошей. Проте нещодавно ми приєдналися до європейської програми досліджень EuroFusion, що спрямована на створення термоядерної енергетики на дуже пільгових умовах – від України поки що вимагається менший (якщо порівнювати з розміром економіки) грошовий внесок, ніж від інших членів консорціуму. Участь у програмі дає здатність бути в контакті з тим, що відбувається в цій галузі, ми будемо мати своїх фахівців із термоядерної енергетики. Тобто через 20-30 років, коли ця програма дасть свої плоди, ми будемо мати повне право користуватись ними, зможемо збудувати електростанцію в Україні, яка буде видавати екологічно чисту енергію. У перспективі – це також енергетична незалежність та незалежність від органічних палив – газу, нафти або можливість зменшити їхнє споживання.

 

 

Про «пенсійників» і аудит

Якщо праці українців із зацікавленням слухають на міжнародних конференціях, якщо українці публікуються у нормальних світових журналах, то це свідчить про недаремність роботи. Ми не дикуни з печери. Це було «за здравіє».

 

А тепер «за упокій». Один старший за мене знайомий, який мав відношення до менеджменту української науки, свого часу сказав в моїй присутності таке: зрозумів, що справи погані, коли було прийнято Закон «Про наукові пенсії». І це дуже показово і влучно. Коли це рішення приймалося, було вже зрозуміло, що в українській науці криза, що люди йдуть з науки через занадто низькі зарплати. У правлячої верхівки було два варіанти. Перший – підвищити вченим зарплату, що призвело б і до підвищення пенсій. Другий – зарплати не збільшувати, зате встановити високі пенсії. Вони зробили крок, через який з науки почала «вимиватись» молодь. Ті, хто старші, залишались бігти за цією «морквиною» у вигляді пенсій, а молодь не приходила. У нас існує величезний віковий розрив між молодими аспірантами і рештою співробітників, який не заповнений нічим. У результаті інститути перетворилися на соцстрах, на «пенсійники». Це образливо, коли так говорять, але це правда. Немає п’ятдесятирічних, як і тридцятирічних. Я б хотів ще довго займатись наукою, але мені 58 років, і через 10-20 років потрібно передавати місце молодим, але кому? Тільки-но молодь набирається досвіду, відразу кудись їде. Наші зарплати є нижчими, ніж оренда кімнати в місті Києві. Якщо так піде далі, то останній, хто залишиться, нехай не забуде вимкнути світло.

 

У 2004 році збирали пропозиції щодо реформ з Академії наук. Наш відділ подавав пропозицію провести реформу за зразком Центральної Європи, де здійснили аудит за участі експертів Євросоюзу і значно скоротили штат працівників, а решті почали платити нормальні зарплати. У Польщі і Чехії відбулося скорочення саме таким чином, так би мовити перестали «розмазувати кашу тонким шаром по тарілці». Але наші пропозиції навіть не пройшли вище рівня інституту.

 

Так сталося, що я тиждень працював перекладачем на семінарі з проблем української науки, на який фонд Сороса привіз адміністраторів з усього світу. На цей семінар прийшов один з керівників Академії наук і виклав свою позицію: в Академії все добре, лише давайте більше грошей. Багато хто з тих, хто працює в науці, мають таку ж позицію. На жаль, у цьому розумінні науковці не розумніші, ніж міліціонери, прокурори чи лікарі, які успішно «доїли» Квіташвілі та й кісточки вже викинули. А навіщо щось змінювати? В Україні у кожній системі працюють професіонали, і всі ми хочемо змінити всіх, крім себе.

 

Зараз розпочався міжнародний аудит української науки. Я особисто і боюся його, і покладаю на нього великі надії. Коли згадую про роль наших молодих науковців у прийнятті нового закону про науку, здається, що моя гірка іронія усе ж є не зовсім справедливою. Може щось таки зміниться на краще.

 

Фото: Євгенія Люлько


comments powered by Disqus