Мегаватты в магнитном кольце

Один из наиболее известных примеров использования сверхпроводящих магнитов – термоядерные реакторы типа ТОКАМАК.
Источник: фото из журнала «Вестник РФФИ», № 3, 2007

Перебои с электричеством в сетях время от времени случаются повсюду в мире. Так, масштабные неприятности «со светом» – блэкауты – случались и в США. Бывало такое и в отечественной истории, когда 25 мая 2005 года, вслед за пожаром, возникшим на подмосковной электроподстанции «Чагино», начались отключения огромного количества потребителей электроэнергии. В результате на несколько часов были лишены электричества не только южная часть Москвы, но и почти все города и поселки южного Подмосковья, а также Калужской и Тульской областей.

Специалисты протвинского ГНЦ «Институт физики высоких энергий» подсчитали, что блэкаута можно было бы избежать, будь ко времени этой аварии уже реализован эскизный проект по созданию СПИНа (от термина «сверхпроводящий индуктивный накопитель»). Он представляет собой набор сверхпроводящих модулей, помещенных в кольцевой подземный тоннель, ранее предназначавшийся для строительства нового ускорителя. Запасенная в магнитном кольце гигантская энергия (около 200 МВт-ч, или 720 ГДж) могла бы заменить на некоторое время всю систему подачи электроэнергии на Москву и Центральный федеральный округ.

Но это, так сказать, экстремальный случай, а для целого ряда применений – сглаживания пиковых нагрузок в сети либо для стадий разгона/торможения высокоскоростных железнодорожных поездов и т.д. – совершенно насущной задачей является создание достаточно компактных модульных СПИНов. Такова и общемировая тенденция.

Вообще говоря, работы по изучению возможностей и созданию опытных вариантов СПИНов начинались практически одновременно с проработкой возможных проектных решений в рамках программы исследования проблем термоядерного синтеза, то есть 20–30 лет тому назад. Исследования в области технической сверхпроводимости тогда велись в институтах и в лабораториях предприятий атомной отрасли и Академии наук СССР чрезвычайно широким фронтом. В тот период был накоплен определенный опыт создания как «теплых» (работающих при «обычных» температурах), так и сверхпроводящих индуктивных накопителей с запасом энергии от единиц до сотен мегаджоулей.

Не случайно на первом в этом году заседании научно-технического совета Росатома (секция «Сверхпроводимость») член-корреспондент РАН Николай Черноплеков заявил, что при некоторой неопределенности текущего экономического момента все же ясно, что основные научные и технические вопросы уже проработаны в степени, позволяющей перейти к предложениям по реализации конкретных проектов. На суд 25 присутствующих экспертов было вынесено три подготовленных к слушанию проекта.

Объединенный институт высоких температур РАН представил «Макет источника бесперебойного питания на основе СПМ системы на запасенную энергию до 15 МДж». Вообще говоря, в ИВТ РАН еще в 80-е годы прошлого века были разработаны и опробованы несколько вариантов СПИНов («Н-17», «Сфера-1», «Сфера-2», «РКН») с разными типами магнитной системы (цилиндрическая, сферическая). Именно на основе этих разработок предлагается создать модуль СПИН на запасенную энергию 4,7 МДж. По оценкам экспертов, стоимость изготовления одного модуля при малой серии составляет до 190 млн. руб.

ГНЦ ТРИНИТИ (г. Троицк) представил принципиально иное техническое предложение – «вариант ТРИНИТИ». На основе предыдущих разработок, опять же восходящих к 80-м годам, ученые и специалисты разрабатывают модель СПИНа с тороидальной магнитной системой. Действующий макет этого источника рассчитан на запасенную энергию в 8 МДж.

Замыкал этот своеобразный «конкурс вариантов» объединенный доклад НИИЭФА, Института физики высоких энергий и ВНИИЭ по созданию типового ряда СПИНов. Один из вариантов СПИНа был даже передан в США, где не только успешно функционировал, но и вызвал оживленный интерес специалистов.

А что же с «большим СПИНом» в туннеле Ускорительно-накопительного комплекса в ИФВЭ?

Стоимость такого мегапроекта на порядок больше, чем, например, по проекту ИВТ РАН. Но страна, претендующая на мировое лидерство и заявляющая о своих амбициях также и в области высоких технологий, должна иметь свои мегапроекты, и 21-километровый СПИН вполне мог бы стать таким национальным научным проектом. Кроме того, в сооружение самого тоннеля, этого уникального в своем классе инженерно-технического сооружения, СССР вложил около миллиарда полновесных советских рублей. Однако для такого тоннеля до сих пор не реализован соответствующий его возможностям научно-технический проект, способный решать задачи мирового уровня – будь то ускоритель элементарных частиц или СПИН, способный обеспечить устойчивость электрической энергосистемы региона, сопоставимого со средней европейской страной. Есть и другие варианты.

Итак, стартовые позиции специалистов и вспомогательных структур обозначены. Остается вопрос к инстанциям, принимающим государственные решения.