31.08.2018

Как пройти стажировку на самом амбициозном проекте термоядерного синтеза: личный опыт

Елизавета Сытова с десятого класса знала, что будет заниматься физикой и строить академическую карьеру. После окончания магистратуры по направлению «Физика плазмы» в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого она поступила на программу PhD Fusion-DC в рамках Erasmus+ и получила возможность пройти стажировку на международном экспериментальном теромоядерном реакторе ITER во Франции.

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) – международный проект строительства экспериментального термоядерного реактора на юге Франции. Основная задача – проверить, можно ли с помощью термоядерного синтеза получать электроэнергию в промышленных объемах. Первые эксперименты должны начаться в 2025 году.

Ключ к безопасной и почти неиссякаемой энергии

Когда я начала заниматься физикой плазмы в магистратуре, я и не думала о термоядерном синтезе — в России это направление не очень популярное. А в Европе люди с интересом и надеждой следят за его развитием, потому что это ключ к безопасной и почти неиссякаемой энергии. Пока это скорее теория. Хотя ученые уже фиксировали реакцию термоядерного синтеза в реакторах, этот процесс очень быстро прерывается, и не способен постоянно вырабатывать электроэнергию. Но ученые и инженеры не сдаются.

Альтернативная энергетика, которая преобразует в электричество энергию солнца или ветра, вряд ли сможет удовлетворить потребности человечества. Традиционные электростанции на газе, нефти или угле загрязняют окружающую среду, и для них постоянно нужно топливо. У атомных электростанций большие риски, и отходы, которые образуются, очень небезопасны для человека. А у термоядерной реакции нет этих проблем.

Даже если в реакторе произойдет сбой, наше «топливо» — плазма — не взорвется и не будет потом десятилетиями загрязнять окружающую среду.

Отходов у плазмы практически нет; в теории реакция термоядерного синтеза дает очень много энергии и работает когда нужно человеку, а не когда светит солнце или дует ветер.

Термоядерный синтез – это реакция слияния двух ядер атомов водорода и образование гелия. Именно так «работает» наше солнце. Самый верный способ запустить эту реакцию – разогреть плазму (разреженный водород) до неимоверных температур в миллионы градусов Цельсия. Но это сложно и дорого, а «удержать» такую плазму в замкнутом пространстве, чтобы пошла реакция, еще сложнее. Поэтому и появился международный проект ITER, где ученые и инженеры из разных стран вместе проектируют и строят гигантский термоядерный реактор. За проектом стоят Евросоюз, Япония, США, Южная Корея, Китай, Индия и Россия.

Как совместить докторантуру и стажировку

Сейчас я параллельно учусь в двух аспирантурах – в России и в Европе по программе Erasmus+. Главным стимулом пойти на программу Fusion-DC была как раз стажировка на ITER. Это очень классное место, если хочешь попробовать работать в большом международном проекте. К тому же практически вся моя диссертация построена на работе в ITER.

Докторанты нашей программы могли пройти стажировку на ИТЕР в рамках своей научной практики. Чтобы попасть на нее, мы проходили упрощенное собеседование: вместо трех сотрудников ITER мы обсуждали наши задачи в проекте с одним, а это гораздо менее нервная процедура. Так что на стажировку попадали именно те из нас, для кого ITER — это действительно ключевой проект.

Помимо этого, программа дает возможность стажироваться в лучших академических университетах — например, в немецком университете Макса Планка.

А кто-то самостоятельно находил стажировки – например, один мой знакомый уехал на лето в американский университет MIT.

Мне повезло: благодаря своему научному руководителю я стажируюсь на ITER целый год. Обычно стажировки там длятся от 3 недель до полугода.

Сначала было сложно совмещать это с обучением в докторантуре – вопросы с преподавателями всегда можно решить по Skype, а вот с администрацией иногда были проблемы. Но сейчас я уже поняла, как действовать, если у меня срочно просят тот или иной документ (а я часто оказываюсь в тысячах километров от обоих университетов, где официально проходит моя программа – и от французского университета Экс-Марсель, и от бельгийского университета Гента). Я отправляю отсканированные документы с подписью или оригиналы по почте. Но в начале из-за этого были проблемы.

Как удержать плазму в реакторе?

Так как моя стажировка длиной в год, у меня на ней сложные задачи. Я занимаюсь моделированием – пытаюсь понять, как лучше всего «удержать» раскаленную плазму в реакторе. Если плазма температурой в тысячи градусов соприкоснется со стенами, компоненты реактора выйдут из строя, а их замена или починка стоят очень дорого. Поэтому плазму удерживают с помощью магнитного поля, а чтобы снизить температуру у стенки реактора, подают дополнительный охлаждающий газ, азот или неон.

Так вот, я работаю над тем, чтобы понять, какой газ будет работать лучше именно на ITER.

С одной стороны, азот вступает в реакцию с самой плазмой – атомами водорода, и на стенке реактора остается осадок, которого там быть не должно. С другой стороны, по экспериментальным данным, неон вместо того, чтобы держаться у самой стенки реактора, заполняет все пространство и охлаждает саму плазму. Но в реакторе ITER, который в разы больше существующих, неон может вести себя иначе и оставаться у стен. Я собираюсь доказать это с помощью математической модели.

У меня есть инженерные данные о том, какие параметры будут у реактора, и много данных с других термоядерных реакторов. Я их загоняю в модель и смотрю, как будут себя вести разные газы, как на температуру будут влиять примесные газы и так далее. Это кропотливая работа, но очень интересная.

Вычисления, статьи и общение

Конечно, на ITER приходится много работать. Это огромный проект, где разные научные и инженерные группы очень сильно взаимосвязаны, поэтому все надо делать в срок, и у руководителей особенно нет времени тебя тренировать. Зато навыки самостоятельной работы и стрессоустойчивости «прокачиваются» отлично: ты понимаешь, что если сейчас что-то не освоить, потом потеряешь очень много времени.

Как-то раз в пятницу я поняла, что мне надо провести вычисления с данными, которые находятся в разных файлах.

Мне пришлось потратить полдня, чтобы разобраться, как  программировать в оболочке Linux.

Зато после этого сами вычисления заняли у меня 5 минут, а иначе я бы все выходные вручную переносила данные.

Помимо вычислений я готовлю презентации и пишу статьи. Само по себе участие в проекте ITER не дает твоим научным статьям никакого преимущества, на них будут ссылаться только если у тебя получились действительно интересные результаты и они хорошо изложены. Первая статья, которую я опубликовала в проекте, оказалась не очень удачной – с интересным исследованием, но немного сумбурная, и поэтому на нее мало ссылались. Но я усвоила урок, к тому же мне помогли научные руководители – и теперь таких ошибок не повторяю. Сейчас у меня опубликовано три статьи по исследованиям на ITER.

Здесь же я поняла, как важны для ученого навыки общения, причем не только для разговоров с журналистами или инвесторами, но и со своими коллегами. Один из моих супервайзеров скептически относился к моей работе – не верил в математическое моделирование. Но я, вспомнив уроки по философии науки, смогла убедить его в том, что, моделирование может дать ответ на некоторые вопросы и без эксперимента. Главное – отдавать себе отчет, где заканчивается уверенность и начинаются спекуляции.

Я знаю, что буду заниматься научной деятельностью, и мне очень интересно работать в международном проекте. Главное в поиске стажировки – это мотивация. Даже если стажировка «полуватоматическая», как на моей программе, тебе все равно надо показать руководителям, что тебе важно работать в конкретном проекте и ты представляешь, что именно ты там будешь делать. После защиты диссертации уже мне надо будет набирать на стажировку помощников-студентов, и их мотивация – первое, на что я буду смотреть.

logo