Beynəlxalq termonüvə reaktoru. Günəşə gedən yol - Fransada sintez reaktorunun dünya miqyasında tikintisi. Soyuq nüvə sintezi

ITER - Beynəlxalq termonüvə reaktoru (ITER)

Bəşəriyyət tərəfindən enerji istehlakı ildən-ilə artır ki, bu da enerji sektorunu aktiv inkişafa sövq edir. Beləliklə, atom elektrik stansiyalarının meydana gəlməsi ilə bütün dünyada istehsal olunan enerjinin miqdarı əhəmiyyətli dərəcədə artdı və bu, enerjidən bəşəriyyətin bütün ehtiyacları üçün təhlükəsiz istifadə etməyə imkan verdi. Məsələn, Fransada istehsal olunan elektrik enerjisinin 72,3 faizi atom elektrik stansiyalarının, Ukraynada 52,3 faiz, İsveçdə 40,0 faiz, Böyük Britaniyada 20,4 faiz, Rusiyada 17,1 faiz təşkil edir. Bununla belə, texnologiya hələ də dayanmır və gələcəyin ölkələrinin gələcək enerji ehtiyaclarını ödəmək üçün alimlər bir sıra innovativ layihələr üzərində işləyirlər ki, onlardan biri də ITER - Beynəlxalq Termonüvə Təcrübə Reaktoru (ITER, International Thermonuclear) Eksperimental reaktor).

Bu obyektin rentabelliyi hələ də sual altında olsa da, bir çox tədqiqatçıların işinə görə, idarə olunan termonüvə sintezi texnologiyasının yaradılması və sonrakı inkişafı güclü və təhlükəsiz enerji mənbəyi ilə nəticələnə bilər. Belə bir quraşdırmanın bəzi müsbət cəhətlərini nəzərdən keçirin:

• Termonüvə reaktorunun əsas yanacağı hidrogendir ki, bu da nüvə yanacağının praktiki olaraq tükənməz ehtiyatı deməkdir.
• Hidrogen istehsalı əksər ölkələr üçün mövcud olan dəniz suyunun emalı yolu ilə baş verə bilər. Bu, yanacaq ehtiyatlarının monopoliyasının yaranmasının mümkünsüzlüyünü nəzərdə tutur.
• Bir termonüvə reaktorunun istismarı zamanı təsadüfi partlayışın baş vermə ehtimalı nüvə reaktorunun istismarı zamanı olduğundan xeyli azdır. Tədqiqatçıların fikrincə, hətta qəza zamanı belə radiasiya emissiyaları əhali üçün təhlükə yaratmayacaq, yəni təxliyəyə ehtiyac qalmayacaq.
• Nüvə reaktorlarından fərqli olaraq, füzyon reaktorları qısa yarım ömrü olan radioaktiv tullantılar istehsal edir, yəni daha sürətli çürüyür. Həmçinin termonüvə reaktorlarında yanma məhsulları yoxdur.
• Fusion reaktorun işləməsi üçün nüvə silahı üçün də istifadə olunan materiallar tələb olunmur. Bu, nüvə reaktorunun ehtiyacları üçün materialları emal etməklə nüvə silahı istehsalını ört-basdır etmək imkanını istisna etməyə imkan verir.

Fusion reaktor - daxili görünüş

Bununla belə, tədqiqatçıların daim qarşılaşdıqları bir sıra texniki çatışmazlıqlar da var.

Məsələn, deyterium və tritium qarışığı şəklində təqdim edilən yanacağın hazırkı versiyası yeni texnologiyaların işlənib hazırlanmasını tələb edir. Məsələn, bu günə qədər ən böyük sintez reaktoru olan JET-də sınaqların ilk seriyasının sonunda reaktor o qədər radioaktiv oldu ki, təcrübəni başa çatdırmaq üçün xüsusi robot texniki xidmət sisteminin daha da inkişafı tələb olundu. Termonüvə reaktorunun işində digər məyusedici amil onun səmərəliliyidir - 20%, atom elektrik stansiyalarının səmərəliliyi isə 33-34%, istilik elektrik stansiyaları isə 40%.

İTER layihəsinin yaradılması və reaktorun işə salınması

ITER layihəsi 1985-ci ildə başladı Sovet İttifaqı tokamakın - maqnitlərin köməyi ilə plazmanı tutmağa qadir olan və bununla da birləşmə reaksiyasının davam etməsi üçün lazım olan şəraiti yaradan maqnit rulonlu toroidal kameranın birgə yaradılmasını təklif etdi. 1992-ci ildə Aİ, ABŞ, Rusiya və Yaponiyanın tərəfləri olan ITER-in inkişafı üzrə dördtərəfli saziş imzalandı. Layihəyə Qazaxıstan Respublikası 1994-cü ildə, Kanada 2001-ci ildə, Cənubi Koreya və Çin 2003-cü ildə, Hindistan isə 2005-ci ildə qoşulmuşdur. 2005-ci ildə reaktorun tikintisi üçün yer müəyyən edildi - Kadarache nüvə enerjisi üzrə tədqiqat mərkəzi, Fransa.

Reaktorun tikintisinə təməl çuxurunun hazırlanması ilə başlanılıb. Beləliklə, çuxurun parametrləri 130 x 90 x 17 metr idi. Tokamakla birlikdə bütün kompleksin çəkisi 360.000 ton olacaq, bunun da 23.000 tonu tokamakın özü olacaq.

İTER kompleksinin müxtəlif elementləri hazırlanaraq dünyanın hər yerindən tikinti sahəsinə çatdırılacaq. Beləliklə, 2016-cı ildə poloidal rulonlar üçün keçiricilərin bir hissəsi Rusiyada hazırlanmışdır, daha sonra Çinə getdi, bu da rulonları özləri istehsal edəcək.

Aydındır ki, belə genişmiqyaslı işi təşkil etmək heç də asan deyil, bir sıra ölkələr dəfələrlə müəyyən edilmiş layihə qrafikinə əməl edə bilməyiblər, nəticədə reaktorun işə salınması daim təxirə salınıb. Belə ki, ötən ilin (2016) iyun mesajına görə: “ilk plazmanın alınması 2025-ci ilin dekabrına planlaşdırılır”.

ITER tokamakın işləmə mexanizmi

"Tokamak" termini "maqnit sarğıları olan toroidal kamera" mənasını verən rusca akronimdən gəlir.

Tokamakın ürəyi onun torus formalı vakuum kamerasıdır. İçəridə, həddindən artıq temperatur və təzyiqin təsiri altında qaz halında olan hidrogen yanacağı plazmaya - isti elektrik yüklü qaza çevrilir. Məlum olduğu kimi, ulduz maddə plazma ilə təmsil olunur və Günəşin nüvəsindəki termonüvə reaksiyaları məhz yüksək temperatur və təzyiq şəraitində baş verir. Plazmanın formalaşması, tutulması, sıxılması və qızdırılması üçün oxşar şərait vakuum qabının ətrafında yerləşən kütləvi maqnit rulonları vasitəsilə yaradılır. Maqnitlərin təsiri gəminin divarlarından isti plazmanı məhdudlaşdıracaq.

Prosesə başlamazdan əvvəl vakuum kamerasından hava və çirklər çıxarılır. Daha sonra plazmaya nəzarət etmək üçün maqnit sistemləri yüklənir və qaz yanacaq yeridilir. Qabdan güclü elektrik cərəyanı keçdikdə, qaz elektriklə parçalanır və ionlaşır (yəni elektronlar atomları tərk edir) və plazma əmələ gətirir.

Plazma hissəcikləri aktivləşib toqquşduqca onlar da qızmağa başlayırlar. Köməkçi isitmə üsulları plazmanı 150-300 milyon °C temperatura çatdırmağa kömək edir.Bu dərəcədə "həyəcanlanan" hissəciklər toqquşma zamanı öz təbii elektromaqnit itələmələrinə qalib gələ bilirlər və belə toqquşmalar nəticəsində böyük miqdarda enerji ayrılır.

Tokamak dizaynı aşağıdakı elementlərdən ibarətdir:

vakuum qabı

("donut") - paslanmayan poladdan hazırlanmış toroidal kamera. Onun böyük diametri 19 m, kiçik - 6 m, hündürlüyü isə 11 m.Kameranın həcmi 1400 m3, kütləsi isə 5000 tondan çox sudur. Suyun çirklənməsinin qarşısını almaq üçün kameranın daxili divarı yorğan vasitəsilə radioaktiv şüalanmadan qorunur.

yorğan

("yorğan") - kameranın daxili səthini örtən 440 fraqmentdən ibarətdir. Ziyafətin ümumi sahəsi 700m2-dir. Hər bir fraqment bir növ kasetdir, gövdəsi misdən, ön divarı isə çıxarıla bilən və berilliumdan hazırlanmışdır. Kasetlərin parametrləri 1x1,5 m, kütləsi isə 4,6 tondan çox deyil.Belə berillium kasetləri reaksiya zamanı yaranan yüksək enerjili neytronları ləngidir. Neytron moderasiyası zamanı soyutma sistemi tərəfindən çıxarılan istilik buraxılacaq. Qeyd edək ki, reaktorun işləməsi nəticəsində yaranan berilyum tozu berilyoz adlı ağır xəstəliyə səbəb ola bilər, eyni zamanda kanserogen təsirə malikdir. Bu səbəbdən kompleksdə ciddi təhlükəsizlik tədbirləri hazırlanır.

Tokamak bölməsində. Sarı - solenoid, narıncı - toroidal sahə (TF) və poloidal sahə (PF) maqnitləri, mavi - yorğan, açıq mavi - VV - vakuum qabı, bənövşəyi - yönləndirici

Poloidal tipli ("külqabı") əsas vəzifəsi yorğan ilə örtülmüş kameranın divarlarının istiləşməsi və qarşılıqlı təsiri nəticəsində yaranan çirkdən plazmanı "təmizləmək" olan bir cihazdır. Belə çirkləndiricilər plazmaya daxil olduqda, onlar intensiv şəkildə şüalanmağa başlayır, nəticədə əlavə radiasiya itkiləri baş verir. O, tokomakın aşağı hissəsində yerləşir və maqnitlərin köməyi ilə plazmanın yuxarı təbəqələrini (ən çox çirklənmiş) soyutma kamerasına yönəldir. Burada plazma soyuyur və qaza çevrilir, bundan sonra kameradan geri pompalanır. Berilyum tozu kameraya daxil olduqdan sonra praktiki olaraq yenidən plazmaya qayıda bilmir. Beləliklə, plazma çirklənməsi yalnız səthdə qalır və dərinliyə nüfuz etmir.

Kriostat

- həcmi 16 000 m 2 (29,3 x 28,6 m) və kütləsi 3850 ton olan paslanmayan polad qabıq olan tokomakın ən böyük komponenti.Sistemin digər elementləri kriostatın içərisində yerləşəcək və özü də tokamak və xarici mühit arasında maneə rolunu oynayır. Onun daxili divarlarında 80 K (-193,15 °C) temperaturda azotun dövriyyəsi ilə soyudulmuş istilik qalxanları olacaqdır.

Maqnit sistemi

- vakuum qabının içərisində plazmanın saxlanmasına və idarə olunmasına xidmət edən elementlər kompleksi. Bu 48 elementdən ibarət dəstdir:

• Toroidal sahə rulonları vakuum kamerasının xaricində və kriostatın içərisində yerləşir. Hər biri 15 x 9 m ölçüdə və təxminən 300 ton ağırlığında olan 18 ədəd həcmdə təqdim olunur.Bu rulonlar birlikdə plazma torusunun ətrafında 11,8 T maqnit sahəsi yaradır və 41 GJ enerji saxlayır.
• Poloidal sahə rulonları - toroidal sahə rulonlarının üstündə və kriostatın içərisində yerləşir. Bu rulonlar plazma kütləsini kameranın divarlarından ayıran və adiabatik isitmə üçün plazmanı sıxan bir maqnit sahəsinin meydana gəlməsindən məsuldur. Belə rulonların sayı 6-dır.Bobinlərdən ikisinin diametri 24 m və kütləsi 400 tondur.Qalan dördü bir qədər kiçikdir.
• Mərkəzi solenoid toroidal kameranın içərisində, daha doğrusu "donut çuxurunda" yerləşir. Onun iş prinsipi transformatora bənzəyir və əsas vəzifə plazmadakı induktiv cərəyanı həyəcanlandırmaqdır.
• Düzəliş rulonları vakuum qabının içərisində, yorğan və kamera divarı arasında yerləşir. Onların vəzifəsi lokal olaraq "qabarmaq" və hətta damarın divarlarına toxuna bilən plazmanın formasını qorumaqdır. Kameranın divarlarının plazma ilə qarşılıqlı təsir səviyyəsini və buna görə də onun çirklənmə səviyyəsini azaltmağa imkan verir, həmçinin kameranın özünün aşınmasını azaldır.

İTER kompleksinin strukturu

Tokamakın yuxarıda təsvir edilən "qısacası" dizaynı bir neçə ölkənin səyləri ilə yığılmış mürəkkəb innovativ mexanizmdir. Bununla birlikdə, tam hüquqlu işləməsi üçün tokamak yaxınlığında yerləşən bütün binalar kompleksi tələb olunur. Onların arasında:

• Nəzarət, Məlumat Girişi və Kommunikasiya Sistemi - CODAC. İTER kompleksinin bir sıra binalarında yerləşir.
• Yanacağın saxlanması və yanacaq sistemi - yanacağın tokamaka çatdırılmasına xidmət edir.
• Vakuum sistemi - dörd yüzdən çox vakuum nasosundan ibarətdir, onların vəzifəsi termonüvə reaksiyasının məhsullarını, həmçinin vakuum kamerasından müxtəlif çirkləndiriciləri çıxarmaqdır.
• Kriogen sistem - azot və helium dövrəsi ilə təmsil olunur. Helium dövrəsi tokamakdakı temperaturu normallaşdıracaq, onun işi (və buna görə də temperatur) davamlı olaraq deyil, impulslarda davam edir. Azot dövrəsi kriostatın termal ekranlarını və helium dövrəsinin özünü soyudacaq. Həmçinin yorğan divarlarının temperaturunu aşağı salmağa yönəlmiş su soyutma sistemi də olacaq.
• Enerji təchizatı. Tokamakın davamlı işləməsi üçün təxminən 110 MVt güc tələb olunacaq. Bunun üçün hər kilometrə elektrik xətləri çəkiləcək və bu xətlər Fransanın sənaye şəbəkəsinə qoşulacaq. Xatırlatmaq yerinə düşər ki, ITER eksperimental qurğusu enerji istehsalını təmin etmir, ancaq elmi maraqlar üçün işləyir.

ITER maliyyələşdirilməsi

Beynəlxalq termonüvə reaktoru ITER kifayət qədər bahalı bir müəssisədir, ilkin olaraq 12 milyard dollar dəyərində qiymətləndirilir, burada Rusiya, ABŞ, Koreya, Çin və Hindistanın 1/11, Yaponiya - 2/11, Aİ isə - 4/11. Sonradan bu məbləğ 15 milyard dollara yüksəldi. Maraqlıdır ki, maliyyələşmə hər bir ölkədə hazırlanmış kompleks üçün tələb olunan avadanlıqların tədarükü hesabına baş verir. Belə ki, Rusiya ədyal, plazma istilik cihazları və superkeçirici maqnitlər tədarük edir.

Layihənin perspektivi

Hazırda İTER kompleksi tikilir və tokamak üçün lazım olan bütün komponentlər istehsal olunur. 2025-ci ildə planlaşdırılmış tokamak istifadəyə verildikdən sonra bir sıra eksperimentlərə başlanılacaq, onların nəticələrinə əsasən təkmilləşdirilməsi lazım olan aspektlər qeyd olunacaq. İTER-in uğurla istismara verilməsindən sonra DEMO (DEMOnstration Power Plant) adlı termonüvə sintezi əsasında elektrik stansiyasının tikintisi planlaşdırılır. DEMo-nun missiyası füzyon enerjisinin sözdə "kommersiya cəlbediciliyini" nümayiş etdirməkdir. Əgər ITER cəmi 500 MVt enerji istehsal etmək iqtidarındadırsa, DEMO davamlı olaraq 2 GVt enerji istehsalına imkan verəcək.

Bununla belə, nəzərə almaq lazımdır ki, ITER eksperimental qurğusu enerji istehsal etməyəcək və onun məqsədi sırf elmi fayda əldə etməkdir. Və bildiyiniz kimi, bu və ya digər fiziki eksperiment yalnız gözləntiləri doğrulda bilməz, həm də bəşəriyyətə yeni bilik və təcrübə gətirə bilər.

Bu gün bir çox ölkələr termonüvə tədqiqatlarında iştirak edir. Liderlər Avropa İttifaqı, ABŞ, Rusiya və Yaponiyadır, Çin, Braziliya, Kanada və Koreyanın proqramları isə sürətlə inkişaf edir. Əvvəlcə ABŞ və SSRİ-də füzyon reaktorları nüvə silahının inkişafı ilə əlaqəli idi və 1958-ci ildə Cenevrədə keçirilən Sülh üçün Atomlar konfransına qədər təsnif edildi. Sovet tokamakının yaradılmasından sonra 1970-ci illərdə nüvə sintezi tədqiqatları “böyük elm”ə çevrildi. Lakin cihazların dəyəri və mürəkkəbliyi o yerə çatıb ki, beynəlxalq əməkdaşlıq yeganə irəliləyiş yoluna çevrilib.

Dünyadakı termonüvə reaktorları

1970-ci illərdən başlayaraq, sintez enerjisinin kommersiya istifadəsi davamlı olaraq 40 il geri çəkildi. Ancaq son illərdə çox şey baş verdi, buna görə də bu müddət azaldıla bilər.

Avropa JET, İngilis MAST və ABŞ-ın Prinston şəhərində eksperimental termofusion reaktor TFTR daxil olmaqla bir neçə tokamak tikilmişdir. Beynəlxalq ITER layihəsi hazırda Fransanın Kadaraş şəhərində tikilir. 2020-ci ildə fəaliyyətə başlayanda ən böyük tokamak olacaq. 2030-cu ildə Çində İTER-i ötəcək CFETR tikiləcək. Bu arada, ÇXR EAST eksperimental superkeçirici tokamak üzərində tədqiqatlar aparır.

Digər tipli füzyon reaktorları - stellatorlar da tədqiqatçılar arasında populyardır. Ən böyüklərindən biri olan LHD 1998-ci ildə Yaponiya Milli İnstitutunda işə başlamışdır. Ən yaxşı maqnit plazma konfiqurasiyasını tapmaq üçün istifadə olunur. Alman Maks Plank İnstitutu 1988-2002-ci illər arasında Qarçinqdəki Wendelstein 7-AS reaktorunda və hazırda 19 ildən artıqdır tikilməkdə olan Wendelstein 7-X-də tədqiqatlar aparıb. Daha bir TJII stellarator İspaniyanın Madrid şəhərində fəaliyyət göstərir. ABŞ-da bu tip ilk termofusion reaktorun 1951-ci ildə tikildiyi Princeton Laboratoriyası (PPPL) 2008-ci ildə xərclərin artması və maliyyə çatışmazlığı səbəbindən NCSX-in tikintisini dayandırdı.

Bundan əlavə, inertial termonüvə birləşməsinə dair tədqiqatlarda əhəmiyyətli irəliləyiş əldə edilmişdir. Milli Nüvə Təhlükəsizliyi Administrasiyası tərəfindən maliyyələşdirilən Livermor Milli Laboratoriyasında (LLNL) 7 milyard dollar dəyərində olan Milli Alovlanma Obyektinin (NIF) tikintisi 2009-cu ilin martında tamamlandı. Fransız Lazer Meqajoule (LMJ) 2014-cü ilin oktyabrında fəaliyyətə başladı. Fusion reaktorları nüvə birləşmə reaksiyasına başlamaq üçün bir neçə millimetr ölçülü hədəfə saniyənin bir neçə milyardda biri müddətində lazerlər tərəfindən ötürülən təxminən 2 milyon joul işıq enerjisindən istifadə edir. NIF və LMJ-nin əsas vəzifəsi milli hərbi nüvə proqramlarını dəstəkləmək üçün tədqiqatdır.

İTER

1985-ci ildə Sovet İttifaqı Avropa, Yaponiya və ABŞ ilə əməkdaşlıqda növbəti nəsil tokamak tikməyi təklif etdi. İş MAQATE-nin himayəsi altında həyata keçirilib. 1988-1990-cı illər arasında Beynəlxalq Termonüvə Eksperimental Reaktoru, Latın dilində "yol" və ya "səyahət" mənasını verən ITER üçün ilk dizaynlar birləşmənin udmaqdan daha çox enerji istehsal edə biləcəyini sübut etmək üçün yaradılmışdır. Kanada və Qazaxıstan da müvafiq olaraq Euratom və Rusiyanın vasitəçiliyi ilə iştirak ediblər.

Altı il sonra ITER şurası 6 milyard dollar dəyərində qurulmuş fizika və texnologiyaya əsaslanan ilk hərtərəfli reaktor layihəsini təsdiqlədi. Sonra ABŞ konsorsiumdan çıxdı, bu da onları xərcləri iki dəfə azaltmağa və layihəni dəyişdirməyə məcbur etdi. Nəticə 3 milyard dollara başa gələn, lakin öz-özünə davam edən reaksiya və müsbət güc balansına nail olan ITER-FEAT oldu.

2003-cü ildə ABŞ yenidən konsorsiuma qoşuldu və Çin bu konsorsiuma qatılmaq istədiyini bildirdi. Nəticədə, 2005-ci ilin ortalarında tərəfdaşlar Fransanın cənubundakı Cadarache şəhərində İTER-in tikintisinə razılıq verdilər. Aİ və Fransa 12,8 milyard avronun yarısını, Yaponiya, Çin, Cənubi Koreya, ABŞ və Rusiya isə hər biri 10% töhfə verib. Yaponiya yüksək texnologiyalı komponentləri təmin etdi, materialların sınaqdan keçirilməsi üçün 1 milyard avro dəyərində IFMIF obyektinə ev sahibliyi etdi və növbəti sınaq reaktorunu qurmaq hüququna sahib oldu. İTER-in ümumi dəyərinə 10 illik tikinti xərclərinin yarısı və 20 illik istismar dəyərinin yarısı daxildir. Hindistan 2005-ci ilin sonunda ITER-in yeddinci üzvü oldu.

Maqnit aktivləşməsinin qarşısını almaq üçün hidrogendən istifadə etməklə eksperimentlər 2018-ci ildə başlamalıdır. D-T istifadə edərək plazma 2026-cı ildən əvvəl gözlənilmir.

ITER-in məqsədi elektrik enerjisi istehsal etmədən 50 MVt-dan az giriş gücündən istifadə edərək 500 MVt (ən azı 400 s üçün) istehsal etməkdir.

Demonun iki gigavatlıq nümayiş elektrik stansiyası davamlı olaraq geniş miqyasda istehsal edəcək. Demonun konsept dizaynı 2017-ci ilə qədər tamamlanacaq, tikinti isə 2024-cü ildə başlayacaq. Başlanğıc 2033-cü ildə baş tutacaq.

JET

1978-ci ildə Aİ (Euratom, İsveç və İsveçrə) Böyük Britaniyada birgə Avropa JET layihəsinə başladı. JET bu gün dünyada fəaliyyət göstərən ən böyük tokamakdır. Oxşar JT-60 reaktoru Yaponiyanın Milli Fusion Fusion İnstitutunda işləyir, lakin yalnız JET deuterium-tritium yanacağından istifadə edə bilər.

Reaktor 1983-cü ildə işə salındı ​​və ilk təcrübə oldu, bunun nəticəsində 1991-ci ilin noyabrında bir saniyə üçün 16 MVt-a qədər gücə və 5 MVt sabit gücə malik deyteriumda idarə olunan termonüvə sintezi həyata keçirildi. tritium plazması. Müxtəlif istilik sxemlərini və digər texnikaları öyrənmək üçün bir çox təcrübələr aparılmışdır.

JET-in gələcək təkmilləşdirmələri onun gücünü artırmaqdır. MAST kompakt reaktoru JET ilə birlikdə hazırlanır və ITER layihəsinin bir hissəsidir.

K-STAR

K-STAR, 2008-ci ilin ortalarında ilk plazmasını istehsal edən Daejeondakı Milli Füzyon Tədqiqat İnstitutundan (NFRI) Koreya superkeçirici tokamakdır. Beynəlxalq əməkdaşlığın nəticəsi olan ITER. 1,8 m radiuslu tokamak, ITER-də istifadə edilməsi planlaşdırılanlarla eyni olan Nb3Sn superkeçirici maqnitlərdən istifadə edən ilk reaktordur. 2012-ci ilə qədər tamamlanan birinci mərhələdə K-STAR əsas texnologiyaların canlılığını sübut etməli və 20 saniyəyə qədər davam edən plazma impulslarına nail olmalı idi. İkinci mərhələdə (2013-2017-ci illər) H rejimində 300 s-ə qədər uzun impulsların öyrənilməsi və yüksək performanslı AT rejiminə keçid üçün təkmilləşdirilir. Üçüncü mərhələnin (2018-2023) məqsədi davamlı nəbz rejimində yüksək performans və səmərəliliyə nail olmaqdır. 4-cü mərhələdə (2023-2025) DEMO texnologiyaları sınaqdan keçiriləcək. Cihaz tritium qabiliyyətinə malik deyil və D-T yanacağından istifadə etmir.

K-DEMO

ABŞ Enerji Departamentinin Prinston Plazma Fizikası Laboratoriyası (PPPL) və Cənubi Koreyanın NFRI ilə əməkdaşlıqda hazırlanmış K-DEMO, ITER-dən sonra kommersiya reaktorunun inkişafında növbəti addım olacaq və elektrik enerjisi istehsal edə bilən ilk elektrik stansiyası olacaq. elektrik şəbəkəsi, yəni bir neçə həftə ərzində 1 milyon kVt. Onun diametri 6,65 m olacaq və DEMO layihəsi çərçivəsində yaradılan reproduksiya zonası modulu olacaq. Koreyanın Təhsil, Elm və Texnologiya Nazirliyi ona təxminən bir trilyon Koreya vonunu (941 milyon dollar) investisiya etməyi planlaşdırır.

Şərq

Hefeydəki Çin Fizika İnstitutunda Çin Eksperimental Qabaqcıl Superkeçirici Tokamak (EAST) 50 milyon °C temperaturda hidrogen plazması yaratdı və onu 102 saniyə saxladı.

TFTR

Amerikanın PPPL laboratoriyasında TFTR eksperimental sintez reaktoru 1982-1997-ci illərdə işləmişdir. 1993-cü ilin dekabrında TFTR deyterium-tritium plazması ilə geniş təcrübələr aparan ilk maqnit tokamak oldu. Növbəti il ​​reaktor o vaxtkı rekord 10,7 MVt idarə olunan güc istehsal etdi və 1995-ci ildə 510 milyon °C temperatur rekordu əldə edildi. Bununla belə, obyekt zərərsiz birləşmə enerjisi məqsədinə nail ola bilmədi, lakin ITER-in inkişafına mühüm töhfə verərək aparat dizaynı məqsədlərinə uğurla cavab verdi.

LHD

Yaponiyanın Gifu prefekturasının Toki şəhərindəki Milli Fusion Fusion İnstitutunda LHD dünyanın ən böyük ulduzu idi. Füzyon reaktoru 1998-ci ildə işə salınıb və digər böyük qurğularla müqayisə oluna bilən plazma qapalılıq keyfiyyətlərini nümayiş etdirib. 13,5 keV (təxminən 160 milyon °C) ion temperaturu və 1,44 MJ enerji əldə edildi.

Wendelstein 7-X

2015-ci ilin sonunda başlayan bir illik sınaqdan sonra helium temperaturu qısa müddət ərzində 1 milyon °C-ə çatdı. 2016-cı ildə 2 MVt gücdən istifadə edən hidrogen plazma sintezi reaktoru saniyənin dörddə biri ərzində 80 milyon °C temperatura çatdı. W7-X dünyanın ən böyük stellaratorudur və 30 dəqiqə fasiləsiz işləməsi planlaşdırılır. Reaktorun dəyəri 1 milyard avro idi.

NIF

Livermore Milli Laboratoriyasında (LLNL) Milli Alovlanma Mexanizmi (NIF) 2009-cu ilin mart ayında tamamlandı. 192 lazer şüasından istifadə edərək, NIF əvvəlki lazer sistemlərindən 60 dəfə çox enerji cəmləyə bilir.

Soyuq nüvə sintezi

1989-cu ilin martında iki tədqiqatçı, amerikalı Stenli Pons və britaniyalı Martin Fleischman, otaq temperaturunda işləyən sadə masa üstü soyuq birləşmə reaktorunu işə saldıqlarını elan etdilər. Proses, deuterium nüvələrinin yüksək sıxlıqda cəmləşdiyi palladium elektrodlarından istifadə edərək ağır suyun elektrolizindən ibarət idi. Tədqiqatçılar iddia edirlər ki, istilik yalnız nüvə prosesləri ilə izah edilə bilər və helium, tritium və neytronlar da daxil olmaqla birləşən yan məhsullar var idi. Lakin digər təcrübəçilər bu təcrübəni təkrarlaya bilmədilər. Elmi ictimaiyyətin əksəriyyəti soyuq birləşmə reaktorlarının real olduğuna inanmır.

Aşağı enerjili nüvə reaksiyaları

"Soyuq birləşmə" iddiaları ilə başlanmış tədqiqatlar bəzi empirik dəstək ilə aşağı enerjili sahəyə davam etdi, lakin ümumi qəbul edilən elmi izahat. Göründüyü kimi, zəif nüvə qarşılıqlı təsirləri neytronları yaratmaq və tutmaq üçün istifadə olunur (və ya onların sintezində olduğu kimi güclü bir qüvvə deyil). Təcrübələr hidrogen və ya deuteriumun katalitik yatağından keçməsini və metal ilə reaksiya verməsini əhatə edir. Tədqiqatçılar müşahidə olunan enerji buraxıldığını bildirirlər. Əsas praktiki nümunə, hidrogenin nikel tozu ilə qarşılıqlı təsiridir, onun miqdarı istənilən kimyəvi reaksiyanın verə biləcəyindən daha çoxdur.

ITER (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor, "International Experimental Thermonuclear Reactor") ilk beynəlxalq eksperimental termonüvə reaktorunun qurulmasına yönəlmiş genişmiqyaslı elmi-texniki layihədir.

Yeddi əsas tərəfdaş (Avropa İttifaqı, Hindistan, Çin, Koreya Respublikası, Rusiya, ABŞ, Yaponiya) tərəfindən Kadarache (Provence-Alpes-Côte d'Azur regionu, Fransa) tərəfindən həyata keçirilir. ITER idarə olunan termonüvə sintezi üçün ən perspektivli cihaz hesab edilən tokamak qurğusunun (adını ilk hərflərin şərəfinə adlandırılır: maqnit sarğıları olan toroidal kamera) əsaslanır. Sovet İttifaqında ilk tokamak 1954-cü ildə tikilib.

Layihənin məqsədi sintez enerjisinin sənaye miqyasında istifadə oluna biləcəyini nümayiş etdirməkdir. ITER-in 100 milyon dərəcədən çox temperaturda ağır hidrogen izotopları ilə birləşmə reaksiyası yolu ilə enerji istehsal etməsi nəzərdə tutulur.

Quraşdırmada istifadə olunacaq 1 q yanacağın (deyterium və tritium qarışığı) 8 ton neftlə eyni miqdarda enerji verəcəyi güman edilir. İTER-in təxmin edilən termonüvə gücü 500 MVt təşkil edir.

Mütəxəssislər bildirirlər ki, bu tip reaktor hazırkı nüvə stansiyalarından (AES) qat-qat təhlükəsizdir və dəniz suyu onun üçün demək olar ki, qeyri-məhdud miqdarda yanacaq verə bilər. Beləliklə, İTER-in uğurla həyata keçirilməsi tükənməz təmiz enerji mənbəyini təmin edəcəkdir.

Layihənin tarixi

Reaktorun konsepsiyası Atom Enerjisi İnstitutunda işlənib hazırlanmışdır. İ.V.Kurçatov. 1978-ci ildə SSRİ Beynəlxalq Atom Enerjisi Agentliyində (MAQATE) layihənin həyata keçirilməsi ideyasını irəli sürdü. Layihənin həyata keçirilməsinə dair razılaşma 1985-ci ildə Cenevrədə SSRİ ilə ABŞ arasında aparılan danışıqlar zamanı əldə olunub.

Proqram daha sonra MAQATE tərəfindən təsdiqləndi. 1987-ci ildə layihə indiki adını aldı, 1988-ci ildə idarəetmə orqanı olan ITER Şurası yaradıldı. 1988-1990-cı illərdə. Sovet, Amerika, Yapon və Avropa alimləri və mühəndisləri layihənin konseptual tədqiqatını apardılar.

21 iyul 1992-ci ildə Vaşinqtonda Aİ, Rusiya, ABŞ və Yaponiya arasında 2001-ci ildə tamamlanan İTER texniki layihəsinin inkişafı haqqında saziş imzalanmışdır. 2002-2005-ci illərdə. Layihəyə Cənubi Koreya, Çin və Hindistan qoşulub. İlk beynəlxalq eksperimental termonüvə reaktorunun tikintisinə dair saziş 2006-cı il noyabrın 21-də Parisdə imzalanıb.

Bir il sonra, 2007-ci il noyabrın 7-də reaktorun Fransada, Marsel yaxınlığındakı Cadarache nüvə mərkəzində yerləşəcəyi İTER tikinti sahəsinə dair müqavilə imzalandı. Nəzarət və məlumatların emalı mərkəzi Nakada (İbaraki prefekturası, Yaponiya) yerləşəcək.

Cadarache-də sahənin hazırlanması 2007-ci ilin yanvarında başladı və tam miqyaslı tikinti 2013-cü ildə başladı. Kompleks 180 hektar ərazidə yerləşəcək. Hündürlüyü 60 m, kütləsi 23 min ton olan reaktor uzunluğu 1 km və eni 400 m olan ərazidə yerləşəcək.Onun tikintisi üzrə işlər 2007-ci ilin oktyabrında yaradılmış İTER Beynəlxalq Təşkilatı tərəfindən əlaqələndirilir.

Layihənin dəyəri 15 milyard avro dəyərində qiymətləndirilir ki, bunun da 45,4%-i Aİ (Euratom vasitəsilə) və 6 digər iştirakçının (Rusiya Federasiyası daxil olmaqla) hər biri 9,1%-ni təşkil edir. 1994-cü ildən Qazaxıstan da Rusiya kvotası ilə layihədə iştirak edir.

Reaktorun elementləri gəmilərlə Fransanın Aralıq dənizi sahillərinə, oradan isə xüsusi karvanlarla Kadarache bölgəsinə daşınacaq. Bu məqsədlə 2013-cü ildə mövcud yolların hissələri əhəmiyyətli dərəcədə yenidən təchiz edilmiş, körpülər möhkəmləndirilmiş, yeni keçidlər və xüsusilə möhkəm örtüklü yollar salınmışdır. 2014-cü ildən 2019-cu ilə qədər olan dövrdə gücləndirilmiş yol boyunca ən azı üç onlarla super ağır yol qatarı keçməlidir.

Novosibirskdə İTER üçün plazma diaqnostik sistemləri hazırlanacaq. Bu barədə saziş 2014-cü il yanvarın 27-də İTER Beynəlxalq Təşkilatının direktoru Osamu Motojima və Rusiya Federasiyasındakı İTER Milli Agentliyinin rəhbəri Anatoli Krasilnikov tərəfindən imzalanıb.

Yeni müqavilə əsasında diaqnostika kompleksinin inkişafı Fizika-Texniki İnstitutun bazasında həyata keçirilir. A. F. Ioffe Rusiya Akademiyası Elmlər.

Gözlənilir ki, reaktor 2020-ci ildə istismara veriləcək, nüvə sintezi üzrə ilk reaksiyalar 2027-ci ildən tez həyata keçiriləcək. elektrik enerjisi istehsalı. Mütəxəssislərin ilkin proqnozlarına görə, reaktorun sənaye versiyası 2060-cı ildən tez hazır olmayacaq və bu tipli reaktorlar seriyası yalnız 21-ci əsrin sonunda yaradıla bilər.

Uzun müddətə trudnopisaka tikilməkdə olan füzyon reaktoru haqqında yazı hazırlamağı xahiş etdi. Texnologiyanın maraqlı detallarını öyrənin, bu layihənin həyata keçirilməsinin niyə bu qədər uzun sürdüyünü öyrənin. Nəhayət materialı əldə etdim. Gəlin layihənin təfərrüatları ilə tanış olaq.

Hər şey necə başladı. “Enerji problemi” aşağıdakı üç amilin birləşməsi nəticəsində yaranmışdır:

1. Bəşəriyyət indi böyük miqdarda enerji istehlak edir.

Hazırda dünyada enerji istehlakı təxminən 15,7 terawatt (TW) təşkil edir. Bu dəyəri planetin əhalisinə bölmək, biz asanlıqla təxmin və təsəvvür edilə bilən adam başına təxminən 2400 vatt alırıq. Yer kürəsinin hər bir sakininin (uşaqlar da daxil olmaqla) istehlak etdiyi enerji 24 yüz vattlıq elektrik lampalarının gecə-gündüz işləməsinə uyğundur. Bununla belə, bu enerjinin planet ətrafında istehlakı çox qeyri-bərabərdir, çünki bir sıra ölkələrdə çox yüksək, digərlərində isə cüzidir. İstehlak (bir nəfər üçün) ABŞ-da 10,3 kVt (rekord göstəricilərdən biri), Azərbaycanda 6,3 kVt təşkil edir. Rusiya Federasiyası, Böyük Britaniyada 5,1 kVt və s., lakin digər tərəfdən Banqladeşdə cəmi 0,21 kVt-dır (ABŞ istehlakının cəmi 2%-i!).

Beynəlxalq Enerji Agentliyinin (2006) proqnozuna görə, 2030-cu ilə qədər dünya enerji istehlakı 50% artmalıdır. Əlbətdə ki, inkişaf etmiş ölkələr əlavə enerji olmadan yaxşı iş görə bilərdi, lakin bu artım 1,5 milyard insanın kəskin elektrik enerjisi çatışmazlığından əziyyət çəkdiyi inkişaf etməkdə olan ölkələrin əhalisini yoxsulluqdan çıxarmaq üçün lazımdır.

3. Hazırda dünya enerjisinin 80%-i qalıq yanacaqların yandırılması hesabına əldə edilir.(neft, kömür və qaz), istifadəsi:
a) potensial olaraq fəlakətli ekoloji dəyişikliklər riski daşıyır;
b) mütləq nə vaxtsa bitməlidir.

Deyilənlərdən aydın olur ki, artıq biz qalıq yanacaqlardan istifadə dövrünün sonuna hazırlaşmalıyıq.

Hazırda atom elektrik stansiyaları atom nüvələrinin parçalanma reaksiyaları zamanı ayrılan enerjini böyük miqyasda alır. Bu cür stansiyaların yaradılması və inkişafı hər cür təşviq edilməlidir, lakin nəzərə almaq lazımdır ki, onların istismarı üçün ən vacib materiallardan birinin (ucuz uran) ehtiyatları da yaxın 50 il ərzində tamamilə istifadə edilə bilər. . Nüvə parçalanmasına əsaslanan enerjinin imkanları istehsal olunan enerjinin miqdarını demək olar ki, iki dəfə artıra bilən daha səmərəli enerji dövrlərindən istifadə etməklə əhəmiyyətli dərəcədə genişləndirilə bilər (və olmalıdır). Bu istiqamətdə enerjinin inkişafı üçün torium üzərində reaktorlar (torium reaktorları və ya seleksiyaçı reaktorlar adlanır) yaratmaq lazımdır ki, bu reaktorlarda reaksiya zamanı ilkin urandan daha çox torium əmələ gəlir ki, bunun da nəticəsində Müəyyən bir maddə miqdarı üçün alınan ümumi enerji miqdarı 40 dəfə artır. Uran reaktorlarından qat-qat səmərəli və 60 dəfə çox enerji əldə etməyə imkan verən sürətli neytron plutonium istehsalçılarının yaradılması da perspektivli görünür. Ola bilsin ki, bu sahələrin inkişafı üçün uranın (məsələn, ən əlçatan kimi görünən dəniz suyundan) alınması üçün yeni, qeyri-standart üsullar hazırlamaq lazım gələcək.

Fusion elektrik stansiyaları

Şəkildə cihazın sxematik diaqramı (miqyaslı deyil) və termonüvə elektrik stansiyasının iş prinsipi göstərilir. Mərkəzi hissədə 100 M°C-dən yuxarı temperatura qədər qızdırılan tritium-deyterium (T-D) plazması ilə doldurulmuş ~2000 m3 həcmli toroidal (donutşəkilli) kamera yerləşir. Füzyon reaksiyası (1) zamanı əmələ gələn neytronlar “maqnit şüşəsi”ni tərk edərək təxminən 1 m qalınlığında şəkildə göstərilən qabığa düşür.

Qabıq içərisində neytronlar litium atomları ilə toqquşur və nəticədə tritium meydana gəlməsi ilə reaksiya yaranır:

neytron + litium → helium + tritium

Bundan əlavə, sistemdə rəqabət aparan reaksiyalar (tritium əmələ gəlmədən), həmçinin əlavə neytronların buraxılması ilə çoxlu reaksiyalar baş verir ki, bu da daha sonra tritiumun meydana gəlməsinə səbəb olur (bu vəziyyətdə əlavə neytronların buraxılması ola bilər. məsələn, berilyum atomlarının qabığa və qurğuşuna daxil edilməsi ilə əhəmiyyətli dərəcədə gücləndirilmişdir). Ümumi nəticə ondan ibarətdir ki, bu qurğu (ən azı nəzəri olaraq) tritium istehsal edəcək bir nüvə birləşmə reaksiyası ola bilər. Bu halda, əmələ gələn tritiumun miqdarı nəinki quraşdırmanın özünün ehtiyaclarını ödəməli, hətta bir qədər böyük olmalıdır ki, bu da yeni qurğuları tritiumla təmin etməyə imkan verəcəkdir. Məhz bu əməliyyat konsepsiyası aşağıda təsvir olunan ITER reaktorunda sınaqdan keçirilməli və həyata keçirilməlidir.

Bundan əlavə, neytronlar pilot qurğular adlanan (nisbətən "adi" konstruktiv materiallardan istifadə edəcək) qabığı təxminən 400°C temperatura qədər qızdırmalıdırlar. Gələcəkdə qabığın isitmə temperaturu 1000°C-dən yuxarı olan təkmilləşdirilmiş qurğuların yaradılması planlaşdırılır ki, bu da ən son yüksək möhkəmlikli materialların (məsələn, silisium karbid kompozitləri) istifadəsi hesabına əldə edilə bilər. Qabıqda buraxılan istilik, adi stansiyalarda olduğu kimi, bir soyuducu (məsələn, su və ya helium ehtiva edən) ilə birincil soyutma dövrəsi tərəfindən alınır və su buxarının istehsal olunduğu və turbinlərə verildiyi ikincil dövrəyə ötürülür.

1985 - Sovet İttifaqı termonüvə reaktorlarının yaradılmasında dörd aparıcı ölkənin təcrübəsindən istifadə edərək növbəti nəsil Tokamak zavodunu təklif etdi. Amerika Birləşmiş Ştatları Yaponiya və Avropa Birliyi ilə birlikdə layihənin həyata keçirilməsi üçün təklif irəli sürüb.

Fransa hazırda aşağıda təsvir edilən Beynəlxalq Tokamak Eksperimental Reaktorunu (ITER) qurur ki, bu da plazmanı "aldırmaq" qabiliyyətinə malik ilk tokamak olacaq.

Mövcud olan ən qabaqcıl tokamak tipli qurğular çoxdan 150 M°C temperatura çatmışdır ki, bu da birləşmə qurğusunun istismarı üçün tələb olunanlara yaxındır, lakin ITER reaktoru uzun müddət işləmək üçün nəzərdə tutulmuş ilk iri miqyaslı elektrik stansiyası olmalıdır. -müddətli əməliyyat. Gələcəkdə onun işləmə parametrlərini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırmaq lazımdır, bu, ilk növbədə, plazmadakı təzyiqin artırılmasını tələb edəcəkdir, çünki müəyyən bir temperaturda nüvə birləşməsinin sürəti onun kvadratına mütənasibdir. təzyiq. Bu halda əsas elmi problem plazmada təzyiq artdıqda çox mürəkkəb və təhlükəli qeyri-sabitliklərin, yəni qeyri-sabit iş rejimlərinin yaranması ilə bağlıdır.

Niyə bizə lazımdır?

Nüvə birləşməsinin əsas üstünlüyü ondan ibarətdir ki, onun yanacaq kimi çox az miqdarda təbii maddələrə ehtiyacı var. Təsvir edilən qurğulardakı nüvə birləşmə reaksiyası adi istilik buraxılışından on milyon dəfə yüksək olan böyük miqdarda enerjinin buraxılmasına səbəb ola bilər. kimyəvi reaksiyalar(məsələn, qalıq yanacaqların yandırılması). Müqayisə üçün qeyd edək ki, gücü 1 giqavat (GW) olan bir istilik elektrik stansiyasının istismarı üçün tələb olunan kömürün miqdarı gündə 10.000 ton (on dəmir yolu vaqonu) təşkil edir və eyni gücə malik bir əritmə qurğusu yalnız təxminən Gündə 1 kiloqram D+T qarışığı.

Deyterium hidrogenin sabit izotopudur; adi suyun təqribən hər 3350 molekulundan birində hidrogen atomlarından biri deuteriumla əvəz olunur (irsi miras). böyük partlayış). Bu fakt sudan lazımi miqdarda deuteriumun kifayət qədər ucuz istehsalını təşkil etməyi asanlaşdırır. Qeyri-sabit olan tritium əldə etmək daha çətindir (yarım ömrü təxminən 12 ildir, bunun nəticəsində təbiətdəki tərkibi cüzidir), lakin yuxarıda göstərildiyi kimi, tritium işləmə zamanı birbaşa ərimə qurğusunun içərisində yaranacaq, neytronların litium ilə reaksiyasına görə.

Beləliklə, termonüvə reaktoru üçün ilkin yanacaq litium və sudur. Litium məişət cihazlarında (mobil telefon batareyaları və s.) geniş istifadə olunan ümumi metaldır. Yuxarıda təsvir edilən stansiya, hətta qeyri-kamil səmərəliliklə də, 70 ton kömürün tərkibində olan enerjiyə bərabər olan 200.000 kVt/saat elektrik enerjisi istehsal edə biləcək. Lazımi miqdarda litium bir kompüter batareyasında, deyteriumun miqdarı isə 45 litr suda olur. Yuxarıdakı dəyər Aİ ölkələrində 30 il ərzində elektrik enerjisinin cari istehlakına (bir nəfər üçün) uyğundur. Bu qədər cüzi miqdarda litiumun bu qədər elektrik enerjisi istehsalını təmin edə bilməsi (CO2 emissiyaları olmadan və atmosferi ən kiçik çirkləndirmədən) termonüvə enerjisinin sürətli və güclü inkişafı üçün kifayət qədər ciddi arqumentdir (bütün bunlara baxmayaraq). çətinliklər və problemlər) və hətta bu cür tədqiqatın uğuruna yüz faiz əminlik olmadan.

Deyterium milyonlarla il davam etməlidir və asanlıqla çıxarılan litium ehtiyatları yüz illərlə tələbatı ödəmək üçün kifayətdir. Daşlardakı litiumumuz tükənsə belə, onu iqtisadi cəhətdən səmərəli etmək üçün kifayət qədər yüksək konsentrasiyada (uranın 100 qatı) olduğu sudan çıxara bilərik.

Fransanın Kadaraş şəhəri yaxınlığında eksperimental termonüvə reaktoru (Beynəlxalq termonüvə eksperimental reaktor) tikilir. ITER layihəsinin əsas vəzifəsi sənaye miqyasında idarə olunan termonüvə birləşmə reaksiyasının həyata keçirilməsidir.

Termonüvə yanacağının vahid çəkisi üçün eyni miqdarda üzvi yanacağın yandırılmasından təxminən 10 milyon dəfə, hazırda fəaliyyət göstərən atom elektrik stansiyalarının reaktorlarında uran nüvələrinin parçalanmasından isə təxminən yüz dəfə çox enerji əldə edilir. Alim və konstruktorların hesablamaları əsaslandırılarsa, bu, bəşəriyyətə tükənməz enerji mənbəyi verəcəkdir.

Buna görə də bir sıra ölkələr (Rusiya, Hindistan, Çin, Koreya, Qazaxıstan, ABŞ, Kanada, Yaponiya, Aİ ölkələri) yeni elektrik stansiyalarının prototipi olan Beynəlxalq Termonüvə Tədqiqat Reaktorunun yaradılmasında səylərini birləşdirdilər.

ITER hidrogen atomlarının və tritiumun (hidrogenin izotopu) sintezi üçün şərait yaradan qurğudur və nəticədə yeni atom helium atomudur. Bu proses nəhəng enerji artımı ilə müşayiət olunur: termonüvə reaksiyasının baş verdiyi plazmanın temperaturu təxminən 150 milyon dərəcə Selsidir (müqayisə üçün, Günəşin nüvəsinin temperaturu 40 milyon dərəcədir). Bu vəziyyətdə izotoplar yanır və demək olar ki, heç bir radioaktiv tullantı qoymur.
Beynəlxalq layihədə iştirak sxemi reaktor komponentlərinin tədarükü və onun tikintisinin maliyyələşdirilməsini nəzərdə tutur. Bunun müqabilində iştirakçı ölkələrin hər biri termonüvə reaktoru yaratmaq üçün bütün texnologiyalara və bu reaktorda aparılan bütün eksperimental işlərin nəticələrinə tam giriş əldə edir ki, bu da seriyalı güc termonüvə reaktorlarının dizaynı üçün əsas olacaq.

Termonüvə sintezi prinsipinə əsaslanan reaktor radioaktiv şüalanmaya malik deyil və tamamilə təhlükəsizdir. mühit. O, demək olar ki, dünyanın hər yerində yerləşə bilər və adi su onun üçün yanacaq kimi xidmət edir. İTER-in tikintisi təxminən on il çəkməlidir, bundan sonra reaktordan 20 il istifadə ediləcəyi güman edilir.

Tıklana bilən 4000 piksel

Yaxın illərdə İTER Termonüvə Reaktorunun Tikintisi üzrə Beynəlxalq Təşkilatın Şurasında Rusiyanın maraqlarını Rusiya Elmlər Akademiyasının müxbir üzvü Mixail Kovalçuk, Kurçatov İnstitutunun, Rusiya Akademiyasının Kristalloqrafiya İnstitutunun direktoru təmsil edəcək. Elmlər üzrə Prezident yanında Elm, Texnologiya və Təhsil Şurasının elmi katibi. Kovalçuk bu vəzifədə müvəqqəti olaraq növbəti iki il müddətinə İTER Beynəlxalq Şurasının sədri seçilmiş və bu vəzifəni iştirakçı ölkənin rəsmi nümayəndəsinin vəzifələri ilə birləşdirmək hüququna malik olmayan akademik Yevgeni Velihovu əvəz edəcək.

Tikintinin ümumi dəyəri 5 milyard avro dəyərində qiymətləndirilir və eyni məbləğ reaktorun sınaq istismarı üçün tələb olunacaq. Hindistan, Çin, Koreya, Rusiya, ABŞ və Yaponiyanın payları ümumi dəyərin təxminən 10 faizini, 45 faizi isə Avropa İttifaqı ölkələrinin payına düşür. Bununla belə, Avropa dövlətləri xərclərin onlar arasında dəqiq necə bölüşdürüləcəyi ilə bağlı razılığa gəlməyiblər. Bu səbəbdən tikintinin başlanması 2010-cu ilin aprel ayına təxirə salınıb. Daha bir gecikməyə baxmayaraq, İTER-in yaradılmasında iştirak edən alimlər və rəsmilər layihəni 2018-ci ilə qədər başa çatdıra biləcəklərini bildirirlər.

İTER-in təxmin edilən termonüvə gücü 500 meqavatdır. Maqnitlərin ayrı-ayrı hissələri 200 ilə 450 tona qədər çəkiyə çatır. İTER-i soyutmaq üçün gündə 33 000 kubmetr su tələb olunacaq.

1998-ci ildə ABŞ layihədə iştirakını maliyyələşdirməyi dayandırdı. Respublikaçılar ölkədə hakimiyyətə gəldikdən və Kaliforniyada elektrik enerjisinin kəsilməsinə başlandıqdan sonra Buş administrasiyası enerji investisiyalarının artdığını elan etdi. ABŞ beynəlxalq layihədə iştirak etmək niyyətində deyildi və özünün termonüvə layihəsi ilə məşğul idi. 2002-ci ilin əvvəlində Prezident Buşun texnologiya üzrə müşaviri Con Marburger III ABŞ-ın fikrini dəyişdiyini və layihəyə qayıtmaq niyyətində olduğunu bildirdi.

İştirakçıların sayına görə layihə digər böyük beynəlxalq elmi layihə ilə - Beynəlxalq Kosmik Stansiya ilə müqayisə oluna bilər. Əvvəllər 8 milyard dollara çatan İTER-in dəyəri daha sonra 4 milyarddan da az olub. ABŞ-ın geri çəkilməsi nəticəsində reaktorun gücünü 1,5 GVt-dan 500 MVt-a endirmək qərara alınıb. Müvafiq olaraq, layihənin qiyməti "arıqladı".

2002-ci ilin iyununda Rusiya paytaxtında “Moskvada İTER günləri” simpoziumu keçirilmişdir. Müvəffəqiyyəti bəşəriyyətin taleyini dəyişdirə və ona yeni enerji növü bəxş edə bilən, səmərəliliyi və qənaətcilliyi baxımından yalnız günəş enerjisi ilə müqayisə oluna bilən layihənin dirçəldilməsinin nəzəri, praktiki və təşkilati problemləri müzakirə olunub.

2010-cu ilin iyulunda İTER beynəlxalq termonüvə reaktorunun layihəsində iştirak edən ölkələrin nümayəndələri Fransanın Kadaraş şəhərində keçirilən növbədənkənar iclasda onun büdcəsini və tikinti vaxtını təsdiq ediblər. .

Sonuncu növbədənkənar iclasda layihə iştirakçıları plazma ilə ilk təcrübələrin başlanması tarixini - 2019-cu ili təsdiqləyiblər. Tam sınaqlar 2027-ci ilin mart ayına planlaşdırılır, baxmayaraq ki, layihə rəhbərliyi texniki heyətdən prosesi optimallaşdırmağa və sınaqlara 2026-cı ildə başlamağı xahiş etsə də. İclas iştirakçıları reaktorun tikintisi ilə bağlı xərclər barədə də qərar qəbul ediblər, lakin obyektin yaradılmasına xərclənməsi planlaşdırılan məbləğlər açıqlanmayıb. ScienceNOW portalının redaktorunun adı açıqlanmayan mənbədən aldığı məlumata görə, təcrübələr başlayana qədər ITER layihəsinin dəyəri 16 milyard avro təşkil edə bilər.

Kadaraçedəki görüş həm də layihənin yeni direktoru, yapon fiziki Osamu Motojima üçün ilk rəsmi iş günü idi. Ondan əvvəl layihəyə 2005-ci ildən yaponiyalı Kaname İkeda rəhbərlik edirdi, o, büdcə və tikinti müddəti təsdiqləndikdən dərhal sonra vəzifəsini tərk etmək istəyirdi.

ITER sintez reaktoru Avropa İttifaqı, İsveçrə, Yaponiya, ABŞ, Rusiya, Cənubi Koreya, Çin və Hindistanın birgə layihəsidir. ITER-in yaradılması ideyası ötən əsrin 80-ci illərindən nəzərdən keçirilir, lakin maliyyə və texniki çətinliklər səbəbindən layihənin dəyəri daim artır və tikintinin başlama tarixi daim təxirə salınır. 2009-cu ildə ekspertlər reaktorun yaradılması üzrə işlərə 2010-cu ildə başlanacağını gözləyirdilər. Daha sonra bu tarix dəyişdirildi və əvvəlcə 2018, sonra isə 2019-cu il reaktorun işə salınma vaxtı adlandırıldı.

Füzyon reaksiyaları yüngül izotopların nüvələrinin daha ağır bir nüvənin meydana gəlməsi ilə birləşmə reaksiyalarıdır ki, bu da böyük enerji buraxılması ilə müşayiət olunur. Nəzəri olaraq, füzyon reaktorları aşağı qiymətə çoxlu enerji istehsal edə bilər, lakin hazırda elm adamları füzyon reaksiyasına başlamaq və saxlamaq üçün daha çox enerji və pul sərf edirlər.

Fusion enerji istehsal etmək üçün ucuz və ekoloji cəhətdən təmiz bir üsuldur. Milyardlarla ildir ki, Günəşdə nəzarətsiz termonüvə sintezi baş verir - helium hidrogen deuteriumun ağır izotopundan əmələ gəlir. Bu, böyük miqdarda enerji buraxır. Ancaq Yer kürəsindəki insanlar bu cür reaksiyalara nəzarət etməyi hələ öyrənməyiblər.

Hidrogen izotopları İTER reaktorunda yanacaq kimi istifadə olunacaq. Termonüvə reaksiyası zamanı yüngül atomlar birləşərək daha ağır atomlar əmələ gətirdikdə enerji ayrılır. Buna nail olmaq üçün qazı 100 milyon dərəcədən çox - Günəşin mərkəzindəki temperaturdan xeyli yüksək temperatura qədər qızdırmaq lazımdır. Bu temperaturda qaz plazmaya çevrilir. Eyni zamanda, hidrogen izotop atomları birləşərək çoxlu sayda neytronların ayrılması ilə helium atomlarına çevrilir. Bu prinsiplə işləyən elektrik stansiyası sıx maddə təbəqəsi (litium) tərəfindən idarə olunan neytronların enerjisindən istifadə edəcəkdir.

Niyə termonüvə qurğularının yaradılması bu qədər uzun çəkdi?

Yarım əsrə yaxındır ki, üstünlükləri haqqında danışılan belə mühüm və qiymətli qurğular niyə hələ də yaradılmayıb? Üç əsas səbəb var (aşağıda müzakirə olunur), onlardan birincisini xarici və ya ictimai, digər ikisini isə daxili adlandırmaq olar, yəni termonüvə enerjisinin özünün inkişafı qanunları və şərtləri ilə bağlıdır.

1. Uzun müddətdir ki, füzyon enerjisinin praktiki istifadəsi probleminin təcili qərarlar və tədbirlər tələb etmədiyinə inanılırdı, çünki hələ keçən əsrin 80-ci illərində qalıq yanacaq mənbələri tükənməz görünürdü və ekoloji problemlər və iqlim dəyişikliyi yox idi. ictimaiyyəti narahat edir. 1976-cı ildə ABŞ Energetika Departamentinin Fusion Enerjisi üzrə Məsləhət Komitəsi müxtəlif tədqiqat maliyyələşdirmə variantları çərçivəsində tədqiqat və təkmilləşdirmə işlərinin vaxtını və nümunəvi sintez elektrik stansiyasının tikintisini təxmin etməyə cəhd etdi. Eyni zamanda, məlum olub ki, bu istiqamətdə tədqiqatların illik maliyyələşdirilməsinin həcmi tamamilə yetərincə deyil və ayırmaların mövcud səviyyəsi saxlanılmaqla, termonüvə qurğularının yaradılması heç vaxt uğurlu olmayacaq, çünki ayrılan vəsaitlər hətta uyğun gəlmir. minimum, kritik səviyyəyə.

2. Bu sahədə tədqiqatların inkişafına daha ciddi maneə ondan ibarətdir ki, müzakirə olunan tipdə termonüvə qurğusu kiçik miqyasda yaradıla və nümayiş etdirilə bilməz. Aşağıda təqdim olunan izahatlardan aydın olacaq ki, termonüvə sintezi təkcə plazmanın maqnit qapanmasını deyil, həm də onun kifayət qədər istiləşməsini tələb edir. Xərclənmiş və alınan enerjinin nisbəti ən azı qurğunun xətti ölçülərinin kvadratına mütənasib olaraq artır, bunun nəticəsində termonüvə qurğularının elmi-texniki imkanları və üstünlükləri yalnız kifayət qədər böyük stansiyalarda sınaqdan keçirilə və nümayiş etdirilə bilər, məsələn. yuxarıda qeyd olunan ITER reaktoru kimi. Cəmiyyət uğura kifayət qədər inam yaranana qədər belə böyük layihələri maliyyələşdirməyə sadəcə hazır deyildi.

3. Termonüvə energetikasının inkişafı çox mürəkkəb olmuşdur, lakin (kafi maliyyələşməyə və JET və İTER qurğularının yaradılması üçün mərkəzlərin seçilməsində çətinliklərə baxmayaraq), əməliyyat stansiyası hələ də yaradılmasa da, son illərdə aydın irəliləyiş var.

Müasir dünya daha doğrusu “qeyri-müəyyən enerji böhranı” adlandırıla bilən çox ciddi enerji problemi ilə üz-üzədir. Problem qalıq yanacaq ehtiyatlarının bu əsrin ikinci yarısında tükənə biləcəyi ilə bağlıdır. Üstəlik, qalıq yanacaqların yandırılması planetin iqlimində ciddi dəyişikliklərin qarşısını almaq üçün atmosferə buraxılan karbon qazının (yuxarıda qeyd olunan CCS proqramı) hansısa yolla tutulması və “saxlanması” zərurətinə səbəb ola bilər.

Hazırda bəşəriyyətin istehlak etdiyi enerjinin demək olar ki, hamısı qalıq yanacaqların yandırılması hesabına yaranır və problemin həlli günəş enerjisindən və ya nüvə enerjisindən istifadə etməklə (sürətli reaktorların yaradılması və s.) bağlı ola bilər. İnkişaf etməkdə olan ölkələrin artan əhalisinin yaratdığı qlobal problem və onların həyat səviyyəsinin yaxşılaşdırılması və istehsal olunan enerjinin həcminin artırılması ehtiyacı yalnız nəzərdən keçirilən yanaşmalar əsasında həll edilə bilməz, baxmayaraq ki, təbii ki, enerjinin alternativ üsullarını inkişaf etdirmək cəhdləri. nəsil təşviq edilməlidir.

Əslində, davranış strategiyalarımız üçün kiçik seçimimiz var və müvəffəqiyyətə zəmanət olmasa da, termonüvə enerjisinin inkişafı son dərəcə vacibdir. Bu barədə Financial Times (25 yanvar 2004-cü il tarixli) yazırdı:

Ümid edək ki, termonüvə enerjisinin inkişafı yolunda böyük və gözlənilməz sürprizlər olmayacaq. Belə olan halda, təxminən 30 ildən sonra biz ondan ilk dəfə olaraq enerji şəbəkələrinə elektrik cərəyanı verə biləcəyik və 10 ildən bir az artıq müddətdə ilk kommersiya termonüvə elektrik stansiyası fəaliyyətə başlayacaq. Ola bilsin ki, əsrimizin ikinci yarısında nüvə sintezi enerjisi qalıq yanacaqları əvəz etməyə başlayacaq və tədricən bəşəriyyətin qlobal miqyasda enerji ilə təmin olunmasında getdikcə daha mühüm rol oynamağa başlayacaq.

Termonüvə enerjisinin (bütün bəşəriyyət üçün səmərəli və genişmiqyaslı enerji mənbəyi kimi) yaradılması tapşırığının uğurla başa çatacağına heç bir tam zəmanət yoxdur, lakin bu istiqamətdə uğur ehtimalı kifayət qədər yüksəkdir. Termonüvə elektrik stansiyalarının böyük potensialını nəzərə alaraq, onların sürətli (və hətta sürətləndirilmiş) inkişafı layihələri üçün bütün xərcləri haqlı hesab etmək olar, xüsusən ona görə ki, bu investisiyalar dəhşətli dünya enerji bazarı (ildə 4 trilyon dollar) fonunda çox təvazökar görünür. ). Bəşəriyyətin enerjiyə olan tələbatının ödənilməsi çox ciddi problemdir. Qalıq yanacaqlar getdikcə azaldıqca (əlavə olaraq, onların istifadəsi arzuolunmaz hala gəlir), vəziyyət dəyişir və biz sadəcə olaraq füzyon gücünü inkişaf etdirməməyə imkan verə bilmərik.

“Termonüvə enerjisi nə vaxt peyda olacaq?” sualına. Lev Artsimoviç (tanınmış qabaqcıl və bu sahədə tədqiqatların rəhbəri) bir dəfə cavab verdi ki, "bu, bəşəriyyət üçün həqiqətən lazım olanda yaradılacaq".

ITER istehlak etdiyindən daha çox enerji istehsal edən ilk sintez reaktoru olacaq. Alimlər bu xüsusiyyəti “Q” adlandırdıqları sadə amillə ölçürlər. Əgər ITER bütün qarşıya qoyulmuş elmi məqsədlərə nail olmağı mümkün edərsə, o zaman istehlak etdiyindən 10 dəfə çox enerji istehsal edəcəkdir. Ən son qurulan cihaz, İngiltərədəki Birgə Avropa Torus, tamamlanmaqda olan daha kiçik bir prototip sintez reaktorudur. elmi araşdırma Q dəyərinə demək olar ki, 1 çatdı. Bu o deməkdir ki, o, istehlak etdiyi qədər enerji istehsal edib. ITER füzyondan enerjinin yaradılmasını nümayiş etdirməklə və Q dəyərini 10-a çatdırmaqla bunu ötəcək. İdeya təxminən 50 MVt enerji sərfiyyatı ilə 500 MVt yaratmaqdır. Beləliklə, ITER-in elmi məqsədlərindən biri Q dəyərinin 10-a çata biləcəyini sübut etməkdir.

Digər elmi məqsəd ondan ibarətdir ki, ITER-in çox uzun "yanma" vaxtı - bir saata qədər artırılmış nəbz olacaq. ITER davamlı olaraq enerji istehsal edə bilməyən tədqiqat eksperimental reaktordur. ITER işə başlayanda o, bir saat açıq olacaq, bundan sonra onu söndürmək lazımdır. Bu vacibdir, çünki indiyə qədər bizim yaratdığımız standart cihazlar bir neçə saniyə, hətta saniyənin onda biri qədər yanma müddətinə malik ola bilirdi - bu maksimumdur. "Birgə Avropa torus" 20 saniyə nəbz uzunluğu ilə təxminən iki saniyə yanma vaxtı ilə Q dəyərinə 1 çatdı. Ancaq bir neçə saniyə davam edən bir proses həqiqətən daimi deyil. Avtomobilin mühərrikini işə salmaqla bənzətməklə: mühərriki qısa müddətə işə salıb sonra söndürmək avtomobilin əsl işi deyil. Yalnız avtomobilinizi yarım saat sürəndə o, daimi iş rejiminə keçəcək və belə bir avtomobilin həqiqətən idarə oluna biləcəyini nümayiş etdirəcək.

Yəni texniki və elmi baxımdan, ITER 10 Q dəyərini və artan yanma müddətini təmin edəcəkdir.

Termonüvə sintezi proqramı həqiqətən beynəlxalq, geniş xarakter daşıyır. İnsanlar artıq ITER-in uğuruna ümid edirlər və növbəti addımı – DEMO adlı sənaye termonüvə reaktorunun prototipini yaratmaq barədə düşünürlər. Onu qurmaq üçün ITER-in işləməsi lazımdır. Biz öz elmi məqsədlərimizə çatmalıyıq, çünki bu, irəli sürdüyümüz ideyaların kifayət qədər həyata keçirilməsi demək olacaq. Bununla belə, razıyam ki, siz həmişə bundan sonra nə olacağını düşünməlisiniz. Bundan əlavə, İTER-in 25-30 il fəaliyyət göstərdiyi müddətdə biliklərimiz getdikcə daha da dərinləşəcək və genişlənəcək və növbəti addımımızın konturlarını daha dəqiq müəyyən edə biləcəyik.

Həqiqətən, ITER-in tam olaraq bir tokamak olub-olmaması ilə bağlı heç bir mübahisə yoxdur. Bəzi alimlər sualı tamam başqa cür qoyurlar: İTER olmalıdırmı? Özlərinin, o qədər də irimiqyaslı olmayan termonüvə layihələrini hazırlayan müxtəlif ölkələrdə ekspertlər belə bir böyük reaktorun ümumiyyətlə lazım olmadığını iddia edirlər.

Bununla belə, onların rəyi mötəbər hesab edilməyə dəyməz. İTER-in yaradılmasında bir neçə onilliklər ərzində toroidal tələlərlə işləyən fiziklər iştirak ediblər. Karadaşdakı eksperimental termonüvə reaktorunun dizaynı onlarla prekursor tokamak üzərində aparılan təcrübələr zamanı əldə edilmiş bütün biliklərə əsaslanırdı. Və bu nəticələr göstərir ki, reaktorda bir tokamak olmalıdır, həm də böyük.

JET Hazırda ən uğurlu tokamak Aİ tərəfindən Britaniyanın Abinqdon şəhərində inşa edilən JET hesab edilə bilər. Bu, bu günə qədər yaradılmış tokamak tipli reaktorların ən böyüyüdür, plazma torusunun böyük radiusu 2,96 metrdir. Termonüvə reaksiyasının gücü artıq 10 saniyəyə qədər saxlama müddəti ilə 20 meqavatdan çox olur. Reaktor plazmaya yatırılan enerjinin təxminən 40%-ni qaytarır.

Enerji balansını müəyyən edən plazma fizikasıdır”, - İqor Semenov Infox.ru-ya bildirib. Moskva Fizika-Texnika İnstitutunun dosenti enerji balansının nə olduğunu sadə bir misalla belə izah etdi: “Biz hamımız gördük ki, yanğın necə yanar. Əslində orada odun yox, qaz var. Orada enerji zənciri belədir: qaz yanır, odun qızır, odun buxarlanır, yenidən qaz yanır. Buna görə də, atəşə su atsaq, faza keçidi üçün sistemdən kəskin şəkildə enerji alacağıq maye su buxar vəziyyətinə keçir. Balans mənfi olacaq, yanğın sönəcək. Başqa bir yol var - biz sadəcə olaraq kosmosda odlu silahları götürə və yaya bilərik. Yanğın da sönəcək. Eyni şey bizim qurduğumuz füzyon reaktoru üçün də keçərlidir. Ölçülər bu reaktor üçün müvafiq müsbət enerji balansı yaratmaq üçün seçilir. Bu eksperimental mərhələdə hazırda həllini tapmamış bütün problemləri həll etməklə gələcəkdə real TES-in tikintisi kifayətdir”.

Reaktorun ölçüləri bir dəfə dəyişdi. Bu, 20-21-ci əsrin əvvəllərində, ABŞ layihədən çıxdıqda baş verdi və qalan üzvlər ITER büdcəsinin (o vaxt 10 milyard ABŞ dolları hesab olunurdu) çox böyük olduğunu başa düşdülər. Quraşdırmanın dəyərini azaltmaq üçün fiziklər və mühəndislər tələb olunurdu. Və bu, yalnız ölçü hesabına edilə bilərdi. ITER-in "yenidən dizaynına" əvvəllər Karadaşda fransız tokamak Tore Supra üzərində işləmiş fransız fizik Robert Aymar rəhbərlik edirdi. Plazma torusunun xarici radiusu 8,2 metrdən 6,3 metrə endirilib. Bununla belə, ixtisarla bağlı risklər bir neçə əlavə superkeçirici maqnitlə qismən kompensasiya edildi ki, bu da o zamanlar kəşf edilmiş və tədqiq edilmiş plazma qapanma rejimini həyata keçirməyə imkan verdi.

mənbə
http://ehorussia.com
http://oko-planet.su

Bəşəriyyət tədricən Yerin karbohidrogen ehtiyatlarının dönməz tükənməsi sərhədinə yaxınlaşır. İki əsrə yaxındır ki, biz planetin dibindən neft, qaz və kömür çıxarırıq və artıq aydındır ki, onların ehtiyatları çox böyük sürətlə tükənir. Dünyanın aparıcı ölkələri ekoloji cəhətdən təmiz, istismar baxımından təhlükəsiz, nəhəng yanacaq ehtiyatlarına malik yeni enerji mənbəyi yaratmaq barədə çoxdan fikirləşiblər.

füzyon reaktoru

Bu gün enerjinin alternativ formaları deyilən - fotovoltaiklər, külək enerjisi və su enerjisi şəklində bərpa olunan mənbələrdən istifadə haqqında çox danışılır. Aydındır ki, öz xüsusiyyətlərinə görə bu istiqamətlər yalnız enerji təchizatının köməkçi mənbələri kimi çıxış edə bilər.

Bəşəriyyətin uzunmüddətli perspektivi kimi yalnız nüvə reaksiyalarına əsaslanan enerji hesab edilə bilər.

Bir tərəfdən, öz ərazilərində nüvə reaktorlarının tikintisinə maraq göstərən dövlətlərin sayı getdikcə artır. Ancaq yenə də nüvə enerjisi üçün aktual problem radioaktiv tullantıların emalı və utilizasiyasıdır və bu, iqtisadi və ekoloji göstəricilərə təsir göstərir. Hələ 20-ci əsrin ortalarında dünyanın aparıcı fizikləri yeni enerji növləri axtarışında Yerdəki həyatın mənbəyinə - Günəşə müraciət etdilər, onun dərinliklərində təxminən 20 milyon dərəcə temperaturda reaksiyalar yüngül elementlərin birləşməsi (füzyonu) nəhəng enerjinin sərbəst buraxılması ilə baş verir.

Ən yaxşısı, yerli mütəxəssislər yer şəraitində nüvə birləşmə reaksiyalarını həyata keçirmək üçün bir qurğu hazırlamaq vəzifəsinin öhdəsindən gəldilər. Rusiyada idarə olunan termonüvə sintezi (CTF) sahəsində əldə edilmiş bilik və təcrübə, mübaliğəsiz olaraq bəşəriyyətin enerji ümidi olan layihənin əsasını təşkil etdi - tikilməkdə olan Beynəlxalq Eksperimental Termonüvə Reaktoru (ITER, ITER). Cadarache (Fransa).

Füzyon tarixi

İlk termonüvə tədqiqatları nüvə müdafiə proqramı üzərində işləyən ölkələrdə başladı. Bu təəccüblü deyil, çünki atom dövrünün başlanğıcında əsas məqsəd Deuterium plazma reaktorlarının ortaya çıxması bir iş idi fiziki proseslər isti plazmada, digər şeylərlə yanaşı, termonüvə silahlarının yaradılması üçün biliyi lazım idi. Məxfilikdən çıxarılan məlumatlara görə, SSRİ və ABŞ 1950-ci illərdə demək olar ki, eyni vaxtda başladı. UTS üzərində işləmək. Lakin, eyni zamanda, tarixi sübutlar var ki, hələ 1932-ci ildə köhnə inqilabçı və dünya proletariatının lideri Nikolay Buxarinin yaxın dostu, o vaxt Ali İqtisadi Şura Komitəsinin sədri vəzifəsini tutmuş və onun ardınca getmişdir. sovet elminin inkişafı, ölkədə idarə olunan termonüvə reaksiyalarını öyrənmək üçün layihənin başlamasını təklif etdi.

Sovet termonüvə layihəsinin tarixi gülməli faktsız deyildi. Gələcək məşhur akademik və hidrogen bombasının yaradıcısı Andrey Dmitrieviç Saxarov bir əsgərin məktubu ilə yüksək temperatur plazmasının maqnit istilik izolyasiyası ideyasından ilhamlanmışdır. sovet ordusu. 1950-ci ildə Saxalində xidmət edən serjant Oleq Lavrentyev Ümumittifaq Mərkəzi Komitəsinə göndərildi. kommunist partiyası o, mayeləşdirilmiş deyterium və tritium əvəzinə hidrogen bombasında litium-6 deuteridindən istifadə etməyi, həmçinin idarə olunan termonüvə sintezi üçün elektrostatik isti plazma ilə bir sistem yaratmağı təklif etdiyi bir məktub. Məktub o vaxtkı gənc alim Andrey Saxarovun cavabına çatıb və o, cavabında “yoldaş Lavrentyevin layihəsini ətraflı müzakirə etməyi zəruri hesab etdiyini” yazıb.

Artıq 1950-ci ilin oktyabrında Andrey Saxarov və onun həmkarı İqor Tamm maqnit birləşmə reaktorunun (MTR) ilk təxminlərini etdilər. İ.Tamm və A.Saxarovun ideyaları əsasında güclü uzununa maqnit sahəsinə malik ilk toroidal qurğu 1955-ci ildə LIPAN-da tikilmişdir. TMP adlanırdı - maqnit sahəsi olan bir torus. Sonrakı qurğular "TOROIDAL CAMERA MAGNETIC COIL" ifadəsindəki ilk hecaların birləşməsinə görə artıq TOKAMAK adlanırdı. Klassik formada tokamak, toroidal maqnit sahəsində yerləşdirilmiş pişişəkilli toroidal kameradır. 1955-ci ildən 1966-cı ilə qədər Kurçatov İnstitutunda 8 belə qurğu tikilib, onlar üzərində çoxlu müxtəlif tədqiqatlar aparılıb. Əgər 1969-cu ilə qədər tokamak SSRİ-dən kənarda yalnız Avstraliyada tikilirdisə, sonrakı illərdə ABŞ, Yaponiya, Avropa ölkələri, Hindistan, Çin, Kanada, Liviya, Misir də daxil olmaqla 29 ölkədə tikilmişdir. Ümumilikdə indiyədək dünyada 300-ə yaxın, o cümlədən SSRİ və Rusiyada 31, ABŞ-da 30, Avropada 32, Yaponiyada 27 tokamak tikilmişdir. Əslində, üç ölkə - SSRİ, Böyük Britaniya və ABŞ - ilk olaraq plazmanı cilovlaya biləcək və faktiki olaraq "sudan" enerji istehsalına başlaya biləcək gizli rəqabət aparırdılar.

Bir termonüvə reaktorunun ən vacib üstünlüyü, bütün müasir nüvə reaktorları ilə müqayisədə radiasiya bioloji təhlükəsinin min dəfə azaldılmasıdır.

Termonüvə reaktoru CO2 buraxmır və "ağır" radioaktiv tullantılar əmələ gətirmir. Bu reaktor istənilən yerdə, hər yerdə yerləşdirilə bilər.

Yarım əsrlik addım

1985-ci ildə akademik Yevgeni Velihov SSRİ adından Avropa, ABŞ və Yaponiya alimlərinə birgə termonüvə reaktoru yaratmağı təklif etdi və artıq 1986-cı ildə Cenevrədə qurğunun layihələndirilməsi ilə bağlı razılıq əldə edildi, sonradan adı ITER. 1992-ci ildə tərəfdaşlar reaktor üçün mühəndislik layihəsinin hazırlanmasına dair dördtərəfli saziş imzaladılar. Tikintinin birinci mərhələsinin ilk plazmanın qəbulu planlaşdırıldığı 2020-ci ilə qədər başa çatdırılması planlaşdırılır. 2011-ci ildə İTER sahəsində real tikinti başladı.

ITER sxemi 1960-cı illərdə hazırlanmış klassik rus tokamakını təkrarlayır. Planlaşdırılır ki, birinci mərhələdə reaktor 400-500 MVt termonüvə reaksiyalarının gücü ilə impuls rejimində, ikinci mərhələdə reaktorun fasiləsiz işləmə rejimi, həmçinin tritium seleksiyası sistemi fəaliyyət göstərəcək. sınaqdan keçirilsin.

ITER reaktoru əbəs yerə bəşəriyyətin enerji gələcəyi adlandırılmır. Birincisi, bu, dünyanın ən böyük elmi layihəsidir, çünki onu demək olar ki, bütün dünya Fransada qurur: Aİ + İsveçrə, Çin, Hindistan, Yaponiya, Cənubi Koreya, Rusiya və ABŞ iştirak edir. Obyektin tikintisi haqqında saziş 2006-cı ildə imzalanıb. Layihənin maliyyələşdirilməsinin təqribən 50%-ni Avropa ölkələri, yüksək texnoloji avadanlıqlar şəklində sərmayə yatırılacaq ümumi məbləğin təxminən 10%-ni Rusiyanın payına düşür. Lakin Rusiyanın ən mühüm töhfəsi ITER reaktorunun əsasını təşkil edən tokamak texnologiyasının özüdür.

İkincisi, bu, Günəşdə baş verən termonüvə reaksiyasından elektrik enerjisi istehsal etmək üçün istifadə etmək üçün ilk genişmiqyaslı cəhd olacaq. Üçüncüsü, bu elmi iş kifayət qədər praktik nəticələr verməlidir və əsrin sonuna qədər dünya kommersiya füzyon elektrik stansiyasının ilk prototipinin görünüşünü gözləyir.

Alimlər beynəlxalq eksperimental termonüvə reaktorunda ilk plazmanın 2025-ci ilin dekabrında əldə ediləcəyini təklif edirlər.

Niyə sözün həqiqi mənasında bütün dünya elmi ictimaiyyəti belə bir reaktor qurmağa başladı? Məsələ burasındadır ki, İTER-in tikintisində istifadə edilməsi planlaşdırılan bir çox texnologiyalar birdən-birə bütün ölkələrə aid deyil. Bir dövlət, hətta elm və texnologiya baxımından ən yüksək səviyyədə inkişaf etmiş bir dövlət, termonüvə reaktoru kimi yüksək texnologiyalı və sıçrayışlı layihədə istifadə olunan texnologiyanın bütün sahələrində eyni vaxtda ən yüksək dünya səviyyəli yüzlərlə texnologiyaya sahib ola bilməz. Lakin ITER yüzlərlə belə texnologiyadır.

Rusiya bir çox termonüvə sintezi texnologiyalarında qlobal səviyyəni üstələyir. Lakin, məsələn, Yapon nüvə alimlərinin də bu sahədə unikal səriştələri var ki, bu da ITER-də kifayət qədər tətbiq olunur.

Buna görə də, layihənin əvvəlində tərəfdaş ölkələr saytı kimin və nə ilə təmin edəcəyi barədə razılığa gəldilər və bu, yalnız mühəndislik sahəsində əməkdaşlıq deyil, tərəfdaşların hər biri üçün yeni texnologiyalar almaq imkanı olmalıdır. digər iştirakçılar ki, gələcəkdə onları özünüz inkişaf etdirin.

Andrey Retinger, beynəlxalq jurnalist