Меѓународен термонуклеарен реактор. Пат до Сонцето - изградба на реактор за фузија во Франција низ целиот свет. Ладна фузија

ИТЕР - Меѓународен термонуклеарен реактор (ИТЕР)

Потрошувачката на енергија од луѓето расте секоја година, што го турка енергетскиот сектор кон активен развој. Така, со појавата на нуклеарните централи, количината на енергија генерирана низ целиот свет значително се зголеми, што овозможи безбедно користење на енергијата за сите потреби на човештвото. На пример, 72,3% од електричната енергија произведена во Франција доаѓа од нуклеарни централи, во Украина - 52,3%, во Шведска - 40,0%, во Велика Британија - 20,4%, во Русија - 17,1%. Сепак, технологијата не стои, а со цел да се задоволат понатамошните енергетски потреби на идните земји, научниците работат на голем број иновативни проекти, од кои еден е ITER (Меѓународен термонуклеарен експериментален реактор).

Иако профитабилноста на оваа инсталација сè уште е доведена во прашање, според работата на многу истражувачи, создавањето и последователниот развој на технологијата за контролирана термонуклеарна фузија може да резултира со моќен и безбеден извор на енергија. Ајде да погледнеме некои од позитивните аспекти на таквата инсталација:

• Главното гориво на термонуклеарниот реактор е водородот, што значи практично неисцрпни резерви на нуклеарно гориво.
• Водородот може да се произведува со преработка на морската вода, која е достапна за повеќето земји. Од ова произлегува дека монополот на ресурсите на гориво не може да настане.
• Веројатноста за итна експлозија за време на работата на термонуклеарен реактор е многу помала отколку за време на работата на нуклеарен реактор. Според истражувачите, дури и во случај на несреќа, емисиите на радијација нема да претставуваат опасност за населението, што значи дека нема потреба од евакуација.
• За разлика од нуклеарните реактори, реакторите за фузија произведуваат радиоактивен отпад кој има краток полуживот, што значи дека се распаѓа побрзо. Исто така, нема производи за согорување во термонуклеарните реактори.
• За реактор за фузија не се потребни материјали што се користат и за нуклеарно оружје. Ова ја елиминира можноста за прикривање на производството на нуклеарно оружје со преработка на материјали за потребите на нуклеарниот реактор.

Термонуклеарен реактор - внатрешен поглед

Сепак, постојат и голем број технички недостатоци со кои истражувачите постојано се среќаваат.

На пример, сегашната верзија на горивото, претставена во форма на мешавина од деутериум и тритиум, бара развој на нови технологии. На пример, на крајот од првата серија тестови во термонуклеарниот реактор JET, најголемиот досега, реакторот стана толку радиоактивен што дополнително беше потребен развој на специјален роботски систем за одржување за да се заврши експериментот. Друг разочарувачки фактор во работата на термонуклеарниот реактор е неговата ефикасност - 20%, додека ефикасноста на нуклеарната централа е 33-34%, а термоцентралата е 40%.

Создавање на проектот ИТЕР и лансирање на реакторот

Проектот ITER датира од 1985 година, кога советски Сојузпредложи заедничко создавање на токамак - тороидална комора со магнетни намотки што е способна да држи плазма со помош на магнети, а со тоа да создаде услови потребни за појава на реакцијата на термонуклеарната фузија. Во 1992 година беше потпишан четиристран договор за развој на ИТЕР, чии страни беа ЕУ, САД, Русија и Јапонија. Во 1994 година, Република Казахстан се приклучи на проектот, во 2001 година - Канада, во 2003 година - Јужна Кореја и Кина, во 2005 година - Индија. Во 2005 година беше утврдена локацијата за изградба на реакторот - Истражувачкиот центар за нуклеарна енергија Кадараш, Франција.

Изградбата на реакторот започна со подготовка на јама за основата. Значи параметрите на јамата беа 130 x 90 x 17 метри. Целиот комплекс токамак ќе тежи 360.000 тони, од кои 23.000 тони се самиот токамак.

Различни елементи од комплексот ITER ќе бидат развиени и доставени до градилиштето од целиот свет. Така, во 2016 година, во Русија беа развиени дел од спроводниците за полоидални намотки, кои потоа беа испратени во Кина, која самите ќе ги произведува намотките.

Очигледно, таква голема работа воопшто не е лесно да се организира, голем број земји постојано не успеаја да го следат распоредот на проектот, како резултат на што лансирањето на реакторот постојано се одложуваше. Така, според минатогодишната (2016) јунска порака: „Приемот на првата плазма се планира за декември 2025 година“.

Работен механизам на токамак ITER

Терминот „токамак“ доаѓа од рускиот акроним што значи „тороидална комора со магнетни намотки“.

Срцето на токамак е неговата вакуумска комора во форма на торус. Внатре, под екстремна температура и притисок, водородното гориво станува плазма - топол, електрично наполнет гас. Како што е познато, ѕвездената материја е претставена со плазма, а термонуклеарните реакции во сончевото јадро се случуваат токму во услови на покачена температура и притисок. Слични услови за формирање, задржување, компресија и загревање на плазмата се создаваат со помош на масивни магнетни намотки кои се наоѓаат околу вакуумски сад. Влијанието на магнетите ќе ја ограничи топлата плазма од ѕидовите на садот.

Пред да започне процесот, воздухот и нечистотиите се отстрануваат од вакуумската комора. Потоа се полнат магнетни системи кои ќе помогнат во контролата на плазмата и се воведува гасовито гориво. Кога моќна електрична струја ќе помине низ садот, гасот електрично се дели и станува јонизиран (односно, електроните ги напуштаат атомите) и формира плазма.

Како што честичките на плазмата се активираат и се судираат, тие исто така почнуваат да се загреваат. Техниките за потпомогнато загревање помагаат да се доведе плазмата на температури помеѓу 150 и 300 милиони °C. Честичките „возбудени“ до овој степен можат да ја надминат својата природна електромагнетна одбивност при судир, таквите судири ослободуваат огромни количини енергија.

Дизајнот на токамак се состои од следниве елементи:

Сад за вакуум

(„крофна“) е тороидална комора изработена од нерѓосувачки челик. Неговиот голем дијаметар е 19 m, малиот 6 m, а неговата висина е 11 m. Волуменот на комората е 1.400 m 3, а неговата тежина е повеќе од 5.000 тони. Ѕидовите на вакуумскиот сад се двојни; течноста за ладење ќе циркулира помеѓу ѕидовите, која ќе биде дестилирана вода.вода. За да се избегне контаминација на водата, внатрешниот ѕид на комората е заштитен од радиоактивно зрачење со помош на ќебе.

Ќебе

(„ќебе“) – се состои од 440 фрагменти кои ја покриваат внатрешната површина на комората. Вкупната површина за банкет е 700м2. Секој фрагмент е еден вид касета, чие тело е направено од бакар, а предниот ѕид е отстранлив и изработен од берилиум. Параметрите на касетите се 1x1,5 m, а масата не е поголема од 4,6 тони.Таквите берилиумски касети ќе ги забават високоенергетските неутрони формирани за време на реакцијата. За време на умереноста на неутроните, топлината ќе се ослободи и ќе се отстрани од системот за ладење. Треба да се напомене дека берилиумската прашина формирана како резултат на работата на реакторот може да предизвика сериозна болест наречена берилиум и исто така има канцерогено дејство. Поради оваа причина, во комплексот се развиваат строги безбедносни мерки.

Токамак во пресек. Жолта - соленоид, портокалова - тороидално поле (TF) и полоидално поле (PF) магнети, сина - ќебе, светло сина - VV - вакуумски сад, виолетова - дивертор

(„пепелник“) од полоидален тип е уред чија главна задача е да ја „чисти“ плазмата од нечистотија што произлегува од загревањето и интеракцијата на ѕидовите на комората покриени со ќебе со неа. Кога таквите загадувачи влегуваат во плазмата, тие почнуваат интензивно да зрачат, што резултира со дополнителни загуби на зрачење. Се наоѓа на дното на токомак и користи магнети за да ги насочи горните слоеви на плазмата (кои се најзагадени) во комората за ладење. Овде плазмата се лади и се претвора во гас, по што повторно се испумпува надвор од комората. Прашината од берилиум, откако ќе влезе во комората, практично не може да се врати назад во плазмата. Така, контаминацијата со плазма останува само на површината и не продира подлабоко.

Криостат

- најголемата компонента на токомакот, која е обвивка од не'рѓосувачки челик со волумен од 16.000 m 2 (29,3 x 28,6 m) и маса од 3.850 тони.Другите елементи на системот ќе бидат сместени во внатрешноста на криостатот, а тој самиот служи како бариера помеѓу токамакот и надворешната средина. На неговите внатрешни ѕидови ќе има термички екрани кои се ладат со циркулирачки азот на температура од 80 K (-193,15 °C).

Магнетен систем

– збир на елементи кои служат за задржување и контрола на плазмата во вакум сад. Тоа е збир од 48 елементи:

• Намотките со тороидално поле се наоѓаат надвор од вакуумската комора и внатре во криостатот. Тие се претставени во 18 парчиња, од кои секоја е со димензии 15 x 9 m и тежи приближно 300 тони.
• Полоидни полиња намотки – лоцирани на врвот на намотките на тороидалното поле и внатре во криостатот. Овие намотки се одговорни за генерирање на магнетно поле кое ја одвојува плазматската маса од ѕидовите на комората и ја компресира плазмата за адијабатско загревање. Бројот на таквите намотки е 6. Две од калемите се со дијаметар од 24 m и маса од 400 тони, а останатите четири се нешто помали.
• Централниот соленоид се наоѓа во внатрешниот дел на тороидалната комора, поточно во „дупката за крофна“. Принципот на неговото функционирање е сличен на трансформаторот, а главната задача е да се возбуди индуктивна струја во плазмата.
• Корективните калеми се наоѓаат внатре во садот за вакуум, помеѓу ќебето и ѕидот на комората. Нивната задача е да ја задржат формата на плазмата, способна локално да „испакнува“, па дури и да ги допира ѕидовите на садот. Ви овозможува да го намалите нивото на интеракција на ѕидовите на комората со плазмата, а со тоа и нивото на нејзината контаминација, а исто така го намалува абењето на самата комора.

Структура на комплексот ITER

Дизајнот токамак опишан погоре „накратко“ е многу сложен иновативен механизам склопен преку напорите на неколку земји. Но, за негово целосно функционирање, потребен е цел комплекс на згради лоцирани во близина на токамак. Меѓу нив:

• Систем за контрола, пристап до податоци и комуникација – CODAC. Се наоѓа во голем број згради на комплексот ИТЕР.
• Складирање гориво и систем за гориво - служи за испорака на гориво до токамакот.
• Вакуумски систем - се состои од повеќе од четиристотини вакуумски пумпи, чија задача е да испумпува производи од термонуклеарна реакција, како и разни загадувачи од вакуумската комора.
• Криогенски систем - претставен со коло со азот и хелиум. Колото на хелиум ќе ја нормализира температурата во токамакот, чија работа (а со тоа и температура) не се јавува постојано, туку во импулси. Азотното коло ќе ги излади топлинските штитови на криостатот и самото коло на хелиум. Ќе има и систем за водено ладење, кој е насочен кон намалување на температурата на ќебе ѕидовите.
• Напојување. На токамак ќе му бидат потребни приближно 110 MW енергија за континуирано да работи. За да се постигне ова, ќе бидат поставени километарски далноводи и ќе се поврзат со француската индустриска мрежа. Вреди да се потсетиме дека експерименталниот објект ITER не обезбедува производство на енергија, туку работи само во научни интереси.

Финансирање на ITER

Меѓународниот термонуклеарен реактор ИТЕР е прилично скап зафат, кој првично беше проценет на 12 милијарди долари, при што Русија, САД, Кореја, Кина и Индија сочинуваат 1/11 од износот, Јапонија 2/11, а ЕУ 4 /11. Оваа сума подоцна се зголеми на 15 милијарди долари. Вреди да се одбележи дека финансирањето се случува преку набавка на опрема потребна за комплексот, која се развива во секоја земја. Така, Русија испорачува ќебиња, уреди за греење со плазма и суперспроводливи магнети.

Проектна перспектива

Во моментов во тек е изградбата на комплексот ИТЕР и производството на сите потребни компоненти за токамакот. По планираното лансирање на токамакот во 2025 година, ќе започнат серија експерименти врз основа на чии резултати ќе бидат забележани аспекти кои бараат подобрување. По успешното пуштање во употреба на ИТЕР, планирано е да се изгради електрана базирана на термонуклеарна фузија наречена ДЕМО (DEMOnstration Power Plant). Целта на DEMo е да ја демонстрира таканаречената „комерцијална привлечност“ на моќта на фузија. Ако ITER е способен да генерира само 500 MW енергија, тогаш DEMO ќе може постојано да генерира енергија од 2 GW.

Сепак, треба да се има предвид дека експерименталниот објект ITER нема да произведува енергија, а неговата цел е да добие чисто научни придобивки. И како што знаете, овој или оној физички експеримент не само што може да ги исполни очекувањата, туку и да донесе ново знаење и искуство на човештвото.

Денес, многу земји учествуваат во термонуклеарните истражувања. Лидери се Европската унија, САД, Русија и Јапонија, додека програмите во Кина, Бразил, Канада и Кореја брзо се прошируваат. Првично, реакторите за фузија во САД и СССР беа поврзани со развојот на нуклеарно оружје и останаа класифицирани до конференцијата „Атоми за мир“, која се одржа во Женева во 1958 година. По создавањето на советскиот токамак, истражувањето за нуклеарна фузија стана „голема наука“ во 1970-тите. Но, цената и сложеноста на уредите се зголемија до тој степен што меѓународната соработка стана единствениот пат напред.

Термонуклеарни реактори во светот

Од 1970-тите, комерцијалната употреба на фузија енергија постојано се одложува за 40 години. Меѓутоа, во последните годиниСе случи многу што ќе овозможи овој период да се скрати.

Изградени се неколку токамаки, вклучувајќи го европскиот ЈЕТ, британскиот MAST и експерименталниот реактор за фузија TFTR во Принстон, САД. Меѓународниот проект ITER моментално се гради во Кадараш, Франција. Ќе биде најголемиот токамак кога ќе почне да работи во 2020 година. Во 2030 година Кина ќе изгради CFETR, што ќе го надмине ITER. Во меѓувреме, Кина спроведува истражување на експерименталниот суперспроводлив токамак EAST.

Меѓу истражувачите е исто така популарен и друг вид фузиски реактор, стелатори. Еден од најголемите, LHD, започна со работа во Јапонскиот национален институт во 1998 година. Се користи за да се најде најдобрата магнетна конфигурација за плазма затворање. Германскиот институт Макс Планк спроведе истражување во реакторот Венделштајн 7-АС во Гарчинг помеѓу 1988 и 2002 година, а моментално во реакторот Венделштајн 7-Х, чија изградба траеше повеќе од 19 години. Уште еден ѕвездест TJII е во функција во Мадрид, Шпанија. Во САД, Лабораторијата Принстон (PPPL), која го изгради првиот фузиски реактор од овој тип во 1951 година, ја прекина изградбата на NCSX во 2008 година поради пречекорување на трошоците и недостаток на финансии.

Дополнително, постигнат е значителен напредок во истражувањето за инерцијална фузија. Изградбата на Националната постројка за палење (NIF) во Националната лабораторија Ливермор (LLNL), финансирана од Националната администрација за нуклеарна безбедност, беше завршена во март 2009 година. Францускиот ласерски мегажул (LMJ) започна со работа во октомври 2014 година. Реакторите за фузија користат ласери кои испорачуваат околу 2 милиони џули светлосна енергија во рок од неколку милијардити делови од секундата до цел со големина од неколку милиметри за да предизвикаат реакција на нуклеарна фузија. Примарната мисија на NIF и LMJ е истражување за поддршка на националните воени нуклеарни програми.

ИТЕР

Во 1985 година, Советскиот Сојуз предложи изградба на токамак од следната генерација заедно со Европа, Јапонија и Соединетите држави. Работата беше спроведена под покровителство на МААЕ. Помеѓу 1988 и 1990 година, беа создадени првите дизајни за Меѓународниот термонуклеарен експериментален реактор ITER, што исто така значи „пат“ или „патување“ на латински, за да се докаже дека фузијата може да произведе повеќе енергија отколку што апсорбира. Учествуваа и Канада и Казахстан, со посредство на Евроатом и Русија, соодветно.

Шест години подоцна, одборот на ITER го одобри првиот сеопфатен дизајн на реактор заснован на воспоставената физика и технологија, кој чини 6 милијарди долари. Потоа САД се повлекоа од конзорциумот, што ги принуди да ги преполоват трошоците и да го променат проектот. Резултатот е ITER-FEAT, кој чини 3 милијарди долари, но постигнува самоодржлив одговор и позитивен биланс на моќност.

Во 2003 година, САД повторно се приклучија на конзорциумот, а Кина ја објави својата желба да учествува. Како резултат на тоа, во средината на 2005 година партнерите се согласија да изградат ITER во Кадараш на југот на Франција. ЕУ и Франција учествуваа со половина од 12,8 милијарди евра, додека Јапонија, Кина, Јужна Кореја, САД и Русија придонесоа по 10%. Јапонија обезбеди високотехнолошки компоненти, одржуваше капацитет од 1 милијарда евра IFMIF дизајниран да тестира материјали и имаше право да го изгради следниот тест реактор. Вкупната цена на ИТЕР вклучува половина од трошоците за 10 години изградба и половина за 20 години работа. Индија стана седма членка на ИТЕР на крајот на 2005 година.

Експериментите треба да започнат во 2018 година со користење на водород за да се избегне активирање на магнетите. Користење на D-Tплазмата не се очекува пред 2026 година.

Целта на ITER е да генерира 500 MW (барем за 400 секунди) користејќи помалку од 50 MW влезна моќност без да произведува електрична енергија.

Демонстративната централа на Demo од два гигавати ќе произведува големи размери на тековна основа. Идејниот дизајн на Demo ќе биде завршен до 2017 година, а изградбата ќе започне во 2024 година. Лансирањето ќе се случи во 2033 година.

JET

Во 1978 година, ЕУ (Евратом, Шведска и Швајцарија) го започна заедничкиот европски проект ЈЕТ во ОК. JET денес е најголемиот оперативен токамак во светот. Сличен реактор JT-60 работи во јапонскиот Национален институт за фузија, но само ЈЕТ може да користи гориво деутериум-тритиум.

Реакторот беше лансиран во 1983 година и стана првиот експеримент, кој резултираше со контролирана термонуклеарна фузија со моќност до 16 MW за една секунда и 5 MW стабилна моќност на деутериум-тритиум плазма во ноември 1991 година. Извршени се многу експерименти за проучување на различни шеми за греење и други техники.

Понатамошните подобрувања на JET вклучуваат зголемување на неговата моќност. Компактниот реактор MAST се развива заедно со JET и е дел од проектот ITER.

К-СТАР

K-STAR е корејски суперспроводлив токамак од Националниот институт за истражување на фузија (NFRI) во Даеџон, кој ја произведе својата прва плазма во средината на 2008 година. ITER, кој е резултат на меѓународна соработка. Токамак со радиус од 1,8 m е првиот реактор што користи Nb3Sn суперспроводливи магнети, истите оние што се планирани за ITER. Во текот на првата фаза, завршена до 2012 година, K-STAR мораше да ја докаже одржливоста на основните технологии и да постигне плазма пулсирања кои траат до 20 секунди. Во втората фаза (2013-2017), се модернизира за проучување на долги импулси до 300 секунди во режим H и преминување во AT режим со високи перформанси. Целта на третата фаза (2018-2023) е да се постигне висока продуктивност и ефикасност во режимот со долг пулс. Во фаза 4 (2023-2025) ќе се тестираат DEMO технологиите. Уредот не е способен да работи со тритиум и не користи гориво D-T.

К-ДЕМО

Развиен во соработка со Лабораторијата за плазма физика Принстон (PPPL) на Министерството за енергија на САД и НФРИ од Јужна Кореја, K-DEMO е наменет да биде следниот чекор во развојот на комерцијалниот реактор надвор од ITER и ќе биде првата електрана способна да генерира енергија во електричната мрежа, имено 1 милион kW во рок од неколку недели. Ќе има дијаметар од 6,65 m и ќе има модул за зона за репродукција создаден како дел од проектот DEMO. Корејското Министерство за образование, наука и технологија планира да инвестира околу трилион корејски вони (941 милион долари) во него.

ИСТОК

Кинескиот експериментален напреден суперспроводлив Токамак (ИСТОК) на Институтот за физика на Кина во Хефеи создаде водородна плазма на температура од 50 милиони °C и ја одржуваше 102 секунди.

TFTR

Во американската лабораторија PPPL, експерименталниот реактор за фузија TFTR работеше од 1982 до 1997 година. Во декември 1993 година, TFTR стана првиот магнетски токамак кој спроведе опсежни експерименти со плазма деутериум-тритиум. Следната година, реакторот произведе тогаш рекордни 10,7 MW контролирана моќност, а во 1995 година беше постигнат температурен рекорд од 510 милиони °C. Сепак, објектот не ја постигна целта на рентабилна енергија на фузија, но успешно ги исполни целите за хардверски дизајн, давајќи значаен придонес во развојот на ITER.

LHD

LHD на јапонскиот национален институт за фузија во Токи, префектурата Гифу, беше најголемиот ѕвездест во светот. Реакторот за фузија беше лансиран во 1998 година и покажа карактеристики на затворање на плазмата споредливи со други големи капацитети. Беа постигнати јонска температура од 13,5 keV (околу 160 милиони °C) и енергија од 1,44 MJ.

Венделштајн 7-Х

По едногодишно тестирање, кое започна кон крајот на 2015 година, температурите на хелиумот накратко достигнаа 1 милион °C. Во 2016 година, реактор за фузија на водородна плазма со моќност од 2 MW достигна температура од 80 милиони °C за четвртина од секундата. W7-X е најголемиот ѕвездест во светот и се планира да работи непрекинато 30 минути. Цената на реакторот беше 1 милијарда евра.

NIF

Националната постројка за палење (NIF) во Националната лабораторија Ливермор (LLNL) беше завршена во март 2009 година. Користејќи ги своите 192 ласерски зраци, NIF може да концентрира 60 пати повеќе енергија од кој било претходен ласерски систем.

Ладна фузија

Во март 1989 година, двајца истражувачи, Американецот Стенли Понс и Британецот Мартин Флејшман, објавија дека лансирале едноставен реактор за ладна фузија на маса, кој работи на собна температура. Процесот вклучува електролиза на тешка вода користејќи електроди на паладиум на кои јадрата на деутериум биле концентрирани до висока густина. Истражувачите тврдат дека се произведувала топлина која може да се објасни само во однос на нуклеарни процеси, и имаше нуспроизводи од фузија вклучувајќи хелиум, тритиум и неутрони. Меѓутоа, другите експериментатори не можеа да го повторат овој експеримент. Повеќето од научната заедница не веруваат дека реакторите за ладна фузија се реални.

Нуклеарни реакции со ниска енергија

Иницирани од тврдењата за „ладна фузија“, истражувањето продолжи во полето со ниска енергија со одредена емпириска поддршка, но не општо прифатено научно објаснување. Очигледно, слабите нуклеарни интеракции се користат за создавање и фаќање неутрони (а не моќна сила, како во нивното спојување). Експериментите вклучуваат водород или деутериум кои минуваат низ каталитички слој и реагираат со метал. Истражувачите известуваат за забележано ослободување на енергија. Главниот практичен пример е интеракцијата на водород со никел во прав, ослободувајќи топлина во количина поголема од која било хемиска реакција може да произведе.

ИТЕР (ИТЕР, Меѓународен термонуклеарен експериментален реактор, „Меѓународен експериментален термонуклеарен реактор“) е голем научен и технички проект чија цел е изградба на првиот меѓународен експериментален термонуклеарен реактор.

Имплементиран од седум главни партнери (Европска унија, Индија, Кина, Република Кореја, Русија, САД, Јапонија) во Кадараш (Регионот Прованса-Алпи-Азурниот брег, Франција). ITER е заснован на инсталацијата токамак (именувана по нејзините први букви: тороидална комора со магнетни намотки), која се смета за најперспективен уред за спроведување контролирана термонуклеарна фузија. Првиот токамак бил изграден во Советскиот Сојуз во 1954 година.

Целта на проектот е да се покаже дека енергијата на фузија може да се користи на индустриско ниво. ITER треба да генерира енергија преку реакција на фузија со тешки водородни изотопи на температури над 100 милиони степени.

Се претпоставува дека 1 g гориво (мешавина од деутериум и тритиум) што ќе се користи во инсталацијата ќе обезбеди исто количество енергија како 8 тони нафта. Проценетата термонуклеарна моќност на ИТЕР е 500 MW.

Експертите велат дека реактор од овој тип е многу побезбеден од сегашните нуклеарни централи (НПП), а морската вода може да обезбеди гориво за него во речиси неограничени количини. Така, успешна имплементација ITER ќе обезбеди неисцрпен извор на еколошка енергија.

Историја на проектот

Концептот на реакторот е развиен во Институтот за атомска енергија по име. И.В.Курчатова. Во 1978 година, СССР ја изнесе идејата за спроведување на проектот во Меѓународната агенција за атомска енергија (МААЕ). Договорот за спроведување на проектот беше постигнат во 1985 година во Женева за време на преговорите меѓу СССР и САД.

Програмата подоцна беше одобрена од МААЕ. Во 1987 година, проектот го доби своето сегашно име, а во 1988 година беше создадено раководно тело - Советот на ИТЕР. Во 1988-1990 година Советски, американски, јапонски и европски научници и инженери спроведоа концептуална студија на проектот.

На 21 јули 1992 година, во Вашингтон, ЕУ, Русија, САД и Јапонија потпишаа договор за развој на техничкиот проект ITER, кој беше завршен во 2001 година. Во 2002-2005 година. Јужна Кореја, Кина и Индија се приклучија на проектот. Договорот за изградба на првиот меѓународен експериментален реактор за фузија беше потпишан во Париз на 21 ноември 2006 година.

Една година подоцна, на 7 ноември 2007 година, беше потпишан договор на градилиштето на ИТЕР, според кој реакторот ќе се наоѓа во Франција, во нуклеарниот центар Кадараш во близина на Марсеј. Центарот за контрола и обработка на податоци ќе биде лоциран во Нака (Префектура Ибараки, Јапонија).

Подготовката на градилиштето во Кадараш започна во јануари 2007 година, а целосна изградба започна во 2013 година. Комплексот ќе биде лоциран на површина од 180 хектари. Реакторот, висок 60 метри и тежок 23 илјади тони, ќе се наоѓа на локација долга 1 км и широка 400 м. Работите на неговата изградба ги координира Меѓународната организација ИТЕР, создадена во октомври 2007 година.

Цената на проектот се проценува на 15 милијарди евра, од кои ЕУ (преку Евроатом) учествува со 45,4%, а шест други учесници (вклучувајќи ја и Руската Федерација) придонесуваат со по 9,1%. Од 1994 година, Казахстан, исто така, учествува во проектот под квотата на Русија.

Елементите на реакторот ќе бидат доставени со брод до медитеранскиот брег на Франција и оттаму со специјални каравани ќе се транспортираат до регионот Кадараш. За таа цел, во 2013 година, значително беа доопремувани делови од постојните патишта, беа зајакнати мостовите, изградени се нови премини и колосеци со особено силни површини. Во периодот од 2014 до 2019 година по утврдениот пат треба да минуваат најмалку триесетина супертешки патни возови.

Плазма дијагностички системи за ITER ќе бидат развиени во Новосибирск. Договор за ова е потпишан на 27 јануари 2014 година од страна на директорот Интернационална организацијаИТЕР Осаму Мотоџима и шефот на националната агенција ИТЕР во Руската Федерација Анатолиј Красилников.

Развојот на дијагностички комплекс во рамките на новиот договор се врши врз основа на Физичко-техничкиот институт што го носи името. А. Ф. Јофе Руска академија Sci.

Се очекува реакторот да стапи во функција во 2020 година, на него ќе се извршат првите реакции на нуклеарна фузија не порано од 2027 година. Во 2037 година се планира да се заврши експерименталниот дел од проектот и до 2040 година да се префрли на производство на електрична енергија . Според прелиминарните прогнози на експертите, индустриската верзија на реакторот ќе биде готова не порано од 2060 година, а серија реактори од овој тип може да се создадат само до крајот на 21 век.

За долго време труднописака ме замоли да направам објава за термонуклеарниот реактор во изградба. Дознајте интересни детали за технологијата, дознајте зошто овој проект трае толку долго за да се спроведе. Конечно го собрав материјалот. Ајде да се запознаеме со деталите за проектот.

Како сето тоа започна? „Енергетскиот предизвик“ настана како резултат на комбинација од следниве три фактори:

1. Човештвото сега троши огромна количина на енергија.

Во моментов, потрошувачката на енергија во светот е околу 15,7 теравати (TW). Поделувајќи ја оваа вредност со светската популација, добиваме приближно 2400 вати по лице, што може лесно да се процени и визуелизира. Енергијата што ја троши секој жител на Земјата (вклучувајќи ги и децата) одговара на деноноќната работа на 24 електрични светилки од сто вати. Сепак, потрошувачката на оваа енергија низ планетата е многу нерамномерна, бидејќи е многу голема во неколку земји, а занемарлива во други. Потрошувачката (пресметана по лице) е 10,3 kW во САД (една од рекордните вредности), 6,3 kW во Руска Федерација, 5,1 kW во ОК итн., но од друга страна тоа е само 0,21 kW во Бангладеш (само 2% од потрошувачката на енергија во САД!).

Според Меѓународната агенција за енергија (2006), глобалната потрошувачка на енергија се очекува да се зголеми за 50% до 2030 година. Развиените земји, се разбира, би можеле да направат добро без дополнителна енергија, но овој раст е неопходен за да се извлече населението од сиромаштија. земји во развој, каде 1,5 милијарди луѓе доживуваат сериозен недостиг на електрична енергија.

3. Во моментов, 80% од светската енергија доаѓа од согорување на фосилни горива(нафта, јаглен и гас), чија употреба:
а) потенцијално претставува ризик од катастрофални промени во животната средина;
б) неизбежно мора да заврши еден ден.

Од она што беше кажано, јасно е дека сега мора да се подготвиме за крајот на ерата на користење фосилни горива

Во моментов, нуклеарните централи произведуваат енергија ослободена за време на реакциите на фисија на атомските јадра во голем обем. Создавањето и развојот на вакви станици треба да се поттикне на секој можен начин, но мора да се земе предвид дека и резервите на еден од најважните материјали за нивното работење (евтиниот ураниум) може целосно да се потрошат во следните 50 години. . Можностите за енергија заснована на нуклеарна фисија може (и треба) значително да се прошират преку употреба на поефикасни енергетски циклуси, со што ќе се овозможи речиси двојно поголема количина на произведена енергија. За да се развие енергија во оваа насока, неопходно е да се создадат реактори на ториум (т.н. реактори за одгледување ториум или реактори за одгледување), во кои реакцијата произведува повеќе ториум од оригиналниот ураниум, како резултат на што вкупната количина на произведена енергија за дадена количина супстанција се зголемува за 40 пати . Исто така, се чини ветувачко да се создадат одгледувачи на плутониум користејќи брзи неутрони, кои се многу поефикасни реактори за ураниуми ви дозволуваат да примате 60 пати повеќе енергија. Можеби за да се развијат овие области ќе биде неопходно да се развијат нови, нестандардни методи за добивање ураниум (на пример, од морска вода, која се чини дека е најпристапна).

Електрани за фузија

Сликата покажува шематски дијаграм (не во размер) на уредот и принципот на работа на термонуклеарна централа. Во централниот дел има тороидална (во облик на крофна) комора со волумен од ~2000 m3, исполнета со тритиум-деутериум (T-D) плазма загреана на температура над 100 M°C. Неутроните произведени за време на реакцијата на фузија (1) го напуштаат „магнетното шише“ и влегуваат во обвивката прикажана на сликата со дебелина од околу 1 m.

Во внатрешноста на обвивката, неутроните се судираат со атоми на литиум, што резултира со реакција која произведува тритиум:

неутрон + литиум → хелиум + тритиум

Покрај тоа, во системот се случуваат конкурентни реакции (без формирање на тритиум), како и многу реакции со ослободување на дополнителни неутрони, кои потоа исто така доведуваат до формирање на тритиум (во овој случај, ослободувањето на дополнителни неутрони може да биде значително подобрен, на пример, со воведување атоми на берилиум во обвивката и олово). Општ заклучоке дека во оваа инсталација може (барем теоретски) да дојде до реакција на нуклеарна фузија, во која ќе се формира тритиум. Во овој случај, количината на произведен тритиум не само што треба да ги задоволува потребите на самата инсталација, туку и да биде уште нешто поголема, што ќе овозможи снабдување на нови инсталации со тритиум. Токму овој оперативен концепт мора да се тестира и имплементира во реакторот ITER опишан подолу.

Дополнително, неутроните мора да ја загреваат обвивката во таканаречените пилот постројки (во кои ќе се користат релативно „обични“ градежни материјали) до приближно 400°C. Во иднина се планира да се создадат подобрени инсталации со температура на загревање на школка над 1000°C, што може да се постигне преку употреба на најновите материјали со висока цврстина (како што се композитите од силициум карбид). Топлината што се создава во обвивката, како и кај конвенционалните станици, ја зема примарното ладење со течноста за ладење (која содржи, на пример, вода или хелиум) и се пренесува во секундарното коло, каде што се произведува водена пареа и се доставува до турбините.

1985 - Советскиот Сојуз ја предложи следната генерација на централата Токамак, користејќи го искуството на четири водечки земји во создавањето на реактори за фузија. Соединетите Американски Држави, заедно со Јапонија и Европската заедница, дадоа предлог за спроведување на проектот.

Во моментов, во Франција, во тек е изградба на меѓународниот експериментален термонуклеарен реактор ITER (Меѓународен експериментален реактор Токамак), опишан подолу, кој ќе биде првиот токамак способен да „запали“ плазма.

Најнапредните постоечки токамак инсталации одамна достигнаа температури од околу 150 M°C, блиску до вредностите што се потребни за работа на станицата за фузија, но реакторот ITER треба да биде првата електрана од големи размери дизајнирана долго време. -трајно работење. Во иднина, ќе биде неопходно значително да се подобрат неговите работни параметри, што ќе бара, пред сè, зголемување на притисокот во плазмата, бидејќи брзината на нуклеарна фузија на дадена температура е пропорционална на квадратот на притисокот. Главниот научен проблем во овој случај е поврзан со фактот дека кога притисокот во плазмата се зголемува, се појавуваат многу сложени и опасни нестабилности, односно нестабилни режими на работа.

Зошто ни треба ова?

Главната предност на нуклеарната фузија е тоа што бара само многу мали количини на супстанции кои се многу вообичаени во природата како гориво. Реакцијата на нуклеарна фузија во опишаните инсталации може да доведе до ослободување на огромна количина на енергија, десет милиони пати поголема од стандардното ослободување на топлина за време на конвенционалните хемиски реакции(како согорување на фосилни горива). За споредба, посочуваме дека количината на јаглен потребна за напојување на термоцентрала со моќност од 1 гигават (GW) е 10.000 тони дневно (десет железнички вагони), а централа за фузија со иста моќност ќе троши само околу 1 килограм од смесата Д+Т дневно.

Деутериумот е стабилен изотоп на водород; Во околу една од секои 3.350 молекули на обична вода, еден од атомите на водород се заменува со деутериум (наследство што го наследивме од Големата експлозија). Овој факт го олеснува организирањето прилично евтино производство на потребната количина на деутериум од вода. Потешко е да се добие тритиум, кој е нестабилен (полуживотот е околу 12 години, како резултат на што неговата содржина во природата е занемарлива), меѓутоа, како што е прикажано погоре, тритиумот ќе се појави директно во внатрешноста на термонуклеарната инсталација за време на работата, поради реакцијата на неутроните со литиум.

Така, почетното гориво за реактор за фузија е литиум и вода. Литиумот е вообичаен метал кој широко се користи во апаратите за домаќинство (батерии за мобилни телефони итн.). Погоре опишаната инсталација, дури и земајќи ја предвид неидеалната ефикасност, ќе може да произведе 200.000 kWh електрична енергија, што е еквивалентно на енергијата содржана во 70 тони јаглен. Количината на литиум потребна за ова е содржана во една компјутерска батерија, а количината на деутериум е во 45 литри вода. Горенаведената вредност одговара на моменталната потрошувачка на електрична енергија (пресметана по лице) во земјите на ЕУ во текот на 30 години. Самиот факт дека толку незначително количество литиум може да обезбеди производство на толкаво количество електрична енергија (без емисии на CO2 и без најмало загадување на воздухот) е прилично сериозен аргумент за најбрзиот и најенергичен развој на термонуклеарната енергија (и покрај сите тешкотии и проблеми) па дури и без стопроцентна доверба во успехот на таквото истражување.

Деутериумот треба да трае милиони години, а резервите на лесно ископуван литиум се доволни за да ги задоволат потребите стотици години. Дури и ако литиумот во карпите истече, можеме да го извлечеме од вода, каде што се наоѓа во доволно високи концентрации (100 пати поголема од концентрацијата на ураниум) за да го направи неговото екстракција економски исплатливо.

Во близина на градот Кадараш во Франција се гради експериментален термонуклеарен реактор (International thermonuclear Experimental Reactor). Главната цел на проектот ITER е да се спроведе контролирана реакција на термонуклеарна фузија на индустриско ниво.

По единица тежина на термонуклеарно гориво, се добива околу 10 милиони пати повеќе енергија отколку кога се согорува истото количество органско гориво и околу сто пати повеќе отколку при разделување на јадрата на ураниум во реакторите на тековните нуклеарни централи. Ако се остварат пресметките на научниците и дизајнерите, ова ќе му даде на човештвото неисцрпен извор на енергија.

Затоа, голем број земји (Русија, Индија, Кина, Кореја, Казахстан, САД, Канада, Јапонија, земјите од Европската унија) ги здружија силите во создавањето на Меѓународниот термонуклеарен истражувачки реактор - прототип на нови електрани.

ITER е објект кој создава услови за синтеза на атоми на водород и тритиум (изотоп на водород), што резултира со формирање нов атом- атом на хелиум. Овој процес е придружен со огромен излив на енергија: температурата на плазмата во која се случува термонуклеарната реакција е околу 150 милиони степени Целзиусови (за споредба, температурата на јадрото на Сонцето е 40 милиони степени). Во овој случај, изотопите изгоруваат и практично не оставаат радиоактивен отпад.
Шемата за учество во меѓународниот проект предвидува набавка на компоненти на реакторот и финансирање на неговата изградба. Во замена за ова, секоја од земјите учеснички добива целосен пристап до сите технологии за создавање термонуклеарен реактор и до резултатите од сите експериментална работана овој реактор, кој ќе послужи како основа за проектирање на термонуклеарни реактори со сериска моќност.

Реакторот, заснован на принципот на термонуклеарна фузија, нема радиоактивно зрачење и е целосно безбеден за животната средина. Може да се наоѓа речиси насекаде глобус, а гориво за него е обична вода. Изградбата на ИТЕР се очекува да трае околу десет години, по што се очекува реакторот да биде во употреба 20 години.

Може да се кликне 4000 px

Руските интереси во Советот на Меѓународната организација за изградба на термонуклеарниот реактор ITER во наредните години ќе ги застапува дописниот член на Руската академија на науките Михаил Ковалчук ​​- директор на Институтот Курчатов, Институтот за кристалографија на Руската академија на науките. Науки и научен секретар на Претседателскиот совет за наука, технологија и образование. Ковалчук ​​на оваа функција привремено ќе го замени академик Евгениј Велихов, кој беше избран за претседател на Меѓународниот совет на ИТЕР во следните две години и нема право да ја комбинира оваа позиција со должностите на официјален претставник на земја учесничка.

Вкупните трошоци за изградба се проценуваат на 5 милијарди евра, а исто толку ќе биде потребна за пробна работа на реакторот. Акциите на Индија, Кина, Кореја, Русија, САД и Јапонија сочинуваат по околу 10 отсто од вкупната вредност, а 45 отсто доаѓаат од земјите на Европската унија. Сепак, европските држави се уште не се договориле како точно ќе бидат распределени трошоците меѓу нив. Поради ова, почетокот на изградбата беше одложен за април 2010 година. И покрај последното одложување, научниците и официјалните лица вклучени во ИТЕР велат дека ќе можат да го завршат проектот до 2018 година.

Проценетата термонуклеарна моќност на ИТЕР е 500 мегавати. Поединечните делови за магнет достигнуваат тежина од 200 до 450 тони. За ладење на ИТЕР ќе бидат потребни 33 илјади кубни метри вода дневно.

Во 1998 година, САД престанаа да го финансираат своето учество во проектот. Откако републиканците дојдоа на власт и почнаа постојаните прекини на струја во Калифорнија, администрацијата на Буш најави зголемени инвестиции во енергијата. САД немаа намера да учествуваат во меѓународниот проект и беа ангажирани во сопствен термонуклеарен проект. На почетокот на 2002 година, технолошкиот советник на претседателот Буш, Џон Марбургер Трети, рече дека Соединетите Држави се предомислиле и имаат намера да се вратат на проектот.

Во однос на бројот на учесници, проектот е споредлив со друг голем меѓународен научен проект - Меѓународната вселенска станица. Цената на ИТЕР, која претходно достигна 8 милијарди долари, тогаш изнесуваше помалку од 4 милијарди. Како резултат на повлекувањето на САД од учеството, беше одлучено да се намали моќноста на реакторот од 1,5 GW на 500 MW. Според тоа, цената на проектот исто така е намалена.

Во јуни 2002 година, во главниот град на Русија се одржа симпозиумот „Денови на ИТЕР во Москва“. Се разговараше за теоретските, практичните и организациски проблеми за заживување на проектот, чиј успех може да ја промени судбината на човештвото и да му даде нов вид енергија, споредлива по ефикасност и економичност само со енергијата на Сонцето.

Во јули 2010 година, претставниците на земјите-учеснички во проектот за меѓународниот термонуклеарен реактор ITER го одобрија неговиот буџет и распоред за изградба на вонреден состанок одржан во Кадараш, Франција. .

На последниот вонреден состанок, учесниците во проектот го одобрија датумот на започнување на првите експерименти со плазма - 2019 година. Целосните експерименти се планирани за март 2027 година, иако раководството на проектот побара од техничките специјалисти да се обидат да го оптимизираат процесот и да започнат со експерименти во 2026 година. Учесниците на состанокот одлучија и за трошоците за изградба на реакторот, но не беа соопштени сумите кои се планираат да се потрошат за создавање на инсталацијата. Според информациите добиени од уредникот на порталот ScienceNOW од неименуван извор, до почетокот на експериментите, цената на проектот ITER би можела да достигне 16 милијарди евра.

Состанокот во Кадараче го одбележа и првиот официјален работен ден за новиот директор на проектот, јапонскиот физичар Осаму Мотоџима. Пред него, проектот од 2005 година го водеше Јапонецот Канаме Икеда, кој сакаше да ја напушти функцијата веднаш по одобрувањето на буџетот и роковите за изградба.

Реакторот за фузија ITER е заеднички проектземји од Европската унија, Швајцарија, Јапонија, САД, Русија, Јужна Кореја, Кина и Индија. Идејата за создавање на ИТЕР се разгледуваше од 80-тите години на минатиот век, но поради финансиски и технички тешкотии, цената на проектот постојано расте, а датумот за почеток на изградбата постојано се одложува. Во 2009 година, експертите очекуваа дека работата за создавање на реакторот ќе започне во 2010 година. Подоцна, овој датум беше поместен, а прво 2018 година, а потоа и 2019 година беа именувани како време на лансирање на реакторот.

Реакциите на термонуклеарна фузија се реакции на фузија на јадра од светлосни изотопи за формирање на потешко јадро, кои се придружени со огромно ослободување на енергија. Теоретски, реакторите за фузија можат да произведат многу енергија по ниска цена, но во моментов научниците трошат многу повеќе енергија и пари за да започнат и одржуваат реакција на фузија.

Термонуклеарната фузија е евтин и еколошки начин за производство на енергија. Неконтролираната термонуклеарна фузија се случува на Сонцето со милијарди години - хелиумот се формира од тешкиот водороден изотоп деутериум. Ова ослободува огромна количина на енергија. Меѓутоа, луѓето на Земјата сè уште не научиле да ги контролираат таквите реакции.

Реакторот ITER ќе користи водородни изотопи како гориво. За време на термонуклеарна реакција, енергијата се ослободува кога лесните атоми се комбинираат во потешки. За да се постигне ова, гасот мора да се загрее на температура од над 100 милиони степени - многу повисока од температурата во центарот на Сонцето. Гасот на оваа температура се претвора во плазма. Во исто време, атомите на изотопи на водород се спојуваат, претворајќи се во атоми на хелиум со ослободување на голем број неутрони. Електраната што работи на овој принцип ќе ја користи енергијата на неутроните забавена од слој густ материјал (литиум).

Зошто создавањето на термонуклеарни инсталации траеше толку долго?

Зошто сè уште не се создадени толку важни и вредни инсталации, за чии придобивки се зборува речиси половина век? Постојат три главни причини (дискутирани подолу), од кои првата може да се нарече надворешна или социјална, а другите две - внатрешни, односно утврдени со законите и условите на развојот на самата термонуклеарна енергија.

1. Долго време се веруваше дека проблемот со практичната употреба на енергијата од термонуклеарна фузија не бара итни одлуки и активности, бидејќи уште во 80-тите години на минатиот век, изворите на фосилни горива изгледаа неисцрпни, а проблемите со животната средина и климатските промени направија не ја засега јавноста. Во 1976 година, Советодавниот комитет за фузија за енергија на Министерството за енергетика на САД се обиде да ја процени временската рамка за истражување и развој и демонстративна фузија електрана под различни опции за финансирање на истражување. Истовремено, беше откриено дека обемот на годишното финансирање за истражување во оваа насока е целосно недоволен, а доколку се задржи постојното ниво на средства, создавањето на термонуклеарни инсталации никогаш нема да биде успешно, бидејќи доделените средства не одговараат дури и на минимално, критично ниво.

2. Посериозна пречка за развојот на истражувањата во оваа област е тоа што не може да се создаде и демонстрира во мал обем термонуклеарна инсталација од типот за кој се дискутира. Од објаснувањата претставени подолу, ќе стане јасно дека термонуклеарната фузија бара не само магнетно ограничување на плазмата, туку и доволно загревање на плазмата. Односот на потрошената и добиената енергија се зголемува барем пропорционално на квадратот на линеарните димензии на инсталацијата, како резултат на што научните и техничките способности и предностите на термонуклеарните инсталации можат да се тестираат и покажат само на прилично големи станици, како што се како споменатиот реактор ITER. Општеството едноставно не беше подготвено да финансира толку големи проекти додека не постоеше доволна доверба во успехот.

3. Развојот на термонуклеарната енергија беше многу сложен, сепак (и покрај недоволното финансирање и тешкотиите во изборот на центри за создавање на инсталации JET и ITER), забележан е јасен напредок во последниве години, иако сè уште не е создадена оперативна станица.

Современиот свет се соочува со многу сериозен енергетски предизвик, кој попрецизно може да се нарече „неизвесна енергетска криза“. Проблемот е поврзан со фактот дека резервите на фосилни горива може да истечат во втората половина на овој век. Згора на тоа, согорувањето на фосилните горива може да резултира со потреба некако да се одвои и „складира“ јаглерод диоксидот ослободен во атмосферата (програмата CCS спомената погоре) за да се спречат големи промени во климата на планетата.

Во моментов, речиси целата енергија што ја троши човештвото се создава со согорување на фосилни горива, а решението на проблемот може да биде поврзано со употреба на сончева енергија или нуклеарна енергија (создавање на реактори со брзи размножувачи итн.). Глобален проблем, поттикната од растечкото население на земјите во развој и нивната потреба за подобрување на животниот стандард и зголемување на количината на произведена енергија, не може да се реши само врз основа на разгледуваните пристапи, иако, се разбира, сите обиди за развој на алтернативни методи за производство на енергија треба да се охрабруваат.

Строго кажано, имаме мал избор на стратегии за однесување и развојот на термонуклеарната енергија е исклучително важен, дури и покрај недостатокот на гаранција за успех. Весникот Financial Times (од 25 јануари 2004 година) напиша за ова:

Да се ​​надеваме дека нема да има поголеми и неочекувани изненадувања на патот кон развојот на термонуклеарната енергија. Во овој случај, за околу 30 години ќе можеме за првпат да снабдуваме електрична струја од него до енергетските мрежи, а за нешто повеќе од 10 години ќе почне да работи првата комерцијална термонуклеарна централа. Можно е во втората половина на овој век, енергијата од нуклеарна фузија да почне да ги заменува фосилните горива и постепено да почне да игра сè поважна улога во обезбедувањето енергија на човештвото на глобално ниво.

Не постои апсолутна гаранција дека задачата за создавање термонуклеарна енергија (како ефективен и голем извор на енергија за целото човештво) ќе биде успешно завршена, но веројатноста за успех во оваа насока е доста висока. Со оглед на огромниот потенцијал на термонуклеарните станици, сите трошоци за проекти за нивниот брз (па дури и забрзан) развој може да се сметаат за оправдани, особено затоа што овие инвестиции изгледаат многу скромни во позадината на монструозниот глобален енергетски пазар (4 трилиони долари годишно8). Задоволувањето на енергетските потреби на човештвото е многу сериозен проблем. Како што фосилните горива стануваат помалку достапни (а нивната употреба станува непожелна), ситуацијата се менува и едноставно не можеме да си дозволиме да не развиваме енергија од фузија.

На прашањето „Кога ќе се појави термонуклеарната енергија? Лев Арсимович (признат пионер и водач на истражување во оваа област) еднаш одговори дека „ќе се создаде кога ќе стане навистина неопходно за човештвото“.

ITER ќе биде првиот реактор за фузија што ќе произведува повеќе енергија отколку што троши. Научниците ја мерат оваа карактеристика користејќи едноставен коефициент што го нарекуваат „Q“. Ако ITER ги постигне сите свои научни цели, ќе произведе 10 пати повеќе енергија отколку што троши. Најновиот уред што треба да се изгради, Joint European Thor во Англија, е помал прототип на фузионен реактор кој е во завршна фаза научно истражувањедостигнал Q вредност од речиси 1. Тоа значи дека произвел потполно исто количество енергија како што потрошило. ITER ќе оди подалеку од ова со демонстрација на создавање енергија од фузија и постигнување Q вредност од 10. Идејата е да се генерираат 500 MW од потрошувачка на енергија од приближно 50 MW. Така, една од научните цели на ITER е да докаже дека Q вредност од 10 може да се постигне.

Друга научна цел е дека ITER ќе има многу долго време за „горење“ - пулс со продолжено траење до еден час. ITER е истражувачки експериментален реактор кој не може постојано да произведува енергија. Кога ITER ќе почне да работи, ќе биде вклучен еден час, по што ќе треба да се исклучи. Ова е важно бидејќи досега стандардните уреди што ги создадовме можеа да имаат време на горење од неколку секунди или дури десетини од секундата - ова е максимумот. „Заедничкиот европски торус“ ја достигна својата Q вредност од 1 со време на согорување од приближно две секунди со должина на пулсот од 20 секунди. Но, процесот што трае неколку секунди не е навистина траен. По аналогија со палењето на моторот на автомобилот: накратко вклучување на моторот и потоа исклучување сè уште не е вистинска работа на автомобилот. Само кога го возите вашиот автомобил половина час, тој ќе достигне постојан режим на работа и ќе покаже дека таков автомобил навистина може да се вози.

Односно, од техничка и научна гледна точка, ITER ќе обезбеди Q вредност од 10 и зголемено време на горење.

Програмата за термонуклеарна фузија е навистина меѓународна и широка по природа. Луѓето веќе сметаат на успехот на ITER и размислуваат за следниот чекор - создавање на прототип на индустриски термонуклеарен реактор наречен DEMO. За да го изгради, ITER треба да работи. Ние мора да ги постигнеме нашите научни цели бидејќи тоа ќе значи дека идеите што ги изнесуваме се целосно остварливи. Сепак, се согласувам дека секогаш треба да размислувате за тоа што следува. Дополнително, како што ИТЕР работи 25-30 години, нашето знаење постепено ќе се продлабочува и проширува и ќе можеме попрецизно да го опишеме нашиот следен чекор.

Навистина, нема дебата дали ИТЕР треба да биде токамак. Некои научници сосема поинаку го поставуваат прашањето: дали треба да постои ИТЕР? Специјалисти во различни земји, развивајќи свои, не толку големи термонуклеарни проекти, тврдат дека таков голем реактор воопшто не е потребен.

Сепак, нивното мислење тешко дека треба да се смета за авторитетно. Во создавањето на ITER беа вклучени физичари кои работат со тороидални стапици неколку децении. Дизајнот на експерименталниот термонуклеарен реактор во Карадаш се засноваше на целото знаење стекнато за време на експериментите на десетици претходници токамаци. И овие резултати укажуваат дека реакторот мора да биде токамак, а притоа голем.

JET Во моментов, најуспешен токамак може да се смета JET, изграден од ЕУ во британскиот град Абингдон. Ова е најголемиот реактор од типот токамак создаден до денес, големиот радиус на плазма торусот е 2,96 метри. Моќта на термонуклеарната реакција веќе достигна повеќе од 20 мегавати со време на задржување до 10 секунди. Реакторот враќа околу 40% од енергијата внесена во плазмата.

Физиката на плазмата е таа што го одредува енергетскиот биланс“, изјави Игор Семенов за Infox.ru. Вонреден професор на MIPT опиша што е енергетска рамнотежа со едноставен пример: „Сите видовме пожар кој изгоре. Всушност, таму не гори дрво, туку гас. Енергетскиот синџир таму е вака: гасот гори, дрвото се загрева, дрвото испарува, гасот повторно гори. Затоа, ако фрлиме вода на огнот, нагло ќе ја одземеме енергијата од системот за фазна транзиција течна водаво состојба на пареа. Билансот ќе стане негативен и огнот ќе изгасне. Постои и друг начин - можеме едноставно да ги земеме огнот и да ги шириме во вселената. Ќе изгасне и пожарот. Истото е и во термонуклеарниот реактор што го градиме. Димензиите се избрани за да се создаде соодветен позитивен енергетски биланс за овој реактор. Доволно е да се изгради вистинска нуклеарна централа во иднина, решавајќи ги во оваа експериментална фаза сите проблеми кои во моментов остануваат нерешени“.

Димензиите на реакторот беа сменети еднаш. Ова се случи на преминот од 20 до 21 век, кога Соединетите Држави се повлекоа од проектот, а останатите членки сфатија дека буџетот на ИТЕР (дотогаш се проценуваше на 10 милијарди американски долари) е преголем. Од физичари и инженери се бараше да ги намалат трошоците за инсталација. И ова можеше да се направи само поради големината. „Редизајнот“ на ИТЕР го предводеше францускиот физичар Роберт Ајмар, кој претходно работеше на францускиот Tore Supra tokamak во Карадаш. Надворешниот радиус на плазма торусот е намален од 8,2 на 6,3 метри. Сепак, ризиците поврзани со намалувањето на големината беа делумно компензирани со неколку дополнителни суперспроводливи магнети, кои овозможија да се имплементира режимот на затворање на плазмата, кој беше отворен и проучуван во тоа време.

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

Човештвото постепено се приближува до границата на неповратно исцрпување на јаглеводородните ресурси на Земјата. Речиси два века вадиме нафта, гас и јаглен од утробата на планетата и веќе е јасно дека нивните резерви се трошат со огромна брзина. Водечките земји во светот долго време размислуваат за создавање на нов извор на енергија, еколошки, безбеден од гледна точка на работа, со огромни резерви на гориво.

Реактор за фузија

Денес многу се зборува за користење на таканаречените алтернативни видови енергија - обновливи извори во форма на фотоволтаици, енергија од ветер и хидроенергија. Очигледно е дека, поради нивните својства, овие насоки можат да дејствуваат само како помошни извори на снабдување со енергија.

Како долгорочна перспектива за човештвото, може да се смета само енергијата заснована на нуклеарни реакции.

Од една страна, се повеќе држави покажуваат интерес за изградба на нуклеарни реактори на нивна територија. Но, сепак, итен проблем за нуклеарната енергија е преработката и отстранувањето на радиоактивен отпад, а тоа влијае на економските и еколошките индикатори. Уште во средината на 20 век, водечките светски физичари, во потрага по нови видови енергија, се свртеа кон изворот на животот на Земјата - Сонцето, во чии длабочини, на температура од околу 20 милиони степени, се појавија реакции на синтеза (фузија) на лесни елементи се одвива со ослободување на колосална енергија.

Домашните специјалисти се справија со задачата да развијат капацитет за спроведување реакции на нуклеарна фузија под копнени услови најдобро од сè. Знаењето и искуството во областа на контролирана термонуклеарна фузија (CTF), добиени во Русија, ја формираа основата на проектот, кој е, без претерување, енергетската надеж на човештвото - Меѓународниот експериментален термонуклеарен реактор (ИТЕР), кој се изградена во Кадараш (Франција).

Историја на термонуклеарната фузија

Првото термонуклеарно истражување започна во земјите кои работат на нивните програми за атомска одбрана. Ова не е изненадувачки, бидејќи во зората на атомската ера главна целпојавата на деутериум плазма реактори беше студија физички процесиво топла плазма, чие знаење беше неопходно, меѓу другото, и за создавање на термонуклеарно оружје. Според декласифицираните податоци, СССР и САД започнале речиси истовремено во 1950-тите. работа на UTS. Но, во исто време, постојат историски докази дека уште во 1932 година, стариот револуционер и близок пријател на водачот на светскиот пролетаријат Николај Бухарин, кој во тоа време ја извршуваше функцијата претседател на комитетот на Врховниот економски совет и го следеше развој на советската наука, предложи да започне проект во земјата за проучување на контролирани термонуклеарни реакции.

Историјата на советскиот термонуклеарен проект не е без забавен факт. Идниот познат академик и креатор на хидрогенската бомба, Андреј Дмитриевич Сахаров, беше инспириран од идејата за магнетна топлинска изолација на плазма со висока температура од писмо од војник. Советската армија. Во 1950 година, наредникот Олег Лаврентиев, кој служел на Сахалин, испратил до Централниот комитет на Сојузот комунистичка партијаписмо во кое тој предлага да се користи во хидрогенска бомбалитиум-6 деутерид наместо течен деутериум и тритиум, а исто така создава систем со електростатско ограничување на топла плазма за контролирана термонуклеарна фузија. Писмото беше разгледано од тогашниот млад научник Андреј Сахаров, кој во својата рецензија напиша дека „смета дека е неопходно да се има детална дискусија за проектот на другарот Лаврентиев“.

Веќе до октомври 1950 година, Андреј Сахаров и неговиот колега Игор Там ги направија првите проценки за магнетниот термонуклеарен реактор (МТР). Првата тороидална инсталација со силно надолжно магнетно поле, заснована на идеите на И. Там и А. Сахаров, е изградена во 1955 година во ЛИПАН. Тоа беше наречено TMP - торус со магнетно поле. Последователните инсталации веќе беа наречени ТОКАМАК, по комбинацијата на почетните слогови во фразата „МАГНЕТНА КАМЕЛА НА ТОРИДАЛНА КОМОРА“. Во својата класична верзија, токамак е тороидална комора во облик на крофна сместена во тороидално магнетно поле. Од 1955 до 1966 г Во Институтот Курчатов беа изградени 8 такви инсталации, на кои беа извршени многу различни студии. Ако пред 1969 година, токамак бил изграден надвор од СССР само во Австралија, тогаш во следните години тие биле изградени во 29 земји, вклучувајќи ги САД, Јапонија, европските земји, Индија, Кина, Канада, Либија, Египет. Севкупно, до денес во светот се изградени околу 300 токамаци, од кои 31 во СССР и Русија, 30 во САД, 32 во Европа и 27 во Јапонија. Всушност, три земји - СССР, Велика Британија и САД - беа вклучени во неискажана конкуренција за да се види кој ќе биде првиот што ќе ја искористи плазмата и всушност ќе започне да произведува енергија „од вода“.

Најважната предност на термонуклеарниот реактор е намалувањето на биолошката опасност од радијација за приближно илјада пати во споредба со сите модерни нуклеарни реактори.

Термонуклеарниот реактор не испушта CO2 и не произведува „тежок“ радиоактивен отпад. Овој реактор може да се постави секаде, секаде.

Чекор од половина век

Во 1985 година, академик Евгениј Велихов, во име на СССР, предложи научниците од Европа, САД и Јапонија да работат заедно за создавање термонуклеарен реактор, а веќе во 1986 година во Женева беше постигнат договор за дизајнот на инсталацијата, кој подоцна го доби името ИТЕР. Во 1992 година, партнерите потпишаа четиристран договор за развој на инженерски дизајн за реакторот. Првата фаза од изградбата е предвидено да заврши до 2020 година, кога е планирано да се добие првата плазма. Во 2011 година започна вистинска изградба на локацијата ИТЕР.

Дизајнот ITER го следи класичниот руски токамак, развиен во 1960-тите. Планирано е во првата фаза реакторот да работи во пулсен режим со моќност на термонуклеарни реакции од 400–500 MW, во втората фаза ќе се тестира континуираната работа на реакторот, како и системот за репродукција на тритиум. .

Не за џабе реакторот ИТЕР се нарекува енергетска иднина на човештвото. Прво, ова е најголемиот светски научен проект, бидејќи во Франција го гради речиси целиот свет: учествуваат ЕУ + Швајцарија, Кина, Индија, Јапонија, Јужна Кореја, Русија и САД. Договорот за изградба на инсталацијата беше потпишан во 2006 година. Европските земји учествуваат со околу 50% од финансирањето на проектот, Русија учествува со приближно 10% од вкупниот износ, кој ќе се инвестира во форма на високотехнолошка опрема. Но, најмногу главен придонесРусија - самата технологија токамак, која ја формираше основата на реакторот ИТЕР.

Второ, ова ќе биде прв обид од големи размери да се искористи термонуклеарната реакција што се случува на Сонцето за да се произведе електрична енергија. Трето, ова научна работатреба да донесе многу практични резултати, а до крајот на векот светот го очекува појавувањето на првиот прототип на комерцијална термонуклеарна централа.

Научниците претпоставуваат дека првата плазма во меѓународниот експериментален термонуклеарен реактор ќе биде произведена во декември 2025 година.

Зошто буквално целата светска научна заедница почна да гради ваков реактор? Факт е дека многу технологии кои се планирани да се користат при изградбата на ИТЕР не припаѓаат на сите земји одеднаш. Една држава, дури и најразвиената во научна и техничка смисла, не може веднаш да има сто технологии од највисоко светско ниво во сите области на технологија што се користат во таков високотехнолошки и пробивен проект како термонуклеарен реактор. Но, ITER се состои од стотици слични технологии.

Русија го надминува глобалното ниво во многу технологии за термонуклеарна фузија. Но, на пример, јапонските нуклеарни научници имаат и уникатни компетенции во оваа област, кои се доста применливи во ИТЕР.

Затоа, на самиот почеток на проектот, земјите-партнери постигнаа договор за тоа кој и што ќе се испорачува на локацијата и дека тоа не треба да биде само соработка во областа на инженерството, туку можност секој од партнерите да добие нови технологии. од другите учесници, за во иднина самите да ги развивате.

Андреј Ретингер, меѓународен новинар