Hvem bygger en termonuklear reaktor? International eksperimentel fusionsreaktor

Projektet med den internationale eksperimentelle termonukleare reaktor ITER startede i 2007. Det ligger i Cadarache i det sydlige Frankrig. ITER's hovedopgave, ifølge dem, der har udtænkt og implementeret projektet, er at demonstrere mulighederne for kommerciel brug af termonuklear fusion.

ITER er et strategisk internationalt videnskabeligt initiativ mere end 30 lande deltager i implementeringen.

"Vi er i hjertet af en fremtidig fusionsreaktor. Det vejer tre Eiffeltårne og har et samlet areal på 60 fodboldbaner,” rapporterer euronews-journalisten Claudio Rocco.

En fusionsreaktor eller toroidal installation til magnetisk plasma indeslutning, ellers kaldet en tokomak, er skabt for at opnå de nødvendige betingelser for at kontrolleret termonuklear fusion kan forekomme. Plasmaet i tokamak holdes ikke af kammerets vægge, men af en specielt skabt kombineret magnetfelt- toroidalt eksternt og poloidt strømfelt, der strømmer gennem plasmaledningen. Sammenlignet med andre installationer, der bruger et magnetfelt til at begrænse plasma, er brugen af elektrisk strøm hovedfunktion tokamak

Ved udførelse af kontrolleret termonuklear fusion vil deuterium og tritium blive brugt i tokamak.
Detaljer i interviewet generaldirektør ITER af Bernard Bigot.

Hvad er fordelen ved energi produceret gennem kontrolleret nuklear fusion?

”Først og fremmest i brugen af brintisotoper, som igen betragtes som en næsten uudtømmelig kilde: brint findes overalt, også i Verdenshavet. Så så længe der er vand på Jorden, hav og frisk, vil vi blive forsynet med brændstof til tokamak - vi taler om omkring millioner af år. Anden fordel - radioaktivt affald har ganske kort periode halveringstid: flere hundrede år sammenlignet med affaldsprodukter fra nuklear fusion."

Termonuklear fusion er kontrolleret og ifølge Bernard Bigot relativt let at afbryde, hvis der sker en ulykke. En anden situation i en lignende sag opstår med kernefusion.

Ved at opvarme et stof kan der opnås en kernereaktion. Det er dette forhold mellem opvarmning af et stof og en nuklear reaktion, der afspejles af udtrykket "termonuklear reaktion."

Designet af tokamak-komponenterne udføres gennem indsatsen fra de ITER-deltagende lande, og tokamaksens dele og teknologiske komponenter produceres i Japan, Sydkorea, Rusland, Kina, USA og andre lande. Når man bygger en tokamak, tages der hensyn til sandsynligheden forskellige typer ulykker

Bernard Bigot: "Ikke desto mindre er en lækage af radioaktive grundstoffer mulig. Nogle rum vil ikke være forseglet nok. Men deres antal vil være minimalt, og for dem, der bor i nærheden af reaktoren, vil der ikke være nogen stor fare for helbred eller liv."

Men muligheden for en ulykke og lækage er tilvejebragt i projektet, især de rum, hvor termonuklear fusion finder sted, og de tilstødende rum vil være udstyret med specielle ventilationsskakte, som radioaktive elementer vil blive suget ind i for at forhindre deres frigive til ydersiden.

»Jeg synes ikke, at estimatet på omkring 16 milliarder euro ser så gigantisk ud, især ikke når man tænker på omkostningerne ved den energi, der vil blive produceret her. Desuden tager det lang tid at producere, meget lang tid, så alle omkostninger vil være berettigede selv på mellemlang sigt,” slutter Bernard Bigot.

Den russiske NIIEFA rapporterede for nylig vellykket test en fuldskala prototype af en slukningsmodstand til beskyttelsessystemet til superledende spoler, som er designet specielt til ITER.

Og idriftsættelsen af hele ITER-komplekset i Cadarache, Frankrig, er planlagt til 2020.

ITER - International Thermonuclear Reactor (ITER)

Menneskets energiforbrug vokser hvert år, hvilket presser energisektoren i retning af aktiv udvikling. Med fremkomsten af atomkraftværker steg mængden af genereret energi over hele verden således betydeligt, hvilket gjorde det muligt sikkert at bruge energi til alle menneskehedens behov. For eksempel kommer 72,3% af den elektricitet, der produceres i Frankrig fra atomkraftværker, i Ukraine - 52,3%, i Sverige - 40,0%, i Storbritannien - 20,4%, i Rusland - 17,1%. Teknologien står dog ikke stille, og for at imødekomme fremtidige landes yderligere energibehov arbejder forskere på en række innovative projekter, hvoraf et er ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).

Selvom rentabiliteten af denne installation stadig er i tvivl, kan skabelsen og den efterfølgende udvikling af kontrolleret termonuklear fusionsteknologi ifølge mange forskeres arbejde resultere i en kraftig og sikker energikilde. Lad os se på nogle positive sider lignende installation:

Hovedbrændstoffet i en termonuklear reaktor er brint, hvilket betyder praktisk talt uudtømmelige reserver af nukleart brændsel.
Brintproduktion kan ske gennem forarbejdning havvand, som er tilgængelig i de fleste lande. Det følger heraf, at der ikke kan opstå et monopol på brændstofressourcer.
Sandsynligheden for en nødeksplosion under driften af en termonuklear reaktor er meget mindre end under driften af en atomreaktor. Selv i tilfælde af en ulykke vil strålingsemissioner ifølge forskere ikke udgøre en fare for befolkningen, hvilket betyder, at der ikke er behov for evakuering.
I modsætning til atomreaktorer Fusionsreaktorer producerer radioaktivt affald, der har en kort halveringstid, hvilket betyder, at det nedbryder hurtigere. Der er heller ingen forbrændingsprodukter i termonukleare reaktorer.
Driften af en fusionsreaktor kræver ikke materialer, der også bruges til Atom våben. Dette eliminerer muligheden for at dække over produktionen af atomvåben ved at forarbejde materialer til en atomreaktors behov.

Termonuklear reaktor - set indefra

Der er dog også en række tekniske mangler, som forskerne konstant støder på.

For eksempel kræver den nuværende version af brændstoffet, præsenteret i form af en blanding af deuterium og tritium, udvikling af nye teknologier. For eksempel blev reaktoren i slutningen af den første serie af test på JET termonukleare reaktoren, den hidtil største, så radioaktiv, at udviklingen af et specielt robotvedligeholdelsessystem var yderligere påkrævet for at fuldføre eksperimentet. En anden skuffende faktor i driften af en termonuklear reaktor er dens effektivitet - 20%, mens effektiviteten af et atomkraftværk er 33-34%, og et termisk kraftværk er 40%.

Oprettelse af ITER-projektet og lancering af reaktoren

ITER-projektet går tilbage til 1985, hvor Sovjetunionen foreslået den fælles skabelse af en tokamak - et toroidformet kammer med magnetiske spoler, der er i stand til at holde plasma ved hjælp af magneter, og derved skabe de betingelser, der kræves for, at den termonukleære fusionsreaktion kan forekomme. I 1992 blev der underskrevet en firepartsaftale om udviklingen af ITER, hvor parterne var EU, USA, Rusland og Japan. I 1994 sluttede Republikken Kasakhstan sig til projektet, i 2001 - Canada, i 2003 - Sydkorea og Kina, i 2005 - Indien. I 2005 blev placeringen for konstruktionen af reaktoren bestemt - Cadarache Nuclear Energy Research Center, Frankrig.

Konstruktionen af reaktoren begyndte med klargøring af en grube til fundamentet. Så parametrene for pit var 130 x 90 x 17 meter. Hele tokamak-komplekset kommer til at veje 360.000 tons, hvoraf 23.000 tons er selve tokamak.

Forskellige elementer i ITER-komplekset vil blive udviklet og leveret til byggepladsen fra hele verden. Så i 2016 blev en del af lederne til poloidale spoler udviklet i Rusland, som derefter blev sendt til Kina, som selv skal producere spolerne.

Det er klart, at et så stort arbejde slet ikke er let at organisere en række lande har gentagne gange undladt at holde trit med projektets tidsplan, som følge af, at opstarten af reaktoren konstant blev udskudt. Så ifølge sidste års (2016) juni-meddelelse: "modtagelse af det første plasma er planlagt til december 2025."

Betjeningsmekanismen for ITER tokamak

Udtrykket "tokamak" kommer fra et russisk akronym, der betyder "toroidformet kammer med magnetspoler."

Hjertet i en tokamak er dens torusformede vakuumkammer. Indeni, under ekstrem temperatur og tryk, bliver brintbrændstofgassen til plasma - en varm, elektrisk ladet gas. Stjernernes stof er som bekendt repræsenteret af plasma, og termonukleære reaktioner i solkernen sker netop under forhold forhøjet temperatur og tryk. Lignende betingelser for dannelse, tilbageholdelse, kompression og opvarmning af plasma skabes ved hjælp af massive magnetspoler, der er placeret rundt om en vakuumbeholder. Påvirkningen af magneter vil begrænse det varme plasma fra karrets vægge.

Inden processen begynder, fjernes luft og urenheder fra vakuumkammeret. Magnetiske systemer, der vil hjælpe med at kontrollere plasmaet, oplades derefter, og gasformigt brændstof indføres. Når en magtfuld elektricitet, gassen splittes elektrisk og bliver ioniseret (det vil sige elektroner forlader atomerne) og danner et plasma.

Efterhånden som plasmapartiklerne aktiveres og kolliderer, begynder de også at varme op. Assisterede opvarmningsteknikker hjælper med at bringe plasmaet til smeltetemperaturer (150 til 300 millioner °C). Partikler "ophidset" i denne grad kan overvinde deres naturlige elektromagnetiske frastødning ved kollision og frigive enorme mængder energi som et resultat af sådanne kollisioner.

Tokamak-designet består af følgende elementer:

Vakuumbeholder

("donut") er et ringformet kammer lavet af rustfrit stål. Dens store diameter er 19 m, dens lille diameter er 6 m, og dens højde er 1.400 m 3, og dens vægt er mere end 5.000 tons kølevæske vil cirkulere mellem væggene, som vil være destilleret vand. For at undgå vandforurening er den indvendige væg af kammeret beskyttet mod radioaktiv stråling ved hjælp af et tæppe.

Tæppe

("tæppe") – består af 440 fragmenter, der dækker den indre overflade af kammeret. samlet areal selskabslokalet er 700m2. Hvert fragment er en slags kassette, hvis krop er lavet af kobber, og frontvæggen er aftagelig og lavet af beryllium. Kassetternes parametre er 1x1,5 m, og massen er ikke mere end 4,6 tons Sådanne berylliumkassetter vil bremse højenergineutroner dannet under reaktionen. Under neutronmoderering vil varme blive frigivet og fjernet af kølesystemet. Det skal bemærkes, at berylliumstøv dannet som følge af reaktordrift kan forårsage en alvorlig sygdom kaldet beryllium og også har en kræftfremkaldende effekt. Af denne grund udvikles der strenge sikkerhedsforanstaltninger på komplekset.

Tokamak i afsnit. Gul - solenoide, orange - toroidfelt (TF) og poloidfelt (PF) magneter, blå - tæppe, lyseblå - VV - vakuumbeholder, lilla - omleder

("askebæger") af den poloidformede type er en enhed, hvis hovedopgave er at "rense" plasmaet for snavs som følge af opvarmningen og interaktionen af de tæppebeklædte kammervægge med det. Når sådanne forurenende stoffer kommer ind i plasmaet, begynder de at stråle intenst, hvilket resulterer i yderligere strålingstab. Den er placeret i bunden af tokomak og bruger magneter til at lede de øverste lag af plasma (som er de mest forurenede) ind i kølekammeret. Her afkøles plasmaet og bliver til gas, hvorefter det pumpes tilbage ud af kammeret. Berylliumstøv er, efter at være kommet ind i kammeret, praktisk talt ude af stand til at vende tilbage til plasmaet. Således forbliver plasmakontamination kun på overfladen og trænger ikke dybere ind.

Kryostat

- den største komponent i tokomak, som er en rustfri stålskal med et volumen på 16.000 m 2 (29,3 x 28,6 m) og en masse på 3.850 tons. Andre elementer i systemet vil være placeret inde i kryostaten, og det selv tjener som en barriere mellem tokamak og ydre miljø. På dens indervægge vil der være termiske skærme afkølet ved cirkulerende nitrogen ved en temperatur på 80 K (-193,15 °C).

Magnetisk system

– et sæt elementer, der tjener til at indeholde og kontrollere plasma inde i en vakuumbeholder. Det er et sæt med 48 elementer:

Toroidale feltspoler er placeret uden for vakuumkammeret og inde i kryostaten. De er præsenteret i 18 stykker, der hver måler 15 x 9 m og vejer cirka 300 tons Tilsammen genererer disse spoler et magnetfelt på 11,8 Tesla omkring plasmatorus og lagrer energi på 41 GJ.
Poloidale feltspoler – placeret oven på de toroidale feltspoler og inde i kryostaten. Disse spoler er ansvarlige for at generere et magnetfelt, der adskiller plasmamassen fra kammerets vægge og komprimerer plasmaet til adiabatisk opvarmning. Antallet af sådanne spoler er 6. To af spolerne har en diameter på 24 m og en masse på 400 tons. De resterende fire er noget mindre.
Den centrale solenoide er placeret i den indre del af det toroidale kammer, eller rettere i "donuthullet". Princippet om dets drift ligner en transformer, og hovedopgaven er at excitere en induktiv strøm i plasmaet.
Korrektionsspoler er placeret inde i vakuumbeholderen mellem tæppet og kammervæggen. Deres opgave er at opretholde plasmaets form, der er i stand til lokalt at "bule" og endda røre ved karrets vægge. Giver dig mulighed for at reducere niveauet af interaktion af kammervæggene med plasmaet, og derfor niveauet af dets forurening, og reducerer også sliddet af selve kammeret.

ITER-kompleksets opbygning

Tokamak-designet beskrevet ovenfor "i en nøddeskal" er en yderst kompleks innovativ mekanisme, der er samlet gennem indsats fra flere lande. Dog for hende fuldgyldigt arbejde et helt kompleks af bygninger beliggende nær tokamak er påkrævet. Blandt dem:

Kontrol, dataadgang og kommunikationssystem – CODAC. Beliggende i en række bygninger i ITER-komplekset.
Brændstofopbevaring og brændstofsystem - tjener til at levere brændstof til tokamak.
Vakuumsystem - består af mere end fire hundrede vakuumpumper, hvis opgave er at pumpe ud termonukleære reaktionsprodukter samt forskellige forurenende stoffer fra vakuumkammeret.
Kryogent system - repræsenteret af et nitrogen- og heliumkredsløb. Heliumkredsløbet vil normalisere temperaturen i tokamak, hvis arbejde (og derfor temperaturen) ikke sker kontinuerligt, men i pulser. Nitrogenkredsløbet vil afkøle kryostatens varmeskjolde og selve heliumkredsløbet. Der vil også være et vandkølingssystem, som har til formål at sænke temperaturen på tæppevæggene.
Strømforsyning. Tokamak vil kræve cirka 110 MW energi til fast arbejde. For at opnå dette vil kilometerlange elledninger blive installeret og forbundet til det franske industrinetværk. Det er værd at huske på, at ITER-forsøgsanlægget ikke sørger for energiproduktion, men kun arbejder i videnskabelige interesser.

ITER-finansiering

Den internationale termonukleare reaktor ITER er et ret dyrt foretagende, som oprindeligt blev anslået til 12 milliarder dollars, hvor Rusland, USA, Korea, Kina og Indien tegner sig for 1/11 af beløbet, Japan for 2/11, og EU for 4 /11. Dette beløb steg senere til 15 milliarder dollars. Det er bemærkelsesværdigt, at finansiering sker gennem levering af udstyr, der kræves til komplekset, som udvikles i hvert land. Rusland leverer således tæpper, plasmavarmeapparater og superledende magneter.

Projektperspektiv

I dette øjeblik ITER-komplekset er ved at blive bygget, og alle de nødvendige komponenter til tokamak er ved at blive produceret. Efter den planlagte lancering af tokamak i 2025 vil en række eksperimenter begynde, baseret på resultaterne af hvilke aspekter, der kræver forbedring, der vil blive noteret. Efter den vellykkede idriftsættelse af ITER er det planlagt at bygge et kraftværk baseret på termonuklear fusion kaldet DEMO (DEMOnstration Power Plant). DEMos mål er at demonstrere den såkaldte "kommercielle appel" af fusionskraft. Hvis ITER kun er i stand til at generere 500 MW energi, så vil DEMO tillade kontinuerlig produktion af 2 GW energi.

Man skal dog huske på, at ITER-forsøgsanlægget ikke vil producere energi, og dets formål er at opnå rent videnskabelige fordele. Og som bekendt det ene eller det andet fysisk eksperiment kan ikke kun leve op til forventningerne, men også bringe ny viden og erfaring til menneskeheden.

10:14 - International eksperimentel termonuklear reaktor ITER

Byggepladsen for ITER-fusionsreaktoren i oktober 2016. Selve reaktoren vil være der i midten, hvor der er en cirkel med en hane.

Så dette er det første indlæg med en optagelse og Kort beskrivelse hvad vi diskuterede i min klumme om Sølv regn. Emnet for gårsdagens udgave var termonuklear energi og den dyreste videnskabelige installation i verden - ITER.

Så hvad er ITER?
ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) er en international eksperimentel termonuklear reaktor. Det bliver bygget gennem indsatsen fra snesevis af lande i det franske atomcenter Cadarache. Planlægningen af det begyndte tilbage i 1980'erne, projektet blev udviklet fra 1992 til 2007, og byggeriet begyndte i 2009. Det første plasma forventes modtaget i 2025, og endelig færdiggørelse og opnåelse af de maksimalt planlagte driftsparametre i henhold til projektet vil være omkring 2035. Hvorfor er dette vigtigt og interessant? For det første er ITER den dyreste og mest komplekse videnskabelige og eksperimentelle facilitet i verden. Dens værdi er allerede anslået til mere end 20 milliarder euro. Til sammenligning kostede Large Hadron Collider 6 milliarder euro og tog 7 år at bygge. For det andet er ITER det vigtigste, der bliver gjort nu mod udviklingen af termonuklear energi, som potentielt kan løse alle menneskehedens energiproblemer i fremtiden. Formålet med anlægget er at demonstrere muligheden for kontrolleret termonuklear fusion med magt industriel skala og få erfaring med at bygge det første fusionskraftværk. Så ITER selv vil ikke producere elektricitet endnu.

I en termonuklear reaktor, i modsætning til en konventionel atomreaktor, er det ikke fissionsreaktionen af tunge uran- eller plutoniumkerner, der bruges, men syntesereaktionen af lette heliumkerner fra brintisotoper - deuterium og tritium. En lignende fusionsreaktion forekommer i Solen, så "alternativ" sol- og vindenergi er på en eller anden måde en indirekte brug af vores stjernes termonukleare energi.

Samtidig er det meget vanskeligt at skabe en kontrolleret termonuklear fusionsreaktion. De har lært at producere en ukontrollerbar termonuklear reaktion på jorden – i form af brint termonukleare bomber, den mest magtfulde skabt af mennesket. Men de kan endnu ikke bruge det til fredelige formål. Der er flere vanskeligheder her. For det første kræver syntesereaktionen varme. Det er nødvendigt at accelerere og kollidere to lette kerner med den samme positive ladning, som ved lavere hastigheder simpelthen vil frastøde. Derfor når solens temperatur 15 millioner grader, og i ITER-reaktoren bliver den endnu mere - 150 millioner grader.

Stof ved denne temperatur eksisterer kun i form af plasma - den fjerde aggregeringstilstand stoffer efter fast, flydende og gasformigt, hvor der ikke længere er atomer, men kun enkelte ladede partikler - kerner, protoner og elektroner. Derfor er den anden vanskelighed ved en termonuklear installation at begrænse dette plasma inde i reaktoren. Intet materiale kan modstå kontakt med dette plasma, så det skal ikke holdes af et stof, men af et magnetfelt. Hvis du giver feltet en lukket form, vil ladede partikler være inde i det. Det er dog endda teoretisk umuligt at skabe et sfærisk lukket magnetfelt (på grund af pindsvine-kæmningsteoremet), så en torusformet feltform blev foreslået til at indeholde plasmaet. En bagel, for at sige det enkelt. Det blev opfundet og implementeret for første gang af sovjetiske videnskabsmænd. Derfor kom navnet på et sådant design - Tokamak (toroidalt kammer med magnetiske spoler) ind i videnskabens verden fra det russiske sprog. ITER bliver den største og mest magtfulde tokamak i verden, selvom der allerede er mere end 300 af dem på planeten.

Nå, der er endnu en vanskelighed - for at skabe det nødvendige magnetfelt har du brug for enorme superledende magneter, afkølet med flydende helium til temperaturer under -270 grader Celsius. Så det viser sig, at en tokamak er en enhed, hvor der i et komplet vakuum (da bortset fra brændstof, deuterium og tritium, ingen gasurenheder er tilladt inde) inde i spoler med temperaturer under nul, vil en reaktion ske ved en temperatur på 150 millioner grader. Dette er en termisk sandwich. Mere præcist en bagel.

Størrelsen og kompleksiteten af installationen kan estimeres ved hjælp af dette diagram

Men hvilken størrelse er i virkeligheden de magnetringe, hvorfra tokamak-kammeret vist i diagrammet ovenfor vil blive samlet. Flere spændende billeder.

Flere detaljer om tokamakens fysik og dens design på fingrene er beskrevet her.

Det ville være svært for selv de fleste udviklede lande. På grund af installationens kompleksitet var det nødvendigt at kombinere viden og erfaring fra alle lande involveret i termonuklear fusionsforskning. ITER-projektet involverer den forenede EU, USA, Rusland, Japan, Sydkorea, Kina og Indien. Senere sluttede Kasakhstan og for nylig endda Iran sig til det. Nogle mennesker investerer penge i projektet, mens andre investerer i konstruktion af udstyr. Rusland bygger for eksempel mange vigtige komponenter, som angivet i figuren nedenfor. Og du kan læse mere om Ruslands deltagelse på hjemmesiden for det russiske designcenter ITER.

Dele af ITER-designet, der er lavet i Rusland. Deres omkostninger er flere milliarder euro.

At deltage i indsatsen gavner alle - ved at investere deres del får landene så adgang til al information fra pilotanlægget. Termonuklear energi kan virkelig blive hele menneskehedens ejendom. Andet mulig årsag det faktum, at projektet gennemføres i form af internationalt samarbejde – deling af risici. Kommercielle installationers udseende er stadig meget langt væk (ITER selv vil ikke engang generere energi endnu, efter det vil den næste DEMO-reaktor gøre dette), alle forstår dette, og det er dyrt at udføre et så dyrt eksperiment alene. Lande investerer groft sagt i en fjern fremtid og fastholder det videnskabelige potentiale inden for termonuklear energi, men deler samtidig risikoen for, at produktet ikke snart dukker op og ikke i en form, hvor det kan bruges.

Selvom jeg har studeret atomenergi, er en termonuklear reaktor et så adskilt og fjernt emne fra traditionelle atomkraftværker, at jeg først nu har dykket dybt nok ned i det. Nu ser det ud til, at teknisk set vil problemet med fredelig brug af kontrolleret termonuklear energi blive løst. Det er bare, hvor meget efterspørgsel det vil have, når det er skabt, og hvornår det præcist vil ske, er svært at sige.

Fusionskraftværk.

I øjeblikket arbejder videnskabsmænd på at skabe et termonuklear kraftværk, hvis fordel er at forsyne menneskeheden med elektricitet i ubegrænset tid. Et termonuklear kraftværk fungerer på basis af termonuklear fusion - reaktionen af syntese af tunge brintisotoper med dannelse af helium og frigivelse af energi. Den termonukleare fusionsreaktion producerer ikke gasformigt eller flydende radioaktivt affald og producerer ikke plutonium, som bruges til at fremstille atomvåben. Hvis vi også tager i betragtning, at brændstoffet til termonukleare stationer vil være den tunge brintisotop deuterium, som fås fra simpelt vand - en halv liter vand indeholder fusionsenergi svarende til den, der opnås ved afbrænding af en tønde benzin - så er fordelene ved at kraftværker baseret på termonukleare reaktioner bliver tydelige.

Under en termonuklear reaktion frigives energi, når lette atomer kombineres og omdannes til tungere. For at opnå dette er det nødvendigt at opvarme gassen til en temperatur på over 100 millioner grader – meget højere end temperaturen i Solens centrum.

Gas ved denne temperatur bliver til plasma. Atomer af brintisotoper smelter sammen, bliver til heliumatomer og neutroner og frigiver et stort antal af energi. Et kommercielt kraftværk, der opererer efter dette princip, ville bruge energien fra neutroner modereret af et lag af tæt materiale (lithium).

Sammenlignet med et atomkraftværk vil en fusionsreaktor efterlade meget mindre radioaktivt affald.

International termonuklear reaktor ITER

Deltagere i det internationale konsortium, der skal skabe verdens første termonukleare reaktor, ITER, underskrev en aftale i Bruxelles, der lancerer den praktiske implementering af projektet.

Repræsentanter europæiske Union USA, Japan, Kina, Sydkorea og Rusland har til hensigt at påbegynde byggeriet af forsøgsreaktoren i 2007 og færdiggøre den inden for otte år. Hvis alt går efter planen, kan der i 2040 bygges et demonstrationskraftværk, der fungerer efter det nye princip.

Jeg vil gerne tro, at æraen med miljøfarlige vandkraft- og atomkraftværker snart slutter, og tiden vil komme til et nyt kraftværk - et termonuklear, hvis projekt allerede er ved at blive gennemført. Men på trods af at ITER-projektet (International Thermonuclear Reactor) er næsten klar; på trods af, at der allerede i de første operationelle eksperimentelle termonukleare reaktorer blev opnået en effekt på over 10 MW - niveauet for de første atomkraftværker, vil det første termonukleare kraftværk ikke begynde at fungere tidligere end om tyve år, fordi dets omkostninger er meget høje. Udgifterne til arbejdet er anslået til 10 milliarder euro - det er det dyreste internationalt projekt kraftværker. Halvdelen af omkostningerne ved at bygge reaktoren dækkes af EU. Øvrige konsortiedeltagere vil allokere 10% af estimatet.

Nu skal planen for opførelsen af reaktoren, som bliver det dyreste fælles videnskabelige projekt nogensinde, ratificeres af parlamentarikere fra konsortiets medlemslande.

Reaktoren skal bygges i den sydlige del fransk provins Provence, i nærheden af byen Cadarache, hvor det franske atomforskningscenter ligger.

Menneskeheden nærmer sig gradvist grænsen til irreversibel udtømning af Jordens kulbrinteressourcer. Vi har udvundet olie, gas og kul fra planetens indvolde i næsten to århundreder, og det er allerede klart, at deres reserver bliver opbrugt med enorm hastighed. De førende lande i verden har længe tænkt på at skabe en ny energikilde, miljøvenlig, sikker fra driftssynspunktet med enorme brændstofreserver.

Fusionsreaktor

I dag tales der meget om brugen af såkaldte alternative energiformer – vedvarende kilder i form af solceller, vindenergi og vandkraft. Det er indlysende, at disse retninger på grund af deres egenskaber kun kan fungere som hjælpekilder til energiforsyning.

Som en langsigtet udsigt for menneskeheden, kun energi baseret på nukleare reaktioner.

På den ene side viser flere og flere stater interesse for at bygge atomreaktorer på deres territorium. Men alligevel er et presserende problem for atomenergi behandling og bortskaffelse af radioaktivt affald, og det påvirker økonomiske og miljømæssige indikatorer. Tilbage i midten af det 20. århundrede vendte verdens førende fysikere sig, på jagt efter nye typer energi, til kilden til liv på Jorden - Solen, i hvis dybder, ved en temperatur på omkring 20 millioner grader, reagerer af syntese (fusion) af lette elementer finder sted med frigivelse af kolossal energi.

Indenlandske specialister varetog opgaven med at udvikle en facilitet til implementering af kernefusionsreaktioner under terrestriske forhold bedst af alt. Viden og erfaring inden for kontrolleret termonuklear fusion (CTF), opnået i Rusland, dannede grundlaget for projektet, som uden overdrivelse er menneskehedens energihåb - den internationale eksperimentelle termonuklear reaktor (ITER), som er ved at blive bygget i Cadarache (Frankrig).

Historien om termonuklear fusion

Den første termonuklear forskning begyndte i lande, der arbejder på deres atomforsvarsprogrammer. Dette er ikke overraskende, for ved begyndelsen af atomalderen hovedmål fremkomsten af deuterium plasmareaktorer var en undersøgelse fysiske processer i varm plasma, som viden blandt andet var nødvendig for at skabe termonukleare våben. Ifølge deklassificerede data begyndte USSR og USA næsten samtidigt i 1950'erne. arbejde på UTS. Men, samtidig er der historisk bevis for, at tilbage i 1932 den gamle revolutionære og tæt ven leder af verdensproletariatet Nikolai Bukharin, som på det tidspunkt havde posten som formand for Det Øverste Økonomiske Råds udvalg og overvågede udviklingen Sovjetisk videnskab, foreslået at iværksætte et projekt i landet for at studere kontrollerede termonukleare reaktioner.

Historien om det sovjetiske termonukleare projekt var ikke uden sjov kendsgerning. Den fremtidige berømte akademiker og skaberen af brintbomben, Andrei Dmitrievich Sakharov, blev inspireret af ideen om magnetisk termisk isolering af højtemperaturplasma fra et brev fra en soldat sovjetiske hær. I 1950 sendte sergent Oleg Lavrentyev, der tjente på Sakhalin, til All-Unionens centralkomité kommunistparti et brev, hvori han foreslog at bruge i brintbombe lithium-6 deuterid i stedet for flydende deuterium og tritium, og også skabe et system med elektrostatisk indeslutning af varmt plasma til kontrolleret termonuklear fusion. Brevet blev gennemgået af den dengang unge videnskabsmand Andrei Sakharov, som skrev i sin anmeldelse, at han "anseer det for nødvendigt at have en detaljeret diskussion af kammerat Lavrentjevs projekt."

Allerede i oktober 1950 lavede Andrei Sakharov og hans kollega Igor Tamm de første estimater af en magnetisk termonuklear reaktor (MTR). Den første toroidale installation med et stærkt langsgående magnetfelt, baseret på I. Tamms og A. Sakharovs ideer, blev bygget i 1955 i LIPAN. Det blev kaldt TMP - en torus med et magnetfelt. Efterfølgende installationer blev allerede kaldt TOKAMAK, efter kombinationen af de indledende stavelser i sætningen "TORIDAL CHAMBER MAGNETIC COIL". I hans klassisk udgave En tokamak er et ringformet ringformet kammer placeret i et toroidformet magnetfelt. Fra 1955 til 1966 På Kurchatov-instituttet blev der bygget 8 sådanne installationer, hvorpå der blev udført en masse forskellige undersøgelser. Hvis før 1969 kun blev bygget en tokamak uden for USSR i Australien, blev de i de efterfølgende år bygget i 29 lande, herunder USA, Japan, europæiske lande, Indien, Kina, Canada, Libyen, Egypten. I alt er der til dato bygget omkring 300 tokamaks i verden, herunder 31 i USSR og Rusland, 30 i USA, 32 i Europa og 27 i Japan. Faktisk var tre lande - USSR, Storbritannien og USA - involveret i en uudtalt konkurrence for at se, hvem der ville være den første til at udnytte plasma og faktisk begynde at producere energi "fra vand."

Den vigtigste fordel ved en termonuklear reaktor er reduktionen af den biologiske strålingsfare med cirka tusind gange sammenlignet med alle moderne atomkraftreaktorer.

En termonuklear reaktor udsender ikke CO2 og producerer ikke "tungt" radioaktivt affald. Denne reaktor kan placeres hvor som helst, hvor som helst.

Et skridt på et halvt århundrede

I 1985 foreslog akademiker Evgeniy Velikhov på vegne af USSR, at forskere fra Europa, USA og Japan skulle arbejde sammen om at skabe en termonuklear reaktor, og allerede i 1986 blev der i Genève indgået en aftale om udformningen af installationen, som senere modtog navnet ITER. I 1992 underskrev partnerne en firepartsaftale om at udvikle et ingeniørdesign til reaktoren. Den første etape af byggeriet er planlagt til at være afsluttet i 2020, hvor det er planlagt at modtage det første plasma. I 2011 begyndte det rigtige byggeri på ITER-stedet.

ITER-designet følger den klassiske russiske tokamak, udviklet tilbage i 1960'erne. Det er planlagt, at reaktoren i det første trin vil fungere i en pulserende tilstand med en effekt af termonukleære reaktioner på 400-500 MW, i det andet trin vil den kontinuerlige drift af reaktoren samt tritium-reproduktionssystemet blive testet .

Det er ikke for ingenting, at ITER-reaktoren kaldes menneskehedens energifremtid. For det første er dette verdens største videnskabelige projekt, fordi næsten hele verden bygger det på fransk territorium: EU + Schweiz, Kina, Indien, Japan, Sydkorea, Rusland og USA deltager. Aftalen om opførelsen af installationen blev underskrevet i 2006. Europæiske lande bidrager med omkring 50 % af projektets finansiering, Rusland står for omkring 10 % af det samlede beløb, som vil blive investeret i form af højteknologisk udstyr. Men Ruslands vigtigste bidrag er selve tokamak-teknologien, som dannede grundlaget for ITER-reaktoren.

For det andet vil dette være det første storstilede forsøg på at bruge den termonukleare reaktion, der opstår i Solen, til at generere elektricitet. For det tredje dette videnskabeligt arbejde skulle bringe meget praktiske resultater, og i slutningen af århundredet forventer verden udseendet af den første prototype af et kommercielt termonuklear kraftværk.

Forskere antager, at det første plasma ved den internationale eksperimentelle termonukleare reaktor vil blive produceret i december 2025.

Hvorfor begyndte bogstaveligt talt hele verdens videnskabelige samfund at bygge sådan en reaktor? Faktum er, at mange teknologier, der er planlagt til at blive brugt i konstruktionen af ITER, ikke tilhører alle lande på én gang. Én stat, selv den højest udviklede i videnskabelige og tekniske termer, kan ikke umiddelbart have hundrede teknologier af højeste verdensniveau inden for alle teknologiområder, der anvendes i et så højteknologisk og gennembrudsprojekt som en termonuklear reaktor. Men ITER består af hundredvis af lignende teknologier.

Rusland overgår det globale niveau inden for mange termonuklear fusionsteknologier. Men f.eks. har japanske atomforskere også unikke kompetencer på dette område, som er ret anvendelige i ITER.

Derfor blev partnerlandene allerede i starten af projektet enige om, hvem og hvad der skulle levere til stedet, og at dette ikke kun skulle være samarbejde inden for ingeniørarbejde, men en mulighed for hver af partnerne for at modtage nye teknologier fra andre deltagere, så du i fremtiden selv udvikler dem.

Andrey Retinger, international journalist