Hvem bygger en termonukleær reaktor? Internasjonal eksperimentell fusjonsreaktor

Prosjektet til den internasjonale eksperimentelle termonukleære reaktoren ITER startet i 2007. Det ligger i Cadarache, sør i Frankrike. Hovedoppgaven til ITER, ifølge de som har unnfanget og implementert prosjektet, er å demonstrere mulighetene for kommersiell bruk av termonukleær fusjon.

ITER er et strategisk internasjonalt vitenskapelig initiativ mer enn 30 land deltar i implementeringen.

"Vi er i hjertet av en fremtidig fusjonsreaktor. Den veier tre Eiffeltårn og har et totalt areal på 60 fotballbaner, melder Euronews-journalisten Claudio Rocco.

En fusjonsreaktor eller toroidal installasjon for magnetisk plasma inneslutning, ellers kalt en tokomak, er opprettet for å oppnå de nødvendige betingelsene for at kontrollert termonukleær fusjon skal skje. Plasmaet i tokamak holdes ikke av veggene i kammeret, men av en spesiallaget kombinert magnetfelt- toroidalt eksternt og poloidalt strømfelt som flyter gjennom plasmaledningen. Sammenlignet med andre installasjoner som bruker et magnetfelt for å begrense plasma, er bruken av elektrisk strøm hovedfunksjon tokamak

Ved gjennomføring av kontrollert termonukleær fusjon vil deuterium og tritium brukes i tokamak.
Detaljer i intervjuet daglig leder ITER av Bernard Bigot.

Hva er fordelen med energi produsert gjennom kontrollert kjernefysisk fusjon?

"Først av alt, i bruken av hydrogenisotoper, som igjen regnes som en nesten uuttømmelig kilde: hydrogen finnes overalt, inkludert i verdenshavet. Så så lenge det er vann på jorden, sjø og friskt, vil vi bli forsynt med drivstoff til tokamak - vi snakker om om millioner av år. Andre fordel - radioaktivt avfall har ganske kort periode halveringstid: flere hundre år, sammenlignet med avfallsprodukter fra kjernefusjon.»

Termonukleær fusjon er kontrollert og, ifølge Bernard Bigot, relativt lett å avbryte dersom en ulykke inntreffer. En annen situasjon i en lignende sak oppstår med kjernefysisk fusjon.

Ved å varme opp et stoff kan en kjernereaksjon oppnås. Det er dette forholdet mellom oppvarming av et stoff og en kjernefysisk reaksjon som reflekteres av begrepet "termonukleær reaksjon."

Utformingen av tokamak-komponentene utføres gjennom innsatsen fra ITER-deltakerlandene, og delene og teknologiske komponentene til tokamak produseres i Japan, Sør-Korea, Russland, Kina, USA og andre land. Når du bygger en tokamak, tas sannsynligheten i betraktning forskjellige typer ulykker

Bernard Bigot: «Likevel er en lekkasje av radioaktive elementer mulig. Noen rom vil ikke være forseglet nok. Men antallet vil være minimalt, og for de som bor i nærheten av reaktoren vil det ikke være noen stor fare for helse eller liv.»

Men muligheten for en ulykke og lekkasje er gitt i prosjektet, spesielt rommene der termonukleær fusjon finner sted og de tilstøtende rommene vil være utstyrt med spesielle ventilasjonssjakter som radioaktive elementer vil bli sugd inn i for å forhindre at slippe til utsiden.

«Jeg synes ikke at anslaget på rundt 16 milliarder euro ser så gigantisk ut, spesielt ikke når man tenker på kostnadene for energien som skal produseres her. Dessuten tar det lang tid å produsere, veldig lang tid, så alle kostnadene vil være rettferdiggjort selv på mellomlang sikt, avslutter Bernard Bigot.

Det rapporterte nylig russiske NIIEFA vellykket test en fullskala prototype av en slukkemotstand for beskyttelsessystemet for superledende spoler, som ble designet spesielt for ITER.

Og idriftsettelse av hele ITER-komplekset i Cadarache, Frankrike, er planlagt i 2020.

ITER – Internasjonal termonukleær reaktor (ITER)

Menneskelig energiforbruk vokser hvert år, noe som presser energisektoren mot aktiv utvikling. Dermed, med fremveksten av atomkraftverk, økte mengden energi generert rundt om i verden betydelig, noe som gjorde det mulig å trygt bruke energi til alle menneskehetens behov. For eksempel kommer 72,3% av elektrisiteten som produseres i Frankrike fra atomkraftverk, i Ukraina - 52,3%, i Sverige - 40,0%, i Storbritannia - 20,4%, i Russland - 17,1%. Teknologien står imidlertid ikke stille, og for å møte fremtidens lands ytterligere energibehov, jobber forskere med en rekke innovative prosjekter, hvorav ett er ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).

Selv om lønnsomheten til denne installasjonen fortsatt er i tvil, ifølge arbeidet til mange forskere, kan opprettelsen og den påfølgende utviklingen av kontrollert termonukleær fusjonsteknologi resultere i en kraftig og sikker energikilde. La oss se på noen positive sider lignende installasjon:

Hoveddrivstoffet til en termonukleær reaktor er hydrogen, som betyr praktisk talt uuttømmelige reserver av kjernebrensel.
Hydrogenproduksjon kan skje gjennom prosessering sjøvann, som er tilgjengelig i de fleste land. Det følger av dette at det ikke kan oppstå monopol på drivstoffressursene.
Sannsynligheten for en nødeksplosjon under drift av en termonukleær reaktor er mye mindre enn under drift av en atomreaktor. Ifølge forskere vil ikke strålingsutslipp utgjøre noen fare for befolkningen selv ved en ulykke, noe som betyr at det ikke er behov for evakuering.
I motsetning til atomreaktorer Fusjonsreaktorer produserer radioaktivt avfall som har kort halveringstid, noe som betyr at det nedbrytes raskere. Dessuten er det ingen forbrenningsprodukter i termonukleære reaktorer.
Driften av en fusjonsreaktor krever ikke materialer som også brukes til atomvåpen. Dette eliminerer muligheten for å dekke over produksjonen av atomvåpen ved å behandle materialer for behovene til en atomreaktor.

Termonukleær reaktor - sett innvendig

Det er imidlertid også en rekke tekniske mangler som forskere stadig møter.

For eksempel krever den nåværende versjonen av drivstoffet, presentert i form av en blanding av deuterium og tritium, utvikling av nye teknologier. For eksempel, på slutten av den første serien med tester ved JET termonukleære reaktoren, den største til dags dato, ble reaktoren så radioaktiv at utviklingen av et spesielt robot vedlikeholdssystem var ytterligere nødvendig for å fullføre eksperimentet. En annen skuffende faktor i driften av en termonukleær reaktor er effektiviteten - 20%, mens effektiviteten til et kjernekraftverk er 33-34%, og et termisk kraftverk er 40%.

Opprettelse av ITER-prosjektet og lansering av reaktoren

ITER-prosjektet går tilbake til 1985, da Sovjetunionen foreslått felles opprettelse av en tokamak - et toroidformet kammer med magnetiske spoler som er i stand til å holde plasma ved hjelp av magneter, og dermed skape forholdene som kreves for at den termonukleære fusjonsreaksjonen skal oppstå. I 1992 ble det undertegnet en firepartsavtale om utviklingen av ITER, partene som var EU, USA, Russland og Japan. I 1994 ble republikken Kasakhstan med i prosjektet, i 2001 - Canada, i 2003 - Sør-Korea og Kina, i 2005 - India. I 2005 ble stedet for byggingen av reaktoren bestemt - Cadarache Nuclear Energy Research Center, Frankrike.

Byggingen av reaktoren begynte med klargjøring av en grop for fundamentet. Så parametrene til gropen var 130 x 90 x 17 meter. Hele tokamak-komplekset vil veie 360.000 tonn, hvorav 23.000 tonn er selve tokamak.

Ulike elementer av ITER-komplekset vil bli utviklet og levert til byggeplassen fra hele verden. Så i 2016 ble en del av lederne for poloidale spoler utviklet i Russland, som deretter ble sendt til Kina, som vil produsere spolene selv.

Det er åpenbart at et slikt storstilt arbeid ikke er lett å organisere en rekke land har gjentatte ganger mislyktes i å holde tritt med prosjektplanen, som et resultat av at oppskytingen av reaktoren stadig ble utsatt. Så ifølge fjorårets (2016) junimelding: "mottak av det første plasmaet er planlagt i desember 2025."

Betjeningsmekanismen til ITER-tokamak

Begrepet "tokamak" kommer fra et russisk akronym som betyr "toroidalt kammer med magnetiske spoler."

Hjertet til en tokamak er dens torusformede vakuumkammer. Innvendig, under ekstrem temperatur og trykk, blir hydrogenbrenselgassen plasma - en varm, elektrisk ladet gass. Som kjent er stjernematerie representert av plasma, og termonukleære reaksjoner i solkjernen skjer nøyaktig under forhold forhøyet temperatur og trykk. Lignende forhold for dannelse, retensjon, kompresjon og oppvarming av plasma skapes ved hjelp av massive magnetspoler som er plassert rundt et vakuumkar. Påvirkning av magneter vil begrense det varme plasmaet fra karets vegger.

Før prosessen starter, fjernes luft og urenheter fra vakuumkammeret. Magnetiske systemer som vil hjelpe til med å kontrollere plasmaet blir deretter ladet og gassformig drivstoff introduseres. Når en mektig elektrisitet, gassen splittes elektrisk og blir ionisert (det vil si at elektroner forlater atomene) og danner et plasma.

Når plasmapartiklene aktiveres og kolliderer, begynner de også å varmes opp. Assisterte oppvarmingsteknikker bidrar til å bringe plasmaet til smeltetemperaturer (150 til 300 millioner °C). Partikler "opphisset" i denne grad kan overvinne sin naturlige elektromagnetiske frastøting ved kollisjon, og frigjøre enorme mengder energi som et resultat av slike kollisjoner.

Tokamak-designet består av følgende elementer:

Vakuumbeholder

("donut") er et ringformet kammer laget av rustfritt stål. Dens store diameter er 19 m, dens lille diameter er 11 m. Volumet av kammeret er 1400 m 3, og dets vekt er mer enn 5000 tonn kjølevæske vil sirkulere mellom veggene, som vil være destillert vann. For å unngå vannforurensning er den indre veggen av kammeret beskyttet mot radioaktiv stråling ved hjelp av et teppe.

Teppe

("teppe") - består av 440 fragmenter som dekker den indre overflaten av kammeret. Totalt areal selskapslokale er 700m2. Hvert fragment er en slags kassett, hvis kropp er laget av kobber, og frontveggen er avtagbar og laget av beryllium. Parametrene til kassettene er 1x1,5 m, og massen er ikke mer enn 4,6 tonn Slike berylliumkassetter vil bremse ned høyenerginøytroner som dannes under reaksjonen. Under nøytronmoderering vil varme frigjøres og fjernes av kjølesystemet. Det skal bemerkes at berylliumstøv dannet som følge av reaktordrift kan forårsake en alvorlig sykdom som kalles beryllium og har også en kreftfremkallende effekt. Av denne grunn utvikles det strenge sikkerhetstiltak ved komplekset.

Tokamak i seksjon. Gul - solenoid, oransje - toroidfelt (TF) og poloidfelt (PF) magneter, blå - teppe, lyseblå - VV - vakuumbeholder, lilla - avleder

("askebeger") av den poloidale typen er en enhet hvis hovedoppgave er å "rense" plasmaet for skitt som følge av oppvarmingen og samspillet mellom de teppedekkede kammerveggene med det. Når slike forurensninger kommer inn i plasma, begynner de å stråle intenst, noe som resulterer i ytterligere strålingstap. Den er plassert i bunnen av tokomak og bruker magneter for å lede de øvre lagene av plasma (som er de mest forurensede) inn i kjølekammeret. Her avkjøles plasmaet og blir til gass, hvoretter det pumpes tilbake ut av kammeret. Berylliumstøv, etter å ha kommet inn i kammeret, er praktisk talt ikke i stand til å returnere tilbake til plasmaet. Dermed forblir plasmaforurensning bare på overflaten og trenger ikke inn dypere.

Kryostat

- den største komponenten i tokomak, som er et rustfritt stålskall med et volum på 16 000 m 2 (29,3 x 28,6 m) og en masse på 3 850 tonn. Andre elementer i systemet vil være plassert inne i kryostaten, og den tjener selv som en barriere mellom tokamak og eksternt miljø. På dens indre vegger vil det være termiske skjermer avkjølt ved sirkulerende nitrogen ved en temperatur på 80 K (-193,15 °C).

Magnetisk system

– et sett med elementer som tjener til å inneholde og kontrollere plasma inne i en vakuumbeholder. Det er et sett med 48 elementer:

Toroidale feltspoler er plassert utenfor vakuumkammeret og inne i kryostaten. De er presentert i 18 deler, som hver måler 15 x 9 m og veier omtrent 300 tonn. Til sammen genererer disse spolene et magnetfelt på 11,8 Tesla rundt plasmatorusen og lagrer energi på 41 GJ.
Poloidale feltspoler - plassert på toppen av toroidfeltspolene og inne i kryostaten. Disse spolene er ansvarlige for å generere et magnetfelt som skiller plasmamassen fra veggene i kammeret og komprimerer plasmaet for adiabatisk oppvarming. Antallet slike spoler er 6. To av spolene har en diameter på 24 m og en masse på 400 tonn De resterende fire er noe mindre.
Den sentrale solenoiden er plassert i den indre delen av toroidkammeret, eller rettere sagt i "smørringhullet". Prinsippet for driften ligner på en transformator, og hovedoppgaven er å eksitere en induktiv strøm i plasmaet.
Korreksjonsspoler er plassert inne i vakuumbeholderen, mellom teppet og kammerveggen. Deres oppgave er å opprettholde formen på plasmaet, som er i stand til å "bule" lokalt og til og med berøre karets vegger. Lar deg redusere nivået av interaksjon av kammerveggene med plasmaet, og dermed nivået av dets forurensning, og reduserer også slitasjen på selve kammeret.

Strukturen til ITER-komplekset

Tokamak-designet beskrevet ovenfor "i et nøtteskall" er en svært kompleks innovativ mekanisme satt sammen gjennom innsats fra flere land. Imidlertid for henne fullverdig arbeid et helt kompleks av bygninger som ligger i nærheten av tokamak er nødvendig. Blant dem:

Kontroll, datatilgang og kommunikasjonssystem – CODAC. Ligger i en rekke bygninger i ITER-komplekset.
Drivstofflagring og drivstoffsystem - tjener til å levere drivstoff til tokamak.
Vakuumsystem - består av mer enn fire hundre vakuumpumper, hvis oppgave er å pumpe ut termonukleære reaksjonsprodukter, samt ulike forurensninger fra vakuumkammeret.
Kryogent system - representert av en nitrogen- og heliumkrets. Heliumkretsen vil normalisere temperaturen i tokamak, hvis arbeid (og derfor temperaturen) ikke skjer kontinuerlig, men i pulser. Nitrogenkretsen vil avkjøle kryostatens varmeskjold og selve heliumkretsen. Det vil også være et vannkjølesystem, som har som mål å senke temperaturen på teppeveggene.
Strømforsyning. Tokamak vil kreve omtrent 110 MW energi for å fast jobb. For å oppnå dette skal kilometerlange kraftledninger installeres og kobles til det franske industrinettet. Det er verdt å minne om at ITER-eksperimentanlegget ikke sørger for energiproduksjon, men kun fungerer i vitenskapelige interesser.

ITER-finansiering

Den internasjonale termonukleære reaktoren ITER er et ganske dyrt foretak, som opprinnelig ble estimert til 12 milliarder dollar, med Russland, USA, Korea, Kina og India som står for 1/11 av beløpet, Japan for 2/11, og EU for 4 /11. Dette beløpet økte senere til 15 milliarder dollar. Det er bemerkelsesverdig at finansiering skjer gjennom tilførsel av utstyr som kreves for komplekset, som er utviklet i hvert land. Dermed leverer Russland tepper, plasmavarmeapparater og superledende magneter.

Prosjektperspektiv

I dette øyeblikket ITER-komplekset bygges og alle nødvendige komponenter til tokamak produseres. Etter den planlagte lanseringen av tokamak i 2025 vil en serie eksperimenter starte, basert på resultatene av hvilke aspekter som krever forbedring vil bli notert. Etter vellykket idriftsettelse av ITER er det planlagt å bygge et kraftverk basert på termonukleær fusjon kalt DEMO (DEMOnstration Power Plant). DEMos mål er å demonstrere den såkalte "kommersielle appellen" til fusjonskraft. Hvis ITER kun er i stand til å generere 500 MW energi, vil DEMO tillate kontinuerlig generering av 2 GW energi.

Man bør imidlertid huske på at forsøksanlegget ITER ikke vil produsere energi, og formålet er å oppnå rent vitenskapelige fordeler. Og som du vet, det ene eller det andre fysisk eksperiment kan ikke bare leve opp til forventningene, men også bringe ny kunnskap og erfaring til menneskeheten.

10:14 - Internasjonal eksperimentell termonukleær reaktor ITER

Byggeplass for ITER-fusjonsreaktoren i oktober 2016. Selve reaktoren vil være der i sentrum, hvor det er en sirkel med kran.

Så dette er det første innlegget med et opptak og Kort beskrivelse det vi diskuterte i min spalte om Sølvregn. Temaet for gårsdagens utgave var termonukleær energi og den dyreste vitenskapelige installasjonen i verden - ITER.

Så hva er ITER?
ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) er en internasjonal eksperimentell termonukleær reaktor. Den bygges gjennom innsats fra dusinvis av land i det franske atomsenteret Cadarache. Planleggingen av det begynte på 1980-tallet, prosjektet ble utviklet fra 1992 til 2007, og byggingen startet i 2009. Det første plasmaet forventes å bli mottatt i 2025, og endelig ferdigstillelse og oppnåelse av de maksimale planlagte driftsparametrene i henhold til prosjektet vil være rundt 2035. Hvorfor er dette viktig og interessant? For det første er ITER det dyreste og mest komplekse vitenskapelige og eksperimentelle anlegget i verden. Verdien er allerede anslått til mer enn 20 milliarder euro. Til sammenligning kostet Large Hadron Collider 6 milliarder euro og tok 7 år å bygge. For det andre er ITER det viktigste som gjøres nå mot utviklingen av termonukleær energi, som potensielt kan løse alle menneskehetens energiproblemer i fremtiden. Målet med installasjonen er å demonstrere muligheten for kontrollert termonukleær fusjon med kraft industriell skala og få erfaring for å bygge det første fusjonskraftverket. Så ITER selv vil ikke generere strøm ennå.

I en termonukleær reaktor, i motsetning til en konvensjonell kjernereaktor, er det ikke fisjonsreaksjonen til tunge uran- eller plutoniumkjerner som brukes, men syntesereaksjonen av lette heliumkjerner fra hydrogenisotoper - deuterium og tritium. En lignende fusjonsreaksjon forekommer i solen, så "alternativ" sol- og vindenergi er på en eller annen måte en indirekte bruk av den termonukleære energien til stjernen vår.

Samtidig er det svært vanskelig å skape en kontrollert termonukleær fusjonsreaksjon. De har lært å produsere en ukontrollerbar termonukleær reaksjon på jorden – i form av hydrogen termonukleære bomber, den mektigste skapt av mennesket. Men de kan ennå ikke bruke det til fredelige formål. Det er flere vanskeligheter her. For det første krever syntesereaksjonen varme. Det er nødvendig å akselerere og kollidere to lette kjerner med samme positive ladning, som ved lavere hastigheter ganske enkelt vil frastøte. Derfor når solens temperatur 15 millioner grader, og i ITER-reaktoren vil den være enda mer - 150 millioner grader.

Materie ved denne temperaturen eksisterer bare i form av plasma - den fjerde aggregeringstilstand stoffer etter faste, flytende og gassformige, hvor det ikke lenger er atomer, men kun individuelle ladede partikler - kjerner, protoner og elektroner. Derfor er den andre vanskeligheten ved en termonukleær installasjon å begrense dette plasmaet inne i reaktoren. Ingen materiale tåler kontakt med dette plasmaet, så det må holdes ikke av et stoff, men av et magnetfelt. Hvis du gir feltet en lukket form, vil ladede partikler være inne i det. Imidlertid er det til og med teoretisk umulig å skape et sfærisk lukket magnetfelt (på grunn av pinnsvinets kamteoremet), så en torusformet feltform ble foreslått for å inneholde plasmaet. En bagel, for å si det enkelt. Den ble oppfunnet og implementert for første gang av sovjetiske forskere. Derfor kom navnet på et slikt design - Tokamak (toroidalt kammer med magnetiske spoler) inn i vitenskapens verden fra det russiske språket. ITER vil være den største og kraftigste tokamak i verden, selv om det allerede er mer enn 300 av dem på planeten.

Vel, det er enda en vanskelighet - for å skape det nødvendige magnetfeltet trenger du enorme superledende magneter, avkjølt med flytende helium til temperaturer under -270 grader Celsius. Så det viser seg at en tokamak er en enhet der det i et fullstendig vakuum (siden, bortsett fra drivstoff, deuterium og tritium, ingen gassurenheter er tillatt inne) inne i spoler med temperaturer under null, vil en reaksjon skje ved en temperatur på 150 millioner grader. Dette er en termisk sandwich. Nærmere bestemt en bagel.

Størrelsen og kompleksiteten til installasjonen kan estimeres ved hjelp av dette diagrammet

Men hvilken størrelse er i virkeligheten de magnetringene som tokamak-kammeret vist i diagrammet ovenfor vil bli satt sammen fra. Flere spennende bilder.

Flere detaljer om fysikken til tokamak og dens design på fingrene er beskrevet her.

Det ville vært vanskelig selv for de fleste utviklede land. På grunn av kompleksiteten til installasjonen var det nødvendig å kombinere kunnskapen og erfaringen fra alle land involvert i termonukleær fusjonsforskning. ITER-prosjektet involverer den forente EU, USA, Russland, Japan, Sør-Korea, Kina og India. Senere ble Kasakhstan og nylig til og med Iran med. Noen investerer penger i prosjektet, mens andre investerer i bygging av utstyr. Russland, for eksempel, bygger mange viktige komponenter, som angitt i figuren nedenfor. Og du kan lese mer om Russlands deltakelse på nettsiden til det russiske designsenteret ITER.

Deler av ITER-designet som er laget i Russland. Kostnadene deres er flere milliarder euro.

Å bli med på innsatsen kommer alle til gode - ved å investere sin del får landene da tilgang til all informasjon som er hentet fra pilotanlegget. Termonukleær energi kan virkelig bli hele menneskehetens eiendom. Annen mulig årsak det faktum at prosjektet gjennomføres i form av internasjonalt samarbeid – deling av risiko. Utseendet til kommersielle installasjoner er fortsatt veldig langt unna (ITER selv vil ikke engang generere energi ennå, etter det vil neste DEMO-reaktor gjøre dette), alle forstår dette, og det er dyrt å utføre et så dyrt eksperiment alene. Land, grovt sett, investerer i en fjern fremtid og opprettholder vitenskapelig potensial innen termonukleær energi, men deler samtidig risikoen for at produktet ikke snart dukker opp og ikke i en form det kan brukes i.

Selv om jeg har studert atomenergi, er en termonukleær reaktor et så separat og fjernt emne fra tradisjonelle atomkraftverk at jeg først nå har dykket dypt nok ned i det. Nå ser det ut til at teknisk sett vil problemet med fredelig bruk av kontrollert termonukleær energi bli løst. Det er bare hvor mye etterspørsel den vil ha når den er opprettet, og når nøyaktig dette vil skje er vanskelig å si.

Fusjonskraftverk.

For tiden jobber forskere med å lage et termonukleært kraftverk, hvis fordel er å gi menneskeheten strøm i ubegrenset tid. Et termonukleært kraftverk opererer på grunnlag av termonukleær fusjon - reaksjonen av syntese av tunge hydrogenisotoper med dannelse av helium og frigjøring av energi. Den termonukleære fusjonsreaksjonen produserer ikke gassformig eller flytende radioaktivt avfall og produserer ikke plutonium, som brukes til å produsere atomvåpen. Hvis vi også tar i betraktning at drivstoffet for termonukleære stasjoner vil være den tunge hydrogenisotopen deuterium, som er hentet fra enkelt vann – en halv liter vann inneholder fusjonsenergi tilsvarende den som oppnås ved å brenne en tønne bensin – så er fordelene med kraftverk basert på termonukleære reaksjoner blir åpenbare.

Under en termonukleær reaksjon frigjøres energi når lette atomer kombineres og forvandles til tyngre. For å oppnå dette er det nødvendig å varme opp gassen til en temperatur på over 100 millioner grader – mye høyere enn temperaturen i sentrum av Solen.

Gass ved denne temperaturen blir til plasma. Atomer av hydrogenisotoper smelter sammen, blir til heliumatomer og nøytroner og frigjør et stort nummer av energi. Et kommersielt kraftverk som opererer etter dette prinsippet vil bruke energien til nøytroner moderert av et lag med tett materiale (litium).

Sammenlignet med et atomkraftverk vil en fusjonsreaktor etterlate mye mindre radioaktivt avfall.

Internasjonal termonukleær reaktor ITER

Deltakere i det internasjonale konsortiet for å lage verdens første termonukleære reaktor, ITER, signerte en avtale i Brussel som lanserer den praktiske gjennomføringen av prosjektet.

Representanter Den Europeiske Union USA, Japan, Kina, Sør-Korea og Russland har til hensikt å starte byggingen av den eksperimentelle reaktoren i 2007 og fullføre den innen åtte år. Hvis alt går etter planen, kan det innen 2040 bygges et demonstrasjonskraftverk som opererer etter det nye prinsippet.

Jeg vil tro at æraen med miljøfarlige vannkraft- og kjernekraftverk snart vil ta slutt, og tiden vil komme for et nytt kraftverk - et termonukleært, hvis prosjekt allerede er iverksatt. Men, til tross for at ITER-prosjektet (International Thermonuclear Reactor) nesten er klart; til tross for at det allerede i de første operasjonelle eksperimentelle termonukleære reaktorene ble oppnådd en effekt på over 10 MW - nivået til de første atomkraftverk, vil det første termonukleære kraftverket ikke begynne å fungere tidligere enn om tjue år, fordi kostnadene er svært høye. Kostnaden for arbeidet er estimert til 10 milliarder euro - dette er den dyreste internasjonalt prosjekt kraftverk. Halvparten av kostnadene ved å bygge reaktoren dekkes av EU. Andre konsortiedeltakere vil tildele 10 % av estimatet.

Nå skal planen for byggingen av reaktoren, som skal bli det dyreste felles vitenskapelige prosjektet noensinne, ratifiseres av parlamentarikere i konsortiets medlemsland.

Reaktoren skal bygges i den sørlige fransk provins Provence, i nærheten av byen Cadarache, hvor det franske kjernefysiske forskningssenteret ligger.

Menneskeheten nærmer seg gradvis grensen for irreversibel utarming av jordens hydrokarbonressurser. Vi har utvunnet olje, gass og kull fra innvollene på planeten i nesten to århundrer, og det er allerede klart at deres reserver blir uttømt i enorm hastighet. De ledende landene i verden har lenge tenkt på å skape en ny energikilde, miljøvennlig, sikker fra driftssynspunktet, med enorme drivstoffreserver.

Fusjonsreaktor

I dag snakkes det mye om bruk av såkalte alternative energityper – fornybare kilder i form av solceller, vindenergi og vannkraft. Det er åpenbart at disse retningene på grunn av deres egenskaper bare kan fungere som hjelpekilder for energiforsyning.

Som et langsiktig prospekt for menneskeheten, bare energi basert på kjernefysiske reaksjoner.

På den ene siden viser flere og flere stater interesse for å bygge atomreaktorer på deres territorium. Men fortsatt er et presserende problem for kjernekraft behandling og deponering av radioaktivt avfall, og dette påvirker økonomiske og miljømessige indikatorer. Tilbake på midten av 1900-tallet vendte verdens ledende fysikere, på jakt etter nye typer energi, til kilden til liv på jorden - Solen, i dypet som, ved en temperatur på rundt 20 millioner grader, reaksjoner av syntese (fusjon) av lette elementer finner sted med frigjøring av kolossal energi.

Innenlandske spesialister håndterte oppgaven med å utvikle et anlegg for å implementere kjernefysiske fusjonsreaksjoner under terrestriske forhold best av alt. Kunnskapen og erfaringen innen kontrollert termonukleær fusjon (CTF), oppnådd i Russland, dannet grunnlaget for prosjektet, som uten overdrivelse er menneskehetens energihåp - International Experimental Thermonuclear Reactor (ITER), som er under utvikling. bygget i Cadarache (Frankrike).

Historien om termonukleær fusjon

Den første termonukleære forskningen begynte i land som jobbet med sine atomforsvarsprogrammer. Dette er ikke overraskende, fordi ved begynnelsen av atomalderen Hoved mål fremveksten av deuterium plasmareaktorer var en studie fysiske prosesser i varmt plasma, som kunnskap om blant annet var nødvendig for å lage termonukleære våpen. I følge deklassifiserte data begynte USSR og USA nesten samtidig på 1950-tallet. arbeid på UTS. Men, samtidig er det historiske bevis på at tilbake i 1932 den gamle revolusjonære og nær venn leder for verdensproletariatet Nikolai Bukharin, som på den tiden hadde stillingen som leder av komiteen for det øverste økonomiske råd og overvåket utviklingen Sovjetisk vitenskap, foreslått å starte et prosjekt i landet for å studere kontrollerte termonukleære reaksjoner.

Historien til det sovjetiske termonukleære prosjektet var ikke uten morsomt faktum. Den fremtidige berømte akademikeren og skaperen av hydrogenbomben, Andrei Dmitrievich Sakharov, ble inspirert av ideen om magnetisk termisk isolasjon av høytemperaturplasma fra et brev fra en soldat sovjetisk hær. I 1950 sendte sersjant Oleg Lavrentyev, som tjenestegjorde på Sakhalin, til sentralkomiteen i All-Unionen kommunistparti et brev der han foreslo å bruke i hydrogenbombe litium-6 deuteride i stedet for flytende deuterium og tritium, og også skape et system med elektrostatisk inneslutning av varmt plasma for kontrollert termonukleær fusjon. Brevet ble gjennomgått av den daværende unge forskeren Andrei Sakharov, som skrev i sin anmeldelse at han "ser det som nødvendig å ha en detaljert diskusjon av kamerat Lavrentievs prosjekt."

Allerede i oktober 1950 gjorde Andrei Sakharov og hans kollega Igor Tamm de første estimatene av en magnetisk termonukleær reaktor (MTR). Den første toroidformede installasjonen med et sterkt langsgående magnetfelt, basert på ideene til I. Tamm og A. Sakharov, ble bygget i 1955 i LIPAN. Det ble kalt TMP - en torus med et magnetfelt. Påfølgende installasjoner ble allerede kalt TOKAMAK, etter kombinasjonen av de første stavelsene i uttrykket "TORIDAL CHAMBER MAGNETIC COIL". I hans klassisk versjon En tokamak er et smultringformet toroidalt kammer plassert i et toroidalt magnetfelt. Fra 1955 til 1966 På Kurchatov-instituttet ble det bygget 8 slike installasjoner, som mange forskjellige studier ble utført på. Hvis før 1969 ble en tokamak bygget utenfor USSR bare i Australia, ble de i de påfølgende årene bygget i 29 land, inkludert USA, Japan, europeiske land, India, Kina, Canada, Libya, Egypt. Totalt er det til dags dato bygget rundt 300 tokamaks i verden, inkludert 31 i USSR og Russland, 30 i USA, 32 i Europa og 27 i Japan. Faktisk var tre land - USSR, Storbritannia og USA - engasjert i en uuttalt konkurranse for å se hvem som ville være den første til å utnytte plasma og faktisk begynne å produsere energi "fra vann."

Den viktigste fordelen med en termonukleær reaktor er reduksjonen i strålingsbiologisk fare med omtrent tusen ganger sammenlignet med alle moderne kjernekraftreaktorer.

En termonukleær reaktor slipper ikke ut CO2 og produserer ikke «tungt» radioaktivt avfall. Denne reaktoren kan plasseres hvor som helst, hvor som helst.

Et skritt på et halvt århundre

I 1985 foreslo akademiker Evgeniy Velikhov, på vegne av USSR, at forskere fra Europa, USA og Japan skulle jobbe sammen for å lage en termonukleær reaktor, og allerede i 1986 i Genève ble det oppnådd enighet om utformingen av installasjonen, som senere fikk navnet ITER. I 1992 signerte partnerne en firepartsavtale for å utvikle et ingeniørdesign for reaktoren. Det første byggetrinnet skal etter planen være ferdig innen 2020, når det er planlagt å motta det første plasmaet. I 2011 startet virkelig bygging på ITER-området.

ITER-designet følger den klassiske russiske tokamak, utviklet tilbake på 1960-tallet. Det er planlagt at reaktoren i det første trinnet vil operere i en pulsert modus med en effekt av termonukleære reaksjoner på 400–500 MW, i det andre trinnet vil den kontinuerlige driften av reaktoren, så vel som tritiumreproduksjonssystemet, bli testet .

Det er ikke for ingenting at ITER-reaktoren kalles menneskehetens energifremtid. For det første er dette verdens største vitenskapelige prosjekt, fordi nesten hele verden bygger det på fransk territorium: EU + Sveits, Kina, India, Japan, Sør-Korea, Russland og USA deltar. Avtalen om bygging av installasjonen ble signert i 2006. Europeiske land bidrar med ca 50 % av prosjektets finansiering, Russland står for ca 10 % av totalbeløpet, som vil bli investert i form av høyteknologisk utstyr. Men Russlands viktigste bidrag er selve tokamak-teknologien, som dannet grunnlaget for ITER-reaktoren.

For det andre vil dette være det første forsøket i stor skala på å bruke den termonukleære reaksjonen som skjer i solen til å generere elektrisitet. For det tredje, dette vitenskapelig arbeid bør gi svært praktiske resultater, og innen slutten av århundret forventer verden utseendet til den første prototypen av et kommersielt termonukleært kraftverk.

Forskere antar at det første plasmaet ved den internasjonale eksperimentelle termonukleære reaktoren vil bli produsert i desember 2025.

Hvorfor begynte bokstavelig talt hele verdens vitenskapelige samfunn å bygge en slik reaktor? Faktum er at mange teknologier som er planlagt brukt i konstruksjonen av ITER, ikke tilhører alle land samtidig. En stat, selv den høyest utviklede i vitenskapelige og tekniske termer, kan ikke umiddelbart ha hundre teknologier av høyeste verdensnivå innen alle teknologifelt brukt i et så høyteknologisk og gjennombruddsprosjekt som en termonukleær reaktor. Men ITER består av hundrevis av lignende teknologier.

Russland overgår det globale nivået i mange termonukleær fusjonsteknologier. Men for eksempel har japanske kjernefysikere også unik kompetanse på dette området, som er ganske anvendelig i ITER.

Derfor kom partnerlandene helt i starten av prosjektet til enighet om hvem og hva som skulle levere til stedet, og at dette ikke bare skulle være samarbeid innen engineering, men en mulighet for hver av partnerne til å motta ny teknologi fra andre deltakere, slik at du i fremtiden kan utvikle dem selv.

Andrey Retinger, internasjonal journalist