Ambicingiausia m?s? laik? mokslin? konstrukcija. Saul? suvyniosime ? spurg?. Sintez?s reaktorius: ITER

Sakome, kad ?d?sime saul? ? d??ut?. Id?ja gra?i. Problema ta, kad mes ne?inome, kaip padaryti d??ut?.

Pierre'as-Gilles'as de Gennes'as
Pranc?zijos Nobelio premijos laureatas

Visiems elektroniniams prietaisams ir ma?inoms reikia energijos, o ?monija jos sunaudoja labai daug. Ta?iau i?kastinis kuras baigiasi, o alternatyvi energija dar n?ra pakankamai efektyvi.
Yra energijos gavimo b?das, kuris idealiai atitinka visus reikalavimus – termobranduolin? sintez?. Termobranduolin?s sintez?s reakcija (vandenilio pavertimas heliu ir energijos i?siskyrimas) nuolat vyksta saul?je ir ?is procesas planetai suteikia energijos saul?s spinduli? pavidalu. Jums tereikia j? m?gd?ioti ?em?je, ma?esniu mastu. Pakanka u?tikrinti auk?t? sl?g? ir labai auk?t? temperat?r? (10 kart? auk?tesn? nei Saul?je) ir prasid?s sintez?s reakcija. Norint sukurti tokias s?lygas, reikia pastatyti termobranduolin? reaktori?. Jis naudos gausesnius i?teklius ?em?je, bus saugesnis ir galingesnis nei ?prastos atomin?s elektrin?s. Daugiau nei 40 met? buvo bandoma j? statyti, buvo atliekami eksperimentai. Pastaraisiais metais vienam i? prototip? netgi pavyko gauti daugiau energijos, nei buvo sunaudota. ?emiau pateikiami ambicingiausi ?ios srities projektai:

Vyriausyb?s projektai

Did?iausias visuomen?s d?mesys pastaruoju metu buvo skirtas kitam termobranduolinio reaktoriaus dizainui – Wendelstein 7-X stelaratoriui (stellaratoriaus vidin? strukt?ra yra sud?tingesn? nei ITER, kuris yra tokamakas). Vokie?i? mokslininkai, i?leid? kiek daugiau nei 1 milijard? doleri?, per 9 metus iki 2015 met? suk?r? suma?int? demonstracin? reaktoriaus model?. Jei jis parodys gerus rezultatus, bus sukurta didesn? versija.

Pranc?zijos „MegaJoule Laser“ bus galingiausias pasaulyje lazeris ir bandys tobulinti lazeriu pagr?st? branduoli? sintez?s reaktoriaus statybos metod?. Tikimasi, kad pranc?zi?ka instaliacija bus prad?ta eksploatuoti 2018 m.

NIF (National Ignition Facility) buvo pastatytas JAV per 12 met? ir iki 2012 m. u? 4 milijardus doleri?. Jie tik?josi i?bandyti technologij? ir tuoj pat pastatyti reaktori?, ta?iau paai?k?jo, kad, kaip prane?a Vikipedija, reik?s daug dirbti, jei sistema kada nors u?sidegs. D?l to grandioziniai planai buvo at?aukti ir mokslininkai ?m? palaipsniui tobulinti lazer?. Paskutinis i???kis yra padidinti energijos perdavimo efektyvum? nuo 7% iki 15%. Prie?ingu atveju Kongreso finansavimas ?iam sintez?s metodui gali b?ti nutrauktas.

2015 m. pabaigoje Sarove buvo prad?tas statyti pastatas, skirtas galingiausiam pasaulyje lazeriniam ?renginiui. Jis bus galingesnis u? dabartinius amerikieti?kus ir b?simus pranc?zi?kus ir leis atlikti eksperimentus, reikalingus „lazerinei“ reaktoriaus versijai statyti. Statybos pabaiga 2020 m.

JAV esantis MagLIF sintez?s lazeris yra pripa?intas tamsiuoju arkliu tarp termobranduolin?s sintez?s metod?. ?is metodas neseniai parod? geresnius nei tik?tasi rezultatus, ta?iau gali? vis tiek reikia padidinti 1000 kart?. ?iuo metu lazeris atnaujinamas, o iki 2018 met? mokslininkai tikisi gauti tiek pat energijos, kiek i?leido. Jei pasiseks, bus sukurta didesn? versija.

Rusijos branduolin?s fizikos institutas atkakliai eksperimentavo su „atvir? sp?st?“ metodu, kurio Jungtin?s Valstijos atsisak? 90-aisiais. D?l to buvo gauti rodikliai, kurie buvo laikomi ne?manomi ?iam metodui. BINP mokslininkai mano, kad j? ?rengimas dabar yra voki?ko Wendelstein 7-X lygio (Q=0,1), bet pigesnis. Dabar jie stato nauj? instaliacij? u? 3 milijardus rubli?

Kurchatovo instituto vadovas nuolat primena planus Rusijoje statyti nedidel? termobranduolin? reaktori? – „Ignitor“. Pagal plan? jis tur?t? b?ti toks pat efektyvus kaip ITER, nors ir ma?esnis. Jo statyba tur?jo prasid?ti prie? 3 metus, ta?iau tokia situacija b?dinga dideliems mokslo projektams.

2016 met? prad?ioje Kinijos tokamakas EAST sugeb?jo pasiekti 50 milijon? laipsni? temperat?r? ir i?laikyti j? 102 sekundes. Prie? pradedant statyti did?iulius reaktorius ir lazerius, visos ?inios apie termobranduolin? sintez? buvo tokios. Galima manyti, kad tai tik mokslinink? konkurencija, kas gali ilgiau i?laikyti vis auk?tesn? temperat?r?. Kuo auk?tesn? plazmos temperat?ra ir kuo ilgiau j? galima i?laikyti, tuo ar?iau sintez?s reakcijos prad?ios. Pasaulyje yra de?imtys toki? instaliacij?, statoma dar keletas () (), tad netrukus bus sumu?tas RYT? rekordas. I? esm?s ?ie ma?i reaktoriai tik i?bando ?rang? prie? siun?iant ? ITER.

„Lockheed Martin“ paskelb? apie sintez?s energijos prover?? 2015 m., kuris leist? per 10 met? pastatyti nedidel? ir mobil? branduoli? sintez?s reaktori?. Atsi?velgiant ? tai, kad net labai dideli? ir visai ne mobili? komercini? reaktori? nebuvo tikimasi iki 2040 m., korporacijos prane?imas buvo sutiktas skepti?kai. Ta?iau ?mon? turi daug i?tekli?, tad kas gali ?inoti. Prototipas tikimasi 2020 m.

Populiarus Silicio sl?nio startuolis „Helion Energy“ turi savo unikal? plan? pasiekti termobranduolin?s sintez?s. Bendrov? surinko daugiau nei 10 milijon? doleri? ir tikisi sukurti prototip? iki 2019 m.

?emo profilio startuolis Tri Alpha Energy pastaruoju metu pasiek? ?sp?ding? rezultat? propaguodamas savo sintez?s metod? (teoretikai suk?r? >100 teorini? b?d?, kaip pasiekti sintez?, tokamakas yra tiesiog papras?iausias ir populiariausias). Bendrov? taip pat pritrauk? daugiau nei 100 milijon? doleri? investuotoj? l???.

Kanados startuolio „General Fusion“ reaktoriaus projektas dar labiau skiriasi nuo kit?, ta?iau k?r?jai juo pasitiki ir per 10 met? surinko daugiau nei 100 mln. USD, kad iki 2020 m.

JK ?sik?r?s startuolis „First light“ turi prieinamiausi? svetain?, suformuot? 2014 m., ir paskelb? apie planus panaudoti naujausius mokslinius duomenis branduoli? sintezei gaminti ma?esn?mis s?naudomis.

MIT mokslininkai para?? dokument?, kuriame apra?omas kompakti?kas branduoli? sintez?s reaktorius. Jie remiasi naujomis technologijomis, atsiradusiomis prad?jus statyti mil?ini?kus tokamakus, ir ?ada projekt? u?baigti per 10 met?. Kol kas ne?inoma, ar jiems bus u?degta ?alia ?viesa prad?ti statybas. Net ir patvirtinus, straipsnis ?urnale yra dar ankstesnis etapas nei startuolis

Branduolin? sintez? yra turb?t ma?iausiai tinkama pramon? sutelktiniam finansavimui. Ta?iau b?tent su jo pagalba ir NASA finansavimu Lawrenceville Plasma Physics kompanija ketina sukurti savo reaktoriaus prototip?. I? vis? vykdom? projekt? ?is labiausiai atrodo kaip suk?iai, bet kas ?ino, gal jie ?ne? k? nors naudingo ? ?? grandiozin? darb?.

ITER bus tik prototipas, skirtas statyti visavert? DEMO ?rengin? – pirm?j? komercin? branduoli? sintez?s reaktori?. Dabar jo pristatymas numatytas 2044 m. ir tai vis dar yra optimistin? prognoz?.

Ta?iau yra plan? kitam etapui. Hibridinis termobranduolinis reaktorius gaus energij? ir i? atominio skilimo (kaip ir ?prastin? atomin? elektrin?), ir i? sintez?s. ?ioje konfig?racijoje energijos gali b?ti 10 kart? daugiau, ta?iau saugumas ma?esnis. Kinija tikisi sukurti prototip? iki 2030 m., ta?iau ekspertai teigia, kad tai b?t? pana?u ? bandym? sukurti hibridinius automobilius prie? i?radus vidaus degimo varikl?.

Apatin? eilut?

Norin?i? ? pasaul? atne?ti nauj? energijos ?altin? netr?ksta. ITER projektas turi did?iausi? galimyb?, atsi?velgiant ? jo mast? ir finansavim?, ta?iau nereik?t? atmesti kit? metod?, taip pat priva?i? projekt?. Mokslininkai de?imtme?ius dirbo, kad sukelt? sintez?s reakcij? be didelio pasisekimo. Ta?iau dabar yra daugiau projekt?, skirt? termobranduolinei reakcijai pasiekti, nei bet kada anks?iau. Net jei kiekvienas i? j? nepavyks, bus bandoma nauj?. Ma?ai tik?tina, kad mes ils?sime, kol ne??iebsime miniati?rin?s Saul?s versijos ?ia, ?em?je.

?ymos: prid?ti ?ym?

ITER tarptautinis eksperimentinio termobranduolinio reaktoriaus projektas prasid?jo 2007 m. Jis ?sik?r?s Kadara?e, piet? Pranc?zijoje. Pagrindinis ITER u?davinys, pasak projekto sumanytoj? ir ?gyvendintoj?, yra pademonstruoti termobranduolin?s sintez?s komercinio panaudojimo galimybes.

ITER yra strategin? tarptautin? mokslin? iniciatyva, kuri? ?gyvendinant dalyvauja daugiau nei 30 ?ali?.

„Esame pa?ioje b?simo branduoli? sintez?s reaktoriaus ?irdyje. Jis sveria tris Eifelio bok?tus, o bendras plotas – 60 futbolo aik??i?“, – prane?a euronews ?urnalistas Claudio Rocco.

Sintez?s reaktorius arba toroidinis magnetin?s plazmos izoliavimo ?renginys, kitaip vadinamas tokomaku, sukuriamas tam, kad b?t? sudarytos s?lygos, reikalingos kontroliuojamai termobranduolinei sintezei. Plazm? tokamake laiko ne kameros sienel?s, o specialiai sukurtas kombinuotas magnetinis laukas – plazmos laidu tekan?ios srov?s toroidinis i?orinis ir poloidinis laukas. Palyginti su kitais ?renginiais, kurie naudoja magnetin? lauk? plazmai apriboti, elektros srov?s naudojimas yra pagrindin? tokamako savyb?.

Vykdant kontroliuojam? termobranduolin? sintez?, tokamake bus naudojamas deuteris ir tritis.
I?sami? informacij? rasite pokalbyje su ITER generaliniu direktoriumi Bernardu Bigotu.

Koks yra valdomos branduoli? sintez?s b?du pagamintos energijos prana?umas?

„Pirmiausia, naudojant vandenilio izotopus, kurie, savo ruo?tu, laikomi beveik nei?senkan?iu ?altiniu: vandenilio randama visur, taip pat ir Pasaulio vandenyne. Taigi tol, kol ?em?je bus vandens, j?ros ir g?lo, tol mums bus tiekiamas kuras tokamakui – kalbame apie milijonus met?. Antrasis privalumas yra tai, kad radioaktyvi?j? atliek? pusin?s eliminacijos laikas yra gana trumpas: keli ?imtai met?, palyginti su branduolin?s sintez?s atliek? produktais.

Termobranduolin? sintez? yra kontroliuojama ir, pasak Bernardo Bigoto, gana lengvai nutraukiama ?vykus avarijai. Kitokia situacija pana?iu atveju susidaro su branduoli? sinteze.

Kaitinant med?iag?, galima pasiekti branduolin? reakcij?. B?tent ?? ry?? tarp med?iagos ?ildymo ir branduolin?s reakcijos atspindi terminas „termobranduolin? reakcija“.

Tokamako komponent? projektavimas atliekamas ITER dalyvaujan?i? ?ali? pastangomis, o tokamako dalys ir technologiniai komponentai gaminami Japonijoje, Piet? Kor?joje, Rusijoje, Kinijoje, JAV ir kitose ?alyse. Statant tokamak? atsi?velgiama ? ?vairi? tip? avarij? tikimyb?.

Bernardas Bigotas: „Nepaisant to, radioaktyvi? element? nutek?jimas yra ?manomas. Kai kurie skyriai nebus pakankamai sandar?s. Bet j? bus minimaliai, o gyvenantiems ?alia reaktoriaus nei sveikatai, nei gyvybei didelio pavojaus nekils“.

Ta?iau projekte numatyta avarijos ir nuot?kio galimyb?, vis? pirma patalpose, kuriose vyksta termobranduolin? sintez?, ir gretimose patalpose bus ?rengtos specialios ventiliacijos ?achtos, ? kurias bus ?siurbiami radioaktyvieji elementai, kad b?t? i?vengta j? atsiradimo. i?leisti ? i?or?.

„Nemanau, kad ma?daug 16 milijard? eur? s?mata atrodo tokia giganti?ka, ypa? ?vertinus ?ia gaminamos energijos kain?. Be to, gamyba trunka ilgai, labai ilgai, tod?l visos i?laidos bus pateisinamos net vidutiniu laikotarpiu“, – apibendrina Bernardas Bigotas.

Rusijos NIIEFA neseniai prane??, kad s?kmingai i?band? pilno masto gesinimo rezistori? sistemos prototip?, skirt? apsaugoti superlaid?ius ritinius, kurie buvo sukurti specialiai ITER.

O vis? ITER kompleks? Kadara?e (Pranc?zija) planuojama prad?ti eksploatuoti 2020 m.

Kaip viskas prasid?jo? „Energijos i???kis“ atsirado d?l ?i? trij? veiksni? derinio:

1. ?monija dabar sunaudoja did?iul? kiek? energijos.

?iuo metu pasaulyje sunaudojama apie 15,7 teravat? (TW). Padalijus ?i? vert? i? pasaulio gyventoj?, gauname ma?daug 2400 vat? vienam ?mogui, kur? galima lengvai ?vertinti ir vizualizuoti. Kiekvieno ?em?s gyventojo (taip pat ir vaik?) suvartojama energija atitinka 24 ?imto vat? elektros lemp? veikim? vis? par?. Ta?iau ?ios energijos suvartojimas visoje planetoje yra labai netolygus, nes kai kuriose ?alyse jis yra labai didelis, o kitose – nereik?mingas. Sunaudojimas (vienam ?mogui) lygus 10,3 kW JAV (viena i? rekordini? dyd?i?), 6,3 kW Rusijos Federacijoje, 5,1 kW JK ir tt, bet, kita vertus, lygus. tik 0,21 kW Banglade?e (tik 2 % JAV energijos suvartojimo!).

2. Pasaulio energijos suvartojimas smarkiai did?ja.

Tarptautin?s energetikos agent?ros (2006 m.) duomenimis, iki 2030 m. pasaulio energijos suvartojimas tur?t? padid?ti 50 proc. ?inoma, i?sivys?iusios ?alys gal?t? puikiai i?siversti ir be papildomos energijos, ta?iau ?is augimas b?tinas, kad ?mon?s i?brist? i? skurdo besivystan?iose ?alyse, kur 1,5 mlrd. ?moni? ken?ia nuo didelio energijos tr?kumo.

3. ?iuo metu 80 % pasaulio energijos gaunama deginant i?kastin? kur?(nafta, anglis ir dujos), kuri? naudojimas:

a) gali sukelti katastrofi?k? aplinkos poky?i? pavoj?;

b) ka?kada nei?vengiamai turi baigtis.

I? to, kas pasakyta, ai?ku, kad dabar turime pasiruo?ti i?kastinio kuro naudojimo eros pabaigai

?iuo metu atomin?s elektrin?s dideliu mastu gamina energij?, i?siskirian?i? vykstant atom? branduoli? dalijimosi reakcijoms. Toki? sto?i? k?rimas ir pl?tra tur?t? b?ti skatinama visais ?manomais b?dais, ta?iau reikia atsi?velgti ? tai, kad per artimiausius 50 met? gali b?ti visi?kai i?naudotos ir vienos i? svarbiausi? med?iag? j? veiklai (pigaus urano) atsargos. . Branduolio dalijimosi energijos galimybes galima (ir tur?t?) gerokai i?pl?sti naudojant efektyvesnius energijos ciklus, leid?ian?ius pagaminamos energijos kiek? beveik padvigubinti. Norint pl?toti energij? ?ia kryptimi, reikia sukurti torio reaktorius (vadinamuosius torio reaktorius arba dauginamuosius reaktorius), kuriuose vykstant reakcijai susidaro daugiau torio nei pirminiame urane, d?l to bendras pagaminamos energijos kiekis. tam tikram med?iagos kiekiui padid?ja 40 kart?. Taip pat atrodo perspektyvu sukurti plutonio augintojus naudojant greituosius neutronus, kurie yra daug efektyvesni nei urano reaktoriai ir gali pagaminti 60 kart? daugiau energijos. Gali b?ti, kad pl?tojant ?ias sritis reik?s sukurti naujus, nestandartinius urano gavimo b?dus (pavyzd?iui, i? j?ros vandens, kuris atrodo labiausiai prieinamas).

Sintez?s j?gain?s

Paveiksl?lyje parodyta termobranduolin?s elektrin?s ?renginio ir veikimo principo schema (ne pagal mastel?). Centrin?je dalyje yra ~2000 m3 t?rio toroidin? (spurgos formos) kamera, u?pildyta tri?io-deuterio (T–D) plazma, ?kaitinta iki auk?tesn?s nei 100 M°C temperat?ros. Sintez?s reakcijos metu susidar? neutronai (1) palieka „magnetin? butel?“ ir patenka ? paveiksl?lyje pavaizduot? apie 1 m storio apvalkal?.

Korpuso viduje neutronai susiduria su li?io atomais, tod?l vyksta reakcija, kurios metu susidaro tritis:

neutronas + litis -> helis + tritis

Be to, sistemoje vyksta konkuruojan?ios reakcijos (nesusidarant tri?iui), taip pat daug reakcij?, kai i?siskiria papildomi neutronai, d?l kuri? taip pat susidaro tritis (?iuo atveju gali atsirasti papildom? neutron? i?siskyrimo). ?ymiai sustiprintas, pavyzd?iui, ? apvalkal? ?vedant berilio atomus ir ?vin?). Bendra i?vada yra tokia, kad ?iame objekte (bent jau teori?kai) gali vykti branduoli? sintez?s reakcija, kurios metu susidaryt? tritis. Tokiu atveju gaminamas tri?io kiekis tur?t? ne tik patenkinti paties ?renginio poreikius, bet ir b?ti dar kiek didesnis, o tai leis naujus ?renginius apr?pinti tri?iu. B?tent ?i veikimo koncepcija turi b?ti i?bandyta ir ?diegta toliau apra?ytame ITER reaktoriuje.

Be to, neutronai turi ?kaitinti apvalkal? vadinamuosiuose bandomuosiuose ?renginiuose (kuriuose bus naudojamos santykinai „?prastos“ statybin?s med?iagos) iki ma?daug 400 °C. Ateityje planuojama sukurti patobulintus ?renginius, kuri? korpuso ?ildymo temperat?ra vir?yt? 1000°C, o tai b?t? galima pasiekti naudojant naujausias didelio stiprumo med?iagas (pavyzd?iui, silicio karbido kompozitus). Korpuse susidariusi? ?ilum?, kaip ir ?prastose stotyse, paima pirminis au?inimo kont?ras su au?inimo skys?iu (kuriame yra, pavyzd?iui, vandens arba helio) ir perduodama antriniam kont?rui, kur gaminamas vandens garas ir tiekiamas ? turbinas.

1985 – Soviet? S?junga pasi?l? naujos kartos Tokamako elektrin?, pasinaudodama keturi? pirmaujan?i? ?ali? patirtimi kuriant branduoli? sintez?s reaktorius. Jungtin?s Amerikos Valstijos kartu su Japonija ir Europos bendrija pateik? pasi?lym? d?l projekto ?gyvendinimo.

?iuo metu Pranc?zijoje statomas toliau apra?ytas tarptautinis eksperimentinis termobranduolinis reaktorius ITER (International Tokamak Experimental Reactor), kuris bus pirmasis tokamakas, galintis „u?degti“ plazm?.

Pa?angiausi esami tokamako ?renginiai jau seniai pasiek? apie 150 M°C temperat?r?, artim? sintez?s sto?iai reikaling? ver?i?, ta?iau ITER reaktorius tur?t? b?ti pirmoji didel?s apimties elektrin?, sukurta ilg? laik?. - terminuota operacija. Ateityje reik?s ?ymiai pagerinti jo veikimo parametrus, tod?l pirmiausia reik?s padidinti sl?g? plazmoje, nes branduoli? sintez?s greitis tam tikroje temperat?roje yra proporcingas sl?gio kvadratui. Pagrindin? mokslin? problema ?iuo atveju susijusi su tuo, kad padid?jus sl?giui plazmoje, atsiranda labai sud?tingi ir pavojingi nestabilumai, tai yra nestabil?s darbo re?imai.

Kod?l mums to reikia?

Pagrindinis branduoli? sintez?s privalumas yra tas, kad jai reikia tik labai nedidelio kiekio med?iag?, kurios gamtoje yra labai paplitusios kaip kuras. Branduolin?s sintez?s reakcija apra?ytuose ?renginiuose gali sukelti mil?ini?k? energijos kiek?, de?imt milijon? kart? didesn? nei standartin? ?iluma, i?siskirianti vykstant ?prastoms chemin?ms reakcijoms (pvz., deginant i?kastin? kur?). Palyginimui nurodome, kad 1 gigavato (GW) ?ilumin?s elektrin?s energijai gaminti reikalingas anglies kiekis yra 10 000 ton? per dien? (de?imt gele?inkelio vagon?), o tokios pat galios termobranduolin?s sintez?s j?gain? sunaudos tik apie 1 kilogramas D+T mi?inio per dien?.

Deuteris yra stabilus vandenilio izotopas; Ma?daug vienoje i? 3350 paprasto vandens molekuli? vienas i? vandenilio atom? yra pakeistas deuteriu (Did?iojo sprogimo palikimas). ?is faktas leid?ia lengvai organizuoti gana pigi? reikiamo kiekio deuterio gamyb? i? vandens. Sunkiau gauti tri?io, kuris yra nestabilus (pus?jimo laikas yra apie 12 met?, tod?l jo kiekis gamtoje yra nereik?mingas), ta?iau, kaip parodyta auk??iau, tritis eksploatacijos metu atsiras tiesiai termobranduolinio ?renginio viduje, d?l neutron? reakcijos su li?iu.

Taigi pradinis branduoli? sintez?s reaktoriaus kuras yra litis ir vanduo. Litis yra ?prastas metalas, pla?iai naudojamas buitiniuose prietaisuose (mobili?j? telefon? baterijose ir kt.). Auk??iau apra?ytas ?renginys, net ir ?vertinus ne ideal? efektyvum?, gal?s pagaminti 200 000 kWh elektros energijos, o tai prilygsta energijai, esan?iai 70 ton? anglies. Tam reikalingas li?io kiekis yra vienoje kompiuterio baterijoje, o deuterio – 45 litrais vandens. Auk??iau pateikta vert? atitinka dabartin? elektros suvartojim? (skai?iuojant vienam asmeniui) ES ?alyse per 30 met?. Pats faktas, kad toks ne?ymus li?io kiekis gali u?tikrinti tokio kiekio elektros gamyb? (be CO2 emisij? ir be menkiausios oro tar?os), yra gana rimtas argumentas u? spar?iausi? ir energingiausi? termobranduolin?s energijos pl?tr? (nepaisant vis? sunkum? ir problem?) ir net ?imtu procent? nepasitik?dami toki? tyrim? s?kme.

Deuterio tur?t? u?tekti milijonams met?, o lengvai i?gaunamo li?io atsarg? pakanka ?imt? met? poreikiams patenkinti. Net jei uolienose baigiasi li?io kiekis, galime j? i?gauti i? vandens, kur jo koncentracija yra pakankamai didel? (100 kart? didesn? u? urano koncentracij?), kad jo gavyba b?t? ekonomi?kai pagr?sta.

Netoli Kadara?o miesto Pranc?zijoje statomas eksperimentinis termobranduolinis reaktorius (International thermonuclear experimental reactor). Pagrindinis ITER projekto tikslas – ?gyvendinti kontroliuojam? termobranduolin?s sintez?s reakcij? pramoniniu mastu.

Termobranduolinio kuro svorio vienetui gaunama apie 10 milijon? kart? daugiau energijos nei deginant tok? pat kiek? organinio kuro ir apie ?imt? kart? daugiau nei skaldant urano branduolius ?iuo metu veikian?i? atomini? elektrini? reaktoriuose. Jei mokslinink? ir dizaineri? skai?iavimai i?sipildys, tai suteiks ?monijai nei?senkam? energijos ?altin?.

Tod?l nema?ai ?ali? (Rusija, Indija, Kinija, Kor?ja, Kazachstanas, JAV, Kanada, Japonija, Europos S?jungos ?alys) suvienijo j?gas kurdamos Tarptautin? termobranduolini? tyrim? reaktori? – nauj? elektrini? prototip?.

Dalyvavimo tarptautiniame projekte schemoje numatytas reaktoriaus komponent? tiekimas ir jo statybos finansavimas. Mainais u? tai kiekviena dalyvaujanti ?alis gauna visi?k? prieig? prie vis? termobranduolinio reaktoriaus k?rimo technologij? ir vis? eksperimentini? darb?, susijusi? su ?iuo reaktoriumi, rezultatais, kurie bus pagrindu kuriant serijin?s galios termobranduolinius reaktorius.

Termobranduolin?s sintez?s principu veikiantis reaktorius neturi radioaktyvios spinduliuot?s ir yra visi?kai saugus aplinkai. Jis gali b?ti beveik bet kurioje pasaulio vietoje, o jo kuras yra paprastas vanduo. Numatoma, kad ITER statybos truks apie de?imt met?, o po to reaktorius bus naudojamas 20 met?.

Rusijos interesams Tarptautin?s ITER termobranduolinio reaktoriaus statybos organizacijos taryboje artimiausiais metais atstovaus Rusijos moksl? akademijos narys korespondentas Michailas Koval?iukas – Kurchatovo instituto direktorius, Rusijos akademijos Kristalografijos institutas. Prezidento tarybos mokslo, technologij? ir ?vietimo klausimais mokslai ir mokslinis sekretorius. Koval?iukas ?iose pareigose laikinai pakeis akademik? Jevgenij? Velikhov?, kuris kitiems dvejiems metams buvo i?rinktas ITER tarptautin?s tarybos pirmininku ir neturi teis?s derinti ?i? pareig? su dalyvaujan?ios ?alies oficialaus atstovo pareigomis.

Bendra statyb? kaina skai?iuojama 5 milijardais eur?, tiek pat reik?s bandomajam reaktoriaus eksploatavimui. Indijos, Kinijos, Kor?jos, Rusijos, JAV ir Japonijos akcijos sudaro apie 10 procent? visos vert?s, 45 procentus – i? Europos S?jungos ?ali?. Ta?iau Europos valstyb?s dar nesusitar?, kaip tiksliai bus paskirstytos i?laidos. D?l ?ios prie?asties statyb? prad?ia buvo nukelta ? 2010 m. baland?io m?n. Nepaisant paskutinio v?lavimo, su ITER susij? mokslininkai ir pareig?nai teigia, kad projekt? gal?s u?baigti iki 2018 m.

Numatoma ITER termobranduolin? galia yra 500 megavat?. Atskiros magnetin?s dalys pasiekia 200–450 ton? svor?. ITER v?sinimui per dien? reik?s 33 t?kst. kubini? metr? vandens.

1998 metais JAV nustojo finansuoti savo dalyvavim? projekte. Respublikonams at?jus ? vald?i? ir Kalifornijoje prasid?jus elektros energijos tiekimui, Busho administracija paskelb? apie didinan?ias investicijas ? energetik?. JAV neketino dalyvauti tarptautiniame projekte ir u?si?m? savo termobranduoliniu projektu. 2002 m. prad?ioje prezidento Bu?o patar?jas technologij? klausimais Johnas Marburgeris III pasak?, kad Jungtin?s Valstijos persigalvojo ir ketina gr??ti prie projekto.

Dalyvi? skai?iumi projektas lyginamas su kitu dideliu tarptautiniu moksliniu projektu – Tarptautine kosmine stotimi. ITER kaina, kuri anks?iau siek? 8 milijardus doleri?, tada siek? ma?iau nei 4 mlrd. JAV pasitraukus i? dalyvavimo, buvo nuspr?sta reaktoriaus gali? suma?inti nuo 1,5 GW iki 500 MW. Atitinkamai suma??jo ir projekto kaina.

2002 m. bir?el? Rusijos sostin?je vyko simpoziumas „ITER Days in Moscow“. Jame buvo aptartos teorin?s, praktin?s ir organizacin?s projekto atgaivinimo problemos, kuri? s?km? gali pakeisti ?monijos likim? ir suteikti jai naujos r??ies energijos, efektyvumu ir ekonomi?kumu prilygstan?i? tik Saul?s energijai.

2010 m. liep? tarptautiniame termobranduolinio reaktoriaus projekte ITER dalyvaujan?i? ?ali? atstovai neeiliniame pos?dyje, vykusiame Kadara?e (Pranc?zija), patvirtino jo biud?et? ir statybos grafik?. Susitikimo ataskait? rasite ?ia.

Paskutiniame neeiliniame pos?dyje projekto dalyviai patvirtino pirm?j? eksperiment? su plazma prad?ios dat? – 2019 m. Visi eksperimentai planuojami 2027 m. kovo m?nes?, nors projekto vadovyb? papra?? technini? specialist? pabandyti optimizuoti proces? ir prad?ti eksperimentus 2026 m. Susitikimo dalyviai sprend? ir d?l reaktoriaus statybos s?naud?, ta?iau sumos, kurias planuojama i?leisti ?renginiui sukurti, neatskleid?iamos. Remiantis informacija, kuri? portalo ScienceNOW redaktorius gavo i? ne?vardijamo ?altinio, iki eksperiment? prad?ios ITER projekto kaina gali siekti 16 milijard? eur?.

Susitikimas Kadara?e taip pat buvo pirmoji oficiali naujojo projekto direktoriaus, japon? fiziko Osamu Motojimos darbo diena. Prie? j? projektui nuo 2005 met? vadovavo japonas Kaname Ikeda, kuris panoro palikti savo post? i? karto po to, kai buvo patvirtintas biud?etas ir statybos terminai.

ITER branduoli? sintez?s reaktorius yra bendras Europos S?jungos, ?veicarijos, Japonijos, JAV, Rusijos, Piet? Kor?jos, Kinijos ir Indijos projektas. ITER k?rimo id?ja buvo svarstoma dar pra?jusio am?iaus 80-aisiais, ta?iau d?l finansini? ir technini? sunkum? projekto kaina nuolat auga, o statyb? prad?ios data vis atidedama. 2009 metais ekspertai tik?josi, kad reaktoriaus k?rimo darbai prasid?s 2010 metais. V?liau ?i data buvo perkelta ir i? prad?i? 2018-ieji, o v?liau 2019-ieji buvo ?vardinti kaip reaktoriaus paleidimo laikas.

Termobranduolin?s sintez?s reakcijos – tai lengv?j? izotop? branduoli? susiliejimo reakcijos ? sunkesn? branduol?, kuri? lydi did?iulis energijos i?siskyrimas. Teori?kai branduoli? sintez?s reaktoriai gali pagaminti daug energijos u? ma?? kain?, ta?iau ?iuo metu mokslininkai i?leid?ia daug daugiau energijos ir pinig? sintez?s reakcijai prad?ti ir palaikyti.

Termobranduolin? sintez? yra pigus ir aplinkai nekenksmingas energijos gamybos b?das. Nekontroliuojama termobranduolin? sintez? Saul?je vyksta jau milijardus met? – helis susidaro i? sunkaus vandenilio izotopo deuterio. Taip i?siskiria did?iulis energijos kiekis. Ta?iau ?mon?s ?em?je dar nei?moko valdyti toki? reakcij?.

ITER reaktoriuje kaip kuras bus naudojami vandenilio izotopai. Termobranduolin?s reakcijos metu energija i?siskiria, kai lengvieji atomai susijungia ? sunkesnius. Kad tai b?t? pasiekta, dujos turi b?ti ?kaitintos iki daugiau nei 100 milijon? laipsni? temperat?ros – daug auk?tesn?s nei temperat?ra Saul?s centre. Tokios temperat?ros dujos virsta plazma. Tuo pa?iu metu vandenilio izotop? atomai susilieja, virsdami helio atomais, i?skirdami daug neutron?. Tokiu principu veikianti j?gain? naudos tankios med?iagos (li?io) sluoksnio sul?tint? neutron? energij?.

Kod?l termobranduolini? ?rengini? k?rimas u?truko taip ilgai?

Kod?l tokios svarbios ir vertingos instaliacijos, apie kuri? naud? kalbama beveik pus? am?iaus, dar nesukurtos? Yra trys pagrindin?s prie?astys (aptartos toliau), i? kuri? pirmoji gali b?ti vadinama i?orine arba socialine, o kitos dvi – vidin?s, tai yra nulemtos pa?ios termobranduolin?s energijos vystymosi d?sni? ir s?lyg?.

1. Ilg? laik? buvo manoma, kad praktinio termobranduolin?s sintez?s energijos panaudojimo problema nereikalauja skubi? sprendim? ir veiksm?, nes dar pra?jusio am?iaus 80-aisiais i?kastinio kuro ?altiniai atrod? nei?senkantys, o aplinkos problemos ir klimato kaita – tai. ner?pi visuomenei. 1976 m. JAV Energetikos departamento Branduolin?s sintez?s energijos patariamasis komitetas band? ?vertinti mokslini? tyrim? ir pl?tros bei demonstracin?s branduoli? sintez?s elektrin?s laik? pagal ?vairias mokslini? tyrim? finansavimo galimybes. Kartu buvo nustatyta, kad metinis finansavimas ?ios krypties tyrimams yra visi?kai nepakankamas, o jei bus i?laikytas esamas asignavim? lygis, termobranduolini? ?rengini? k?rimas niekada nebus s?kmingas, nes skirtos l??os neatitinka net iki minimalaus, kritinio lygio.

2. Rimtesn? kli?tis pl?toti ?ios srities tyrimus yra ta, kad aptariamo tipo termobranduolinis ?renginys negali b?ti sukurtas ir demonstruojamas nedideliu mastu. I? toliau pateikt? paai?kinim? paai?k?s, kad termobranduolin?s sintez?s metu reikia ne tik magnetinio plazmos u?darymo, bet ir pakankamo jos kaitinimo. I?naudotos ir gaunamos energijos santykis did?ja bent jau proporcingai ?renginio linijini? matmen? kvadratui, d?l to termobranduolini? ?rengini? mokslines ir technines galimybes bei prana?umus galima i?bandyti ir ?rodyti tik gana didel?se stotyse, pvz. kaip min?tas ITER reaktorius. Visuomen? tiesiog nebuvo pasirengusi finansuoti toki? dideli? projekt?, kol nebuvo pakankamai pasitik?jimo s?kme.

3. Termobranduolin?s energijos pl?tra buvo labai sud?tinga, ta?iau (nepaisant nepakankamo finansavimo ir sunkum? parenkant centrus JET ir ITER ?renginiams kurti), pastaraisiais metais buvo pasteb?ta ai?ki pa?anga, nors veikian?ios stoties dar nebuvo sukurta.

?iuolaikinis pasaulis susiduria su labai rimtu energetikos i???kiu, kur? tiksliau b?t? galima pavadinti „neai?kia energijos krize“. Problema susijusi su tuo, kad i?kastinio kuro atsargos gali baigtis antroje ?io am?iaus pus?je. Be to, deginant i?kastin? kur? gali tekti ka?kaip sekvestruoti ir „sand?liuoti“ ? atmosfer? i?leist? anglies dioksid? (auk??iau min?ta CCS programa), kad b?t? i?vengta dideli? planetos klimato poky?i?.

?iuo metu beveik visa ?monijos suvartojama energija sukuriama deginant i?kastin? kur?, o problemos sprendimas gali b?ti siejamas su saul?s energijos ar branduolin?s energijos panaudojimu (greitai besiskleid?ian?i? reaktori? k?rimu ir pan.). Pasaulin? problema, kuri? sukelia augantis besivystan?i? ?ali? gyventoj? skai?ius ir poreikis gerinti gyvenimo lyg? bei didinti gaminamos energijos kiek?, negali b?ti i?spr?sta remiantis vien ?iais metodais, nors, ?inoma, bet kokie bandymai sukurti alternatyvius energijos gamybos b?dus. tur?t? b?ti skatinami.

Grie?tai kalbant, turime nedidel? elgesio strategij? pasirinkim?, o termobranduolin?s energijos pl?tra yra nepaprastai svarbi, net nepaisant s?km?s garantijos stokos. „Financial Times“ laikra?tis (2004 m. sausio 25 d.) ra?? apie tai:

„Net jei ITER projekto s?naudos gerokai vir?ys pradin? s?mat?, ma?ai tik?tina, kad jos pasieks 1 mlrd. USD per metus lyg?. Toks i?laid? lygis tur?t? b?ti laikomas labai kuklia kaina u? labai pagr?st? galimyb? sukurti nauj? energijos ?altin? visai ?monijai, ypa? atsi?velgiant ? tai, kad jau ?iame am?iuje nei?vengiamai tur?sime atsisakyti ?pro?io ?vaistyti. ir beatodairi?kas i?kastinio kuro deginimas“.

Tik?kim?s, kad termobranduolin?s energetikos pl?tros kelyje dideli? ir netik?t? netik?tum? nebus. Tokiu atveju ma?daug po 30 met? i? jos pirm? kart? gal?sime tiekti elektros srov? ? energetikos tinklus, o po kiek daugiau nei 10 met? prad?s veikti pirmoji komercin? termobranduolin? elektrin?. Gali b?ti, kad antroje ?io am?iaus pus?je branduolin?s sintez?s energija prad?s pakeisti i?kastin? kur? ir palaipsniui prad?s vaidinti vis svarbesn? vaidmen? apr?pinant ?monij? energija pasauliniu mastu.

N?ra absoliu?ios garantijos, kad termobranduolin?s energijos (kaip veiksmingo ir didelio masto energijos ?altinio visai ?monijai) k?rimo u?duotis bus s?kmingai atlikta, ta?iau s?km?s tikimyb? ?ia kryptimi yra gana didel?. Atsi?velgiant ? did?iul? termobranduolini? sto?i? potencial?, visos s?naudos projektams, skirtoms j? spar?iai (ir netgi paspartintai) pl?trai, gali b?ti laikomos pagr?stomis, juolab kad ?ios investicijos atrodo labai kuklios mil?ini?kos pasaulin?s energijos rinkos fone (4 trilijonai USD per metus8). ?monijos energijos poreiki? tenkinimas yra labai rimta problema. Kadangi i?kastinis kuras tampa vis ma?iau prieinamas (o jo naudojimas tampa nepageidautinas), situacija kei?iasi, ir mes tiesiog negalime sau leisti nevystyti sintez?s energijos.

? klausim? „Kada atsiras termobranduolin? energija? Levas Artsimovi?ius (pripa?intas ?ios srities tyrim? pradininkas ir lyderis) kart? atsak?, kad „jis bus sukurtas tada, kai tai taps tikrai reikalinga ?monijai“.

ITER bus pirmasis branduoli? sintez?s reaktorius, kuris pagamins daugiau energijos nei sunaudoja. Mokslininkai i?matuoja ?i? charakteristik? naudodami paprast? koeficient?, kur? jie vadina „Q“. Jei ITER pasieks visus savo mokslinius tikslus, jis pagamins 10 kart? daugiau energijos nei suvartoja. Paskutinis pastatytas prietaisas, Jungtin?s Europos Torus Anglijoje, yra ma?esnis prototipas branduoli? sintez?s reaktorius, kurio paskutiniuose mokslini? tyrim? etapuose Q vert? buvo beveik 1. Tai rei?kia, kad jis pagamino lygiai tiek pat energijos, kiek sunaudojo. . ITER bus daugiau nei tai, pademonstruodamas energijos k?rim? sintez?s b?du ir pasiek?s 10 Q vert?. Id?ja yra pagaminti 500 MW sunaudojant ma?daug 50 MW energijos. Taigi vienas i? mokslini? ITER tiksl? yra ?rodyti, kad galima pasiekti Q reik?m? 10.

Kitas mokslinis tikslas yra tai, kad ITER tur?t? labai ilg? „degimo“ laik? – pailgintos trukm?s impuls? iki vienos valandos. ITER yra eksperimentinis mokslini? tyrim? reaktorius, kuris negali nuolat gaminti energijos. Kai ITER prad?s veikti, jis veiks vien? valand?, o po to j? reik?s i?jungti. Tai svarbu, nes iki ?iol m?s? sukurti standartiniai ?renginiai gal?jo degti kelias sekundes ar net de?imt?sias sekund?s dalis – tai yra maksimumas. „Joint European Torus“ pasiek? savo Q reik?m? 1, degimo trukmei apytiksliai dvi sekund?s ir impulso trukmei 20 sekund?i?. Ta?iau kelias sekundes trunkantis procesas tikrai n?ra nuolatinis. Pagal analogij? su automobilio variklio u?vedimu: trumpam u?vesti varikl?, o paskui j? i?jungti, dar n?ra tikras automobilio veikimas. Tik va?in?jant savo automobiliu pusvaland?, jis pasieks pastov? darbo re?im? ir pademonstruos, kad tok? automobil? tikrai galima vairuoti.

Tai rei?kia, kad techniniu ir moksliniu po?i?riu ITER u?tikrins Q reik?m? 10 ir padidins degimo laik?.

Termobranduolin?s sintez?s programa yra tikrai tarptautin? ir plataus pob?d?io. ?mon?s jau tikisi ITER s?km?s ir galvoja apie kit? ?ingsn? – sukurti pramoninio termobranduolinio reaktoriaus prototip?, pavadint? DEMO. Norint j? sukurti, ITER turi veikti. Turime pasiekti savo mokslinius tikslus, nes tai reik?, kad m?s? pateiktos id?jos yra visi?kai ?gyvendinamos. Ta?iau sutinku, kad visada reikia galvoti apie tai, kas bus toliau. Be to, ITER veikiant 25–30 met?, m?s? ?inios palaipsniui gil?s ir pl?sis ir gal?sime tiksliau nubr??ti kit? ?ingsn?.

I? ties?, n?ra diskusij?, ar ITER tur?t? b?ti tokamakas. Kai kurie mokslininkai klausim? kelia visai kitaip: ar ITER tur?t? egzistuoti? ?vairi? ?ali? ekspertai, pl?todami savo, ne tokio didelio masto termobranduolinius projektus, ?rodin?ja, kad tokio didelio reaktoriaus apskritai nereikia.

Ta?iau j? nuomon? vargu ar tur?t? b?ti laikoma autoritetinga. Kuriant ITER dalyvavo fizikai, kelis de?imtme?ius dirbantys su toroidiniais sp?stais. Eksperimentinio termobranduolinio reaktoriaus Karada?e projektavimas buvo pagr?stas visomis ?iniomis, ?gytomis eksperimentuojant su de?imtimis pirmtak? tokamak?. Ir ?ie rezultatai rodo, kad reaktorius turi b?ti tokamakas ir tuo pa?iu didelis.

JET ?iuo metu s?kmingiausiu tokamaku galima laikyti JET, kur? ES pastat? Did?iosios Britanijos Abingdono mieste. Tai did?iausias iki ?iol sukurtas tokamako tipo reaktorius, kurio didelis plazminio toro spindulys siekia 2,96 metro. Termobranduolin?s reakcijos galia jau pasiek? daugiau nei 20 megavat?, o sulaikymo laikas yra iki 10 sekund?i?. Reaktorius gr??ina apie 40% energijos, ?d?tos ? plazm?.

B?tent plazmos fizika lemia energijos balans?“, – Infox.ru sak? Igoris Semenovas. MIPT docentas, kas yra energijos balansas, apib?dino paprastu pavyzd?iu: „Visi mat?me, kaip dega ugnis. Ties? sakant, ten dega ne mediena, o dujos. Energijos grandin? ten tokia: dega dujos, malkos ?kaista, mediena i?garuoja, dujos v?l dega. Tod?l, jei mes ?mesime vanden? ? ugn?, mes staiga paimsime energij? i? sistemos skysto vandens faziniam per?jimui ? gar? b?sen?. Likutis taps neigiamas ir ugnis u?ges. Yra ir kitas b?das – galime tiesiog paimti ugnies ?enklus ir paskleisti juos erdv?je. Ugnis taip pat u?ges. Tas pats yra termobranduoliniame reaktoriuje, kur? statome. Matmenys parenkami taip, kad b?t? sukurtas tinkamas teigiamas ?io reaktoriaus energijos balansas. Pakanka ateityje pastatyti tikr? atomin? elektrin?, ?iame eksperimentiniame etape i?sprend?iant visas ?iuo metu nei?spr?stas problemas.

Vien? kart? buvo pakeisti reaktoriaus matmenys. Tai atsitiko XX–XXI am?i? sand?roje, kai JAV pasitrauk? i? projekto, o lik? nariai suprato, kad ITER biud?etas (tuo metu buvo ?vertintas 10 mlrd. JAV doleri?) yra per didelis. Fizikai ir in?inieriai tur?jo suma?inti ?rengimo i?laidas. Ir tai buvo galima padaryti tik d?l dyd?io. ITER „perprojektavimui“ vadovavo pranc?z? fizikas Robertas Aymaras, anks?iau dirb?s prie pranc?zi?ko Tore Supra tokamako Karada?e. I?orinis plazminio toro spindulys suma?intas nuo 8,2 iki 6,3 metro. Ta?iau rizik?, susijusi? su dyd?io suma??jimu, i? dalies kompensavo keli papildomi superlaid?s magnetai, kurie leido ?gyvendinti tuo metu atvir? ir i?tirt? plazmos u?darymo re?im?.

Ambicingiausia m?s? laik? mokslin? konstrukcija. Kaip Pranc?zijoje statomas ITER branduoli? sintez?s reaktorius

Valdoma termobranduolin? sintez? – m?lyna fizik? ir energetikos ?moni? svajon?, kuri? jie puosel?jo de?imtme?ius. ?traukti dirbtin? saul? narve yra puiki id?ja. „Bet problema ta, kad mes ne?inome, kaip sukurti toki? d???“,- sak? Nobelio premijos laureatas Pierre'as Gillesas de Gennesas 1991 m. Ta?iau 2018 m. viduryje jau ?inome, kaip tai padaryti. Ir net statome. Geriausi pasaulio protai dirba prie tarptautinio eksperimentinio termobranduolinio reaktoriaus ITER projekto – ambicingiausio ir brangiausio ?iuolaikinio mokslo eksperimento.

Toks reaktorius kainuoja penkis kartus daugiau nei Didysis hadron? greitintuvas. ?imtai mokslinink? visame pasaulyje dirba prie projekto. Jo finansavimas nesunkiai gali vir?yti 19 milijard? eur?, o pirmoji plazma ? reaktori? bus paleista tik 2025 met? gruod?. Ir nepaisant nuolatini? v?lavim?, technologini? sunkum? ir nepakankamo atskir? dalyvaujan?i? ?ali? finansavimo, did?iausia pasaulyje termobranduolin? „am?inasis variklis“ statomas. Jis turi daug daugiau privalum? nei tr?kum?. Kokius? Pasakojim? apie ambicingiausi? m?s? laik? mokslin? statybos projekt? pradedame nuo teorijos.

Kas yra tokamakas?

Mil?ini?kos temperat?ros ir gravitacijos ?takoje m?s? Saul?s ir kit? ?vaig?d?i? gelm?se vyksta termobranduoli? sintez?. Vandenilio branduoliai susiduria, susidaro sunkesni helio atomai ir tuo pa?iu metu i?siskiria neutronai bei mil?ini?ki energijos kiekiai.

?iuolaikinis mokslas pri?jo prie i?vados, kad ?emiausioje pradin?je temperat?roje did?iausias energijos kiekis susidaro vykstant reakcijai tarp vandenilio izotop? – deuterio ir tri?io. Ta?iau tam svarbios trys s?lygos: auk?ta temperat?ra (apie 150 milijon? laipsni? Celsijaus), didelis plazmos tankis ir didelis plazmos sulaikymo laikas.

Faktas yra tas, kad mes nesugeb?sime sukurti tokio mil?ini?ko tankio kaip Saul?. Belieka tik pa?ildyti dujas iki plazmos b?senos naudojant itin auk?tas temperat?ras. Ta?iau jokia med?iaga negali atlaikyti s?ly?io su tokia kar?ta plazma. Tam 1950-aisiais akademikas Andrejus Sacharovas (Olego Lavrentjevo si?lymu) pasi?l? naudoti toroidines (tu??iavidures spurgos formos) kameras su magnetiniu lauku, kuris laikyt? plazm?. V?liau buvo sukurtas terminas – tokamakas.

?iuolaikin?s elektrin?s, deginan?ios i?kastin? kur?, mechanin? energij? (pavyzd?iui, turbinos sukim?si) paver?ia elektros energija. Tokamaks naudos sintez?s energij?, kuri? kaip ?ilum? sugeria ?renginio sienel?s, ?ildyti ir gaminti gar?, kuris suks turbinas.

Pirmasis tokamakas pasaulyje. Soviet? T-1. 1954 m

Ma?i eksperimentiniai tokamakai buvo statomi visame pasaulyje. Ir jie s?kmingai ?rod?, kad ?mogus gali sukurti auk?tos temperat?ros plazm? ir kur? laik? i?laikyti j? stabilioje b?senoje. Ta?iau pramoninis dizainas dar toli.

T-15 montavimas. 1980-ieji

Sintez?s reaktori? privalumai ir tr?kumai

?prasti branduoliniai reaktoriai veikia su de?imtimis ton? radioaktyvaus kuro (kuris galiausiai virsta de?imtimis ton? radioaktyvi?j? atliek?), o branduoli? sintez?s reaktoriui reikia tik ?imt? gram? tri?io ir deuterio. Pirmasis gali b?ti gaminamas pa?iame reaktoriuje: sintez?s metu i?siskiriantys neutronai paveiks reaktoriaus sieneles li?io priemai?omis, i? kuri? atsiranda tritis. Li?io atsarg? u?teks t?kstan?ius met?. Deuterio taip pat netr?ks – per metus jo pasaulyje pagaminama po keliasde?imt t?kstan?i? ton?.

Branduolin?s sintez?s reaktorius nei?skiria ?iltnamio efekt? sukelian?i? duj?, o tai b?dinga i?kastiniam kurui. O ?alutinis produktas helio-4 pavidalu yra nekenksmingos inertin?s dujos.

Be to, termobranduoliniai reaktoriai yra saug?s. Bet kokios katastrofos atveju termobranduolin? reakcija tiesiog sustos be joki? rimt? pasekmi? aplinkai ar personalui, nes nebus nieko, kas paremt? sintez?s reakcij?: jai reikia per daug ?iltnamio s?lyg?.

Ta?iau termobranduoliniai reaktoriai turi ir tr?kum?. Vis? pirma, tai yra banalus sunkumas prad?ti savaranki?k? reakcij?. Jai reikia gilaus vakuumo. Sud?tingoms magnetinio u?darymo sistemoms reikalingos did?iul?s superlaid?ios magnetin?s rit?s.

Ir nepamir?kite apie radiacij?. Nepaisant kai kuri? stereotip? apie termobranduolini? reaktori? nekenksmingum?, j? aplinkos bombardavimas sintez?s metu susidaran?iais neutronais negali b?ti at?auktas. ?is bombardavimas sukelia radiacij?. Tod?l reaktoriaus technin? prie?i?ra turi b?ti atliekama nuotoliniu b?du. ?velgiant ? ateit?, tarkime, kad po paleidimo robotai tiesiogiai pri?i?r?s ITER tokamak?.

Be to, radioaktyvusis tritis gali b?ti pavojingas patek?s ? organizm?. Tiesa, pakaks pasir?pinti tinkamu jo laikymu ir visais ?manomais platinimo keliais sukurti apsauginius u?tvarus ?vykus avarijai. Be to, tri?io pusin?s eliminacijos laikas yra 12 met?.

Kai bus pad?tas b?tinas minimalus teorijos pagrindas, galite pereiti prie straipsnio herojaus.

Ambicingiausias m?s? laik? projektas

1985 metais ?enevoje ?vyko pirmasis per daugel? met? asmeninis SSRS ir JAV vadov? susitikimas. Prie? tai ?altasis karas buvo pasiek?s pik?: supervalstyb?s boikotavo olimpines ?aidynes, i?ugd? savo branduolin? potencial? ir nesiruo?? leistis ? jokias derybas. ?is dviej? ?ali? vir??ni? susitikimas neutralioje teritorijoje i?siskiria dar viena svarbia aplinkybe. Jos metu TSKP CK generalinis sekretorius Michailas Gorba?iovas pasi?l? ?gyvendinti bendr? tarptautin? termobranduolin?s energetikos pl?tros taikiems tikslams projekt?.

Po met? buvo pasiektas susitarimas d?l projekto tarp Amerikos, Soviet? S?jungos, Europos ir Japonijos mokslinink? ir prad?tas rengti didelio termobranduolinio komplekso ITER koncepcinis projektas. In?inerini? detali? k?rimas v?lavo, JAV vis i?eidavo, o paskui gr??davo prie projekto, o galiausiai prie jo prisijung? Kinija, Piet? Kor?ja ir Indija. Dalyviai pasidalijo atsakomybes u? finansavim? ir tiesioginius darbus, o 2010 metais pagaliau prad?ta ruo?ti duob? b?simo komplekso pamatams. Jie nusprend? j? pastatyti Pranc?zijos pietuose netoli Provanso Ekso miesto.

Taigi, kas yra ITER? Tai did?iulis mokslinis eksperimentas ir ambicingas energetikos projektas, siekiant sukurti did?iausi? pasaulyje tokamak?. Konstrukcija turi ?rodyti sintez?s reaktoriaus komercinio panaudojimo galimyb?, taip pat i?spr?sti kylan?ias fizines ir technologines problemas.

I? ko susideda ITER reaktorius?

Tokamakas yra toroidin? vakuumin? kamera su magnetin?mis rit?mis ir kriostatu, sverian?iu 23 t?kstan?ius ton?. Kaip jau ai?ku i? apibr??imo, turime fotoaparat?. Gilioji vakuumin? kamera. ITER atveju tai bus 850 kubini? metr? laisvos kameros t?rio, kurioje i? prad?i? bus tik 0,1 gramo deuterio ir tri?io mi?inio.

1. Vakuumin? kamera, kurioje gyvena plazma. 2. Neutralaus spindulio injektorius ir radijo da?nio plazmos kaitinimas iki 150 milijon? laipsni?. 3. Superlaidieji magnetai, kurie panaudoja plazm?. 4. Antklod?s, apsaugan?ios kamer? ir magnetus nuo neutron? bombardavimo ir ?kaitimo. 5. Diverteris, kuris pa?alina ?ilum? ir termobranduolin?s reakcijos produktus. 6. Plazmos fizikos tyrimo diagnostikos priemon?s. Apima sl?gio matuoklius ir neutron? kameras. 7. Kriostatas - did?iulis termosas su giliu vakuumu, kuris apsaugo magnetus ir vakuumin? kamer? nuo ?kaitimo

Taip atrodo „ma?a“ vakuumin? kamera su darbinink? modeliais viduje. Jis yra 11,4 metro auk??io, o kartu su antklod?mis ir diverteriu svers 8,5 t?kst.

Ant vidini? kameros sien? yra special?s moduliai, vadinami antklod?mis. J? viduje cirkuliuoja vanduo. Laisvieji neutronai, i?b?gantys i? plazmos, patenka ? ?ias antklodes ir juos sul?tina vanduo. D?l ko jis ?kaista? Patys antklod?s apsaugo likus? kolos? nuo ?ilumin?s, rentgeno ir jau min?tos plazmos neutronin?s spinduliuot?s.

Tokia sistema b?tina norint pailginti reaktoriaus tarnavimo laik?. Kiekviena antklod? sveria apie 4,5 tonos, ma?daug kas 5–10 met? jas pakeis robotin? ranka, nes ?i pirmoji gynybos linija bus veikiama garavimo ir neutron? spinduliuot?s.

Bet tai dar ne viskas. Kameroje prijungta kameroje esanti ?ranga, termoporos, akselerometrai, jau min?ti 440 antklod?s sistemos blok?, au?inimo sistemos, ekranavimo blokas, divertorius, 48 element? magnetin? sistema, auk?to da?nio plazminiai ?ildytuvai, neutralus atomas. injektorius ir tt Ir visa tai yra did?iuliame 30 metr? auk??io kriostate, kurio skersmuo ir t?ris yra 16 t?kstan?i? kubini? metr?. Kriostatas garantuoja gil? vakuum? ir itin ?alt? temperat?r? tokamako kamerai ir superlaid?iams magnetams, kurie skystu heliu au?inami iki -269 laipsni? Celsijaus.

Apa?ia. Tre?dalis kriostato pagrindo. I? viso ?? „termos?“ sudarys 54 elementai

Ir ?tai kaip kriostatas atrodo vaizde. Jo gamyba patik?ta Indijai. „Termoso“ viduje bus sumontuotas reaktorius

Kriostatas jau surenkamas. Pavyzd?iui, ?ia galite pamatyti lang?, pro kur? dalel?s bus i?metamos ? reaktori?, kad pa?ildyt? plazm?

Visos ?ios ?rangos gamyba yra padalinta tarp dalyvaujan?i? ?ali?. Pavyzd?iui, jie dirba su kai kuriomis antklod?mis Rusijoje, kriostato korpusu Indijoje ir vakuumin?s kameros segmentais Europoje ir Kor?joje.

Ta?iau tai jokiu b?du n?ra greitas procesas. Be to, dizaineriai neturi vietos klaidoms. ITER komanda pirmiausia modeliuoja konstrukcij? element? apkrovas ir reikalavimus, jie i?bandomi ant stend? (pavyzd?iui, veikiami plazmini? ginkl?, kaip divertorius), tobulinami ir modifikuojami, surenkami prototipai ir dar kart? i?bandomi prie? i?leid?iant galutin? element?.

Pirmasis toroidin?s rit?s korpusas. Pirmasis i? 18 mil?ini?k? magnet?. Viena pus? pagaminta Japonijoje, kita Kor?joje

18 mil?ini?k? D formos magnet?, i?d?styt? apskritimu, suformuojant nepralaid?i? magnetin? sienel?. Kiekvieno i? j? viduje yra 134 superlaidaus kabelio apsisukimai.

Kiekviena tokia rit? sveria ma?daug 310 ton?

Ta?iau j? sujungti yra vienas dalykas. Ir visai kitas dalykas yra visa tai i?laikyti. D?l didelio radiacijos lygio patekti ? reaktori? draud?iama. Jai aptarnauti buvo sukurta visa ?eima robot? sistem?. Kai kas keis antklodes ir diverteri? kasetes (sverian?ias iki 10 ton?), kai kurios bus valdomos nuotoliniu b?du, kad b?t? i?vengta nelaiming? atsitikim?, dalis bus bazuojama vakuumin?s kameros ki?en?se su HD kameromis ir lazeriniais skeneriais, kad b?t? galima greitai ap?i?r?ti. Ir visa tai turi b?ti daroma vakuume, siauroje erdv?je, labai tiksliai ir ai?kiai s?veikaujant su visomis sistemomis. U?duotis yra sunkesn? nei ISS remontas. ITER Tokamakas bus pirmasis termobranduolinis reaktorius, kuris generuos daugiau energijos, nei reikia pa?iai plazmai ?ildyti. Be to, jis gal?s i?laikyti stabili? b?kl? daug ilgiau nei dabartiniai ?renginiai. Mokslininkai teigia, kad b?tent d?l to ir reikalingas toks plataus masto projektas.

Tokio reaktoriaus pagalba ekspertai ketina ?veikti atotr?k? tarp ?iandienini? ma?? eksperimentini? ?rengini? ir ateities branduoli? sintez?s j?gaini?. Pavyzd?iui, termobranduolin?s galios rekordas buvo pasiektas 1997 m. tokamake Did?iojoje Britanijoje – 16 MW su 24 MW sunaudota galia, o ITER buvo suprojektuotas su 500 MW termobranduolin?s galios i? 50 MW ?ilumin?s energijos.

Tokamake bus i?bandytos ?ildymo, valdymo, diagnostikos, kriogenikos ir nuotolin?s prie?i?ros technologijos, tai yra visos technologijos, reikalingos pramoniniam termobranduolinio reaktoriaus prototipui.

Pasaulin?s tri?io produkcijos ateities elektrin?ms neu?teks. Tod?l ITER taip pat sukurs dauginamos antklod?s, kurioje yra li?io, technologij?. Tritis bus sintetinamas i? jo, veikiant termobranduoliniams neutronams.

Ta?iau netur?tume pamir?ti, kad tai, nors ir brangus, yra eksperimentas. Tokamake nebus turbin? ar kit? sistem?, skirt? ?ilum? paversti elektra. Tai rei?kia, kad nebus komercini? i?metam?j? ter?al? tiesiogin?s energijos gamybos forma. Kod?l? Nes tai tik apsunkint? projekt? in?ineriniu po?i?riu ir dar labiau pabrangint?.

Finansavimo schema yra gana paini. Statybos, reaktoriaus ir kit? komplekso sistem? k?rimo etape apie 45% i?laid? tenka ES ?alims, likusieji dalyviai - po 9%. Ta?iau dauguma ?na?? yra „nat?ra“. Dauguma komponent? ITER tiekiami tiesiogiai i? dalyvaujan?i? ?ali?.

? Pranc?zij? jie atkeliauja j?ra, o i? uosto ? statybviet? pristatomi specialiai Pranc?zijos vyriausyb?s pertvarkytu keliu. ?alis i?leido 110 milijon? eur? ir 4 metus dirbo 104 km ITER kelyje. Trasa buvo i?pl?sta ir sustiprinta. Faktas yra tas, kad iki 2021 m. per j? prava?iuos 250 vilkstini? su did?iuliais kroviniais. Sunkiausios dalys siekia 900 ton?, auk??iausia – 10 metr?, ilgiausia – 33 metrus.

ITER dar nebuvo prad?tas eksploatuoti. Ta?iau jau yra DEMO branduoli? sintez?s j?gain?s projektas, kurio tikslas – pademonstruoti technologijos komercinio panaudojimo patrauklum?. ?is kompleksas tur?s nuolat (o ne pulsuoti, kaip ITER) generuoti 2 GW energijos.

Naujojo pasaulinio projekto laikas priklauso nuo ITER s?km?s, ta?iau pagal 2012 m. plan? pirmasis DEMO paleidimas ?vyks ne anks?iau kaip 2044 m.

Kaip viskas prasid?jo? „Energijos i???kis“ atsirado d?l ?i? trij? veiksni? derinio:

1. ?monija dabar sunaudoja did?iul? kiek? energijos.

2. Pasaulio energijos suvartojimas smarkiai did?ja.

3. ?iuo metu 80 % pasaulio energijos gaunama deginant i?kastin? kur? (nafta, anglis ir dujos), kuri? naudojimas:
a) gali sukelti katastrofi?k? aplinkos poky?i? pavoj?;
b) ka?kada nei?vengiamai turi baigtis.

I? to, kas pasakyta, ai?ku, kad dabar turime pasiruo?ti i?kastinio kuro naudojimo eros pabaigai

Sintez?s j?gain?s

Paveiksl?lyje parodyta termobranduolin?s elektrin?s ?renginio ir veikimo principo schema (ne pagal mastel?). Centrin?je dalyje yra ~2000 m3 t?rio toroidin? (spurgos formos) kamera, u?pildyta tri?io-deuterio (T-D) plazma, ?kaitinta iki auk?tesn?s nei 100 M°C temperat?ros. Sintez?s reakcijos metu susidar? neutronai (1) palieka „magnetin? butel?“ ir patenka ? paveiksl?lyje pavaizduot? apie 1 m storio apvalkal?.

Korpuso viduje neutronai susiduria su li?io atomais, tod?l vyksta reakcija, kurios metu susidaro tritis:

neutronas + litis -> helis + tritis

Kod?l mums to reikia?

ITER yra ?renginys, sukuriantis s?lygas vandenilio ir tri?io atom? (vandenilio izotop?) sintezei, tod?l susidaro naujas atomas – helio atomas. ?? proces? lydi did?iulis energijos pli?psnis: plazmos, kurioje vyksta termobranduolin? reakcija, temperat?ra yra apie 150 milijon? laipsni? Celsijaus (palyginimui, Saul?s ?erdies temperat?ra yra 40 milijon? laipsni?). Tokiu atveju izotopai i?dega, tod?l radioaktyvi?j? atliek? prakti?kai nelieka.
Dalyvavimo tarptautiniame projekte schemoje numatytas reaktoriaus komponent? tiekimas ir jo statybos finansavimas. Mainais u? tai kiekviena dalyvaujanti ?alis gauna visi?k? prieig? prie vis? termobranduolinio reaktoriaus k?rimo technologij? ir vis? eksperimentini? darb?, susijusi? su ?iuo reaktoriumi, rezultatais, kurie bus pagrindu kuriant serijin?s galios termobranduolinius reaktorius.

Rusijos interesams Tarptautin?s ITER termobranduolinio reaktoriaus statybos organizacijos taryboje artimiausiais metais atstovaus Rusijos moksl? akademijos narys korespondentas Michailas Koval?iukas, Kurchatovo instituto direktorius, Rusijos akademijos Kristalografijos institutas. Prezidento tarybos mokslo, technologij? ir ?vietimo klausimais mokslai ir mokslinis sekretorius. Koval?iukas ?iose pareigose laikinai pakeis akademik? Jevgenij? Velikhov?, kuris kitiems dvejiems metams buvo i?rinktas ITER tarptautin?s tarybos pirmininku ir neturi teis?s derinti ?i? pareig? su dalyvaujan?ios ?alies oficialaus atstovo pareigomis.

Numatoma ITER termobranduolin? galia yra 500 megavat?. Atskiros magnetin?s dalys pasiekia 200–450 ton? svor?. ITER v?sinimui per dien? reik?s 33 t?kst. kubini? metr? vandens.

Kod?l termobranduolini? ?rengini? k?rimas u?truko taip ilgai?

Kitas mokslinis tikslas yra tai, kad ITER tur?t? labai ilg? „degimo“ laik? – pailgintos trukm?s impuls? iki vienos valandos. ITER yra eksperimentinis mokslini? tyrim? reaktorius, kuris negali nuolat gaminti energijos. Kai ITER prad?s veikti, jis veiks vien? valand?, o po to j? reik?s i?jungti. Tai svarbu, nes iki ?iol m?s? sukurti tipiniai ?renginiai gal?jo degti kelias sekundes ar net de?imt?sias sekund?s dalis – tai maksimalus. „Joint European Torus“ pasiek? savo Q reik?m? 1, degimo trukmei apytiksliai dvi sekund?s ir impulso trukmei 20 sekund?i?. Ta?iau kelias sekundes trunkantis procesas tikrai n?ra nuolatinis. Pagal analogij? su automobilio variklio u?vedimu: trumpam u?vesti varikl?, o paskui j? i?jungti, dar n?ra tikras automobilio veikimas. Tik va?in?jant savo automobiliu pusvaland?, jis pasieks pastov? darbo re?im? ir pademonstruos, kad tok? automobil? tikrai galima vairuoti.

Tai rei?kia, kad techniniu ir moksliniu po?i?riu ITER u?tikrins Q reik?m? 10 ir padidins degimo laik?.