F?zny reaktor.

F?zny reaktor- zariadenie na z?skavanie energie termonukle?rnymi f?znymi reakciami ?ahk?ch at?mov?ch jadier vyskytuj?cich sa v plazme pri ve?mi vysok?ch teplot?ch (>108K).

Hlavnou po?iadavkou, ktor? mus? f?zny reaktor sp??a?, je uvo?nen? energia termonukle?rne reakcie(TP) viac ako kompenzoval n?klady na energiu z extern?ch zdrojov na udr?anie reakcie.
Hlavn?m a jedin?m kandid?tom na z?kladn? energiu je jadrov? energia. V s??asnosti s? na v?robu energie zvl?dnut? iba reakcie jadrov?ho ?tiepenia, ktor? sa vyu??vaj? v modern?ch jadrov?ch elektr?r?ach. Riaden? termonukle?rna f?zia je zatia? len potenci?lnym kandid?tom na z?kladn? energiu.

V?etky zariadenia vyn?jden? viac ako 50 rokov mo?no rozdeli? do dvoch ve?k?ch tried:
1. Reaktory so zap?len?m samoudr?iavacej termonukle?rnej reakcie. Stacion?rne alebo kv?zistacion?rne syst?my.
Patria sem reaktory, ktor? vy?aduj? energiu z vonkaj??ch zdrojov len na zap?lenie termonukle?rnej reakcie. ?alej je reakcia podporovan? energiou uvo?nenou v plazme po?as termonukle?rnej reakcie, napr?klad v zmesi deut?rium-tr?cium sa energia a-?ast?c vytvoren?ch po?as reakci? spotrebuje na udr?anie vysokej teploty. V zmesi deut?ria a 3He sa energia v?etk?ch reak?n?ch produktov, teda a-?ast?c a prot?nov, vynaklad? na udr?anie po?adovanej teploty plazmy. V ust?lenom prev?dzkovom re?ime termonukle?rneho reaktora energia pren??an? nabit?mi reak?n?mi produktmi kompenzuje straty energie z plazmy, ktor? s? sp?soben? najm? tepelnou vodivos?ou plazmy a ?iaren?m. Pr?klad tak?hoto f?zneho reaktora: tokamak, stelar?tor.
V syst?moch zalo?en?ch na magnetickom obmedzen? hor?cej plazmy; V tomto pr?pade je hustota plazmy n?zka a prebytok energie uvo?nenej pri riadenej termonukle?rnej f?zii nad energiou zavedenou do syst?mu (Lawsonovo krit?rium) sa dosiahne v?aka dobr?mu zadr?aniu energie v syst?me, t.j. dlh? ?ivotnos? energetickej plazmy. Preto syst?my s magnetick?m obmedzen?m maj? charakteristick? ve?kos? plazmy r?dovo nieko?ko metrov a relat?vne n?zku hustotu plazmy, n ~ 1020 m-3 (to je pribli?ne 105-kr?t ni??ia ako at?mov? hustota pri norm?lnom tlaku a izbovej teplote).
2. Reaktor so zachovan?m spa?ovania termonukle?rnych reakci?. Impulzn? syst?my.
Patria sem reaktory, v ktor?ch sa na udr?anie spa?ovania reakci? neuvo??uje dostatok energie v plazme vo forme nabit?ch reak?n?ch produktov a je potrebn? energia z vonkaj??ch zdrojov. K tomu doch?dza v t?ch termonukle?rnych reaktoroch, kde s? straty energie vysok?, napr?klad otvoren? magnetick? pasca, tokamak pracuj?ci v re?ime hustoty plazmy a teploty pod krivkou vznietenia termonukle?rnej reakcie. Tieto dva typy reaktorov zah??aj? v?etky mo?n? typy termonukle?rnych reakci?, ktor? m??u by? postaven? na b?ze syst?mov s magnetickou plazmou (tokamak, stelar?tor, otvoren? magnetick? pasca a pod.) alebo syst?mov s zotrva?n? dr?anie plazma.
V pulzn?ch syst?moch je mo?n? Lawsonovo krit?rium dosiahnu? stla?en?m f?znych cie?ov laserom alebo r?ntgenov?m ?iaren?m a vytvoren?m zmesi s ve?mi vysokou hustotou. ?ivotnos? v pulzn?ch syst?moch je kr?tka a je ur?en? vo?nou expanziou cie?a. Hlavnou fyzik?lnou ?lohou v tomto smere riadenej termonukle?rnej f?zie je zn??i? celkov? energiu v?buchu na ?rove?, ktor? umo?n? vyrobi? praktick? termonukle?rny reaktor.

Oba typy syst?mov sa napriek po?etn?m probl?mom u? pribl??ili k vytvoreniu experiment?lnych termonukle?rnych f?znych strojov s kladn?m energetick?m v?stupom, v ktor?ch sa bud? testova? hlavn? prvky bud?cich termonukle?rnych reaktorov.

V?voj f?zneho reaktora s magnetick?m ohrani?en?m je pokro?ilej?? ako syst?my inerci?lneho ohrani?enia.
V s??asnosti sa realizuje projekt ITER - medzin?rodn? experiment?lny termonukle?rny reaktor vyv?jaj? od roku 1988 ?tyri strany - ZSSR (od roku 1992 Rusko), USA, krajiny Euratomu a Japonsko. Poslan?m ITER je demon?trova? uskuto?nite?nos? komer?n?ho vyu?itia f?zneho reaktora a vyrie?i? fyzik?lne a technologick? probl?my, ktor? m??u na ceste nasta?. Projekt reaktora bol kompletne dokon?en? a na jeho v?stavbu bolo vybran? miesto – v?skumn? centrum Cadarache na juhu Franc?zska, 60 km od Marseille.

ITER - Medzin?rodn? termonukle?rny reaktor (ITER)

Spotreba energie ?udstva ka?d?m rokom rastie, ?o tla?? energetick? sektor k akt?vnemu rozvoju. So vznikom jadrov?ch elektr?rn? sa teda v?razne zv??ilo mno?stvo vyrobenej energie na celom svete, ?o umo?nilo bezpe?ne vyu??va? energiu pre v?etky potreby ?udstva. Napr?klad 72,3% elektriny vyrobenej vo Franc?zsku poch?dza z jadrov?ch elektr?rn?, na Ukrajine - 52,3%, vo ?v?dsku - 40,0%, vo Ve?kej Brit?nii - 20,4%, v Rusku - 17,1%. Technol?gie v?ak nestoja a s cie?om pokry? ?al?ie energetick? potreby bud?cich kraj?n vedci pracuj? na mno?stve inovat?vnych projektov, jedn?m z nich je ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).

Hoci je ziskovos? tohto zariadenia st?le ot?zna, pod?a pr?ce mnoh?ch v?skumn?kov m??e vytvorenie a n?sledn? v?voj technol?gie riadenej termonukle?rnej f?zie vies? k v?konn?mu a bezpe?n?mu zdroju energie. Pozrime sa na niektor? pozit?vne aspekty takejto in?tal?cie:

• Hlavn?m palivom termonukle?rneho reaktora je vod?k, ?o znamen? prakticky nevy?erpate?n? z?soby jadrov?ho paliva.
• Vod?k mo?no vyr?ba? spracovan?m morskej vody, ktor? je dostupn? pre v???inu kraj?n. Z toho vypl?va, ?e nem??e vznikn?? monopol zdrojov pal?v.
• Pravdepodobnos? n?dzov?ho v?buchu po?as prev?dzky termonukle?rneho reaktora je ove?a men?ia ako pri prev?dzke jadrov?ho reaktora. Pod?a v?skumn?kov ani v pr?pade hav?rie nebud? emisie ?iarenia predstavova? nebezpe?enstvo pre obyvate?stvo, ?o znamen?, ?e nie je potrebn? evaku?cia.
• Na rozdiel od jadrov?ch reaktorov, f?zne reaktory produkuj? r?dioakt?vny odpad, ktor? m? kr?tky pol?as rozpadu, ?o znamen?, ?e sa r?chlej?ie rozklad?. V termonukle?rnych reaktoroch tie? nie s? ?iadne produkty spa?ovania.
• F?zny reaktor nevy?aduje materi?ly, ktor? sa pou??vaj? aj na jadrov? zbrane. Odpad? tak mo?nos? kry? v?robu jadrov?ch zbran? spracovan?m materi?lov pre potreby jadrov?ho reaktora.

Termonukle?rny reaktor - poh?ad zvn?tra

Existuje v?ak aj mno?stvo technick?ch nedostatkov, s ktor?mi sa v?skumn?ci neust?le stret?vaj?.

Napr?klad s??asn? verzia paliva, prezentovan? vo forme zmesi deut?ria a tr?cia, si vy?aduje v?voj nov?ch technol?gi?. Napr?klad na konci prvej s?rie testov v doteraz najv???om termonukle?rnom reaktore JET sa reaktor stal nato?ko r?dioakt?vnym, ?e na dokon?enie experimentu bol potrebn? ?al?? v?voj ?peci?lneho syst?mu robotickej ?dr?by. ?al??m sklaman?m pri prev?dzke termonukle?rneho reaktora je jeho ??innos? - 20%, zatia? ?o ??innos? jadrovej elektr?rne je 33-34% a tepelnej elektr?rne 40%.

Vytvorenie projektu ITER a spustenie reaktora

Projekt ITER sa datuje do roku 1985, ke? Sovietsky zv?z navrhol spolo?n? vytvorenie tokamaku - toroidnej komory s magnetick?mi cievkami, ktor? m??u dr?a? plazmu pomocou magnetov, ??m sa vytvoria podmienky potrebn? na uskuto?nenie termonukle?rnej f?znej reakcie. V roku 1992 bola podp?san? ?tvorstrann? dohoda o v?voji ITER, ktorej zmluvn?mi stranami boli E?, USA, Rusko a Japonsko. V roku 1994 sa do projektu zapojila Kaza?sk? republika, v roku 2001 - Kanada, v roku 2003 - Ju?n? K?rea a ??na, v roku 2005 - India. V roku 2005 bolo ur?en? miesto pre v?stavbu reaktora - Cadarache Nuclear Energy Research Center, Franc?zsko.

V?stavba reaktora sa za?ala pr?pravou jamy pre z?klad. Tak?e parametre jamy boli 130 x 90 x 17 metrov. Cel? komplex tokamaku bude v??i? 360 000 ton, z toho 23 000 ton samotn? tokamak.

R?zne prvky komplexu ITER bud? vyvinut? a dodan? na stavenisko z cel?ho sveta. Tak?e v roku 2016 bola v Rusku vyvinut? ?as? vodi?ov pre poloidn? cievky, ktor? boli n?sledne odoslan? do ??ny, ktor? si cievky sama vyrob?.

Je zrejm?, ?e tak?to rozsiahle dielo nie je v?bec ?ahk? zorganizova?, mno?stvo kraj?n opakovane nedok?zalo dodr?a? harmonogram projektu, v d?sledku ?oho sa spustenie reaktora neust?le odkladalo. Tak?e pod?a minuloro?nej (2016) j?novej spr?vy: „pr?jem prvej plazmy je pl?novan? na december 2025“.

Opera?n? mechanizmus tokamaku ITER

V?raz „tokamak“ poch?dza z ruskej skratky, ktor? znamen? „toroidn? komora s magnetick?mi cievkami“.

Srdcom tokamaku je jeho v?kuov? komora v tvare torusu. Vo vn?tri sa vod?kov? palivov? plyn pod extr?mnou teplotou a tlakom st?va plazmou – hor?cim, elektricky nabit?m plynom. Ako je zn?me, hviezdna hmota je reprezentovan? plazmou a termonukle?rne reakcie v slne?nom jadre prebiehaj? pr?ve v podmienkach zv??enej teploty a tlaku. Podobn? podmienky pre vznik, zadr?iavanie, stl??anie a zahrievanie plazmy vytv?raj? mas?vne magnetick? cievky, ktor? s? umiestnen? okolo v?kuovej n?doby. Vplyv magnetov obmedz? hor?cu plazmu zo stien n?doby.

Pred za?at?m procesu sa z v?kuovej komory odstr?ni vzduch a ne?istoty. Magnetick? syst?my, ktor? pom??u kontrolova? plazmu, sa potom nabij? a zav?dza sa plynn? palivo. Ke? n?dobou prech?dza siln? elektrick? pr?d, plyn sa elektricky ?tiepi a st?va sa ionizovan?m (to znamen?, ?e elektr?ny op???aj? at?my) a vytv?ra plazmu.

Ke? sa ?astice plazmy aktivuj? a zrazia, za?n? sa tie? zahrieva?. Techniky asistovan?ho ohrevu pom?haj? privies? plazmu na teplotu topenia (150 a? 300 mili?nov °C). ?astice „vzru?en?“ do tohto stup?a m??u pri zr??ke prekona? svoje prirodzen? elektromagnetick? odpudzovanie a v d?sledku tak?chto zr??ok uvo?nia obrovsk? mno?stvo energie.

Dizajn tokamaku pozost?va z nasleduj?cich prvkov:

V?kuov? n?doba

(“?i?ka”) je toroidn? komora vyroben? z nehrdzavej?cej ocele. Jej ve?k? priemer je 19 m, mal? 6 m a v??ka 11 m. Objem komory je 1 400 m 3 a jej hmotnos? je viac ako 5 000 ton. Steny v?kuovej n?doby s? dvojit?; medzi stenami bude cirkulova? chladiaca kvapalina, ktorou bude destilovan? voda.voda. Aby sa zabr?nilo kontamin?cii vody, vn?torn? stena komory je chr?nen? pred r?dioakt?vnym ?iaren?m pomocou prikr?vky.

Deka

(„prikr?vka“) – pozost?va zo 440 ?lomkov pokr?vaj?cich vn?torn? povrch komory. Celkov? plocha banketu je 700 m2. Ka?d? fragment je druh kazety, ktorej telo je vyroben? z medi a predn? stena je odn?mate?n? a vyroben? z ber?lia. Parametre kaziet s? 1x1,5 m a hmotnos? nie je v???ia ako 4,6 tony Tak?to ber?liov? kazety spoma?uj? vysokoenergetick? neutr?ny vznikaj?ce po?as reakcie. Po?as moderovania neutr?nov sa teplo uvo??uje a odstra?uje chladiacim syst?mom. Treba poznamena?, ?e ber?liov? prach vznikaj?ci v d?sledku prev?dzky reaktora m??e sp?sobi? v??ne ochorenie naz?van? ber?lium a m? tie? karcinog?nny ??inok. Z tohto d?vodu sa v are?li vyv?jaj? pr?sne bezpe?nostn? opatrenia.

Tokamak v sekcii. ?lt? - solenoid, oran?ov? - magnety toroidn?ho po?a (TF) a poloidn?ho po?a (PF), modr? - deka, svetlomodr? - VV - v?kuov? n?doba, fialov? - divertor

(„popoln?k“) poloidn?ho typu je zariadenie, ktor?ho hlavnou ?lohou je „o?isti?“ plazmu od ne?ist?t vznikaj?cich zohrievan?m a interakciou stien komory pokryt?ch prikr?vkou s ?ou. Ke? sa tak?to kontaminanty dostan? do plazmy, za?n? intenz?vne vy?arova?, ?o m? za n?sledok ?al?ie straty ?iarenia. Nach?dza sa v spodnej ?asti tokomaku a pomocou magnetov smeruje horn? vrstvy plazmy (ktor? s? najviac kontaminovan?) do chladiacej komory. Tu sa plazma ochlad? a premen? sa na plyn, po ktorom sa od?erp? sp?? z komory. Prach ber?lia sa po vstupe do komory prakticky nedok??e vr?ti? sp?? do plazmy. Plazmov? kontamin?cia teda zost?va len na povrchu a neprenik? hlb?ie.

Kryostat

- najv???? komponent tokomaku, ktor?m je nerezov? pl??? s objemom 16 000 m 2 (29,3 x 28,6 m) a hmotnos?ou 3 850 ton ?al?ie prvky syst?mu bud? umiestnen? vo vn?tri kryostatu a ten s?m sl??i ako bari?ra medzi tokamakom a vonkaj??m prostred?m. Na jeho vn?torn?ch sten?ch bud? tepeln? clony chladen? cirkuluj?cim dus?kom na teplotu 80 K (-193,15 °C).

Magnetick? syst?m

– s?bor prvkov, ktor? sl??ia na zadr?iavanie a riadenie plazmy vo v?kuovej n?dobe. Ide o s?bor 48 prvkov:

• Toroidn? cievky po?a s? umiestnen? mimo v?kuovej komory a vo vn?tri kryostatu. S? prezentovan? v 18 kusoch, ka?d? s rozmermi 15 x 9 m a hmotnos?ou pribli?ne 300 ton Tieto cievky spolu vytv?raj? magnetick? pole 11,8 Tesla okolo torusu plazmy a uchov?vaj? energiu 41 GJ.
• Cievky poloidn?ho po?a – umiestnen? na vrchu cievok toroidn?ho po?a a vo vn?tri kryostatu. Tieto cievky s? zodpovedn? za generovanie magnetick?ho po?a, ktor? odde?uje hmotu plazmy od stien komory a stl??a plazmu na adiabatick? ohrev. Po?et tak?chto zvitkov je 6. Dva z nich maj? priemer 24 ma hmotnos? 400 ton, zvy?n? ?tyri s? o nie?o men?ie.
• Centr?lny solenoid je umiestnen? vo vn?tornej ?asti toroidnej komory, alebo sk?r v „dierke na ?i?ku“. Princ?p jeho ?innosti je podobn? transform?toru a hlavnou ?lohou je vybudi? induk?n? pr?d v plazme.
• Korek?n? cievky s? umiestnen? vo v?kuovej n?dobe, medzi prikr?vkou a stenou komory. Ich ?lohou je udr?iava? tvar plazmy, schopn? lok?lne „vydutie“ a dokonca sa dot?ka? stien cievy. Umo??uje zn??i? ?rove? interakcie stien komory s plazmou, a t?m aj ?rove? jej kontamin?cie, a tie? zni?uje opotrebenie samotnej komory.

?trukt?ra komplexu ITER

Vy??ie op?san? dizajn tokamaku „v kocke“ je vysoko komplexn? inovat?vny mechanizmus zostaven? v?aka snah?m nieko?k?ch kraj?n. Na jeho pln? prev?dzku je v?ak potrebn? cel? komplex budov umiestnen?ch v bl?zkosti tokamaku. Medzi nimi:

• Syst?m riadenia, pr?stupu k ?dajom a komunik?cie – CODAC. Nach?dza sa v nieko?k?ch budov?ch komplexu ITER.
• Sklad paliva a palivov? syst?m – sl??i na dod?vanie paliva do tokamaku.
• V?kuov? syst?m – pozost?va z viac ako ?tyristo v?kuov?ch ?erpadiel, ktor?ch ?lohou je od?erp?va? produkty termonukle?rnej reakcie, ale aj r?zne ne?istoty z v?kuovej komory.
• Kryog?nny syst?m – reprezentovan? okruhom dus?ka a h?lia. H?liov? okruh bude normalizova? teplotu v tokamaku, ktor?ho pr?ca (a teda aj teplota) neprebieha nepretr?ite, ale v impulzoch. Okruh dus?ka bude chladi? tepeln? ?t?ty kryostatu a samotn? okruh h?lia. Ch?ba? nebude ani syst?m vodn?ho chladenia, ktor? je zameran? na zn??enie teploty stien prikr?vky.
• Zdroj. Na nepretr?it? prev?dzku si tokamak vy?iada pribli?ne 110 MW energie. Aby sa to dosiahlo, bud? in?talovan? kilometre dlh? elektrick? vedenia a pripojen? k franc?zskej priemyselnej sieti. Je potrebn? pripomen??, ?e experiment?lne zariadenie ITER nezabezpe?uje v?robu energie, ale funguje len vo vedeck?ch z?ujmoch.

financovanie projektu ITER

Medzin?rodn? termonukle?rny reaktor ITER je pomerne drah? podnik, ktor? sa p?vodne odhadoval na 12 mili?rd USD, pri?om Rusko, USA, K?rea, ??na a India predstavuj? 1/11 sumy, Japonsko 2/11 a E? 4. /11 . T?to suma sa nesk?r zv??ila na 15 mili?rd dol?rov. Je pozoruhodn?, ?e financovanie prebieha prostredn?ctvom dod?vky vybavenia potrebn?ho pre komplex, ktor? je vyvinut? v ka?dej krajine. Rusko teda dod?va prikr?vky, plazmov? vykurovacie zariadenia a supravodiv? magnety.

Perspekt?va projektu

Moment?lne prebieha v?stavba komplexu ITER a v?roba v?etk?ch potrebn?ch komponentov pre tokamak. Po pl?novanom spusten? tokamaku v roku 2025 sa za?ne s?ria experimentov, na z?klade ktor?ch sa zaznamenaj? aspekty vy?aduj?ce zlep?enie. Po ?spe?nom uveden? ITERu do prev?dzky sa pl?nuje v?stavba elektr?rne na b?ze termonukle?rnej f?zie s n?zvom DEMO (DEMOnstration Power Plant). Cie?om DEMo je demon?trova? takzvan? „komer?n? pr??a?livos?“ energie jadrovej synt?zy. Ak je ITER schopn? generova? iba 500 MW energie, potom DEMO bude schopn? nepretr?ite generova? energiu 2 GW.

Treba v?ak ma? na pam?ti, ?e experiment?lne zariadenie ITER nebude produkova? energiu a jeho ??elom je z?ska? ?isto vedeck? v?hody. A ako viete, ten ?i onen fyzik?lny experiment m??e nielen naplni? o?ak?vania, ale prinies? ?udstvu aj nov? poznatky a sk?senosti.

F?zna elektr?re?.

V s??asnosti vedci pracuj? na vytvoren? termonukle?rnej elektr?rne, ktorej v?hodou je poskytova? ?udstvu elektrinu na neobmedzen? ?as. Termonukle?rna elektr?re? funguje na b?ze termonukle?rnej f?zie - reakcie synt?zy ?a?k?ch izotopov vod?ka s tvorbou h?lia a uvo??ovan?m energie. Pri termonukle?rnej f?znej reakcii nevznik? plynn? ani kvapaln? r?dioakt?vny odpad a nevznik? plut?nium, ktor? sa pou??va na v?robu jadrov?ch zbran?. Ak zoberieme do ?vahy aj to, ?e palivom pre termonukle?rne stanice bude ?a?k? izotop vod?ka deut?rium, ktor? sa z?skava z jednoduchej vody – pol litra vody obsahuje energiu f?zie ekvivalentn? tej z?skanej sp?len?m suda s benz?nom – potom v?hody sa st?vaj? zrejm?mi elektr?rne zalo?en? na termonukle?rnych reakci?ch .

Po?as termonukle?rnej reakcie sa energia uvo??uje, ke? sa ?ahk? at?my sp?jaj? a premie?aj? na ?a??ie. Aby sa to dosiahlo, je potrebn? zohria? plyn na teplotu nad 100 mili?nov stup?ov – ove?a vy??iu ako je teplota v strede Slnka.

Plyn sa pri tejto teplote men? na plazmu. S??asne sa at?my izotopov vod?ka sp?jaj?, menia sa na at?my h?lia a neutr?ny a uvo??uj? ve?k? mno?stvo energie. Komer?n? elektr?re? funguj?ca na tomto princ?pe by vyu??vala energiu neutr?nov moderovan? vrstvou hust?ho materi?lu (l?tium).

V porovnan? s jadrovou elektr?r?ou zanech? f?zny reaktor ove?a menej r?dioakt?vneho odpadu.

Medzin?rodn? termonukle?rny reaktor ITER

??astn?ci medzin?rodn?ho konzorcia na vytvorenie prv?ho termonukle?rneho reaktora na svete ITER podp?sali v Bruseli dohodu, ktor? sp???a praktick? realiz?ciu projektu.

Predstavitelia Eur?pskej ?nie, USA, Japonska, ??ny, Ju?nej K?rey a Ruska pl?nuj? za?a? s v?stavbou experiment?lneho reaktora v roku 2007 a dokon?i? ho do ?smich rokov. Ak p?jde v?etko pod?a pl?nu, do roku 2040 by mohla by? postaven? demon?tra?n? elektr?re? funguj?ca na novom princ?pe.

Chcel by som veri?, ?e ?ra ekologicky nebezpe?n?ch vodn?ch a jadrov?ch elektr?rn? sa ?oskoro skon?? a pr?de ?as na nov? elektr?re? - termonukle?rnu, ktorej projekt sa u? realizuje. Ale napriek tomu, ?e projekt ITER (medzin?rodn? termonukle?rny reaktor) je takmer pripraven?; Napriek tomu, ?e u? pri prv?ch prev?dzkovan?ch experiment?lnych termonukle?rnych reaktoroch sa dosiahol v?kon presahuj?ci 10 MW - ?rove? prv?ch jadrov?ch elektr?rn?, prv? termonukle?rna elektr?re? neza?ne pracova? sk?r ako o dvadsa? rokov, preto?e jej cena je ve?mi vysok?. . N?klady na pr?ce sa odhaduj? na 10 mili?rd eur – ide o najdrah?? medzin?rodn? projekt elektr?rne. Polovicu n?kladov na v?stavbu reaktora hrad? Eur?pska ?nia. Ostatn? ??astn?ci konzorcia pridelia 10 % z odhadu.

Teraz pl?n v?stavby reaktora, ktor? sa stane najdrah??m spolo?n?m vedeck?m projektom v?bec, musia schv?li? poslanci ?lensk?ch kraj?n konzorcia.

Reaktor vyrastie v juhofranc?zskej provincii Provence, v bl?zkosti mesta Cadarache, kde sa nach?dza franc?zske centrum jadrov?ho v?skumu.

Dnes sa na termonukle?rnom v?skume z??ast?uje mnoho kraj?n. L?drami s? Eur?pska ?nia, Spojen? ?t?ty americk?, Rusko a Japonsko, zatia? ?o programy v ??ne, Braz?lii, Kanade a K?rei sa r?chlo roz?iruj?. Spo?iatku boli f?zne reaktory v USA a ZSSR spojen? s v?vojom jadrov?ch zbran? a zostali utajen? a? do konferencie Atoms for Peace, ktor? sa konala v roku 1958 v ?eneve. Po vytvoren? sovietskeho tokamaku sa v?skum jadrovej f?zie stal v 70. rokoch „ve?kou vedou“. Ale n?klady a zlo?itos? zariaden? vzr?stli do bodu, kedy sa medzin?rodn? spolupr?ca stala jedinou cestou vpred.

Termonukle?rne reaktory vo svete

Od 70. rokov 20. storo?ia sa komer?n? vyu?itie energie jadrovej synt?zy neust?le oneskoruje o 40 rokov. V posledn?ch rokoch sa v?ak udialo ve?a, ?o m??e umo?ni? skr?tenie tohto obdobia.

Bolo postaven?ch nieko?ko tokamakov, vr?tane eur?pskeho JET, britsk?ho MAST a experiment?lneho f?zneho reaktora TFTR v Princetone v USA. Medzin?rodn? projekt ITER je v s??asnosti vo v?stavbe vo franc?zskom Cadarache. Po spusten? prev?dzky v roku 2020 to bude najv???? tokamak. V roku 2030 ??na postav? CFETR, ktor? prekon? ITER. ??na medzit?m vykon?va v?skum experiment?lneho supravodiv?ho tokamaku EAST.

?al?? typ f?zneho reaktora, stell?tory, je tie? popul?rny medzi v?skumn?kmi. Jeden z najv????ch, LHD, za?al pracova? v Japonskom n?rodnom in?tit?te v roku 1998. Pou??va sa na n?jdenie najlep?ej magnetickej konfigur?cie pre zadr?iavanie plazmy. Nemeck? in?tit?t Maxa Plancka robil v?skum na reaktore Wendelstein 7-AS v Garchingu v rokoch 1988 a? 2002 a v s??asnosti na reaktore Wendelstein 7-X, ktor?ho v?stavba trvala viac ako 19 rokov. ?al?? stelar?tor TJII je v prev?dzke v Madride v ?panielsku. V USA, Princeton Laboratory (PPPL), ktor? postavilo prv? f?zny reaktor tohto typu v roku 1951, zastavilo v?stavbu NCSX v roku 2008 z d?vodu prekro?enia n?kladov a nedostatku financi?.

Okrem toho sa dosiahol v?znamn? pokrok vo v?skume inerci?lnej f?zie. V?stavba N?rodn?ho zapa?ovacieho zariadenia (NIF) v Livermore National Laboratory (LLNL), financovan?ho N?rodn?m ?radom pre jadrov? bezpe?nos?, bola dokon?en? v marci 2009. Franc?zsky laser M?gajoule (LMJ) za?al svoju ?innos? v okt?bri 2014. F?zne reaktory vyu??vaj? lasery, ktor? v priebehu nieko?k?ch miliardt?n sekundy dod?vaj? pribli?ne 2 mili?ny joulov svetelnej energie na cie? ve?k? nieko?ko milimetrov, aby spustili reakciu jadrovej f?zie. Prim?rnym poslan?m NIF a LMJ je v?skum na podporu n?rodn?ch vojensk?ch jadrov?ch programov.

ITER

V roku 1985 Sovietsky zv?z navrhol postavi? tokamak novej gener?cie spolo?ne s Eur?pou, Japonskom a Spojen?mi ?t?tmi. Pr?ca bola vykonan? pod z??titou MAAE. V rokoch 1988 a? 1990 vznikli prv? n?vrhy medzin?rodn?ho termonukle?rneho experiment?lneho reaktora ITER, ?o v latin?ine znamen? aj „cesta“ alebo „cesta“, aby dok?zali, ?e f?zia dok??e vyprodukova? viac energie, ako pohlt?. Z??astnili sa ich aj Kanada a Kazachstan, sprostredkovan? Euratomom a Ruskom.

O ?es? rokov nesk?r rada ITER schv?lila prv? komplexn? n?vrh reaktora zalo?en? na zavedenej fyzike a technol?gii, ktor? st?l 6 mili?rd dol?rov. Potom Spojen? ?t?ty americk? z konzorcia vyst?pili, ?o ich prin?tilo zn??i? n?klady na polovicu a zmeni? projekt. V?sledkom je ITER-FEAT, ktor? stoj? 3 miliardy dol?rov, ale dosahuje samostatn? odozvu a pozit?vnu energetick? bilanciu.

V roku 2003 sa ku konzorciu op?? pripojili Spojen? ?t?ty a ??na ozn?mila svoju t??bu z??astni? sa. V d?sledku toho sa partneri v polovici roku 2005 dohodli na vybudovan? ITER v Cadarache na juhu Franc?zska. E? a Franc?zsko prispeli polovicou z 12,8 miliardy EUR, zatia? ?o Japonsko, ??na, Ju?n? K?rea, USA a Rusko prispeli po 10 %. Japonsko poskytlo ?pi?kov? komponenty, udr?iavalo zariadenie IFMIF v hodnote 1 miliardy EUR ur?en? na testovanie materi?lov a malo pr?vo postavi? ?al?? testovac? reaktor. Celkov? n?klady na ITER zah??aj? polovicu n?kladov na 10 rokov v?stavby a polovicu n?kladov na 20 rokov prev?dzky. India sa koncom roka 2005 stala siedmym ?lenom ITER.

Experimenty sa maj? za?a? v roku 2018 s pou?it?m vod?ka, aby sa zabr?nilo aktiv?cii magnetov. Pou?itie D-T plazmy sa neo?ak?va sk?r ako v roku 2026.

Cie?om ITER je generova? 500 MW (aspo? 400 s) s pou?it?m menej ako 50 MW vstupn?ho v?konu bez v?roby elektriny.

Demon?tra?n? dvojgigawattov? demon?tra?n? elektr?re? Demo bude vo ve?kom vyr?ba? priebe?ne. Koncep?n? n?vrh Demo bude dokon?en? do roku 2017, pri?om v?stavba sa za?ne v roku 2024. Spustenie sa uskuto?n? v roku 2033.

JET

V roku 1978 za?ala E? (Euratom, ?v?dsko a ?vaj?iarsko) v Spojenom kr??ovstve spolo?n? eur?psky projekt JET. JET je dnes najv???? prev?dzkov? tokamak na svete. Podobn? reaktor JT-60 funguje v japonskom N?rodnom in?tit?te jadrovej synt?zy, ale iba JET m??e pou??va? deut?rium-tr?ciov? palivo.

Reaktor bol spusten? v roku 1983 a stal sa prv?m experimentom, ktor?ho v?sledkom bola riaden? termonukle?rna f?zia s v?konom a? 16 MW za jednu sekundu a 5 MW stabiln?ho v?konu na deut?riovo-tr?ciovej plazme v novembri 1991. Uskuto?nilo sa mnoho experimentov na ?t?dium r?znych sch?m vykurovania a in?ch techn?k.

?al?ie vylep?enia JET zah??aj? zv??enie jeho v?konu. Kompaktn? reaktor MAST sa vyv?ja spolu s JET a je s??as?ou projektu ITER.

K-STAR

K-STAR je k?rejsk? supravodiv? tokamak z N?rodn?ho in?tit?tu pre v?skum jadrovej synt?zy (NFRI) v Daejeone, ktor? vyrobil svoju prv? plazmu v polovici roku 2008. ITER, ktor? je v?sledkom medzin?rodnej spolupr?ce. Tokamak s polomerom 1,8 m je prv?m reaktorom, ktor? vyu??va supravodiv? magnety Nb3Sn, tie ist?, ktor? s? pl?novan? pre ITER. Po?as prvej f?zy, dokon?enej do roku 2012, musel K-STAR preuk?za? ?ivotaschopnos? z?kladn?ch technol?gi? a dosiahnu? plazmov? impulzy trvaj?ce a? 20 sek?nd. V druhej etape (2013-2017) sa modernizuje na ?t?dium dlh?ch impulzov do 300 s v H re?ime a prechod na vysokov?konn? AT re?im. Cie?om tretej f?zy (2018-2023) je dosiahnu? vysok? produktivitu a efektivitu v re?ime s dlh?m pulzom. Vo f?ze 4 (2023 – 2025) bud? testovan? DEMO technol?gie. Zariadenie nie je schopn? pracova? s tr?ciom a nepou??va palivo D-T.

K-DEMO

K-DEMO, vyvinut? v spolupr?ci s Princetonsk?m laborat?riom pre fyziku plazmy (PPPL) a juhok?rejsk?m NFRI, m? by? K-DEMO ?al??m krokom vo v?voji komer?n?ch reaktorov nad r?mec ITER a bude prvou elektr?r?ou schopnou generova? energiu do elektrickej siete, konkr?tne 1 mili?n kW v priebehu nieko?k?ch t??d?ov. Bude ma? priemer 6,65 m a bude ma? vytvoren? modul reproduk?nej z?ny v r?mci projektu DEMO. K?rejsk? ministerstvo ?kolstva, vedy a technol?gie do nej pl?nuje investova? pribli?ne bili?n k?rejsk?ch wonov (941 mili?nov dol?rov).

V?CHOD

??nsky experiment?lny pokro?il? supravodiv? tokamak (EAST) na In?tit?te fyziky ??ny v Hefei vytvoril vod?kov? plazmu pri teplote 50 mili?nov °C a udr?iaval ju 102 s.

TFTR

V americkom laborat?riu PPPL fungoval v rokoch 1982 a? 1997 experiment?lny f?zny reaktor TFTR. V decembri 1993 sa TFTR stal prv?m magnetick?m tokamakom, ktor? uskuto?nil rozsiahle experimenty s deut?riovou a tr?ciovou plazmou. Nasleduj?ci rok reaktor vyprodukoval vtedy rekordn?ch 10,7 MW regulovate?n?ho v?konu a v roku 1995 bol dosiahnut? teplotn? rekord 510 mili?nov °C. Zariadenie v?ak nedosiahlo dosiahnut? cie? energie jadrovej synt?zy, ale ?spe?ne splnilo ciele hardv?rov?ho dizajnu, ??m v?znamne prispelo k rozvoju ITER.

LHD

LHD v japonskom N?rodnom in?tit?te jadrovej synt?zy v Toki v prefekt?re Gifu bol najv????m stelar?torom na svete. F?zny reaktor bol spusten? v roku 1998 a preuk?zal vlastnosti zadr?iavania plazmy porovnate?n? s in?mi ve?k?mi zariadeniami. Bola dosiahnut? teplota i?nov 13,5 keV (asi 160 mili?nov °C) a energia 1,44 MJ.

Wendelstein 7-X

Po roku testovania, ktor? sa za?alo koncom roka 2015, teploty h?lia nakr?tko dosiahli 1 mili?n °C. V roku 2016 vod?kov? plazmov? f?zny reaktor s v?konom 2 MW dosiahol za ?tvr? sekundy teplotu 80 mili?nov °C. W7-X je najv???? stelar?tor na svete a pl?nuje sa nepretr?it? prev?dzka po dobu 30 min?t. N?klady na reaktor boli 1 miliarda €.

NIF

National Ignition Facility (NIF) v Livermore National Laboratory (LLNL) bola dokon?en? v marci 2009. Pomocou svojich 192 laserov?ch l??ov je NIF schopn? s?stredi? 60-kr?t viac energie ako ktor?ko?vek predch?dzaj?ci laserov? syst?m.

Studen? f?zia

V marci 1989 dvaja v?skumn?ci, Ameri?an Stanley Pons a Brit Martin Fleischman, ozn?mili, ?e spustili jednoduch? stolov? reaktor studenej f?zie pracuj?ci pri izbovej teplote. Proces zah??al elektrol?zu ?a?kej vody pomocou pal?diov?ch elektr?d, na ktor?ch sa jadr? deut?ria koncentrovali na vysok? hustotu. Vedci tvrdia, ?e to produkovalo teplo, ktor? bolo mo?n? vysvetli? iba jadrov?mi procesmi, a existovali ved?aj?ie produkty f?zie vr?tane h?lia, tr?cia a neutr?nov. In?m experiment?torom sa v?ak tento experiment nepodarilo zopakova?. V???ina vedeckej komunity never?, ?e reaktory studenej f?zie s? skuto?n?.

N?zkoenergetick? jadrov? reakcie

V?skum na z?klade tvrden? o „studenej f?zii“ pokra?oval v n?zkoenergetickej oblasti s ur?itou empirickou podporou, ale bez v?eobecne akceptovan?ho vedeck?ho vysvetlenia. Zd? sa, ?e na vytv?ranie a zachyt?vanie neutr?nov sa pou??vaj? slab? jadrov? interakcie (a nie siln? sila, ako pri ich f?zii). Experimenty zah??aj? vod?k alebo deut?rium prech?dzaj?ce cez katalytick? vrstvu a reakciu s kovom. V?skumn?ci uv?dzaj? pozorovan? uvo??ovanie energie. Hlavn?m praktick?m pr?kladom je interakcia vod?ka s niklov?m pr??kom, pri?om sa uvo??uje teplo v mno?stve v???om, ako m??e produkova? ak?ko?vek chemick? reakcia.

?udstvo sa postupne bl??i k hranici nezvratn?ho vy?erpania z?sob uh?ovod?kov Zeme. Ropu, plyn a uhlie ?a??me z ?trob plan?ty takmer dve storo?ia a u? teraz je jasn?, ?e ich z?soby sa vy?erp?vaj? obrovskou r?chlos?ou. Popredn? krajiny sveta u? dlho uva?uj? o vytvoren? nov?ho zdroja energie, ?etrn?ho k ?ivotn?mu prostrediu, bezpe?n?ho z h?adiska prev?dzky, s obrovsk?mi z?sobami paliva.

F?zny reaktor

Dnes sa ve?a hovor? o vyu??van? takzvan?ch alternat?vnych druhov energie – obnovite?n?ch zdrojov v podobe fotovoltaiky, veternej energie a vodnej energie. Je zrejm?, ?e tieto smery m??u svojimi vlastnos?ami p?sobi? len ako pomocn? zdroje dod?vky energie.

Ako dlhodob? perspekt?vu pre ?udstvo mo?no uva?ova? len o energii zalo?enej na jadrov?ch reakci?ch.

Na jednej strane ?oraz viac ?t?tov prejavuje z?ujem o v?stavbu jadrov?ch reaktorov na svojom ?zem?. Naliehav?m probl?mom jadrovej energetiky je v?ak st?le spracovanie a likvid?cia r?dioakt?vneho odpadu, ?o ovplyv?uje ekonomick? a environment?lne ukazovatele. E?te v polovici 20. storo?ia sa popredn? svetov? fyzici pri h?adan? nov?ch druhov energie obr?tili na zdroj ?ivota na Zemi - Slnko, v h?bke ktor?ho pri teplote asi 20 mili?nov stup?ov prebiehaj? reakcie synt?za (f?zia) sveteln?ch prvkov prebieha za uvo?nenia kolos?lnej energie.

S ?lohou vyvin?? zariadenie na realiz?ciu reakci? jadrovej f?zie v pozemsk?ch podmienkach sa najlep?ie popasovali dom?ci ?pecialisti. Poznatky a sk?senosti v oblasti riadenej termonukle?rnej f?zie (CTF), z?skan? v Rusku, tvorili z?klad projektu, ktor? je bez preh??ania energetickou n?dejou ?udstva - Medzin?rodn? experiment?lny termonukle?rny reaktor (ITER), ktor? sa postaven? v Cadarache (Franc?zsko).

Hist?ria termonukle?rnej f?zie

Prv? termonukle?rny v?skum sa za?al v krajin?ch, ktor? pracuj? na svojich programoch at?movej obrany. To nie je prekvapuj?ce, preto?e na ?svite at?movej ?ry bolo hlavn?m ??elom objavenia sa deut?riov?ch plazmov?ch reaktorov ?t?dium fyzik?lnych procesov v hor?cej plazme, ktor?ch znalos? bola okrem in?ho potrebn? na vytvorenie termonukle?rnych zbran?. . Pod?a odtajnen?ch ?dajov za?ali ZSSR a USA takmer s??asne v 50. rokoch. pr?ca na UTS. Z?rove? v?ak existuj? historick? d?kazy, ?e e?te v roku 1932 star? revolucion?r a bl?zky priate? vodcu svetov?ho proletari?tu Nikolaja Bucharina, ktor? v tom ?ase zast?val post predsedu v?boru Najvy??ej hospod?rskej rady rozvoj sovietskej vedy, navrhol spusti? v krajine projekt na ?t?dium riaden?ch termonukle?rnych reakci?.

Hist?ria sovietskeho termonukle?rneho projektu nie je bez z?bavn?ho faktu. Bud?ci sl?vny akademik a tvorca vod?kovej bomby Andrei Dmitrievich Sacharov sa in?piroval my?lienkou magnetickej tepelnej izol?cie vysokoteplotnej plazmy z listu vojaka sovietskej arm?dy. V roku 1950 poslal ser?ant Oleg Lavrentyev, ktor? sl??il na Sachaline, list ?stredn?mu v?boru Komunistickej strany celej ?nie, v ktorom navrhol pou?i? deuterid l?tium-6 namiesto skvapalnen?ho deut?ria a tr?cia vo vod?kovej bombe a vytvori? syst?m s elektrostatick?m zadr?iavan?m hor?cej plazmy na uskuto??ovanie riadenej termonukle?rnej f?zie . List pos?dil vtedaj?? mlad? vedec Andrej Sacharov, ktor? vo svojej recenzii nap?sal, ?e „pova?uje za potrebn? podrobne prediskutova? projekt s?druha Lavrentieva“.

U? v okt?bri 1950 Andrei Sacharov a jeho kolega Igor Tamm urobili prv? odhady magnetick?ho termonukle?rneho reaktora (MTR). Prv? toroidn? in?tal?cia so siln?m pozd??nym magnetick?m po?om pod?a predst?v I. Tamma a A. Sacharova bola postaven? v roku 1955 v LIPAN. Volal sa TMP – torus s magnetick?m po?om. N?sledn? in?tal?cie sa u? naz?vali TOKAMAK, pod?a spojenia za?iato?n?ch slab?k vo fr?ze „TORID?LNA KOMOROV? MAGNETICK? CIEVKA“. V klasickej verzii je tokamak toroidn? komora v tvare ?i?ky umiestnen? v toroidnom magnetickom poli. V rokoch 1955 a? 1966 V Kurchatovskom in?tit?te bolo postaven?ch 8 tak?chto zariaden?, na ktor?ch sa vykonalo mno?stvo r?znych ?t?di?. Ak pred rokom 1969 bol tokamak postaven? mimo ZSSR iba v Austr?lii, potom sa v nasleduj?cich rokoch postavil v 29 krajin?ch vr?tane USA, Japonska, eur?pskych kraj?n, Indie, ??ny, Kanady, L?bye, Egypta. Celkovo bolo doteraz vo svete vyroben?ch asi 300 tokamakov, z toho 31 v ZSSR a Rusku, 30 v USA, 32 v Eur?pe a 27 v Japonsku. V skuto?nosti sa tri krajiny - ZSSR, Ve?k? Brit?nia a USA - zapojili do nevyslovenej s??a?e o to, kto ako prv? vyu?ije plazmu a skuto?ne za?ne vyr?ba? energiu „z vody“.

Najd?le?itej?ou v?hodou termonukle?rneho reaktora je pribli?ne tis?cn?sobn? zn??enie radia?n?ho biologick?ho nebezpe?enstva v porovnan? so v?etk?mi modern?mi jadrov?mi reaktormi.

Termonukle?rny reaktor nevyp???a CO2 a neprodukuje „?a?k?“ r?dioakt?vny odpad. Tento reaktor m??e by? umiestnen? kdeko?vek a kdeko?vek.

Krok o pol storo?ia

V roku 1985 akademik Evgeniy Velikhov v mene ZSSR navrhol, aby vedci z Eur?py, USA a Japonska spolupracovali na vytvoren? termonukle?rneho reaktora a u? v roku 1986 sa v ?eneve dosiahla dohoda o projekte zariadenia, ktor? sa nesk?r dostal n?zov ITER. V roku 1992 partneri podp?sali ?tvorstrann? dohodu o v?voji kon?truk?n?ho n?vrhu reaktora. Prv? etapa v?stavby m? by? dokon?en? do roku 2020, kedy sa pl?nuje dosta? prv? plazmu. V roku 2011 sa v are?li ITER za?ala skuto?n? v?stavba.

Dizajn ITER vych?dza z klasick?ho rusk?ho tokamaku, ktor? bol vyvinut? v 60. rokoch minul?ho storo?ia. Pl?nuje sa, ?e v prvej etape bude reaktor pracova? v pulznom re?ime s v?konom termonukle?rnych reakci? 400–500 MW, v druhej etape sa otestuje nepretr?it? prev?dzka reaktora, ako aj syst?m reprodukcie tr?cia. .

Nie nadarmo sa reaktoru ITER hovor? energetick? bud?cnos? ?udstva. Po prv?, ide o najv???? vedeck? projekt na svete, preto?e vo Franc?zsku ho buduje takmer cel? svet: z??ast?uje sa E? + ?vaj?iarsko, ??na, India, Japonsko, Ju?n? K?rea, Rusko a USA. Dohoda o v?stavbe in?tal?cie bola podp?san? v roku 2006. Eur?pske krajiny sa na financovan? projektu podie?aj? pribli?ne 50 %, Rusko tvor? pribli?ne 10 % z celkovej sumy, ktor? bude investovan? vo forme high-tech zariaden?. Najd?le?itej??m pr?spevkom Ruska je v?ak samotn? technol?gia tokamaku, ktor? tvorila z?klad reaktora ITER.

Po druh?, p?jde o prv? rozsiahly pokus vyu?i? termonukle?rnu reakciu na Slnku na v?robu elektriny. Po tretie, t?to vedeck? pr?ca by mala prinies? ve?mi praktick? v?sledky a do konca storo?ia svet o?ak?va objavenie sa prv?ho prototypu komer?nej termonukle?rnej elektr?rne.

Vedci predpokladaj?, ?e prv? plazma v medzin?rodnom experiment?lnom termonukle?rnom reaktore bude vyroben? v decembri 2025.

Pre?o doslova cel? svetov? vedeck? komunita za?ala stava? tak?to reaktor? Faktom je, ?e mnoh? technol?gie, ktor? sa pl?nuj? pou?i? pri v?stavbe ITER, nepatria do v?etk?ch kraj?n naraz. Jeden ?t?t, dokonca aj ten najrozvinutej?? z vedeck?ho a technick?ho h?adiska, nem??e ma? okam?ite sto technol?gi? najvy??ej svetovej ?rovne vo v?etk?ch oblastiach techniky pou??van?ch v takom technologicky vyspelom a prelomovom projekte, ak?m je termonukle?rny reaktor. ITER v?ak pozost?va zo stoviek podobn?ch technol?gi?.

Rusko prevy?uje glob?lnu ?rove? v mnoh?ch technol?gi?ch termonukle?rnej f?zie. Ale napr?klad japonsk? jadrov? vedci maj? v tejto oblasti aj jedine?n? kompetencie, ktor? s? v ITER-e celkom pou?ite?n?.

Hne? na za?iatku projektu preto partnersk? krajiny dospeli k dohode o tom, kto a ?o bude do lokality dod?va?, a ?e to nem? by? len spolupr?ca v oblasti in?inierstva, ale pr?le?itos? pre ka?d?ho z partnerov z?ska? nov? technol?gie. od ostatn?ch ??astn?kov, aby ste ich v bud?cnosti sami rozv?jali.

Andrey Retinger, medzin?rodn? novin?r