V?r tids mest ambiti?sa vetenskapliga konstruktion. Vi lindar in solen i en munk. Fusionsreaktor: ITER

Vi s?ger att vi ska l?gga solen i en l?da. Id?n ?r snygg. Problemet ?r att vi inte vet hur man g?r l?dan.

Pierre-Gilles de Gennes
fransk nobelpristagare

Alla elektroniska enheter och maskiner beh?ver energi och m?nskligheten f?rbrukar mycket av den. Men fossila br?nslen h?ller p? att ta slut, och alternativ energi ?r ?nnu inte tillr?ckligt effektiv.
Det finns en metod f?r att erh?lla energi som passar alla krav - termonukle?r fusion. Reaktionen av termonukle?r fusion (omvandlingen av v?te till helium och frig?randet av energi) sker st?ndigt i solen och denna process f?rser planeten med energi i form av solstr?lar. Du beh?ver bara imitera det p? jorden, i mindre skala. Det r?cker med att ge h?gt tryck och mycket h?g temperatur (10 g?nger h?gre ?n p? solen) och fusionsreaktionen kommer att startas. F?r att skapa s?dana f?rh?llanden m?ste du bygga en termonukle?r reaktor. Det kommer att anv?nda mer rikliga resurser p? jorden, kommer att vara s?krare och kraftfullare ?n konventionella k?rnkraftverk. I mer ?n 40 ?r har f?rs?k gjorts att bygga den och experiment har genomf?rts. Under de senaste ?ren har en av prototyperna till och med lyckats f? ut mer energi ?n vad som f?rbrukades. De mest ambiti?sa projekten inom detta omr?de presenteras nedan:

Statliga projekt

Den st?rsta allm?nhetens uppm?rksamhet har nyligen ?gnats ?t en annan termonukle?r reaktorkonstruktion - Wendelstein 7-X stellaratorn (stellaratorn ?r mer komplex i sin inre struktur ?n ITER, som ?r en tokamak). Efter att ha spenderat lite mer ?n 1 miljard dollar byggde tyska forskare en f?rminskad demonstrationsmodell av reaktorn p? 9 ?r till 2015. Om den visar bra resultat kommer en st?rre version att byggas.

Frankrikes MegaJoule Laser kommer att bli v?rldens mest kraftfulla laser och kommer att f?rs?ka utveckla en laserbaserad metod f?r att bygga en fusionsreaktor. Den franska installationen f?rv?ntas tas i drift 2018.

NIF (National Ignition Facility) byggdes i USA under 12 ?r och 4 miljarder dollar till 2012. De f?rv?ntade sig att testa tekniken och sedan omedelbart bygga en reaktor, men det visade sig att, som Wikipedia rapporterar, kr?vs betydande arbete om systemet n?gonsin att n? t?ndning. Som ett resultat avbr?ts grandiosa planer och forskare b?rjade gradvis f?rb?ttra lasern. Den sista utmaningen ?r att h?ja energi?verf?ringseffektiviteten fr?n 7 % till 15 %. Annars kan kongressens finansiering f?r denna metod f?r att uppn? syntes upph?ra.

I slutet av 2015 p?b?rjades bygget av en byggnad f?r v?rldens kraftfullaste laserinstallation i Sarov. Det kommer att vara kraftfullare ?n de nuvarande amerikanska och framtida franska och kommer att till?ta att utf?ra experiment som ?r n?dv?ndiga f?r att bygga en "laser" version av reaktorn. Slutf?rande av bygget 2020.

Bel?gen i USA ?r MagLIF-fusionslasern erk?nd som en m?rk h?st bland metoderna f?r att uppn? termonukle?r fusion. Denna metod har nyligen visat b?ttre ?n f?rv?ntat resultat, men kraften beh?ver fortfarande ?kas med en faktor 1000. Lasern genomg?r f?r n?rvarande en uppgradering och 2018 hoppas forskarna f? samma m?ngd energi som de spenderade. Om det lyckas kommer en st?rre version att byggas.

Det ryska k?rnfysikinstitutet experimenterade ih?rdigt med metoden "?ppen f?lla", som USA ?vergav p? 90-talet. Som ett resultat erh?lls indikatorer som ans?gs om?jliga f?r denna metod. BINP-forskare tror att deras installation nu ?r p? niv?n f?r tyska Wendelstein 7-X (Q=0,1), men billigare. Nu bygger de en ny installation f?r 3 miljarder rubel

Chefen f?r Kurchatov-institutet p?minner st?ndigt om planerna p? att bygga en liten termonukle?r reaktor i Ryssland - Ignitor. Enligt planen ska den vara lika effektiv som ITER, om ?n mindre. Dess konstruktion skulle ha b?rjat f?r 3 ?r sedan, men denna situation ?r typisk f?r stora vetenskapliga projekt.

I b?rjan av 2016 lyckades den kinesiska tokamak EAST n? en temperatur p? 50 miljoner grader och beh?lla den i 102 sekunder. Innan byggandet av enorma reaktorer och lasrar b?rjade var alla nyheter om termonukle?r fusion s? h?r. Man kan tro att detta bara ?r en t?vling bland forskare f?r att se vem som kan h?lla den allt h?gre temperaturen l?ngre. Ju h?gre plasmatemperaturen ?r och ju l?ngre den kan h?llas, desto n?rmare ?r vi b?rjan av fusionsreaktionen. Det finns dussintals s?dana installationer i v?rlden, flera fler () () byggs, s? EAST-rekordet kommer snart att sl?s. I huvudsak ?r dessa sm? reaktorer bara testutrustning innan de skickas till ITER.

Lockheed Martin tillk?nnagav ett fusionsenergigenombrott 2015 som skulle g?ra det m?jligt f?r dem att bygga en liten och mobil fusionsreaktor inom 10 ?r. Med tanke p? att ?ven mycket stora och inte alls mobila kommersiella reaktorer f?rv?ntades f?rr?n 2040, m?ttes f?retagets besked med skepsis. Men f?retaget har mycket resurser, s? vem vet. En prototyp v?ntas 2020.

Popul?ra Silicon Valley-startupen Helion Energy har sin egen unika plan f?r att uppn? termonukle?r fusion. F?retaget har samlat in mer ?n 10 miljoner dollar och f?rv?ntar sig att skapa en prototyp till 2019.

L?gprofilstartup Tri Alpha Energy har nyligen uppn?tt imponerande resultat n?r det g?ller att marknadsf?ra sin fusionsmetod (teoretiker har utvecklat >100 teoretiska s?tt att uppn? fusion, tokamak ?r helt enkelt den enklaste och mest popul?ra). F?retaget samlade ocks? in mer ?n 100 miljoner dollar i investerarfonder.

Reaktorprojektet fr?n den kanadensiska startupen General Fusion skiljer sig ?nnu mer fr?n de andra, men utvecklarna ?r s?kra p? det och har samlat in mer ?n 100 miljoner dollar p? 10 ?r f?r att bygga reaktorn till 2020.

Den brittiska startupen First light har den mest tillg?ngliga webbplatsen, som bildades 2014, och tillk?nnagav planer p? att anv?nda de senaste vetenskapliga uppgifterna f?r att producera k?rnfusion till en l?gre kostnad.

Forskare fr?n MIT skrev en artikel som beskrev en kompakt fusionsreaktor. De f?rlitar sig p? ny teknik som d?k upp efter att konstruktionen av gigantiska tokamak b?rjade och lovar att slutf?ra projektet om 10 ?r. Det ?r ?nnu inte k?nt om de f?r gr?nt ljus f?r att b?rja bygga. ?ven om den godk?nns ?r en artikel i en tidning ett ?nnu tidigare skede ?n en startup

K?rnfusion ?r kanske den minst l?mpade industrin f?r crowdfunding. Men det ?r med hans hj?lp och ?ven med finansiering fr?n NASA som f?retaget Lawrenceville Plasma Physics ska bygga en prototyp av sin reaktor. Av alla p?g?ende projekt ser det h?r mest ut som en bluff, men vem vet, kanske kommer de att tillf?ra n?got anv?ndbart till detta storslagna arbete.

ITER kommer bara att vara en prototyp f?r byggandet av en fullfj?drad DEMO-installation - den f?rsta kommersiella fusionsreaktorn. Lanseringen ?r nu planerad till 2044 och detta ?r fortfarande en optimistisk prognos.

Men det finns planer f?r n?sta etapp. En hybrid termonukle?r reaktor kommer att f? energi fr?n b?de atom?rt s?nderfall (som ett konventionellt k?rnkraftverk) och fusion. I denna konfiguration kan energin vara 10 g?nger mer, men s?kerheten ?r l?gre. Kina hoppas kunna bygga en prototyp till 2030, men experter s?ger att det skulle vara som att f?rs?ka bygga hybridbilar f?re uppfinningen av f?rbr?nningsmotorn.

Bottom line

Det finns ingen brist p? m?nniskor som vill ta med en ny energik?lla till v?rlden. ITER-projektet har st?rst chans, med tanke p? dess omfattning och finansiering, men andra metoder, s?v?l som privata projekt, b?r inte uteslutas. Forskare har arbetat i ?rtionden f?r att f? ig?ng fusionsreaktionen utan st?rre framg?ng. Men nu finns det fler projekt f?r att uppn? termonukle?r reaktion ?n n?gonsin tidigare. ?ven om var och en av dem misslyckas kommer nya f?rs?k att g?ras. Det ?r osannolikt att vi kommer att vila f?rr?n vi lyser upp en miniatyrversion av solen, h?r p? jorden.

Taggar: L?gg till taggar

Det internationella experimentella termonukle?ra reaktorprojektet ITER startade 2007. Det ligger i Cadarache, i s?dra Frankrike. Den huvudsakliga uppgiften f?r ITER, enligt dem som utformat och genomf?r projektet, ?r att demonstrera m?jligheterna f?r kommersiell anv?ndning av termonukle?r fusion.

ITER ?r ett strategiskt internationellt vetenskapligt initiativ mer ?n 30 l?nder deltar i dess genomf?rande.

"Vi befinner oss i sj?lva hj?rtat av en framtida fusionsreaktor. Den v?ger tre Eiffeltorn och har en total yta p? 60 fotbollsplaner”, rapporterar Euronews-journalisten Claudio Rocco.

En fusionsreaktor eller toroidinstallation f?r magnetisk plasmainneslutning, annars kallad tokomak, skapas f?r att uppn? de villkor som kr?vs f?r att kontrollerad termonukle?r fusion ska intr?ffa. Plasman i en tokamak h?lls inte av kammarens v?ggar, utan av ett speciellt skapat kombinerat magnetf?lt - ett toroidalt yttre och poloidalt f?lt av str?mmen som flyter genom plasmakabeln. J?mf?rt med andra installationer som anv?nder ett magnetiskt f?lt f?r att begr?nsa plasma, ?r anv?ndningen av elektrisk str?m den viktigaste egenskapen hos tokamak.

Vid utf?rande av kontrollerad termonukle?r fusion kommer deuterium och tritium att anv?ndas i tokamak.
Detaljer finns i intervjun med ITER:s generaldirekt?r Bernard Bigot.

Vad ?r f?rdelen med energi som produceras genom kontrollerad k?rnfusion?

"F?rst och fr?mst i anv?ndningen av v?teisotoper, som i sin tur anses vara en n?stan outt?mlig k?lla: v?te finns ?verallt, inklusive i v?rldshavet. S? s? l?nge det finns vatten p? jorden, hav och f?rskt kommer vi att f?rses med br?nsle till tokamak - vi talar om miljoner ?r. Den andra f?rdelen ?r att radioaktivt avfall har en ganska kort halveringstid: flera hundra ?r, j?mf?rt med avfallsprodukter fr?n k?rnfusion.”

Termonukle?r fusion ?r kontrollerad och, enligt Bernard Bigot, relativt l?tt att avbryta om en olycka ?r framme. En annan situation i ett liknande fall uppst?r med k?rnfusion.

Genom att v?rma ett ?mne kan en k?rnreaktion ?stadkommas. Det ?r detta f?rh?llande mellan uppv?rmning av ett ?mne och en k?rnreaktion som ?terspeglas av termen "termonukle?r reaktion".

Utformningen av tokamak-komponenterna utf?rs genom insatser fr?n de deltagande ITER-l?nderna, och delarna och tekniska komponenterna i tokamak tillverkas i Japan, Sydkorea, Ryssland, Kina, USA och andra l?nder. Vid konstruktion av en tokamak beaktas sannolikheten f?r olika typer av olyckor.

Bernard Bigot: "?nd? ?r ett l?ckage av radioaktiva ?mnen m?jlig. Vissa fack kommer inte att vara tillr?ckligt t?ta. Men antalet kommer att vara minimalt, och f?r dem som bor n?ra reaktorn kommer det inte att vara n?gon st?rre fara f?r h?lsa eller liv.”

Men m?jligheten till en olycka och l?ckage finns i projektet, s?rskilt rummen d?r termonukle?r sammansm?ltning ?ger rum och de angr?nsande rummen kommer att utrustas med speciella ventilationsschakt i vilka radioaktiva element kommer att sugas in f?r att f?rhindra deras sl?pp till utsidan.

"Jag tycker inte att uppskattningen p? cirka 16 miljarder euro ser s? gigantisk ut, s?rskilt inte n?r man t?nker p? kostnaden f?r den energi som kommer att produceras h?r. Dessutom tar det l?ng tid att producera, mycket l?ng tid, s? alla kostnader kommer att vara motiverade ?ven p? medell?ng sikt”, avslutar Bernard Bigot.

Ryska NIIEFA rapporterade nyligen om det framg?ngsrika testet av en fullskalig prototyp av ett h?rdningsmotst?ndssystem f?r att skydda supraledande spolar, som designades specifikt f?r ITER.

Och drifts?ttningen av hela ITER-komplexet i Cadarache, Frankrike, ?r planerad till 2020.

Hur b?rjade det hela? "Energiutmaningen" uppstod som ett resultat av en kombination av f?ljande tre faktorer:

1. M?nskligheten f?rbrukar nu en enorm m?ngd energi.

F?r n?rvarande ?r v?rldens energif?rbrukning cirka 15,7 terawatt (TW). Delat detta v?rde med v?rldens befolkning f?r vi cirka 2400 watt per person, vilket enkelt kan uppskattas och visualiseras. Energin som f?rbrukas av varje inv?nare p? jorden (inklusive barn) motsvarar 24 hundra-watts elektriska lampor dygnet runt. Emellertid ?r f?rbrukningen av denna energi ?ver planeten mycket oj?mn, eftersom den ?r mycket stor i flera l?nder och f?rsumbar i andra. F?rbrukningen (i termer av en person) ?r lika med 10,3 kW i USA (ett av rekordv?rdena), 6,3 kW i Ryska federationen, 5,1 kW i Storbritannien, etc., men ? andra sidan ?r det lika. endast 0,21 kW i Bangladesh (endast 2 % av USA:s energif?rbrukning!).

2. V?rldens energif?rbrukning ?kar dramatiskt.

Enligt International Energy Agency (2006) f?rv?ntas den globala energif?rbrukningen ?ka med 50 % till 2030. I-l?nder skulle naturligtvis klara sig fint utan ytterligare energi, men denna tillv?xt ?r n?dv?ndig f?r att lyfta m?nniskor ur fattigdom i utvecklingsl?nder, d?r 1,5 miljarder m?nniskor lider av allvarlig str?mbrist.

3. F?r n?rvarande kommer 80 % av v?rldens energi fr?n f?rbr?nning av fossila br?nslen(olja, kol och gas), vars anv?ndning:

a) potentiellt utg?r en risk f?r katastrofala milj?f?r?ndringar;

b) m?ste oundvikligen ta slut en dag.

Av det som har sagts ?r det tydligt att nu m?ste vi f?rbereda oss f?r slutet av eran med fossila br?nslen

F?r n?rvarande producerar k?rnkraftverk energi som frig?rs under fissionsreaktioner av atomk?rnor i stor skala. Skapandet och utvecklingen av s?dana stationer b?r uppmuntras p? alla m?jliga s?tt, men man m?ste ta h?nsyn till att reserverna av ett av de viktigaste materialen f?r deras drift (billigt uran) ocks? kan f?rbrukas helt inom de n?rmaste 50 ?ren . M?jligheterna med k?rnklyvningsbaserad energi kan (och b?r) ut?kas avsev?rt genom anv?ndning av mer effektiva energicykler, vilket g?r att m?ngden producerad energi n?stan f?rdubblas. F?r att utveckla energi i denna riktning ?r det n?dv?ndigt att skapa toriumreaktorer (de s? kallade toriumf?r?dlarreaktorer eller f?r?dlarreaktorer), d?r reaktionen producerar mer torium ?n det ursprungliga uranet, vilket resulterar i att den totala m?ngden energi som produceras f?r en given m?ngd ?mne ?kar med 40 g?nger. Det verkar ocks? lovande att skapa plutoniumuppf?dare med hj?lp av snabba neutroner, som ?r mycket effektivare ?n uranreaktorer och kan producera 60 g?nger mer energi. Det kan h?nda att det f?r att utveckla dessa omr?den kommer att bli n?dv?ndigt att utveckla nya, icke-standardiserade metoder f?r att erh?lla uran (till exempel fr?n havsvatten, som verkar vara det mest tillg?ngliga).

Fusionskraftverk

Figuren visar ett schematiskt diagram (ej skalenligt) ?ver enheten och funktionsprincipen f?r ett termonukle?rt kraftverk. I den centrala delen finns en toroidformad (munkformad) kammare med en volym p? ~2000 m3, fylld med tritium-deuterium (T–D) plasma uppv?rmd till en temperatur ?ver 100 M°C. Neutronerna som produceras under fusionsreaktionen (1) l?mnar den "magnetiska flaskan" och g?r in i skalet som visas i figuren med en tjocklek p? cirka 1 m.

Inuti skalet kolliderar neutroner med litiumatomer, vilket resulterar i en reaktion som producerar tritium:

neutron + litium -> helium + tritium

Dessutom intr?ffar konkurrerande reaktioner i systemet (utan bildning av tritium), liksom m?nga reaktioner med fris?ttning av ytterligare neutroner, som d? ocks? leder till bildning av tritium (i detta fall kan fris?ttningen av ytterligare neutroner vara avsev?rt f?rst?rkt, till exempel genom att introducera berylliumatomer i skalet och bly). Den ?vergripande slutsatsen ?r att denna anl?ggning (?tminstone teoretiskt) skulle kunna genomg? en k?rnfusionsreaktion som skulle producera tritium. M?ngden tritium som produceras b?r i detta fall inte bara tillgodose behoven f?r sj?lva installationen, utan ?ven vara ?nnu n?got st?rre, vilket g?r det m?jligt att f?rse nya installationer med tritium. Det ?r detta driftkoncept som m?ste testas och implementeras i ITER-reaktorn som beskrivs nedan.

Dessutom m?ste neutroner v?rma skalet i s? kallade pilotanl?ggningar (d?r relativt "vanliga" byggmaterial kommer att anv?ndas) till cirka 400°C. I framtiden ?r det planerat att skapa f?rb?ttrade installationer med en skalv?rmetemperatur ?ver 1000°C, vilket kan uppn?s genom anv?ndning av de senaste h?gh?llfasta materialen (som kiselkarbidkompositer). V?rmen som genereras i skalet, som i konventionella stationer, tas av den prim?ra kylkretsen med ett kylmedel (inneh?llande till exempel vatten eller helium) och ?verf?rs till sekund?rkretsen, d?r vatten?nga produceras och tillf?rs turbinerna.

1985 - Sovjetunionen f?reslog n?sta generations Tokamak-anl?ggning, med hj?lp av erfarenheterna fr?n fyra ledande l?nder f?r att skapa fusionsreaktorer. Amerikas f?renta stater har tillsammans med Japan och Europeiska gemenskapen lagt fram ett f?rslag f?r genomf?randet av projektet.

F?r n?rvarande, i Frankrike, p?g?r konstruktion av den internationella experimentella termonukle?ra reaktorn ITER (International Tokamak Experimental Reactor), som beskrivs nedan, som kommer att vara den f?rsta tokamak som kan "ant?nda" plasma.

De mest avancerade befintliga tokamak-installationerna har l?nge uppn?tt temperaturer p? cirka 150 M°C, n?ra de v?rden som kr?vs f?r driften av en fusionsstation, men ITER-reaktorn borde vara det f?rsta storskaliga kraftverket som konstruerats under l?ng tid. -term drift. I framtiden kommer det att vara n?dv?ndigt att avsev?rt f?rb?ttra dess driftsparametrar, vilket f?rst och fr?mst kommer att kr?va att trycket i plasman ?kar, eftersom k?rnfusionshastigheten vid en given temperatur ?r proportionell mot kvadraten p? trycket. Det huvudsakliga vetenskapliga problemet i detta fall ?r relaterat till det faktum att n?r trycket i plasman ?kar, uppst?r mycket komplexa och farliga instabiliteter, det vill s?ga instabila driftsl?gen.

Varf?r beh?ver vi detta?

Den fr?msta f?rdelen med k?rnfusion ?r att den endast kr?ver mycket sm? m?ngder ?mnen som ?r mycket vanliga i naturen som br?nsle. K?rnfusionsreaktionen i de beskrivna installationerna kan leda till att enorma m?ngder energi frig?rs, tio miljoner g?nger h?gre ?n standardv?rmen som frig?rs vid konventionella kemiska reaktioner (som f?rbr?nning av fossila br?nslen). Som j?mf?relse p?pekar vi att m?ngden kol som kr?vs f?r att driva ett v?rmekraftverk med en kapacitet p? 1 gigawatt (GW) ?r 10 000 ton per dag (tio j?rnv?gsvagnar), och en fusionsanl?ggning med samma effekt kommer att f?rbruka endast ca. 1 kg av D+T-blandningen per dag.

Deuterium ?r en stabil isotop av v?te; I ungef?r en av 3 350 molekyler av vanligt vatten ers?tts en av v?teatomerna av deuterium (ett arv fr?n Big Bang). Detta faktum g?r det enkelt att organisera en ganska billig produktion av den n?dv?ndiga m?ngden deuterium fr?n vatten. Det ?r sv?rare att f? tritium, som ?r instabilt (halveringstid ?r cirka 12 ?r, vilket g?r att dess inneh?ll i naturen ?r f?rsumbart), men som visas ovan kommer tritium att dyka upp direkt inuti den termonukle?ra installationen under drift, p? grund av neutroners reaktion med litium.

S?lunda ?r det initiala br?nslet f?r en fusionsreaktor litium och vatten. Litium ?r en vanlig metall som ofta anv?nds i hush?llsapparater (batterier till mobiltelefoner, etc.). Den ovan beskrivna installationen kommer, ?ven med h?nsyn till icke-ideal verkningsgrad, att kunna producera 200 000 kWh elektrisk energi, vilket motsvarar den energi som finns i 70 ton kol. M?ngden litium som kr?vs f?r detta finns i ett datorbatteri, och m?ngden deuterium finns i 45 liter vatten. Ovanst?ende v?rde motsvarar den aktuella elf?rbrukningen (ber?knad per person) i EU-l?nderna ?ver 30 ?r. Just det faktum att en s? obetydlig m?ngd litium kan s?kerst?lla genereringen av en s?dan m?ngd elektricitet (utan CO2-utsl?pp och utan den minsta luftf?rorening) ?r ett ganska seri?st argument f?r den snabbaste och mest kraftfulla utvecklingen av termonukle?r energi (trots alla sv?righeter och problem) och till och med utan hundra procents f?rtroende f?r framg?ngen med s?dan forskning.

Deuterium b?r r?cka i miljontals ?r, och reserver av l?ttminerat litium ?r tillr?ckliga f?r att f?rs?rja behoven i hundratals ?r. ?ven om litium i stenar tar slut kan vi utvinna det fr?n vatten, d?r det finns i koncentrationer som ?r tillr?ckligt h?ga (100 g?nger h?gre ?n uran) f?r att g?ra gruvdrift ekonomiskt l?nsam.

En experimentell termonukle?r reaktor (International termonukle?r experimentreaktor) byggs n?ra staden Cadarache i Frankrike. Huvudm?let med ITER-projektet ?r att implementera en kontrollerad termonukle?r fusionsreaktion i industriell skala.

Per viktenhet termonukle?rt br?nsle erh?lls cirka 10 miljoner g?nger mer energi ?n vid f?rbr?nning av samma m?ngd organiskt br?nsle, och cirka hundra g?nger mer ?n vid klyvning av urank?rnor i reaktorerna i k?rnkraftverk i drift. Om vetenskapsm?ns och designers ber?kningar g?r i uppfyllelse kommer detta att ge m?nskligheten en outt?mlig energik?lla.

D?rf?r gick ett antal l?nder (Ryssland, Indien, Kina, Korea, Kazakstan, USA, Kanada, Japan, EU-l?nder) samman f?r att skapa den internationella termonukle?ra forskningsreaktorn - en prototyp av nya kraftverk.

Systemet f?r deltagande i det internationella projektet tillhandah?ller reaktorkomponenter och finansiering av dess konstruktion. I utbyte mot detta f?r vart och ett av de deltagande l?nderna full tillg?ng till all teknik f?r att skapa en termonukle?r reaktor och till resultaten av allt experimentellt arbete p? denna reaktor, som kommer att fungera som grund f?r designen av termonukle?ra seriekraftsreaktorer.

Reaktorn, baserad p? principen om termonukle?r fusion, har ingen radioaktiv str?lning och ?r helt s?ker f?r milj?n. Den kan placeras n?stan var som helst i v?rlden, och br?nslet f?r den ?r vanligt vatten. Byggandet av ITER ber?knas p?g? i cirka tio ?r, varefter reaktorn ber?knas vara i bruk i 20 ?r.

Rysslands intressen i r?det f?r Internationella organisationen f?r konstruktion av ITER termonukle?r reaktor under de kommande ?ren kommer att representeras av motsvarande medlem av den ryska vetenskapsakademin Mikhail Kovalchuk - chef f?r Kurchatov Institute, Institute of Crystallography vid Ryska akademin Vetenskaps- och vetenskaplig sekreterare f?r presidentr?det f?r vetenskap, teknik och utbildning. Kovalchuk kommer tillf?lligt att ers?tta akademikern Evgeniy Velikhov i denna post, som valdes till ordf?rande f?r ITER International Council f?r de kommande tv? ?ren och inte har r?tt att kombinera denna position med uppgifterna f?r en officiell representant f?r ett deltagande land.

Den totala kostnaden f?r konstruktionen uppskattas till 5 miljarder euro, och samma summa kommer att kr?vas f?r provdrift av reaktorn. Indiens, Kinas, Koreas, Rysslands, USA:s och Japans andelar st?r vardera f?r cirka 10 procent av det totala v?rdet, 45 procent kommer fr?n l?nderna i EU. De europeiska staterna har dock ?nnu inte kommit ?verens om hur exakt kostnaderna ska f?rdelas mellan dem. P? grund av detta sk?ts byggstarten upp till april 2010. Trots den senaste f?rseningen s?ger forskare och tj?nstem?n som ?r involverade i ITER att de kommer att kunna slutf?ra projektet till 2018.

Den ber?knade termonukle?ra effekten hos ITER ?r 500 megawatt. Individuella magnetdelar n?r en vikt p? 200 till 450 ton. F?r att kyla ITER kommer det att kr?vas 33 tusen kubikmeter vatten per dag.

1998 slutade USA att finansiera sitt deltagande i projektet. Efter att republikanerna kommit till makten och rullande str?mavbrott b?rjade i Kalifornien, meddelade Bush-administrationen ?kade investeringar i energi. USA hade inte f?r avsikt att delta i det internationella projektet och var engagerat i ett eget termonukle?rt projekt. I b?rjan av 2002 sa president Bushs teknikr?dgivare John Marburger III att USA hade ?ndrat uppfattning och hade f?r avsikt att ?terv?nda till projektet.

Sett till antalet deltagare ?r projektet j?mf?rbart med ett annat stort internationellt vetenskapligt projekt - den internationella rymdstationen. Kostnaden f?r ITER, som tidigare n?dde 8 miljarder dollar, uppgick d? till mindre ?n 4 miljarder. Som ett resultat av USA:s tillbakadragande fr?n deltagande beslutades det att minska reaktoreffekten fr?n 1,5 GW till 500 MW. Priset p? projektet har d?rf?r ocks? sjunkit.

I juni 2002 h?lls symposiet "ITER Days in Moscow" i den ryska huvudstaden. Den diskuterade de teoretiska, praktiska och organisatoriska problemen med att ?teruppliva projektet, vars framg?ng kan f?r?ndra m?nsklighetens ?de och ge den en ny typ av energi, j?mf?rbar i effektivitet och ekonomi endast med solens energi.

I juli 2010 godk?nde representanter f?r de l?nder som deltar i det internationella termonukle?ra reaktorprojektet ITER sin budget och konstruktionsplan vid ett extra m?te som h?lls i Cadarache, Frankrike. M?tesrapporten finns h?r.

Vid det senaste extra m?tet godk?nde projektdeltagarna startdatumet f?r de f?rsta experimenten med plasma - 2019. Fullst?ndiga experiment ?r planerade till mars 2027, ?ven om projektledningen bad tekniska specialister att f?rs?ka optimera processen och p?b?rja experiment 2026. M?tesdeltagarna beslutade ocks? om kostnaderna f?r att bygga reaktorn, men vilka belopp som planerades att l?ggas p? att skapa installationen avsl?jades inte. Enligt information som redakt?ren f?r ScienceNOW-portalen f?tt fr?n en icke namngiven k?lla kan kostnaden f?r ITER-projektet uppg? till 16 miljarder euro n?r experimenten b?rjar.

M?tet i Cadarache markerade ocks? den f?rsta officiella arbetsdagen f?r den nya projektledaren, den japanske fysikern Osamu Motojima. Dessf?rinnan hade projektet letts sedan 2005 av japanen Kaname Ikeda, som ville l?mna sin post omedelbart efter att budgeten och byggtidsfristerna godk?nts.

Fusionsreaktorn ITER ?r ett gemensamt projekt av Europeiska unionen, Schweiz, Japan, USA, Ryssland, Sydkorea, Kina och Indien. Id?n om att skapa ITER har ?verv?gts sedan 80-talet av f?rra seklet, men p? grund av ekonomiska och tekniska sv?righeter v?xer kostnaderna f?r projektet st?ndigt och byggstartdatumet skjuts st?ndigt upp. 2009 f?rv?ntade experterna att arbetet med att skapa reaktorn skulle b?rja 2010. Senare flyttades detta datum, och f?rst 2018 och sedan 2019 uts?gs till starttiden f?r reaktorn.

Termonukle?ra fusionsreaktioner ?r reaktioner av fusion av k?rnor av l?tta isotoper f?r att bilda en tyngre k?rna, som ?tf?ljs av en enorm frig?ring av energi. I teorin kan fusionsreaktorer producera mycket energi till l?g kostnad, men f?r n?rvarande spenderar forskarna mycket mer energi och pengar f?r att starta och underh?lla fusionsreaktionen.

Termonukle?r fusion ?r ett billigt och milj?v?nligt s?tt att producera energi. Okontrollerad termonukle?r fusion har f?rekommit p? solen i miljarder ?r - helium bildas fr?n den tunga v?teisotopen deuterium. Detta frig?r en kolossal m?ngd energi. Men m?nniskor p? jorden har ?nnu inte l?rt sig att kontrollera s?dana reaktioner.

ITER-reaktorn kommer att anv?nda v?teisotoper som br?nsle. Under en termonukle?r reaktion frig?rs energi n?r l?tta atomer kombineras till tyngre. F?r att uppn? detta m?ste gasen v?rmas upp till en temperatur p? ?ver 100 miljoner grader – mycket h?gre ?n temperaturen i solens centrum. Gas vid denna temperatur f?rvandlas till plasma. Samtidigt sm?lter atomer av v?teisotoper samman och f?rvandlas till heliumatomer med frig?randet av ett stort antal neutroner. Ett kraftverk som arbetar enligt denna princip kommer att anv?nda energin fr?n neutroner som bromsas av ett lager av t?tt material (litium).

Varf?r tog skapandet av termonukle?ra installationer s? l?ng tid?

Varf?r har s? viktiga och v?rdefulla installationer, vars f?rdelar har diskuterats i n?stan ett halvt sekel, ?nnu inte skapats? Det finns tre huvudorsaker (diskuteras nedan), varav den f?rsta kan kallas extern eller social, och de andra tv? - interna, det vill s?ga best?ms av lagarna och villkoren f?r utvecklingen av sj?lva termonukle?r energi.

1. Under l?ng tid trodde man att problemet med den praktiska anv?ndningen av termonukle?r fusionsenergi inte kr?vde br?dskande beslut och ?tg?rder, eftersom fossila br?nslek?llor verkade outt?mliga p? 80-talet av f?rra seklet, och milj?problem och klimatf?r?ndringar gjorde det. ber?r inte allm?nheten. ?r 1976 f?rs?kte U.S. Department of Energy's Fusion Energy Advisory Committee uppskatta tidsramen f?r FoU och ett demonstrationsfusionskraftverk under olikav. Samtidigt uppt?cktes att volymen av ?rlig finansiering f?r forskning i denna riktning ?r helt otillr?cklig, och om den befintliga anslagsniv?n bibeh?lls kommer skapandet av termonukle?ra anl?ggningar aldrig att lyckas, eftersom de tilldelade medlen inte motsvarar ?ven till den minsta, kritiska niv?n.

2. Ett allvarligare hinder f?r utvecklingen av forskning inom detta omr?de ?r att en termonukle?r anl?ggning av den typ som diskuteras inte kan skapas och demonstreras i liten skala. Fr?n f?rklaringarna som presenteras nedan kommer det att bli tydligt att termonukle?r fusion kr?ver inte bara magnetisk inneslutning av plasmat, utan ocks? tillr?cklig uppv?rmning av det. F?rh?llandet mellan f?rbrukad och mottagen energi ?kar ?tminstone i proportion till kvadraten p? installationens linj?ra dimensioner, vilket resulterar i att de vetenskapliga och tekniska f?rm?gorna och f?rdelarna med termonukle?ra installationer endast kan testas och demonstreras vid ganska stora stationer, som t.ex. som den n?mnda ITER-reaktorn. Samh?llet var helt enkelt inte redo att finansiera s? stora projekt f?rr?n det fanns tillr?ckligt med f?rtroende f?r framg?ng.

3. Utvecklingen av termonukle?r energi har varit mycket komplex, men (trots otillr?cklig finansiering och sv?righeter att v?lja centra f?r skapandet av JET- och ITER-anl?ggningar) har tydliga framsteg observerats under de senaste ?ren, ?ven om en driftstation ?nnu inte har skapats.

Den moderna v?rlden st?r inf?r en mycket allvarlig energiutmaning, som mer exakt kan kallas en "os?ker energikris." Problemet ?r relaterat till att reserver av fossila br?nslen kan ta slut under andra h?lften av detta sekel. Dessutom kan f?rbr?nning av fossila br?nslen resultera i ett behov av att p? n?got s?tt binda och "lagra" koldioxiden som sl?pps ut i atmosf?ren (CCS-programmet som n?mns ovan) f?r att f?rhindra stora f?r?ndringar i planetens klimat.

F?r n?rvarande skapas n?stan all energi som f?rbrukas av m?nskligheten genom att f?rbr?nna fossila br?nslen, och l?sningen p? problemet kan vara f?rknippad med anv?ndningen av solenergi eller k?rnenergi (skapandet av snabba uppf?dningsreaktorer, etc.). Det globala problemet som orsakas av den v?xande befolkningen i utvecklingsl?nderna och deras behov av att f?rb?ttra levnadsstandarden och ?ka m?ngden energi som produceras kan inte l?sas enbart p? grundval av dessa tillv?gag?ngss?tt, ?ven om naturligtvis alla f?rs?k att utveckla alternativa metoder f?r energiproduktion b?r uppmuntras.

Str?ngt taget har vi ett litet urval av beteendestrategier och utvecklingen av termonukle?r energi ?r oerh?rt viktig, ?ven trots avsaknaden av en garanti f?r framg?ng. Tidningen Financial Times (daterad 25 januari 2004) skrev om detta:

"?ven om kostnaderna f?r ITER-projektet avsev?rt ?verstiger den ursprungliga uppskattningen, ?r det osannolikt att de n?r niv?n p? 1 miljard dollar per ?r. Denna utgiftsniv? b?r betraktas som ett mycket blygsamt pris att betala f?r en mycket rimlig m?jlighet att skapa en ny energik?lla f?r hela m?nskligheten, s?rskilt med tanke p? det faktum att vi redan under detta ?rhundrade oundvikligen kommer att beh?va ge upp vanan att sl?sa bort. och h?nsynsl?s f?rbr?nning av fossila br?nslen."

L?t oss hoppas att det inte kommer att finnas n?gra st?rre och ov?ntade ?verraskningar p? v?gen till utvecklingen av termonukle?r energi. I det h?r fallet kommer vi om cirka 30 ?r att kunna leverera elektrisk str?m fr?n den till energin?ten f?r f?rsta g?ngen, och om drygt 10 ?r kommer det f?rsta kommersiella termonukle?ra kraftverket att b?rja fungera. Det ?r m?jligt att k?rnfusionsenergin under andra h?lften av detta ?rhundrade kommer att b?rja ers?tta fossila br?nslen och gradvis b?rja spela en allt viktigare roll f?r att tillhandah?lla energi till m?nskligheten p? en global skala.

Det finns ingen absolut garanti f?r att uppgiften att skapa termonukle?r energi (som en effektiv och storskalig energik?lla f?r hela m?nskligheten) kommer att slutf?ras framg?ngsrikt, men sannolikheten f?r framg?ng i denna riktning ?r ganska stor. Med tanke p? termonukle?ra stationers enorma potential kan alla kostnader f?r projekt f?r deras snabba (och till och med accelererade) utveckling anses motiverade, s?rskilt eftersom dessa investeringar ser v?ldigt blygsamma ut mot bakgrund av den monstru?sa globala energimarknaden (4 biljoner dollar per ?r8). Att tillgodose m?nsklighetens energibehov ?r ett mycket allvarligt problem. I takt med att fossila br?nslen blir mindre och mindre tillg?ngliga (och anv?ndningen av dem blir o?nskad) f?r?ndras situationen, och vi har helt enkelt inte r?d att inte utveckla fusionsenergi.

Till fr?gan "N?r kommer termonukle?r energi att dyka upp?" Lev Artsimovich (en erk?nd pionj?r och ledare f?r forskning inom detta omr?de) svarade en g?ng att "det kommer att skapas n?r det verkligen blir n?dv?ndigt f?r m?nskligheten"

ITER kommer att bli den f?rsta fusionsreaktorn som producerar mer energi ?n den f?rbrukar. Forskare m?ter denna egenskap med en enkel koefficient som de kallar "Q". Om ITER n?r alla sina vetenskapliga m?l kommer den att producera 10 g?nger mer energi ?n den f?rbrukar. Den sista enheten som byggdes, Joint European Torus i England, ?r en mindre prototyp av fusionsreaktor som i sitt slutskede av vetenskaplig forskning uppn?dde ett Q-v?rde p? n?stan 1. Det betyder att den producerade exakt samma m?ngd energi som den f?rbrukade . ITER kommer att g? l?ngre ?n detta genom att demonstrera energiskapande fr?n fusion och uppn? ett Q-v?rde p? 10. Tanken ?r att generera 500 MW fr?n en energif?rbrukning p? cirka 50 MW. S?ledes ?r ett av de vetenskapliga m?len f?r ITER att bevisa att ett Q-v?rde p? 10 kan uppn?s.

Ett annat vetenskapligt m?l ?r att ITER ska ha en mycket l?ng "brinntid" - en puls med f?rl?ngd varaktighet upp till en timme. ITER ?r en experimentell forskningsreaktor som inte kan producera energi kontinuerligt. N?r ITER b?rjar fungera kommer den att vara p? i en timme, varefter den m?ste st?ngas av. Detta ?r viktigt eftersom standardenheterna vi har skapat hittills har kunnat ha en brinntid p? flera sekunder eller till och med tiondels sekund – det h?r ?r max. "Joint European Torus" uppn?dde sitt Q-v?rde p? 1 med en brinntid p? cirka tv? sekunder med en pulsl?ngd p? 20 sekunder. Men en process som varar n?gra sekunder ?r inte riktigt permanent. I analogi med att starta en bilmotor: att kortvarigt sl? p? motorn och sedan st?nga av den ?r ?nnu inte verklig drift av bilen. F?rst n?r du k?r din bil i en halvtimme kommer den att n? ett konstant driftl?ge och visa att en s?dan bil verkligen kan k?ras.

Det vill s?ga att ur teknisk och vetenskaplig synvinkel kommer ITER att ge ett Q-v?rde p? 10 och en ?kad brinntid.

Programmet f?r termonukle?r fusion ?r verkligen internationellt och brett till sin natur. Folk r?knar redan med framg?ngen f?r ITER och funderar p? n?sta steg - att skapa en prototyp av en industriell termonukle?r reaktor som heter DEMO. F?r att bygga den m?ste ITER fungera. Vi m?ste uppn? v?ra vetenskapliga m?l eftersom det kommer att inneb?ra att de id?er vi l?gger fram ?r fullt genomf?rbara. Jag h?ller dock med om att man alltid ska t?nka p? vad som kommer h?rn?st. Dessutom, eftersom ITER verkar i 25-30 ?r, kommer v?r kunskap gradvis att f?rdjupas och ut?kas, och vi kommer att kunna beskriva v?rt n?sta steg mer exakt.

Det finns faktiskt ingen debatt om huruvida ITER ska vara en tokamak. Vissa forskare st?ller fr?gan helt annorlunda: borde ITER existera? Experter i olika l?nder, som utvecklar sina egna, inte s? storskaliga termonukle?ra projekt, h?vdar att en s? stor reaktor inte alls beh?vs.

Deras ?sikt b?r dock knappast anses vara auktoritativ. Fysiker som har arbetat med toroidformade f?llor i flera decennier var involverade i skapandet av ITER. Designen av den experimentella termonukle?ra reaktorn i Karadash baserades p? all kunskap som vunnits under experiment p? dussintals f?reg?ngare tokamaks. Och dessa resultat indikerar att reaktorn m?ste vara en tokamak, och en stor.

JET F?r tillf?llet kan den mest framg?ngsrika tokamak anses JET, byggd av EU i den brittiska staden Abingdon. Detta ?r den st?rsta tokamak-typ reaktor som skapats hittills, den stora radien av plasma torus ?r 2,96 meter. Effekten av den termonukle?ra reaktionen har redan n?tt mer ?n 20 megawatt med en retentionstid p? upp till 10 sekunder. Reaktorn ?terf?r cirka 40 % av energin som lagts in i plasman.

Det ?r plasmans fysik som best?mmer energibalansen, s?ger Igor Semenov till Infox.ru. MIPT-docent beskrev vad energibalans ?r med ett enkelt exempel: ”Vi har alla sett hur en eld brinner. Det ?r faktiskt inte ved som brinner d?r, utan gas. Energikedjan d?r ?r s? h?r: gasen brinner, veden v?rms, veden avdunstar, gasen brinner igen. D?rf?r, om vi kastar vatten p? en eld, kommer vi abrupt att ta energi fr?n systemet f?r fas?verg?ngen av flytande vatten till ett ?ngtillst?nd. Balansen blir negativ och elden slocknar. Det finns ett annat s?tt - vi kan helt enkelt ta brandvarorna och sprida dem i rymden. Elden ska ocks? slockna. Det ?r samma sak i den termonukle?ra reaktorn vi bygger. Dimensionerna ?r valda f?r att skapa en l?mplig positiv energibalans f?r denna reaktor. Tillr?ckligt f?r att bygga ett riktigt k?rnkraftverk i framtiden, som i detta experimentella skede l?ser alla problem som f?r n?rvarande f?rblir ol?sta."

Dimensionerna p? reaktorn ?ndrades en g?ng. Detta h?nde vid sekelskiftet 20-2000, n?r USA drog sig ur projektet, och de ?terst?ende medlemmarna ins?g att ITER-budgeten (vid den tiden uppskattades den till 10 miljarder US-dollar) var f?r stor. Fysiker och ingenj?rer kr?vdes f?r att minska installationskostnaderna. Och detta kunde bara g?ras p? grund av storleken. "Omdesignen" av ITER leddes av den franske fysikern Robert Aymar, som tidigare arbetat p? den franska Tore Supra tokamak i Karadash. Plasmatorusens yttre radie har reducerats fr?n 8,2 till 6,3 meter. Riskerna f?rknippade med storleksminskningen kompenserades dock delvis av flera extra supraledande magneter, vilket gjorde det m?jligt att implementera plasmainneslutningsl?get, som var ?ppet och studerat vid den tiden.

V?r tids mest ambiti?sa vetenskapliga konstruktion. Hur ITER-fusionsreaktorn byggs i Frankrike

Kontrollerad termonukle?r fusion ?r fysikers och energif?retagens bl? dr?m, som de har v?rnat om i ?rtionden. Att h?lla en konstgjord sol i bur ?r en bra id?. "Men problemet ?r att vi inte vet hur man skapar en s?dan l?da,"- sa Nobelpristagaren Pierre Gilles de Gennes 1991. Men i mitten av 2018 vet vi redan hur. Och vi bygger till och med. De b?sta hj?rnorna i v?rlden arbetar p? projektet med den internationella experimentella termonukle?ra reaktorn ITER - det mest ambiti?sa och dyra experimentet inom modern vetenskap.

En s?dan reaktor kostar fem g?nger mer ?n Large Hadron Collider. Hundratals forskare runt om i v?rlden arbetar med projektet. Dess finansiering kan l?tt ?verstiga 19 miljarder euro, och den f?rsta plasman kommer att sl?ppas ut i reaktorn f?rst i december 2025. Och trots st?ndiga f?rseningar, tekniska sv?righeter och otillr?cklig finansiering fr?n enskilda deltagande l?nder, byggs v?rldens st?rsta termonukle?ra "perpetual motion-maskin". Det har mycket fler f?rdelar ?n nackdelar. Vilka? Vi b?rjar ber?ttelsen om v?r tids mest ambiti?sa vetenskapliga byggprojekt med teori.

Vad ?r en tokamak?

Under p?verkan av enorma temperaturer och gravitation sker termonukle?r fusion i djupet av v?r sol och andra stj?rnor. V?tek?rnor kolliderar, bildar tyngre heliumatomer och frig?r samtidigt neutroner och enorma m?ngder energi.

Modern vetenskap har kommit till slutsatsen att vid den l?gsta initiala temperaturen produceras den st?rsta m?ngden energi av reaktionen mellan isotoper av v?te - deuterium och tritium. Men tre f?rh?llanden ?r viktiga f?r detta: h?g temperatur (ca 150 miljoner grader Celsius), h?g plasmadensitet och h?g plasmaretentionstid.

Faktum ?r att vi inte kommer att kunna skapa en s?dan kolossal t?thet som solens. Allt som ?terst?r ?r att v?rma gasen till plasmatillst?ndet med hj?lp av ultrah?ga temperaturer. Men inget material t?l kontakt med en s? varm plasma. F?r att g?ra detta f?reslog akademiker Andrei Sakharov (p? f?rslag av Oleg Lavrentyev) p? 1950-talet att anv?nda toroidformade (ih?liga munkformade) kammare med ett magnetf?lt som skulle h?lla plasman. Senare myntades termen - tokamak.

Moderna kraftverk, f?rbr?nning av fossila br?nslen, omvandlar mekanisk kraft (t.ex. turbinrotation) till elektricitet. Tokamaks kommer att anv?nda fusionsenergi, absorberad som v?rme av enhetens v?ggar, f?r att v?rma och producera ?nga, som kommer att snurra turbinerna.

Den f?rsta tokamaken i v?rlden. Sovjetiska T-1. 1954

Sm? experimentella tokamaks byggdes ?ver hela v?rlden. Och de bevisade framg?ngsrikt att en person kan skapa h?gtemperaturplasma och h?lla det i ett stabilt tillst?nd under en tid. Men industriell design ?r fortfarande l?ngt kvar.

Installation av T-15. 1980-talet

F?rdelar och nackdelar med fusionsreaktorer

Typiska k?rnreaktorer drivs med tiotals ton radioaktivt br?nsle (som s? sm?ningom f?rvandlas till tiotals ton radioaktivt avfall), medan en fusionsreaktor bara kr?ver hundratals gram tritium och deuterium. Den f?rsta kan produceras i sj?lva reaktorn: neutronerna som frig?rs under syntesen kommer att p?verka reaktorns v?ggar med litiumf?roreningar, fr?n vilka tritium framtr?der. Litiumreserver kommer att r?cka i tusentals ?r. Det kommer inte heller att r?da brist p? deuterium – det produceras i v?rlden i tiotusentals ton per ?r.

En fusionsreaktor ger inga utsl?pp av v?xthusgaser, vilket ?r typiskt f?r fossila br?nslen. Och biprodukten i form av helium-4 ?r en ofarlig inert gas.

Dessutom ?r termonukle?ra reaktorer s?kra. I varje katastrof kommer den termonukle?ra reaktionen helt enkelt att upph?ra utan n?gra allvarliga konsekvenser f?r milj?n eller personalen, eftersom det inte kommer att finnas n?got som st?der fusionsreaktionen: den beh?ver f?r v?xthusf?rh?llanden.

Men termonukle?ra reaktorer har ocks? nackdelar. F?rst och fr?mst ?r detta den banala sv?righeten att starta en sj?lvuppeh?llande reaktion. Hon beh?ver ett djupt vakuum. Komplexa magnetiska inneslutningssystem kr?ver enorma supraledande magnetspolar.

Och gl?m inte str?lning. Trots vissa stereotyper om termonukle?ra reaktorers ofarlighet kan bombarderingen av deras omgivningar med neutroner som produceras under fusion inte avbrytas. Detta bombardemang resulterar i str?lning. D?rf?r m?ste underh?llet av reaktorn utf?ras p? distans. Om vi ser fram?t, l?t oss s?ga att efter lanseringen kommer robotar att direkt underh?lla ITER-tokamak.

Dessutom kan radioaktivt tritium vara farligt om det kommer in i kroppen. Det ?r sant att det r?cker med att ta hand om korrekt lagring och skapa s?kerhetsbarri?rer l?ngs alla m?jliga distributionsv?gar i h?ndelse av en olycka. Dessutom ?r halveringstiden f?r tritium 12 ?r.

N?r den n?dv?ndiga minimigrunden f?r teorin har lagts kan du g? vidare till artikelns hj?lte.

V?r tids mest ambiti?sa projekt

1985 ?gde det f?rsta personliga m?tet mellan cheferna f?r Sovjetunionen och USA p? m?nga ?r rum i Gen?ve. Innan detta hade det kalla kriget n?tt sin topp: supermakterna bojkottade OS, byggde upp sin k?rnkraftspotential och skulle inte inleda n?gra f?rhandlingar. Detta toppm?te mellan de tv? l?nderna p? neutralt territorium ?r anm?rkningsv?rt f?r en annan viktig omst?ndighet. Under den f?reslog generalsekreteraren f?r SUKP:s centralkommitt? Mikhail Gorbatjov att genomf?ra ett gemensamt internationellt projekt f?r att utveckla termonukle?r energi f?r fredliga ?ndam?l.

Ett ?r senare n?ddes en ?verenskommelse om projektet mellan amerikanska, sovjetiska, europeiska och japanska forskare, och utvecklingen av den konceptuella designen av det stora termonukle?ra komplexet ITER b?rjade. Utvecklingen av ingenj?rsdetaljer f?rsenades, USA fortsatte att l?mna och ?terv?nde sedan till projektet, och Kina, Sydkorea och Indien ansl?t sig s? sm?ningom. Deltagarna delade p? ansvaret f?r finansiering och direktarbete och 2010 p?b?rjades ?ntligen f?rberedelserna av gropen f?r grunden av det framtida komplexet. De best?mde sig f?r att bygga den i s?dra Frankrike n?ra staden Aix-en-Provence.

S? vad ?r ITER? Detta ?r ett enormt vetenskapligt experiment och ett ambiti?st energiprojekt f?r att bygga v?rldens st?rsta tokamak. Konstruktionen ska bevisa m?jligheten till kommersiell anv?ndning av en fusionsreaktor, samt l?sa uppkommande fysiska och tekniska problem l?ngs v?gen.

Vad best?r ITER-reaktorn av?

En tokamak ?r en toroidformad vakuumkammare med magnetiska spolar och en kryostat som v?ger 23 tusen ton. Som redan framg?r av definitionen har vi en kamera. Djup vakuumkammare. I fallet med ITER kommer detta att vara 850 kubikmeter fri kammarvolym, i vilken det vid starten endast kommer att finnas 0,1 gram av en blandning av deuterium och tritium.

1. Vakuumkammare, d?r plasman bor. 2. Neutral str?linjektor och radiofrekvensuppv?rmning av plasma upp till 150 miljoner grader. 3. Supraledande magneter som utnyttjar plasman. 4. Filtar som skyddar kameran och magneter fr?n neutronbombardement och uppv?rmning. 5. Avledare, som tar bort v?rme och termonukle?ra reaktionsprodukter. 6. Diagnostiska verktyg f?r att studera plasmafysik. Inkluderar tryckm?tare och neutronkammare. 7. Kryostat - en enorm termos med ett djupt vakuum som skyddar magneter och vakuumkammaren fr?n uppv?rmning

Och s? h?r ser en "liten" vakuumkammare ut med modeller av arbetare inuti. Den ?r 11,4 meter h?g, och tillsammans med filtar och avledare kommer den att v?ga 8,5 tusen ton

P? kammarens innerv?ggar finns speciella moduler som kallas filtar. Vatten cirkulerar inuti dem. Fria neutroner som flyr fr?n plasman faller in i dessa filtar och bromsas av vatten. Vad ?r det som g?r att den v?rms upp? Sj?lva filtarna skyddar resten av kolossen fr?n termisk, r?ntgen och den redan n?mnda neutronstr?lningen fr?n plasman.

Ett s?dant system ?r n?dv?ndigt f?r att f?rl?nga reaktorns livsl?ngd. Varje filt v?ger cirka 4,5 ton, de kommer att ers?ttas av en robotarm ungef?r vart 5-10 ?r, eftersom denna f?rsta f?rsvarslinje kommer att uts?ttas f?r avdunstning och neutronstr?lning.

Men det ?r inte allt. Kammaren ?r ansluten till utrustning i kammaren, termoelement, accelerometrar, de redan n?mnda 440 blocken av ett filtsystem, kylsystem, ett sk?rmningsblock, en avledare, ett magnetiskt system med 48 element, h?gfrekventa plasmav?rmare, en neutral atom injektor, etc. Och allt detta ligger inuti en enorm kryostat 30 meter h?g, med samma diameter och volym p? 16 tusen kubikmeter. Kryostaten garanterar djupt vakuum och ultrakalla temperaturer f?r tokamakammaren och supraledande magneter, som kyls av flytande helium till en temperatur p? -269 grader Celsius.

Botten. En tredjedel av kryostatbasen. Totalt kommer denna "termos" att best? av 54 element

Och s? h?r ser kryostaten ut i renderingen. Dess produktion anf?rtros Indien. En reaktor kommer att monteras inuti "termos"

Kryostaten h?ller redan p? att monteras. H?r kan du till exempel se ett f?nster genom vilket partiklar kommer att kastas in i reaktorn f?r att v?rma plasman

Produktionen av all denna utrustning ?r uppdelad mellan de deltagande l?nderna. Till exempel arbetar de p? n?gra av filtarna i Ryssland, p? kryostatkroppen i Indien och p? delar av vakuumkammaren i Europa och Korea.

Men detta ?r inte p? n?got s?tt en snabb process. Dessutom har designers inget utrymme f?r fel. ITER-teamet modellerar f?rst lasterna och kraven f?r strukturella element, de testas p? b?nkar (till exempel under p?verkan av plasmapistoler, som en avledare), f?rb?ttras och modifieras, s?tter ihop prototyper och testas igen innan det slutliga elementet sl?pps.

Den f?rsta kroppen av toroidspolen. Den f?rsta av 18 j?ttemagneter. Den ena h?lften tillverkades i Japan, den andra i Korea

18 gigantiska D-formade magneter arrangerade i en cirkel f?r att bilda en ogenomtr?nglig magnetisk v?gg. Inuti var och en av dem finns 134 varv supraledande kabel.

Varje s?dan rulle v?ger cirka 310 ton

Men att s?tta ihop det ?r en sak. Och det ?r en helt annan sak att uppr?tth?lla allt detta. P? grund av h?ga str?lningsniv?er ?r tilltr?de till reaktorn f?rbjuden. En hel familj av robotsystem har utvecklats f?r att serva den. Vissa kommer att byta filtar och avledningskassetter (som v?ger upp till 10 ton), vissa kommer att fj?rrstyras f?r att eliminera olyckor, vissa kommer att vara baserade i fickorna p? en vakuumkammare med HD-kameror och laserskannrar f?r snabb inspektion. Och allt detta m?ste g?ras i ett vakuum, i ett tr?ngt utrymme, med h?g precision och i tydlig interaktion med alla system. Uppgiften ?r sv?rare ?n att reparera ISS. ITER Tokamak kommer att bli den f?rsta termonukle?ra reaktorn som kommer att generera mer energi ?n vad som beh?vs f?r att v?rma sj?lva plasman. Dessutom kommer han att kunna h?lla den i ett stabilt tillst?nd mycket l?ngre ?n nuvarande installationer. Forskare s?ger att det ?r just d?rf?r som ett s? storskaligt projekt beh?vs.

Med hj?lp av en s?dan reaktor ska experter ?verbrygga gapet mellan dagens sm? experimentanl?ggningar och framtidens fusionskraftverk. Till exempel sattes rekordet f?r termonukle?r kraft 1997 vid en tokamak i Storbritannien - 16 MW med 24 MW f?rbrukad, medan ITER konstruerades med sikte p? 500 MW termonukle?r kraft fr?n 50 MW v?rmeenergi.

Tokamak kommer att testa teknik f?r uppv?rmning, kontroll, diagnostik, kryogenik och fj?rrunderh?ll, det vill s?ga alla tekniker som ?r n?dv?ndiga f?r en industriell prototyp av en termonukle?r reaktor.

Global tritiumproduktion kommer inte att r?cka till f?r framtidens kraftverk. D?rf?r kommer ITER ocks? att utveckla tekniken f?r en f?r?kningsfilt som inneh?ller litium. Tritium kommer att syntetiseras fr?n det under inverkan av termonukle?ra neutroner.

Vi f?r dock inte gl?mma att detta, ?ven om det ?r dyrt, ?r ett experiment. Tokamak kommer inte att utrustas med turbiner eller andra system f?r att omvandla v?rme till el. Det vill s?ga att det inte blir n?gra kommersiella avgaser i form av direkt energiproduktion. Varf?r? F?r detta skulle bara komplicera projektet ur ingenj?rssynpunkt och g?ra det ?nnu dyrare.

Finansieringssystemet ?r ganska f?rvirrande. I konstruktionsstadiet, skapandet av reaktorn och andra system i komplexet b?rs cirka 45% av kostnaderna av EU-l?nderna, de ?terst?ende deltagarna - 9% vardera. Men majoriteten av bidragen ?r "in natura". De flesta komponenterna levereras till ITER direkt fr?n deltagande l?nder.

De anl?nder till Frankrike sj?v?gen, och fr?n hamnen till byggarbetsplatsen levereras de l?ngs en v?g som ?r speciellt ombyggd av den franska regeringen. Landet spenderade 110 miljoner euro och 4 ?rs arbete p? den 104 km l?nga ITER-banan. Str?ckan har breddats och f?rst?rkts. Faktum ?r att 2021 kommer 250 konvojer med enorm last att passera genom den. De tyngsta delarna n?r 900 ton, den h?gsta - 10 meter, den l?ngsta - 33 meter.

ITER har ?nnu inte tagits i drift. Det finns dock redan ett projekt f?r ett DEMO k?rnfusionskraftverk, vars syfte ?r att demonstrera attraktiviteten i den kommersiella anv?ndningen av tekniken. Detta komplex m?ste kontinuerligt (och inte pulsera, som ITER) generera 2 GW energi.

Tidpunkten f?r det nya globala projektet beror p? framg?ngen f?r ITER, men enligt 2012 ?rs plan kommer den f?rsta lanseringen av DEMO att ske tidigast 2044.

Hur b?rjade det hela? "Energiutmaningen" uppstod som ett resultat av en kombination av f?ljande tre faktorer:

1. M?nskligheten f?rbrukar nu en enorm m?ngd energi.

2. V?rldens energif?rbrukning ?kar dramatiskt.

3. F?r n?rvarande kommer 80 % av v?rldens energi fr?n f?rbr?nning av fossila br?nslen (olja, kol och gas), vars anv?ndning:
a) potentiellt utg?r en risk f?r katastrofala milj?f?r?ndringar;
b) m?ste oundvikligen ta slut en dag.

Av det som har sagts ?r det tydligt att vi nu m?ste f?rbereda oss f?r slutet av eran med fossila br?nslen

Fusionskraftverk

Figuren visar ett schematiskt diagram (ej skalenligt) ?ver enheten och funktionsprincipen f?r ett termonukle?rt kraftverk. I den centrala delen finns en toroidformad (munkformad) kammare med en volym p? ~2000 m3, fylld med tritium-deuterium (T-D) plasma uppv?rmd till en temperatur ?ver 100 M°C. Neutronerna som produceras under fusionsreaktionen (1) l?mnar den "magnetiska flaskan" och g?r in i skalet som visas i figuren med en tjocklek p? cirka 1 m.

Inuti skalet kolliderar neutroner med litiumatomer, vilket resulterar i en reaktion som producerar tritium:

neutron + litium -> helium + tritium

Varf?r beh?ver vi detta?

S?lunda ?r det initiala br?nslet f?r en fusionsreaktor litium och vatten. Litium ?r en vanlig metall som ofta anv?nds i hush?llsapparater (batterier till mobiltelefoner, etc.). Den ovan beskrivna installationen kommer, ?ven med h?nsyn till icke-ideal verkningsgrad, att kunna producera 200 000 kWh elektrisk energi, vilket motsvarar den energi som finns i 70 ton kol. M?ngden litium som kr?vs f?r detta finns i ett datorbatteri och m?ngden deuterium finns i 45 liter vatten. Ovanst?ende v?rde motsvarar den aktuella elf?rbrukningen (ber?knad per person) i EU-l?nderna ?ver 30 ?r. Just det faktum att en s? obetydlig m?ngd litium kan s?kerst?lla genereringen av en s?dan m?ngd elektricitet (utan CO2-utsl?pp och utan den minsta luftf?rorening) ?r ett ganska seri?st argument f?r den snabbaste och mest kraftfulla utvecklingen av termonukle?r energi (trots alla sv?righeter och problem) och till och med utan hundraprocentigt f?rtroende f?r framg?ngen med s?dan forskning.

ITER ?r en anl?ggning som skapar f?ruts?ttningar f?r syntes av v?te- och tritiumatomer (en isotop av v?te), vilket resulterar i bildandet av en ny atom - en heliumatom. Denna process ?tf?ljs av en enorm energiutbrott: temperaturen p? plasman d?r den termonukle?ra reaktionen sker ?r cirka 150 miljoner grader Celsius (som j?mf?relse ?r temperaturen p? solens k?rna 40 miljoner grader). I det h?r fallet brinner isotoperna ut och l?mnar praktiskt taget inget radioaktivt avfall.
Systemet f?r deltagande i det internationella projektet tillhandah?ller reaktorkomponenter och finansiering av dess konstruktion. I utbyte mot detta f?r vart och ett av de deltagande l?nderna full tillg?ng till all teknik f?r att skapa en termonukle?r reaktor och till resultaten av allt experimentellt arbete p? denna reaktor, som kommer att fungera som grund f?r designen av termonukle?ra seriekraftsreaktorer.

Rysslands intressen i r?det f?r Internationella organisationen f?r konstruktion av ITER termonukle?r reaktor under de kommande ?ren kommer att representeras av motsvarande medlem av den ryska vetenskapsakademin Mikhail Kovalchuk, chef f?r Kurchatov Institute, Institute of Crystallography vid Ryska akademin Vetenskaps- och vetenskaplig sekreterare f?r presidentr?det f?r vetenskap, teknik och utbildning. Kovalchuk kommer tillf?lligt att ers?tta akademikern Evgeniy Velikhov i denna post, som valdes till ordf?rande f?r ITER International Council f?r de kommande tv? ?ren och inte har r?tt att kombinera denna position med uppgifterna f?r en officiell representant f?r ett deltagande land.

Den ber?knade termonukle?ra effekten hos ITER ?r 500 megawatt. Individuella magnetdelar n?r en vikt p? 200 till 450 ton. F?r att kyla ITER kommer det att kr?vas 33 tusen kubikmeter vatten per dag.

Varf?r tog skapandet av termonukle?ra installationer s? l?ng tid?

ITER kommer att bli den f?rsta fusionsreaktorn som producerar mer energi ?n den f?rbrukar. Forskare m?ter denna egenskap med en enkel koefficient som de kallar "Q". Om ITER uppn?r alla sina vetenskapliga m?l kommer den att producera 10 g?nger mer energi ?n den f?rbrukar. Den sista enheten som byggdes, Joint European Torus i England, ?r en mindre prototyp av fusionsreaktor som i sitt slutskede av vetenskaplig forskning uppn?dde ett Q-v?rde p? n?stan 1. Det betyder att den producerade exakt samma m?ngd energi som den f?rbrukade . ITER kommer att g? l?ngre ?n detta genom att demonstrera energiskapande fr?n fusion och uppn? ett Q-v?rde p? 10. Tanken ?r att generera 500 MW fr?n en energif?rbrukning p? cirka 50 MW. S?ledes ?r ett av de vetenskapliga m?len f?r ITER att bevisa att ett Q-v?rde p? 10 kan uppn?s.

Ett annat vetenskapligt m?l ?r att ITER ska ha en mycket l?ng "brinntid" - en puls med f?rl?ngd varaktighet upp till en timme. ITER ?r en experimentell forskningsreaktor som inte kan producera energi kontinuerligt. N?r ITER b?rjar fungera kommer den att vara p? i en timme, varefter den m?ste st?ngas av. Detta ?r viktigt eftersom de typiska enheterna vi har skapat hittills har kunnat ha en brinntid p? flera sekunder eller till och med tiondelar av en sekund - detta ?r max. "Joint European Torus" uppn?dde sitt Q-v?rde p? 1 med en brinntid p? cirka tv? sekunder med en pulsl?ngd p? 20 sekunder. Men en process som varar n?gra sekunder ?r inte riktigt permanent. I analogi med att starta en bilmotor: att kortvarigt sl? p? motorn och sedan st?nga av den ?r ?nnu inte verklig drift av bilen. F?rst n?r du k?r din bil i en halvtimme kommer den att n? ett konstant driftl?ge och visa att en s?dan bil faktiskt kan k?ras.

Det vill s?ga att ur teknisk och vetenskaplig synvinkel kommer ITER att ge ett Q-v?rde p? 10 och en ?kad brinntid.

Det termonukle?ra fusionsprogrammet ?r verkligen internationellt och brett till sin natur. Folk r?knar redan med framg?ngen f?r ITER och funderar p? n?sta steg - att skapa en prototyp av en industriell termonukle?r reaktor som heter DEMO. F?r att bygga den m?ste ITER fungera. Vi m?ste uppn? v?ra vetenskapliga m?l eftersom det kommer att inneb?ra att de id?er vi l?gger fram ?r fullt genomf?rbara. Jag h?ller dock med om att man alltid ska t?nka p? vad som kommer h?rn?st. Dessutom, eftersom ITER verkar i 25-30 ?r, kommer v?r kunskap gradvis att f?rdjupas och ut?kas, och vi kommer att kunna beskriva v?rt n?sta steg mer exakt.