For nylig var Moskva Institut for Fysik og Teknologi vært for en russisk præsentation af ITER-projektet, inden for hvilket det er planlagt at skabe en termonuklear reaktor, der opererer efter tokamak-princippet. En gruppe videnskabsmænd fra Rusland talte om det internationale projekt og russiske fysikeres deltagelse i skabelsen af ​​dette objekt. Lenta.ru deltog i ITER-præsentationen og talte med en af ​​projektdeltagerne.

ITER (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor - International Thermonuclear Experimental Reactor) er et termonuklear reaktorprojekt, der giver en mulighed for at demonstrere og udforske termonukleare teknologier til deres videre brug til fredelige og kommercielle formål. Skaberne af projektet mener, at kontrolleret termonuklear fusion kan blive fremtidens energi og tjene som et alternativ til moderne gas, olie og kul. Forskere bemærker sikkerheden, miljøvenligheden og tilgængeligheden af ​​ITER-teknologi sammenlignet med konventionel energi. Projektets kompleksitet kan sammenlignes med Large Hadron Collider; reaktorinstallationen omfatter mere end ti mio strukturelle elementer.

Om ITER

Tokamak toroidale magneter kræver 80 tusinde kilometer superledende filamenter; deres samlede vægt når 400 tons. Selve reaktoren vil veje omkring 23 tusinde tons. Til sammenligning er vægten af ​​Eiffeltårnet i Paris kun 7,3 tusinde tons. Plasmavolumenet i tokamak vil nå 840 kubikmeter, hvorimod for eksempel i den største reaktor af denne type, der opererer i Storbritannien - JET - volumenet er hundrede kubikmeter.

Tokamakkens højde bliver 73 meter, hvoraf 60 meter vil være over jorden og 13 meter under den. Til sammenligning er højden af ​​Spasskaya-tårnet i Moskva Kreml 71 meter. Hovedreaktorplatformen vil dække et areal på 42 hektar, hvilket kan sammenlignes med arealet af 60 fodboldbaner. Temperaturen i tokamak-plasmaet vil nå 150 millioner grader Celsius, hvilket er ti gange højere end temperaturen i Solens centrum.

I konstruktionen af ​​ITER i anden halvdel af 2010 er det planlagt at involvere op til fem tusinde mennesker samtidigt - dette vil omfatte både arbejdere og ingeniører samt administrativt personale. Mange af ITERs komponenter vil blive transporteret fra havnen nær Middelhavet ad en specielt konstrueret vej, der er cirka 104 kilometer lang. Især vil det tungeste fragment af installationen blive transporteret langs det, hvis masse vil være mere end 900 tons, og længden vil være omkring ti meter. Mere end 2,5 millioner kubikmeter jord vil blive fjernet fra ITER-anlæggets byggeplads.

Samlede omkostninger til design og byggearbejder anslås til 13 milliarder euro. Disse midler tildeles af syv hovedprojektdeltagere, der repræsenterer 35 landes interesser. Til sammenligning er de samlede omkostninger ved konstruktion og vedligeholdelse af Large Hadron Collider næsten halvt så meget, og konstruktion og vedligeholdelse af International rumstation koster næsten halvanden gang mere.

Tokamak

I dag i verden er der to lovende projekter af termonukleare reaktorer: tokamak ( At roidal ka måle med ma rådne Til atushki) og stellarator. I begge installationer holdes plasmaet af et magnetfelt, men i tokamak har det form af en toroidformet snor, hvorigennem elektricitet, hvorimod magnetfeltet i en stellarator induceres af eksterne spoler. I termonukleare reaktorer forekommer reaktioner af syntese af tunge grundstoffer fra lette (helium fra brintisotoper - deuterium og tritium), i modsætning til konventionelle reaktorer, hvor processerne med henfald af tunge kerner til lettere initieres.

Foto: National Research Center "Kurchatov Institute" / nrcki.ru

Den elektriske strøm i tokamak bruges også til i første omgang at opvarme plasmaet til en temperatur på omkring 30 millioner grader Celsius; yderligere opvarmning udføres af specielle enheder.

Det teoretiske design af en tokamak blev foreslået i 1951 af de sovjetiske fysikere Andrei Sakharov og Igor Tamm, og den første installation blev bygget i USSR i 1954. Forskere var imidlertid ude af stand til at holde plasmaet i en stabil tilstand i lang tid, og i midten af ​​1960'erne var verden overbevist om, at kontrolleret termonuklear fusion baseret på en tokamak var umulig.

Men kun tre år senere, ved T-3-installationen på Kurchatov Institute of Atomic Energy, under ledelse af Lev Artsimovich, var det muligt at opvarme plasmaet til en temperatur på mere end fem millioner grader Celsius og holde det i kort tid tid; Forskere fra Storbritannien, der var til stede ved eksperimentet, registrerede en temperatur på omkring ti millioner grader på deres udstyr. Herefter begyndte et rigtigt tokamak-boom i verden, så der blev bygget omkring 300 installationer i verden, hvoraf de største er placeret i Europa, Japan, USA og Rusland.

Billede: Rfassbind/wikipedia.org

ITER Management

Hvad er grundlaget for tilliden til, at ITER vil være operationelt om 5-10 år? På hvilke praktiske og teoretiske udviklinger?

På russisk side opfylder vi den angivne arbejdsplan og vil ikke overtræde den. Desværre ser vi nogle forsinkelser i det arbejde, der udføres af andre, hovedsageligt i Europa; Der er en delvis forsinkelse i Amerika, og der er en tendens til, at projektet bliver noget forsinket. Tilbageholdt, men ikke stoppet. Der er tillid til, at det vil virke. Selve projektets koncept er fuldstændig teoretisk og praktisk kalkuleret og pålideligt, så jeg tror, ​​det kommer til at fungere. Om det fuldt ud vil give de erklærede resultater... vi venter og se.

Er projektet mere et forskningsprojekt?

Sikkert. Det angivne resultat er ikke det opnåede resultat. Hvis det modtages fuldt ud, vil jeg blive meget glad.

Hvilke nye teknologier er dukket op, dukker op eller vil dukke op i ITER-projektet?

ITER-projektet er ikke bare et superkomplekst, men også et superstressende projekt. Stressende med hensyn til energibelastning, driftsbetingelser for visse elementer, herunder vores systemer. Derfor skal nye teknologier simpelthen fødes i dette projekt.

Er der et eksempel?

Plads. For eksempel vores diamantdetektorer. Vi diskuterede muligheden for at bruge vores diamantdetektorer på rumlastbiler, som er atomkøretøjer, der transporterer bestemte objekter såsom satellitter eller stationer fra kredsløb til kredsløb. Der er sådan et projekt for en rumlastbil. Da dette er en enhed med en atomreaktor om bord, kræver komplekse driftsforhold analyse og kontrol, så vores detektorer kunne nemt gøre dette. I øjeblikket er emnet for at skabe en sådan diagnostik endnu ikke finansieret. Hvis det oprettes, kan det anvendes, og så vil der ikke være behov for at investere penge i det på udviklingsstadiet, men kun på udviklings- og implementeringsstadiet.

Hvad er andelen af ​​moderne russiske udviklinger i 2000'erne og 1990'erne sammenlignet med den sovjetiske og vestlige udvikling?

Andelen af ​​det russiske videnskabelige bidrag til ITER sammenlignet med det globale er meget stor. Jeg ved det ikke præcist, men det er meget vigtigt. Det er tydeligvis ikke mindre end den russiske procentdel af økonomisk deltagelse i projektet, for det har mange andre hold et stort antal af Russere, der tog til udlandet for at arbejde i andre institutter. I Japan og Amerika, overalt, kommunikerer og arbejder vi meget godt med dem, nogle af dem repræsenterer Europa, nogle repræsenterer Amerika. Derudover er der også videnskabelige skoler der. Derfor om, hvorvidt vi udvikler mere eller mere, hvad vi gjorde før... En af de store sagde, at "vi står på titanernes skuldre," derfor er den base, der blev udviklet i sovjettiden, unægtelig stor, og uden den er vi intet vi ikke kunne. Men selv i det øjeblik, vi ikke står stille, flytter vi.

Hvad laver din gruppe præcist på ITER?

Jeg har en sektor i afdelingen. Afdelingen udvikler adskillige diagnostik; vores sektor udvikler specifikt et vertikalt neutronkammer, ITER neutrondiagnostik og løser en lang række problemer fra design til fremstilling, samt udfører relateret forskningsarbejde relateret til udviklingen af ​​især diamant detektorer. Diamantdetektoren er en unik enhed, oprindeligt skabt i vores laboratorium. Tidligere brugt i mange termonukleare installationer, bruges det nu ret bredt af mange laboratorier fra Amerika til Japan; de, lad os sige, fulgte os, men vi fortsætter med at forblive på toppen. Vi laver nu diamantdetektorer og kommer til at nå niveauet for industriel produktion (småskalaproduktion).

Hvilke industrier kan disse detektorer bruges i?

I I dette tilfælde Det er termonuklear forskning, i fremtiden antager vi, at de vil blive efterspurgt inden for atomenergi.

Hvad gør detektorer helt præcist, hvad måler de?

Neutroner. Der er ikke noget mere værdifuldt produkt end neutronen. Du og jeg består også af neutroner.

Hvilke egenskaber ved neutroner måler de?

Spektral. For det første er den umiddelbare opgave, der løses ved ITER, måling af neutronenergispektre. Derudover overvåger de neutronernes antal og energi. Den anden, ekstra opgave vedrører atomenergi: Vi har parallelle udviklinger, der også kan måle termiske neutroner, som er grundlaget for atomreaktorer. Det er en sekundær opgave for os, men den er også under udvikling, det vil sige, at vi kan arbejde her og samtidig lave udviklinger, der med stor succes kan anvendes inden for atomenergi.

Hvilke metoder bruger du i din forskning: teoretisk, praktisk, computermodellering?

Alle: fra kompleks matematik (metoder i matematisk fysik) og matematisk modellering til eksperimenter. Alle de mest forskellige typer De beregninger, som vi foretager, bekræftes og verificeres af forsøg, fordi vi direkte har et forsøgslaboratorium med flere fungerende neutrongeneratorer, hvorpå vi tester de systemer, vi selv udvikler.

Har du en fungerende reaktor i dit laboratorium?

Ikke en reaktor, men en neutrongenerator. En neutrongenerator er i virkeligheden en minimodel af de pågældende termonukleare reaktioner. Alt er det samme der, kun processen der er lidt anderledes. Det fungerer efter princippet om en accelerator - det er en stråle af visse ioner, der rammer et mål. Det vil sige, at i tilfælde af plasma har vi et varmt objekt, hvor hvert atom har høj energi, og i vores tilfælde rammer en specielt accelereret ion et mål, der er mættet med lignende ioner. Følgelig opstår der en reaktion. Lad os bare sige, at dette er en måde, hvorpå du kan lave den samme fusionsreaktion; det eneste, der er blevet bevist, er det denne metode ikke har høj effektivitet, det vil sige, at du ikke får et positivt energiudbytte, men du får selve reaktionen - vi observerer direkte denne reaktion og partiklerne og alt, hvad der går ind i den.

Hvordan startede det hele? "Energiudfordringen" opstod som følge af en kombination af følgende tre faktorer:

1. Menneskeheden bruger nu en enorm mængde energi.

I øjeblikket er verdens energiforbrug omkring 15,7 terawatt (TW). Ved at dividere denne værdi med verdensbefolkningen får vi cirka 2400 watt pr. person, som let kan estimeres og visualiseres. Den energi, der forbruges af alle jordens indbyggere (inklusive børn) svarer til 24 hundrede watts elektriske lampers døgndrift. Forbruget af denne energi over hele kloden er dog meget ujævnt, da det er meget stort i flere lande og ubetydeligt i andre. Forbruget (beregnet pr. person) er 10,3 kW i USA (en af ​​rekordværdierne), 6,3 kW i Den Russiske Føderation, 5,1 kW i Storbritannien osv., men på den anden side er det kun 0,21 kW i Bangladesh (kun 2% af USA's energiforbrug!).

2. Verdens energiforbrug stiger dramatisk.

Ifølge prognosen fra Det Internationale Energiagentur (2006) skulle det globale energiforbrug stige med 50 % i 2030. De udviklede lande selvfølgelig kunne klare sig fint uden yderligere energi, men denne vækst er nødvendig for at løfte befolkningen ud af fattigdom udviklingslande, hvor 1,5 milliarder mennesker oplever alvorlig mangel på elektrisk energi.

3. I øjeblikket kommer 80 % af verdens energi fra afbrænding af fossile brændstoffer(olie, kul og gas), hvis anvendelse:

a) potentielt udgør en risiko for katastrofale miljøændringer;

b) må uundgåeligt ende en dag.

Ud fra det, der er blevet sagt, er det klart, at nu skal vi forberede os på slutningen af ​​æraen med at bruge fossile brændstoffer

På nuværende tidspunkt atomkraftværker i stor skala modtage energi frigivet under fissionsreaktioner atomkerner. Oprettelse og udvikling af sådanne stationer bør fremmes på enhver mulig måde, men det skal tages i betragtning, at reserverne af et af de vigtigste materialer til deres drift (billigt uran) også kan være fuldstændig opbrugt inden for de næste 50 år . Mulighederne for nuklear fission-baseret energi kan (og bør) udvides betydeligt gennem brugen af ​​mere effektive energikredsløb, hvilket gør det muligt for mængden af ​​produceret energi at næsten fordobles. For at udvikle energi i denne retning er det nødvendigt at skabe thorium-reaktorer (de såkaldte thorium-forædlingsreaktorer eller forædlingsreaktorer), hvori reaktionen producerer mere thorium end det oprindelige uran, hvilket resulterer i, at den samlede mængde produceret energi for en given mængde stof stiger med 40 gange. Det virker også lovende at skabe plutoniumopdrættere ved hjælp af hurtige neutroner, som er meget mere effektive end uranreaktorer og kan producere 60 gange mere energi. Det kan være nødvendigt at udvikle nye for at udvikle disse områder. ikke-standardiserede metoder opnå uran (f.eks. fra havvand, som synes at være det mest tilgængelige).

Fusionskraftværker

Figuren viser kredsløbsdiagram(uden skala) strukturen og driftsprincippet for et termonuklear kraftværk. I den centrale del er der et toroidformet (donutformet) kammer med et volumen på ~2000 m3, fyldt med tritium-deuterium (T–D) plasma opvarmet til en temperatur over 100 M°C. Neutronerne produceret under fusionsreaktionen (1) forlader "magnetflasken" og går ind i skallen vist på figuren med en tykkelse på omkring 1 m.

Inde i skallen kolliderer neutroner med lithiumatomer, hvilket resulterer i en reaktion, der producerer tritium:

neutron + lithium → helium + tritium

Derudover forekommer der konkurrerende reaktioner i systemet (uden dannelse af tritium), samt mange reaktioner med frigivelse af yderligere neutroner, som så også fører til dannelse af tritium (i dette tilfælde kan frigivelsen af ​​yderligere neutroner bl.a. væsentligt forbedret, for eksempel ved at indføre beryllium-atomer i skallen og bly). Den overordnede konklusion er, at denne facilitet (i det mindste teoretisk) kunne gennemgå en nuklear fusionsreaktion, der ville producere tritium. Mængden af ​​produceret tritium skal i dette tilfælde ikke kun dække behovet for selve installationen, men også være endnu noget større, hvilket vil gøre det muligt at forsyne nye installationer med tritium. Det er dette driftskoncept, der skal testes og implementeres i ITER-reaktoren beskrevet nedenfor.

Desuden skal neutroner opvarme skallen i såkaldte pilotanlæg (hvor der vil blive brugt relativt "almindelige" byggematerialer) til cirka 400°C. I fremtiden er det planen at skabe forbedrede installationer med en skalvarmetemperatur over 1000°C, hvilket kan opnås ved brug af de nyeste højstyrkematerialer (såsom siliciumcarbidkompositter). Den varme, der genereres i skallen, som i konventionelle stationer, tages af det primære kølekredsløb med et kølemiddel (indeholdende f.eks. vand eller helium) og overføres til det sekundære kredsløb, hvor vanddamp produceres og tilføres turbinerne.

1985 - Sovjetunionen foreslog den næste generation af Tokamak-anlæg ved at bruge fire førende landes erfaringer med at skabe fusionsreaktorer. Amerikas Forenede Stater fremsatte sammen med Japan og Det Europæiske Fællesskab et forslag til gennemførelse af projektet.

I øjeblikket er byggeriet i Frankrig i gang på den internationale eksperimentelle termonukleare reaktor ITER (International Tokamak Experimental Reactor), beskrevet nedenfor, som vil være den første tokamak, der er i stand til at "antænde" plasma.

De mest avancerede eksisterende tokamak-installationer har længe nået temperaturer på omkring 150 M°C, tæt på de værdier, der kræves for driften af ​​en fusionsstation, men ITER-reaktoren skulle være det første storskala-kraftværk designet i lang tid. -term drift. I fremtiden vil det være nødvendigt at forbedre dets driftsparametre væsentligt, hvilket først og fremmest vil kræve at øge trykket i plasmaet, da atomfusionshastigheden ved en given temperatur er proportional med kvadratet af trykket. Det vigtigste videnskabelige problem i dette tilfælde er relateret til det faktum, at når trykket i plasmaet stiger, opstår der meget komplekse og farlige ustabiliteter, det vil sige ustabile driftstilstande.

Hvorfor har vi brug for dette?

Den største fordel ved nuklear fusion er, at den kun kræver meget små mængder af stoffer, der er meget almindelige i naturen som brændsel. Nuklear fusionsreaktionen i de beskrevne installationer kan føre til frigivelse af en enorm mængde energi, ti millioner gange højere end standardvarmeafgivelsen under konventionel kemiske reaktioner(som afbrænding af fossile brændstoffer). Til sammenligning gør vi opmærksom på, at mængden af ​​kul, der kræves til at drive et termisk kraftværk med en kapacitet på 1 gigawatt (GW) er 10.000 tons om dagen (ti jernbanevogne), og et fusionsanlæg med samme effekt vil kun forbruge ca. 1 kg af D+T-blandingen pr. dag.

Deuterium er en stabil isotop af brint; I omkring et ud af hver 3.350 molekyler af almindeligt vand er et af brintatomerne erstattet af deuterium (en arv fra Big Bang). Dette faktum gør det nemt at organisere en forholdsvis billig kvittering påkrævet mængde deuterium fra vand. Det er sværere at opnå tritium, som er ustabilt (halveringstid er ca. 12 år, som et resultat af hvilket indholdet i naturen er ubetydeligt), men som vist ovenfor vil tritium optræde direkte inde i den termonukleare installation under drift, på grund af neutroners reaktion med lithium.

Det oprindelige brændstof til en fusionsreaktor er således lithium og vand. Lithium er almindeligt metal, meget brugt i husholdningsapparater (i batterier til mobiltelefoner og så videre.). Den ovenfor beskrevne installation vil, selv under hensyntagen til ikke-ideel effektivitet, kunne producere 200.000 kWh elektrisk energi, hvilket svarer til den energi, der er indeholdt i 70 tons kul. Mængden af ​​lithium, der kræves til dette, er indeholdt i et computerbatteri, og mængden af ​​deuterium er i 45 liter vand. Ovenstående værdi svarer til det aktuelle elforbrug (beregnet pr. person) i EU-landene over 30 år. Selve det faktum, at en så ubetydelig mængde lithium kan sikre produktionen af ​​en sådan mængde elektricitet (uden CO2-udledning og uden den mindste luftforurening) er et ret seriøst argument for den hurtigste og mest kraftfulde udvikling af termonuklear energi (på trods af alle de vanskeligheder og problemer) og endda uden hundrede procent tillid til succesen af ​​en sådan forskning.

Deuterium bør holde i millioner af år, og reserver af let udvundet lithium er tilstrækkelige til at dække behov i hundreder af år. Selvom lithium i sten løber tør, kan vi udvinde det fra vand, hvor det findes i koncentrationer, der er høje nok (100 gange koncentrationen af ​​uran) til at gøre dets udvinding økonomisk rentabel.

En eksperimentel termonuklear reaktor (International termonuklear eksperimentel reaktor) er ved at blive bygget nær byen Cadarache i Frankrig. Hovedmålet med ITER-projektet er at implementere en kontrolleret termonuklear fusionsreaktion i industriel skala.

Per vægtenhed termonukleært brændsel opnås omkring 10 millioner gange mere energi end ved afbrænding af den samme mængde organisk brændsel og omkring hundrede gange mere end ved spaltning af urankerner i reaktorerne på nuværende atomkraftværker. Hvis videnskabsmænds og designeres beregninger går i opfyldelse, vil dette give menneskeheden en uudtømmelig energikilde.

Derfor gik en række lande (Rusland, Indien, Kina, Korea, Kasakhstan, USA, Canada, Japan, EU-lande) sammen om at skabe den internationale termonuklear forskningsreaktor - en prototype af nye kraftværker.

ITER er et anlæg, der skaber betingelser for syntese af brint og tritiumatomer (en isotop af brint), hvilket resulterer i dannelsen af ​​et nyt atom - et heliumatom. Denne proces er ledsaget af et enormt energiudbrud: temperaturen i plasmaet, hvori den termonukleære reaktion finder sted, er omkring 150 millioner grader Celsius (til sammenligning er temperaturen af ​​Solens kerne 40 millioner grader). I dette tilfælde brænder isotoperne ud og efterlader stort set intet radioaktivt affald.

Ordningen for deltagelse i det internationale projekt sørger for levering af reaktorkomponenter og finansiering af dens konstruktion. Til gengæld for dette får hvert af de deltagende lande fuld adgang til alle teknologier til at skabe en termonuklear reaktor og til resultaterne af alt eksperimentelt arbejde på denne reaktor, som vil tjene som grundlag for design af serielle termonukleare reaktorer.

Reaktoren, baseret på princippet om termonuklear fusion, har ingen radioaktiv stråling og er fuldstændig sikker for miljø. Det kan være placeret næsten overalt i verden, og dets brændstof er det almindeligt vand. Byggeriet af ITER forventes at vare omkring ti år, hvorefter reaktoren forventes at være i brug i 20 år.

Ruslands interesser i Rådet for Den Internationale Organisation for Konstruktion af ITER-termonukleare reaktoren i de kommende år vil blive repræsenteret af det korresponderende medlem af Det Russiske Videnskabsakademi Mikhail Kovalchuk - Direktør for Kurchatov-instituttet, Institut for Krystallografi ved Det Russiske Akademi for Videnskabs- og videnskabelig sekretær for præsidentens råd for videnskab, teknologi og uddannelse. Kovalchuk vil midlertidigt erstatte akademiker Evgeniy Velikhov i denne stilling, som blev valgt til formand for ITER International Council for de næste to år og ikke har ret til at kombinere denne stilling med pligterne for en officiel repræsentant for et deltagende land.

De samlede omkostninger ved konstruktionen er anslået til 5 milliarder euro, og det samme beløb vil være nødvendigt til prøvedrift af reaktoren. Aktierne i Indien, Kina, Korea, Rusland, USA og Japan tegner sig hver for cirka 10 procent af den samlede værdi, 45 procent kommer fra landene i EU. De europæiske stater er dog endnu ikke blevet enige om, hvordan omkostningerne præcist skal fordeles mellem dem. På grund af dette blev byggestarten udskudt til april 2010. På trods af den seneste forsinkelse siger videnskabsmænd og embedsmænd, der er involveret i ITER, at de vil være i stand til at afslutte projektet inden 2018.

Den anslåede termonukleare effekt af ITER er 500 megawatt. Enkelte dele magneter når en vægt på 200 til 450 tons. For at afkøle ITER kræves der 33 tusind kubikmeter vand om dagen.

I 1998 stoppede USA med at finansiere sin deltagelse i projektet. Efter at republikanerne kom til magten og rullende strømafbrydelser begyndte i Californien, annoncerede Bush-administrationen øgede investeringer i energi. USA havde ikke til hensigt at deltage i det internationale projekt og var engageret i sit eget termonukleare projekt. I begyndelsen af ​​2002 sagde præsident Bushs teknologirådgiver John Marburger III, at USA havde ombestemt sig og havde til hensigt at vende tilbage til projektet.

Projektet er i antal deltagere sammenligneligt med en anden stor international videnskabeligt projekt- International rum Station. Omkostningerne til ITER, som tidligere nåede op på 8 milliarder dollars, beløb sig dengang til mindre end 4 milliarder. Som følge af USAs tilbagetrækning fra deltagelse blev det besluttet at reducere reaktoreffekten fra 1,5 GW til 500 MW. Derfor er prisen på projektet også faldet.

I juni 2002 blev symposiet "ITER Days in Moscow" afholdt i den russiske hovedstad. Den diskuterede de teoretiske, praktiske og organisatoriske problemer med at genoplive projektet, hvis succes kan ændre menneskehedens skæbne og give den en ny type energi, der i effektivitet og økonomi kun kan sammenlignes med Solens energi.

I juli 2010 godkendte repræsentanter for de lande, der deltager i det internationale termonukleare reaktorprojekt ITER, deres budget og konstruktionsplan på et ekstraordinært møde i Cadarache, Frankrig. Mødereferatet er tilgængeligt her.

På det sidste ekstraordinære møde godkendte projektdeltagerne startdatoen for de første forsøg med plasma - 2019. Fuldstændige eksperimenter er planlagt til marts 2027, selvom projektledelsen bad tekniske specialister om at forsøge at optimere processen og begynde eksperimenter i 2026. Mødedeltagerne tog også stilling til omkostningerne ved at opføre reaktoren, men de beløb, der var planlagt at blive brugt på at skabe installationen, blev ikke oplyst. Ifølge oplysninger modtaget af redaktøren af ​​ScienceNOW-portalen fra en unavngiven kilde, når eksperimenterne begynder, kunne omkostningerne ved ITER-projektet nå op på 16 milliarder euro.

Mødet i Cadarache markerede også den første officielle arbejdsdag for den nye projektdirektør, den japanske fysiker Osamu Motojima. Før ham havde projektet siden 2005 været ledet af japaneren Kaname Ikeda, som ønskede at forlade sin stilling umiddelbart efter, at budgettet og anlægsfristerne var godkendt.

ITER termonuklear reaktoren er et fælles projekt af EU, Schweiz, Japan, USA, Rusland, Sydkorea, Kina og Indien. Ideen om at skabe ITER har været under overvejelse siden 80'erne af det sidste århundrede, men på grund af økonomiske og tekniske vanskeligheder vokser omkostningerne ved projektet konstant, og byggestartdatoen bliver konstant udskudt. I 2009 forventede eksperter, at arbejdet med at skabe reaktoren ville begynde i 2010. Senere blev denne dato flyttet, og først 2018 og derefter 2019 blev navngivet som starttidspunktet for reaktoren.

Termonukleære fusionsreaktioner er reaktioner af fusion af kerner af lette isotoper til dannelse af en tungere kerne, som er ledsaget af en enorm frigivelse af energi. I teorien kan fusionsreaktorer producere meget energi til lave omkostninger, men i øjeblikket bruger forskere meget mere energi og penge på at starte og vedligeholde fusionsreaktionen.

Fusion er billigt og miljøvenligt sikker måde energiproduktion. Ukontrolleret termonuklear fusion har fundet sted på Solen i milliarder af år - helium dannes af den tunge brintisotop deuterium. Dette frigiver en kolossal mængde energi. Mennesker på Jorden har dog endnu ikke lært at kontrollere sådanne reaktioner.

ITER-reaktoren vil bruge brintisotoper som brændstof. Under en termonuklear reaktion frigives energi, når lette atomer kombineres til tungere. For at opnå dette skal gassen opvarmes til en temperatur på over 100 millioner grader – meget højere end temperaturen i Solens centrum. Gas ved denne temperatur bliver til plasma. Samtidig smelter atomer af brintisotoper sammen og bliver til heliumatomer med frigivelsen af ​​et stort antal neutroner. Et kraftværk, der fungerer efter dette princip, vil bruge neutronenergien, der bremses af et lag af tæt materiale (lithium).

Hvorfor tog oprettelsen af ​​termonukleare installationer så lang tid?

Hvorfor er så vigtige og værdifulde installationer, hvis fordele har været diskuteret i næsten et halvt århundrede, endnu ikke blevet skabt? Der er tre hovedårsager (diskuteret nedenfor), hvoraf den første kan kaldes ekstern eller social, og de to andre - interne, det vil sige bestemt af lovene og betingelserne for udviklingen af ​​selve termonuklear energi.

1. I lang tid troede man, at problemet med den praktiske anvendelse af termonuklear fusionsenergi ikke krævede hastebeslutninger og handlinger, da tilbage i 80'erne af forrige århundrede virkede fossile brændselskilder uudtømmelige, og miljøproblemer og klimaændringer gjorde det. vedrører ikke offentligheden. I 1976 forsøgte U.S. Department of Energy's Fusion Energy Advisory Committee at estimere tidsrammen for F&U og et demonstrationsfusionskraftværk under forskelliger. Samtidig blev det opdaget, at mængden af ​​årlige bevillinger til forskning i denne retning er fuldstændig utilstrækkelig, og hvis det eksisterende bevillingsniveau fastholdes, vil oprettelsen af ​​termonukleare anlæg aldrig lykkes, da de tildelte midler ikke svarer til selv til det minimale, kritiske niveau.

2. En mere alvorlig hindring for udviklingen af ​​forskning på dette område er, at et termonuklear anlæg af den type, der diskuteres, ikke kan skabes og demonstreres i lille skala. Ud fra de forklaringer, der præsenteres nedenfor, vil det blive klart, at termonuklear fusion ikke kun kræver magnetisk indeslutning af plasmaet, men også tilstrækkelig opvarmning af det. Forholdet mellem brugt og modtaget energi stiger i det mindste proportionalt med kvadratet af installationens lineære dimensioner, som et resultat af hvilket de videnskabelige og tekniske muligheder og fordele ved termonukleare installationer kun kan testes og demonstreres på ret store stationer, som f.eks. som den nævnte ITER-reaktor. Samfundet var simpelthen ikke klar til at finansiere så store projekter, før der var tilstrækkelig tillid til succes.

3. Udviklingen af ​​termonuklear energi var meget kompleks natur Men (på trods af utilstrækkelige midler og vanskeligheder med at udvælge centre til oprettelse af JET- og ITER-anlæg) er der i de senere år observeret klare fremskridt, selv om der endnu ikke er oprettet en driftsstation.

Den moderne verden står over for en meget alvorlig energiudfordring, som mere præcist kan kaldes en "usikker energikrise." Problemet hænger sammen med, at reserver af fossile brændstoffer kan løbe tør i anden halvdel af dette århundrede. Desuden kan afbrænding af fossile brændstoffer resultere i et behov for på en eller anden måde at binde og "lagre" kuldioxiden, der frigives til atmosfæren (CCS-programmet nævnt ovenfor) for at forhindre store ændringer i planetens klima.

I øjeblikket skabes næsten al den energi, der forbruges af menneskeheden ved afbrænding af fossile brændstoffer, og løsningen på problemet kan være forbundet med brugen af solenergi eller atomenergi (oprettelse af hurtige neutronforædlingsreaktorer osv.). Globalt problem drevet af den voksende befolkning i udviklingslandene og deres behov for at forbedre levestandarden og øge mængden af ​​produceret energi, kan ikke kun løses på grundlag af de overvejede tilgange, selvom der naturligvis er forsøg på at udvikle alternative metoder til energiproduktion bør opmuntres.

Strengt taget har vi et lille udvalg af adfærdsstrategier, og udviklingen af ​​termonuklear energi er ekstremt vigtig, selv på trods af manglen på en garanti for succes. Avisen Financial Times (dateret 25. januar 2004) skrev om dette:

"Selv om omkostningerne ved ITER-projektet væsentligt overstiger det oprindelige skøn, er det usandsynligt, at de når niveauet på 1 milliard dollars om året. Dette udgiftsniveau bør betragtes som en meget beskeden pris at betale for en meget rimelig mulighed for at skabe en ny energikilde for hele menneskeheden, især i betragtning af, at vi allerede i dette århundrede uundgåeligt må opgive vanen med at sløse. og hensynsløs afbrænding af fossile brændstoffer."

Lad os håbe, at der ikke vil være store og uventede overraskelser på vejen til udviklingen af ​​termonuklear energi. I dette tilfælde vil vi om cirka 30 år være i stand til at levere elektrisk strøm fra det til energinetværk for første gang, og efter yderligere 10 s. små år gammel Det første kommercielle fusionskraftværk starter i drift. Det er muligt, at nuklear fusionsenergi i anden halvdel af dette århundrede vil begynde at erstatte fossile brændstoffer og gradvist begynde at spille en stadig vigtigere rolle i at levere energi til menneskeheden på globalt plan.

Der er ingen absolut garanti for, at opgaven med at skabe termonuklear energi (som en effektiv og storstilet energikilde for hele menneskeheden) vil blive gennemført med succes, men sandsynligheden for succes i denne retning er ret høj. I betragtning af det enorme potentiale ved termonukleare stationer kan alle omkostninger til projekter for deres hurtige (og endda accelererede) udvikling betragtes som berettigede, især da disse investeringer ser meget beskedne ud på baggrund af det monstrøse globale energimarked ($4 billioner om året8). At opfylde menneskehedens energibehov er et meget alvorligt problem. Efterhånden som fossile brændstoffer bliver mindre tilgængelige (og deres anvendelse bliver uønsket), ændrer situationen sig, og vi har simpelthen ikke råd til ikke at udvikle fusionsenergi.

Til spørgsmålet "Hvornår vil termonuklear energi dukke op?" Lev Artsimovich (en anerkendt pioner og leder af forskning på dette område) svarede engang, at "det vil blive skabt, når det virkelig bliver nødvendigt for menneskeheden"

ITER bliver den første fusionsreaktor, der producerer mere energi, end den forbruger. Forskere måler denne egenskab ved hjælp af en simpel koefficient, de kalder "Q". Hvis ITER når alle sine videnskabelige mål, vil den producere 10 gange mere energi, end den forbruger. Den sidst byggede enhed, Joint European Torus i England, er en mindre prototype fusionsreaktor, der i sine sidste faser af videnskabelig forskning opnåede en Q-værdi på næsten 1. Det betyder, at den producerede nøjagtig den samme mængde energi, som den forbrugte. . ITER vil gå videre end dette ved at demonstrere energiskabelse fra fusion og opnå en Q-værdi på 10. Ideen er at generere 500 MW ud fra et energiforbrug på cirka 50 MW. Et af de videnskabelige mål for ITER er således at bevise, at en Q-værdi på 10 kan opnås.

Et andet videnskabeligt mål er, at ITER vil have en meget lang "brændetid" - en puls af forlænget varighed op til en time. ITER er en forskningsforsøgsreaktor, der ikke kan producere energi kontinuerligt. Når ITER starter, vil den være tændt i en time, hvorefter den skal slukkes. Dette er vigtigt, fordi det, vi har skabt indtil videre typiske enheder var i stand til at have en brændetid på flere sekunder eller endda tiendedele af et sekund - dette er maksimum. "Joint European Torus" nåede sin Q-værdi på 1 med en brændetid på cirka to sekunder med en pulslængde på 20 sekunder. Men en proces, der varer et par sekunder, er ikke virkelig permanent. Analogt med at starte en bilmotor: kortvarigt at tænde for motoren og derefter slukke for den er endnu ikke rigtig drift af bilen. Først når du kører din bil i en halv time, vil den nå en konstant driftstilstand og demonstrere, at sådan en bil virkelig kan køres.

Det vil sige, at fra et teknisk og videnskabeligt synspunkt vil ITER give en Q-værdi på 10 og en øget brændetid.

Det termonukleare fusionsprogram er virkelig internationalt og bredt. Folk regner allerede med ITER's succes og tænker på næste skridt - at skabe en prototype af en industriel termonuklear reaktor kaldet DEMO. For at bygge det skal ITER fungere. Vi skal nå vores videnskabelige mål, for det vil betyde, at de ideer, vi fremsætter, er fuldt ud gennemførlige. Jeg er dog enig i, at man altid skal tænke over, hvad der kommer næste gang. Hertil kommer, at efterhånden som ITER opererer i 25-30 år, vil vores viden gradvist uddybes og udvides, og vi vil være i stand til mere præcist at skitsere vores næste skridt.

Der er faktisk ingen debat om, hvorvidt ITER skal være en tokamak. Nogle videnskabsmænd stiller spørgsmålet helt anderledes: skal ITER eksistere? Specialister i forskellige lande, der udvikler deres egne, ikke så store termonukleare projekter, hævder, at så stor en reaktor slet ikke er nødvendig.

Deres mening bør dog næppe anses for autoritativ. Fysikere, der har arbejdet med toroidale fælder i flere årtier, var involveret i oprettelsen af ​​ITER. Designet af den eksperimentelle termonukleare reaktor i Karadash var baseret på al den viden, der blev opnået under eksperimenter på snesevis af forgængere tokamaks. Og disse resultater indikerer, at reaktoren skal være en tokamak, og en stor.

JET I øjeblikket kan den mest succesrige tokamak betragtes som JET, bygget af EU i den britiske by Abingdon. Dette er den største tokamak-type reaktor skabt til dato, den store radius af plasma torus er 2,96 meter. Effekten af ​​den termonukleare reaktion har allerede nået mere end 20 megawatt med en retentionstid på op til 10 sekunder. Reaktoren returnerer omkring 40 % af den energi, der er lagt ind i plasmaet.

Det er plasmas fysik, der bestemmer energibalancen,” fortalte Igor Semenov til Infox.ru. Hvad er energibalance, beskrev MIPT-lektor på simpelt eksempel: “Vi så alle ilden brænde. Faktisk er det ikke træ, der brænder der, men gas. Energikæden der er sådan: Gassen brænder, træet opvarmes, træet fordamper, gassen brænder igen. Derfor, hvis vi kaster vand på et bål, vil vi brat tage energi fra systemet til faseovergangen af ​​flydende vand til en damptilstand. Balancen bliver negativ, og ilden går ud. Der er en anden måde - vi kan simpelthen tage ildsjælene og sprede dem i rummet. Ilden vil også slukke. Det er det samme i den termonukleare reaktor, vi bygger. Dimensionerne er valgt for at skabe en passende positiv energibalance for denne reaktor. Tilstrækkelig til at bygge et rigtigt atomkraftværk i fremtiden og løse på dette eksperimentelle stadium alle de problemer, der i øjeblikket er uløste."

Dimensionerne af reaktoren blev ændret én gang. Dette skete ved overgangen til det 20.-21. århundrede, da USA trak sig ud af projektet, og de resterende medlemmer indså, at ITER-budgettet (på det tidspunkt blev anslået til 10 milliarder amerikanske dollars) var for stort. Fysikere og ingeniører skulle reducere installationsomkostningerne. Og dette kunne kun lade sig gøre på grund af størrelsen. "Redesignet" af ITER blev ledet af den franske fysiker Robert Aymar, som tidligere arbejdede på den franske Tore Supra tokamak i Karadash. Den ydre radius af plasma torus er blevet reduceret fra 8,2 til 6,3 meter. Men risiciene forbundet med reduktionen i størrelse blev delvist kompenseret for af flere ekstra superledende magneter, som gjorde det muligt at implementere plasma indeslutningstilstanden, som var åben og studeret på det tidspunkt.

Fusionskraftværk.

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

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

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

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

International termonuklear reaktor ITER

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

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

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

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

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

fusionsreaktor

fusionsreaktor

Udvikles i øjeblikket. (80'erne) en anordning til at opnå energi gennem reaktioner af syntese af lys ved. kerner, der forekommer ved meget høje temperaturer (=108 K). Grundlæggende Kravet som termonukleare reaktioner skal opfylde er, at energifrigivelsen som følge af termonukleare reaktioner mere end kompenserer for energiomkostningerne fra eksterne kilder. kilder til at opretholde reaktionen.

Der er to typer T. r. Den første type omfatter TR, til-Krim er nødvendig fra eksterne. kilder kun til antændelse af termonukleare fusioner. reaktioner. Yderligere reaktioner understøttes af den energi, der frigives i plasmaet under fusion. reaktioner; for eksempel i en deuterium-tritium-blanding forbruges energien af ​​a-partikler dannet under reaktioner for at opretholde en høj plasmatemperatur. I stationær driftstilstand T.r. energien båret af a-partikler kompenserer for energien. tab fra plasmaet, hovedsageligt på grund af plasmaets varmeledningsevne og stråling. Til denne type T. r. gælder f.eks.

Til anden type T. r. Reaktorer omfatter reaktorer, hvor den energi, der frigives i form af a-partikler, ikke er nok til at opretholde forbrændingen af ​​reaktioner, men der kræves energi fra eksterne kilder. kilder. Dette sker i de reaktorer, hvor energiniveauet er højt. tab, f.eks. åben magnetfælde.

T.r. kan bygges på basis af systemer med magnetisk. plasma indeslutning, såsom tokamak, åben magnetisk. fælde osv., eller systemer med inerti plasma indeslutning, når energi indføres i plasmaet på kort tid (10-8-10-7 s) (enten ved hjælp af laserstråling eller ved hjælp af stråler af relative elektroner eller ioner), tilstrækkelig for forekomst og vedligeholdelse af reaktioner. T.r. med magnet plasmaindeslutning kan fungere i kvasi-stationær eller stationær tilstand. I tilfælde af inerti plasma indeslutning T. r. skal fungere i kort pulstilstand.

T.r. karakteriseret ved koefficient. effektforstærkning (kvalitetsfaktor) Q, lig med forholdet mellem den termiske effekt opnået i reaktoren og strømomkostningerne ved dens produktion. Termisk T.r. består af den kraft, der frigives under fusion. reaktioner i plasma, og den kraft, der frigives i den såkaldte. TR tæppe - en speciel skal, der omgiver plasmaet, som bruger energien fra termonukleære kerner og neutroner. Den mest lovende teknologi ser ud til at være en, der opererer på en deuterium-tritium-blanding på grund af den højere reaktionshastighed end andre fusionsreaktioner.

T.r. på deuterium-tritium brændstof, afhængigt af sammensætningen af ​​tæppet, kan det være "rent" eller hybridt. Tæppe af "ren" T. r. indeholder Li; i det, under påvirkning af neutroner, produceres det, der "brænder" i deuterium-tritiumplasmaet, og termonuklearernes energi øges. reaktioner fra 17,6 til 22,4 MeV. I tæppet af en hybrid T. r. Der produceres ikke kun tritium, men der er zoner, hvor der, når 238U er placeret i dem, kan opnås 239Pu (se KERNREAKTOR). Samtidig frigives energi i tæppet svarende til ca. 140 MeV pr. termonuklear. . I hybrid T. r. det er muligt at opnå cirka seks gange mere energi end i en "ren" atomreaktor, men tilstedeværelsen af ​​fissile radioakter i førstnævnte. in-in skaber et miljø tæt på det, hvori der er gift. fissionsreaktorer.

Fysisk encyklopædisk ordbog. - M.: Sovjetisk encyklopædi. Chefredaktør A. M. Prokhorov. 1983 .

fusionsreaktor

Udviklet i 1990'erne. en anordning til at opnå energi gennem fusionsreaktioner af lette atomkerner, der forekommer i plasma ved meget høje temperaturer (10 8 K). Grundlæggende Kravet som T.R. skal opfylde er, at energien frigiver som følge heraf termonukleære reaktioner(TP) mere end kompenserede for energiomkostninger fra eksterne kilder. kilder til at opretholde reaktionen.

Der er to typer T. r. Den første omfatter reaktorer, som genererer energi fra eksterne kilder. kilder er kun nødvendige for antændelse af TP. Yderligere reaktioner understøttes af den energi, der frigives i plasmaet ved f.eks. TP. i en deuterium-tritium-blanding forbruges energien af ​​a-partikler dannet under reaktioner for at opretholde en høj temperatur. I en blanding af deuterium med 3 He bruges energien af ​​alle reaktionsprodukter, det vil sige a-partikler og protoner, på at opretholde den nødvendige plasmatemperatur. I stationær driftstilstand T.r. energi, der bærer en ladning. reaktionsprodukter, kompenserer for energi. tab fra plasma primært forårsaget af plasma varmeledningsevne og stråling. Sådanne reaktorer kaldes reaktorer med antændelse af en selvopretholdende termonuklear reaktion (se. Optændingskriterium). Et eksempel på sådan en T.r.: tokamak, stjerneskaber.

Til andre typer T. r. Reaktorer omfatter reaktorer, hvor den energi, der frigives i plasmaet i form af ladninger, er utilstrækkelig til at opretholde forbrændingen af ​​reaktioner. reaktionsprodukter, men energi er nødvendig fra eksterne kilder. kilder. Sådanne reaktorer kaldes normalt reaktorer, der understøtter forbrændingen af ​​termonukleære reaktioner. Dette sker i de T. floder, hvor energien er høj. tab, f.eks. åben mag. fælde, tokamak, der fungerer i en tilstand med plasmadensitet og temperatur under tændingskurven TP. Disse to typer reaktorer omfatter alle mulige typer af T. r., som kan bygges på basis af systemer med magnetisk. plasma indeslutning (tokamak, stellarator, åben magnetfælde osv.) eller systemer med inertihold plasma.

International termonuklear eksperimentel reaktor ITER: 1 - central; 2 - tæppe - ; 3 - plasma; 4 - vakuum væg; 5 - pumpe rørledning; 6- kryostat; 7- aktive kontrolspoler; 8 - toroidale magnetfeltspoler; 9 - første væg; 10 - omleder plader; 11 - poloide magnetfeltspoler.

En reaktor med inertiplasmaindeslutning er kendetegnet ved, at der i løbet af kort tid (10 -8 -10 -7 s) indføres energi i den ved hjælp af enten laserstråling eller stråler af relativistiske elektroner eller ioner, tilstrækkeligt til forekomst og vedligeholdelse af TP. En sådan reaktor vil kun fungere i kort pulstilstand, i modsætning til en reaktor med en magnet. plasma indeslutning, som kan fungere i kvasi-stationære eller endda stationære tilstande.

T.r. karakteriseret ved koefficient. effektforøgelse (kvalitetsfaktor) Q, lig med forholdet mellem reaktorens termiske effekt og energiomkostningerne ved dens produktion. Termisk kraft reaktor består af den kraft, der frigives under TP i plasmaet, den effekt, der indføres i plasmaet for at opretholde forbrændingstemperaturen TP eller opretholde en stationær strøm i plasmaet, hvis der er tale om en tokamak, og den frigivne effekt i den såkaldte.

Udvikling af T.r. med magnet retention er mere avanceret end inerti-retentionssystemer. Ordning for det internationale termonukleare eksperiment. ITER tokamak-reaktoren, et projekt, der er blevet udviklet siden 1988 af fire parter - USSR (siden 1992 Rusland), USA, Euratom-landene og Japan, er præsenteret i figuren. T.r. Det har . parametre: stor plasmaradius 8,1 m; lille plasmaradius i gns. plan 3 m; plasmatværsnitsforlængelse 1,6; toroidal mag. på akse 5.7 Tesla; bedømt plasma 21 MA; nominel termonuklear effekt med DT-brændsel 1500 MW. Reaktoren indeholder spor. grundlæggende noder: center. solenoide jeg, elektrisk det område, som udfører, regulerer stigningen i strøm og vedligeholder det sammen med særlige. systemet vil blive suppleret plasma opvarmning; første væg 9, kanterne vender direkte mod plasmaet og opfatter varmestrømme i form af stråling og neutrale partikler; tæppe - beskyttelse 2, hvilke fænomener en integreret del af T. r. på deuterium-tri-tium (DT) brændstof, da det tritium, der brændes i plasmaet, gengives i tæppet. T.r. på DT-brændstof, afhængigt af tæppets materiale, kan det være "rent" eller hybridt. Tæppe af "ren" T. r. indeholder Li; i den, under påvirkning af termonukleære neutroner, produceres tritium: 6 Li +nT+ 4 He+ 4,8 MeV, og TP-energien stiger fra 17,6 MeV til 22,4 MeV. I det tomme hybrid fusionsreaktor Der produceres ikke kun tritium, men der er zoner, hvor affald 238 U placeres for at producere 239 Pu. Samtidig frigives energi svarende til 140 MeV pr. termonukleær neutron i tæppet. T. o., i en hybrid T. r. det er muligt at opnå cirka seks gange mere energi pr. indledende fusionsbegivenhed end i "ren" T.R., men tilstedeværelsen i det første tilfælde af fissile radioakter. stoffer skaber stråling. et miljø, der ligner det himlen, der findes i atomreaktorer division.

I T.r. med brændstof på en blanding af D med 3 He, er der ingen tæppe, da der ikke er behov for at reproducere tritium: D + 3 He 4 He (3,6 MeV) + p (14,7 MeV), og al energien frigives i form for opkrævning. reaktionsprodukter. Stråling Beskyttelsen er designet til at absorbere energien fra neutroner og radioaktive handlinger. stråling og reduktion af varme og stråling strømmer til den superledende magnet. system til et niveau, der er acceptabelt for stationær drift. Toroide magnetspoler felter 8 tjene til at skabe en ringformet magnet. felter og er lavet superledende ved hjælp af en Nb 3 Sn superleder og en kobbermatrix, der arbejder ved temperaturen af ​​flydende helium (4,2 K). Udviklingen af ​​teknologi til opnåelse af højtemperatursuperledning kan gøre det muligt at eliminere afkøling af spoler med flydende helium og skifte til for eksempel en billigere kølemetode. flydende nitrogen. Reaktorens design vil ikke ændre sig væsentligt. Poloide feltspoler 11 er også superledende og sammen med magnesium. plasmastrømfeltet skaber en ligevægtskonfiguration af det poloidale magnetfelt. felter med en eller to-nul poloidal d i v e r t o r 10, tjener til at fjerne varme fra plasmaet i form af en strøm af ladninger. partikler og til udpumpning af reaktionsprodukter neutraliseret på diverterpladerne: helium og protium. I T.r. med D 3 He-brændstof kan omlederplader tjene som et af elementerne i det direktem. reaktionsprodukter til elektricitet. Kryostat 6 tjener til at køle superledende spoler til temperaturen af ​​flydende helium eller højere temperaturer ved brug af mere avancerede højtemperatur-superledere. Vakuum kammer 4 og pumpemidler 5 er designet til at opnå et højt vakuum i reaktorens arbejdskammer, hvori plasma dannes 3, og i alle hjælpevolumener, inklusive kryostaten.

Som et første skridt mod skabelsen af ​​termonuklear energi foreslås en termonuklear reaktor, der opererer på en DT-blanding på grund af den højere reaktionshastighed end andre fusionsreaktioner. I fremtiden overvejes muligheden for at skabe en lavradioaktiv T. r.. på en blanding af D med 3 He, hvori bas. energi bærer en ladning. reaktionsprodukter, og neutroner optræder kun i DD- og DT-reaktioner under udbrændingen af ​​tritium genereret i DD-reaktioner. Som et resultat, biol. fare T. r. kan tilsyneladende reduceres med fire til fem størrelsesordener sammenlignet med nukleare fissionsreaktorer, er der ikke behov for industrielle radioakt behandling materialer og deres transport, er bortskaffelsen af ​​radioaktive materialer kvalitativt forenklet. spild. Dog udsigterne til at skabe en miljøvenlig TR i fremtiden. på en blanding af D med 3 Ikke kompliceret af problemet med råvarer: naturlig. koncentrationer af 3 He isotopen på Jorden er ppm af 4 He isotopen. Derfor opstår det svære spørgsmål om at skaffe råvarer, f.eks. ved at levere det fra Månen.

Fusionsreaktor.

Fusionsreaktor- en anordning til at opnå energi gennem termonukleære fusionsreaktioner af lette atomkerner, der forekommer i plasma ved meget høje temperaturer (>108K).

Hovedkravet, som en fusionsreaktor skal opfylde, er, at energien frigives som følge heraf termonukleære reaktioner(TP) mere end kompenserede for energiomkostningerne fra eksterne kilder for at opretholde reaktionen.
Den vigtigste og eneste kandidat til basisenergi er kerneenergi. I øjeblikket er det kun nukleare fissionsreaktioner, der er blevet mestret til at producere energi, som bruges i moderne atomkraftværker. Kontrolleret termonuklear fusion er indtil videre kun en potentiel kandidat til basisenergi.

Alle enheder opfundet over 50 år kan opdeles i to store klasser:
1. Reaktorer med tænding af en selvopretholdende termonuklear reaktion. Stationære eller kvasistationære systemer.
Dette omfatter reaktorer, der kun kræver energi fra eksterne kilder for at antænde en termonuklear reaktion. Yderligere understøttes reaktionen af ​​den energi, der frigives i plasmaet under en termonuklear reaktion, for eksempel i en deuterium-tritium-blanding forbruges energien af ​​a-partikler dannet under reaktionerne for at opretholde en høj temperatur. I en blanding af deuterium og 3He bruges energien af ​​alle reaktionsprodukter, det vil sige a-partikler og protoner, på at opretholde den nødvendige plasmatemperatur. I en termonuklear reaktors steady-state driftstilstand kompenserer den energi, der bæres af de ladede reaktionsprodukter, for energitabene fra plasmaet, som hovedsageligt skyldes plasmaets termiske ledningsevne og stråling. Et eksempel på en sådan fusionsreaktor: tokamak, stjerneskaber.
I systemer baseret på magnetisk indeslutning af varmt plasma; I dette tilfælde er plasmatætheden lav, og overskuddet af den energi, der frigives under kontrolleret termonuklear fusion i forhold til den energi, der indføres i systemet (Lawson-kriteriet), opnås på grund af god energiretention i systemet, dvs. lang energi plasma levetid. Derfor har systemer med magnetisk indeslutning en karakteristisk plasmastørrelse i størrelsesordenen flere meter og en relativt lav plasmadensitet, n ~ 1020 m-3 (dette er ca. 105 gange lavere end atomtætheden ved normalt tryk og stuetemperatur).
2. Reaktor med vedligeholdelse af forbrænding af termonukleære reaktioner. Pulssystemer.
Dette omfatter reaktorer, hvor der for at opretholde forbrændingen af ​​reaktioner ikke frigives nok energi i plasmaet i form af ladede reaktionsprodukter, og der kræves energi fra eksterne kilder. Dette sker i de termonukleare reaktorer, hvor energitabet er stort, for eksempel en åben magnetisk fælde, en tokamak, der opererer i et regime med plasmadensitet og temperatur under tændkurven for den termonukleare reaktion. Disse to typer reaktorer omfatter alle mulige typer af termonukleære reaktioner, som kan bygges på basis af systemer med magnetisk plasmaindeslutning (tokamak, stellarator, åben magnetfælde osv.) eller systemer med inertihold plasma.
I pulserede systemer kan Lawson-kriteriet opnås ved at komprimere termonukleare mål med laser- eller røntgenstråling og skabe en blanding med meget stor tæthed. Levetiden i pulserede systemer er kort og bestemmes af målets frie ekspansion. Den vigtigste fysiske opgave i denne retning af kontrolleret termonuklear fusion er at reducere eksplosionens samlede energi til et niveau, der vil gøre det muligt at lave en praktisk termonuklear reaktor.

Begge typer systemer er på trods af talrige problemer allerede kommet tæt på at skabe eksperimentelle termonukleare fusionsmaskiner med et positivt energiudbytte, hvor hovedelementerne i fremtidige termonukleare reaktorer vil blive testet.

Udvikling af magnetisk indeslutning af fusionsreaktorer er mere avanceret end inertielle indeslutningssystemer.
I øjeblikket er ITER-projektet ved at blive implementeret - en international eksperimentel termonuklear reaktor er blevet udviklet siden 1988 af fire parter - USSR (siden 1992 Rusland), USA, Euratom-landene og Japan. ITERs mission er at demonstrere gennemførligheden af ​​kommerciel brug af en fusionsreaktor og at løse de fysiske og teknologiske problemer, der kan opstå undervejs. Designet af reaktoren er blevet fuldstændigt afsluttet, og et sted er blevet valgt til dens konstruktion - Cadarache forskningscenter i det sydlige Frankrig, 60 km fra Marseille.