Vi sier at vi skal legge solen i en boks. Ideen er pen. Problemet er at vi ikke vet hvordan lage eske.

Pierre-Gilles de Gennes
fransk nobelprisvinner

Alle elektroniske enheter og maskiner trenger energi og menneskeheten bruker mye av det. Men fossilt brensel er i ferd med å ta slutt, og alternativ energi er ennå ikke effektiv nok.
Det er en metode for å oppnå energi som ideelt sett passer til alle krav - termonukleær fusjon. Termoreaksjon kjernefysisk fusjon(omdannelsen av hydrogen til helium og frigjøring av energi) skjer hele tiden i solen og denne prosessen gir planeten energi i form solstråler. Du trenger bare å etterligne det på jorden, i mindre skala. Det er nok til å gi høyt trykk og veldig høy temperatur (10 ganger høyere enn på solen) og fusjonsreaksjonen vil bli lansert. For å skape slike forhold må du bygge en termonukleær reaktor. Den vil bruke mer rikelig med ressurser på jorden, vil være tryggere og kraftigere enn konvensjonelle atomkraftverk. I mer enn 40 år har det vært gjort forsøk på å bygge den og det er utført eksperimenter. I i fjor på en av prototypene var det til og med mulig å få mer energi enn det som ble brukt. De mest ambisiøse prosjektene på dette området er presentert nedenfor:

Statlige prosjekter

Den største offentlig oppmerksomhet har nylig blitt gitt til en annen termonukleær reaktordesign - Wendelstein 7-X stellarator (stellaratoren er mer kompleks i sin indre struktur enn ITER, som er en tokamak). Etter å ha brukt litt over 1 milliard dollar, bygde tyske forskere en nedskalert demonstrasjonsmodell av reaktoren på 9 år innen 2015. Hvis den viser gode resultater, vil en større versjon bli bygget.

Frankrikes MegaJoule Laser vil være verdens kraftigste laser og vil forsøke å fremme en laserbasert metode for å bygge en fusjonsreaktor. Den franske installasjonen forventes å settes i drift i 2018.

NIF (National Ignition Facility) ble bygget i USA over 12 år og 4 milliarder dollar innen 2012. De forventet å teste teknologien og deretter umiddelbart bygge en reaktor, men det viste seg at det, som Wikipedia melder, kreves betydelig arbeid dersom systemet er noensinne å nå tenning. Som et resultat ble grandiose planer kansellert og forskere begynte gradvis å forbedre laseren. Den siste utfordringen er å øke energioverføringseffektiviteten fra 7 % til 15 %. Ellers kan kongressfinansiering for denne metoden for å oppnå syntese opphøre.

På slutten av 2015 startet byggingen av en bygning for verdens kraftigste laserinstallasjon i Sarov. Den vil være kraftigere enn de nåværende amerikanske og fremtidige franske og vil gjøre det mulig å utføre eksperimenter som er nødvendige for bygging av en "laser" versjon av reaktoren. Bygge ferdig i 2020.

Ligger i USA, er MagLIF fusjonslaseren anerkjent som en mørk hest blant metodene for å oppnå termonukleær fusjon. Nylig har denne metoden vist bedre resultater enn forventet, men kraften må fortsatt økes med 1000 ganger. Laseren gjennomgår for tiden en oppgradering, og innen 2018 håper forskere å motta samme mengde energi som de brukte. Hvis det lykkes, vil en større versjon bli bygget.

Det russiske kjernefysiske instituttet eksperimenterte vedvarende med metoden "åpen felle", som USA forlot på 90-tallet. Som et resultat ble det oppnådd indikatorer som ble ansett som umulige for denne metoden. BINP-forskere mener at installasjonen deres nå er på nivå med den tyske Wendelstein 7-X (Q=0,1), men billigere. Nå bygger de en ny installasjon for 3 milliarder rubler

Lederen for Kurchatov-instituttet minner stadig om planene om å bygge en liten termonukleær reaktor i Russland - Ignitor. Etter planen skal den være like effektiv som ITER, om enn mindre. Byggingen skulle ha startet for 3 år siden, men denne situasjonen er typisk for store vitenskapelige prosjekter.

I begynnelsen av 2016 klarte den kinesiske tokamak EAST å nå en temperatur på 50 millioner grader og opprettholde den i 102 sekunder. Før byggingen av enorme reaktorer og lasere begynte, var alle nyhetene om termonukleær fusjon slik. Man kan tro at dette bare er en konkurranse blant forskere for å se hvem som kan holde den stadig høyere temperaturen lenger. Jo høyere plasmatemperaturen er og jo lenger den kan opprettholdes, desto nærmere er vi begynnelsen av fusjonsreaksjonen. Det finnes dusinvis av slike installasjoner i verden, flere flere () () bygges, så ØST-rekorden blir snart slått. I hovedsak er disse små reaktorene bare testutstyr før de sendes til ITER.

Lockheed Martin annonserte et gjennombrudd for fusjonsenergi i 2015 som ville tillate dem å bygge en liten og mobil fusjonsreaktor innen 10 år. Gitt at selv svært store og slett ikke mobile kommersielle reaktorer ble forventet før i 2040, ble selskapets kunngjøring møtt med skepsis. Men selskapet har mye ressurser, så hvem vet. En prototype er ventet i 2020.

Den populære Silicon Valley-oppstarten Helion Energy har sin egen unike plan for å oppnå termonukleær fusjon. Selskapet har samlet inn mer enn 10 millioner dollar og forventer å lage en prototype innen 2019.

Lavprofil-startup Tri Alpha Energy har nylig oppnådd imponerende resultater med å promotere sin fusjonsmetode (teoretikere har utviklet >100 teoretiske måter å oppnå fusjon på, tokamak er ganske enkelt den enkleste og mest populære). Selskapet samlet også inn mer enn 100 millioner dollar i investormidler.

Reaktorprosjektet fra den kanadiske oppstarten General Fusion er enda mer forskjellig fra de andre, men utviklerne er trygge på det og har samlet inn mer enn 100 millioner dollar på 10 år for å bygge reaktoren innen 2020.

Den britiske oppstarten First light har det mest tilgjengelige nettstedet, dannet i 2014, og kunngjorde planer om å bruke de siste vitenskapelige dataene for å oppnå kjernefysisk fusjon til en lavere kostnad.

Forskere fra MIT skrev en artikkel som beskrev en kompakt fusjonsreaktor. De er avhengige av nye teknologier som dukket opp etter at byggingen av gigantiske tokamaks begynte og lover å fullføre prosjektet om 10 år. Det er foreløpig ikke kjent om de får grønt lys til å starte byggingen. Selv om den er godkjent, er en artikkel i et magasin et enda tidligere stadium enn en oppstart

Kjernefysisk fusjon er kanskje den minst egnede industrien for crowdfunding. Men det er med hans hjelp og også med NASA-midler at Lawrenceville Plasma Physics-selskapet skal bygge en prototype av reaktoren sin. Av alle pågående prosjekter ser dette mest ut som en svindel, men hvem vet, kanskje de vil bringe noe nyttig til dette grandiose arbeidet.

ITER vil kun være en prototype for bygging av en fullverdig DEMO-installasjon – den første kommersielle fusjonsreaktoren. Lanseringen er nå planlagt til 2044, og dette er fortsatt en optimistisk prognose.

Men det er planer for neste etappe. En hybrid termonukleær reaktor vil motta energi fra både atomisk forfall (som et konvensjonelt kjernekraftverk) og fusjon. I denne konfigurasjonen kan energien være 10 ganger mer, men sikkerheten er lavere. Kina håper å bygge en prototype innen 2030, men eksperter sier at det vil være som å prøve å bygge hybridbiler før oppfinnelsen av forbrenningsmotoren.

Bunnlinjen

Det er ingen mangel på folk som ønsker å bringe en ny energikilde til verden. Beste sjanser ITER-prosjektet har det, gitt omfanget og finansieringen, men andre metoder, så vel som private prosjekter, bør ikke utelukkes. Forskere har jobbet i flere tiår for å få i gang fusjonsreaksjonen uten særlig suksess. Men nå er det flere prosjekter for å oppnå termonukleær reaksjon enn noen gang før. Selv om hver av dem mislykkes, vil nye forsøk bli gjort. Det er usannsynlig at vi vil hvile før vi lyser opp en miniatyrversjon av solen, her på jorden.

Tagger: Legg til tagger

I dag deltar mange land i termonukleær forskning. Lederne er EU, USA, Russland og Japan, mens programmer i Kina, Brasil, Canada og Korea utvides raskt. Opprinnelig var termonukleære reaktorer i USA og USSR knyttet til utviklingen atomvåpen og forble hemmelig inntil Atoms for Peace-konferansen, som fant sted i Genève i 1958. Etter opprettelsen av den sovjetiske tokamak ble forskning på kjernefysisk fusjon "stor vitenskap" på 1970-tallet. Men kostnadene og kompleksiteten til enhetene økte til et punkt hvor internasjonalt samarbeid ble den eneste veien videre.

Termonukleære reaktorer i verden

Siden 1970-tallet har den kommersielle bruken av fusjonsenergi blitt kontinuerlig forsinket med 40 år. Det har imidlertid skjedd mye de siste årene som kan gjøre at denne perioden kan forkortes.

Det er bygget flere tokamaks, inkludert European JET, britiske MAST og TFTR-eksperimentelle fusjonsreaktoren i Princeton, USA. Det internasjonale ITER-prosjektet er for tiden under bygging i Cadarache, Frankrike. Det vil være den største tokamak når den starter i drift i 2020. I 2030 vil Kina bygge CFETR, som vil overgå ITER. I mellomtiden forsker Kina på den eksperimentelle superledende tokamak EAST.

En annen type fusjonsreaktor, stellatorer, er også populær blant forskere. En av de største, LHD, begynte å jobbe ved det japanske nasjonale instituttet i 1998. Den brukes til å finne den beste magnetiske konfigurasjonen for plasma inneslutning. Det tyske Max Planck-instituttet utførte forskning ved Wendelstein 7-AS-reaktoren i Garching mellom 1988 og 2002, og for tiden ved Wendelstein 7-X-reaktoren, hvis konstruksjon tok mer enn 19 år. En annen TJII-stellarator er i drift i Madrid, Spania. I USA stoppet Princeton Laboratory (PPPL), som bygde den første fusjonsreaktoren av denne typen i 1951, byggingen av NCSX i 2008 på grunn av kostnadsoverskridelser og mangel på finansiering.

I tillegg er det gjort betydelige fremskritt innen treghetsfusjonsforskning. Byggingen av $7 milliarder National Ignition Facility (NIF) ved Livermore National Laboratory (LLNL), finansiert av National Nuclear Security Administration, ble fullført i mars 2009. Den franske Laser Mégajoule (LMJ) startet sin virksomhet i oktober 2014. Fusjonsreaktorer bruker lasere som leverer rundt 2 millioner joule lysenergi i løpet av noen få milliarddeler av et sekund til et mål som er noen millimeter stort for å utløse en kjernefusjonsreaksjon. Hovedoppgaven til NIF og LMJ er forskning til støtte for nasjonale militære atomprogrammer.

ITER

I 1985 Sovjetunionen foreslått å bygge neste generasjon tokamak sammen med Europa, Japan og USA. Arbeidet ble utført i regi av IAEA. Mellom 1988 og 1990 ble de første designene for den internasjonale termonukleære eksperimentelle reaktoren ITER, som også betyr "sti" eller "reise" på latin, laget for å bevise at fusjon kunne produsere mer energi enn den absorberte. Canada og Kasakhstan deltok også, formidlet av henholdsvis Euratom og Russland.

Seks år senere godkjente ITER-styret det første omfattende reaktordesignet basert på etablert fysikk og teknologi, og kostet 6 milliarder dollar. Da trakk USA seg fra konsortiet, noe som tvang dem til å halvere kostnadene og endre prosjektet. Resultatet er ITER-FEAT, som koster 3 milliarder dollar, men som oppnår selvopprettholdende respons og positiv kraftbalanse.

I 2003 ble USA med i konsortiet igjen, og Kina kunngjorde sitt ønske om å delta. Som et resultat ble partnerne i midten av 2005 enige om å bygge ITER i Cadarache i Sør-Frankrike. EU og Frankrike bidro med halvparten av €12,8 milliarder, mens Japan, Kina, Sør-Korea, USA og Russland - 10 % hver. Japan leverte høyteknologiske komponenter, opprettholdt et IFMIF-anlegg på 1 milliard euro designet for å teste materialer, og hadde rett til å bygge den neste testreaktoren. Totalkostnaden for ITER inkluderer halvparten av kostnadene for 10 års bygging og halvparten for 20 års drift. India ble det syvende medlemmet av ITER på slutten av 2005.

Eksperimenter skal starte i 2018 med hydrogen for å unngå å aktivere magnetene. Bruker D-T plasma forventes ikke før 2026.

ITERs mål er å generere 500 MW (minst i 400 s) ved å bruke mindre enn 50 MW inngangseffekt uten å generere elektrisitet.

Demos demonstrasjonskraftverk på to gigawatt vil produsere storskala på løpende basis. Demoens konseptuelle design vil være fullført innen 2017, med bygging som begynner i 2024. Lanseringen vil finne sted i 2033.

JETFLY

I 1978 startet EU (Euratom, Sverige og Sveits) det felles europeiske prosjektet JET i Storbritannia. JET er i dag den største opererende tokamaken i verden. En lignende JT-60-reaktor opererer ved Japans National Fusion Institute, men bare JET kan bruke deuterium-tritium drivstoff.

Reaktoren ble lansert i 1983, og ble det første eksperimentet, som resulterte i kontrollert termonukleær fusjon med en effekt på opptil 16 MW i ett sekund og 5 MW stabil effekt på deuterium-tritium plasma i november 1991. Mange eksperimenter har blitt utført for å studere ulike oppvarmingsordninger og andre teknikker.

Ytterligere forbedringer av JET innebærer å øke kraften. MAST kompaktreaktoren utvikles sammen med JET og er en del av ITER-prosjektet.

K-STAR

K-STAR er en koreansk superledende tokamak fra National Fusion Research Institute (NFRI) i Daejeon, som produserte sitt første plasma i midten av 2008. ITER, som er et resultat av internasjonalt samarbeid. Tokamak med radius på 1,8 m er den første reaktoren som bruker Nb3Sn superledende magneter, de samme som er planlagt for ITER. I løpet av den første fasen, fullført innen 2012, måtte K-STAR bevise levedyktigheten til de underliggende teknologiene og oppnå plasmapulser som varer i opptil 20 sekunder. På det andre trinnet (2013-2017) moderniseres det for å studere lange pulser opptil 300 s i H-modus og overgang til en høyytelses AT-modus. Målet med den tredje fasen (2018-2023) er å oppnå høy produktivitet og effektivitet i langpulsmodus. På trinn 4 (2023-2025) vil DEMO-teknologier bli testet. Enheten er ikke i stand til å håndtere tritium og D-T drivstoff ikke bruker.

K-DEMO

Utviklet i samarbeid med det amerikanske energidepartementets Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) og Sør-Koreas NFRI, er K-DEMO ment å være neste steg i kommersiell reaktorutvikling utover ITER, og vil være det første kraftverket som kan generere kraft til det elektriske nettet, nemlig 1 million kW innen få uker. Den vil ha en diameter på 6,65 m og vil ha en reproduksjonssonemodul opprettet som en del av DEMO-prosjektet. Det koreanske departementet for utdanning, vitenskap og teknologi planlegger å investere rundt en billion koreanske won (941 millioner dollar) i den.

ØST

Kinas eksperimentelle avanserte superledende Tokamak (ØST) ved Institutt for fysikk i Kina i Hefei skapte hydrogenplasma ved en temperatur på 50 millioner °C og opprettholdt det i 102 s.

TFTR

Ved det amerikanske laboratoriet PPPL opererte den eksperimentelle fusjonsreaktoren TFTR fra 1982 til 1997. I desember 1993 ble TFTR den første magnetiske tokamak som utførte omfattende deuterium-tritium plasmaeksperimenter. I neste år reaktoren produserte da rekord 10,7 MW kontrollerbar effekt, og i 1995 ble det oppnådd en temperaturrekord på 510 millioner °C. Anlegget oppnådde imidlertid ikke break-even-målet om fusjonsenergi, men oppfylte vellykket maskinvaredesignmålene, og ga et betydelig bidrag til utviklingen av ITER.

LHD

LHD ved Japans National Fusion Institute i Toki, Gifu Prefecture, var den største stjernebildet i verden. Fusjonsreaktoren ble lansert i 1998 og viste plasma inneslutningsegenskaper som kan sammenlignes med andre store anlegg. En ionetemperatur på 13,5 keV (ca. 160 millioner °C) og en energi på 1,44 MJ ble oppnådd.

Wendelstein 7-X

Etter et år med testing, som begynte på slutten av 2015, nådde heliumtemperaturen kort tid 1 million °C. I 2016 nådde en hydrogenplasmafusjonsreaktor som brukte 2 MW kraft en temperatur på 80 millioner °C i løpet av et kvart sekund. W7-X er den største stellaratoren i verden og er planlagt å operere kontinuerlig i 30 minutter. Kostnaden for reaktoren var 1 milliard €.

NIF

National Ignition Facility (NIF) ved Livermore National Laboratory (LLNL) ble fullført i mars 2009. Ved å bruke sine 192 laserstråler er NIF i stand til å konsentrere 60 ganger mer energi enn noe tidligere lasersystem.

Kald fusjon

I mars 1989 kunngjorde to forskere, amerikanske Stanley Pons og britiske Martin Fleischman, at de hadde lansert en enkel bordplate kald fusjonsreaktor som opererer ved romtemperatur. Prosessen innebar elektrolyse av tungtvann ved bruk av palladiumelektroder hvor deuteriumkjerner ble konsentrert til høy tetthet. Forskerne sier at det produserte varme som bare kunne forklares i form av kjernefysiske prosesser, og det var fusjonsbiprodukter inkludert helium, tritium og nøytroner. Imidlertid klarte ikke andre eksperimenter å gjenta dette eksperimentet. De fleste i det vitenskapelige miljøet tror ikke at kalde fusjonsreaktorer er ekte.

Lavenergi kjernefysiske reaksjoner

Initiert av påstander om "kald fusjon", har forskningen fortsatt på lavenergifeltet med en viss empirisk støtte, men ingen generelt akseptert vitenskapelig forklaring. Tilsynelatende brukes svake kjernefysiske interaksjoner for å skape og fange nøytroner (og ikke en kraftig kraft, som i deres fusjon). Eksperimenter involverer hydrogen eller deuterium som passerer gjennom et katalytisk lag og reagerer med et metall. Forskere rapporterer en observert frigjøring av energi. Det viktigste praktiske eksemplet er samspillet mellom hydrogen og nikkelpulver, og frigjør varme i en mengde større enn noen kjemisk reaksjon kan produsere.

Nylig var Moskva-instituttet for fysikk og teknologi vertskap for en russisk presentasjon av ITER-prosjektet, der det er planlagt å lage en termonukleær reaktor som opererer etter tokamak-prinsippet. En gruppe forskere fra Russland snakket om det internasjonale prosjektet og russiske fysikeres deltakelse i opprettelsen av dette objektet. Lenta.ru deltok på ITER-presentasjonen og snakket med en av prosjektdeltakerne.

ITER (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor) er et termonukleært reaktorprosjekt som tillater demonstrasjon og forskning av termonukleære teknologier for videre bruk til fredelige og kommersielle formål. Skaperne av prosjektet tror at kontrollert termonukleær fusjon kan bli fremtidens energi og tjene som et alternativ til moderne gass, olje og kull. Forskere legger merke til sikkerheten, miljøvennligheten og tilgjengeligheten til ITER-teknologi sammenlignet med konvensjonell energi. Kompleksiteten til prosjektet er sammenlignbar med Large Hadron Collider; Reaktorinstallasjonen inkluderer mer enn ti millioner strukturelle elementer.

Om ITER

Tokamak toroidale magneter krever 80 tusen kilometer med superledende filamenter; deres totale vekt når 400 tonn. Selve reaktoren vil veie rundt 23 tusen tonn. Til sammenligning er vekten av Eiffeltårnet i Paris bare 7,3 tusen tonn. Volumet av plasma i tokamak vil nå 840 kubikkmeter, mens for eksempel i den største reaktoren av denne typen som opererer i Storbritannia - JET - er volumet lik hundre kubikkmeter.

Høyden på tokamak vil være 73 meter, hvorav 60 meter over bakken og 13 meter under. Til sammenligning er høyden på Spasskaya-tårnet i Kreml i Moskva 71 meter. Hovedreaktorplattformen vil okkupere et område på 42 hektar, som kan sammenlignes med området på 60 fotballbaner. Temperaturen i tokamak-plasmaet vil nå 150 millioner grader celsius, som er ti ganger høyere enn temperaturen i sentrum av solen.

I byggingen av ITER i andre halvdel av 2010 er det planlagt å involvere opptil fem tusen mennesker samtidig - dette vil inkludere både arbeidere og ingeniører, samt administrativt personell. Mange av ITERs komponenter vil bli fraktet fra havnen nær Middelhavet langs en spesialkonstruert vei som er omtrent 104 kilometer lang. Spesielt vil det tyngste fragmentet av installasjonen transporteres langs den, hvis masse vil være mer enn 900 tonn, og lengden vil være omtrent ti meter. Mer enn 2,5 millioner kubikkmeter jord skal fjernes fra byggeplassen til ITER-installasjonen.

De totale kostnadene for design og konstruksjonsarbeid er estimert til 13 milliarder euro. Disse midlene tildeles av syv hovedprosjektdeltakere som representerer interessene til 35 land. Til sammenligning er de totale kostnadene for å bygge og vedlikeholde Large Hadron Collider nesten halvparten så mye, og å bygge og vedlikeholde den internasjonale romstasjonen koster nesten halvannen ganger mer.

Tokamak

I dag i verden er det to lovende prosjekter av termonukleære reaktorer: tokamak ( At roidal ka måle med ma råtten Til atushki) og stellarator. I begge installasjonene er plasmaet innesluttet magnetfelt, i en tokamak har den imidlertid form av en toroidal ledning som en elektrisk strøm føres gjennom, mens i en stellarator induseres magnetfeltet av eksterne spoler. I termonukleære reaktorer oppstår reaksjoner av syntese av tunge grunnstoffer fra lette (helium fra hydrogenisotoper - deuterium og tritium), i motsetning til konvensjonelle reaktorer, hvor prosessene med nedbrytning av tunge kjerner til lettere initieres.

Foto: Nasjonalt forskningssenter “Kurchatov Institute” / nrcki.ru

Den elektriske strømmen i tokamak brukes også til å i utgangspunktet varme opp plasmaet til en temperatur på rundt 30 millioner grader Celsius; videre oppvarming utføres av spesielle enheter.

Den teoretiske utformingen av en tokamak ble foreslått i 1951 av sovjetiske fysikere Andrei Sakharov og Igor Tamm, og den første installasjonen ble bygget i USSR i 1954. Forskere klarte imidlertid ikke å holde plasmaet i stabil tilstand i lang tid, og på midten av 1960-tallet var verden overbevist om at kontrollert termonukleær fusjon basert på en tokamak var umulig.

Men bare tre år senere, ved T-3-installasjonen ved Kurchatov Institute of Atomic Energy, under ledelse av Lev Artsimovich, var det mulig å varme opp plasmaet til en temperatur på mer enn fem millioner grader Celsius og holde det i en kort stund tid; Forskere fra Storbritannia som var til stede ved eksperimentet registrerte en temperatur på rundt ti millioner grader på utstyret deres. Etter dette begynte en ekte tokamak-boom i verden, slik at det ble bygget rundt 300 installasjoner i verden, hvorav de største er lokalisert i Europa, Japan, USA og Russland.

Bilde: Rfassbind/wikipedia.org

ITER-administrasjon

Hva er grunnlaget for tillit til at ITER vil være i drift om 5-10 år? På hvilke praktiske og teoretiske utviklinger?

På russisk side oppfyller vi den oppgitte arbeidsplanen og kommer ikke til å bryte den. Dessverre ser vi noen forsinkelser i arbeidet som utføres av andre, hovedsakelig i Europa; Det er en delvis forsinkelse i Amerika og det er en tendens til at prosjektet blir noe forsinket. Varetektsfengslet, men ikke stoppet. Det er tillit til at det vil fungere. Konseptet med selve prosjektet er helt teoretisk og praktisk kalkulert og pålitelig, så jeg tror det vil fungere. Om det fullt ut vil gi de erklærte resultatene... vi får vente og se.

Er prosjektet mer et forskningsprosjekt?

Sikkert. Det oppgitte resultatet er ikke det oppnådde resultatet. Hvis den mottas i sin helhet, vil jeg være ekstremt glad.

Hvilke nye teknologier har dukket opp, dukker opp eller vil dukke opp i ITER-prosjektet?

ITER-prosjektet er ikke bare et superkomplekst, men også et superstressende prosjekt. Stressende når det gjelder energibelastning, driftsforhold for visse elementer, inkludert systemene våre. Derfor må nye teknologier ganske enkelt bli født i dette prosjektet.

Finnes det et eksempel?

Rom. For eksempel våre diamantdetektorer. Vi diskuterte muligheten for å bruke våre diamantdetektorer på rombiler, som er atomkjøretøyer som transporterer visse objekter som satellitter eller stasjoner fra bane til bane. Det finnes et slikt prosjekt for en rombil. Siden dette er en enhet med en atomreaktor om bord, krever komplekse driftsforhold analyse og kontroll, så våre detektorer kan enkelt gjøre dette. For øyeblikket er emnet for å lage slik diagnostikk ennå ikke finansiert. Hvis det opprettes, kan det brukes, og da vil det ikke være behov for å investere penger i det på utviklingsstadiet, men kun på utviklings- og implementeringsstadiet.

Hva er andelen av moderne russisk utvikling på 2000- og 1990-tallet sammenlignet med sovjetisk og vestlig utvikling?

Andelen russisk vitenskapelig bidrag til ITER sammenlignet med det globale er veldig stor. Jeg vet det ikke helt, men det er veldig viktig. Det er helt klart ikke mindre enn den russiske andelen økonomisk deltakelse i prosjektet, fordi mange andre lag har et stort nummer av Russere som dro til utlandet for å jobbe i andre institutter. I Japan og Amerika, overalt, kommuniserer og jobber vi veldig bra med dem, noen av dem representerer Europa, noen representerer Amerika. I tillegg er det også vitenskapelige skoler der. Derfor, om vi utvikler mer eller mer det vi gjorde før... En av de store sa at "vi står på skuldrene til titanene," derfor er basen som ble utviklet i sovjettiden unektelig stor og uten den er vi ingenting vi ikke kunne. Men selv i det øyeblikket vi ikke står stille, flytter vi.

Hva gjør gruppen din på ITER?

Jeg har en sektor i avdelingen. Avdelingen utvikler flere diagnostikk; vår sektor utvikler spesifikt et vertikalt nøytronkammer, ITER nøytrondiagnostikk og løser et bredt spekter av problemer fra design til produksjon, samt utfører relatert forskningsarbeid knyttet til utviklingen av spesielt diamant detektorer. Diamantdetektoren er en unik enhet, opprinnelig laget i vårt laboratorium. Tidligere brukt i mange termonukleære installasjoner, brukes den nå ganske mye av mange laboratorier fra Amerika til Japan; de, la oss si, fulgte oss, men vi fortsetter å være på toppen. Vi lager nå diamantdetektorer og skal nå nivået av industriell produksjon (småskala produksjon).

Hvilke bransjer kan disse detektorene brukes i?

I dette tilfellet er dette termonukleær forskning; i fremtiden antar vi at de vil være etterspurt innen kjernekraft.

Hva gjør detektorer egentlig, hva måler de?

Nøytroner. Det er ikke noe mer verdifullt produkt enn nøytronet. Du og jeg består også av nøytroner.

Hvilke egenskaper måler de til nøytroner?

Spektral. For det første er den umiddelbare oppgaven som løses ved ITER måling av nøytronenergispektra. I tillegg overvåker de antall og energi til nøytroner. Den andre tilleggsoppgaven gjelder atomenergi: vi har parallelle utviklinger som også kan måle termiske nøytroner, som er grunnlaget for atomreaktorer. Dette er en sekundær oppgave for oss, men den er også under utvikling, det vil si at vi kan jobbe her og samtidig gjøre utviklinger som ganske vellykket kan brukes innen kjernekraft.

Hvilke metoder bruker du i forskningen din: teoretisk, praktisk, datamodellering?

Alle: fra kompleks matematikk (metoder for matematisk fysikk) og matematisk modellering til eksperimenter. Alle de ulike typene beregninger som vi utfører bekreftes og verifiseres ved eksperimenter, fordi vi direkte har et eksperimentelt laboratorium med flere opererende nøytrongeneratorer, som vi tester systemene vi selv utvikler på.

Har du en fungerende reaktor i laboratoriet ditt?

Ikke en reaktor, men en nøytrongenerator. En nøytrongenerator er faktisk en minimodell av de aktuelle termonukleære reaksjonene. Alt er likt der, bare prosessen der er litt annerledes. Det fungerer på prinsippet om en akselerator - det er en stråle av visse ioner som treffer et mål. Det vil si at når det gjelder plasma, har vi et varmt objekt der hvert atom har høy energi, og i vårt tilfelle treffer et spesielt akselerert ion et mål mettet med lignende ioner. Følgelig oppstår en reaksjon. La oss bare si at dette er en av måtene du kan gjøre det samme på termonukleær reaksjon; det eneste som er bevist er at denne metoden ikke har høy effektivitet, det vil si at du ikke får en positiv energiutgang, men du får selve reaksjonen - vi observerer direkte denne reaksjonen og partiklene og alt som går inn i den .

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

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

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

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

Ved gjennomføring av kontrollert termonukleær fusjon vil deuterium og tritium bli brukt i tokamak.
Detaljer er i intervjuet med ITERs generaldirektør Bernard Bigot.

Hva er fordelen med energi produsert gjennom kontrollert kjernefysisk fusjon?

"Først av alt, i bruken av hydrogenisotoper, som igjen regnes som en nesten uuttømmelig kilde: hydrogen finnes overalt, inkludert i verdenshavet. Så så lenge det er vann på jorden, hav og ferskt, vil vi få drivstoff til tokamak - vi snakker om millioner av år. Den andre fordelen er at radioaktivt avfall har en ganske kort halveringstid: flere hundre år sammenlignet med kjernefysiske fusjonsavfallsprodukter.»

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

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

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

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

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

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

Den russiske NIIEFA rapporterte nylig om den vellykkede testingen av en fullskala prototype av et slukningsmotstandssystem for å beskytte superledende spoler, som ble designet spesielt for ITER.

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

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

Fusjonsreaktor

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

Som et langsiktig perspektiv for menneskeheten kan kun energi basert på kjernefysiske reaksjoner vurderes.

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

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

Historien om termonukleær fusjon

Den første termonukleære forskningen begynte i land som arbeidet med sine atomforsvarsprogrammer. Dette er ikke overraskende, for ved begynnelsen av atomæraen var hovedformålet med utseendet til deuterium plasmareaktorer studiet av fysiske prosesser i varmt plasma, kunnskap om hvilke var nødvendig blant annet for å lage termonukleære våpen. . I følge deklassifiserte data begynte USSR og USA nesten samtidig på 1950-tallet. arbeid på UTS. Men samtidig er det det historiske bevis, at tilbake i 1932, den gamle revolusjonæren og nære vennen til lederen av verdensproletariatet Nikolai Bukharin, som på den tiden hadde stillingen som leder av Det øverste økonomiske råds komité og fulgte utviklingen. Sovjetisk vitenskap, foreslått å starte et prosjekt i landet for å studere kontrollerte termonukleære reaksjoner.

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

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

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

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

Et skritt på et halvt århundre

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

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

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

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

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

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

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

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

Andrey Retinger, internasjonal journalist