Новости
Во Франции началась сборка крупнейшего термоядерного реактора ITER стоимостью 20 млрд евро

Во Франции началась сборка крупнейшего термоядерного реактора ITER стоимостью 20 млрд евро

Во Франции началась сборка крупнейшего термоядерного реактора ITER стоимостью 20 млрд евро


На этой неделе произошло важное событие, потенциально способное произвести революцию в энергетике — 28 июля на юге Франции ученые приступили к сборке международного экспериментального токамака ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), который должен доказать на практике жизнеспособность концепции коммерческого термоядерного реактора, способного выделять больше энергии, чем затрачивать. В официальной церемонии начала сборки ITER 28 июля, которая транслировалась в YouTube, приняли участие президент Франции Эммануэль Макрон и первые лица стран-партнеров ITER.

Управляемый термоядерный синтез — это Святой Грааль устойчивой энергетики, потенциально неограниченный источник экологически чистой энергии. Технология рассматривается в качестве более эффективной и безопасной альтернативы АЭС, на которые приходится около 10% всемирной генерации электричества. Современные АЭС, как известно, преобразуют тепловую энергию, выделяющуюся при распаде радиоактивных изотопов, в электрический ток. Термоядерные реакторы же работают по совершенно другому принципу, основанном не на расщеплении, а на синтезе более тяжелых элементов из более легких. Такая схема в самом общем смысле аналогична происходящим в ядрах звезд реакциям. Основными концепциями являются токамак и стелларатор. Основной проблемой таких установок  является создание и поддержание подходящих условий.

ITER — не первый экспериментальный реактор, но самый крупный проект такого рода. Всего в нем участвует 35 стран, в том числе США,  Китай, Великобритания, Швейцария, Индия, Япония, Южная Корея и 27 стран-участников Европейского союза. Конструкция ITER считается одной из сложнейших, когда-либо разработанных человеком. Общая масса реактора оценивается в 23 тысячи тонн. Сама установка займет целое здание. Работы над этим проектом начались еще в 1992 году, а разрешение на строительство было получено 14 лет назад. Подготовительные работы стартовали в 2007 году в исследовательском центре Кадараш, а в конце мая 2020 года в шахту реактора опустили основание криостата общей массой 1250 тонн, что, по сути, является отправной точкой процесса создания самого реактора.

Внутреннее устройство реактора ITER

Как рассказывает научное издание N+1, ITER представляет собой магнитную ловушку типа токамак, в которой шнур из разогретой до нескольких сотен миллионов кельвинов дейтерий-тритиевой плазмы, находящийся внутри вакуумной камеры, удерживается от разлета и касания стенок магнитным полем определенной конфигурации, создаваемой системой сверхпроводящих катушек. Перед началом работы вакуумная камера откачивается системой насосов, после чего в нее закачивается рабочая смесь газов. Затем при помощи индуктора создается пробой газовой смеси и зажигается разряд, после чего начинается повышение температуры плазмы (увеличение энергии ионов и электронов) при помощи целого ряда методов.

В ходе реакции ядра дейтерия и трития сливаются вместе с образованием альфа-частицы и нейтрона, при этом выделяется 17,6 мегаэлектронвольт энергии, которая распределяется между продуктами реакции. Альфа-частицы, постепенно диффундируя из центра плазменного шнура на его периферию, в конечном итоге попадают в область дивертора, откуда удаляются из плазмы. Нейтроны же попадают в бланкет, где замедляются, нагревая теплоноситель (воду) или участвуют в наработке трития из лития. Вся вакуумная камера вместе с магнитными катушками, индуктором, системами откачки, подачи топлива, нагрева плазмы и диагностики ее параметров заключены в криостат, который играет роль опорной конструкции и своеобразного вакуумного термоса. Криостат, в свою очередь, окружен бетонной биозащитой, толщиной несколько метров, для обеспечения радиационной безопасности.

По плану, завершение работ и получение первой плазмы в ITER состоится в декабре 2025 года. При этом лишь в 2035 году начнутся полномасштабные эксперименты с дейтерий-тритиевой плазмой, в ходе которых реактор должен будет удерживать высокотемпературную плазму в течение 400 секунд и выйти на полную тепловую мощность 500 мегаватт.

ITER уже на пять лет отстает от графика, а текущая оценка стоимости проекта втрое превышает первоначальную и составляет 20 млрд евро.

Важно отметить, что установка ITER не будет электростанцией — она предназначена сугубо для отработки технологий, а вырабатываемое ею тепло планируется рассеивать. Первой настоящей термоядерной электростанцией может стать следующий токамак DEMO, но его постройка завершится не раньше 2040 года.

В последние годы наблюдается всплеск исследований в области термоядерной энергетики. Термоядерные реакторы разных конструкций есть во многих странах мира, включая США, Германию, Китай и Южную Корею. Если же говорить о достижениях, их тоже немало. В 2016 году команде экспериментального реактора KSTAR (Korean Superconducting Tokamak Advanced Research) удалось установить новый мировой рекорд удержания плазмы – 70 секунд. Затем в 2017 году команде китайского экспериментального токамака EAST удалось превзойти этот результат, удержав плазменный шнур дольше 100 с. Разработкой собственного проекта STEP (Spherical Tokamak for Energy Production — сферический токамак для производства энергии) занимаются и британцы, но его постройка планируется только к 2040 году.

Источник: Science Alert и N+1


Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: