iterio sintezės reaktorius. Iter: kaip sukuriamas pirmasis tarptautinis eksperimentinis termobranduolinis reaktorius Tarptautinis termobranduolinis reaktorius

ITER – Tarptautinis termobranduolinis reaktorius (ITER)

Žmogaus energijos suvartojimas kasmet auga, o tai pastūmėja energetikos sektorių aktyvios plėtros link. Taigi, atsiradus atominėms elektrinėms, visame pasaulyje gerokai išaugo pagaminamos energijos kiekis, o tai leido saugiai panaudoti energiją visiems žmonijos poreikiams. Pavyzdžiui, 72,3% Prancūzijoje pagaminamos elektros energijos gaunama iš atominių elektrinių, Ukrainoje - 52,3%, Švedijoje - 40,0%, Didžiojoje Britanijoje - 20,4%, Rusijoje - 17,1%. Tačiau technologijos nestovi vietoje ir, siekdami patenkinti tolimesnius ateities šalių energijos poreikius, mokslininkai vykdo daugybę inovatyvių projektų, vienas iš jų – ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).

Nors šio įrenginio pelningumas vis dar abejotinas, remiantis daugelio tyrinėtojų darbais, valdomos termobranduolinės sintezės technologijos sukūrimas ir tolesnis vystymas gali tapti galingu ir saugiu energijos šaltiniu. Pažvelkime į kai kuriuos teigiamus tokio įrengimo aspektus:

• Pagrindinis termobranduolinio reaktoriaus kuras yra vandenilis, o tai reiškia praktiškai neišsenkamas branduolinio kuro atsargas.
• Vandenilis gali būti gaminamas perdirbant jūros vandenį, kuris yra prieinamas daugelyje šalių. Iš to išplaukia, kad kuro išteklių monopolis negali atsirasti.
• Avarinio sprogimo tikimybė termobranduolinio reaktoriaus veikimo metu yra daug mažesnė nei veikiant branduoliniam reaktoriui. Tyrėjų teigimu, net ir įvykus avarijai radiacijos emisija pavojaus gyventojams nekels, vadinasi, nereikia evakuoti.
• Skirtingai nuo branduolinių reaktorių, sintezės reaktoriai gamina radioaktyviąsias atliekas, kurių pusinės eliminacijos laikas yra trumpas, o tai reiškia, kad jos greičiau suyra. Be to, termobranduoliniuose reaktoriuose nėra degimo produktų.
• Sintezės reaktoriui nereikia medžiagų, kurios taip pat naudojamos branduoliniams ginklams. Tai pašalina galimybę nuslėpti branduolinio ginklo gamybą apdorojant medžiagas branduolinio reaktoriaus reikmėms.

Termobranduolinis reaktorius – vaizdas iš vidaus

Tačiau yra ir nemažai techninių trūkumų, su kuriais mokslininkai nuolat susiduria.

Pavyzdžiui, dabartinė kuro versija, pateikiama deuterio ir tričio mišinio pavidalu, reikalauja naujų technologijų kūrimo. Pavyzdžiui, pasibaigus pirmajai JET termobranduolinio reaktoriaus bandymų serijai, didžiausiai iki šiol, reaktorius tapo toks radioaktyvus, kad eksperimentui užbaigti reikėjo sukurti specialią robotų priežiūros sistemą. Kitas nuviliantis veiksnys termobranduolinio reaktoriaus darbe yra jo naudingumo koeficientas – 20 proc., kai tuo tarpu atominės elektrinės – 33–34 proc., o šiluminės – 40 proc.

ITER projekto sukūrimas ir reaktoriaus paleidimas

ITER projektas prasidėjo 1985 m., kai Sovietų Sąjunga pasiūlė bendrai sukurti tokamaką – toroidinę kamerą su magnetinėmis ritėmis, galinčiomis laikyti plazmą naudojant magnetus, taip sukuriant sąlygas termobranduolinės sintezės reakcijai įvykti. 1992 m. buvo pasirašytas keturšalis susitarimas dėl ITER plėtros, kurio šalys buvo ES, JAV, Rusija ir Japonija. 1994 metais prie projekto prisijungė Kazachstano Respublika, 2001 metais – Kanada, 2003 metais – Pietų Korėja ir Kinija, 2005 metais – Indija. 2005 metais buvo nustatyta reaktoriaus statybos vieta – Kadarašo branduolinės energijos tyrimų centras, Prancūzija.

Reaktoriaus statyba prasidėjo nuo duobės pamatams paruošimo. Taigi duobės parametrai buvo 130 x 90 x 17 metrų. Visas tokamako kompleksas svers 360 000 tonų, iš kurių 23 000 tonų yra pats tokamakas.

Į statybvietę iš viso pasaulio bus kuriami ir pristatomi įvairūs ITER komplekso elementai. Taigi 2016 metais Rusijoje buvo sukurta dalis poloidinių ritinių laidų, kurie vėliau buvo išsiųsti į Kiniją, kuri pati gamins ritinius.

Akivaizdu, kad tokio didelio masto darbus organizuoti visai nelengva, nemažai šalių ne kartą nesilaikė projekto grafiko, dėl to reaktoriaus paleidimas buvo nuolat atidedamas. Taigi, remiantis praėjusių metų (2016 m.) birželio mėn. pranešimu: „pirmosios plazmos gavimas planuojamas 2025 m. gruodį“.

ITER tokamako veikimo mechanizmas

Terminas „tokamakas“ kilęs iš rusiškos santrumpos, reiškiančios „toroidinė kamera su magnetinėmis ritėmis“.

Tokamako širdis yra jo toro formos vakuuminė kamera. Viduje esant ekstremalioms temperatūroms ir slėgiui vandenilio kuro dujos tampa plazma – karštomis, elektra įkrautomis dujomis. Kaip žinoma, žvaigždžių medžiagą vaizduoja plazma, o termobranduolinės reakcijos saulės šerdyje vyksta būtent esant aukštai temperatūrai ir slėgiui. Panašios sąlygos plazmos susidarymui, sulaikymui, suspaudimui ir kaitinimui sukuriamos naudojant masyvias magnetines rites, kurios yra aplink vakuuminį indą. Magnetų įtaka apribos karštą plazmą nuo indo sienelių.

Prieš pradedant procesą, iš vakuuminės kameros pašalinamas oras ir priemaišos. Tada įkraunamos magnetinės sistemos, kurios padės valdyti plazmą ir įvedamas dujinis kuras. Kai per indą praeina galinga elektros srovė, dujos elektriškai suskaidomos ir jonizuojasi (ty elektronai palieka atomus) ir sudaro plazmą.

Kai plazmos dalelės suaktyvėja ir susiduria, jos taip pat pradeda kaisti. Pagalbiniai šildymo būdai padeda pašildyti plazmą iki 150–300 milijonų °C. Tokiu laipsniu „sužadintos“ dalelės gali įveikti savo natūralų elektromagnetinį atstūmimą susidūrus – tokie susidūrimai išskiria milžiniškus energijos kiekius.

Tokamako dizainą sudaro šie elementai:

Vakuuminis indas

(„spurga“) yra toroidinė kamera, pagaminta iš nerūdijančio plieno. Jo didelis skersmuo – 19 m, mažasis – 6 m, aukštis – 11 m. Kameros tūris – 1400 m 3, svoris – daugiau nei 5000 tonų. Vakuuminio indo sienelės dvigubos; tarp sienų cirkuliuos aušinimo skystis, kuris bus distiliuotas vanduo.vanduo. Siekiant išvengti vandens užteršimo, vidinė kameros sienelė nuo radioaktyviosios spinduliuotės apsaugota antklode.

Antklodė

(„Anklodė“) – susideda iš 440 fragmentų, dengiančių vidinį kameros paviršių. Bendras pokylių plotas 700m2. Kiekvienas fragmentas yra savotiška kasetė, kurios korpusas pagamintas iš vario, o priekinė sienelė nuimama ir pagaminta iš berilio. Kasečių parametrai 1x1,5 m, o masė ne didesnė kaip 4,6 tonos Tokios berilio kasetės sulėtins reakcijos metu susidarančius didelės energijos neutronus. Neutronų moderavimo metu aušinimo sistema išskirs ir pašalins šilumą. Reikia pažymėti, kad berilio dulkės, susidarančios veikiant reaktoriui, gali sukelti rimtą ligą, vadinamą beriliu, taip pat turi kancerogeninį poveikį. Dėl šios priežasties komplekse kuriamos griežtos saugumo priemonės.

Tokamakas skyriuje. Geltona – solenoidinė, oranžinė – toroidinio lauko (TF) ir poloidinio lauko (PF) magnetai, mėlyna – antklodė, šviesiai mėlyna – VV – vakuuminis indas, violetinė – divertorius

("peleninė") yra poloidinio tipo įrenginys, kurio pagrindinė užduotis yra "išvalyti" plazmą nuo nešvarumų, susidarančių kaitinant antklode dengtų kameros sienelių sąveiką su ja. Tokiems teršalams patekus į plazmą, jie pradeda intensyviai spinduliuoti, todėl atsiranda papildomų radiacijos nuostolių. Jis yra tokomako apačioje ir naudoja magnetus, kad nukreiptų viršutinius plazmos sluoksnius (kurie yra labiausiai užteršti) į aušinimo kamerą. Čia plazma atvėsta ir virsta dujomis, o po to išpumpuojama atgal iš kameros. Berilio dulkės, patekusios į kamerą, praktiškai nebegali grįžti atgal į plazmą. Taigi plazmos užterštumas lieka tik paviršiuje ir giliau neprasiskverbia.

Kriostatas

- didžiausias tokomako komponentas, tai 16 000 m 2 (29,3 x 28,6 m) tūrio (29,3 x 28,6 m) nerūdijančio plieno korpusas, kurio masė 3850 tonų. Kiti sistemos elementai bus kriostato viduje, o jis pats tarnauja kaip barjeras tarp tokamako ir išorinės aplinkos. Ant jo vidinių sienų bus šiluminiai ekranai, aušinami cirkuliuojančiu 80 K (-193,15 °C) temperatūros azotu.

Magnetinė sistema

– elementų rinkinys, skirtas laikyti ir valdyti plazmą vakuuminiame inde. Tai 48 elementų rinkinys:

• Toroidinės lauko ritės yra vakuuminės kameros išorėje ir kriostato viduje. Jie pateikiami 18 vienetų, kurių kiekvieno matmenys yra 15 x 9 m ir sveria apie 300 tonų. Kartu šios ritės sukuria 11,8 Teslos magnetinį lauką aplink plazmos torą ir kaupia 41 GJ energiją.
• Poloidinio lauko ritės – yra ant toroidinio lauko ritės ir kriostato viduje. Šios ritės yra atsakingos už magnetinio lauko generavimą, kuris atskiria plazmos masę nuo kameros sienelių ir suspaudžia plazmą adiabatiniam šildymui. Tokių ritinių skaičius – 6. Dviejų iš jų skersmuo – 24 m, masė – 400 tonų, o likusios keturios – kiek mažesnės.
• Centrinis solenoidas yra vidinėje toroidinės kameros dalyje, tiksliau, „spurgos skylėje“. Jo veikimo principas panašus į transformatoriaus, o pagrindinė užduotis – sužadinti indukcinę srovę plazmoje.
• Korekcinės ritės yra vakuuminio indo viduje, tarp antklodės ir kameros sienelės. Jų užduotis yra išlaikyti plazmos formą, galinčią lokaliai „išsipūsti“ ir net liesti indo sieneles. Leidžia sumažinti kameros sienelių sąveikos su plazma lygį, taigi ir jos užterštumo lygį, taip pat sumažina pačios kameros susidėvėjimą.

ITER komplekso struktūra

Aukščiau „glaustai“ aprašytas tokamako dizainas yra labai sudėtingas naujoviškas mechanizmas, surinktas kelių šalių pastangomis. Tačiau norint visapusiškai veikti, reikalingas visas pastatų kompleksas, esantis šalia tokamako. Tarp jų:

• Valdymo, duomenų prieigos ir ryšio sistema – CODAC. Įsikūręs daugelyje ITER komplekso pastatų.
• Kuro saugykla ir kuro sistema – skirta kuro tiekimui į tokamaką.
• Vakuuminė sistema - susideda iš daugiau nei keturių šimtų vakuuminių siurblių, kurių užduotis yra išsiurbti termobranduolinės reakcijos produktus, taip pat įvairius teršalus iš vakuuminės kameros.
• Kriogeninė sistema – atstovaujama azoto ir helio grandinės. Helio grandinė normalizuos temperatūrą tokamake, kurio darbas (taigi ir temperatūra) vyksta ne nuolat, o impulsais. Azoto grandinė atvėsins kriostato šilumos skydus ir pačią helio grandinę. Taip pat bus įrengta vandens aušinimo sistema, kuria siekiama sumažinti antklodžių sienelių temperatūrą.
• Maitinimas. Tokamakui nuolat veikti prireiks maždaug 110 MW energijos. Tam bus įrengtos kilometrų ilgio elektros linijos, kurios bus prijungtos prie Prancūzijos pramonės tinklo. Verta priminti, kad ITER eksperimentinis objektas negamina energijos, o veikia tik dėl mokslinių interesų.

ITER finansavimas

Tarptautinis termobranduolinis reaktorius ITER yra gana brangi įmonė, kuri iš pradžių buvo įvertinta 12 mlrd. /11 . Vėliau ši suma išaugo iki 15 mlrd. Pastebėtina, kad finansavimas vyksta tiekiant kompleksui reikalingą įrangą, kuri yra kuriama kiekvienoje šalyje. Taigi Rusija tiekia antklodes, plazminius šildymo prietaisus ir superlaidžius magnetus.

Projekto perspektyva

Šiuo metu vyksta ITER komplekso statybos ir visų tokamakui reikalingų komponentų gamyba. Po planuojamo tokamako paleidimo 2025 m. prasidės eksperimentų serija, kurios rezultatais bus pažymėti aspektai, kuriuos reikia tobulinti. Sėkmingai pradėjus eksploatuoti ITER, planuojama pastatyti termobranduolinės sintezės pagrindu veikiančią elektrinę, pavadintą DEMO (DEMOnstration Power Plant). DEMo tikslas – pademonstruoti sintezės energijos vadinamąjį „komercinį patrauklumą“. Jei ITER sugebės generuoti tik 500 MW energijos, tai DEMO galės nepertraukiamai generuoti 2 GW energijos.

Tačiau reikia turėti omenyje, kad ITER eksperimentinis įrenginys negamins energijos, o jo tikslas yra gauti grynai mokslinės naudos. Ir kaip žinia, tas ar kitas fizinis eksperimentas gali ne tik pateisinti lūkesčius, bet ir atnešti žmonijai naujų žinių bei patirties.

Kaip viskas prasidėjo? „Energijos iššūkis“ atsirado dėl šių trijų veiksnių derinio:

1. Žmonija dabar sunaudoja didžiulį kiekį energijos.

Šiuo metu pasaulyje sunaudojama apie 15,7 teravatų (TW). Padalijus šią vertę iš pasaulio gyventojų skaičiaus, gauname maždaug 2400 vatų vienam žmogui, kurį galima lengvai įvertinti ir vizualizuoti. Kiekvieno Žemės gyventojo (taip pat ir vaikų) suvartojama energija atitinka 24 šimto vatų elektros lempų veikimą visą parą. Tačiau šios energijos suvartojimas visoje planetoje yra labai netolygus, nes kai kuriose šalyse jis yra labai didelis, o kitose – nereikšmingas. Sunaudojimas (vienam žmogui) lygus 10,3 kW JAV (viena iš rekordinių dydžių), 6,3 kW Rusijos Federacijoje, 5,1 kW JK ir tt, bet, kita vertus, lygus. tik 0,21 kW Bangladeše (tik 2 % JAV energijos suvartojimo!).

2. Pasaulio energijos suvartojimas smarkiai didėja.

Tarptautinės energetikos agentūros (2006 m.) duomenimis, iki 2030 m. pasaulio energijos suvartojimas turėtų padidėti 50 proc. Žinoma, išsivysčiusios šalys galėtų puikiai išsiversti ir be papildomos energijos, tačiau šis augimas būtinas, kad žmonės išbristų iš skurdo besivystančiose šalyse, kur 1,5 mlrd. žmonių kenčia nuo didelio energijos trūkumo.

3. Šiuo metu 80 % pasaulio energijos gaunama deginant iškastinį kurą(nafta, anglis ir dujos), kurių naudojimas:

a) gali sukelti katastrofiškų aplinkos pokyčių pavojų;

b) kažkada neišvengiamai turi baigtis.

Iš to, kas pasakyta, aišku, kad dabar turime ruoštis iškastinio kuro naudojimo eros pabaigai

Šiuo metu atominės elektrinės dideliu mastu gamina energiją, išsiskiriančią vykstant atomų branduolių dalijimosi reakcijoms. Tokių stočių kūrimas ir plėtra turėtų būti skatinama visais įmanomais būdais, tačiau reikia atsižvelgti į tai, kad per artimiausius 50 metų gali būti visiškai išnaudotos ir vienos iš svarbiausių medžiagų jų veiklai (pigaus urano) atsargos. . Branduolio dalijimosi energijos galimybes galima (ir turėtų) gerokai išplėsti naudojant efektyvesnius energijos ciklus, leidžiančius pagaminamos energijos kiekį beveik padvigubinti. Norint plėtoti energiją šia kryptimi, reikia sukurti torio reaktorius (vadinamuosius torio reaktorius arba dauginamuosius reaktorius), kuriuose vykstant reakcijai susidaro daugiau torio nei pirminiame urane, dėl to bendras pagaminamos energijos kiekis. tam tikram medžiagos kiekiui padidėja 40 kartų. Taip pat atrodo perspektyvu sukurti plutonio augintojus naudojant greituosius neutronus, kurie yra daug efektyvesni nei urano reaktoriai ir gali pagaminti 60 kartų daugiau energijos. Gali būti, kad plėtojant šias sritis reikės sukurti naujus, nestandartinius urano gavimo būdus (pavyzdžiui, iš jūros vandens, kuris atrodo labiausiai prieinamas).

Sintezės jėgainės

Paveikslėlyje parodyta termobranduolinės elektrinės įrenginio ir veikimo principo schema (ne pagal mastelį). Centrinėje dalyje yra ~2000 m3 tūrio toroidinė (spurgos formos) kamera, užpildyta tričio-deuterio (T–D) plazma, įkaitinta iki aukštesnės nei 100 M°C temperatūros. Sintezės reakcijos metu susidarę neutronai (1) palieka „magnetinį butelį“ ir patenka į paveikslėlyje pavaizduotą apie 1 m storio apvalkalą.

Korpuso viduje neutronai susiduria su ličio atomais, todėl vyksta reakcija, kurios metu susidaro tritis:

neutronas + litis → helis + tritis

Be to, sistemoje vyksta konkuruojančios reakcijos (nesusidarant tričiui), taip pat daug reakcijų, kai išsiskiria papildomi neutronai, dėl kurių taip pat susidaro tritis (šiuo atveju gali atsirasti papildomų neutronų išsiskyrimo). žymiai sustiprintas, pavyzdžiui, į apvalkalą įvedant berilio atomus ir šviną). Bendra išvada yra tokia, kad šiame įrenginyje (bent jau teoriškai) gali vykti branduolių sintezės reakcija, kurios metu susidarytų tritis. Tokiu atveju gaminamas tričio kiekis turėtų ne tik patenkinti paties įrenginio poreikius, bet ir būti dar kiek didesnis, o tai leis naujus įrenginius aprūpinti tričiu. Būtent ši veikimo koncepcija turi būti išbandyta ir įdiegta toliau aprašytame ITER reaktoriuje.

Be to, neutronai turi įkaitinti apvalkalą vadinamuosiuose bandomuosiuose įrenginiuose (kuriuose bus naudojamos santykinai „įprastos“ statybinės medžiagos) iki maždaug 400 °C. Ateityje planuojama sukurti patobulintus įrenginius, kurių korpuso šildymo temperatūra viršytų 1000°C, o tai būtų galima pasiekti naudojant naujausias didelio stiprumo medžiagas (pavyzdžiui, silicio karbido kompozitus). Korpuse susidariusią šilumą, kaip ir įprastose stotyse, paima pirminis aušinimo kontūras su aušinimo skysčiu (kuriame yra, pavyzdžiui, vandens arba helio) ir perduodama antriniam kontūrui, kur gaminamas vandens garas ir tiekiamas į turbinas.

1985 – Sovietų Sąjunga pasiūlė naujos kartos Tokamako elektrinę, pasinaudodama keturių pirmaujančių šalių patirtimi kuriant branduolių sintezės reaktorius. Jungtinės Amerikos Valstijos kartu su Japonija ir Europos bendrija pateikė pasiūlymą dėl projekto įgyvendinimo.

Šiuo metu Prancūzijoje statomas toliau aprašytas tarptautinis eksperimentinis termobranduolinis reaktorius ITER (International Tokamak Experimental Reactor), kuris bus pirmasis tokamakas, galintis „uždegti“ plazmą.

Pažangiausi esami tokamako įrenginiai jau seniai pasiekė apie 150 M°C temperatūrą, artimą sintezės stočiai reikalingų verčių, tačiau ITER reaktorius turėtų būti pirmoji didelės apimties elektrinė, sukurta ilgą laiką. - terminuota operacija. Ateityje reikės žymiai pagerinti jo veikimo parametrus, todėl pirmiausia reikės padidinti slėgį plazmoje, nes branduolių sintezės greitis tam tikroje temperatūroje yra proporcingas slėgio kvadratui. Pagrindinė mokslinė problema šiuo atveju susijusi su tuo, kad padidėjus slėgiui plazmoje, atsiranda labai sudėtingi ir pavojingi nestabilumai, tai yra nestabilūs darbo režimai.

Kodėl mums to reikia?

Pagrindinis branduolių sintezės privalumas yra tas, kad jai reikia tik labai nedidelio kiekio medžiagų, kurios gamtoje yra labai paplitusios kaip kuras. Branduolinės sintezės reakcija aprašytuose įrenginiuose gali sukelti milžinišką energijos kiekį, dešimt milijonų kartų didesnį nei standartinė šiluma, išsiskirianti vykstant įprastoms cheminėms reakcijoms (pvz., deginant iškastinį kurą). Palyginimui nurodome, kad 1 gigavato (GW) šiluminės elektrinės energijai gaminti reikalingas anglies kiekis yra 10 000 tonų per dieną (dešimt geležinkelio vagonų), o tokios pat galios termobranduolinės sintezės jėgainė sunaudos tik apie 1 kilogramas D+T mišinio per dieną.

Deuteris yra stabilus vandenilio izotopas; Maždaug vienoje iš 3350 paprasto vandens molekulių vienas iš vandenilio atomų yra pakeistas deuteriu (Didžiojo sprogimo palikimas). Šis faktas leidžia lengvai organizuoti gana pigią reikiamo kiekio deuterio gamybą iš vandens. Sunkiau gauti tričio, kuris yra nestabilus (pusėjimo laikas yra apie 12 metų, todėl jo kiekis gamtoje yra nereikšmingas), tačiau, kaip parodyta aukščiau, tritis eksploatacijos metu atsiras tiesiai termobranduolinio įrenginio viduje, dėl neutronų reakcijos su ličiu.

Taigi pradinis branduolių sintezės reaktoriaus kuras yra litis ir vanduo. Litis yra įprastas metalas, plačiai naudojamas buitiniuose prietaisuose (mobiliųjų telefonų baterijose ir kt.). Aukščiau aprašytas įrenginys, net ir įvertinus ne idealų efektyvumą, galės pagaminti 200 000 kWh elektros energijos, o tai prilygsta energijai, esančiai 70 tonų anglies. Tam reikalingas ličio kiekis yra vienoje kompiuterio baterijoje, o deuterio – 45 litrais vandens. Aukščiau pateikta vertė atitinka dabartinį elektros suvartojimą (skaičiuojant vienam asmeniui) ES šalyse per 30 metų. Pats faktas, kad toks nežymus ličio kiekis gali užtikrinti tokio kiekio elektros gamybą (be CO2 emisijų ir be menkiausios oro taršos), yra gana rimtas argumentas už sparčiausią ir energingiausią termobranduolinės energijos plėtrą (nepaisant visų sunkumų ir problemų) ir net šimtu procentų nepasitikėdami tokių tyrimų sėkme.

Deuterio turėtų užtekti milijonams metų, o lengvai išgaunamo ličio atsargų pakanka šimtų metų poreikiams patenkinti. Net jei uolienose baigiasi ličio kiekis, galime jį išgauti iš vandens, kur jo koncentracija yra pakankamai didelė (100 kartų didesnė už urano koncentraciją), kad jo išgavimas būtų ekonomiškai pagrįstas.

Netoli Kadarašo miesto Prancūzijoje statomas eksperimentinis termobranduolinis reaktorius (International thermonuclear experimental reactor). Pagrindinis ITER projekto tikslas – įgyvendinti kontroliuojamą termobranduolinės sintezės reakciją pramoniniu mastu.

Termobranduolinio kuro svorio vienetui gaunama apie 10 milijonų kartų daugiau energijos nei deginant tokį pat kiekį organinio kuro ir apie šimtą kartų daugiau nei skaldant urano branduolius šiuo metu veikiančių atominių elektrinių reaktoriuose. Jei mokslininkų ir dizainerių skaičiavimai išsipildys, tai suteiks žmonijai neišsenkamą energijos šaltinį.

Todėl nemažai šalių (Rusija, Indija, Kinija, Korėja, Kazachstanas, JAV, Kanada, Japonija, Europos Sąjungos šalys) suvienijo jėgas kurdamos Tarptautinį termobranduolinių tyrimų reaktorių – naujų elektrinių prototipą.

ITER yra įrenginys, sukuriantis sąlygas vandenilio ir tričio atomų (vandenilio izotopų) sintezei, todėl susidaro naujas atomas – helio atomas. Šį procesą lydi didžiulis energijos pliūpsnis: plazmos, kurioje vyksta termobranduolinė reakcija, temperatūra yra apie 150 milijonų laipsnių Celsijaus (palyginimui, Saulės šerdies temperatūra yra 40 milijonų laipsnių). Tokiu atveju izotopai išdega, todėl radioaktyviųjų atliekų praktiškai nelieka.

Dalyvavimo tarptautiniame projekte schemoje numatytas reaktoriaus komponentų tiekimas ir jo statybos finansavimas. Mainais už tai kiekviena dalyvaujanti šalis gauna visišką prieigą prie visų termobranduolinio reaktoriaus kūrimo technologijų ir visų eksperimentinių darbų, susijusių su šiuo reaktoriumi, rezultatais, kurie bus pagrindu kuriant serijinės galios termobranduolinius reaktorius.

Termobranduolinės sintezės principu veikiantis reaktorius neturi radioaktyvios spinduliuotės ir yra visiškai saugus aplinkai. Jis gali būti beveik bet kurioje pasaulio vietoje, o jo kuras yra paprastas vanduo. Numatoma, kad ITER statybos truks apie dešimt metų, o po to reaktorius bus naudojamas 20 metų.

Rusijos interesams Tarptautinės ITER termobranduolinio reaktoriaus statybos organizacijos taryboje artimiausiais metais atstovaus Rusijos mokslų akademijos narys korespondentas Michailas Kovalčiukas - Kurchatovo instituto direktorius, Rusijos akademijos Kristalografijos institutas. Prezidento tarybos mokslo, technologijų ir švietimo klausimais mokslai ir mokslinis sekretorius. Kovalčiukas šiose pareigose laikinai pakeis akademiką Jevgenijų Velikhovą, kuris kitiems dvejiems metams buvo išrinktas ITER tarptautinės tarybos pirmininku ir neturi teisės derinti šių pareigų su dalyvaujančios šalies oficialaus atstovo pareigomis.

Bendra statybų kaina skaičiuojama 5 milijardais eurų, tiek pat reikės bandomajam reaktoriaus eksploatavimui. Indijos, Kinijos, Korėjos, Rusijos, JAV ir Japonijos akcijos sudaro apie 10 procentų visos vertės, 45 procentus – iš Europos Sąjungos šalių. Tačiau Europos valstybės dar nesusitarė, kaip tiksliai bus paskirstytos išlaidos. Dėl šios priežasties statybų pradžia buvo nukelta į 2010 m. balandžio mėn. Nepaisant paskutinio vėlavimo, su ITER susiję mokslininkai ir pareigūnai teigia, kad projektą galės užbaigti iki 2018 m.

Numatoma ITER termobranduolinė galia yra 500 megavatų. Atskiros magnetinės dalys pasiekia 200–450 tonų svorį. ITER vėsinimui per dieną reikės 33 tūkst. kubinių metrų vandens.

1998 metais JAV nustojo finansuoti savo dalyvavimą projekte. Respublikonams atėjus į valdžią ir Kalifornijoje prasidėjus elektros energijos tiekimui, Busho administracija paskelbė apie didinančias investicijas į energetiką. JAV neketino dalyvauti tarptautiniame projekte ir užsiėmė savo termobranduoliniu projektu. 2002 m. pradžioje prezidento Bušo patarėjas technologijų klausimais Johnas Marburgeris III pasakė, kad Jungtinės Valstijos persigalvojo ir ketina grįžti prie projekto.

Dalyvių skaičiumi projektas lyginamas su kitu dideliu tarptautiniu moksliniu projektu – Tarptautine kosmine stotimi. ITER kaina, kuri anksčiau siekė 8 milijardus dolerių, tada siekė mažiau nei 4 mlrd. JAV pasitraukus iš dalyvavimo, buvo nuspręsta reaktoriaus galią sumažinti nuo 1,5 GW iki 500 MW. Atitinkamai sumažėjo ir projekto kaina.

2002 m. birželį Rusijos sostinėje vyko simpoziumas „ITER Days in Moscow“. Jame buvo aptariamos teorinės, praktinės ir organizacinės projekto atgaivinimo problemos, kurių sėkmė gali pakeisti žmonijos likimą ir suteikti jai naujos rūšies energijos, efektyvumu ir ekonomiškumu prilygstančią tik Saulės energijai.

2010 m. liepos mėn. ITER tarptautinio termobranduolinio reaktoriaus projekte dalyvaujančių šalių atstovai neeiliniame posėdyje, vykusiame Kadaraše (Prancūzija), patvirtino jo biudžetą ir statybos grafiką. Susitikimo ataskaitą rasite čia.

Paskutiniame neeiliniame posėdyje projekto dalyviai patvirtino pirmųjų eksperimentų su plazma pradžios datą – 2019 m. Visi eksperimentai planuojami 2027 m. kovo mėnesį, nors projekto vadovybė paprašė techninių specialistų pabandyti optimizuoti procesą ir pradėti eksperimentus 2026 m. Susitikimo dalyviai sprendė ir dėl reaktoriaus statybos sąnaudų, tačiau sumos, kurias planuojama išleisti įrenginiui sukurti, neatskleidžiamos. Remiantis informacija, kurią portalo ScienceNOW redaktorius gavo iš neįvardijamo šaltinio, iki eksperimentų pradžios ITER projekto kaina gali siekti 16 milijardų eurų.

Susitikimas Kadaraše taip pat buvo pirmoji oficiali naujojo projekto direktoriaus, japonų fiziko Osamu Motojimos darbo diena. Prieš jį projektui nuo 2005 metų vadovavo japonas Kaname Ikeda, kuris panoro palikti savo postą iš karto po to, kai buvo patvirtintas biudžetas ir statybos terminai.

ITER branduolių sintezės reaktorius yra bendras Europos Sąjungos, Šveicarijos, Japonijos, JAV, Rusijos, Pietų Korėjos, Kinijos ir Indijos projektas. ITER kūrimo idėja buvo svarstoma dar praėjusio amžiaus 80-aisiais, tačiau dėl finansinių ir techninių sunkumų projekto kaina nuolat auga, o statybų pradžios data vis atidedama. 2009 metais ekspertai tikėjosi, kad reaktoriaus kūrimo darbai prasidės 2010 metais. Vėliau ši data buvo perkelta ir iš pradžių 2018-ieji, o vėliau 2019-ieji buvo įvardinti kaip reaktoriaus paleidimo laikas.

Termobranduolinės sintezės reakcijos – tai lengvųjų izotopų branduolių susiliejimo reakcijos į sunkesnį branduolį, kurią lydi didžiulis energijos išsiskyrimas. Teoriškai branduolių sintezės reaktoriai gali pagaminti daug energijos už mažą kainą, tačiau šiuo metu mokslininkai išleidžia daug daugiau energijos ir pinigų sintezės reakcijai pradėti ir palaikyti.

Termobranduolinė sintezė yra pigus ir aplinkai nekenksmingas energijos gamybos būdas. Nekontroliuojama termobranduolinė sintezė Saulėje vyksta jau milijardus metų – helis susidaro iš sunkaus vandenilio izotopo deuterio. Taip išsiskiria didžiulis energijos kiekis. Tačiau žmonės Žemėje dar neišmoko valdyti tokių reakcijų.

ITER reaktoriuje kaip kuras bus naudojami vandenilio izotopai. Termobranduolinės reakcijos metu energija išsiskiria, kai lengvieji atomai susijungia į sunkesnius. Kad tai būtų pasiekta, dujos turi būti įkaitintos iki daugiau nei 100 milijonų laipsnių temperatūros – daug aukštesnės nei temperatūra Saulės centre. Tokios temperatūros dujos virsta plazma. Tuo pačiu metu vandenilio izotopų atomai susilieja, virsdami helio atomais, išskirdami daug neutronų. Tokiu principu veikianti jėgainė naudos tankios medžiagos (ličio) sluoksnio sulėtintą neutronų energiją.

Kodėl termobranduolinių įrenginių kūrimas užtruko taip ilgai?

Kodėl tokios svarbios ir vertingos instaliacijos, apie kurių naudą kalbama beveik pusę amžiaus, dar nesukurtos? Yra trys pagrindinės priežastys (aptartos toliau), iš kurių pirmoji gali būti vadinama išorine arba socialine, o kitos dvi – vidinės, tai yra nulemtos pačios termobranduolinės energijos vystymosi dėsnių ir sąlygų.

1. Ilgą laiką buvo manoma, kad praktinio termobranduolinės sintezės energijos panaudojimo problema nereikalauja skubių sprendimų ir veiksmų, nes dar praėjusio amžiaus 80-aisiais iškastinio kuro šaltiniai atrodė neišsenkantys, o aplinkos problemos ir klimato kaita – tai. nerūpi visuomenei. 1976 m. JAV Energetikos departamento Branduolinės sintezės energijos patariamasis komitetas bandė įvertinti mokslinių tyrimų ir plėtros bei demonstracinės branduolių sintezės elektrinės laiką pagal įvairias mokslinių tyrimų finansavimo galimybes. Kartu buvo nustatyta, kad metinis finansavimas šios krypties tyrimams yra visiškai nepakankamas, o jei bus išlaikytas esamas asignavimų lygis, termobranduolinių įrenginių kūrimas niekada nebus sėkmingas, nes skirtos lėšos neatitinka net iki minimalaus, kritinio lygio.

2. Rimtesnė kliūtis plėtoti šios srities tyrimus yra ta, kad aptariamo tipo termobranduolinis įrenginys negali būti sukurtas ir demonstruojamas nedideliu mastu. Iš toliau pateiktų paaiškinimų paaiškės, kad termobranduolinės sintezės metu reikia ne tik magnetinio plazmos uždarymo, bet ir pakankamo jos kaitinimo. Išnaudotos ir gaunamos energijos santykis didėja bent jau proporcingai įrenginio linijinių matmenų kvadratui, dėl to termobranduolinių įrenginių mokslines ir technines galimybes bei pranašumus galima išbandyti ir įrodyti tik gana didelėse stotyse, pvz. kaip minėtas ITER reaktorius. Visuomenė tiesiog nebuvo pasirengusi finansuoti tokių didelių projektų, kol nebuvo pakankamai pasitikėjimo sėkme.

3. Termobranduolinės energetikos plėtra buvo labai sudėtinga, tačiau (nepaisant nepakankamo finansavimo ir sunkumų parenkant centrus JET ir ITER įrenginiams kurti), pastaraisiais metais buvo pastebėta aiški pažanga, nors veikianti stotis dar nebuvo sukurta.

Šiuolaikinis pasaulis susiduria su labai rimtu energetikos iššūkiu, kurį tiksliau galima pavadinti „neaiškia energijos krize“. Problema susijusi su tuo, kad iškastinio kuro atsargos gali baigtis antroje šio amžiaus pusėje. Be to, deginant iškastinį kurą gali tekti kažkaip sekvestruoti ir „sandėliuoti“ į atmosferą išleistą anglies dioksidą (aukščiau minėta CCS programa), kad būtų išvengta didelių planetos klimato pokyčių.

Šiuo metu beveik visa žmonijos suvartojama energija sukuriama deginant iškastinį kurą, o problemos sprendimas gali būti siejamas su saulės energijos ar branduolinės energijos panaudojimu (greitai besiskleidžiančių reaktorių sukūrimu ir pan.). Pasaulinė problema, kurią sukelia augantis besivystančių šalių gyventojų skaičius ir poreikis gerinti gyvenimo lygį bei didinti gaminamos energijos kiekį, negali būti išspręsta remiantis vien šiais metodais, nors, žinoma, bet kokie bandymai sukurti alternatyvius energijos gamybos būdus. turėtų būti skatinamas.

Griežtai kalbant, turime nedidelį elgesio strategijų pasirinkimą, o termobranduolinės energijos plėtra yra nepaprastai svarbi, net nepaisant sėkmės garantijos stokos. „Financial Times“ laikraštis (2004 m. sausio 25 d.) rašė apie tai:

„Net jei ITER projekto sąnaudos gerokai viršys pradinę sąmatą, mažai tikėtina, kad jos pasieks 1 mlrd. USD per metus lygį. Toks išlaidų lygis turėtų būti laikomas labai kuklia kaina už labai pagrįstą galimybę sukurti naują energijos šaltinį visai žmonijai, ypač atsižvelgiant į tai, kad jau šiame amžiuje neišvengiamai turėsime atsisakyti įpročio švaistyti. ir beatodairiškas iškastinio kuro deginimas“.

Tikėkimės, kad termobranduolinės energetikos plėtros kelyje didelių ir netikėtų netikėtumų nebus. Tokiu atveju maždaug po 30 metų iš jos pirmą kartą galėsime tiekti elektros srovę į energetikos tinklus, o po kiek daugiau nei 10 metų pradės veikti pirmoji komercinė termobranduolinė elektrinė. Gali būti, kad antroje šio amžiaus pusėje branduolinės sintezės energija pradės keisti iškastinį kurą ir pamažu pradės vaidinti vis svarbesnį vaidmenį aprūpinant žmoniją energija pasauliniu mastu.

Nėra absoliučios garantijos, kad termobranduolinės energijos (kaip veiksmingo ir didelio masto energijos šaltinio visai žmonijai) kūrimo užduotis bus sėkmingai atlikta, tačiau sėkmės tikimybė šia kryptimi yra gana didelė. Atsižvelgiant į didžiulį termobranduolinių stočių potencialą, visos sąnaudos projektams, skirtoms jų sparčiai (ir netgi paspartintai) plėtrai, gali būti laikomos pagrįstomis, juolab kad šios investicijos atrodo labai kuklios milžiniškos pasaulinės energijos rinkos fone (4 trilijonai USD per metus8). Žmonijos energijos poreikių tenkinimas yra labai rimta problema. Kadangi iškastinio kuro prieinamumas tampa vis mažiau prieinamas (ir jo naudojimas tampa nepageidautinas), situacija keičiasi, ir mes tiesiog negalime sau leisti nevystyti sintezės energijos.

Į klausimą „Kada atsiras termobranduolinė energija? Levas Artsimovičius (pripažintas šios srities tyrimų pradininkas ir lyderis) kartą atsakė, kad „jis bus sukurtas tada, kai tai taps tikrai reikalinga žmonijai“.

ITER bus pirmasis branduolių sintezės reaktorius, kuris pagamins daugiau energijos nei sunaudoja. Mokslininkai išmatuoja šią charakteristiką naudodami paprastą koeficientą, kurį jie vadina „Q“. Jei ITER pasieks visus savo mokslinius tikslus, jis pagamins 10 kartų daugiau energijos nei suvartoja. Paskutinis pastatytas prietaisas, Jungtinės Europos Torus Anglijoje, yra mažesnis prototipas branduolių sintezės reaktorius, kuris paskutiniame mokslinių tyrimų etape pasiekė Q reikšmę beveik 1. Tai reiškia, kad jis pagamino lygiai tiek pat energijos, kiek sunaudojo. . ITER bus daugiau nei tai, pademonstruodamas energijos kūrimą sintezės būdu ir pasiekęs 10 Q vertę. Idėja yra pagaminti 500 MW sunaudojant maždaug 50 MW energijos. Taigi vienas iš mokslinių ITER tikslų yra įrodyti, kad galima pasiekti Q reikšmę 10.

Kitas mokslinis tikslas yra tai, kad ITER turėtų labai ilgą „degimo“ laiką – pailgintos trukmės impulsą iki vienos valandos. ITER yra eksperimentinis mokslinių tyrimų reaktorius, kuris negali nuolat gaminti energijos. Kai ITER pradės veikti, jis veiks vieną valandą, po to jį reikės išjungti. Tai svarbu, nes iki šiol mūsų sukurti standartiniai įrenginiai galėjo degti kelias sekundes ar net dešimtąsias sekundės dalis – tai yra maksimumas. „Joint European Torus“ pasiekė savo Q reikšmę 1, degimo trukmei maždaug dvi sekundės, o impulso trukmė – 20 sekundžių. Tačiau kelias sekundes trunkantis procesas tikrai nėra nuolatinis. Pagal analogiją su automobilio variklio užvedimu: trumpam užvesti variklį, o paskui jį išjungti, dar nėra tikras automobilio veikimas. Tik važinėjant savo automobiliu pusvalandį jis pasieks pastovų darbo režimą ir pademonstruos, kad tokį automobilį tikrai galima vairuoti.

Tai reiškia, kad techniniu ir moksliniu požiūriu ITER užtikrins Q reikšmę 10 ir padidins degimo laiką.

Termobranduolinės sintezės programa yra tikrai tarptautinė ir plataus pobūdžio. Žmonės jau tikisi ITER sėkmės ir galvoja apie kitą žingsnį – sukurti pramoninio termobranduolinio reaktoriaus prototipą, pavadintą DEMO. Norint jį sukurti, ITER turi veikti. Turime pasiekti savo mokslinius tikslus, nes tai reikš, kad mūsų pateiktos idėjos yra visiškai įgyvendinamos. Tačiau sutinku, kad visada reikia galvoti apie tai, kas bus toliau. Be to, ITER veikiant 25–30 metų, mūsų žinios palaipsniui gilės ir plėsis ir galėsime tiksliau nubrėžti kitą žingsnį.

Iš tiesų, nėra diskusijų, ar ITER turėtų būti tokamakas. Kai kurie mokslininkai klausimą kelia visai kitaip: ar ITER turėtų egzistuoti? Įvairių šalių ekspertai, plėtodami savo, ne tokio didelio masto termobranduolinius projektus, įrodinėja, kad tokio didelio reaktoriaus apskritai nereikia.

Tačiau jų nuomonė vargu ar turėtų būti laikoma autoritetinga. Kuriant ITER dalyvavo fizikai, kelis dešimtmečius dirbantys su toroidiniais spąstais. Eksperimentinio termobranduolinio reaktoriaus Karadaše konstrukcija buvo pagrįsta visomis žiniomis, įgytomis eksperimentuojant su dešimtimis pirmtakų tokamakų. Ir šie rezultatai rodo, kad reaktorius turi būti tokamakas ir tuo pačiu didelis.

JET Šiuo metu sėkmingiausiu tokamaku galima laikyti JET, kurį ES pastatė Didžiosios Britanijos Abingdono mieste. Tai didžiausias iki šiol sukurtas tokamako tipo reaktorius, kurio didelis plazminio toro spindulys siekia 2,96 metro. Termobranduolinės reakcijos galia jau pasiekė daugiau nei 20 megavatų, o sulaikymo laikas yra iki 10 sekundžių. Reaktorius grąžina apie 40% energijos, įdėtos į plazmą.

Būtent plazmos fizika lemia energijos balansą“, – Infox.ru sakė Igoris Semenovas. MIPT docentas apibūdino, kas yra energijos balansas, pateikdamas paprastą pavyzdį: „Mes visi matėme ugnį. Tiesą sakant, ten dega ne mediena, o dujos. Energijos grandinė ten tokia: dega dujos, malkos įkaista, mediena išgaruoja, dujos vėl dega. Todėl, jei mes įmesime vandenį į ugnį, mes staiga paimsime energiją iš sistemos skysto vandens faziniam perėjimui į garų būseną. Likutis taps neigiamas ir ugnis užges. Yra ir kitas būdas – galime tiesiog paimti ugnies ženklus ir paskleisti juos erdvėje. Ugnis taip pat užges. Tas pats yra termobranduoliniame reaktoriuje, kurį statome. Matmenys parenkami taip, kad būtų sukurtas tinkamas teigiamas šio reaktoriaus energijos balansas. Pakanka ateityje pastatyti tikrą atominę elektrinę, šiame eksperimentiniame etape išsprendžiant visas šiuo metu neišspręstas problemas.

Vieną kartą buvo pakeisti reaktoriaus matmenys. Tai atsitiko XX–XXI amžių sandūroje, kai JAV pasitraukė iš projekto, o likę nariai suprato, kad ITER biudžetas (tuo metu buvo įvertintas 10 mlrd. JAV dolerių) yra per didelis. Fizikai ir inžinieriai turėjo sumažinti įrengimo išlaidas. Ir tai buvo galima padaryti tik dėl dydžio. ITER „perprojektavimui“ vadovavo prancūzų fizikas Robertas Aymaras, anksčiau dirbęs prie prancūziško Tore Supra tokamako Karadaše. Išorinis plazminio toro spindulys sumažintas nuo 8,2 iki 6,3 metro. Tačiau riziką, susijusią su dydžio sumažėjimu, iš dalies kompensavo keli papildomi superlaidūs magnetai, kurie leido įgyvendinti tuo metu atvirą ir ištirtą plazmos uždarymo režimą.

ITER (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor, "International Experimental Thermonuclear Reactor") yra didelio masto mokslinis ir techninis projektas, kurio tikslas - pastatyti pirmąjį tarptautinį eksperimentinį termobranduolinį reaktorių.

Įgyvendino septyni pagrindiniai partneriai (Europos Sąjunga, Indija, Kinija, Korėjos Respublika, Rusija, JAV, Japonija) Kadaraše (Provanso-Alpių-Žydrojo kranto regionas, Prancūzija). ITER pagrįstas tokamako instaliacija (pavadinta pagal pirmąsias jo raides: toroidinė kamera su magnetinėmis ritėmis), kuri laikoma perspektyviausiu įrenginiu valdomai termobranduolinei sintezei vykdyti. Pirmasis tokamakas buvo pastatytas Sovietų Sąjungoje 1954 m.

Projekto tikslas – parodyti, kad sintezės energija gali būti naudojama pramoniniu mastu. ITER turėtų generuoti energiją per sintezės reakciją su sunkiaisiais vandenilio izotopais aukštesnėje nei 100 milijonų laipsnių temperatūroje.

Spėjama, kad 1 g kuro (deuterio ir tričio mišinys), kuris bus naudojamas įrenginyje, suteiks tiek pat energijos, kiek 8 tonos naftos. Numatoma ITER termobranduolinė galia yra 500 MW.

Specialistai teigia, kad tokio tipo reaktorius yra daug saugesnis nei dabartinės atominės elektrinės (AE), o jūros vanduo jam gali suteikti kuro beveik neribotais kiekiais. Taigi sėkmingas ITER įgyvendinimas bus neišsenkantis aplinkai nekenksmingos energijos šaltinis.

Projekto istorija

Reaktoriaus koncepcija buvo sukurta Atominės energetikos institute. I.V.Kurčatova. 1978 metais SSRS Tarptautinėje atominės energijos agentūroje (TATENA) iškėlė idėją įgyvendinti projektą. Susitarimas dėl projekto įgyvendinimo buvo pasiektas 1985 metais Ženevoje SSRS ir JAV derybų metu.

Vėliau programą patvirtino TATENA. 1987 m. projektas gavo dabartinį pavadinimą, o 1988 m. buvo sukurtas valdymo organas - ITER taryba. 1988-1990 metais Sovietų, Amerikos, Japonijos ir Europos mokslininkai ir inžinieriai atliko konceptualų projekto tyrimą.

1992 m. liepos 21 d. Vašingtone ES, Rusija, JAV ir Japonija pasirašė susitarimą dėl ITER techninio projekto rengimo, kuris buvo baigtas 2001 m. 2002–2005 m. Prie projekto prisijungė Pietų Korėja, Kinija ir Indija. Susitarimas dėl pirmojo tarptautinio eksperimentinio branduolių sintezės reaktoriaus statybos buvo pasirašytas Paryžiuje 2006 m. lapkričio 21 d.

Po metų, 2007 m. lapkričio 7 d., buvo pasirašyta sutartis dėl ITER statybos aikštelės, pagal kurią reaktorius bus pastatytas Prancūzijoje, Kadarašo branduoliniame centre netoli Marselio. Valdymo ir duomenų apdorojimo centras bus įsikūręs Nakoje (Ibarakio prefektūra, Japonija).

Statybos aikštelė Kadarache buvo pradėta rengti 2007 m. sausį, o visos statybos prasidėjo 2013 m. Kompleksas išsidės 180 hektarų plote. 60 m aukščio ir 23 tūkst. tonų sveriantis reaktorius bus įrengtas 1 km ilgio ir 400 m pločio aikštelėje, jo statybos darbus koordinuoja 2007 metų spalį sukurta tarptautinė organizacija ITER.

Projekto kaina siekia 15 milijardų eurų, iš kurių ES (per Euratomą) – 45,4%, o kiti šeši dalyviai (įskaitant Rusijos Federaciją) – po 9,1%. Nuo 1994 metų projekte pagal Rusijos kvotą dalyvauja ir Kazachstanas.

Reaktoriaus elementai bus atgabenti laivu į Prancūzijos Viduržemio jūros pakrantę, o iš ten specialiais karavanais gabenami į Kadarašo regioną. Tuo tikslu 2013 metais buvo gerokai pertvarkytos esamų kelių atkarpos, sutvirtinti tiltai, nutiestos naujos perėjos ir takai su ypač tvirta danga. 2014–2019 metais įtvirtintu keliu turėtų važiuoti mažiausiai trys dešimtys itin sunkiųjų autotraukinių.

Novosibirske bus kuriamos ITER plazminės diagnostikos sistemos. Sutartį dėl to 2014 m. sausio 27 d. pasirašė Tarptautinės organizacijos ITER direktorius Osamu Motojima ir nacionalinės agentūros ITER Rusijos Federacijoje vadovas Anatolijus Krasilnikovas.

Diagnostikos komplekso plėtra pagal naująją sutartį vykdoma pavadinto Fizikos-technikos instituto pagrindu. A.F.Ioffas, Rusijos mokslų akademija.

Numatoma, kad reaktorius pradės veikti 2020 m., pirmosios branduolių sintezės reakcijos jame bus atliktos ne anksčiau kaip 2027 m. 2037 m. planuojama baigti eksperimentinę projekto dalį ir iki 2040 m. pereiti prie elektros gamybos . Preliminariais ekspertų prognozėmis, pramoninė reaktoriaus versija bus paruošta ne anksčiau kaip 2060 m., o serija tokio tipo reaktorių gali būti sukurta tik iki XXI amžiaus pabaigos.

Ar reikalinga termobranduolinė energija?

Šiame civilizacijos vystymosi etape galime drąsiai teigti, kad žmonija susiduria su „energijos iššūkiu“. Taip yra dėl kelių pagrindinių veiksnių:

— Žmonija dabar sunaudoja didžiulį kiekį energijos.

Šiuo metu pasaulyje sunaudojama apie 15,7 teravatų (TW). Padalijus šią vertę iš planetos gyventojų skaičiaus, vienam žmogui gauname maždaug 2400 vatų, kuriuos galima nesunkiai įvertinti ir įsivaizduoti. Kiekvieno Žemės gyventojo (įskaitant vaikus) suvartojama energija atitinka 24 100 vatų elektros lempų veikimą visą parą.

— Pasaulio energijos suvartojimas sparčiai didėja.

Tarptautinės energetikos agentūros (2006 m.) duomenimis, iki 2030 m. pasaulio energijos suvartojimas turėtų padidėti 50 proc.

— Šiuo metu 80 % pasaulyje suvartojamos energijos sukuriama deginant iškastinį kurą (naftą, anglį ir dujas).), kurių naudojimas gali sukelti katastrofiškų aplinkos pokyčių pavojų.

Saudo arabų tarpe populiarus toks pokštas: „Mano tėvas jojo kupranugariais. Gavau mašiną, o sūnus jau skrenda lėktuvu. Bet dabar jo sūnus vėl jodins ant kupranugario“.

Panašu, kad taip ir yra, nes visos rimtos prognozės teigia, kad pasaulio naftos atsargos beveik baigsis maždaug po 50 metų.

Net remiantis JAV geologijos tarnybos skaičiavimais (ši prognozė yra daug optimistiškesnė nei kitos), pasaulio naftos gavybos augimas išliks ne ilgiau kaip ateinančius 20 metų (kiti ekspertai prognozuoja, kad gavybos pikas bus pasiektas per 5-10 metų). metų), po to išgaunamos naftos kiekis pradės mažėti maždaug 3% per metus. Gamtinių dujų gamybos perspektyvos atrodo ne ką geresnės. Paprastai sakoma, kad anglies užteks dar 200 metų, tačiau ši prognozė remiasi esamo gamybos ir vartojimo lygio palaikymu. Tuo tarpu anglies suvartojimas dabar didėja 4,5% per metus, o tai iš karto sumažina minėtą 200 metų laikotarpį iki vos 50 metų.

Taigi dabar turėtume pasiruošti iškastinio kuro naudojimo eros pabaigai.

Deja, šiuo metu egzistuojantys alternatyvūs energijos šaltiniai nepajėgūs patenkinti augančių žmonijos poreikių. Optimistiškiausiais vertinimais, iš išvardytų šaltinių didžiausias energijos kiekis (nurodytu šiluminiu ekvivalentu) yra tik 3 TW (vėjo), 1 TW (vandens), 1 TW (biologiniai šaltiniai) ir 100 GW (geoterminiai ir jūriniai). augalai). Bendras papildomos energijos kiekis (net ir šioje optimaliausioje prognozėje) yra tik apie 6 TW. Verta paminėti, kad naujų energijos šaltinių kūrimas yra labai sudėtinga techninė užduotis, todėl jų gaminamos energijos kaina bet kokiu atveju bus didesnė nei įprastai deginant anglį ir pan. Atrodo visiškai akivaizdu, kad

žmonija turi ieškoti kažkokių kitų energijos šaltinių, kuriems šiuo metu realiai galima svarstyti tik Saulę ir termobranduolinės sintezės reakcijas.

Saulė potencialiai yra beveik neišsenkantis energijos šaltinis. Energijos kiekis, pasiekiantis vos 0,1 % planetos paviršiaus, prilygsta 3,8 TW (net jei konvertuojama tik 15 % efektyvumo). Problema slypi mūsų nesugebėjime pagauti ir konvertuoti šios energijos, kuri yra susijusi tiek su didelėmis saulės baterijų kainomis, tiek su kaupimo, saugojimo ir tolimesnio gautos energijos perdavimo į reikiamus regionus problemomis.

Šiuo metu atominės elektrinės dideliu mastu gamina energiją, išsiskiriančią vykstant atomų branduolių dalijimosi reakcijoms. Manau, kad tokių stočių kūrimas ir plėtra turėtų būti skatinama visais įmanomais būdais, tačiau reikia atsižvelgti į tai, kad vienos iš svarbiausių medžiagų joms eksploatuoti (pigaus urano) atsargos taip pat gali būti visiškai išnaudotos. ateinančius 50 metų.

Kita svarbi vystymosi kryptis – branduolių sintezės (branduolinės sintezės) panaudojimas, kuris dabar yra pagrindinė išsigelbėjimo viltis, nors pirmųjų termobranduolinių elektrinių sukūrimo laikas lieka neaiškus. Ši paskaita skirta šiai temai.

Kas yra branduolių sintezė?

Branduolio sintezė, kuri yra Saulės ir žvaigždžių egzistavimo pagrindas, potencialiai yra neišsenkantis energijos šaltinis Visatos vystymuisi apskritai. Eksperimentai, atlikti Rusijoje (Rusija yra Tokamako termobranduolinės elektrinės gimtinė), JAV, Japonijoje, Vokietijoje, taip pat JK pagal Jungtinę Europos Torus (JET) programą, kuri yra viena iš pirmaujančių mokslinių tyrimų programų. pasaulyje, parodyti, kad branduolių sintezė gali užtikrinti ne tik dabartinius žmonijos energijos poreikius (16 TW), bet ir daug didesnį energijos kiekį.

Branduolinės sintezės energija yra labai reali, o pagrindinis klausimas – ar galime sukurti pakankamai patikimas ir ekonomiškas sintezės jėgaines.

Branduolinės sintezės procesai – tai reakcijos, kurių metu lengvieji atomų branduoliai susilieja į sunkesnius, išskiriant tam tikrą energijos kiekį.

Visų pirma, tarp jų reikėtų pažymėti Žemėje labai paplitusią dviejų vandenilio izotopų (deuterio ir tričio) reakciją, dėl kurios susidaro helis ir išsiskiria neutronas. Reakciją galima parašyti taip:

D + T = 4 He + n + energija (17,6 MeV).

Išsiskyrusi energija, atsirandanti dėl to, kad helis-4 turi labai stiprius branduolinius ryšius, paverčiama įprasta kinetine energija, paskirstoma tarp neutrono ir helio-4 branduolio santykiu 14,1 MeV/3,5 MeV.

Norint inicijuoti (uždegti) sintezės reakciją, reikia visiškai jonizuoti ir pašildyti dujas iš deuterio ir tričio mišinio iki aukštesnės nei 100 milijonų laipsnių Celsijaus (žymėsime M laipsniais), kuri yra maždaug penkis kartus aukštesnė. nei temperatūra Saulės centre. Jau esant kelių tūkstančių laipsnių temperatūrai, tarpatominiai susidūrimai sukelia elektronų išmušimą iš atomų, todėl susidaro atskirtų branduolių ir elektronų mišinys, žinomas kaip plazma, kuriame teigiamai įkrauti ir labai energingi deuteronai ir tritonai (tai yra deuteris). ir tričio branduoliai) patiria stiprų abipusį atstūmimą. Tačiau aukšta plazmos temperatūra (ir su ja susijusi didelė jonų energija) leidžia šiems deuterio ir tričio jonams įveikti Kulono atstūmimą ir susidurti vienas su kitu. Esant aukštesnei nei 100 M laipsnių temperatūrai, „energiškiausi“ deuteronai ir tritonai susilieja tokiais artimais atstumais, kad tarp jų pradeda veikti galingos branduolinės jėgos, priversdamos juos sujungti vienas su kitu į vieną visumą.

Atliekant šį procesą laboratorijoje, iškyla trys labai sudėtingos problemos. Visų pirma, branduolių D ir T dujų mišinys turi būti įkaitintas iki aukštesnės nei 100 M laipsnių temperatūros, kažkaip neleidžiant jam atvėsti ir užsiteršti (dėl reakcijų su indo sienelėmis).

Norėdami išspręsti šią problemą, buvo išrasti „magnetiniai spąstai“, vadinami Tokamak, kurie neleidžia plazmai sąveikauti su reaktoriaus sienelėmis.

Taikant aprašytą metodą, plazma kaitinama elektros srove, tekančia toro viduje, iki maždaug 3 M laipsnių, tačiau to vis dar nepakanka reakcijai inicijuoti. Norint papildomai pašildyti plazmą, energija į ją arba „siurbiama“ radijo dažnio spinduliuote (kaip mikrobangų krosnelėje), arba įpurškiami didelės energijos neutralių dalelių pluoštai, kurie susidūrimų metu perduoda savo energiją plazmai. Be to, šilumos išsiskyrimas atsiranda dėl pačių termobranduolinių reakcijų (kaip bus aptarta toliau), dėl kurių plazma turėtų „užsidegti“ pakankamai dideliame įrenginyje.

Šiuo metu Prancūzijoje pradedamas statyti toliau aprašytas tarptautinis eksperimentinis termobranduolinis reaktorius ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), kuris bus pirmasis Tokamakas, galintis „uždegti“ plazmą.

Pažangiausiuose esamuose Tokamako tipo įrenginiuose jau seniai buvo pasiekta apie 150 M laipsnių temperatūra, artima termobranduolinės stoties darbui reikalingoms vertėms, tačiau ITER reaktorius turėtų tapti pirmąja didelio masto jėgaine. gamykla, skirta ilgalaikiam darbui. Ateityje reikės žymiai pagerinti jo veikimo parametrus, o tam visų pirma reikės padidinti slėgį plazmoje, nes branduolių sintezės greitis tam tikroje temperatūroje yra proporcingas kvadratui spaudimas.

Pagrindinė mokslinė problema šiuo atveju susijusi su tuo, kad padidėjus slėgiui plazmoje, atsiranda labai sudėtingi ir pavojingi nestabilumai, tai yra nestabilūs darbo režimai.

Sintezės reakcijos metu atsirandantys elektra įkrauti helio branduoliai yra laikomi „magnetinėse spąstuose“, kur dėl susidūrimų su kitomis dalelėmis jie palaipsniui sulėtėja, o susidūrimų metu išsiskirianti energija padeda palaikyti aukštą plazmos laido temperatūrą. Neutralūs (neturintys elektros krūvio) neutronai palieka sistemą ir perduoda savo energiją reaktoriaus sienoms, o iš sienų paimama šiluma yra energijos šaltinis turbinoms, gaminančioms elektrą, veikti. Tokio įrenginio eksploatavimo problemos ir sunkumai pirmiausia yra susiję su tuo, kad galingas didelės energijos neutronų srautas ir išsiskirianti energija (elektromagnetinės spinduliuotės ir plazmos dalelių pavidalu) rimtai veikia reaktorių ir gali sunaikinti. medžiagos, iš kurių jis pagamintas.

Dėl šios priežasties termobranduolinių įrenginių projektavimas yra labai sudėtingas. Fizikai ir inžinieriai susiduria su užduotimi užtikrinti aukštą savo darbo patikimumą. Projektuojant ir statant termobranduolines stotis reikia išspręsti daugybę įvairių ir labai sudėtingų technologinių problemų.

Šiluminės elektrinės projektavimas

Paveikslėlyje parodyta termobranduolinės elektrinės įrenginio ir veikimo principo schema (ne pagal mastelį). Centrinėje dalyje yra ~ 2000 m 3 tūrio toroidinė (spurgos formos) kamera, užpildyta tričio-deuterio (T-D) plazma, įkaitinta iki aukštesnės nei 100 M laipsnių temperatūros. Sintezės reakcijos metu susidarę neutronai išeina iš „magnetinių spąstų“ ir patenka į paveikslėlyje pavaizduotą apie 1 m storio apvalkalą.

Korpuso viduje neutronai susiduria su ličio atomais, todėl vyksta reakcija, kurios metu susidaro tritis:

neutronas + litis = helis + tritis.

Be to, sistemoje vyksta konkuruojančios reakcijos (nesusidarant tričiui), taip pat daug reakcijų, kai išsiskiria papildomi neutronai, dėl kurių taip pat susidaro tritis (šiuo atveju gali atsirasti papildomų neutronų išsiskyrimo). žymiai sustiprintas, pavyzdžiui, į apvalkalą įvedant atomus berilio ir švino). Bendra išvada yra tokia, kad šiame įrenginyje (bent jau teoriškai) gali vykti branduolių sintezės reakcija, kurios metu susidarytų tritis. Tokiu atveju gaminamas tričio kiekis turėtų ne tik patenkinti paties įrenginio poreikius, bet ir būti dar kiek didesnis, o tai leis naujus įrenginius aprūpinti tričiu.

Būtent ši veikimo koncepcija turi būti išbandyta ir įdiegta toliau aprašytame ITER reaktoriuje.

Neutronai turėtų įkaitinti apvalkalą vadinamuosiuose bandomuosiuose įrenginiuose (kuriuose bus naudojamos santykinai „įprastos“ statybinės medžiagos) iki maždaug 400 laipsnių temperatūros. Ateityje planuojama sukurti patobulintus įrenginius, kurių korpuso įkaitimo temperatūra viršytų 1000 laipsnių, tai būtų galima pasiekti naudojant naujausias didelio stiprumo medžiagas (pavyzdžiui, silicio karbido kompozitus). Korpuse susidariusią šilumą, kaip ir įprastose stotyse, paima pirminis aušinimo kontūras su aušinimo skysčiu (kuriame yra, pavyzdžiui, vandens arba helio) ir perduodama antriniam kontūrui, kur gaminamas vandens garas ir tiekiamas į turbinas.

Pagrindinis branduolių sintezės privalumas yra tas, kad jai reikia tik labai nedidelio kiekio medžiagų, kurios gamtoje yra labai paplitusios kaip kuras.

Branduolinės sintezės reakcija aprašytuose įrenginiuose gali sukelti milžinišką energijos kiekį, dešimt milijonų kartų didesnį nei standartinė šiluma, išsiskirianti vykstant įprastoms cheminėms reakcijoms (pvz., deginant iškastinį kurą). Palyginimui nurodome, kad 1 gigavato (GW) šiluminės elektrinės energijai gaminti reikalingas anglies kiekis yra 10 000 tonų per dieną (dešimt geležinkelio vagonų), o tokios pat galios termobranduolinės sintezės jėgainė sunaudos tik apie 1 kg D+ mišinio per dieną T.

Deuteris yra stabilus vandenilio izotopas; Maždaug vienoje iš 3350 paprasto vandens molekulių vienas iš vandenilio atomų yra pakeistas deuteriu (palikimas iš Didžiojo Visatos sprogimo). Šis faktas leidžia lengvai organizuoti gana pigią reikiamo kiekio deuterio gamybą iš vandens. Sunkiau gauti tričio, kuris yra nestabilus (pusėjimo laikas yra apie 12 metų, todėl jo kiekis gamtoje yra nereikšmingas), tačiau, kaip parodyta aukščiau, tritis bus gaminamas tiesiogiai termobranduolinio įrenginio viduje eksploatacijos metu. dėl neutronų reakcijos su ličiu.

Taigi pradinis branduolių sintezės reaktoriaus kuras yra litis ir vanduo.

Litis yra įprastas metalas, plačiai naudojamas buitiniuose prietaisuose (pavyzdžiui, mobiliųjų telefonų baterijose). Aukščiau aprašytas įrenginys, net ir įvertinus ne idealų efektyvumą, galės pagaminti 200 000 kWh elektros energijos, o tai prilygsta energijai, esančiai 70 tonų anglies. Tam reikalingas ličio kiekis yra vienoje kompiuterio baterijoje, o deuterio – 45 litrais vandens. Aukščiau pateikta vertė atitinka dabartinį elektros suvartojimą (skaičiuojant vienam asmeniui) ES šalyse per 30 metų. Pats faktas, kad toks nežymus ličio kiekis gali užtikrinti tokį elektros energijos kiekį (be CO 2 emisijų ir be menkiausios oro taršos), yra gana rimtas argumentas sparčiai ir energingai plėtoti termobranduolinės energetikos plėtros tyrimus. energijos (nepaisant visų sunkumų ir problemų) net ir turint ilgalaikę perspektyvą sukurti ekonomišką termobranduolinį reaktorių.

Deuterio turėtų užtekti milijonams metų, o lengvai iškasamo ličio atsargų visiškai pakanka šimtų metų poreikiams patenkinti.

Net jei uolienose baigiasi ličio kiekis, galime jį išgauti iš vandens, kur jo koncentracija yra pakankamai didelė (100 kartų didesnė už urano koncentraciją), kad jo išgavimas būtų ekonomiškai pagrįstas.

Sintezės energija žmonijai iš principo ne tik žada galimybę ateityje pagaminti didžiulius energijos kiekius (be CO 2 emisijų ir oro taršos), bet ir turi nemažai kitų privalumų.

1 ) Aukštas vidaus saugumas.

Termobranduoliniuose įrenginiuose naudojama plazma yra labai mažo tankio (apie milijoną kartų mažesnė už atmosferos tankį), dėl to įrenginių eksploatacinėje aplinkoje niekada nebus pakankamai energijos, kad būtų galima sukelti rimtų incidentų ar avarijų.

Be to, krovimas „kuru“ turi būti vykdomas nuolat, o tai leidžia lengvai sustabdyti jo veikimą, jau nekalbant apie tai, kad įvykus avarijai ir staigiai pasikeitus aplinkos sąlygoms termobranduolinė „liepsna“ turėtų tiesiog išeiti.

Kokie pavojai siejami su termobranduoline energija? Pirma, verta paminėti, kad nors sintezės produktai (helis ir neutronai) nėra radioaktyvūs, reaktoriaus apvalkalas gali tapti radioaktyvus ilgai apšvitinant neutronais.

Antra, tritis yra radioaktyvus ir jo pusinės eliminacijos laikas yra palyginti trumpas (12 metų). Tačiau nors naudojamos plazmos tūris yra didelis, dėl mažo tankio joje yra tik labai mažas tričio kiekis (bendras svoris apie dešimt pašto ženklų). Štai kodėl

net ir pačiomis sunkiausiomis situacijomis ir nelaimingais atsitikimais (visiškas korpuso sunaikinimas ir viso jame esančio tričio išleidimas, pavyzdžiui, žemės drebėjimo ir lėktuvo katastrofos stotyje metu) į korpusą pateks tik nedidelis degalų kiekis. aplinka, dėl kurios nereikės evakuoti gyventojų iš šalia esančių apgyvendintų vietovių.

2 ) Energijos kaina.

Tikimasi, kad vadinamoji „vidinė“ gautos elektros kaina (pačios gamybos savikaina) taps priimtina, jei ji sudarys 75% rinkoje jau esančios kainos. „Įperkama“ šiuo atveju reiškia, kad kaina bus mažesnė už energijos, pagamintos naudojant seną angliavandenilių kurą, kainą. „Išorinės“ sąnaudos (šalutinis poveikis, poveikis visuomenės sveikatai, klimatui, ekologijai ir kt.) iš esmės bus lygus nuliui.

Tarptautinis eksperimentinis termobranduolinis reaktorius ITER

Kitas pagrindinis žingsnis yra pastatyti ITER reaktorių, skirtą parodyti, kad galima uždegti plazmą ir tuo remiantis gauti bent dešimt kartų daugiau energijos (palyginti su energija, sunaudota plazmai šildyti). ITER reaktorius bus eksperimentinis įrenginys, kuriame net nebus įrengtos turbinos elektrai gaminti ir jos panaudojimo įrenginiai. Jo kūrimo tikslas – ištirti sąlygas, kurios turi būti tenkinamos eksploatuojant tokias jėgaines, taip pat tuo pagrindu sukurti realias, ekonomiškai perspektyvias elektrines, kurios, matyt, savo dydžiu turėtų viršyti ITER. Norint sukurti tikrus branduolių sintezės jėgainių prototipus (ty elektrines, kuriose yra pilnai įrengtos turbinos ir pan.), reikia išspręsti šias dvi problemas. Pirma, būtina toliau kurti naujas medžiagas (galinčias atlaikyti aprašytas labai atšiaurias eksploatavimo sąlygas) ir išbandyti jas pagal toliau aprašytas specialias IFMIF (International Fusion Irradiation Facility) įrangos taisykles. Antra, reikia išspręsti daugybę grynai techninių problemų ir kurti naujas technologijas, susijusias su nuotoliniu valdymu, šildymu, apmušalų projektavimu, kuro ciklais ir kt.

Paveikslėlyje parodytas ITER reaktorius, kuris už didžiausią šiandienos JET instaliaciją pranoksta ne tik visais linijiniais matmenimis (apie du kartus), bet ir jame naudojamų magnetinių laukų bei plazma tekančių srovių dydžiu.

Šio reaktoriaus sukūrimo tikslas – pademonstruoti bendrų fizikų ir inžinierių pastangų, statant didelio masto branduolių sintezės jėgainę, galimybes.

Projektuotojų planuojama instaliacinė galia – 500 MW (su energijos sąnaudomis sistemos įvade tik apie 50 MW). 3

ITER įrenginį kuria konsorciumas, kurį sudaro ES, Kinija, Indija, Japonija, Pietų Korėja, Rusija ir JAV. Bendras šių šalių gyventojų skaičius sudaro apie pusę visų Žemės gyventojų, todėl projektą galima pavadinti pasauliniu atsaku į globalų iššūkį. Pagrindiniai ITER reaktoriaus komponentai ir komponentai jau sukurti ir išbandyti, o Kadaraše (Prancūzija) jau pradėtas statyti. Reaktoriaus paleidimas planuojamas 2020 m., o deuterio-tričio plazmos gamyba – 2027 m., nes reaktoriaus paleidimas reikalauja ilgų ir rimtų plazmos iš deuterio ir tričio bandymų.

ITER reaktoriaus magnetinės ritės yra pagamintos iš superlaidžių medžiagų (kurios iš principo leidžia nepertraukiamai veikti tol, kol plazmoje palaikoma srovė), todėl projektuotojai tikisi užtikrinti garantuotą bent 10 minučių darbo ciklą. Akivaizdu, kad superlaidžių magnetinių ritių buvimas yra iš esmės svarbus nenutrūkstamai tikros termobranduolinės elektrinės veikimui. Superlaidžios ritės jau buvo naudojamos Tokamako tipo įrenginiuose, tačiau anksčiau tokiose didelės apimties instaliacijose, skirtose tričio plazmai, jos nebuvo naudojamos. Be to, ITER įrenginys bus pirmasis, kuris naudos ir išbandys skirtingus apvalkalo modulius, sukurtus veikti realiose stotyse, kuriose galima generuoti arba „atgauti“ tričio branduolius.

Pagrindinis įrenginio statybos tikslas – parodyti sėkmingą plazmos degimo kontrolę ir galimybę realiai gauti energijos termobranduoliniuose įrenginiuose esant esamam technologijų išsivystymo lygiui.

Tolimesnė plėtra šia kryptimi, žinoma, pareikalaus daug pastangų siekiant pagerinti įrenginių efektyvumą, ypač jų ekonominio pagrįstumo požiūriu, kuris yra susijęs su rimtais ir ilgais tyrimais tiek ITER reaktoriuje, tiek toliau. Kiti įrenginiai. Tarp priskirtų užduočių reikėtų ypač pabrėžti šias tris:

1) Būtina parodyti, kad esamas mokslo ir technologijų lygis jau leidžia gauti 10 kartų didesnį energijos kiekį (palyginti su tuo, kuris sunaudojamas procesui palaikyti) kontroliuojamo branduolių sintezės procese. Reakcija turi vykti be pavojingų nestabilių sąlygų, be perkaitimo ir konstrukcinių medžiagų pažeidimo, be plazmos užteršimo priemaišomis. Kai branduolių sintezės energijos galia sudaro maždaug 50 % plazmos šildymo galios, šie tikslai jau buvo pasiekti atliekant eksperimentus mažuose įrenginiuose, tačiau sukūrus ITER reaktorių bus patikrintas valdymo metodų patikimumas daug didesniame įrenginyje, kuris gamina daug. daugiau energijos per ilgą laiką. ITER reaktorius skirtas išbandyti ir susitarti dėl reikalavimų būsimam branduolių sintezės reaktoriui, o jo statyba yra labai sudėtinga ir įdomi užduotis.

2) Būtina ištirti slėgio plazmoje didinimo metodus (prisiminti, kad reakcijos greitis tam tikroje temperatūroje yra proporcingas slėgio kvadratui), kad būtų išvengta pavojingų nestabilių plazmos elgesio režimų. Šios krypties tyrimų sėkmė arba užtikrins reaktoriaus darbą esant didesniam plazmos tankiui, arba sumažins generuojamų magnetinių laukų stiprumo reikalavimus, o tai ženkliai sumažins reaktoriaus gaminamos elektros savikainą.

3) Bandymai turi patvirtinti, kad galima realiai užtikrinti nuolatinį reaktoriaus veikimą stabiliu režimu (ekonominiu ir techniniu požiūriu šis reikalavimas atrodo labai svarbus, jei ne pagrindinis), o įrengimas gali būti pradėtas be didžiulių energijos sąnaudas. Tyrėjai ir dizaineriai labai tikisi, kad „nepertraukiamą“ elektromagnetinės srovės tekėjimą per plazmą gali užtikrinti jos generavimas plazmoje (dėl aukšto dažnio spinduliuotės ir greitųjų atomų įpurškimo).

Šiuolaikinis pasaulis susiduria su labai rimtu energetikos iššūkiu, kurį tiksliau galima pavadinti „neaiškia energijos krize“.

Šiuo metu beveik visa žmonijos suvartojama energija sukuriama deginant iškastinį kurą, o problemos sprendimas gali būti siejamas su saulės energijos ar branduolinės energijos panaudojimu (greitųjų neutroninių reaktorių kūrimu ir pan.). Pasaulinė problema, kurią sukelia augantis besivystančių šalių gyventojų skaičius ir poreikis gerinti gyvenimo lygį bei didinti gaminamos energijos kiekį, negali būti išspręsta remiantis vien šiais metodais, nors, žinoma, bet kokie bandymai sukurti alternatyvius energijos gamybos būdus. turėtų būti skatinamas.

Jei termobranduolinės energetikos plėtros kelyje nėra didelių ir netikėtų netikėtumų, tada pagal parengtą pagrįstą ir tvarkingą veiksmų programą, kuri (žinoma, gerai organizuojant darbą ir pakankamai finansuojant) turėtų lemti kūrimą. termobranduolinės elektrinės prototipą. Tokiu atveju maždaug po 30 metų iš jos pirmą kartą galėsime tiekti elektros srovę į energetikos tinklus, o po kiek daugiau nei 10 metų pradės veikti pirmoji komercinė termobranduolinė elektrinė. Gali būti, kad antroje šio amžiaus pusėje branduolinės sintezės energija pradės keisti iškastinį kurą ir pamažu pradės vaidinti vis svarbesnį vaidmenį aprūpinant žmoniją energija pasauliniu mastu.