เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันแบบ iter Iter: วิธีสร้างเครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ทดลองระดับนานาชาติเครื่องแรก เครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ระหว่างประเทศเครื่องแรก

ITER - เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสระหว่างประเทศ (ITER)

การใช้พลังงานของมนุษย์มีการเติบโตทุกปี ซึ่งผลักดันภาคส่วนพลังงานไปสู่การพัฒนาอย่างแข็งขัน ดังนั้นด้วยการเกิดขึ้นของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ปริมาณพลังงานที่สร้างขึ้นทั่วโลกจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก ซึ่งทำให้สามารถใช้พลังงานได้อย่างปลอดภัยสำหรับทุกความต้องการของมนุษยชาติ ตัวอย่างเช่น 72.3% ของการผลิตไฟฟ้าในฝรั่งเศสมาจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ในยูเครน - 52.3% ในสวีเดน - 40.0% ในสหราชอาณาจักร - 20.4% ในรัสเซีย - 17.1% อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีไม่หยุดนิ่ง และเพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานเพิ่มเติมของประเทศในอนาคต นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานในโครงการนวัตกรรมหลายโครงการ ซึ่งหนึ่งในนั้นคือ ITER (เครื่องปฏิกรณ์ทดลองเทอร์โมนิวเคลียร์ระหว่างประเทศ)

แม้ว่าความสามารถในการทำกำไรของการติดตั้งนี้ยังคงเป็นปัญหาอยู่ ตามผลงานของนักวิจัยหลายคน การสร้างและการพัฒนาเทคโนโลยีฟิวชั่นเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ควบคุมในเวลาต่อมาอาจส่งผลให้เกิดแหล่งพลังงานที่ทรงพลังและปลอดภัย ลองดูด้านบวกบางประการของการติดตั้งดังกล่าว:

• เชื้อเพลิงหลักของเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัสคือไฮโดรเจนซึ่งหมายถึงเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ไม่มีวันหมดสิ้น
• ไฮโดรเจนสามารถผลิตได้โดยการแปรรูปน้ำทะเล ซึ่งมีอยู่ในประเทศส่วนใหญ่ จากนี้ไปจะไม่สามารถเกิดการผูกขาดทรัพยากรเชื้อเพลิงได้
• ความน่าจะเป็นของการระเบิดฉุกเฉินระหว่างการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัสนั้นน้อยกว่าในระหว่างการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มาก ตามที่นักวิจัยระบุว่า แม้ในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ การปล่อยรังสีจะไม่เป็นอันตรายต่อประชากร ซึ่งหมายความว่าไม่จำเป็นต้องอพยพ
• เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันต่างจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ตรงที่จะผลิตกากกัมมันตภาพรังสีซึ่งมีครึ่งชีวิตสั้น ซึ่งหมายความว่ามันจะสลายตัวเร็วขึ้น นอกจากนี้ยังไม่มีผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ในเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัส
• เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันไม่ต้องการวัสดุที่ใช้สำหรับอาวุธนิวเคลียร์เช่นกัน สิ่งนี้จะช่วยลดความเป็นไปได้ในการปกปิดการผลิตอาวุธนิวเคลียร์โดยการแปรรูปวัสดุตามความต้องการของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัส - มุมมองจากภายใน

อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อบกพร่องทางเทคนิคหลายประการที่นักวิจัยพบอยู่ตลอดเวลา

ตัวอย่างเช่นเชื้อเพลิงรุ่นปัจจุบันที่นำเสนอในรูปแบบของส่วนผสมของดิวเทอเรียมและไอโซโทปจำเป็นต้องมีการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ตัวอย่างเช่น ในตอนท้ายของการทดสอบชุดแรกที่เครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ JET ซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์ที่ใหญ่ที่สุดจนถึงปัจจุบัน เครื่องปฏิกรณ์มีกัมมันตภาพรังสีมากจนต้องมีการพัฒนาระบบบำรุงรักษาหุ่นยนต์พิเศษเพิ่มเติมเพื่อทำการทดลองให้เสร็จสิ้น ปัจจัยที่น่าผิดหวังอีกประการหนึ่งในการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัสคือประสิทธิภาพ - 20% ในขณะที่ประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อยู่ที่ 33-34% และโรงไฟฟ้าพลังความร้อนคือ 40%

การสร้างโครงการ ITER และการเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์

โครงการ ITER ย้อนกลับไปในปี 1985 เมื่อสหภาพโซเวียตเสนอให้มีการสร้าง tokamak ซึ่งเป็นห้องวงแหวนที่มีขดลวดแม่เหล็กซึ่งสามารถกักเก็บพลาสมาได้โดยใช้แม่เหล็ก ทำให้เกิดเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์แสนสาหัสที่จะเกิดขึ้น ในปี 1992 ได้มีการลงนามข้อตกลงสี่ฝ่ายเกี่ยวกับการพัฒนา ITER โดยมีสหภาพยุโรป สหรัฐอเมริกา รัสเซีย และญี่ปุ่น ในปี 1994 สาธารณรัฐคาซัคสถานเข้าร่วมโครงการในปี 2544 - แคนาดาในปี 2546 - เกาหลีใต้และจีนในปี 2548 - อินเดีย ในปี พ.ศ. 2548 ได้มีการกำหนดสถานที่สำหรับการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ - ศูนย์วิจัยพลังงานนิวเคลียร์ Cadarache ประเทศฝรั่งเศส

การก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์เริ่มต้นด้วยการเตรียมหลุมสำหรับวางรากฐาน ดังนั้นพารามิเตอร์ของหลุมคือ 130 x 90 x 17 เมตร โทคามักคอมเพล็กซ์ทั้งหมดจะมีน้ำหนัก 360,000 ตัน โดยโทคามัก 23,000 ตันเอง

องค์ประกอบต่างๆ ของ ITER complex จะได้รับการพัฒนาและส่งมอบไปยังสถานที่ก่อสร้างจากทั่วทุกมุมโลก ดังนั้นในปี 2559 ตัวนำบางส่วนสำหรับคอยล์โปลอยด์จึงได้รับการพัฒนาในรัสเซีย จากนั้นจึงถูกส่งไปยังประเทศจีน ซึ่งจะผลิตคอยล์เอง

เห็นได้ชัดว่างานขนาดใหญ่ดังกล่าวไม่ใช่เรื่องง่ายเลยในการจัดระเบียบ หลายประเทศล้มเหลวซ้ำแล้วซ้ำเล่าในการติดตามกำหนดการของโครงการอันเป็นผลมาจากการที่การเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์ถูกเลื่อนออกไปอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นตามข้อความในเดือนมิถุนายนของปีที่แล้ว (2559): “มีการวางแผนการรับ plasma ตัวแรกในเดือนธันวาคม 2568”

กลไกการทำงานของ ITER tokamak

คำว่า "tokamak" มาจากคำย่อของรัสเซีย ซึ่งแปลว่า "ห้องวงแหวนที่มีขดลวดแม่เหล็ก"

หัวใจของโทคามัคคือห้องสุญญากาศที่มีรูปทรงพรู ภายในภายใต้อุณหภูมิและความดันที่รุนแรง ก๊าซเชื้อเพลิงไฮโดรเจนจะกลายเป็นพลาสมา ซึ่งเป็นก๊าซร้อนที่มีประจุไฟฟ้า ดังที่ทราบกันดีว่าสสารของดาวฤกษ์นั้นแสดงด้วยพลาสมา และปฏิกิริยาแสนสาหัสในแกนกลางสุริยะเกิดขึ้นอย่างแม่นยำภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิและความดันสูงขึ้น เงื่อนไขที่คล้ายกันสำหรับการก่อตัว การกักเก็บ การบีบอัด และการให้ความร้อนของพลาสมานั้นถูกสร้างขึ้นโดยขดลวดแม่เหล็กขนาดใหญ่ที่อยู่รอบภาชนะสุญญากาศ อิทธิพลของแม่เหล็กจะจำกัดพลาสมาร้อนจากผนังของภาชนะ

ก่อนเริ่มกระบวนการ อากาศและสิ่งสกปรกจะถูกกำจัดออกจากห้องสุญญากาศ จากนั้นระบบแม่เหล็กที่จะช่วยควบคุมพลาสมาจะถูกชาร์จและนำเชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซเข้ามา เมื่อกระแสไฟฟ้าแรงสูงไหลผ่านถัง ก๊าซจะถูกแยกตัวทางไฟฟ้าและกลายเป็นไอออน (นั่นคือ อิเล็กตรอนออกจากอะตอม) และก่อตัวเป็นพลาสมา

เมื่ออนุภาคพลาสมาถูกกระตุ้นและชนกัน พวกมันก็เริ่มร้อนขึ้นเช่นกัน เทคนิคการให้ความร้อนช่วยทำให้พลาสมามีอุณหภูมิระหว่าง 150 ถึง 300 ล้าน°C อนุภาคที่ "ตื่นเต้น" ถึงระดับนี้สามารถเอาชนะแรงผลักแม่เหล็กไฟฟ้าตามธรรมชาติเมื่อชนกัน การชนดังกล่าวจะปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมา

การออกแบบ tokamak ประกอบด้วยองค์ประกอบดังต่อไปนี้:

ถังสุญญากาศ

(“โดนัท”) คือห้องวงแหวนที่ทำจากสแตนเลส เส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่คือ 19 ม. ตัวเล็กคือ 6 ม. และสูง 11 ม. ปริมาตรของห้องคือ 1,400 ม. 3 และน้ำหนักมากกว่า 5,000 ตัน ผนังของภาชนะสุญญากาศนั้นมีสองเท่า น้ำหล่อเย็นจะไหลเวียนระหว่างผนังซึ่งจะเป็นน้ำกลั่นน้ำ เพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของน้ำ ผนังด้านในของห้องจะได้รับการปกป้องจากรังสีกัมมันตภาพรังสีโดยใช้ผ้าห่ม

ผ้าห่ม

(“ผ้าห่ม”) – ประกอบด้วยชิ้นส่วน 440 ชิ้นที่ครอบคลุมพื้นผิวด้านในของห้อง พื้นที่จัดเลี้ยงรวม 700 ตร.ม. แต่ละชิ้นส่วนเป็นคาสเซ็ตต์ชนิดหนึ่ง ตัวเครื่องทำจากทองแดง ส่วนผนังด้านหน้าสามารถถอดออกได้และทำจากเบริลเลียม พารามิเตอร์ของคาสเซ็ตคือ 1x1.5 ม. และมวลไม่เกิน 4.6 ตัน คาสเซ็ตเบริลเลียมดังกล่าวจะทำให้นิวตรอนพลังงานสูงที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาช้าลง ในระหว่างการกลั่นกรองนิวตรอน ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาและกำจัดออกไปโดยระบบทำความเย็น ควรสังเกตว่าฝุ่นเบริลเลียมที่เกิดขึ้นจากการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์สามารถทำให้เกิดโรคร้ายแรงที่เรียกว่าเบริลเลียมและยังมีฤทธิ์เป็นสารก่อมะเร็งอีกด้วย ด้วยเหตุนี้ จึงมีการพัฒนามาตรการรักษาความปลอดภัยที่เข้มงวดในบริเวณคอมเพล็กซ์

โตกมักในส่วน. สีเหลือง - โซลินอยด์, สีส้ม - แม่เหล็กสนามวงแหวน (TF) และสนามโปโลลอยด์ (PF), สีน้ำเงิน - ผ้าห่ม, สีฟ้าอ่อน - VV - ภาชนะสุญญากาศ, สีม่วง - ไดเวอร์เตอร์

(“ที่เขี่ยบุหรี่”) ประเภทโปลอยด์เป็นอุปกรณ์ที่มีหน้าที่หลักในการ "ทำความสะอาด" พลาสมาของสิ่งสกปรกอันเป็นผลมาจากการให้ความร้อนและปฏิสัมพันธ์ของผนังห้องที่ปูด้วยผ้าห่มด้วย เมื่อสารปนเปื้อนดังกล่าวเข้าสู่พลาสมา พวกมันจะเริ่มแผ่รังสีอย่างเข้มข้น ส่งผลให้เกิดการสูญเสียรังสีเพิ่มเติม ตั้งอยู่ที่ด้านล่างของ tokomak และใช้แม่เหล็กเพื่อควบคุมพลาสมาชั้นบน (ซึ่งมีการปนเปื้อนมากที่สุด) เข้าไปในห้องทำความเย็น ที่นี่พลาสมาจะเย็นลงและกลายเป็นก๊าซ หลังจากนั้นจะถูกปั๊มกลับออกจากห้อง ฝุ่นเบริลเลียมหลังจากเข้าไปในห้องแล้ว แทบจะไม่สามารถกลับคืนสู่พลาสมาได้ ดังนั้นการปนเปื้อนในพลาสมาจึงยังคงอยู่บนพื้นผิวเท่านั้นและไม่ได้เจาะลึกลงไปอีก

ไครโอสแตท

- ส่วนประกอบที่ใหญ่ที่สุดของ tokomak ซึ่งเป็นเปลือกสแตนเลสที่มีปริมาตร 16,000 m 2 (29.3 x 28.6 ม.) และมวล 3,850 ตัน องค์ประกอบอื่น ๆ ของระบบจะอยู่ภายใน cryostat และตัวมันเองจะทำหน้าที่ เป็นสิ่งกั้นระหว่างโทกามัคกับสิ่งแวดล้อมภายนอก บนผนังด้านในจะมีตะแกรงระบายความร้อนโดยการหมุนเวียนไนโตรเจนที่อุณหภูมิ 80 เคลวิน (-193.15 °C)

ระบบแม่เหล็ก

– ชุดขององค์ประกอบที่ทำหน้าที่กักเก็บและควบคุมพลาสมาภายในภาชนะสุญญากาศ เป็นชุดประกอบด้วย 48 องค์ประกอบ:

• คอยล์สนามแบบ Toroidal ตั้งอยู่นอกห้องสุญญากาศและภายในตัวแช่แข็ง นำเสนอเป็น 18 ชิ้น แต่ละชิ้นมีขนาด 15 x 9 เมตร และหนักประมาณ 300 ตัน ขดลวดเหล่านี้ร่วมกันสร้างสนามแม่เหล็กขนาด 11.8 เทสลารอบพลาสมาทอรัสและกักเก็บพลังงานได้ 41 กิกะจูล
• คอยล์สนามโปลอยด์ – ตั้งอยู่ด้านบนของคอยล์สนามโทรอยด์และภายในไครโอสแตต คอยล์เหล่านี้มีหน้าที่สร้างสนามแม่เหล็กที่แยกมวลพลาสมาออกจากผนังห้องและบีบอัดพลาสมาเพื่อให้ความร้อนแบบอะเดียแบติก จำนวนขดลวดดังกล่าวคือ 6 ขดลวดสองขดลวดมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 24 ม. และมวล 400 ตัน สี่ขดลวดที่เหลือนั้นค่อนข้างเล็กกว่า
• โซลินอยด์ส่วนกลางอยู่ที่ส่วนด้านในของห้องวงแหวนหรืออยู่ใน "รูโดนัท" หลักการทำงานของมันคล้ายกับหม้อแปลงไฟฟ้าและงานหลักคือกระตุ้นกระแสอุปนัยในพลาสมา
• คอยล์แก้ไขจะอยู่ภายในภาชนะสุญญากาศ ระหว่างผ้าห่มและผนังห้อง หน้าที่ของพวกเขาคือรักษารูปร่างของพลาสมา ซึ่งสามารถ "โป่ง" ในพื้นที่ได้ และแม้แต่สัมผัสผนังของภาชนะได้ ช่วยให้คุณลดระดับปฏิสัมพันธ์ของผนังห้องกับพลาสมา รวมถึงระดับการปนเปื้อนและยังช่วยลดการสึกหรอของห้องด้วย

โครงสร้างของคอมเพล็กซ์ ITER

การออกแบบ tokamak ที่อธิบายไว้ข้างต้น “โดยสรุป” เป็นกลไกนวัตกรรมที่ซับซ้อนสูงซึ่งประกอบขึ้นด้วยความพยายามของหลายประเทศ อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ดำเนินการได้เต็มรูปแบบ จำเป็นต้องมีอาคารที่ซับซ้อนทั้งหมดที่ตั้งอยู่ใกล้กับโทคามัค ในหมู่พวกเขา:

• ระบบควบคุม การเข้าถึงข้อมูล และการสื่อสาร – CODAC ตั้งอยู่ในอาคารหลายหลังของคอมเพล็กซ์ ITER
• การจัดเก็บน้ำมันเชื้อเพลิงและระบบเชื้อเพลิง - ทำหน้าที่ส่งน้ำมันเชื้อเพลิงไปยังโตคามัก
• ระบบสุญญากาศ - ประกอบด้วยปั๊มสุญญากาศมากกว่าสี่ร้อยปั๊ม ซึ่งมีหน้าที่สูบผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ รวมถึงสารปนเปื้อนต่าง ๆ ออกจากห้องสุญญากาศ
• ระบบไครโอเจนิกส์ – แสดงโดยวงจรไนโตรเจนและฮีเลียม วงจรฮีเลียมจะทำให้อุณหภูมิในโทคามักเป็นปกติ งาน (และอุณหภูมิด้วย) ซึ่งไม่ได้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่เป็นพัลส์ วงจรไนโตรเจนจะทำให้แผงป้องกันความร้อนของไครโอสแตตและวงจรฮีเลียมเย็นลง นอกจากนี้ยังจะมีระบบระบายความร้อนด้วยน้ำซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อลดอุณหภูมิของผนังผ้าห่ม
• แหล่งจ่ายไฟ Tokamak จะต้องใช้พลังงานประมาณ 110 MW เพื่อดำเนินการอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ สายไฟยาวหนึ่งกิโลเมตรจะถูกติดตั้งและเชื่อมต่อกับเครือข่ายอุตสาหกรรมของฝรั่งเศส เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การระลึกว่าศูนย์ทดลองของ ITER ไม่ได้จัดให้มีการผลิตพลังงาน แต่ดำเนินการเพื่อผลประโยชน์ทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น

เงินทุนของ ITER

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสระหว่างประเทศ ITER เป็นกิจการที่ค่อนข้างแพง ซึ่งประเมินในตอนแรกว่ามีมูลค่า 12 พันล้านดอลลาร์ โดยรัสเซีย สหรัฐอเมริกา เกาหลี จีน และอินเดียคิดเป็น 1/11 ของจำนวนเงิน ญี่ปุ่น 2/11 และสหภาพยุโรป 4 /11 . จำนวนนี้เพิ่มขึ้นในภายหลังเป็น 15 พันล้านดอลลาร์ เป็นที่น่าสังเกตว่าการจัดหาเงินทุนเกิดขึ้นจากการจัดหาอุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับคอมเพล็กซ์ซึ่งได้รับการพัฒนาในแต่ละประเทศ ดังนั้น รัสเซียจึงจัดหาผ้าห่ม อุปกรณ์ทำความร้อนด้วยพลาสมา และแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด

มุมมองโครงการ

ในขณะนี้ การก่อสร้าง ITER complex และการผลิตส่วนประกอบที่จำเป็นทั้งหมดสำหรับ tokamak กำลังดำเนินการอยู่ หลังจากการวางแผนเปิดตัว tokamak ในปี 2025 การทดลองต่างๆ จะเริ่มต้นขึ้น โดยพิจารณาจากผลลัพธ์ที่ต้องมีการปรับปรุงจะถูกบันทึกไว้ หลังจากประสบความสำเร็จในการเดินเครื่องของ ITER ก็มีแผนจะสร้างโรงไฟฟ้าที่ใช้ความร้อนนิวเคลียร์ฟิวชันที่เรียกว่า DEMO (DEMOnstration Power Plant) เป้าหมายของ DEMo คือการแสดงให้เห็นถึงสิ่งที่เรียกว่า "เสน่ห์เชิงพาณิชย์" ของพลังฟิวชัน หาก ITER สามารถสร้างพลังงานได้เพียง 500 MW DEMO จะสามารถสร้างพลังงานได้อย่างต่อเนื่องที่ 2 GW

อย่างไรก็ตาม โปรดทราบว่าสถานที่ทดลองของ ITER จะไม่ผลิตพลังงาน และจุดประสงค์คือการได้รับผลประโยชน์ทางวิทยาศาสตร์ล้วนๆ และดังที่คุณทราบการทดลองทางกายภาพครั้งนี้ไม่เพียงแต่สามารถตอบสนองความคาดหวังเท่านั้น แต่ยังนำความรู้และประสบการณ์ใหม่มาสู่มนุษยชาติอีกด้วย

ทุกอย่างเริ่มต้นอย่างไร? “ความท้าทายด้านพลังงาน” เกิดขึ้นจากปัจจัย 3 ประการต่อไปนี้รวมกัน:

1. ปัจจุบันมนุษยชาติใช้พลังงานจำนวนมหาศาล

ปัจจุบันการใช้พลังงานของโลกอยู่ที่ประมาณ 15.7 เทราวัตต์ (TW) เมื่อหารค่านี้ด้วยจำนวนประชากรโลก เราจะได้พลังงานประมาณ 2,400 วัตต์ต่อคน ซึ่งสามารถประมาณและเห็นภาพได้อย่างง่ายดาย พลังงานที่ประชากรโลกทุกคนใช้ (รวมถึงเด็ก ๆ ) สอดคล้องกับการทำงานตลอด 24 ชั่วโมงของหลอดไฟฟ้า 24 ร้อยวัตต์ อย่างไรก็ตาม การใช้พลังงานทั่วโลกไม่สม่ำเสมอมาก เนื่องจากมีปริมาณมากในหลายประเทศและน้อยมากในประเทศอื่นๆ การบริโภค (ในแง่ของหนึ่งคน) เท่ากับ 10.3 kW ในสหรัฐอเมริกา (หนึ่งในค่าบันทึก), 6.3 kW ในสหพันธรัฐรัสเซีย, 5.1 kW ในสหราชอาณาจักร ฯลฯ แต่ในทางกลับกันก็เท่ากัน เพียง 0.21 kW ในบังคลาเทศ (เพียง 2% ของการใช้พลังงานของสหรัฐอเมริกา!)

2. การใช้พลังงานของโลกเพิ่มขึ้นอย่างมาก

จากข้อมูลของสำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ (2549) คาดว่าการใช้พลังงานทั่วโลกจะเพิ่มขึ้น 50% ภายในปี 2573 แน่นอนว่าประเทศที่พัฒนาแล้วสามารถทำได้โดยไม่ต้องมีพลังงานเพิ่มเติม แต่การเติบโตนี้มีความจำเป็นในการยกระดับผู้คนให้หลุดพ้นจากความยากจนในประเทศกำลังพัฒนา ซึ่งผู้คน 1.5 พันล้านคนต้องทนทุกข์ทรมานจากการขาดแคลนพลังงานอย่างรุนแรง

3. ปัจจุบัน 80% ของพลังงานของโลกมาจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล(น้ำมัน ถ่านหิน และก๊าซ) ซึ่งใช้ดังนี้

ก) อาจก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมที่เป็นหายนะ

b) สักวันหนึ่งจะต้องจบลงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

จากที่กล่าวมาก็ชัดเจนว่าตอนนี้เราต้องเตรียมพร้อมสำหรับการสิ้นสุดยุคการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล

ปัจจุบัน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ผลิตพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างปฏิกิริยาฟิชชันของนิวเคลียสของอะตอมในขนาดใหญ่ ควรส่งเสริมการสร้างและพัฒนาสถานีดังกล่าวในทุกวิถีทางที่เป็นไปได้ แต่ต้องคำนึงว่าปริมาณสำรองของหนึ่งในวัสดุที่สำคัญที่สุดสำหรับการดำเนินงาน (ยูเรเนียมราคาถูก) จะสามารถนำมาใช้หมดได้ภายใน 50 ปีข้างหน้า . ความเป็นไปได้ของพลังงานจากการแยกตัวของนิวเคลียร์สามารถ (และควร) ขยายออกไปอย่างมีนัยสำคัญผ่านการใช้วงจรพลังงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ทำให้ปริมาณพลังงานที่ผลิตได้เกือบสองเท่า เพื่อพัฒนาพลังงานในทิศทางนี้ จำเป็นต้องสร้างเครื่องปฏิกรณ์ทอเรียม (ที่เรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์ทอเรียม Breeder หรือเครื่องปฏิกรณ์ Breeder) ซึ่งปฏิกิริยาจะผลิตทอเรียมมากกว่ายูเรเนียมดั้งเดิม ซึ่งเป็นผลมาจากปริมาณพลังงานทั้งหมดที่ผลิตได้ สำหรับปริมาณสารที่กำหนดจะเพิ่มขึ้น 40 เท่า ดูเหมือนว่ามีแนวโน้มจะสร้างตัวผสมพันธุ์พลูโทเนียมโดยใช้นิวตรอนเร็ว ซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องปฏิกรณ์ยูเรเนียมมาก และสามารถผลิตพลังงานได้มากกว่า 60 เท่า อาจเป็นไปได้ว่าในการพัฒนาพื้นที่เหล่านี้จำเป็นต้องพัฒนาวิธีการใหม่ที่ไม่ได้มาตรฐานในการรับยูเรเนียม (เช่นจากน้ำทะเลซึ่งดูเหมือนจะเข้าถึงได้มากที่สุด)

โรงไฟฟ้าฟิวชั่น

รูปภาพนี้แสดงแผนผัง (ไม่ใช่ขนาด) ของอุปกรณ์และหลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แสนสาหัส ในส่วนกลางจะมีห้องแบบวงแหวน (รูปโดนัท) ที่มีปริมาตรประมาณ 2,000 ลูกบาศก์เมตร บรรจุด้วยพลาสมาไอโซโทปดิวเทอเรียม (T–D) ที่ให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 M°C นิวตรอนที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาฟิวชัน (1) จะออกจาก “ขวดแม่เหล็ก” และเข้าไปในเปลือกดังแสดงในรูปที่มีความหนาประมาณ 1 เมตร

ภายในเปลือก นิวตรอนชนกับอะตอมลิเธียม ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาที่ก่อให้เกิดไอโซโทป:

นิวตรอน + ลิเธียม → ฮีเลียม + ไอโซโทป

นอกจากนี้ปฏิกิริยาที่แข่งขันกันยังเกิดขึ้นในระบบ (โดยไม่มีการก่อตัวของไอโซโทป) เช่นเดียวกับปฏิกิริยาหลายอย่างที่มีการปล่อยนิวตรอนเพิ่มเติมซึ่งจะนำไปสู่การก่อตัวของไอโซโทปด้วย (ในกรณีนี้สามารถปล่อยนิวตรอนเพิ่มเติมได้ ปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ เช่น โดยการนำอะตอมของเบริลเลียมเข้าไปในเปลือกและตะกั่ว) ข้อสรุปโดยรวมก็คือว่าสถานที่นี้ (อย่างน้อยในทางทฤษฎี) สามารถเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันที่จะผลิตไอโซโทปได้ ในกรณีนี้ ปริมาณไอโซโทปที่ผลิตได้ไม่เพียงแต่ตอบสนองความต้องการของการติดตั้งเท่านั้น แต่ยังต้องมากกว่านั้นอีกด้วย ซึ่งจะทำให้สามารถจัดหาไอโซโทปในการติดตั้งใหม่ได้ แนวคิดการดำเนินงานนี้จะต้องได้รับการทดสอบและนำไปใช้ในเครื่องปฏิกรณ์ ITER ที่อธิบายไว้ด้านล่าง

นอกจากนี้ นิวตรอนจะต้องให้ความร้อนแก่เปลือกในสิ่งที่เรียกว่าโรงงานนำร่อง (ซึ่งจะใช้วัสดุก่อสร้างที่ค่อนข้าง "ธรรมดา") จนถึงประมาณ 400°C ในอนาคต มีการวางแผนที่จะสร้างการติดตั้งที่ได้รับการปรับปรุงโดยมีอุณหภูมิความร้อนของเปลือกสูงกว่า 1,000°C ซึ่งสามารถทำได้โดยการใช้วัสดุที่มีความแข็งแรงสูงล่าสุด (เช่น คอมโพสิตซิลิคอนคาร์ไบด์) ความร้อนที่เกิดขึ้นในเปลือก เช่นเดียวกับในสถานีทั่วไป จะถูกนำไปใช้โดยวงจรทำความเย็นหลักด้วยสารหล่อเย็น (ซึ่งประกอบด้วยน้ำหรือฮีเลียม) และถ่ายโอนไปยังวงจรทุติยภูมิ ซึ่งมีการผลิตไอน้ำของน้ำและจ่ายให้กับกังหัน

พ.ศ. 2528 (ค.ศ. 1985) - สหภาพโซเวียตเสนอสร้างโรงงานโตคามักรุ่นต่อไป โดยใช้ประสบการณ์ของประเทศชั้นนำ 4 ประเทศในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน สหรัฐอเมริกา ร่วมกับญี่ปุ่นและประชาคมยุโรป เสนอข้อเสนอสำหรับการดำเนินโครงการ

ขณะนี้ในฝรั่งเศส กำลังมีการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ทดลองระหว่างประเทศ ITER (เครื่องปฏิกรณ์ทดลอง Tokamak ระหว่างประเทศ) ซึ่งอธิบายไว้ด้านล่าง ซึ่งจะเป็น tokamak เครื่องแรกที่สามารถ "จุดไฟ" พลาสมาได้

การติดตั้ง tokamak ที่ล้ำหน้าที่สุดในปัจจุบันมีอุณหภูมิยาวนานถึงประมาณ 150 M°C ซึ่งใกล้เคียงกับค่าที่จำเป็นสำหรับการทำงานของสถานีฟิวชัน แต่เครื่องปฏิกรณ์ ITER ควรเป็นโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่แห่งแรกที่ได้รับการออกแบบมายาวนาน - การดำเนินงานระยะยาว ในอนาคตมีความจำเป็นต้องปรับปรุงพารามิเตอร์การทำงานอย่างมีนัยสำคัญซึ่งก่อนอื่นจะต้องเพิ่มความดันในพลาสมาเนื่องจากอัตราการหลอมนิวเคลียร์ที่อุณหภูมิที่กำหนดจะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความดัน ปัญหาทางวิทยาศาสตร์หลักในกรณีนี้เกี่ยวข้องกับความจริงที่ว่าเมื่อความดันในพลาสมาเพิ่มขึ้นจะเกิดความไม่เสถียรที่ซับซ้อนและเป็นอันตรายมากนั่นคือโหมดการทำงานที่ไม่เสถียร

ทำไมเราถึงต้องการสิ่งนี้?

ข้อได้เปรียบหลักของนิวเคลียร์ฟิวชันก็คือ ต้องใช้สารจำนวนน้อยมากซึ่งพบได้ทั่วไปในธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันในสถานประกอบการที่อธิบายไว้สามารถนำไปสู่การปลดปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาล ซึ่งสูงกว่าความร้อนมาตรฐานที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยาเคมีทั่วไปถึงสิบล้านเท่า (เช่น การเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิล) สำหรับการเปรียบเทียบ เราชี้ให้เห็นว่าปริมาณถ่านหินที่ต้องใช้ในการจ่ายพลังงานให้กับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่มีกำลังการผลิต 1 กิกะวัตต์ (GW) คือ 10,000 ตันต่อวัน (ตู้รถไฟสิบคัน) และโรงไฟฟ้าฟิวชันที่มีกำลังเท่ากันจะใช้พลังงานเพียงประมาณ ส่วนผสม D+T 1 กิโลกรัมต่อวัน

ดิวทีเรียมเป็นไอโซโทปเสถียรของไฮโดรเจน ประมาณหนึ่งในทุกๆ 3,350 โมเลกุลของน้ำธรรมดา อะตอมไฮโดรเจนหนึ่งอะตอมจะถูกแทนที่ด้วยดิวทีเรียม (มรดกจากบิกแบง) ข้อเท็จจริงนี้ทำให้ง่ายต่อการจัดการการผลิตดิวทีเรียมในปริมาณที่ค่อนข้างถูกจากน้ำ การได้รับไอโซโทปนั้นยากกว่าซึ่งไม่เสถียร (ครึ่งชีวิตประมาณ 12 ปีซึ่งเป็นผลมาจากเนื้อหาในธรรมชาติไม่มีนัยสำคัญ) อย่างไรก็ตามดังที่แสดงไว้ข้างต้นไอโซโทปจะปรากฏขึ้นโดยตรงภายในการติดตั้งเทอร์โมนิวเคลียร์ระหว่างการดำเนินการ เนื่องจากปฏิกิริยาของนิวตรอนกับลิเธียม

ดังนั้นเชื้อเพลิงเริ่มต้นสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันคือลิเธียมและน้ำ ลิเธียมเป็นโลหะทั่วไปที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องใช้ในครัวเรือน (แบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือ ฯลฯ) การติดตั้งที่อธิบายไว้ข้างต้น แม้จะคำนึงถึงประสิทธิภาพที่ไม่เหมาะก็ตาม จะสามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ 200,000 kWh ซึ่งเทียบเท่ากับพลังงานที่มีอยู่ในถ่านหิน 70 ตัน ปริมาณลิเธียมที่จำเป็นสำหรับสิ่งนี้มีอยู่ในแบตเตอรี่คอมพิวเตอร์หนึ่งก้อน และปริมาณดิวทีเรียมอยู่ในน้ำ 45 ลิตร ค่าข้างต้นสอดคล้องกับปริมาณการใช้ไฟฟ้าในปัจจุบัน (คำนวณต่อคน) ในประเทศสหภาพยุโรปในช่วง 30 ปี ความจริงที่ว่าปริมาณลิเธียมที่ไม่มีนัยสำคัญดังกล่าวสามารถรับประกันการผลิตไฟฟ้าในปริมาณดังกล่าว (โดยไม่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และไม่มีมลพิษทางอากาศแม้แต่น้อย) ถือเป็นข้อโต้แย้งที่ค่อนข้างจริงจังสำหรับการพัฒนาพลังงานแสนสาหัสที่รวดเร็วและแข็งแกร่งที่สุด (แม้จะมีทั้งหมด ความยากลำบากและปัญหา) และแม้จะไม่มีความเชื่อมั่นในความสำเร็จของการวิจัยดังกล่าวร้อยเปอร์เซ็นต์ก็ตาม

ดิวเทอเรียมควรมีอายุการใช้งานหลายล้านปี และปริมาณลิเธียมที่ขุดได้ง่ายก็เพียงพอต่อความต้องการเป็นเวลาหลายร้อยปี แม้ว่าลิเธียมในหินจะหมด เราก็สามารถสกัดมันขึ้นมาจากน้ำได้ ซึ่งพบว่ามีความเข้มข้นสูงเพียงพอ (ความเข้มข้นของยูเรเนียม 100 เท่า) เพื่อทำให้การสกัดลิเธียมเป็นไปได้ในเชิงเศรษฐกิจ

เครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ทดลอง (เครื่องปฏิกรณ์ทดลองเทอร์โมนิวเคลียร์ระหว่างประเทศ) กำลังถูกสร้างขึ้นใกล้กับเมือง Cadarache ในฝรั่งเศส เป้าหมายหลักของโครงการ ITER คือการนำปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันแบบควบคุมไปใช้ในระดับอุตสาหกรรม

ต่อหน่วยน้ำหนักของเชื้อเพลิงแสนสาหัส จะได้พลังงานมากกว่าการเผาไหม้เชื้อเพลิงอินทรีย์ในปริมาณเท่ากันประมาณ 10 ล้านเท่า และมากกว่าเมื่อแยกนิวเคลียสยูเรเนียมในเครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ทำงานอยู่ในปัจจุบันประมาณร้อยเท่า หากการคำนวณของนักวิทยาศาสตร์และนักออกแบบเป็นจริง สิ่งนี้จะทำให้มนุษยชาติมีแหล่งพลังงานที่ไม่สิ้นสุด

ดังนั้นหลายประเทศ (รัสเซีย, อินเดีย, จีน, เกาหลี, คาซัคสถาน, สหรัฐอเมริกา, แคนาดา, ญี่ปุ่น, ประเทศในสหภาพยุโรป) จึงร่วมมือกันสร้างเครื่องปฏิกรณ์วิจัยเทอร์โมนิวเคลียร์ระหว่างประเทศซึ่งเป็นต้นแบบของโรงไฟฟ้าใหม่

ITER เป็นสิ่งอำนวยความสะดวกที่สร้างเงื่อนไขสำหรับการสังเคราะห์อะตอมไฮโดรเจนและทริเทียม (ไอโซโทปของไฮโดรเจน) ส่งผลให้เกิดอะตอมใหม่ - อะตอมฮีเลียม กระบวนการนี้มาพร้อมกับการระเบิดพลังงานครั้งใหญ่: อุณหภูมิของพลาสมาซึ่งเกิดปฏิกิริยาแสนสาหัสคือประมาณ 150 ล้านองศาเซลเซียส (สำหรับการเปรียบเทียบ อุณหภูมิของแกนกลางดวงอาทิตย์คือ 40 ล้านองศา) ในกรณีนี้ ไอโซโทปจะเผาไหม้จนแทบไม่มีกากกัมมันตรังสีเลย

โครงการการมีส่วนร่วมในโครงการระหว่างประเทศจัดให้มีการจัดหาส่วนประกอบเครื่องปฏิกรณ์และการจัดหาเงินทุนในการก่อสร้าง เพื่อแลกกับสิ่งนี้ แต่ละประเทศที่เข้าร่วมจะได้รับการเข้าถึงเทคโนโลยีทั้งหมดสำหรับการสร้างเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัสและผลงานการทดลองทั้งหมดเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์นี้ ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัสแบบอนุกรมกำลัง

เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้หลักการเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชัน ไม่มีรังสีกัมมันตภาพรังสีและปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมอย่างสมบูรณ์ สามารถตั้งอยู่ได้เกือบทุกที่ในโลกและเชื้อเพลิงสำหรับมันคือน้ำธรรมดา การก่อสร้าง ITER คาดว่าจะใช้เวลาประมาณ 10 ปี หลังจากนั้นคาดว่าเครื่องปฏิกรณ์จะใช้งานได้อีก 20 ปี

ผลประโยชน์ของรัสเซียในสภาองค์การระหว่างประเทศเพื่อการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ของ ITER ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าจะถูกนำเสนอโดยสมาชิกที่สอดคล้องกันของ Russian Academy of Sciences Mikhail Kovalchuk - ผู้อำนวยการสถาบัน Kurchatov สถาบันผลึกศาสตร์ของ Russian Academy of วิทยาศาสตร์และเลขานุการวิทยาศาสตร์ของสภาประธานาธิบดีด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และการศึกษา Kovalchuk จะเข้ามาแทนที่นักวิชาการ Evgeniy Velikhov ชั่วคราวในตำแหน่งนี้ ซึ่งได้รับการเลือกเป็นประธานสภานานาชาติ ITER ในอีกสองปีข้างหน้า และไม่มีสิทธิ์รวมตำแหน่งนี้เข้ากับหน้าที่ของตัวแทนอย่างเป็นทางการของประเทศที่เข้าร่วม

ต้นทุนการก่อสร้างทั้งหมดอยู่ที่ประมาณ 5 พันล้านยูโร และจะต้องใช้จำนวนเงินเท่ากันในการทดลองเดินเครื่องปฏิกรณ์ หุ้นของอินเดีย จีน เกาหลี รัสเซีย สหรัฐอเมริกา และญี่ปุ่น คิดเป็นประมาณร้อยละ 10 ของมูลค่าทั้งหมด โดย 45 เปอร์เซ็นต์มาจากประเทศในสหภาพยุโรป อย่างไรก็ตาม รัฐในยุโรปยังไม่ได้ตกลงว่าจะกระจายต้นทุนระหว่างกันอย่างไร ด้วยเหตุนี้การเริ่มก่อสร้างจึงถูกเลื่อนออกไปเป็นเดือนเมษายน 2553 แม้จะมีความล่าช้าครั้งล่าสุด นักวิทยาศาสตร์และเจ้าหน้าที่ที่เกี่ยวข้องกับ ITER กล่าวว่าพวกเขาจะสามารถดำเนินการโครงการให้เสร็จสิ้นได้ภายในปี 2561

พลังงานความร้อนนิวเคลียร์โดยประมาณของ ITER คือ 500 เมกะวัตต์ ชิ้นส่วนแม่เหล็กแต่ละชิ้นมีน้ำหนัก 200 ถึง 450 ตัน ในการระบายความร้อนของ ITER จะต้องใช้น้ำ 33,000 ลูกบาศก์เมตรต่อวัน

ในปี 1998 สหรัฐอเมริกาได้หยุดให้ทุนสนับสนุนการเข้าร่วมโครงการนี้ หลังจากที่พรรครีพับลิกันขึ้นสู่อำนาจและเกิดไฟฟ้าดับในแคลิฟอร์เนีย รัฐบาลบุชได้ประกาศเพิ่มการลงทุนด้านพลังงาน สหรัฐอเมริกาไม่ได้ตั้งใจที่จะเข้าร่วมในโครงการระหว่างประเทศและมีส่วนร่วมในโครงการนิวเคลียร์แสนสาหัสของตนเอง ในช่วงต้นปี พ.ศ. 2545 จอห์น มาร์เบอร์เกอร์ที่ 3 ที่ปรึกษาด้านเทคโนโลยีของประธานาธิบดีบุชกล่าวว่าสหรัฐฯ เปลี่ยนใจและตั้งใจที่จะกลับมาที่โครงการนี้

ในแง่ของจำนวนผู้เข้าร่วม โครงการนี้เทียบได้กับโครงการวิทยาศาสตร์ระดับนานาชาติที่สำคัญอีกโครงการหนึ่ง นั่นคือ สถานีอวกาศนานาชาติ ค่าใช้จ่ายของ ITER ซึ่งก่อนหน้านี้มีมูลค่าถึง 8 พันล้านดอลลาร์ แต่ในขณะนั้นมีมูลค่าน้อยกว่า 4 พันล้านดอลลาร์ อันเป็นผลมาจากการถอนตัวของสหรัฐอเมริกาจากการเข้าร่วม จึงมีการตัดสินใจลดกำลังเครื่องปฏิกรณ์จาก 1.5 GW เป็น 500 MW ส่งผลให้ราคาของโครงการลดลงด้วย

ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2545 การประชุมสัมมนา "ITER Days in Moscow" จัดขึ้นในเมืองหลวงของรัสเซีย ได้มีการหารือถึงปัญหาทางทฤษฎี การปฏิบัติ และเชิงองค์กรในการฟื้นฟูโครงการ ซึ่งความสำเร็จดังกล่าวสามารถเปลี่ยนชะตากรรมของมนุษยชาติและให้พลังงานรูปแบบใหม่ ซึ่งเทียบได้กับประสิทธิภาพและความประหยัดเพียงกับพลังงานของดวงอาทิตย์เท่านั้น

ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2553 ตัวแทนของประเทศที่เข้าร่วมในโครงการเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสระหว่างประเทศของ ITER ได้อนุมัติงบประมาณและกำหนดการก่อสร้างในการประชุมวิสามัญที่จัดขึ้นที่เมือง Cadarache ประเทศฝรั่งเศส รายงานการประชุมมีอยู่ที่นี่

ในการประชุมวิสามัญครั้งล่าสุด ผู้เข้าร่วมโครงการได้อนุมัติวันที่เริ่มต้นสำหรับการทดลองครั้งแรกด้วยพลาสมา - 2019 มีการวางแผนการทดลองเต็มรูปแบบในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2570 แม้ว่าฝ่ายบริหารโครงการจะขอให้ผู้เชี่ยวชาญด้านเทคนิคพยายามเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการและเริ่มการทดลองในปี พ.ศ. 2569 ผู้เข้าร่วมประชุมยังตัดสินใจเกี่ยวกับค่าใช้จ่ายในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ด้วย แต่จำนวนเงินที่วางแผนไว้ที่จะใช้ในการสร้างการติดตั้งไม่ได้รับการเปิดเผย ตามข้อมูลที่ได้รับจากบรรณาธิการของพอร์ทัล ScienceNOW จากแหล่งที่ไม่ระบุชื่อ เมื่อการทดลองเริ่มต้นขึ้น ค่าใช้จ่ายของโครงการ ITER อาจสูงถึง 16 พันล้านยูโร

การประชุมที่เมือง Cadarache ถือเป็นวันทำงานอย่างเป็นทางการวันแรกของผู้อำนวยการโครงการคนใหม่ คือ Osamu Motojima นักฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่น ก่อนหน้าเขา โครงการนี้เป็นผู้นำมาตั้งแต่ปี 2548 โดย Kaname Ikeda ชาวญี่ปุ่น ซึ่งต้องการลาออกจากตำแหน่งทันทีหลังจากได้รับอนุมัติงบประมาณและกำหนดเวลาการก่อสร้าง

เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน ITER เป็นโครงการร่วมของสหภาพยุโรป สวิตเซอร์แลนด์ ญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา รัสเซีย เกาหลีใต้ จีน และอินเดีย แนวคิดในการสร้าง ITER ได้รับการพิจารณาตั้งแต่ช่วงทศวรรษที่ 80 ของศตวรรษที่ผ่านมา อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปัญหาทางการเงินและทางเทคนิค ต้นทุนของโครงการจึงมีการเติบโตอย่างต่อเนื่อง และวันที่เริ่มการก่อสร้างถูกเลื่อนออกไปอย่างต่อเนื่อง ในปี พ.ศ. 2552 ผู้เชี่ยวชาญคาดว่าการสร้างเครื่องปฏิกรณ์จะเริ่มขึ้นในปี พ.ศ. 2553 ต่อมาวันที่นี้ถูกย้าย และในปี 2018 และ 2019 แรกถูกตั้งชื่อให้เป็นเวลาเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์

ปฏิกิริยาฟิวชันเทอร์โมนิวเคลียร์เป็นปฏิกิริยาฟิวชันของนิวเคลียสของไอโซโทปแสงเพื่อสร้างนิวเคลียสที่หนักกว่า ซึ่งมาพร้อมกับการปลดปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาล ตามทฤษฎี เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันสามารถผลิตพลังงานได้มากด้วยต้นทุนที่ต่ำ แต่ในขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์ใช้พลังงานและเงินมากขึ้นในการเริ่มต้นและรักษาปฏิกิริยาฟิวชันไว้

เทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชั่นเป็นวิธีการผลิตพลังงานที่ประหยัดและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ฟิวชั่นแสนสาหัสที่ไม่สามารถควบคุมได้เกิดขึ้นบนดวงอาทิตย์มาเป็นเวลาหลายพันล้านปี - ฮีเลียมเกิดจากดิวทีเรียมไอโซโทปไฮโดรเจนหนัก สิ่งนี้จะปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมา อย่างไรก็ตาม ผู้คนบนโลกยังไม่ได้เรียนรู้ที่จะควบคุมปฏิกิริยาดังกล่าว

เครื่องปฏิกรณ์ ITER จะใช้ไอโซโทปไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง ในระหว่างปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ พลังงานจะถูกปล่อยออกมาเมื่ออะตอมของแสงรวมตัวกันเป็นอะตอมที่หนักกว่า เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ ก๊าซจะต้องได้รับความร้อนให้มีอุณหภูมิสูงกว่า 100 ล้านองศา ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิที่ใจกลางดวงอาทิตย์มาก ก๊าซที่อุณหภูมินี้จะกลายเป็นพลาสมา ในเวลาเดียวกันอะตอมของไอโซโทปไฮโดรเจนจะรวมกันกลายเป็นอะตอมฮีเลียมโดยมีการปล่อยนิวตรอนจำนวนมาก โรงไฟฟ้าที่ทำงานบนหลักการนี้จะใช้พลังงานของนิวตรอนที่ถูกชะลอความเร็วลงโดยชั้นของวัสดุที่มีความหนาแน่นสูง (ลิเธียม)

เหตุใดการสร้างการติดตั้งเทอร์โมนิวเคลียร์จึงใช้เวลานานมาก

เหตุใดสถานที่ปฏิบัติงานนอกชายฝั่งที่สำคัญและมีคุณค่าเช่นนี้ซึ่งคุณประโยชน์ที่พูดคุยกันมานานเกือบครึ่งศตวรรษจึงยังไม่ถูกสร้างขึ้น? มีสาเหตุหลักสามประการ (ที่กล่าวถึงด้านล่าง) สาเหตุแรกสามารถเรียกว่าภายนอกหรือทางสังคมและอีกสองเหตุผลภายในนั่นคือกำหนดโดยกฎหมายและเงื่อนไขของการพัฒนาพลังงานแสนสาหัสเอง

1. เชื่อกันมานานแล้วว่าปัญหาของการใช้พลังงานฟิวชันแสนสาหัสในทางปฏิบัติไม่จำเป็นต้องมีการตัดสินใจและการดำเนินการอย่างเร่งด่วน เนื่องจากย้อนกลับไปในช่วงทศวรรษที่ 80 ของศตวรรษที่ผ่านมา แหล่งเชื้อเพลิงฟอสซิลดูเหมือนจะไม่สิ้นสุด และปัญหาสิ่งแวดล้อมและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศก็เกิดขึ้น ไม่กังวลต่อสาธารณะ ในปี พ.ศ. 2519 คณะกรรมการที่ปรึกษาพลังงานฟิวชันของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ พยายามที่จะประมาณกรอบเวลาสำหรับการวิจัยและพัฒนาและโรงไฟฟ้าฟิวชั่นสาธิตภายใต้ตัวเลือกทุนวิจัยต่างๆ ในเวลาเดียวกันก็พบว่าปริมาณเงินทุนประจำปีสำหรับการวิจัยในทิศทางนี้ไม่เพียงพอโดยสิ้นเชิงและหากรักษาระดับการจัดสรรที่มีอยู่ไว้ การสร้างการติดตั้งเทอร์โมนิวเคลียร์จะไม่ประสบความสำเร็จเนื่องจากเงินทุนที่จัดสรรไม่สอดคล้องกัน แม้จะถึงระดับต่ำสุดหรือวิกฤตก็ตาม

2. อุปสรรคที่ร้ายแรงกว่าในการพัฒนาการวิจัยในพื้นที่นี้คือไม่สามารถสร้างและสาธิตการติดตั้งเทอร์โมนิวเคลียร์ประเภทที่อยู่ระหว่างการอภิปรายในขนาดเล็กได้ จากคำอธิบายที่นำเสนอด้านล่างนี้ จะเห็นได้ชัดว่าฟิวชันนิวเคลียร์แสนสาหัสไม่เพียงแต่ต้องกักขังพลาสมาด้วยแม่เหล็กเท่านั้น แต่ยังต้องให้ความร้อนที่เพียงพอด้วย อัตราส่วนของพลังงานที่ใช้ไปและที่ได้รับเพิ่มขึ้นอย่างน้อยตามสัดส่วนของกำลังสองของขนาดเชิงเส้นของการติดตั้ง ซึ่งเป็นผลมาจากความสามารถทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคและข้อดีของการติดตั้งเทอร์โมนิวเคลียร์สามารถทดสอบและสาธิตได้ที่สถานีที่ค่อนข้างใหญ่เท่านั้น เช่น เป็นเครื่องปฏิกรณ์ ITER ดังกล่าว สังคมไม่พร้อมที่จะสนับสนุนโครงการขนาดใหญ่เช่นนี้จนกว่าจะมีความมั่นใจในความสำเร็จเพียงพอ

3. อย่างไรก็ตาม การพัฒนาพลังงานแสนสาหัสมีความซับซ้อนมาก (แม้จะมีเงินทุนไม่เพียงพอและความยากลำบากในการเลือกศูนย์สำหรับการสร้างการติดตั้ง JET และ ITER) ก็มีความคืบหน้าที่ชัดเจนในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แม้ว่าจะยังไม่ได้สร้างสถานีปฏิบัติการก็ตาม

โลกสมัยใหม่กำลังเผชิญกับความท้าทายด้านพลังงานที่ร้ายแรง ซึ่งอาจเรียกได้ว่าเป็น "วิกฤตพลังงานที่ไม่แน่นอน" ปัญหานี้เกี่ยวข้องกับข้อเท็จจริงที่ว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลสำรองอาจหมดลงในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษนี้ ยิ่งไปกว่านั้น การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลอาจส่งผลให้จำเป็นต้องแยกตัวและ “กักเก็บ” คาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ (โครงการ CCS ที่กล่าวถึงข้างต้น) เพื่อป้องกันการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่สำคัญของโลก

ในปัจจุบัน พลังงานเกือบทั้งหมดที่มนุษยชาติใช้นั้นถูกสร้างขึ้นโดยการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล และวิธีแก้ปัญหาอาจเกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานนิวเคลียร์ (การสร้างเครื่องปฏิกรณ์แบบผสมนิวตรอนเร็ว เป็นต้น) ปัญหาระดับโลกที่เกิดจากจำนวนประชากรที่เพิ่มขึ้นของประเทศกำลังพัฒนาและความจำเป็นในการปรับปรุงมาตรฐานการครองชีพและเพิ่มปริมาณพลังงานที่ผลิตได้ไม่สามารถแก้ไขได้โดยใช้แนวทางเหล่านี้เพียงอย่างเดียว แม้ว่าแน่นอนว่าความพยายามใดๆ ที่จะพัฒนาวิธีการผลิตพลังงานทางเลือกอื่น ๆ ควรได้รับการส่งเสริม

พูดอย่างเคร่งครัด เรามีกลยุทธ์ด้านพฤติกรรมให้เลือกเพียงเล็กน้อย และการพัฒนาพลังงานแสนสาหัสก็มีความสำคัญอย่างยิ่ง แม้ว่าจะไม่รับประกันความสำเร็จก็ตาม หนังสือพิมพ์ Financial Times (ลงวันที่ 25 มกราคม พ.ศ. 2547) เขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้:

“แม้ว่าต้นทุนของโครงการ ITER จะสูงกว่าประมาณการเดิมอย่างมาก แต่ก็ไม่น่าจะถึงระดับ 1 พันล้านดอลลาร์ต่อปี ค่าใช้จ่ายระดับนี้ควรถือเป็นราคาที่พอประมาณในการจ่ายสำหรับโอกาสที่สมเหตุสมผลในการสร้างแหล่งพลังงานใหม่สำหรับมนุษยชาติโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาจากข้อเท็จจริงที่ว่าในศตวรรษนี้เราจะต้องเลิกนิสัยสิ้นเปลืองอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลอย่างไม่ระมัดระวัง”

หวังว่าจะไม่มีความประหลาดใจที่สำคัญและคาดไม่ถึงบนเส้นทางสู่การพัฒนาพลังงานแสนสาหัส ในกรณีนี้ ในเวลาประมาณ 30 ปี เราจะสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าจากกระแสไฟฟ้าไปยังเครือข่ายพลังงานได้เป็นครั้งแรก และในอีกเพียง 10 ปีข้างหน้า โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แสนสาหัสเชิงพาณิชย์แห่งแรกจะเริ่มดำเนินการ เป็นไปได้ว่าในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษนี้ พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันจะเริ่มเข้ามาแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิล และค่อยๆ เริ่มมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในการให้พลังงานแก่มนุษยชาติในระดับโลก

ไม่มีการรับประกันที่แน่นอนว่างานสร้างพลังงานแสนสาหัส (ในฐานะแหล่งพลังงานที่มีประสิทธิภาพและขนาดใหญ่สำหรับมนุษยชาติทั้งหมด) จะสำเร็จลุล่วงได้สำเร็จ แต่โอกาสที่จะประสบความสำเร็จในทิศทางนี้ค่อนข้างสูง เมื่อพิจารณาถึงศักยภาพอันมหาศาลของสถานีนิวเคลียร์แสนสาหัส ค่าใช้จ่ายทั้งหมดสำหรับโครงการเพื่อการพัฒนาที่รวดเร็ว (และแม้แต่การเร่งรัดด้วยซ้ำ) ถือได้ว่าสมเหตุสมผล โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการลงทุนเหล่านี้ดูเรียบง่ายมากเมื่อเทียบกับฉากหลังของตลาดพลังงานระดับโลกที่ใหญ่โต ($4 ล้านล้านต่อปี8) การตอบสนองความต้องการพลังงานของมนุษยชาติถือเป็นปัญหาร้ายแรงมาก เนื่องจากเชื้อเพลิงฟอสซิลมีน้อยลง (และการใช้งานไม่เป็นที่พึงปรารถนา) สถานการณ์กำลังเปลี่ยนแปลง และเราไม่สามารถที่จะไม่พัฒนาพลังงานฟิวชันได้

กับคำถามที่ว่า “พลังงานแสนสาหัสจะเกิดขึ้นเมื่อใด” Lev Artsimovich (ผู้บุกเบิกและผู้นำด้านการวิจัยที่ได้รับการยอมรับในสาขานี้) เคยตอบว่า "มันจะถูกสร้างขึ้นเมื่อมีความจำเป็นอย่างแท้จริงสำหรับมนุษยชาติ"

ITER จะเป็นเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันเครื่องแรกที่ผลิตพลังงานได้มากกว่าที่ใช้ นักวิทยาศาสตร์วัดคุณลักษณะนี้โดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์ง่ายๆ ที่เรียกว่า "Q" หาก ITER บรรลุเป้าหมายทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมด ก็จะผลิตพลังงานได้มากกว่าที่ใช้ถึง 10 เท่า อุปกรณ์ชิ้นสุดท้ายที่สร้างขึ้นคือ Joint European Torus ในอังกฤษ เป็นเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นต้นแบบที่มีขนาดเล็กกว่า ซึ่งในขั้นตอนสุดท้ายของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ มีค่า Q เกือบ 1 ซึ่งหมายความว่าเครื่องผลิตพลังงานในปริมาณเท่ากันทุกประการกับที่ใช้ไป . ITER จะไปไกลกว่านั้นด้วยการสาธิตการสร้างพลังงานจากฟิวชันและบรรลุค่า Q เท่ากับ 10 แนวคิดคือการสร้างพลังงานไฟฟ้า 500 MW จากการใช้พลังงานประมาณ 50 MW ดังนั้น เป้าหมายทางวิทยาศาสตร์ประการหนึ่งของ ITER คือการพิสูจน์ว่าสามารถบรรลุค่า Q ที่ 10 ได้

เป้าหมายทางวิทยาศาสตร์อีกประการหนึ่งก็คือ ITER จะมีเวลา "เผาไหม้" ที่ยาวนานมาก ซึ่งเป็นพัลส์ที่ขยายระยะเวลาออกไปสูงสุดหนึ่งชั่วโมง ITER เป็นเครื่องปฏิกรณ์ทดลองวิจัยที่ไม่สามารถผลิตพลังงานได้อย่างต่อเนื่อง เมื่อ ITER เริ่มทำงาน มันจะเปิดเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมง หลังจากนั้นจะต้องปิดเครื่อง นี่เป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากจนถึงขณะนี้อุปกรณ์มาตรฐานที่เราสร้างขึ้นสามารถมีเวลาการเผาไหม้ได้หลายวินาทีหรือแม้แต่หนึ่งในสิบของวินาที - นี่คือค่าสูงสุด "Joint European Torus" มีค่า Q เท่ากับ 1 โดยมีระยะเวลาการเผาไหม้ประมาณ 2 วินาที โดยมีความยาวของชีพจร 20 วินาที แต่กระบวนการที่กินเวลาไม่กี่วินาทีนั้นไม่ถาวรอย่างแท้จริง โดยการเปรียบเทียบกับการสตาร์ทเครื่องยนต์ของรถยนต์: การสตาร์ทเครื่องยนต์ชั่วครู่แล้วดับเครื่องยังไม่ใช่การทำงานจริงของรถ เฉพาะเมื่อคุณขับรถเป็นเวลาครึ่งชั่วโมงเท่านั้นที่จะเข้าสู่โหมดการทำงานคงที่และแสดงให้เห็นว่ารถยนต์ดังกล่าวสามารถขับเคลื่อนได้จริง

นั่นคือจากมุมมองทางเทคนิคและวิทยาศาสตร์ ITER จะให้ค่า Q เท่ากับ 10 และเพิ่มเวลาในการเผาไหม้

โครงการฟิวชันนิวเคลียร์แสนสาหัสมีลักษณะเป็นสากลอย่างแท้จริงและมีลักษณะกว้างขวาง ผู้คนต่างคาดหวังถึงความสำเร็จของ ITER อยู่แล้ว และกำลังคิดเกี่ยวกับขั้นตอนต่อไป นั่นคือการสร้างต้นแบบของเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัสทางอุตสาหกรรมที่เรียกว่า DEMO ITER จำเป็นต้องทำงานเพื่อสร้างมันขึ้นมา เราต้องบรรลุเป้าหมายทางวิทยาศาสตร์ของเราเพราะนี่จะหมายความว่าแนวคิดที่เรานำเสนอนั้นเป็นไปได้โดยสิ้นเชิง อย่างไรก็ตาม ฉันยอมรับว่าคุณควรคิดถึงสิ่งที่จะเกิดขึ้นต่อไปเสมอ นอกจากนี้ เนื่องจาก ITER ดำเนินงานมาเป็นเวลา 25-30 ปี ความรู้ของเราจะค่อยๆ ลึกซึ้งและขยายออกไป และเราจะสามารถสรุปขั้นตอนต่อไปได้แม่นยำยิ่งขึ้น

จริงๆ แล้ว ไม่มีการถกเถียงกันว่า ITER ควรเป็นโทคามักหรือไม่ นักวิทยาศาสตร์บางคนตั้งคำถามแตกต่างออกไป: ITER ควรมีจริงหรือไม่ ผู้เชี่ยวชาญในประเทศต่าง ๆ ที่กำลังพัฒนาโครงการเทอร์โมนิวเคลียร์ของตนเองซึ่งไม่ใช่โครงการแสนสาหัสขนาดใหญ่ให้เหตุผลว่าไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่เช่นนี้เลย

อย่างไรก็ตาม ความคิดเห็นของพวกเขาแทบจะไม่ควรได้รับการพิจารณาว่าเชื่อถือได้ นักฟิสิกส์ที่ทำงานเกี่ยวกับกับดักวงแหวนมาหลายทศวรรษมีส่วนร่วมในการสร้าง ITER การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ทดลองในคาราดาชนั้นมีพื้นฐานมาจากความรู้ทั้งหมดที่ได้รับระหว่างการทดลองกับโทคามัครุ่นก่อนหลายสิบเครื่อง และผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่าเครื่องปฏิกรณ์จะต้องเป็นโทคามัก และมีขนาดใหญ่ในนั้น

JET ในขณะนี้ tokamak ที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดถือได้ว่าเป็น JET ซึ่งสร้างโดยสหภาพยุโรปในเมือง Abingdon ของอังกฤษ นี่เป็นเครื่องปฏิกรณ์ประเภทโทคามักที่ใหญ่ที่สุดที่สร้างขึ้นจนถึงปัจจุบัน โดยมีรัศมีขนาดใหญ่ของพรูพลาสมาคือ 2.96 เมตร พลังของปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์มีมากกว่า 20 เมกะวัตต์แล้วโดยมีเวลากักเก็บสูงสุด 10 วินาที เครื่องปฏิกรณ์จะส่งพลังงานกลับประมาณ 40% ของพลังงานที่ใส่เข้าไปในพลาสมา

มันเป็นฟิสิกส์ของพลาสมาที่กำหนดสมดุลของพลังงาน” Igor Semenov กล่าวกับ Infox.ru รองศาสตราจารย์ MIPT อธิบายว่าความสมดุลของพลังงานคืออะไรด้วยตัวอย่างง่ายๆ: “เราทุกคนเคยเห็นไฟไหม้ อันที่จริงไม่ใช่ไม้ที่ไหม้ที่นั่น แต่เป็นแก๊ส ห่วงโซ่พลังงานมีลักษณะเช่นนี้: ก๊าซไหม้ ไม้ร้อน ไม้ระเหย ก๊าซไหม้อีกครั้ง ดังนั้นหากเราโยนน้ำลงบนกองไฟ เราจะดึงพลังงานจากระบบไปในทันทีเพื่อเปลี่ยนสถานะน้ำของเหลวเป็นสถานะไอ ยอดคงเหลือจะกลายเป็นลบและไฟก็จะดับลง มีอีกวิธีหนึ่ง - เราก็แค่เอากองไฟแล้วกระจายไปในอวกาศ ไฟก็จะดับเช่นกัน มันเหมือนกันในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสที่เรากำลังสร้าง มิติข้อมูลถูกเลือกเพื่อสร้างสมดุลพลังงานเชิงบวกที่เหมาะสมสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นี้ เพียงพอที่จะสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จริงได้ในอนาคต โดยสามารถแก้ไขปัญหาทั้งหมดที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขในขั้นตอนการทดลองนี้”

ขนาดของเครื่องปฏิกรณ์มีการเปลี่ยนแปลงหนึ่งครั้ง สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่ 20-21 เมื่อสหรัฐอเมริกาถอนตัวออกจากโครงการ และสมาชิกที่เหลือตระหนักว่างบประมาณของ ITER (ในขณะนั้นประมาณไว้ที่ 10 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ) มากเกินไป นักฟิสิกส์และวิศวกรจำเป็นต้องลดต้นทุนการติดตั้ง และสิ่งนี้สามารถทำได้เนื่องจากขนาดเท่านั้น “การออกแบบใหม่” ของ ITER นำโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Robert Aymar ซึ่งเคยทำงานใน French Tore Supra tokamak ใน Karadash รัศมีด้านนอกของพลาสมาทอรัสลดลงจาก 8.2 เมตร เหลือ 6.3 เมตร อย่างไรก็ตาม ความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับการลดขนาดได้รับการชดเชยบางส่วนด้วยแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดเพิ่มเติมหลายตัว ซึ่งทำให้สามารถใช้โหมดการจำกัดพลาสมา ซึ่งเปิดและศึกษาอยู่ในเวลานั้นได้

ITER (ITER, เครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ทดลองระหว่างประเทศ, "เครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ทดลองระหว่างประเทศ") เป็นโครงการทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคขนาดใหญ่ที่มุ่งสร้างเครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ทดลองระดับนานาชาติเครื่องแรก

ดำเนินการโดยพันธมิตรหลัก 7 ราย (สหภาพยุโรป อินเดีย จีน สาธารณรัฐเกาหลี รัสเซีย สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น) ใน Cadarache (ภูมิภาคโพรวองซ์-แอลป์-โกตดาซูร์ ประเทศฝรั่งเศส) ITER มีพื้นฐานมาจากการติดตั้ง tokamak (ตั้งชื่อตามตัวอักษรตัวแรก: ห้องวงแหวนที่มีขดลวดแม่เหล็ก) ซึ่งถือเป็นอุปกรณ์ที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการนำฟิวชั่นเทอร์โมนิวเคลียร์ที่มีการควบคุมมาใช้ Tokamak รุ่นแรกถูกสร้างขึ้นในสหภาพโซเวียตในปี 1954

เป้าหมายของโครงการคือการแสดงให้เห็นว่าพลังงานฟิวชันสามารถใช้ในระดับอุตสาหกรรมได้ ITER ควรสร้างพลังงานผ่านปฏิกิริยาฟิวชันกับไอโซโทปไฮโดรเจนหนักที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 ล้านองศา

สันนิษฐานว่าเชื้อเพลิง 1 กรัม (ส่วนผสมของดิวทีเรียมและไอโซโทป) ที่จะใช้ในการติดตั้งจะให้พลังงานในปริมาณเท่ากันกับน้ำมัน 8 ตัน พลังงานความร้อนนิวเคลียร์โดยประมาณของ ITER คือ 500 MW

ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าเครื่องปฏิกรณ์ประเภทนี้ปลอดภัยกว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPP) ในปัจจุบันมาก และน้ำทะเลสามารถให้เชื้อเพลิงได้ในปริมาณที่แทบไม่จำกัด ดังนั้นการดำเนินการ ITER ที่ประสบความสำเร็จจะเป็นแหล่งพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมไม่สิ้นสุด

ประวัติโครงการ

แนวคิดเครื่องปฏิกรณ์ได้รับการพัฒนาที่สถาบันพลังงานปรมาณูซึ่งตั้งชื่อตาม I.V.Kurchatova ในปี พ.ศ. 2521 สหภาพโซเวียตได้เสนอแนวคิดในการดำเนินโครงการที่สำนักงานพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (IAEA) มีการบรรลุข้อตกลงในการดำเนินโครงการในปี 1985 ที่เจนีวาระหว่างการเจรจาระหว่างสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกา

โปรแกรมนี้ได้รับการอนุมัติในภายหลังจาก IAEA ในปี 1987 โครงการได้รับชื่อปัจจุบันและในปี 1988 ได้มีการจัดตั้งหน่วยงานกำกับดูแล - สภา ITER ในปี พ.ศ. 2531-2533 นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรของโซเวียต อเมริกา ญี่ปุ่น และยุโรป ได้ทำการศึกษาแนวคิดของโครงการนี้

เมื่อวันที่ 21 กรกฎาคม 1992 ในกรุงวอชิงตัน สหภาพยุโรป รัสเซีย สหรัฐอเมริกา และญี่ปุ่นได้ลงนามในข้อตกลงเกี่ยวกับการพัฒนาโครงการทางเทคนิคของ ITER ซึ่งแล้วเสร็จในปี 2544 ในปี 2545-2548 โดยมีเกาหลีใต้ จีน และอินเดียเข้าร่วมโครงการ ข้อตกลงในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันทดลองระดับนานาชาติเครื่องแรกได้ลงนามในปารีสเมื่อวันที่ 21 พฤศจิกายน พ.ศ. 2549

หนึ่งปีต่อมาในวันที่ 7 พฤศจิกายน 2550 มีการลงนามข้อตกลงในสถานที่ก่อสร้างของ ITER ตามที่เครื่องปฏิกรณ์จะตั้งอยู่ในฝรั่งเศสที่ศูนย์นิวเคลียร์ Cadarache ใกล้เมืองมาร์เซย์ ศูนย์ควบคุมและประมวลผลข้อมูลจะตั้งอยู่ในนาคา (จังหวัดอิบารากิ ประเทศญี่ปุ่น)

การเตรียมสถานที่ก่อสร้างใน Cadarache เริ่มขึ้นในเดือนมกราคม พ.ศ. 2550 และเริ่มการก่อสร้างเต็มขนาดในปี พ.ศ. 2556 คอมเพล็กซ์จะตั้งอยู่บนพื้นที่ 180 เฮกตาร์ เครื่องปฏิกรณ์ที่มีความสูง 60 ม. และมีน้ำหนัก 23,000 ตันจะตั้งอยู่บนพื้นที่ยาว 1 กม. และกว้าง 400 ม. งานในการก่อสร้างได้รับการประสานงานโดยองค์การระหว่างประเทศ ITER ซึ่งก่อตั้งขึ้นในเดือนตุลาคม 2550

ค่าใช้จ่ายของโครงการอยู่ที่ประมาณ 15 พันล้านยูโร ซึ่งสหภาพยุโรป (ผ่าน Euratom) คิดเป็น 45.4% และผู้เข้าร่วมอีก 6 คน (รวมถึงสหพันธรัฐรัสเซีย) มีส่วนร่วม 9.1% ต่อคน ตั้งแต่ปี 1994 เป็นต้นมา คาซัคสถานก็เข้าร่วมในโครงการนี้ภายใต้โควตาของรัสเซียด้วย

องค์ประกอบของเครื่องปฏิกรณ์จะถูกส่งทางเรือไปยังชายฝั่งทะเลเมดิเตอร์เรเนียนของฝรั่งเศส และจากนั้นจึงขนส่งโดยคาราวานพิเศษไปยังภูมิภาคกาดาราช ด้วยเหตุนี้ ในปี 2013 ส่วนของถนนที่มีอยู่จึงได้รับการตกแต่งใหม่อย่างมีนัยสำคัญ สะพานได้รับการเสริมความแข็งแกร่ง ทางแยกและรางใหม่ที่มีพื้นผิวแข็งแรงเป็นพิเศษได้ถูกสร้างขึ้น ในช่วงปี 2557 ถึง 2562 รถไฟบรรทุกหนักมากอย่างน้อย 34 ขบวนควรแล่นผ่านไปตามถนนที่มีป้อมปืน

ระบบวินิจฉัยพลาสมาสำหรับ ITER จะได้รับการพัฒนาในโนโวซีบีสค์ ข้อตกลงเกี่ยวกับเรื่องนี้ลงนามเมื่อวันที่ 27 มกราคม 2014 โดยผู้อำนวยการองค์การระหว่างประเทศ ITER Osamu Motojima และหัวหน้าหน่วยงานระดับชาติ ITER ในสหพันธรัฐรัสเซีย Anatoly Krasilnikov

การพัฒนาที่ซับซ้อนในการวินิจฉัยภายในกรอบของข้อตกลงใหม่กำลังดำเนินการบนพื้นฐานของสถาบันฟิสิกส์และเทคนิคที่ได้รับการตั้งชื่อตาม A.F. Ioffe สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งรัสเซีย

คาดว่าเครื่องปฏิกรณ์จะเริ่มดำเนินการในปี 2563 ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันครั้งแรกจะดำเนินการไม่ช้ากว่าปี 2570 ในปี 2580 มีการวางแผนที่จะเสร็จสิ้นส่วนทดลองของโครงการและภายในปี 2583 จะเปลี่ยนไปใช้การผลิตไฟฟ้า . ตามการคาดการณ์เบื้องต้นของผู้เชี่ยวชาญ เครื่องปฏิกรณ์รุ่นอุตสาหกรรมจะพร้อมใช้งานไม่ช้ากว่าปี 2060 และเครื่องปฏิกรณ์ประเภทนี้จะสามารถสร้างได้ภายในสิ้นศตวรรษที่ 21 เท่านั้น

พลังงานนิวเคลียร์แสนสาหัสจำเป็นหรือไม่?

ในขั้นตอนของการพัฒนาอารยธรรมนี้ เราสามารถพูดได้อย่างปลอดภัยว่ามนุษยชาติเผชิญกับ "ความท้าทายด้านพลังงาน" เกิดจากปัจจัยพื้นฐานหลายประการ:

— มนุษยชาติในปัจจุบันใช้พลังงานจำนวนมหาศาล.

ปัจจุบันการใช้พลังงานของโลกอยู่ที่ประมาณ 15.7 เทราวัตต์ (TW) เมื่อหารค่านี้ด้วยจำนวนประชากรโลก เราจะได้พลังงานประมาณ 2,400 วัตต์ต่อคน ซึ่งสามารถประมาณและจินตนาการได้อย่างง่ายดาย พลังงานที่ประชากรโลกทุกคนใช้ (รวมถึงเด็ก ๆ ) สอดคล้องกับการทำงานตลอด 24 ชั่วโมงของหลอดไฟฟ้าขนาด 100 วัตต์จำนวน 24 หลอด

— การใช้พลังงานของโลกกำลังเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว.

จากข้อมูลของสำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ (2549) คาดว่าการใช้พลังงานทั่วโลกจะเพิ่มขึ้น 50% ภายในปี 2573

— ปัจจุบัน 80% ของพลังงานที่โลกใช้นั้นเกิดจากการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล (น้ำมัน ถ่านหิน และก๊าซ)) การใช้งานที่อาจก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมที่เป็นหายนะ

เรื่องตลกต่อไปนี้เป็นที่นิยมในหมู่ชาวซาอุดีอาระเบีย: “พ่อของฉันขี่อูฐ ฉันมีรถยนต์ และลูกชายของฉันกำลังขับเครื่องบินอยู่แล้ว แต่บัดนี้ลูกชายของเขาจะขี่อูฐอีกครั้ง”

ดูเหมือนจะเป็นเช่นนั้น เนื่องจากมีการคาดการณ์อย่างจริงจังว่าปริมาณสำรองน้ำมันของโลกจะหมดไปอย่างมากในอีกประมาณ 50 ปี

แม้จะอ้างอิงจากการประมาณการจากการสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกา (การคาดการณ์นี้มีแง่ดีมากกว่าการคาดการณ์อื่นๆ มาก) การเติบโตของการผลิตน้ำมันของโลกจะยังคงดำเนินต่อไปอีกไม่เกิน 20 ปีข้างหน้า (ผู้เชี่ยวชาญคนอื่นๆ คาดการณ์ว่าการผลิตสูงสุดจะถึงใน 5-10 ปี) ปี) หลังจากนั้นปริมาณน้ำมันที่ผลิตได้จะเริ่มลดลงในอัตราประมาณร้อยละ 3 ต่อปี แนวโน้มการผลิตก๊าซธรรมชาติดูไม่ดีขึ้นมากนัก โดยทั่วไปมักกล่าวกันว่าเราจะมีถ่านหินเพียงพอต่อไปอีก 200 ปี แต่การคาดการณ์นี้ขึ้นอยู่กับการรักษาระดับการผลิตและการบริโภคที่มีอยู่ ในขณะเดียวกันปริมาณการใช้ถ่านหินในปัจจุบันเพิ่มขึ้น 4.5% ต่อปี ซึ่งทำให้ระยะเวลาดังกล่าวจาก 200 ปีลดลงเหลือเพียง 50 ปีในทันที

ดังนั้นเราควรเตรียมพร้อมสำหรับการสิ้นสุดยุคการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล

น่าเสียดายที่แหล่งพลังงานทางเลือกที่มีอยู่ในปัจจุบันไม่สามารถตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นของมนุษยชาติได้ จากการประมาณการในแง่ดีที่สุด ปริมาณพลังงานสูงสุด (เทียบเท่าความร้อนที่ระบุ) ที่สร้างโดยแหล่งที่ระบุไว้คือเพียง 3 TW (ลม), 1 TW (พลังน้ำ), 1 TW (แหล่งทางชีวภาพ) และ 100 GW (ความร้อนใต้พิภพและทางทะเล) พืช). ปริมาณพลังงานเพิ่มเติมทั้งหมด (แม้จะอยู่ในการคาดการณ์ที่เหมาะสมที่สุด) มีเพียงประมาณ 6 TW เป็นที่น่าสังเกตว่าการพัฒนาแหล่งพลังงานใหม่เป็นงานทางเทคนิคที่ซับซ้อนมาก ดังนั้นต้นทุนพลังงานที่ผลิตได้ไม่ว่าในกรณีใดจะสูงกว่าการเผาไหม้ถ่านหินตามปกติ ฯลฯ ดูเหมือนว่าค่อนข้างชัดเจนว่า

มนุษยชาติจะต้องมองหาแหล่งพลังงานอื่นซึ่งในปัจจุบันมีเพียงดวงอาทิตย์และปฏิกิริยาฟิวชั่นแสนสาหัสเท่านั้นที่สามารถพิจารณาได้จริงๆ

ดวงอาทิตย์อาจเป็นแหล่งพลังงานที่ไม่มีวันหมดสิ้น ปริมาณพลังงานที่เกิดขึ้นกระทบเพียง 0.1% ของพื้นผิวโลกนั้นเทียบเท่ากับ 3.8 TW (แม้ว่าจะแปลงด้วยประสิทธิภาพเพียง 15%) ก็ตาม ปัญหาอยู่ที่การที่เราไม่สามารถจับและแปลงพลังงานนี้ได้ ซึ่งสัมพันธ์กับแผงโซลาร์เซลล์ที่มีราคาสูง และปัญหาเรื่องการสะสม การจัดเก็บ และการส่งพลังงานที่เกิดขึ้นไปยังภูมิภาคที่ต้องการต่อไป

ปัจจุบัน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ผลิตพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างปฏิกิริยาฟิชชันของนิวเคลียสของอะตอมในขนาดใหญ่ ฉันเชื่อว่าการสร้างและพัฒนาสถานีดังกล่าวควรได้รับการส่งเสริมในทุกวิถีทางที่เป็นไปได้ แต่ต้องคำนึงว่าปริมาณสำรองของหนึ่งในวัสดุที่สำคัญที่สุดสำหรับการดำเนินงาน (ยูเรเนียมราคาถูก) สามารถนำมาใช้หมดภายใน 50 ปีข้างหน้า

ทิศทางการพัฒนาที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือการใช้นิวเคลียร์ฟิวชัน (นิวเคลียร์ฟิวชัน) ซึ่งปัจจุบันทำหน้าที่เป็นความหวังหลักเพื่อความรอด แม้ว่าเวลาในการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แสนสาหัสแห่งแรกจะยังคงไม่แน่นอนก็ตาม การบรรยายนี้เน้นไปที่หัวข้อนี้

นิวเคลียร์ฟิวชันคืออะไร?

นิวเคลียร์ฟิวชันซึ่งเป็นพื้นฐานของการดำรงอยู่ของดวงอาทิตย์และดวงดาวต่างๆ อาจเป็นแหล่งพลังงานที่ไม่มีวันหมดสำหรับการพัฒนาของจักรวาลโดยทั่วไป การทดลองดำเนินการในรัสเซีย (รัสเซียเป็นแหล่งกำเนิดของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แสนสาหัสโทคามัค) สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น เยอรมนี และสหราชอาณาจักร โดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Joint European Torus (JET) ซึ่งเป็นหนึ่งในโครงการวิจัยชั้นนำ ในโลกนี้ จงแสดงให้เห็นว่านิวเคลียร์ฟิวชันสามารถให้ไม่เพียงแต่ความต้องการพลังงานในปัจจุบันของมนุษยชาติ (16 TW) เท่านั้น แต่ยังให้พลังงานในปริมาณที่มากกว่ามากอีกด้วย

พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันนั้นมีอยู่จริงมาก และคำถามหลักก็คือ เราจะสามารถสร้างโรงงานฟิวชันที่เชื่อถือได้และคุ้มค่าเพียงพอหรือไม่

กระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชันเป็นปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับการหลอมรวมนิวเคลียสของอะตอมเบาให้เป็นนิวเคลียสที่หนักกว่า โดยปล่อยพลังงานออกมาจำนวนหนึ่ง

ก่อนอื่นควรสังเกตปฏิกิริยาระหว่างสองไอโซโทป (ดิวทีเรียมและทริเทียม) ของไฮโดรเจนซึ่งเป็นเรื่องปกติมากบนโลกซึ่งเป็นผลมาจากการที่ฮีเลียมเกิดขึ้นและปล่อยนิวตรอน ปฏิกิริยาสามารถเขียนได้ดังนี้:

D + T = 4 He + n + พลังงาน (17.6 MeV)

พลังงานที่ปล่อยออกมาซึ่งเป็นผลมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าฮีเลียม-4 มีพันธะนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งมาก จะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ธรรมดา ซึ่งกระจายระหว่างนิวตรอนและนิวเคลียสของฮีเลียม-4 ในสัดส่วน 14.1 MeV/3.5 MeV

ในการเริ่มต้น (จุดชนวน) ปฏิกิริยาฟิวชัน จำเป็นต้องทำให้ก๊าซแตกตัวเป็นไอออนอย่างสมบูรณ์และทำให้แก๊สจากส่วนผสมของดิวทีเรียมและไอโซโทปร้อนขึ้นจนถึงอุณหภูมิสูงกว่า 100 ล้านองศาเซลเซียส (เราจะแสดงด้วยองศา M) ซึ่งสูงกว่าประมาณห้าเท่า กว่าอุณหภูมิที่ใจกลางดวงอาทิตย์ ที่อุณหภูมิหลายพันองศา การชนระหว่างอะตอมทำให้อิเล็กตรอนถูกผลักออกจากอะตอม ส่งผลให้เกิดส่วนผสมของนิวเคลียสและอิเล็กตรอนที่แยกจากกันที่เรียกว่าพลาสมา ซึ่งมีดิวเทอรอนและไตรตันที่มีประจุบวกและมีพลังงานสูง (นั่นคือ ดิวทีเรียม และนิวเคลียสไอโซโทป) ประสบกับแรงผลักกันอย่างรุนแรง อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิที่สูงของพลาสมา (และพลังงานไอออนสูงที่เกี่ยวข้อง) ทำให้ดิวทีเรียมและทริเทียมไอออนเหล่านี้สามารถเอาชนะแรงผลักของคูลอมบ์และชนกัน ที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 M องศา ดิวเทอรอนและไทรทันที่ "มีพลัง" มากที่สุดจะมารวมตัวกันในการชนกันในระยะใกล้จนกองกำลังนิวเคลียร์อันทรงพลังเริ่มทำหน้าที่ระหว่างพวกมัน บังคับให้พวกมันรวมเข้าด้วยกันเป็นอันเดียว

การดำเนินการตามกระบวนการนี้ในห้องปฏิบัติการทำให้เกิดปัญหาที่ยากมากสามประการ ประการแรก ส่วนผสมก๊าซของนิวเคลียส D และ T จะต้องได้รับความร้อนที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 M องศา เพื่อป้องกันไม่ให้เย็นลงและปนเปื้อน (เนื่องจากปฏิกิริยากับผนังของถัง)

เพื่อแก้ปัญหานี้ จึงมีการประดิษฐ์ "กับดักแม่เหล็ก" ที่เรียกว่า Tokamak ซึ่งป้องกันปฏิกิริยาของพลาสมากับผนังของเครื่องปฏิกรณ์

ในวิธีการที่อธิบายไว้ พลาสมาจะได้รับความร้อนจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลภายในพรูถึงอุณหภูมิประมาณ 3 M องศา ซึ่งยังคงไม่เพียงพอที่จะเริ่มต้นปฏิกิริยา เพื่อให้ความร้อนแก่พลาสมาเพิ่มเติม พลังงานจะถูก "สูบ" เข้าไปด้วยการแผ่รังสีความถี่วิทยุ (เช่นในเตาไมโครเวฟ) หรือฉีดลำแสงของอนุภาคที่เป็นกลางพลังงานสูงซึ่งถ่ายโอนพลังงานของพวกมันไปยังพลาสมาในระหว่างการชน นอกจากนี้การปล่อยความร้อนยังเกิดขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์เอง (ดังที่จะกล่าวถึงด้านล่าง) ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ "การจุดระเบิด" ของพลาสมาควรเกิดขึ้นในการติดตั้งที่มีขนาดใหญ่เพียงพอ

ขณะนี้ในฝรั่งเศส การก่อสร้างกำลังเริ่มต้นบนเครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ทดลองระหว่างประเทศ ITER (เครื่องปฏิกรณ์ทดลองเทอร์โมนิวเคลียร์ระหว่างประเทศ) ที่อธิบายไว้ด้านล่าง ซึ่งจะเป็น Tokamak เครื่องแรกที่สามารถ "จุดไฟ" พลาสมาได้

ในการติดตั้งประเภท Tokamak ที่ทันสมัยที่สุดที่มีอยู่ อุณหภูมิประมาณ 150 M องศานั้นได้รับมายาวนานซึ่งใกล้เคียงกับค่าที่จำเป็นสำหรับการทำงานของสถานีเทอร์โมนิวเคลียร์ แต่เครื่องปฏิกรณ์ ITER ควรกลายเป็นพลังงานขนาดใหญ่เครื่องแรก โรงงานที่ออกแบบมาเพื่อการดำเนินงานระยะยาว ในอนาคตมีความจำเป็นต้องปรับปรุงพารามิเตอร์ของการทำงานอย่างมีนัยสำคัญซึ่งประการแรกจะต้องเพิ่มความดันในพลาสมาเนื่องจากอัตราการหลอมนิวเคลียร์ที่อุณหภูมิที่กำหนดนั้นเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของ ความดัน.

ปัญหาทางวิทยาศาสตร์หลักในกรณีนี้เกี่ยวข้องกับความจริงที่ว่าเมื่อความดันในพลาสมาเพิ่มขึ้นจะเกิดความไม่เสถียรที่ซับซ้อนและเป็นอันตรายมากนั่นคือโหมดการทำงานที่ไม่เสถียร

นิวเคลียสฮีเลียมที่มีประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาฟิวชันจะถูกกักไว้ใน "กับดักแม่เหล็ก" ซึ่งพวกมันจะค่อยๆ ช้าลงเนื่องจากการชนกับอนุภาคอื่นๆ และพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการชนจะช่วยรักษาอุณหภูมิสูงของสายพลาสมา นิวตรอนที่เป็นกลาง (ไม่มีประจุไฟฟ้า) ออกจากระบบและถ่ายโอนพลังงานไปยังผนังของเครื่องปฏิกรณ์ และความร้อนที่ได้รับจากผนังเป็นแหล่งพลังงานสำหรับการทำงานของกังหันที่ผลิตกระแสไฟฟ้า ปัญหาและความยากลำบากในการใช้งานสิ่งอำนวยความสะดวกดังกล่าวมีความเกี่ยวข้องประการแรกกับความจริงที่ว่าการไหลที่ทรงพลังของนิวตรอนพลังงานสูงและพลังงานที่ปล่อยออกมา (ในรูปของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและอนุภาคพลาสมา) ส่งผลกระทบร้ายแรงต่อเครื่องปฏิกรณ์และสามารถทำลายได้ วัสดุที่ใช้ทำ

ด้วยเหตุนี้ การออกแบบการติดตั้งระบบเทอร์โมนิวเคลียร์จึงมีความซับซ้อนมาก นักฟิสิกส์และวิศวกรต้องเผชิญกับงานที่ต้องทำให้งานของตนมีความน่าเชื่อถือสูง การออกแบบและการก่อสร้างสถานีเทอร์โมนิวเคลียร์จำเป็นต้องแก้ปัญหาทางเทคโนโลยีที่หลากหลายและซับซ้อนมากจำนวนหนึ่ง

การออกแบบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แสนสาหัส

รูปภาพนี้แสดงแผนผัง (ไม่ใช่ขนาด) ของอุปกรณ์และหลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แสนสาหัส ในส่วนกลางจะมีห้องรูปวงแหวน (รูปโดนัท) ที่มีปริมาตรประมาณ 2,000 ม. 3 ซึ่งเต็มไปด้วยพลาสมาไอโซโทปดิวทีเรียม (T-D) ที่ให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 M องศา นิวตรอนที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาฟิวชันจะออกจาก “กับดักแม่เหล็ก” และเข้าไปในเปลือกดังแสดงในรูปที่มีความหนาประมาณ 1 ม.1

ภายในเปลือก นิวตรอนชนกับอะตอมลิเธียม ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาที่ก่อให้เกิดไอโซโทป:

นิวตรอน + ลิเธียม = ฮีเลียม + ไอโซโทป

นอกจากนี้ปฏิกิริยาที่แข่งขันกันยังเกิดขึ้นในระบบ (โดยไม่มีการก่อตัวของไอโซโทป) เช่นเดียวกับปฏิกิริยาหลายอย่างที่มีการปล่อยนิวตรอนเพิ่มเติมซึ่งจะนำไปสู่การก่อตัวของไอโซโทปด้วย (ในกรณีนี้สามารถปล่อยนิวตรอนเพิ่มเติมได้ ปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ เช่น โดยการนำอะตอมเข้าไปในเปลือกเบริลเลียมและตะกั่ว) ข้อสรุปโดยรวมก็คือว่าสถานที่นี้ (อย่างน้อยในทางทฤษฎี) สามารถเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันที่จะผลิตไอโซโทปได้ ในกรณีนี้ ปริมาณไอโซโทปที่ผลิตได้ไม่เพียงแต่ตอบสนองความต้องการของการติดตั้งเท่านั้น แต่ยังต้องมากกว่านั้นอีกด้วย ซึ่งจะทำให้สามารถจัดหาไอโซโทปในการติดตั้งใหม่ได้

แนวคิดการดำเนินงานนี้จะต้องได้รับการทดสอบและนำไปใช้ในเครื่องปฏิกรณ์ ITER ที่อธิบายไว้ด้านล่าง

นิวตรอนควรให้ความร้อนแก่เปลือกในพืชนำร่องที่เรียกว่า (ซึ่งจะใช้วัสดุก่อสร้าง "ธรรมดา") ให้มีอุณหภูมิประมาณ 400 องศา ในอนาคต มีการวางแผนที่จะสร้างการติดตั้งที่ได้รับการปรับปรุงโดยมีอุณหภูมิความร้อนของเปลือกสูงกว่า 1,000 องศา ซึ่งสามารถทำได้โดยการใช้วัสดุที่มีความแข็งแรงสูงล่าสุด (เช่น คอมโพสิตซิลิคอนคาร์ไบด์) ความร้อนที่เกิดขึ้นในเปลือก เช่นเดียวกับในสถานีทั่วไป จะถูกนำไปใช้โดยวงจรทำความเย็นหลักด้วยสารหล่อเย็น (ซึ่งประกอบด้วยน้ำหรือฮีเลียม) และถ่ายโอนไปยังวงจรทุติยภูมิ ซึ่งมีการผลิตไอน้ำของน้ำและจ่ายให้กับกังหัน

ข้อได้เปรียบหลักของนิวเคลียร์ฟิวชันก็คือ ต้องใช้สารจำนวนน้อยมากซึ่งพบได้ทั่วไปในธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันในสถานประกอบการที่อธิบายไว้สามารถนำไปสู่การปลดปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาล ซึ่งสูงกว่าความร้อนมาตรฐานที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยาเคมีทั่วไปถึงสิบล้านเท่า (เช่น การเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิล) สำหรับการเปรียบเทียบ เราชี้ให้เห็นว่าปริมาณถ่านหินที่ต้องใช้ในการจ่ายพลังงานให้กับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่มีกำลังการผลิต 1 กิกะวัตต์ (GW) คือ 10,000 ตันต่อวัน (ตู้รถไฟสิบคัน) และโรงไฟฟ้าฟิวชันที่มีกำลังเท่ากันจะใช้พลังงานเพียงประมาณ ของผสม D+ 1 กิโลกรัมต่อวัน T.

ดิวทีเรียมเป็นไอโซโทปเสถียรของไฮโดรเจน ประมาณหนึ่งในทุกๆ 3,350 โมเลกุลของน้ำธรรมดา อะตอมไฮโดรเจนหนึ่งอะตอมจะถูกแทนที่ด้วยดิวทีเรียม (มรดกจากบิ๊กแบงของจักรวาล) ข้อเท็จจริงนี้ทำให้ง่ายต่อการจัดการการผลิตดิวทีเรียมในปริมาณที่ค่อนข้างถูกจากน้ำ การได้รับไอโซโทปนั้นยากกว่าซึ่งไม่เสถียร (ครึ่งชีวิตประมาณ 12 ปีซึ่งเป็นผลมาจากเนื้อหาในธรรมชาติมีน้อยมาก) อย่างไรก็ตามดังที่แสดงไว้ข้างต้นไอโซโทปจะถูกผลิตโดยตรงภายในการติดตั้งเทอร์โมนิวเคลียร์ระหว่างการใช้งาน เนื่องจากปฏิกิริยาของนิวตรอนกับลิเธียม

ดังนั้นเชื้อเพลิงเริ่มต้นสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันคือลิเธียมและน้ำ

ลิเธียมเป็นโลหะทั่วไปที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องใช้ในครัวเรือน (เช่น แบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือ) การติดตั้งที่อธิบายไว้ข้างต้น แม้จะคำนึงถึงประสิทธิภาพที่ไม่เหมาะก็ตาม จะสามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ 200,000 kWh ซึ่งเทียบเท่ากับพลังงานที่มีอยู่ในถ่านหิน 70 ตัน ปริมาณลิเธียมที่จำเป็นสำหรับสิ่งนี้มีอยู่ในแบตเตอรี่คอมพิวเตอร์หนึ่งก้อน และปริมาณดิวทีเรียมอยู่ในน้ำ 45 ลิตร ค่าข้างต้นสอดคล้องกับปริมาณการใช้ไฟฟ้าในปัจจุบัน (คำนวณต่อคน) ในประเทศสหภาพยุโรปในช่วง 30 ปี ความจริงที่ว่าปริมาณลิเธียมที่ไม่มีนัยสำคัญดังกล่าวสามารถให้การผลิตไฟฟ้าในปริมาณดังกล่าวได้ (โดยไม่มีการปล่อย CO 2 และไม่มีมลพิษทางอากาศแม้แต่น้อย) ถือเป็นข้อโต้แย้งที่ค่อนข้างจริงจังสำหรับการพัฒนางานวิจัยเกี่ยวกับการพัฒนาเทอร์โมนิวเคลียร์อย่างรวดเร็วและแข็งแกร่ง พลังงาน (แม้จะมีความยากลำบากและปัญหาทั้งหมด) แม้ว่าจะมีโอกาสระยะยาวในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสที่คุ้มค่าก็ตาม

ดิวเทอเรียมควรมีอายุการใช้งานหลายล้านปี และปริมาณลิเธียมที่ขุดได้ง่ายนั้นเพียงพอต่อความต้องการเป็นเวลาหลายร้อยปี

แม้ว่าลิเธียมในหินจะหมด เราก็สามารถสกัดมันขึ้นมาจากน้ำได้ ซึ่งพบว่ามีความเข้มข้นสูงเพียงพอ (ความเข้มข้นของยูเรเนียม 100 เท่า) เพื่อทำให้การสกัดลิเธียมเป็นไปได้ในเชิงเศรษฐกิจ

โดยหลักการแล้ว พลังงานฟิวชั่นไม่เพียงแต่สัญญาต่อมนุษยชาติถึงความเป็นไปได้ในการผลิตพลังงานจำนวนมหาศาลในอนาคต (โดยไม่มีการปล่อยก๊าซ CO 2 และไม่มีมลพิษทางอากาศ) แต่ยังมีข้อดีอื่นๆ อีกหลายประการ

1 ) ความปลอดภัยภายในสูง

พลาสมาที่ใช้ในการติดตั้งนิวเคลียร์แสนสาหัสมีความหนาแน่นต่ำมาก (ต่ำกว่าความหนาแน่นของบรรยากาศประมาณหนึ่งล้านเท่า) ส่งผลให้สภาพแวดล้อมการทำงานของสถานประกอบการไม่มีพลังงานเพียงพอที่จะทำให้เกิดเหตุการณ์ร้ายแรงหรืออุบัติเหตุ

นอกจากนี้ จะต้องดำเนินการโหลดด้วย "เชื้อเพลิง" อย่างต่อเนื่อง ซึ่งทำให้ง่ายต่อการหยุดการทำงาน ไม่ต้องพูดถึงความจริงที่ว่าในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุและการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมอย่างรวดเร็ว "เปลวไฟ" เทอร์โมนิวเคลียร์ควรเพียงแค่ ออกไป.

อันตรายที่เกี่ยวข้องกับพลังงานแสนสาหัสคืออะไร? ประการแรก เป็นที่น่าสังเกตว่าแม้ว่าผลิตภัณฑ์ฟิวชัน (ฮีเลียมและนิวตรอน) จะไม่มีกัมมันตภาพรังสี แต่เปลือกเครื่องปฏิกรณ์สามารถกลายเป็นสารกัมมันตภาพรังสีได้ภายใต้การฉายรังสีนิวตรอนเป็นเวลานาน

ประการที่สอง ไอโซโทปมีกัมมันตภาพรังสีและมีครึ่งชีวิตค่อนข้างสั้น (12 ปี) แม้ว่าปริมาตรของพลาสมาที่ใช้จะมีนัยสำคัญ แต่เนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำ จึงทำให้มีไอโซโทปไอโซโทปในปริมาณน้อยมาก (น้ำหนักรวมประมาณสิบตราไปรษณียากร) นั่นเป็นเหตุผล

แม้ในสถานการณ์และอุบัติเหตุที่รุนแรงที่สุด (การทำลายเปลือกหอยอย่างสมบูรณ์และการปล่อยไอโซโทปทั้งหมดที่มีอยู่ในนั้น เช่น ระหว่างแผ่นดินไหวและเครื่องบินตกบนสถานี) จะมีการปล่อยเชื้อเพลิงเพียงเล็กน้อยเข้าสู่ สิ่งแวดล้อมซึ่งจะไม่ต้องอพยพประชากรออกจากพื้นที่ที่มีประชากรใกล้เคียง

2 ) ค่าพลังงาน

คาดว่าราคาไฟฟ้าที่ได้รับ (ต้นทุนการผลิตเอง) ที่เรียกว่า "ภายใน" จะเป็นที่ยอมรับได้หากคิดเป็น 75% ของราคาที่มีอยู่ในตลาดแล้ว “ราคาไม่แพง” ในกรณีนี้หมายความว่าราคาจะต่ำกว่าราคาพลังงานที่ผลิตโดยใช้เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนเก่า ต้นทุน “ภายนอก” (ผลข้างเคียง ผลกระทบต่อสุขภาพของประชาชน สภาพภูมิอากาศ ระบบนิเวศ ฯลฯ) จะเป็นศูนย์โดยพื้นฐานแล้ว

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสทดลองนานาชาติ ITER

ขั้นตอนต่อไปที่สำคัญคือการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ ITER ซึ่งออกแบบมาเพื่อแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้อย่างมากในการจุดไฟพลาสมาและได้รับพลังงานเพิ่มขึ้นอย่างน้อยสิบเท่าบนพื้นฐานนี้ (สัมพันธ์กับพลังงานที่ใช้ในการทำความร้อนพลาสมา) เครื่องปฏิกรณ์ ITER จะเป็นอุปกรณ์ทดลองที่จะไม่ได้ติดตั้งกังหันสำหรับผลิตไฟฟ้าและอุปกรณ์สำหรับใช้งานด้วยซ้ำ วัตถุประสงค์ของการสร้างคือเพื่อศึกษาเงื่อนไขที่ต้องปฏิบัติตามระหว่างการดำเนินงานของโรงไฟฟ้าดังกล่าว รวมถึงการสร้างโรงไฟฟ้าจริงที่มีศักยภาพเชิงเศรษฐกิจบนพื้นฐานของความเป็นจริง ซึ่งเห็นได้ชัดว่าควรมีขนาดเกิน ITER การสร้างต้นแบบที่แท้จริงของโรงไฟฟ้าฟิวชัน (กล่าวคือ โรงงานที่ติดตั้งกังหันครบครัน ฯลฯ) จำเป็นต้องแก้ไขปัญหาสองประการต่อไปนี้ ขั้นแรก จำเป็นต้องพัฒนาวัสดุใหม่ต่อไป (สามารถทนต่อสภาวะการทำงานที่รุนแรงมากตามที่อธิบายไว้) และทดสอบตามกฎพิเศษสำหรับอุปกรณ์ IFMIF (International Fusion Irradiation Facility) ที่อธิบายไว้ด้านล่าง ประการที่สอง ปัญหาด้านเทคนิคจำนวนมากจำเป็นต้องได้รับการแก้ไข และเทคโนโลยีใหม่ ๆ จำเป็นต้องได้รับการพัฒนาที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมระยะไกล การทำความร้อน การออกแบบการหุ้ม วงจรเชื้อเพลิง ฯลฯ 2

ภาพนี้แสดงให้เห็นเครื่องปฏิกรณ์ ITER ซึ่งเหนือกว่าการติดตั้ง JET ที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบัน ไม่เพียงแต่ในมิติเชิงเส้นทั้งหมด (ประมาณสองเท่า) แต่ยังรวมถึงขนาดของสนามแม่เหล็กที่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์และกระแสที่ไหลผ่านพลาสมาด้วย

จุดประสงค์ของการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นี้คือเพื่อแสดงให้เห็นถึงความพยายามร่วมกันของนักฟิสิกส์และวิศวกรในการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชันขนาดใหญ่

กำลังการผลิตติดตั้งที่วางแผนโดยผู้ออกแบบคือ 500 MW (โดยใช้พลังงานที่ระบบอินพุตเพียงประมาณ 50 MW) 3

การติดตั้ง ITER กำลังถูกสร้างขึ้นโดยกลุ่มความร่วมมือที่ประกอบด้วยสหภาพยุโรป จีน อินเดีย ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ รัสเซีย และสหรัฐอเมริกา ประชากรทั้งหมดของประเทศเหล่านี้มีขนาดประมาณครึ่งหนึ่งของประชากรทั้งหมดของโลก ดังนั้นโครงการนี้จึงเรียกได้ว่าเป็นการตอบสนองระดับโลกต่อความท้าทายระดับโลก ส่วนประกอบหลักและส่วนประกอบของเครื่องปฏิกรณ์ ITER ได้ถูกสร้างขึ้นและทดสอบแล้ว และการก่อสร้างได้เริ่มขึ้นแล้วในเมือง Cadarache (ฝรั่งเศส) มีการวางแผนการเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์ในปี 2563 และมีการวางแผนการผลิตพลาสมาดิวทีเรียม-ทริเทียมในปี 2570 เนื่องจากการว่าจ้างเครื่องปฏิกรณ์จำเป็นต้องมีการทดสอบพลาสมาจากดิวเทอเรียมและทริเทียมเป็นเวลานานและจริงจัง

ขดลวดแม่เหล็กของเครื่องปฏิกรณ์ ITER ขึ้นอยู่กับวัสดุตัวนำยิ่งยวด (ซึ่งตามหลักการแล้ว ช่วยให้สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องตราบเท่าที่กระแสไฟฟ้ายังคงอยู่ในพลาสมา) ดังนั้นผู้ออกแบบจึงหวังว่าจะรับประกันรอบการทำงานอย่างน้อย 10 นาที เป็นที่ชัดเจนว่าการมีขดลวดแม่เหล็กที่มีตัวนำยิ่งยวดมีความสำคัญขั้นพื้นฐานสำหรับการทำงานอย่างต่อเนื่องของโรงไฟฟ้าแสนสาหัสจริง ขดลวดตัวนำยิ่งยวดได้ถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์ประเภท Tokamak แล้ว แต่ก่อนหน้านี้ไม่เคยถูกนำมาใช้ในการติดตั้งขนาดใหญ่ที่ออกแบบมาสำหรับพลาสมาไอโซโทป นอกจากนี้ โรงงาน ITER จะเป็นแห่งแรกที่ใช้และทดสอบโมดูลเชลล์ต่างๆ ที่ออกแบบมาเพื่อใช้งานในสถานีจริงที่นิวเคลียสไอโซโทปสามารถถูกสร้างขึ้นหรือ "กู้คืนได้"

เป้าหมายหลักของการสร้างสถานที่ปฏิบัติงานนอกชายฝั่งคือการแสดงให้เห็นถึงความสำเร็จในการควบคุมการเผาไหม้ของพลาสมา และความเป็นไปได้ในการได้รับพลังงานจากอุปกรณ์แสนสาหัสในระดับการพัฒนาเทคโนโลยีที่มีอยู่

แน่นอนว่าการพัฒนาเพิ่มเติมในทิศทางนี้จะต้องใช้ความพยายามอย่างมากในการปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากมุมมองของความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจซึ่งเกี่ยวข้องกับการวิจัยที่จริงจังและยาวนานทั้งที่เครื่องปฏิกรณ์ ITER และบน อุปกรณ์อื่น ๆ. ในบรรดางานที่ได้รับมอบหมาย ควรเน้นสามงานต่อไปนี้เป็นพิเศษ:

1) จำเป็นต้องแสดงให้เห็นว่าระดับของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่มีอยู่ทำให้สามารถรับพลังงานเพิ่มขึ้น 10 เท่า (เทียบกับที่ใช้ไปเพื่อรักษากระบวนการ) ในกระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชันแบบควบคุม ปฏิกิริยาจะต้องดำเนินการโดยไม่เกิดสภาวะที่ไม่เสถียรที่เป็นอันตราย โดยไม่มีความร้อนสูงเกินไปและความเสียหายต่อวัสดุโครงสร้าง และไม่มีการปนเปื้อนในพลาสมาด้วยสิ่งเจือปน ด้วยพลังความร้อนฟิวชันลำดับ 50% ของพลังงานความร้อนพลาสม่า เป้าหมายเหล่านี้ได้บรรลุเป้าหมายแล้วในการทดลองในโรงงานขนาดเล็ก แต่การสร้างเครื่องปฏิกรณ์ ITER จะทดสอบความน่าเชื่อถือของวิธีการควบคุมในโรงงานที่ใหญ่กว่ามากซึ่งผลิตพลังงานได้มาก พลังงานมากขึ้นในระยะยาว เครื่องปฏิกรณ์ ITER ได้รับการออกแบบมาเพื่อทดสอบและยอมรับข้อกำหนดสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันในอนาคต และการก่อสร้างเป็นงานที่ซับซ้อนและน่าสนใจมาก

2) จำเป็นต้องศึกษาวิธีการเพิ่มความดันในพลาสมา (จำได้ว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่อุณหภูมิที่กำหนดเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความดัน) เพื่อป้องกันการเกิดพฤติกรรมพลาสมาในรูปแบบที่ไม่เสถียรที่เป็นอันตราย ความสำเร็จของการวิจัยในทิศทางนี้จะช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ที่ความหนาแน่นของพลาสมาที่สูงขึ้น หรือลดความต้องการด้านความแรงของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้น ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนไฟฟ้าที่ผลิตโดยเครื่องปฏิกรณ์ได้อย่างมาก

3) การทดสอบจะต้องยืนยันว่าสามารถรับประกันการทำงานอย่างต่อเนื่องของเครื่องปฏิกรณ์ในโหมดเสถียรได้สมจริง (จากมุมมองทางเศรษฐกิจและทางเทคนิค ข้อกำหนดนี้ดูเหมือนสำคัญมาก หากไม่ใช่ข้อกำหนดหลัก) และการติดตั้งสามารถเริ่มต้นได้โดยไม่ต้องใช้ขนาดใหญ่ ค่าใช้จ่ายด้านพลังงาน นักวิจัยและนักออกแบบหวังเป็นอย่างยิ่งว่ากระแสแม่เหล็กไฟฟ้าที่ "ต่อเนื่อง" ผ่านพลาสมาสามารถรับประกันได้ด้วยการสร้างพลาสมา (เนื่องจากการแผ่รังสีความถี่สูงและการฉีดอะตอมเร็ว)

โลกสมัยใหม่กำลังเผชิญกับความท้าทายด้านพลังงานที่ร้ายแรง ซึ่งอาจเรียกได้ว่าเป็น "วิกฤตพลังงานที่ไม่แน่นอน"

ในปัจจุบัน พลังงานเกือบทั้งหมดที่มนุษยชาติใช้นั้นถูกสร้างขึ้นโดยการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล และวิธีแก้ปัญหาอาจเกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานนิวเคลียร์ (การสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว เป็นต้น) ปัญหาระดับโลกที่เกิดจากจำนวนประชากรที่เพิ่มขึ้นของประเทศกำลังพัฒนาและความจำเป็นในการปรับปรุงมาตรฐานการครองชีพและเพิ่มปริมาณพลังงานที่ผลิตได้ไม่สามารถแก้ไขได้โดยใช้แนวทางเหล่านี้เพียงอย่างเดียว แม้ว่าแน่นอนว่าความพยายามใดๆ ที่จะพัฒนาวิธีการผลิตพลังงานทางเลือกอื่น ๆ ควรได้รับการส่งเสริม

หากไม่มีความประหลาดใจที่สำคัญและไม่คาดคิดบนเส้นทางสู่การพัฒนาพลังงานแสนสาหัสจากนั้นภายใต้แผนการดำเนินการที่สมเหตุสมผลและเป็นระเบียบที่ได้รับการพัฒนาซึ่ง (แน่นอนขึ้นอยู่กับการจัดระเบียบงานที่ดีและเงินทุนที่เพียงพอ) ควรนำไปสู่การสร้าง ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แสนสาหัสต้นแบบ ในกรณีนี้ ในเวลาประมาณ 30 ปี เราจะสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าจากกระแสไฟฟ้าไปยังเครือข่ายพลังงานได้เป็นครั้งแรก และในอีกเพียง 10 ปีข้างหน้า โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แสนสาหัสเชิงพาณิชย์แห่งแรกจะเริ่มดำเนินการ เป็นไปได้ว่าในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษนี้ พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันจะเริ่มเข้ามาแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิล และค่อยๆ เริ่มมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในการให้พลังงานแก่มนุษยชาติในระดับโลก