Ποιος κατασκευάζει θερμοπυρηνικό αντιδραστήρα; Iter - διεθνής θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας (iter) Σταθμοί σύντηξης

Σήμερα, πολλές χώρες συμμετέχουν στη θερμοπυρηνική έρευνα. Οι ηγέτες είναι η Ευρωπαϊκή Ένωση, οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Ρωσία και η Ιαπωνία, ενώ τα προγράμματα στην Κίνα, τη Βραζιλία, τον Καναδά και την Κορέα επεκτείνονται ραγδαία. Αρχικά, οι αντιδραστήρες σύντηξης στις ΗΠΑ και την ΕΣΣΔ συνδέθηκαν με την ανάπτυξη πυρηνικών όπλων και παρέμειναν ταξινομημένοι μέχρι τη διάσκεψη Atoms for Peace, που έλαβε χώρα στη Γενεύη το 1958. Μετά τη δημιουργία του σοβιετικού tokamak, η έρευνα για την πυρηνική σύντηξη έγινε «μεγάλη επιστήμη» τη δεκαετία του 1970. Αλλά το κόστος και η πολυπλοκότητα των συσκευών αυξήθηκαν σε σημείο που η διεθνής συνεργασία έγινε ο μόνος δρόμος προς τα εμπρός.

Θερμοπυρηνικοί αντιδραστήρες στον κόσμο

Από τη δεκαετία του 1970, η εμπορική χρήση της ενέργειας σύντηξης καθυστερεί συνεχώς κατά 40 χρόνια. Ωστόσο, πολλά έχουν συμβεί τα τελευταία χρόνια που μπορεί να επιτρέψουν τη συντόμευση αυτής της περιόδου.

Έχουν κατασκευαστεί αρκετά tokamaks, συμπεριλαμβανομένου του ευρωπαϊκού JET, του βρετανικού MAST και του πειραματικού αντιδραστήρα σύντηξης TFTR στο Πρίνστον των ΗΠΑ. Το διεθνές έργο ITER βρίσκεται υπό κατασκευή στο Cadarache της Γαλλίας. Θα είναι το μεγαλύτερο tokamak όταν αρχίσει να λειτουργεί το 2020. Το 2030, η Κίνα θα κατασκευάσει το CFETR, το οποίο θα ξεπεράσει τον ITER. Εν τω μεταξύ, η Κίνα διεξάγει έρευνα για το πειραματικό υπεραγώγιμο tokamak EAST.

Ένας άλλος τύπος αντιδραστήρα σύντηξης, οι stellators, είναι επίσης δημοφιλής μεταξύ των ερευνητών. Ένα από τα μεγαλύτερα, το LHD, ξεκίνησε να εργάζεται στο Ιαπωνικό Εθνικό Ινστιτούτο το 1998. Χρησιμοποιείται για την εύρεση της καλύτερης μαγνητικής διαμόρφωσης για περιορισμό πλάσματος. Το γερμανικό Ινστιτούτο Max Planck πραγματοποίησε έρευνα στον αντιδραστήρα Wendelstein 7-AS στο Garching μεταξύ 1988 και 2002, και επί του παρόντος στον αντιδραστήρα Wendelstein 7-X, του οποίου η κατασκευή διήρκεσε περισσότερα από 19 χρόνια. Ένας άλλος αστεροειδής TJII βρίσκεται σε λειτουργία στη Μαδρίτη της Ισπανίας. Στις ΗΠΑ, το Εργαστήριο Πρίνστον (PPPL), το οποίο κατασκεύασε τον πρώτο αντιδραστήρα σύντηξης αυτού του τύπου το 1951, σταμάτησε την κατασκευή του NCSX το 2008 λόγω υπέρβασης κόστους και έλλειψης χρηματοδότησης.

Επιπλέον, σημαντική πρόοδος έχει σημειωθεί στην έρευνα αδρανειακής σύντηξης. Η κατασκευή της Εθνικής Εγκατάστασης Ανάφλεξης (NIF) 7 δισεκατομμυρίων δολαρίων στο Εθνικό Εργαστήριο Livermore (LLNL), που χρηματοδοτήθηκε από την Εθνική Υπηρεσία Πυρηνικής Ασφάλειας, ολοκληρώθηκε τον Μάρτιο του 2009. Το γαλλικό Laser Mégajoule (LMJ) άρχισε να λειτουργεί τον Οκτώβριο του 2014. Οι αντιδραστήρες σύντηξης χρησιμοποιούν λέιζερ που αποδίδουν περίπου 2 εκατομμύρια τζάουλ φωτεινής ενέργειας μέσα σε λίγα δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου σε έναν στόχο μεγέθους λίγων χιλιοστών για να πυροδοτήσουν μια αντίδραση πυρηνικής σύντηξης. Η κύρια αποστολή του NIF και του LMJ είναι η έρευνα για την υποστήριξη εθνικών στρατιωτικών πυρηνικών προγραμμάτων.

ITER

Το 1985, η Σοβιετική Ένωση πρότεινε την κατασκευή ενός tokamak επόμενης γενιάς από κοινού με την Ευρώπη, την Ιαπωνία και τις Ηνωμένες Πολιτείες. Οι εργασίες πραγματοποιήθηκαν υπό την αιγίδα του ΔΟΑΕ. Μεταξύ 1988 και 1990, δημιουργήθηκαν τα πρώτα σχέδια για τον Διεθνή Θερμοπυρηνικό Πειραματικό Αντιδραστήρα ITER, που σημαίνει επίσης «μονοπάτι» ή «ταξίδι» στα λατινικά, για να αποδειχθεί ότι η σύντηξη θα μπορούσε να παράγει περισσότερη ενέργεια από αυτή που απορροφούσε. Συμμετείχαν επίσης ο Καναδάς και το Καζακστάν, με τη μεσολάβηση της Ευρατόμ και της Ρωσίας αντίστοιχα.

Έξι χρόνια αργότερα, το συμβούλιο του ITER ενέκρινε τον πρώτο ολοκληρωμένο σχεδιασμό αντιδραστήρα με βάση την καθιερωμένη φυσική και τεχνολογία, με κόστος 6 δισεκατομμύρια δολάρια. Στη συνέχεια οι Ηνωμένες Πολιτείες αποχώρησαν από την κοινοπραξία, γεγονός που τις ανάγκασε να μειώσουν στο μισό το κόστος και να αλλάξουν το έργο. Το αποτέλεσμα είναι το ITER-FEAT, το οποίο κοστίζει 3 δισεκατομμύρια δολάρια αλλά επιτυγχάνει αυτοσυντηρούμενη απόκριση και θετικό ισοζύγιο ισχύος.

Το 2003, οι Ηνωμένες Πολιτείες εντάχθηκαν ξανά στην κοινοπραξία και η Κίνα ανακοίνωσε την επιθυμία της να συμμετάσχει. Ως αποτέλεσμα, στα μέσα του 2005 οι εταίροι συμφώνησαν να κατασκευάσουν το ITER στο Cadarache στη νότια Γαλλία. Η ΕΕ και η Γαλλία συνεισέφεραν τα μισά από τα 12,8 δισεκατομμύρια ευρώ, ενώ η Ιαπωνία, η Κίνα, η Νότια Κορέα, οι ΗΠΑ και η Ρωσία συνεισέφεραν από 10% η καθεμία. Η Ιαπωνία παρείχε εξαρτήματα υψηλής τεχνολογίας, διατήρησε μια εγκατάσταση IFMIF ύψους 1 δισεκατομμυρίου ευρώ που είχε σχεδιαστεί για τη δοκιμή υλικών και είχε το δικαίωμα να κατασκευάσει τον επόμενο δοκιμαστικό αντιδραστήρα. Το συνολικό κόστος του ITER περιλαμβάνει το μισό κόστος για 10 χρόνια κατασκευής και το μισό για 20 χρόνια λειτουργίας. Η Ινδία έγινε το έβδομο μέλος του ITER στα τέλη του 2005.

Τα πειράματα πρόκειται να ξεκινήσουν το 2018 χρησιμοποιώντας υδρογόνο για να αποφευχθεί η ενεργοποίηση των μαγνητών. Η χρήση του πλάσματος D-T δεν αναμένεται πριν από το 2026.

Στόχος του ITER είναι να παράγει 500 MW (τουλάχιστον για 400 δευτερόλεπτα) χρησιμοποιώντας ισχύ εισόδου μικρότερη από 50 MW χωρίς να παράγει ηλεκτρική ενέργεια.

Η μονάδα επίδειξης ισχύος δύο γιγαβάτ της Demo θα παράγει μεγάλης κλίμακας σε συνεχή βάση. Ο εννοιολογικός σχεδιασμός του Demo θα ολοκληρωθεί έως το 2017, με την κατασκευή να ξεκινά το 2024. Η εκτόξευση θα γίνει το 2033.

ΠΙΔΑΚΑΣ

Το 1978 η ΕΕ (Ευρατόμ, Σουηδία και Ελβετία) ξεκίνησε το κοινό ευρωπαϊκό έργο JET στο Ηνωμένο Βασίλειο. Το JET είναι σήμερα το μεγαλύτερο λειτουργικό tokamak στον κόσμο. Ένας παρόμοιος αντιδραστήρας JT-60 λειτουργεί στο Εθνικό Ινστιτούτο Σύντηξης της Ιαπωνίας, αλλά μόνο το JET μπορεί να χρησιμοποιήσει καύσιμο δευτερίου-τριτίου.

Ο αντιδραστήρας ξεκίνησε το 1983 και έγινε το πρώτο πείραμα, το οποίο οδήγησε σε ελεγχόμενη θερμοπυρηνική σύντηξη με ισχύ έως και 16 MW για ένα δευτερόλεπτο και 5 MW σταθερής ισχύος σε πλάσμα δευτερίου-τριτίου τον Νοέμβριο του 1991. Έχουν διεξαχθεί πολλά πειράματα για τη μελέτη διαφόρων σχημάτων θέρμανσης και άλλων τεχνικών.

Περαιτέρω βελτιώσεις στο JET περιλαμβάνουν αύξηση της ισχύος του. Ο συμπαγής αντιδραστήρας MAST αναπτύσσεται μαζί με το JET και αποτελεί μέρος του έργου ITER.

K-STAR

Το K-STAR είναι ένα κορεάτικο υπεραγώγιμο tokamak από το Εθνικό Ινστιτούτο Έρευνας Σύντηξης (NFRI) στο Daejeon, το οποίο παρήγαγε το πρώτο του πλάσμα στα μέσα του 2008. ITER, το οποίο είναι αποτέλεσμα διεθνούς συνεργασίας. Ο Tokamak ακτίνας 1,8 m είναι ο πρώτος αντιδραστήρας που χρησιμοποιεί υπεραγώγιμους μαγνήτες Nb3Sn, τους ίδιους που έχουν προγραμματιστεί για το ITER. Κατά τη διάρκεια της πρώτης φάσης, που ολοκληρώθηκε το 2012, το K-STAR έπρεπε να αποδείξει τη βιωσιμότητα των υποκείμενων τεχνολογιών και να επιτύχει παλμούς πλάσματος διάρκειας έως και 20 δευτερολέπτων. Στο δεύτερο στάδιο (2013-2017), εκσυγχρονίζεται για τη μελέτη μεγάλων παλμών έως 300 s σε λειτουργία H και μετάβαση σε λειτουργία AT υψηλής απόδοσης. Στόχος της τρίτης φάσης (2018-2023) είναι η επίτευξη υψηλής παραγωγικότητας και απόδοσης στη λειτουργία μακράς παλμού. Στο στάδιο 4 (2023-2025), οι τεχνολογίες DEMO θα δοκιμαστούν. Η συσκευή δεν μπορεί να λειτουργήσει με τρίτιο και δεν χρησιμοποιεί καύσιμο D-T.

K-DEMO

Αναπτύχθηκε σε συνεργασία με το Εργαστήριο Φυσικής Πλάσματος Πρίνστον (PPPL) του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ και το NFRI της Νότιας Κορέας, το K-DEMO προορίζεται να είναι το επόμενο βήμα στην ανάπτυξη εμπορικών αντιδραστήρων πέρα ​​από τον ITER και θα είναι ο πρώτος σταθμός ηλεκτροπαραγωγής ικανός να παράγει ενέργεια σε το ηλεκτρικό δίκτυο, δηλαδή 1 εκατομμύριο kW μέσα σε λίγες εβδομάδες. Θα έχει διάμετρο 6,65 m και θα έχει μια μονάδα ζώνης αναπαραγωγής που δημιουργήθηκε στο πλαίσιο του έργου DEMO. Το Υπουργείο Παιδείας, Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κορέας σχεδιάζει να επενδύσει περίπου ένα τρισεκατομμύριο κορεατικά γουόν (941 εκατομμύρια δολάρια) σε αυτό.

ΑΝΑΤΟΛΗ

Το Πειραματικό Προηγμένο Υπεραγώγιμο Tokamak της Κίνας (EAST) στο Ινστιτούτο Φυσικής της Κίνας στο Χεφέι δημιούργησε πλάσμα υδρογόνου σε θερμοκρασία 50 εκατομμυρίων °C και το διατήρησε για 102 δευτερόλεπτα.

TFTR

Στο αμερικανικό εργαστήριο PPPL, ο πειραματικός αντιδραστήρας σύντηξης TFTR λειτούργησε από το 1982 έως το 1997. Τον Δεκέμβριο του 1993, το TFTR έγινε το πρώτο μαγνητικό tokamak που διεξήγαγε εκτεταμένα πειράματα πλάσματος δευτερίου-τριτίου. Το επόμενο έτος, ο αντιδραστήρας παρήγαγε ένα τότε ρεκόρ 10,7 MW ελεγχόμενης ισχύος και το 1995 επιτεύχθηκε ρεκόρ θερμοκρασίας 510 εκατομμυρίων °C. Ωστόσο, η εγκατάσταση δεν πέτυχε τον στόχο του νεκρού σημείου της ενέργειας σύντηξης, αλλά εκπλήρωσε με επιτυχία τους στόχους σχεδιασμού υλικού, συμβάλλοντας σημαντικά στην ανάπτυξη του ITER.

LHD

Το LHD στο Εθνικό Ινστιτούτο Σύντηξης της Ιαπωνίας στο Τόκι, στην επαρχία Γκίφου, ήταν ο μεγαλύτερος αστεροειδής στον κόσμο. Ο αντιδραστήρας σύντηξης ξεκίνησε το 1998 και έδειξε ιδιότητες περιορισμού πλάσματος συγκρίσιμες με άλλες μεγάλες εγκαταστάσεις. Επιτεύχθηκε θερμοκρασία ιόντων 13,5 keV (περίπου 160 εκατομμύρια °C) και ενέργεια 1,44 MJ.

Wendelstein 7-X

Μετά από ένα χρόνο δοκιμών, που ξεκίνησαν στα τέλη του 2015, οι θερμοκρασίες ηλίου έφτασαν για λίγο το 1 εκατομμύριο °C. Το 2016, ένας αντιδραστήρας σύντηξης πλάσματος υδρογόνου που χρησιμοποιεί ισχύ 2 MW έφτασε σε θερμοκρασία 80 εκατομμυρίων °C μέσα σε ένα τέταρτο του δευτερολέπτου. Το W7-X είναι ο μεγαλύτερος αστρικός μηχανισμός στον κόσμο και σχεδιάζεται να λειτουργεί συνεχώς για 30 λεπτά. Το κόστος του αντιδραστήρα ήταν 1 δισεκατομμύριο €.

NIF

Η Εθνική Εγκατάσταση Ανάφλεξης (NIF) στο Εθνικό Εργαστήριο Livermore (LLNL) ολοκληρώθηκε τον Μάρτιο του 2009. Χρησιμοποιώντας τις 192 ακτίνες λέιζερ του, το NIF είναι σε θέση να συγκεντρώνει 60 φορές περισσότερη ενέργεια από οποιοδήποτε προηγούμενο σύστημα λέιζερ.

Ψυχρή σύντηξη

Τον Μάρτιο του 1989, δύο ερευνητές, ο Αμερικανός Stanley Pons και ο Βρετανός Martin Fleischman, ανακοίνωσαν ότι είχαν ξεκινήσει έναν απλό επιτραπέζιο αντιδραστήρα ψυχρής σύντηξης που λειτουργούσε σε θερμοκρασία δωματίου. Η διαδικασία περιελάμβανε την ηλεκτρόλυση βαρέος νερού χρησιμοποιώντας ηλεκτρόδια παλλαδίου στα οποία συγκεντρώθηκαν πυρήνες δευτερίου σε υψηλή πυκνότητα. Οι ερευνητές λένε ότι παρήγαγε θερμότητα που μπορούσε να εξηγηθεί μόνο με όρους πυρηνικών διεργασιών και υπήρχαν υποπροϊόντα σύντηξης, όπως ήλιο, τρίτιο και νετρόνια. Ωστόσο, άλλοι πειραματιστές δεν μπόρεσαν να επαναλάβουν αυτό το πείραμα. Το μεγαλύτερο μέρος της επιστημονικής κοινότητας δεν πιστεύει ότι οι αντιδραστήρες ψυχρής σύντηξης είναι πραγματικοί.

Πυρηνικές αντιδράσεις χαμηλής ενέργειας

Ξεκινώντας από τους ισχυρισμούς περί «ψυχρής σύντηξης», η έρευνα συνεχίστηκε στο πεδίο χαμηλής ενέργειας με κάποια εμπειρική υποστήριξη, αλλά χωρίς γενικά αποδεκτή επιστημονική εξήγηση. Προφανώς, οι ασθενείς πυρηνικές αλληλεπιδράσεις χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία και τη σύλληψη νετρονίων (και όχι μια ισχυρή δύναμη, όπως στη σύντηξή τους). Τα πειράματα περιλαμβάνουν υδρογόνο ή δευτέριο που διέρχεται από ένα καταλυτικό στρώμα και αντιδρά με ένα μέταλλο. Οι ερευνητές αναφέρουν μια παρατηρούμενη απελευθέρωση ενέργειας. Το κύριο πρακτικό παράδειγμα είναι η αλληλεπίδραση του υδρογόνου με τη σκόνη νικελίου, απελευθερώνοντας θερμότητα σε ποσότητα μεγαλύτερη από αυτή που μπορεί να παράγει οποιαδήποτε χημική αντίδραση.

CADARACHE (Γαλλία), 25 Μαΐου - RIA Novosti, Victoria Ivanova.Η νότια Γαλλία συνδέεται συνήθως με διακοπές στην Κυανή Ακτή, τα χωράφια λεβάντας και το Φεστιβάλ των Καννών, αλλά όχι με την επιστήμη, αν και η «οικοδόμηση του αιώνα» βρίσκεται σε εξέλιξη κοντά στη Μασσαλία εδώ και αρκετά χρόνια - μια διεθνής θερμοπυρηνική ο πειραματικός αντιδραστήρας (ITER) κατασκευάζεται κοντά στο ερευνητικό κέντρο Cadarache.

Ένας ανταποκριτής του RIA Novosti έμαθε πώς προχωρά η μεγαλύτερη κατασκευή μιας μοναδικής εγκατάστασης στον κόσμο και τι είδους άνθρωποι κατασκευάζουν ένα «πρωτότυπο του Ήλιου» ικανό να παράγει 7 δισεκατομμύρια κιλοβατώρες ενέργειας ετησίως.

Αρχικά, το έργο του διεθνούς πειραματικού θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα ονομαζόταν ITER, ακρωνύμιο του International Thermonuclear Experimental Reactor. Ωστόσο, αργότερα εμφανίστηκε μια πιο όμορφη ερμηνεία για το όνομα: το όνομα του έργου εξηγείται από τη μετάφραση της λατινικής λέξης iter - "μονοπάτι", και ορισμένες χώρες άρχισαν να απομακρύνονται προσεκτικά από την αναφορά της λέξης "αντιδραστήρας" έτσι ώστε να μην να ξυπνήσει συνειρμούς με κίνδυνο και ακτινοβολία στο μυαλό των πολιτών.

Όλος ο κόσμος κατασκευάζει έναν νέο αντιδραστήρα. Μέχρι σήμερα, η Ρωσία, η Ινδία, η Ιαπωνία, η Κίνα, η Νότια Κορέα και οι Ηνωμένες Πολιτείες, καθώς και η Ευρωπαϊκή Ένωση, συμμετέχουν στο έργο. Οι Ευρωπαίοι, ενεργώντας ως ενιαία ομάδα, είναι υπεύθυνοι για την υλοποίηση του 46% του έργου, ενώ κάθε μία από τις άλλες συμμετέχουσες χώρες ανέλαβε το 9%.

Για να απλοποιηθεί το σύστημα αμοιβαίων διακανονισμών, εφευρέθηκε ένα ειδικό νόμισμα εντός του οργανισμού - η λογιστική μονάδα ITER - IUA. Όλες οι συμφωνίες για την προμήθεια εξαρτημάτων από τους συμμετέχοντες πραγματοποιούνται σε αυτές τις μονάδες. Έτσι, το αποτέλεσμα της κατασκευής έγινε ανεξάρτητο από τις διακυμάνσεις στις συναλλαγματικές ισοτιμίες του εθνικού νομίσματος και το κόστος παραγωγής ανταλλακτικών σε κάθε συγκεκριμένη χώρα.

Για αυτήν την επένδυση, που δεν εκφράζεται σε χρήματα, αλλά σε στοιχεία της μελλοντικής εγκατάστασης, οι συμμετέχοντες έχουν πλήρη πρόσβαση σε όλο το φάσμα των τεχνολογιών που εμπλέκονται στο ITER. Έτσι, αυτή τη στιγμή κατασκευάζεται στη Γαλλία το «Διεθνές Σχολείο για τη Δημιουργία Θερμοπυρηνικού Αντιδραστήρα».

"Το πιο καυτό πράγμα στο ηλιακό σύστημα"

Οι δημοσιογράφοι, ακόμη και οι ίδιοι οι υπάλληλοι του ITER, συγκρίνουν τόσο συχνά το έργο με τη Sun που είναι αρκετά δύσκολο να καταλήξουν σε άλλη ένωση για τη θερμοπυρηνική εγκατάσταση. Ο επικεφαλής ενός από τα τμήματα του Διεθνούς Οργανισμού ITER, Mario Merola, ήταν σε θέση, αποκαλώντας τον αντιδραστήρα «το πιο καυτό πράγμα στο ηλιακό μας σύστημα».

«Η θερμοκρασία μέσα στη συσκευή θα είναι περίπου 150 εκατομμύρια βαθμοί Κελσίου, που είναι 10 φορές υψηλότερη από τη θερμοκρασία του πυρήνα του Ήλιου Το μαγνητικό πεδίο της εγκατάστασης θα είναι περίπου 200 χιλιάδες φορές μεγαλύτερο από αυτό της ίδιας της Γης», λέει ο Mario σχετικά με το έργο.

Το ITER βασίζεται σε ένα σύστημα tokamak - σπειροειδείς θαλάμους με μαγνητικά πηνία. Η ιδέα του μαγνητικού περιορισμού του πλάσματος υψηλής θερμοκρασίας αναπτύχθηκε και εφαρμόστηκε τεχνολογικά για πρώτη φορά στον κόσμο στο Ινστιτούτο Kurchatov στα μέσα του περασμένου αιώνα. Η Ρωσία, η οποία ήταν στην αρχή του έργου, μεταξύ άλλων εξαρτημάτων, κατασκευάζει ένα από τα πιο βασικά μέρη της εγκατάστασης, την «καρδιά του ITER» - το υπεραγώγιμο μαγνητικό σύστημα. Αποτελείται από διάφορους τύπους υπεραγωγών που περιέχουν δεκάδες χιλιάδες νήματα με ειδική νανοδομή.

Για να δημιουργηθεί ένα τέτοιο σύστημα μεγάλης κλίμακας, απαιτούνται εκατοντάδες τόνοι τέτοιων υπεραγωγών. Έξι από τις επτά συμμετέχουσες χώρες συμμετέχουν στην παραγωγή τους. Μεταξύ αυτών είναι η Ρωσία, η οποία προμηθεύει υπεραγωγούς με βάση κράματα νιοβίου-τιτανίου και νιοβίου-κασσιτέρου, τα οποία αποδεικνύονται από τα καλύτερα στον κόσμο. Η παραγωγή αυτών των υλικών στη Ρωσία πραγματοποιείται από τις επιχειρήσεις Rosatom και το Ινστιτούτο Kurchatov.

© Φωτογραφία: ευγενική προσφορά του Οργανισμού ITER

© Φωτογραφία: ευγενική προσφορά του Οργανισμού ITER

Κοινές δυσκολίες

Ωστόσο, η Ρωσία και η Κίνα, εκπληρώνοντας έγκαιρα τις υποχρεώσεις τους, έγιναν άθελά τους όμηροι άλλων συμμετεχόντων στο έργο που δεν καταφέρνουν πάντα να ολοκληρώσουν το μέρος της εργασίας τους εγκαίρως. Η ιδιαιτερότητα του έργου ITER είναι η στενή αλληλεπίδραση όλων των μερών, και επομένως η υστέρηση οποιασδήποτε χώρας οδηγεί στο γεγονός ότι ολόκληρο το έργο αρχίζει να «γλιστράει».

Για να διορθώσει την κατάσταση, ο νέος επικεφαλής του οργανισμού ITER, Bernard Bigot, αποφάσισε να αλλάξει το χρονικό πλαίσιο του έργου. Μια νέα έκδοση του προγράμματος - αναμένεται να είναι πιο ρεαλιστική - θα παρουσιαστεί τον Νοέμβριο.

Παράλληλα, ο Bigo δεν απέκλεισε την ανακατανομή της δουλειάς μεταξύ των συμμετεχόντων.

«Θα χαιρόμουν αν δεν υπήρχαν καθόλου καθυστερήσεις, αλλά πρέπει να παραδεχτώ ότι σε ορισμένους τομείς η υλοποίηση του παγκόσμιου έργου μας αντιμετώπισε δυσκολίες, εκτός από τη μείωση της ικανότητας του ITER οτιδήποτε στην αναδιανομή είναι κακό, αλλά αυτό το θέμα πρέπει να συζητηθεί σοβαρά», είπε ο γενικός διευθυντής του οργανισμού.

Ο Bigot σημείωσε ότι οι εργασίες για τη δημιουργία του ITER πραγματοποιούνται από εκατοντάδες εταιρείες και οργανισμούς από επτά συμμετέχουσες χώρες. «Δεν μπορείς απλά να κουμπώσεις τα δάχτυλά σου και να εκτελέσεις το σχέδιο. Όλοι πίστευαν ότι θα ήταν εύκολο να τηρηθούν οι προθεσμίες χάρη στην καλή πίστη και τις καλές προθέσεις, τώρα καταλαβαίνουμε ότι τίποτα δεν θα συμβεί».

Σύμφωνα με τον ίδιο, οι δυσκολίες στην κατασκευή του ITER προκαλούνται από τη διαφορά στις κουλτούρες των χωρών που συμμετέχουν και το γεγονός ότι δεν υπήρχαν παρόμοια έργα στον κόσμο πριν, τόσοι πολλοί μηχανισμοί και εγκαταστάσεις που παράγονται για πρώτη φορά απαιτούν επιπλέον δοκιμές και πιστοποίηση από ρυθμιστικές αρχές, η οποία απαιτεί επιπλέον χρόνο .

Ένα από τα μέτρα της προτεινόμενης «αυστηρής διαχείρισης» του Bigot θα ήταν η δημιουργία ενός άλλου διοικητικού οργάνου, που θα περιλαμβάνει διευθυντές εθνικών υπηρεσιών και έναν γενικό διευθυντή. Οι αποφάσεις αυτού του οργάνου θα είναι δεσμευτικές για όλους τους συμμετέχοντες στο έργο - ο Bigot ελπίζει ότι αυτό θα τονώσει τη διαδικασία αλληλεπίδρασης.

© Φωτογραφία

«Η κατασκευή του αιώνα»

Στο μεταξύ, ένα τεράστιο κατασκευαστικό έργο βρίσκεται σε εξέλιξη στην επικράτεια του ITER. Η «καρδιά» της εγκατάστασης - το ίδιο το tokamak και οι χώροι γραφείων - θα καταλαμβάνει μια περιοχή διαστάσεων ενός χιλιομέτρου επί 400 μέτρων.

Ένας λάκκος βάθους 20 μέτρων σκάφτηκε για τον αντιδραστήρα, στον πυθμένα του οποίου τα εξαρτήματα και άλλα εξαρτήματα που είναι απαραίτητα σε αυτό το στάδιο μεταφέρονται κατά μήκος της λείας ασφάλτου. Πρώτον, τα τμήματα τοίχων συναρμολογούνται οριζόντια, συνδέοντας μεταλλικές κατασκευές με ειδικές πλάκες. Στη συνέχεια, με τη βοήθεια τεσσάρων κατασκευαστικών γερανών, τοποθετούνται τελικά στην επιθυμητή θέση.

Θα περάσουν αρκετά χρόνια και ο ιστότοπος θα είναι αγνώριστος. Αντί για μια τεράστια τρύπα στην πλατφόρμα, ένας κολοσσός περίπου στο μέγεθος του θεάτρου Μπολσόι θα υψωθεί από πάνω της - περίπου 40 μέτρα σε ύψος.

Κάπου στην τοποθεσία, η κατασκευή δεν έχει ακόμη ξεκινήσει - και εξαιτίας αυτού, άλλες χώρες δεν μπορούν να υπολογίσουν με ακρίβεια τον χρόνο παράδοσης για εξαρτήματα ενός θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα και κάπου έχει ήδη ολοκληρωθεί. Ειδικότερα, τα κεντρικά γραφεία του ITER, το κτίριο περιέλιξης πολοειδή πηνία του μαγνητικού συστήματος, ο υποσταθμός ηλεκτροπαραγωγής και αρκετά άλλα βοηθητικά κτίρια είναι έτοιμα για λειτουργία.

"Η ευτυχία βρίσκεται στη συνεχή γνώση του αγνώστου"

Σε μια εποχή που το επιστημονικό έργο δεν είναι δημοφιλές και σεβαστό παντού, το ITER συγκέντρωσε στην πλατφόρμα του 500 επιστήμονες, μηχανικούς και εκπροσώπους πολλών άλλων ειδικοτήτων από διάφορες χώρες. Αυτοί οι ειδικοί είναι πραγματικοί ονειροπόλοι και αφοσιωμένοι άνθρωποι, όπως και οι Strugatsky, «αποδέχτηκαν την υπόθεση εργασίας ότι η ευτυχία βρίσκεται στη συνεχή γνώση του αγνώστου και το νόημα της ζωής βρίσκεται στο ίδιο».

Αλλά οι συνθήκες διαβίωσης για τους υπαλλήλους του έργου είναι θεμελιωδώς διαφορετικές από εκείνες στο NIICHAVO - το Ερευνητικό Ινστιτούτο Μαγείας και Μαγείας - όπου δούλευαν οι ήρωες της ιστορίας των σοβιετικών συγγραφέων επιστημονικής φαντασίας «Η Δευτέρα αρχίζει το Σάββατο». Δεν υπάρχουν ξενώνες για αλλοδαπούς στην επικράτεια του ITER - όλοι νοικιάζουν κατοικίες σε χωριά και πόλεις κοντά.

Μέσα σε ένα από τα ήδη κατασκευασμένα κτίρια, εκτός από τους χώρους εργασίας, υπάρχει μια τεράστια καντίνα, όπου οι υπάλληλοι του έργου μπορούν να έχουν ένα σνακ ή ένα πλούσιο μεσημεριανό γεύμα για ένα πολύ μικρό ποσό. Υπάρχουν πάντα πιάτα εθνικής κουζίνας στο μενού, είτε πρόκειται για ιαπωνικά noodles είτε για ιταλικό minestrone.

Στην είσοδο της τραπεζαρίας υπάρχει ένας πίνακας ανακοινώσεων. Περιλαμβάνει προσφορές για κοινή ενοικίαση διαμερισμάτων και «Τα γαλλικά μαθήματα, υψηλής ποιότητας και φθηνά». Εμφανίζεται ένα λευκό κομμάτι χαρτί - "Η Χορωδία Cadarache στρατολογεί συμμετέχοντες Ελάτε στο κεντρικό κτίριο του ITER." Εκτός από τη χορωδία, η συγκρότηση της οποίας δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί, το προσωπικό του έργου οργάνωσε και τη δική του ορχήστρα. Σαξόφωνο παίζει και ο Ρώσος Evgeny Veshchev, που εργάζεται αρκετά χρόνια στο Cadarache.

Δρόμος προς τον Ήλιο

«Πώς ζούμε εδώ, κάνουμε πρόβες, παίζουμε μερικές φορές στη θάλασσα και στα βουνά, δεν είναι μακριά από εδώ», λέει ο Evgeniy δεν είναι το πρώτο μου μακροχρόνιο επαγγελματικό ταξίδι στο εξωτερικό, το έχω συνηθίσει».

Ο Evgeniy είναι φυσικός και συμμετέχει στην ενσωμάτωση διαγνωστικών συστημάτων στο έργο.

«Από τα φοιτητικά μου χρόνια, εμπνεύστηκα από το έργο ITER, τις ευκαιρίες και τις προοπτικές που υπήρχαν μπροστά, υπήρχε η αίσθηση ότι το μέλλον ήταν ακανθώδης, όπως και πολλοί άλλοι Όχι πολύ καλά με τα χρήματα, σκέφτηκα να φύγω από την επιστήμη για δουλειές, αλλά πήγα σε ένα επαγγελματικό ταξίδι, μετά από ένα άλλο, δέκα χρόνια αφότου άκουσα για πρώτη φορά, κατέληξα στη Γαλλία. σε ένα έργο», λέει ο φυσικός.

Σύμφωνα με τον Ρώσο επιστήμονα, «κάθε εργαζόμενος έχει τη δική του ιστορία για να μπει στο έργο». Όποιοι κι αν είναι οι «δρόμοι προς τον Ήλιο» των οπαδών του, ακόμα και μετά την πιο σύντομη συνομιλία με οποιονδήποτε από αυτούς, γίνεται σαφές ότι οι λάτρεις της τέχνης τους εργάζονται εδώ.

Για παράδειγμα, ο Αμερικανός Mark Henderson είναι ειδικός στη θέρμανση πλάσματος στο ITER. Ήρθε στη συνάντηση -κοντόμαλλης, στεγνός, φορώντας γυαλιά- με το πρόσχημα ενός εκ των ιδρυτών της Apple, του Στιβ Τζομπς. Μαύρο πουκάμισο, ξεβαμμένο τζιν, αθλητικά παπούτσια. Αποδείχθηκε ότι η περίεργη εγγύτητα του Χέντερσον και του Τζομπς δεν περιορίζεται στην εξωτερική ομοιότητα: και οι δύο είναι ονειροπόλοι, εμπνευσμένοι από την ιδέα να αλλάξουν τον κόσμο με την εφεύρεσή τους.

«Εμείς, ως ανθρωπότητα, εξαρτόμαστε ολοένα και περισσότερο από τους πόρους και δεν κάνουμε τίποτα άλλο από το να τους καταναλώνουμε. Ο Χέντερσον είναι πεπεισμένος.

Και σκέφτονται, ονειρεύονται και ζωντανεύουν τις πιο απίστευτες και φανταστικές ιδέες. Και κανένα θέμα στην ατζέντα εξωτερικής πολιτικής δεν μπορεί να επηρεάσει το έργο των επιστημόνων: οι διαφωνίες αργά ή γρήγορα θα τελειώσουν και η θερμότητα που προκύπτει ως αποτέλεσμα μιας θερμοπυρηνικής αντίδρασης θα ζεστάνει τους πάντες, ανεξάρτητα από την ήπειρο και το κράτος.

Το ITER (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor, "International Experimental Thermonuclear Reactor") είναι ένα μεγάλης κλίμακας επιστημονικό και τεχνικό έργο που στοχεύει στην κατασκευή του πρώτου διεθνούς πειραματικού θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα.

Υλοποιείται από επτά βασικούς εταίρους (Ευρωπαϊκή Ένωση, Ινδία, Κίνα, Δημοκρατία της Κορέας, Ρωσία, ΗΠΑ, Ιαπωνία) στο Cadarache (περιοχή Προβηγκίας-Άλπεις-Κυανή Ακτή, Γαλλία). Το ITER βασίζεται σε μια εγκατάσταση tokamak (που πήρε το όνομά της από τα πρώτα της γράμματα: ένας δακτύλιος θάλαμος με μαγνητικά πηνία), η οποία θεωρείται η πιο πολλά υποσχόμενη συσκευή για την υλοποίηση ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης. Το πρώτο tokamak κατασκευάστηκε στη Σοβιετική Ένωση το 1954.

Ο στόχος του έργου είναι να αποδείξει ότι η ενέργεια σύντηξης μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε βιομηχανική κλίμακα. Το ITER θα πρέπει να παράγει ενέργεια μέσω μιας αντίδρασης σύντηξης με βαριά ισότοπα υδρογόνου σε θερμοκρασίες άνω των 100 εκατομμυρίων βαθμών.

Υποτίθεται ότι 1 g καυσίμου (μίγμα δευτερίου και τριτίου) που θα χρησιμοποιηθεί στην εγκατάσταση θα παρέχει την ίδια ποσότητα ενέργειας με 8 τόνους πετρελαίου. Η εκτιμώμενη θερμοπυρηνική ισχύς του ITER είναι 500 MW.

Οι ειδικοί λένε ότι ένας αντιδραστήρας αυτού του τύπου είναι πολύ πιο ασφαλής από τους σημερινούς πυρηνικούς σταθμούς (NPP) και το θαλασσινό νερό μπορεί να του παρέχει καύσιμο σε σχεδόν απεριόριστες ποσότητες. Έτσι, η επιτυχής εφαρμογή του ITER θα προσφέρει μια ανεξάντλητη πηγή ενέργειας φιλικής προς το περιβάλλον.

Ιστορικό έργου

Η ιδέα του αντιδραστήρα αναπτύχθηκε στο Ινστιτούτο Ατομικής Ενέργειας που πήρε το όνομά του. I.V.Kurchatova. Το 1978, η ΕΣΣΔ πρότεινε την ιδέα της υλοποίησης του έργου στον Διεθνή Οργανισμό Ατομικής Ενέργειας (ΔΟΑΕ). Συμφωνία για την υλοποίηση του έργου επιτεύχθηκε το 1985 στη Γενεύη κατά τις διαπραγματεύσεις μεταξύ ΕΣΣΔ και ΗΠΑ.

Το πρόγραμμα εγκρίθηκε αργότερα από τον ΔΟΑΕ. Το 1987, το έργο έλαβε το σημερινό του όνομα και το 1988 δημιουργήθηκε ένα διοικητικό όργανο - το Συμβούλιο ITER. Το 1988-1990 Σοβιετικοί, Αμερικανοί, Ιάπωνες και Ευρωπαίοι επιστήμονες και μηχανικοί πραγματοποίησαν μια εννοιολογική μελέτη του έργου.

Στις 21 Ιουλίου 1992, στην Ουάσιγκτον, η ΕΕ, η Ρωσία, οι ΗΠΑ και η Ιαπωνία υπέγραψαν συμφωνία για την ανάπτυξη του τεχνικού έργου ITER, η οποία ολοκληρώθηκε το 2001. Το 2002-2005. Η Νότια Κορέα, η Κίνα και η Ινδία εντάχθηκαν στο έργο. Η συμφωνία για την κατασκευή του πρώτου διεθνούς πειραματικού αντιδραστήρα σύντηξης υπογράφηκε στο Παρίσι στις 21 Νοεμβρίου 2006.

Ένα χρόνο αργότερα, στις 7 Νοεμβρίου 2007, υπογράφηκε συμφωνία στο εργοτάξιο του ITER, σύμφωνα με την οποία ο αντιδραστήρας θα βρίσκεται στη Γαλλία, στο πυρηνικό κέντρο Cadarache κοντά στη Μασσαλία. Το κέντρο ελέγχου και επεξεργασίας δεδομένων θα βρίσκεται στη Naka (νομός Ibaraki, Ιαπωνία).

Η προετοιμασία του εργοταξίου στο Cadarache ξεκίνησε τον Ιανουάριο του 2007 και η πλήρης κατασκευή ξεκίνησε το 2013. Το συγκρότημα θα βρίσκεται σε έκταση 180 στρεμμάτων. Ο αντιδραστήρας, ύψους 60 μέτρων και βάρους 23 χιλιάδων τόνων, θα βρίσκεται σε μια τοποθεσία μήκους 1 χιλιομέτρου και πλάτους 400 μέτρων. Οι εργασίες για την κατασκευή του συντονίζονται από τον Διεθνή Οργανισμό ITER, που δημιουργήθηκε τον Οκτώβριο του 2007.

Το κόστος του έργου υπολογίζεται σε 15 δισεκατομμύρια ευρώ, εκ των οποίων η ΕΕ (μέσω Ευρατόμ) αντιπροσωπεύει το 45,4% και άλλοι έξι συμμετέχοντες (συμπεριλαμβανομένης της Ρωσικής Ομοσπονδίας) συνεισφέρουν με 9,1% έκαστος. Από το 1994, το Καζακστάν συμμετέχει επίσης στο έργο στο πλαίσιο της ποσόστωσης της Ρωσίας.

Τα στοιχεία του αντιδραστήρα θα παραδοθούν με πλοίο στη μεσογειακή ακτή της Γαλλίας και από εκεί θα μεταφερθούν με ειδικά τροχόσπιτα στην περιοχή Cadarache. Για το σκοπό αυτό, το 2013, τμήματα υφιστάμενων δρόμων επανεξοπλίστηκαν σημαντικά, ενισχύθηκαν γέφυρες, κατασκευάστηκαν νέες διαβάσεις και πίστες με ιδιαίτερα ισχυρές επιφάνειες. Την περίοδο από το 2014 έως το 2019, τουλάχιστον τρεις δωδεκάδες υπερβαρείς οδικές αμαξοστοιχίες θα πρέπει να διέρχονται κατά μήκος του οχυρού δρόμου.

Στο Νοβοσιμπίρσκ θα αναπτυχθούν συστήματα διάγνωσης πλάσματος για το ITER. Μια συμφωνία σχετικά με αυτό υπογράφηκε στις 27 Ιανουαρίου 2014 από τον διευθυντή του Διεθνούς Οργανισμού ITER Osamu Motojima και τον επικεφαλής της εθνικής υπηρεσίας ITER στη Ρωσική Ομοσπονδία Anatoly Krasilnikov.

Η ανάπτυξη ενός διαγνωστικού συγκροτήματος στο πλαίσιο της νέας συμφωνίας πραγματοποιείται στη βάση του Φυσικο-Τεχνικού Ινστιτούτου που φέρει το όνομά του. A.F. Ioffe Ρωσική Ακαδημία Επιστημών.

Αναμένεται ότι ο αντιδραστήρας θα τεθεί σε λειτουργία το 2020, οι πρώτες αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης θα πραγματοποιηθούν σε αυτόν όχι νωρίτερα από το 2027. Το 2037 σχεδιάζεται να ολοκληρωθεί το πειραματικό μέρος του έργου και έως το 2040 να στραφεί στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας . Σύμφωνα με προκαταρκτικές προβλέψεις των ειδικών, η βιομηχανική έκδοση του αντιδραστήρα θα είναι έτοιμη όχι νωρίτερα από το 2060 και μια σειρά αντιδραστήρων αυτού του τύπου μπορεί να δημιουργηθεί μόνο μέχρι το τέλος του 21ου αιώνα.

Σταθμός ηλεκτροπαραγωγής σύντηξης.

Επί του παρόντος, οι επιστήμονες εργάζονται για τη δημιουργία ενός θερμοπυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής, το πλεονέκτημα του οποίου είναι να παρέχει στην ανθρωπότητα ηλεκτρική ενέργεια για απεριόριστο χρόνο. Ένας θερμοπυρηνικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής λειτουργεί με βάση τη θερμοπυρηνική σύντηξη - την αντίδραση σύνθεσης βαρέων ισοτόπων υδρογόνου με το σχηματισμό ηλίου και την απελευθέρωση ενέργειας. Η αντίδραση θερμοπυρηνικής σύντηξης δεν παράγει αέρια ή υγρά ραδιενεργά απόβλητα και δεν παράγει πλουτώνιο, το οποίο χρησιμοποιείται για την παραγωγή πυρηνικών όπλων. Αν λάβουμε επίσης υπόψη ότι το καύσιμο για τους θερμοπυρηνικούς σταθμούς θα είναι το βαρύ ισότοπο υδρογόνου δευτερίου, το οποίο λαμβάνεται από απλό νερό - μισό λίτρο νερού περιέχει ενέργεια σύντηξης ισοδύναμη με αυτή που λαμβάνεται από την καύση ενός βαρελιού βενζίνης - τότε τα πλεονεκτήματα του οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής που βασίζονται σε θερμοπυρηνικές αντιδράσεις γίνονται εμφανείς .

Κατά τη διάρκεια μιας θερμοπυρηνικής αντίδρασης, απελευθερώνεται ενέργεια όταν τα ελαφρά άτομα συνδυάζονται και μετατρέπονται σε βαρύτερα. Για να επιτευχθεί αυτό, είναι απαραίτητο να θερμανθεί το αέριο σε θερμοκρασία άνω των 100 εκατομμυρίων βαθμών - πολύ υψηλότερη από τη θερμοκρασία στο κέντρο του Ήλιου.

Το αέριο σε αυτή τη θερμοκρασία μετατρέπεται σε πλάσμα. Ταυτόχρονα, τα άτομα των ισοτόπων του υδρογόνου συγχωνεύονται, μετατρέπονται σε άτομα ηλίου και νετρόνια και απελευθερώνουν μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Ένας εμπορικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής που λειτουργεί με αυτήν την αρχή θα χρησιμοποιούσε την ενέργεια των νετρονίων που μετριάζεται από ένα στρώμα πυκνού υλικού (λίθιο).

Σε σύγκριση με έναν πυρηνικό σταθμό ηλεκτροπαραγωγής, ένας αντιδραστήρας σύντηξης θα αφήσει πίσω του πολύ λιγότερα ραδιενεργά απόβλητα.

Διεθνής θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας ITER

Οι συμμετέχοντες στη διεθνή κοινοπραξία για τη δημιουργία του πρώτου θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα στον κόσμο, ITER, υπέγραψαν συμφωνία στις Βρυξέλλες που εγκαινιάζει την πρακτική εφαρμογή του έργου.

Εκπρόσωποι της Ευρωπαϊκής Ένωσης, των Ηνωμένων Πολιτειών, της Ιαπωνίας, της Κίνας, της Νότιας Κορέας και της Ρωσίας σκοπεύουν να ξεκινήσουν την κατασκευή του πειραματικού αντιδραστήρα το 2007 και να τον ολοκληρώσουν εντός οκτώ ετών. Εάν όλα πάνε σύμφωνα με το σχέδιο, τότε μέχρι το 2040 θα μπορούσε να κατασκευαστεί ένας επίδειξης ηλεκτροπαραγωγής που θα λειτουργεί με τη νέα αρχή.

Θα ήθελα να πιστεύω ότι η εποχή των επικίνδυνων για το περιβάλλον υδροηλεκτρικών και πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής θα τελειώσει σύντομα και θα έρθει η ώρα για ένα νέο εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας - θερμοπυρηνικό, το έργο του οποίου ήδη υλοποιείται. Όμως, παρά το γεγονός ότι το έργο ITER (Διεθνής Θερμοπυρηνικός Αντιδραστήρας) είναι σχεδόν έτοιμο. Παρά το γεγονός ότι ήδη στους πρώτους πειραματικούς θερμοπυρηνικούς αντιδραστήρες που λειτουργούσαν αποκτήθηκε ισχύς άνω των 10 MW - το επίπεδο των πρώτων πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, ο πρώτος θερμοπυρηνικός σταθμός δεν θα αρχίσει να λειτουργεί νωρίτερα από είκοσι χρόνια, επειδή το κόστος του είναι πολύ υψηλό . Το κόστος των εργασιών υπολογίζεται στα 10 δισεκατομμύρια ευρώ - πρόκειται για το πιο ακριβό έργο διεθνούς σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Το ήμισυ του κόστους κατασκευής του αντιδραστήρα καλύπτεται από την Ευρωπαϊκή Ένωση. Άλλοι συμμετέχοντες στην κοινοπραξία θα διαθέσουν το 10% της εκτίμησης.

Τώρα το σχέδιο για την κατασκευή του αντιδραστήρα, που θα γίνει το πιο ακριβό κοινό επιστημονικό έργο ποτέ, πρέπει να επικυρωθεί από βουλευτές των χωρών-μελών της κοινοπραξίας.

Ο αντιδραστήρας θα κατασκευαστεί στη νότια γαλλική επαρχία της Προβηγκίας, στην περιοχή της πόλης Cadarache, όπου βρίσκεται το γαλλικό πυρηνικό ερευνητικό κέντρο.

Πώς ξεκίνησαν όλα; Η «ενεργειακή πρόκληση» προέκυψε ως αποτέλεσμα ενός συνδυασμού των ακόλουθων τριών παραγόντων:

1. Η ανθρωπότητα καταναλώνει πλέον τεράστια ποσότητα ενέργειας.

Επί του παρόντος, η παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας είναι περίπου 15,7 τεραβάτ (TW). Διαιρώντας αυτή την τιμή με τον παγκόσμιο πληθυσμό, λαμβάνουμε περίπου 2400 Watt ανά άτομο, τα οποία μπορούν εύκολα να εκτιμηθούν και να απεικονιστούν. Η ενέργεια που καταναλώνει κάθε κάτοικος της Γης (συμπεριλαμβανομένων των παιδιών) αντιστοιχεί στην 24ωρη λειτουργία 24 ηλεκτρικών λαμπτήρων εκατοντάδων Watt. Ωστόσο, η κατανάλωση αυτής της ενέργειας σε ολόκληρο τον πλανήτη είναι πολύ άνιση, καθώς είναι πολύ μεγάλη σε αρκετές χώρες και αμελητέα σε άλλες. Η κατανάλωση (σε όρους ενός ατόμου) είναι ίση με 10,3 kW στις ΗΠΑ (μία από τις τιμές ρεκόρ), 6,3 kW στη Ρωσική Ομοσπονδία, 5,1 kW στο Ηνωμένο Βασίλειο κ.λπ., αλλά, από την άλλη πλευρά, είναι ίση μόνο 0,21 kW στο Μπαγκλαντές (μόνο το 2% της κατανάλωσης ενέργειας στις ΗΠΑ!).

2. Η παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας αυξάνεται δραματικά.

Σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας (2006), η παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας αναμένεται να αυξηθεί κατά 50% έως το 2030. Οι ανεπτυγμένες χώρες θα μπορούσαν, φυσικά, να τα καταφέρουν μια χαρά χωρίς πρόσθετη ενέργεια, αλλά αυτή η ανάπτυξη είναι απαραίτητη για να βγουν οι άνθρωποι από τη φτώχεια στις αναπτυσσόμενες χώρες, όπου 1,5 δισεκατομμύριο άνθρωποι υποφέρουν από σοβαρές ελλείψεις ηλεκτρικής ενέργειας.

3. Επί του παρόντος, το 80% της παγκόσμιας ενέργειας προέρχεται από την καύση ορυκτών καυσίμων (πετρέλαιο, άνθρακας και αέριο), η χρήση των οποίων:
α) ενέχει δυνητικά κίνδυνο καταστροφικών περιβαλλοντικών αλλαγών·
β) πρέπει αναπόφευκτα να τελειώσει κάποια μέρα.

Από όσα ειπώθηκαν, είναι σαφές ότι τώρα πρέπει να προετοιμαστούμε για το τέλος της εποχής της χρήσης ορυκτών καυσίμων

Επί του παρόντος, οι πυρηνικοί σταθμοί παράγουν ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τις αντιδράσεις σχάσης των ατομικών πυρήνων σε μεγάλη κλίμακα. Η δημιουργία και ανάπτυξη τέτοιων σταθμών θα πρέπει να ενθαρρυνθεί με κάθε δυνατό τρόπο, αλλά πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι τα αποθέματα ενός από τα σημαντικότερα υλικά για τη λειτουργία τους (φθηνό ουράνιο) μπορούν επίσης να εξαντληθούν πλήρως μέσα στα επόμενα 50 χρόνια. . Οι δυνατότητες της ενέργειας που βασίζεται στην πυρηνική σχάση μπορούν (και πρέπει) να επεκταθούν σημαντικά μέσω της χρήσης πιο αποδοτικών ενεργειακών κύκλων, επιτρέποντας την ποσότητα της παραγόμενης ενέργειας να διπλασιαστεί σχεδόν. Για να αναπτυχθεί ενέργεια προς αυτή την κατεύθυνση, είναι απαραίτητο να δημιουργηθούν αντιδραστήρες θορίου (οι λεγόμενοι αντιδραστήρες αναπαραγωγής θορίου ή αντιδραστήρες αναπαραγωγής), στους οποίους η αντίδραση παράγει περισσότερο θόριο από το αρχικό ουράνιο, με αποτέλεσμα η συνολική ποσότητα ενέργειας που παράγεται για μια δεδομένη ποσότητα ουσίας αυξάνεται κατά 40 φορές. Φαίνεται επίσης πολλά υποσχόμενη η δημιουργία δημιουργών πλουτωνίου χρησιμοποιώντας γρήγορα νετρόνια, τα οποία είναι πολύ πιο αποτελεσματικά από τους αντιδραστήρες ουρανίου και μπορούν να παράγουν 60 φορές περισσότερη ενέργεια. Ίσως για την ανάπτυξη αυτών των περιοχών θα χρειαστεί να αναπτυχθούν νέες, μη τυποποιημένες μέθοδοι για την απόκτηση ουρανίου (για παράδειγμα, από θαλασσινό νερό, το οποίο φαίνεται να είναι το πιο προσιτό).

Μονάδες ηλεκτροπαραγωγής σύντηξης

Το σχήμα δείχνει ένα σχηματικό διάγραμμα (όχι σε κλίμακα) της συσκευής και της αρχής λειτουργίας ενός θερμοπυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής. Στο κεντρικό τμήμα υπάρχει ένας δακτύλιος (σε σχήμα ντόνατ) θάλαμος με όγκο ~2000 m3, γεμάτος με πλάσμα τριτίου-δευτέριου (T-D) που θερμαίνεται σε θερμοκρασία άνω των 100 M°C. Τα νετρόνια που παράγονται κατά την αντίδραση σύντηξης (1) φεύγουν από τη «μαγνητική φιάλη» και εισέρχονται στο κέλυφος που φαίνεται στο σχήμα με πάχος περίπου 1 m.

Μέσα στο κέλυφος, τα νετρόνια συγκρούονται με άτομα λιθίου, με αποτέλεσμα μια αντίδραση που παράγει τρίτιο:

νετρόνιο + λίθιο → ήλιο + τρίτιο

Επιπλέον, στο σύστημα συμβαίνουν ανταγωνιστικές αντιδράσεις (χωρίς σχηματισμό τριτίου), καθώς και πολλές αντιδράσεις με την απελευθέρωση πρόσθετων νετρονίων, οι οποίες στη συνέχεια οδηγούν επίσης στον σχηματισμό τριτίου (στην περίπτωση αυτή, η απελευθέρωση πρόσθετων νετρονίων μπορεί να ενισχύθηκε σημαντικά, για παράδειγμα, με την εισαγωγή ατόμων βηρυλλίου στο κέλυφος και στον μόλυβδο). Το συνολικό συμπέρασμα είναι ότι αυτή η εγκατάσταση θα μπορούσε (τουλάχιστον θεωρητικά) να υποστεί μια αντίδραση πυρηνικής σύντηξης που θα παρήγαγε τρίτιο. Σε αυτήν την περίπτωση, η ποσότητα τριτίου που παράγεται όχι μόνο θα πρέπει να ανταποκρίνεται στις ανάγκες της ίδιας της εγκατάστασης, αλλά και να είναι ακόμη κάπως μεγαλύτερη, γεγονός που θα επιτρέψει την τροφοδοσία νέων εγκαταστάσεων με τρίτιο. Αυτή η ιδέα λειτουργίας είναι που πρέπει να δοκιμαστεί και να εφαρμοστεί στον αντιδραστήρα ITER που περιγράφεται παρακάτω.

Επιπλέον, τα νετρόνια πρέπει να θερμαίνουν το κέλυφος στις λεγόμενες πιλοτικές εγκαταστάσεις (στις οποίες θα χρησιμοποιηθούν σχετικά «συνηθισμένα» δομικά υλικά) στους 400°C περίπου. Στο μέλλον, σχεδιάζεται η δημιουργία βελτιωμένων εγκαταστάσεων με θερμοκρασία θέρμανσης κελύφους άνω των 1000°C, η οποία μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση των πιο πρόσφατων υλικών υψηλής αντοχής (όπως τα σύνθετα υλικά καρβιδίου του πυριτίου). Η θερμότητα που παράγεται στο κέλυφος, όπως και στους συμβατικούς σταθμούς, λαμβάνεται από το πρωτεύον κύκλωμα ψύξης με ένα ψυκτικό υγρό (που περιέχει, για παράδειγμα, νερό ή ήλιο) και μεταφέρεται στο δευτερεύον κύκλωμα, όπου παράγεται ατμός νερού και παρέχεται στους στρόβιλους.

1985 - Η Σοβιετική Ένωση πρότεινε το εργοστάσιο Tokamak επόμενης γενιάς, χρησιμοποιώντας την εμπειρία τεσσάρων κορυφαίων χωρών στη δημιουργία αντιδραστήρων σύντηξης. Οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής, μαζί με την Ιαπωνία και την Ευρωπαϊκή Κοινότητα, υπέβαλαν πρόταση για την υλοποίηση του έργου.

Επί του παρόντος, στη Γαλλία, βρίσκεται σε εξέλιξη η κατασκευή του διεθνούς πειραματικού θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα ITER (International Tokamak Experimental Reactor), που περιγράφεται παρακάτω, ο οποίος θα είναι το πρώτο tokamak ικανό να «αναφλέγει» πλάσμα.

Οι πιο προηγμένες υπάρχουσες εγκαταστάσεις tokamak έχουν φθάσει εδώ και πολύ καιρό σε θερμοκρασίες περίπου 150 M°C, κοντά στις τιμές που απαιτούνται για τη λειτουργία ενός σταθμού σύντηξης, αλλά ο αντιδραστήρας ITER θα πρέπει να είναι ο πρώτος σταθμός ηλεκτροπαραγωγής μεγάλης κλίμακας που έχει σχεδιαστεί για μεγάλο χρονικό διάστημα -πρόθεσμη λειτουργία. Στο μέλλον, θα χρειαστεί να βελτιωθούν σημαντικά οι παράμετροι λειτουργίας του, οι οποίες θα απαιτήσουν, πρώτα απ 'όλα, αύξηση της πίεσης στο πλάσμα, καθώς ο ρυθμός της πυρηνικής σύντηξης σε μια δεδομένη θερμοκρασία είναι ανάλογος με το τετράγωνο της πίεσης. Το κύριο επιστημονικό πρόβλημα σε αυτή την περίπτωση σχετίζεται με το γεγονός ότι όταν αυξάνεται η πίεση στο πλάσμα, προκύπτουν πολύ περίπλοκες και επικίνδυνες αστάθειες, δηλαδή ασταθείς τρόποι λειτουργίας.

Για τι το χρειαζόμαστε αυτό;

Το κύριο πλεονέκτημα της πυρηνικής σύντηξης είναι ότι απαιτεί μόνο πολύ μικρές ποσότητες ουσιών που είναι πολύ κοινές στη φύση ως καύσιμο. Η αντίδραση πυρηνικής σύντηξης στις περιγραφόμενες εγκαταστάσεις μπορεί να οδηγήσει στην απελευθέρωση τεράστιων ποσοτήτων ενέργειας, δέκα εκατομμύρια φορές υψηλότερη από την τυπική θερμότητα που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια συμβατικών χημικών αντιδράσεων (όπως η καύση ορυκτών καυσίμων). Για σύγκριση, επισημαίνουμε ότι η ποσότητα άνθρακα που απαιτείται για την τροφοδοσία ενός θερμοηλεκτρικού σταθμού ισχύος 1 gigawatt (GW) είναι 10.000 τόνοι την ημέρα (δέκα σιδηροδρομικά βαγόνια) και ένα εργοστάσιο σύντηξης της ίδιας ισχύος θα καταναλώνει μόνο περίπου 1 κιλό μείγματος D+T την ημέρα.

Το δευτέριο είναι ένα σταθερό ισότοπο υδρογόνου. Σε περίπου ένα στα 3.350 μόρια συνηθισμένου νερού, ένα από τα άτομα υδρογόνου αντικαθίσταται από δευτέριο (μια κληρονομιά από τη Μεγάλη Έκρηξη). Αυτό το γεγονός διευκολύνει την οργάνωση της αρκετά φθηνής παραγωγής της απαιτούμενης ποσότητας δευτερίου από νερό. Είναι πιο δύσκολο να ληφθεί τρίτιο, το οποίο είναι ασταθές (ο χρόνος ημιζωής είναι περίπου 12 χρόνια, με αποτέλεσμα η περιεκτικότητά του στη φύση να είναι αμελητέα), ωστόσο, όπως φαίνεται παραπάνω, το τρίτιο θα εμφανιστεί απευθείας μέσα στη θερμοπυρηνική εγκατάσταση κατά τη λειτουργία. λόγω της αντίδρασης των νετρονίων με το λίθιο.

Έτσι, το αρχικό καύσιμο για έναν αντιδραστήρα σύντηξης είναι το λίθιο και το νερό. Το λίθιο είναι ένα κοινό μέταλλο που χρησιμοποιείται ευρέως σε οικιακές συσκευές (μπαταρίες κινητών τηλεφώνων κ.λπ.). Η εγκατάσταση που περιγράφεται παραπάνω, ακόμη και λαμβάνοντας υπόψη τη μη ιδανική απόδοση, θα μπορεί να παράγει 200.000 kWh ηλεκτρικής ενέργειας, που ισοδυναμεί με την ενέργεια που περιέχεται σε 70 τόνους άνθρακα. Η ποσότητα λιθίου που απαιτείται για αυτό περιέχεται σε μία μπαταρία υπολογιστή και η ποσότητα δευτερίου είναι σε 45 λίτρα νερού. Η παραπάνω τιμή αντιστοιχεί στην τρέχουσα κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας (υπολογισμένη ανά άτομο) στις χώρες της ΕΕ για 30 χρόνια. Το ίδιο το γεγονός ότι μια τόσο ασήμαντη ποσότητα λιθίου μπορεί να εξασφαλίσει την παραγωγή τέτοιας ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας (χωρίς εκπομπές CO2 και χωρίς την παραμικρή ατμοσφαιρική ρύπανση) είναι ένα αρκετά σοβαρό επιχείρημα για την ταχύτερη και πιο δυναμική ανάπτυξη της θερμοπυρηνικής ενέργειας (παρά όλες τις δυσκολίες και προβλήματα) και μάλιστα χωρίς εκατό τοις εκατό εμπιστοσύνη στην επιτυχία μιας τέτοιας έρευνας.

Το δευτέριο θα πρέπει να διαρκέσει για εκατομμύρια χρόνια και τα αποθέματα λιθίου που εξορύσσεται εύκολα επαρκούν για την κάλυψη των αναγκών για εκατοντάδες χρόνια. Ακόμα κι αν το λίθιο στα πετρώματα εξαντληθεί, μπορούμε να το εξαγάγουμε από το νερό, όπου βρίσκεται σε συγκεντρώσεις αρκετά υψηλές (100 φορές μεγαλύτερη από τη συγκέντρωση του ουρανίου) ώστε να καταστήσει την εξόρυξή του οικονομικά βιώσιμη.

Ένας πειραματικός θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας (International thermonuclear experimental reactor) κατασκευάζεται κοντά στην πόλη Cadarache στη Γαλλία. Ο κύριος στόχος του έργου ITER είναι η υλοποίηση μιας ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής αντίδρασης σύντηξης σε βιομηχανική κλίμακα.

Ανά μονάδα βάρους θερμοπυρηνικού καυσίμου, λαμβάνεται περίπου 10 εκατομμύρια φορές περισσότερη ενέργεια από ό,τι κατά την καύση της ίδιας ποσότητας οργανικού καυσίμου και περίπου εκατό φορές περισσότερο από ό,τι κατά τη διάσπαση των πυρήνων ουρανίου στους αντιδραστήρες των πυρηνικών σταθμών που λειτουργούν σήμερα. Εάν οι υπολογισμοί των επιστημόνων και των σχεδιαστών γίνουν πραγματικότητα, αυτό θα δώσει στην ανθρωπότητα μια ανεξάντλητη πηγή ενέργειας.

Ως εκ τούτου, ορισμένες χώρες (Ρωσία, Ινδία, Κίνα, Κορέα, Καζακστάν, ΗΠΑ, Καναδάς, Ιαπωνία, χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης) ένωσαν τις δυνάμεις τους για τη δημιουργία του Διεθνούς Θερμοπυρηνικού Αντιδραστήρα Έρευνας - ένα πρωτότυπο νέων σταθμών ηλεκτροπαραγωγής.

Το ITER είναι μια εγκατάσταση που δημιουργεί συνθήκες για τη σύνθεση ατόμων υδρογόνου και τριτίου (ισότοπο υδρογόνου), με αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός νέου ατόμου - ενός ατόμου ηλίου. Αυτή η διαδικασία συνοδεύεται από μια τεράστια έκρηξη ενέργειας: η θερμοκρασία του πλάσματος στο οποίο συμβαίνει η θερμοπυρηνική αντίδραση είναι περίπου 150 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου (για σύγκριση, η θερμοκρασία του πυρήνα του Ήλιου είναι 40 εκατομμύρια βαθμούς). Σε αυτή την περίπτωση, τα ισότοπα καίγονται, χωρίς να αφήνουν ουσιαστικά ραδιενεργά απόβλητα.
Το πρόγραμμα συμμετοχής στο διεθνές έργο προβλέπει την προμήθεια εξαρτημάτων του αντιδραστήρα και τη χρηματοδότηση της κατασκευής του. Σε αντάλλαγμα, καθεμία από τις συμμετέχουσες χώρες λαμβάνει πλήρη πρόσβαση σε όλες τις τεχνολογίες για τη δημιουργία ενός θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα και στα αποτελέσματα όλων των πειραματικών εργασιών σε αυτόν τον αντιδραστήρα, που θα χρησιμεύσει ως βάση για το σχεδιασμό θερμοπυρηνικών αντιδραστήρων σειριακής ισχύος.

Ο αντιδραστήρας, βασισμένος στην αρχή της θερμοπυρηνικής σύντηξης, δεν έχει ραδιενεργή ακτινοβολία και είναι απολύτως ασφαλής για το περιβάλλον. Μπορεί να βρίσκεται σχεδόν οπουδήποτε στον κόσμο και το καύσιμο για αυτό είναι το συνηθισμένο νερό. Η κατασκευή του ITER αναμένεται να διαρκέσει περίπου δέκα χρόνια, μετά τα οποία ο αντιδραστήρας αναμένεται να είναι σε χρήση για 20 χρόνια.

Τα επόμενα χρόνια, τα συμφέροντα της Ρωσίας στο Συμβούλιο του Διεθνούς Οργανισμού για την Κατασκευή του Θερμοπυρηνικού Αντιδραστήρα ITER θα εκπροσωπούνται από το αντεπιστέλλον μέλος της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών Mikhail Kovalchuk, Διευθυντή του Ρωσικού Κέντρου Ερευνών Ινστιτούτου Kurchatov, Institute of Κρυσταλλογραφία της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών και Επιστημονικός Γραμματέας του Προεδρικού Συμβουλίου Επιστήμης, Τεχνολογίας και Εκπαίδευσης. Ο Kovalchuk θα αντικαταστήσει προσωρινά σε αυτή τη θέση τον ακαδημαϊκό Evgeniy Velikhov, ο οποίος εξελέγη πρόεδρος του Διεθνούς Συμβουλίου ITER για τα επόμενα δύο χρόνια και δεν έχει το δικαίωμα να συνδυάσει τη θέση αυτή με τα καθήκοντα ενός επίσημου εκπροσώπου μιας συμμετέχουσας χώρας.

Το συνολικό κόστος κατασκευής υπολογίζεται στα 5 δισ. ευρώ και το ίδιο ποσό θα απαιτηθεί για τη δοκιμαστική λειτουργία του αντιδραστήρα. Οι μετοχές της Ινδίας, της Κίνας, της Κορέας, της Ρωσίας, των ΗΠΑ και της Ιαπωνίας αντιπροσωπεύουν η καθεμία περίπου το 10 τοις εκατό της συνολικής αξίας, το 45 τοις εκατό προέρχεται από τις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Ωστόσο, τα ευρωπαϊκά κράτη δεν έχουν ακόμη συμφωνήσει για το πώς ακριβώς θα κατανεμηθεί το κόστος μεταξύ τους. Εξαιτίας αυτού, η έναρξη της κατασκευής αναβλήθηκε για τον Απρίλιο του 2010. Παρά την τελευταία καθυστέρηση, επιστήμονες και αξιωματούχοι που συμμετέχουν στο ITER λένε ότι θα μπορέσουν να ολοκληρώσουν το έργο μέχρι το 2018.

Η εκτιμώμενη θερμοπυρηνική ισχύς του ITER είναι 500 μεγαβάτ. Τα μεμονωμένα εξαρτήματα μαγνήτη φτάνουν σε βάρος από 200 έως 450 τόνους. Για την ψύξη του ITER απαιτούνται 33 χιλιάδες κυβικά μέτρα νερού την ημέρα.

Το 1998, οι Ηνωμένες Πολιτείες σταμάτησαν να χρηματοδοτούν τη συμμετοχή τους στο έργο. Αφού οι Ρεπουμπλικάνοι ήρθαν στην εξουσία και άρχισαν τα κυλιόμενα μπλακ άουτ στην Καλιφόρνια, η κυβέρνηση Μπους ανακοίνωσε αυξημένες επενδύσεις στην ενέργεια. Οι Ηνωμένες Πολιτείες δεν σκόπευαν να συμμετάσχουν στο διεθνές έργο και συμμετείχαν στο δικό τους θερμοπυρηνικό έργο. Στις αρχές του 2002, ο σύμβουλος τεχνολογίας του Προέδρου Μπους, John Marburger III, είπε ότι οι Ηνωμένες Πολιτείες άλλαξαν γνώμη και σκόπευαν να επιστρέψουν στο έργο.

Όσον αφορά τον αριθμό των συμμετεχόντων, το έργο είναι συγκρίσιμο με ένα άλλο μεγάλο διεθνές επιστημονικό έργο - τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Το κόστος του ITER, που προηγουμένως έφτανε τα 8 δισ. δολάρια, ανήλθε τότε σε λιγότερο από 4 δισ. Ως αποτέλεσμα της αποχώρησης των Ηνωμένων Πολιτειών από τη συμμετοχή, αποφασίστηκε η μείωση της ισχύος του αντιδραστήρα από 1,5 GW σε 500 MW. Αντίστοιχα, μειώθηκε και η τιμή του έργου.

Τον Ιούνιο του 2002, το συμπόσιο «ITER Days in Moscow» πραγματοποιήθηκε στη ρωσική πρωτεύουσα. Συζήτησε τα θεωρητικά, πρακτικά και οργανωτικά προβλήματα της αναβίωσης του έργου, η επιτυχία του οποίου μπορεί να αλλάξει τη μοίρα της ανθρωπότητας και να της δώσει ένα νέο είδος ενέργειας, συγκρίσιμο σε απόδοση και οικονομία μόνο με την ενέργεια του Ήλιου.

Τον Ιούλιο του 2010, εκπρόσωποι των χωρών που συμμετέχουν στο έργο του διεθνούς θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα ITER ενέκριναν τον προϋπολογισμό και το χρονοδιάγραμμα κατασκευής του σε μια έκτακτη συνεδρίαση που πραγματοποιήθηκε στο Cadarache της Γαλλίας. .

Στην τελευταία έκτακτη συνεδρίαση, οι συμμετέχοντες στο έργο ενέκριναν την ημερομηνία έναρξης για τα πρώτα πειράματα με το πλάσμα - 2019. Τα πλήρη πειράματα προγραμματίζονται για τον Μάρτιο του 2027, αν και η διαχείριση του έργου ζήτησε από τεχνικούς ειδικούς να προσπαθήσουν να βελτιστοποιήσουν τη διαδικασία και να ξεκινήσουν τα πειράματα το 2026. Οι συμμετέχοντες στη συνάντηση αποφάσισαν επίσης το κόστος κατασκευής του αντιδραστήρα, αλλά τα ποσά που σχεδιάζονταν να δαπανηθούν για τη δημιουργία της εγκατάστασης δεν αποκαλύφθηκαν. Σύμφωνα με πληροφορίες που έλαβε ο εκδότης της πύλης ScienceNOW από ανώνυμη πηγή, μέχρι να ξεκινήσουν τα πειράματα, το κόστος του έργου ITER θα μπορούσε να φτάσει τα 16 δισεκατομμύρια ευρώ.

Η συνάντηση στο Cadarache σηματοδότησε επίσης την πρώτη επίσημη εργάσιμη ημέρα για τον νέο διευθυντή του έργου, τον Ιάπωνα φυσικό Osamu Motojima. Πριν από αυτόν, το έργο είχε επικεφαλής από το 2005 από τον Ιάπωνα Kaname Ikeda, ο οποίος επιθυμούσε να εγκαταλείψει τη θέση του αμέσως μετά την έγκριση του προϋπολογισμού και των προθεσμιών κατασκευής.

Ο αντιδραστήρας σύντηξης ITER είναι ένα κοινό έργο της Ευρωπαϊκής Ένωσης, της Ελβετίας, της Ιαπωνίας, των ΗΠΑ, της Ρωσίας, της Νότιας Κορέας, της Κίνας και της Ινδίας. Η ιδέα της δημιουργίας του ITER εξετάζεται από τη δεκαετία του '80 του περασμένου αιώνα, ωστόσο, λόγω οικονομικών και τεχνικών δυσκολιών, το κόστος του έργου αυξάνεται συνεχώς και η ημερομηνία έναρξης της κατασκευής αναβάλλεται συνεχώς. Το 2009, οι ειδικοί περίμεναν ότι οι εργασίες για τη δημιουργία του αντιδραστήρα θα ξεκινούσαν το 2010. Αργότερα, αυτή η ημερομηνία μεταφέρθηκε και αρχικά το 2018 και στη συνέχεια το 2019 ονομάστηκαν ως η ώρα εκτόξευσης του αντιδραστήρα.

Οι αντιδράσεις θερμοπυρηνικής σύντηξης είναι αντιδράσεις σύντηξης πυρήνων ελαφρών ισοτόπων για να σχηματιστεί ένας βαρύτερος πυρήνας, οι οποίοι συνοδεύονται από τεράστια απελευθέρωση ενέργειας. Θεωρητικά, οι αντιδραστήρες σύντηξης μπορούν να παράγουν πολλή ενέργεια με χαμηλό κόστος, αλλά αυτή τη στιγμή οι επιστήμονες ξοδεύουν πολύ περισσότερη ενέργεια και χρήματα για να ξεκινήσουν και να διατηρήσουν την αντίδραση σύντηξης.

Η θερμοπυρηνική σύντηξη είναι ένας φθηνός και φιλικός προς το περιβάλλον τρόπος παραγωγής ενέργειας. Η ανεξέλεγκτη θερμοπυρηνική σύντηξη συμβαίνει στον Ήλιο εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια - το ήλιο σχηματίζεται από το βαρύ ισότοπο υδρογόνου δευτερίου. Αυτό απελευθερώνει μια κολοσσιαία ποσότητα ενέργειας. Ωστόσο, οι άνθρωποι στη Γη δεν έχουν μάθει ακόμη να ελέγχουν τέτοιες αντιδράσεις.

Ο αντιδραστήρας ITER θα χρησιμοποιεί ισότοπα υδρογόνου ως καύσιμο. Κατά τη διάρκεια μιας θερμοπυρηνικής αντίδρασης, απελευθερώνεται ενέργεια όταν τα ελαφριά άτομα συνδυάζονται σε βαρύτερα. Για να επιτευχθεί αυτό, το αέριο πρέπει να θερμανθεί σε θερμοκρασία άνω των 100 εκατομμυρίων βαθμών - πολύ υψηλότερη από τη θερμοκρασία στο κέντρο του Ήλιου. Το αέριο σε αυτή τη θερμοκρασία μετατρέπεται σε πλάσμα. Ταυτόχρονα, τα άτομα των ισοτόπων του υδρογόνου συγχωνεύονται, μετατρέπονται σε άτομα ηλίου με την απελευθέρωση μεγάλου αριθμού νετρονίων. Ένας σταθμός ηλεκτροπαραγωγής που λειτουργεί με αυτήν την αρχή θα χρησιμοποιεί την ενέργεια των νετρονίων που επιβραδύνεται από ένα στρώμα πυκνού υλικού (λίθιο).

Γιατί η δημιουργία θερμοπυρηνικών εγκαταστάσεων άργησε τόσο πολύ;

Γιατί δεν έχουν δημιουργηθεί ακόμη τόσο σημαντικές και πολύτιμες εγκαταστάσεις, τα οφέλη των οποίων συζητούνται εδώ και σχεδόν μισό αιώνα; Υπάρχουν τρεις κύριοι λόγοι (που συζητούνται παρακάτω), ο πρώτος από τους οποίους μπορεί να ονομαστεί εξωτερικός ή κοινωνικός και οι άλλοι δύο - εσωτερικοί, δηλαδή καθορίζονται από τους νόμους και τις συνθήκες ανάπτυξης της ίδιας της θερμοπυρηνικής ενέργειας.

1. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, πιστευόταν ότι το πρόβλημα της πρακτικής χρήσης της ενέργειας θερμοπυρηνικής σύντηξης δεν απαιτούσε επείγουσες αποφάσεις και ενέργειες, καθώς στη δεκαετία του '80 του περασμένου αιώνα, οι πηγές ορυκτών καυσίμων φαινόταν ανεξάντλητες και τα περιβαλλοντικά προβλήματα και η κλιματική αλλαγή δεν αφορά το κοινό. Το 1976, η Συμβουλευτική Επιτροπή Ενέργειας Σύντηξης του Υπουργείου Ενέργειας των Η.Π.Α. προσπάθησε να εκτιμήσει το χρονικό πλαίσιο για την Ε&Α και μια επίδειξη σταθμού ηλεκτροπαραγωγής σύντηξης στο πλαίσιο διαφόρων επιλογών χρηματοδότησης έρευνας. Ταυτόχρονα, διαπιστώθηκε ότι ο όγκος της ετήσιας χρηματοδότησης για την έρευνα προς αυτή την κατεύθυνση είναι εντελώς ανεπαρκής και εάν διατηρηθεί το υπάρχον επίπεδο πιστώσεων, η δημιουργία θερμοπυρηνικών εγκαταστάσεων δεν θα είναι ποτέ επιτυχής, καθώς τα διατιθέμενα κονδύλια δεν αντιστοιχούν ακόμη και στο ελάχιστο, κρίσιμο επίπεδο.

2. Ένα πιο σοβαρό εμπόδιο στην ανάπτυξη της έρευνας σε αυτόν τον τομέα είναι ότι δεν μπορεί να δημιουργηθεί και να επιδειχθεί σε μικρή κλίμακα μια θερμοπυρηνική εγκατάσταση του υπό συζήτηση τύπου. Από τις εξηγήσεις που παρουσιάζονται παρακάτω, θα γίνει σαφές ότι η θερμοπυρηνική σύντηξη απαιτεί όχι μόνο μαγνητικό περιορισμό του πλάσματος, αλλά και επαρκή θέρμανση του. Η αναλογία δαπανούμενης και λαμβανόμενης ενέργειας αυξάνεται τουλάχιστον αναλογικά με το τετράγωνο των γραμμικών διαστάσεων της εγκατάστασης, με αποτέλεσμα οι επιστημονικές και τεχνικές δυνατότητες και τα πλεονεκτήματα των θερμοπυρηνικών εγκαταστάσεων να μπορούν να δοκιμαστούν και να αποδειχθούν μόνο σε αρκετά μεγάλους σταθμούς, όπως π.χ. όπως ο αναφερόμενος αντιδραστήρας ITER. Η κοινωνία απλώς δεν ήταν έτοιμη να χρηματοδοτήσει τόσο μεγάλα έργα έως ότου υπήρχε επαρκής εμπιστοσύνη στην επιτυχία.

3. Η ανάπτυξη της θερμοπυρηνικής ενέργειας ήταν πολύ περίπλοκη, ωστόσο (παρά την ανεπαρκή χρηματοδότηση και τις δυσκολίες επιλογής κέντρων για τη δημιουργία εγκαταστάσεων JET και ITER), έχει παρατηρηθεί σαφής πρόοδος τα τελευταία χρόνια, αν και δεν έχει δημιουργηθεί ακόμη σταθμός λειτουργίας.

Ο σύγχρονος κόσμος αντιμετωπίζει μια πολύ σοβαρή ενεργειακή πρόκληση, η οποία μπορεί με μεγαλύτερη ακρίβεια να ονομαστεί «αβέβαιη ενεργειακή κρίση». Το πρόβλημα σχετίζεται με το γεγονός ότι τα αποθέματα ορυκτών καυσίμων ενδέχεται να εξαντληθούν στο δεύτερο μισό αυτού του αιώνα. Επιπλέον, η καύση ορυκτών καυσίμων μπορεί να οδηγήσει στην ανάγκη δέσμευσης και «αποθήκευσης» του διοξειδίου του άνθρακα που απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα (το πρόγραμμα CCS που αναφέρεται παραπάνω) για να αποφευχθούν σημαντικές αλλαγές στο κλίμα του πλανήτη.

Επί του παρόντος, σχεδόν όλη η ενέργεια που καταναλώνεται από την ανθρωπότητα δημιουργείται από την καύση ορυκτών καυσίμων και η λύση του προβλήματος μπορεί να σχετίζεται με τη χρήση ηλιακής ενέργειας ή πυρηνικής ενέργειας (δημιουργία αντιδραστήρων ταχείας αναπαραγωγής κ.λπ.). Το παγκόσμιο πρόβλημα που προκαλείται από τον αυξανόμενο πληθυσμό των αναπτυσσόμενων χωρών και την ανάγκη τους να βελτιώσουν το βιοτικό επίπεδο και να αυξήσουν την ποσότητα της παραγόμενης ενέργειας δεν μπορούν να λυθούν μόνο με βάση αυτές τις προσεγγίσεις, αν και, φυσικά, οποιεσδήποτε προσπάθειες ανάπτυξης εναλλακτικών μεθόδων παραγωγής ενέργειας πρέπει να ενθαρρύνονται.

Αυστηρά μιλώντας, έχουμε μια μικρή επιλογή από στρατηγικές συμπεριφοράς και η ανάπτυξη της θερμοπυρηνικής ενέργειας είναι εξαιρετικά σημαντική, ακόμη και παρά την έλλειψη εγγύησης επιτυχίας. Η εφημερίδα Financial Times (με ημερομηνία 25 Ιανουαρίου 2004) έγραψε σχετικά:

Ας ελπίσουμε ότι δεν θα υπάρξουν μεγάλες και απροσδόκητες εκπλήξεις στην πορεία προς την ανάπτυξη της θερμοπυρηνικής ενέργειας. Σε αυτή την περίπτωση, σε περίπου 30 χρόνια θα μπορούμε να τροφοδοτούμε για πρώτη φορά ηλεκτρικό ρεύμα από αυτό σε ενεργειακά δίκτυα και σε λίγο περισσότερο από 10 χρόνια θα αρχίσει να λειτουργεί ο πρώτος εμπορικός θερμοπυρηνικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής. Είναι πιθανό ότι στο δεύτερο μισό αυτού του αιώνα, η πυρηνική ενέργεια σύντηξης θα αρχίσει να αντικαθιστά τα ορυκτά καύσιμα και σταδιακά να αρχίσει να παίζει έναν ολοένα και σημαντικότερο ρόλο στην παροχή ενέργειας στην ανθρωπότητα σε παγκόσμια κλίμακα.

Δεν υπάρχει απόλυτη εγγύηση ότι το έργο της δημιουργίας θερμοπυρηνικής ενέργειας (ως αποτελεσματικής και μεγάλης κλίμακας πηγή ενέργειας για όλη την ανθρωπότητα) θα ολοκληρωθεί με επιτυχία, αλλά η πιθανότητα επιτυχίας προς αυτή την κατεύθυνση είναι αρκετά υψηλή. Λαμβάνοντας υπόψη τις τεράστιες δυνατότητες των θερμοπυρηνικών σταθμών, όλα τα έξοδα για έργα για την ταχεία (και ακόμη και επιταχυνόμενη) ανάπτυξή τους μπορούν να θεωρηθούν δικαιολογημένα, ειδικά επειδή αυτές οι επενδύσεις φαίνονται πολύ μέτριες στο πλαίσιο της τερατώδους παγκόσμιας αγοράς ενέργειας (4 τρισεκατομμύρια δολάρια ετησίως8). Η κάλυψη των ενεργειακών αναγκών της ανθρωπότητας είναι ένα πολύ σοβαρό πρόβλημα. Καθώς τα ορυκτά καύσιμα γίνονται λιγότερο διαθέσιμα (και η χρήση τους γίνεται ανεπιθύμητη), η κατάσταση αλλάζει και δεν έχουμε την πολυτέλεια να μην αναπτύξουμε ενέργεια σύντηξης.

Στην ερώτηση «Πότε θα εμφανιστεί η θερμοπυρηνική ενέργεια;» Ο Lev Artsimovich (αναγνωρισμένος πρωτοπόρος και ηγέτης της έρευνας σε αυτόν τον τομέα) απάντησε κάποτε ότι «θα δημιουργηθεί όταν γίνει πραγματικά απαραίτητο για την ανθρωπότητα».

Ο ITER θα είναι ο πρώτος αντιδραστήρας σύντηξης που θα παράγει περισσότερη ενέργεια από αυτή που καταναλώνει. Οι επιστήμονες μετρούν αυτό το χαρακτηριστικό χρησιμοποιώντας έναν απλό συντελεστή που ονομάζουν "Q". Εάν ο ITER επιτύχει όλους τους επιστημονικούς του στόχους, θα παράγει 10 φορές περισσότερη ενέργεια από ό,τι καταναλώνει. Η τελευταία συσκευή που κατασκευάστηκε, το Joint European Torus στην Αγγλία, είναι ένα μικρότερο πρωτότυπο αντιδραστήρα σύντηξης που, στα τελευταία του στάδια επιστημονικής έρευνας, πέτυχε τιμή Q σχεδόν 1. Αυτό σημαίνει ότι παρήγαγε ακριβώς την ίδια ποσότητα ενέργειας που κατανάλωνε . Ο ITER θα προχωρήσει πέρα ​​από αυτό, επιδεικνύοντας τη δημιουργία ενέργειας από σύντηξη και επιτυγχάνοντας τιμή Q 10. Η ιδέα είναι να παραχθούν 500 MW από κατανάλωση ενέργειας περίπου 50 MW. Έτσι, ένας από τους επιστημονικούς στόχους του ITER είναι να αποδείξει ότι μπορεί να επιτευχθεί τιμή Q 10.

Ένας άλλος επιστημονικός στόχος είναι ότι το ITER θα έχει πολύ μεγάλο χρόνο «καύσης» - παλμό εκτεταμένης διάρκειας έως και μία ώρα. Ο ITER είναι ένας ερευνητικός πειραματικός αντιδραστήρας που δεν μπορεί να παράγει ενέργεια συνεχώς. Όταν το ITER ξεκινήσει να λειτουργεί, θα είναι ενεργοποιημένο για μία ώρα και μετά θα πρέπει να απενεργοποιηθεί. Αυτό είναι σημαντικό γιατί μέχρι τώρα οι τυπικές συσκευές που δημιουργήσαμε ήταν σε θέση να έχουν χρόνο καύσης πολλών δευτερολέπτων ή και δέκατων του δευτερολέπτου - αυτός είναι ο μέγιστος. Το "Joint European Torus" έφτασε την τιμή Q του 1 με χρόνο καύσης περίπου δύο δευτερολέπτων με μήκος παλμού 20 δευτερολέπτων. Αλλά μια διαδικασία που διαρκεί λίγα δευτερόλεπτα δεν είναι πραγματικά μόνιμη. Κατ' αναλογία με την εκκίνηση ενός κινητήρα αυτοκινήτου: το σύντομο άναμμα του κινητήρα και στη συνέχεια το σβήσιμο δεν είναι ακόμη πραγματική λειτουργία του αυτοκινήτου. Μόνο όταν οδηγείτε το αυτοκίνητό σας για μισή ώρα, θα φτάσει σε σταθερό τρόπο λειτουργίας και θα αποδείξει ότι ένα τέτοιο αυτοκίνητο μπορεί πραγματικά να οδηγηθεί.

Δηλαδή, από τεχνική και επιστημονική άποψη, το ITER θα παρέχει τιμή Q 10 και αυξημένο χρόνο καύσης.

Το πρόγραμμα θερμοπυρηνικής σύντηξης είναι πραγματικά διεθνές και ευρύ. Οι άνθρωποι ήδη υπολογίζουν στην επιτυχία του ITER και σκέφτονται το επόμενο βήμα - τη δημιουργία ενός πρωτοτύπου ενός βιομηχανικού θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα που ονομάζεται DEMO. Για την κατασκευή του, ο ITER πρέπει να λειτουργήσει. Πρέπει να επιτύχουμε τους επιστημονικούς μας στόχους γιατί αυτό σημαίνει ότι οι ιδέες που προτείνουμε είναι απολύτως εφικτές. Ωστόσο, συμφωνώ ότι πρέπει πάντα να σκέφτεσαι τι θα ακολουθήσει. Επιπλέον, καθώς το ITER λειτουργεί για 25-30 χρόνια, οι γνώσεις μας θα εμβαθύνουν και θα επεκταθούν σταδιακά και θα είμαστε σε θέση να περιγράψουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια το επόμενο βήμα μας.

Πράγματι, δεν υπάρχει συζήτηση σχετικά με το εάν ο ITER πρέπει να είναι τοκαμάκ. Μερικοί επιστήμονες θέτουν το ερώτημα εντελώς διαφορετικά: πρέπει να υπάρχει το ITER; Οι ειδικοί σε διάφορες χώρες, που αναπτύσσουν τα δικά τους, όχι τόσο μεγάλης κλίμακας θερμοπυρηνικά έργα, υποστηρίζουν ότι ένας τόσο μεγάλος αντιδραστήρας δεν χρειάζεται καθόλου.

Ωστόσο, η γνώμη τους δύσκολα θα πρέπει να θεωρηθεί έγκυρη. Φυσικοί που εργάζονται με δακτυλιοειδείς παγίδες για αρκετές δεκαετίες συμμετείχαν στη δημιουργία του ITER. Ο σχεδιασμός του πειραματικού θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα στο Karadash βασίστηκε σε όλη τη γνώση που αποκτήθηκε κατά τη διάρκεια πειραμάτων σε δεκάδες προκατόχους tokamaks. Και αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο αντιδραστήρας πρέπει να είναι τοκαμάκ, και μάλιστα μεγάλος.

JET Αυτή τη στιγμή, το πιο επιτυχημένο tokamak μπορεί να θεωρηθεί το JET, που κατασκευάστηκε από την ΕΕ στη βρετανική πόλη Abingdon. Αυτός είναι ο μεγαλύτερος αντιδραστήρας τύπου tokamak που έχει δημιουργηθεί μέχρι σήμερα, η μεγάλη ακτίνα του πλάσματος είναι 2,96 μέτρα. Η ισχύς της θερμοπυρηνικής αντίδρασης έχει ήδη φτάσει πάνω από 20 μεγαβάτ με χρόνο συγκράτησης έως και 10 δευτερόλεπτα. Ο αντιδραστήρας επιστρέφει περίπου το 40% της ενέργειας που διατίθεται στο πλάσμα.

Είναι η φυσική του πλάσματος που καθορίζει το ενεργειακό ισοζύγιο», είπε ο Igor Semenov στο Infox.ru. Ο αναπληρωτής καθηγητής του MIPT περιέγραψε τι είναι το ενεργειακό ισοζύγιο με ένα απλό παράδειγμα: «Όλοι έχουμε δει μια φωτιά να καίει. Μάλιστα εκεί δεν καίγονται ξύλα, αλλά αέριο. Η ενεργειακή αλυσίδα εκεί είναι έτσι: το αέριο καίγεται, το ξύλο θερμαίνεται, το ξύλο εξατμίζεται, το αέριο καίγεται ξανά. Επομένως, εάν ρίξουμε νερό σε μια φωτιά, θα πάρουμε απότομα ενέργεια από το σύστημα για τη μετάβαση φάσης του υγρού νερού σε κατάσταση ατμού. Το ισοζύγιο θα γίνει αρνητικό και η φωτιά θα σβήσει. Υπάρχει και άλλος τρόπος - μπορούμε απλά να πάρουμε τις μάρκες και να τις απλώσουμε στο διάστημα. Θα σβήσει και η φωτιά. Το ίδιο συμβαίνει και στον θερμοπυρηνικό αντιδραστήρα που κατασκευάζουμε. Οι διαστάσεις επιλέγονται για να δημιουργηθεί ένα κατάλληλο θετικό ενεργειακό ισοζύγιο για αυτόν τον αντιδραστήρα. Επαρκεί για την κατασκευή ενός πραγματικού πυρηνικού σταθμού στο μέλλον, επιλύοντας σε αυτό το πειραματικό στάδιο όλα τα προβλήματα που παραμένουν επί του παρόντος άλυτα».

Οι διαστάσεις του αντιδραστήρα άλλαξαν μία φορά. Αυτό συνέβη στις αρχές του 20ου-21ου αιώνα, όταν οι Ηνωμένες Πολιτείες αποχώρησαν από το έργο και τα υπόλοιπα μέλη συνειδητοποίησαν ότι ο προϋπολογισμός του ITER (εκείνη την εποχή υπολογιζόταν σε 10 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ) ήταν πολύ μεγάλος. Οι φυσικοί και οι μηχανικοί έπρεπε να μειώσουν το κόστος εγκατάστασης. Και αυτό μπορούσε να γίνει μόνο λόγω μεγέθους. Ο «επανασχεδιασμός» του ITER ηγήθηκε του Γάλλου φυσικού Robert Aymar, ο οποίος εργάστηκε στο παρελθόν στο γαλλικό Tore Supra tokamak στο Karadash. Η εξωτερική ακτίνα του δακτυλίου πλάσματος έχει μειωθεί από 8,2 σε 6,3 μέτρα. Ωστόσο, οι κίνδυνοι που σχετίζονται με τη μείωση του μεγέθους αντισταθμίστηκαν εν μέρει από αρκετούς πρόσθετους υπεραγώγιμους μαγνήτες, οι οποίοι κατέστησαν δυνατή την εφαρμογή της λειτουργίας περιορισμού πλάσματος, η οποία ήταν ανοιχτή και μελετημένη εκείνη την εποχή.