Tko gradi termonuklearni reaktor? Iter - međunarodni termonuklearni reaktor (iter) Fuzijske stanice

Danas mnoge zemlje sudjeluju u termonuklearnim istraživanjima. Predvodnici su Europska unija, SAD, Rusija i Japan, dok se programi u Kini, Brazilu, Kanadi i Koreji brzo šire. U početku su fuzijski reaktori u SAD-u i SSSR-u bili povezani s razvojem nuklearnog oružja i ostali su klasificirani sve do konferencije Atomi za mir, koja je održana u Ženevi 1958. godine. Nakon stvaranja sovjetskog tokamaka, istraživanje nuklearne fuzije postalo je "velika znanost" 1970-ih. Ali cijena i složenost uređaja porasli su do točke gdje je međunarodna suradnja postala jedini put naprijed.

Termonuklearni reaktori u svijetu

Od 1970-ih, komercijalna uporaba fuzijske energije neprestano se odgađala za 40 godina. Međutim, mnogo toga se dogodilo posljednjih godina što bi moglo omogućiti da se to razdoblje skrati.

Izgrađeno je nekoliko tokamaka, uključujući europski JET, britanski MAST i eksperimentalni fuzijski reaktor TFTR u Princetonu, SAD. Međunarodni projekt ITER trenutno je u izgradnji u Cadaracheu u Francuskoj. Bit će to najveći tokamak kada počne s radom 2020. godine. Kina će 2030. izgraditi CFETR, koji će nadmašiti ITER. U međuvremenu, Kina provodi istraživanje eksperimentalnog supravodljivog tokamaka EAST.

Drugi tip fuzijskog reaktora, stelatori, također je popularan među istraživačima. Jedan od najvećih, LHD, počeo je s radom u Japanskom nacionalnom institutu 1998. godine. Koristi se za pronalaženje najbolje magnetske konfiguracije za zadržavanje plazme. Njemački institut Max Planck provodio je istraživanja na reaktoru Wendelstein 7-AS u Garchingu između 1988. i 2002. godine, a trenutno na reaktoru Wendelstein 7-X, čija je izgradnja trajala više od 19 godina. Još jedan TJII stelarator radi u Madridu, u Španjolskoj. U SAD-u, Princeton Laboratory (PPPL), koji je izgradio prvi fuzijski reaktor ove vrste 1951., zaustavio je izgradnju NCSX-a 2008. zbog prekoračenja troškova i nedostatka sredstava.

Osim toga, značajan je napredak postignut u istraživanju inercijske fuzije. Izgradnja National Ignition Facility (NIF) u Livermore National Laboratory (LLNL) vrijedna 7 milijardi dolara, koju je financirala Nacionalna uprava za nuklearnu sigurnost, dovršena je u ožujku 2009. Francuski Laser Mégajoule (LMJ) započeo je s radom u listopadu 2014. Fuzijski reaktori koriste lasere koji isporučuju oko 2 milijuna džula svjetlosne energije unutar nekoliko milijarditih dijelova sekunde na metu veličine nekoliko milimetara kako bi pokrenuli reakciju nuklearne fuzije. Primarna misija NIF-a i LMJ-a je istraživanje u potpori nacionalnih vojnih nuklearnih programa.

ITER

Godine 1985. Sovjetski Savez predložio je izgradnju tokamaka nove generacije zajedno s Europom, Japanom i Sjedinjenim Državama. Radovi su izvedeni pod pokroviteljstvom IAEA. Između 1988. i 1990. stvoreni su prvi nacrti međunarodnog termonuklearnog eksperimentalnog reaktora ITER, što također znači "put" ili "putovanje" na latinskom, kako bi se dokazalo da se fuzijom može proizvesti više energije nego što se apsorbira. Kanada i Kazahstan također su sudjelovale uz posredovanje Euratoma i Rusije.

Šest godina kasnije, odbor ITER-a odobrio je prvi sveobuhvatni dizajn reaktora temeljen na utvrđenoj fizici i tehnologiji, koji je koštao 6 milijardi dolara. Tada su se Sjedinjene Države povukle iz konzorcija, zbog čega su morali prepoloviti troškove i promijeniti projekt. Rezultat je ITER-FEAT, koji košta 3 milijarde dolara, ali postiže samoodrživ odziv i pozitivnu ravnotežu snage.

Godine 2003. Sjedinjene Države ponovno su se pridružile konzorciju, a Kina je najavila svoju želju za sudjelovanjem. Kao rezultat toga, sredinom 2005. partneri su se složili izgraditi ITER u Cadaracheu na jugu Francuske. EU i Francuska pridonijele su polovicom od 12,8 milijardi eura, dok su Japan, Kina, Južna Koreja, SAD i Rusija pridonijele po 10%. Japan je osigurao visokotehnološke komponente, održavao postrojenje IFMIF vrijedno 1 milijardu eura namijenjeno testiranju materijala i imao je pravo izgraditi sljedeći testni reaktor. Ukupni trošak ITER-a uključuje polovicu troškova za 10 godina izgradnje i polovicu za 20 godina rada. Indija je postala sedma članica ITER-a krajem 2005.

Eksperimenti bi trebali započeti 2018. s vodikom kako bi se izbjeglo aktiviranje magneta. Upotreba D-T plazme ne očekuje se prije 2026. godine.

ITER-ov cilj je proizvesti 500 MW (najmanje 400 s) koristeći manje od 50 MW ulazne snage bez proizvodnje električne energije.

Demo-ova pokazna elektrana od dva gigavata kontinuirano će proizvoditi velike količine. Idejni projekt Dema bit će gotov do 2017. godine, a početak izgradnje 2024. godine. Lansiranje će se održati 2033. godine.

JET

Godine 1978. EU (Euratom, Švedska i Švicarska) započela je zajednički europski projekt JET u Velikoj Britaniji. JET je danas najveći operativni tokamak na svijetu. Sličan reaktor JT-60 radi u Japanskom nacionalnom institutu za fuziju, ali samo JET može koristiti gorivo deuterij-tricij.

Reaktor je pokrenut 1983. godine i postao je prvi eksperiment koji je rezultirao kontroliranom termonuklearnom fuzijom snage do 16 MW za jednu sekundu i 5 MW stabilne snage na deuterij-tritij plazmi u studenom 1991. godine. Provedeni su mnogi eksperimenti za proučavanje različitih shema grijanja i drugih tehnika.

Daljnja poboljšanja JET-a uključuju povećanje njegove snage. Kompaktni reaktor MAST razvija se zajedno s JET-om i dio je projekta ITER.

K-ZVIJEZDA

K-STAR je korejski supravodljivi tokamak iz Nacionalnog instituta za istraživanje fuzije (NFRI) u Daejeonu, koji je proizveo svoju prvu plazmu sredinom 2008. godine. ITER, koji je rezultat međunarodne suradnje. Tokamak radijusa 1,8 m prvi je reaktor koji koristi supravodljive magnete Nb3Sn, iste one planirane za ITER. Tijekom prve faze, dovršene do 2012., K-STAR je morao dokazati održivost temeljnih tehnologija i postići impulse plazme u trajanju do 20 sekundi. U drugoj fazi (2013.-2017.) modernizira se za proučavanje dugih impulsa do 300 s u H načinu rada i prelazak na AT način rada visokih performansi. Cilj treće faze (2018.-2023.) je postizanje visoke produktivnosti i učinkovitosti u dugopulsnom načinu rada. U fazi 4 (2023.-2025.) testirat će se DEMO tehnologije. Uređaj ne može raditi s tricijem i ne koristi D-T gorivo.

K-DEMO

Razvijen u suradnji s Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) Ministarstva energetike SAD-a i južnokorejskim NFRI-jem, K-DEMO bi trebao biti sljedeći korak u razvoju komercijalnih reaktora izvan ITER-a, te će biti prva elektrana sposobna generirati energiju u električnu mrežu, odnosno 1 milijun kW u roku od nekoliko tjedana. Imat će promjer 6,65 m i imat će modul reprodukcijske zone izrađen u sklopu projekta DEMO. Korejsko ministarstvo obrazovanja, znanosti i tehnologije planira u njega uložiti oko trilijun korejskih wona (941 milijun dolara).

ISTOČNO

Kineski eksperimentalni napredni supervodljivi tokamak (EAST) na Institutu za fiziku Kine u Hefeiju stvorio je vodikovu plazmu na temperaturi od 50 milijuna °C i održavao je 102 s.

TFTR

U američkom laboratoriju PPPL eksperimentalni fuzijski reaktor TFTR radio je od 1982. do 1997. godine. U prosincu 1993. TFTR je postao prvi magnetski tokamak koji je proveo opsežne eksperimente s deuterij-tricijevom plazmom. Sljedeće godine reaktor je proizveo tada rekordnih 10,7 MW kontrolirane snage, a 1995. dosegnut je temperaturni rekord od 510 milijuna °C. Međutim, postrojenje nije postiglo cilj pokrića fuzijske energije, ali je uspješno ispunilo ciljeve dizajna hardvera, dajući značajan doprinos razvoju ITER-a.

LHD

LHD u Japanskom nacionalnom institutu za fuziju u Tokiju, prefektura Gifu, bio je najveći stelarator na svijetu. Fuzijski reaktor pokrenut je 1998. i pokazao je svojstva zadržavanja plazme usporediva s drugim velikim postrojenjima. Postignuta je temperatura iona od 13,5 keV (oko 160 milijuna °C) i energija od 1,44 MJ.

Wendelstein 7-X

Nakon godinu dana testiranja, koje je počelo krajem 2015., temperature helija nakratko su dosegle 1 milijun °C. Godine 2016. fuzijski reaktor s vodikovom plazmom koji koristi 2 MW snage dosegao je temperaturu od 80 milijuna °C unutar četvrt sekunde. W7-X je najveći stelarator na svijetu i planirano je da radi neprekidno 30 minuta. Cijena reaktora iznosila je milijardu eura.

NIF

Nacionalni pogon za paljenje (NIF) u Nacionalnom laboratoriju Livermore (LLNL) dovršen je u ožujku 2009. Koristeći svoje 192 laserske zrake, NIF može koncentrirati 60 puta više energije nego bilo koji prethodni laserski sustav.

Hladna fuzija

U ožujku 1989. dva istraživača, Amerikanac Stanley Pons i Britanac Martin Fleischman, objavili su da su lansirali jednostavan stolni reaktor hladne fuzije koji radi na sobnoj temperaturi. Proces je uključivao elektrolizu teške vode pomoću paladijevih elektroda na kojima su jezgre deuterija bile koncentrirane do visoke gustoće. Istraživači kažu da je proizvodila toplinu koja se može objasniti samo u smislu nuklearnih procesa, a bilo je i nusproizvoda fuzije uključujući helij, tricij i neutrone. Međutim, drugi eksperimentatori nisu mogli ponoviti ovaj eksperiment. Većina znanstvene zajednice ne vjeruje da su reaktori hladne fuzije stvarni.

Nuklearne reakcije niske energije

Pokrenuto tvrdnjama o "hladnoj fuziji", istraživanje je nastavljeno u niskoenergetskom polju s određenom empirijskom potporom, ali bez općeprihvaćenog znanstvenog objašnjenja. Očigledno, slabe nuklearne interakcije koriste se za stvaranje i hvatanje neutrona (a ne snažna sila, kao u njihovoj fuziji). Eksperimenti uključuju vodik ili deuterij koji prolaze kroz katalitički sloj i reagiraju s metalom. Istraživači izvješćuju o opaženom oslobađanju energije. Glavni praktični primjer je interakcija vodika s prahom nikla, pri čemu se oslobađa toplina u količini većoj od one koju može proizvesti bilo koja kemijska reakcija.

CADARACHE (Francuska), 25. svibnja - RIA Novosti, Victoria Ivanova. Jug Francuske obično se povezuje s odmorom na Azurnoj obali, poljima lavande i festivalom u Cannesu, ali ne i sa znanošću, iako već nekoliko godina kod Marseillea traje “gradnja stoljeća” - međunarodna termonuklearna eksperimentalni reaktor (ITER) gradi se u blizini istraživačkog centra Cadarache.

Dopisnik RIA Novosti saznao je kako napreduje najveća svjetska izgradnja jedinstvene instalacije i kakvi ljudi grade "prototip Sunca" koji može generirati 7 milijardi kilovatsati energije godišnje.

U početku se projekt međunarodnog termonuklearnog eksperimentalnog reaktora zvao ITER, akronim za International Thermonuclear Experimental Reactor. Međutim, kasnije se pojavilo ljepše tumačenje imena: naziv projekta objašnjen je prijevodom latinske riječi iter - "put", a neke su se zemlje počele pažljivo odmicati od spominjanja riječi "reaktor" kako ne bi u svijesti građana pobuditi asocijacije na opasnost i radijaciju.

Cijeli svijet gradi novi reaktor. Do danas u projektu sudjeluju Rusija, Indija, Japan, Kina, Južna Koreja i Sjedinjene Države, kao i Europska unija. Europljani, djelujući kao jedinstvena skupina, odgovorni su za provedbu 46% projekta, svaka od ostalih zemalja sudionica preuzela je 9%.

Kako bi se pojednostavio sustav međusobnih obračuna, unutar organizacije je izmišljena posebna valuta - obračunska jedinica ITER - IUA. Svi dogovori o isporuci komponenti od strane sudionika provode se u tim jedinicama. Tako je rezultat izgradnje postao neovisan o fluktuacijama u tečaju nacionalne valute i troškovima proizvodnje dijelova u svakoj pojedinoj zemlji.

Za ovo ulaganje, izraženo ne u novcu, već u komponentama buduće instalacije, sudionici dobivaju potpuni pristup cijelom nizu tehnologija uključenih u ITER. Tako se u Francuskoj trenutno gradi “Međunarodna škola za stvaranje termonuklearnog reaktora”.

"Najtoplija stvar u Sunčevom sustavu"

Novinari, pa i sami zaposlenici ITER-a, toliko često uspoređuju projekt sa Suncem da je prilično teško smisliti drugu asocijaciju za termonuklearnu instalaciju. Voditelj jednog od odjela Međunarodne organizacije ITER, Mario Merola, uspio je, nazvavši reaktor "najtoplijom stvari u našem Sunčevom sustavu".

"Temperatura unutar uređaja bit će oko 150 milijuna Celzijevih stupnjeva, što je 10 puta više od temperature Sunčeve jezgre. Magnetsko polje instalacije bit će oko 200 tisuća puta veće od polja same Zemlje", kaže Mario o projektu.

ITER se temelji na sustavu tokamaka – toroidalnih komora s magnetskim zavojnicama. Ideja o magnetskom zadržavanju visokotemperaturne plazme razvijena je i prvi put u svijetu tehnološki implementirana na Institutu Kurčatov sredinom prošlog stoljeća. Rusija, koja je bila na početku projekta, između ostalih komponenti proizvodi jedan od najvažnijih dijelova instalacije, “srce ITER-a” - supravodljivi magnetski sustav. Sastoji se od različitih vrsta supravodiča koji sadrže desetke tisuća filamenata s posebnom nanostrukturom.

Za stvaranje tako velikog sustava potrebne su stotine tona takvih supravodiča. U njihovu proizvodnju uključeno je šest od sedam zemalja sudionica. Među njima je i Rusija koja isporučuje supravodiče na bazi legura niobij-titan i niobij-kositar, koji su među najboljima u svijetu. Proizvodnju ovih materijala u Rusiji provode poduzeća Rosatom i Institut Kurchatov.

© Fotografija: ljubaznošću organizacije ITER

© Fotografija: ljubaznošću organizacije ITER

Uobičajene poteškoće

Međutim, Rusija i Kina, ispunjavajući svoje obveze na vrijeme, nesvjesno su postale taoci drugih sudionika projekta koji ne uspijevaju uvijek završiti svoj dio posla na vrijeme. Specifičnost projekta ITER je bliska interakcija svih strana, pa stoga zaostajanje bilo koje zemlje dovodi do toga da cijeli projekt počinje “kliziti”.

Kako bi popravio situaciju, novi šef organizacije ITER, Bernard Bigot, odlučio je promijeniti vremenski okvir projekta. Nova verzija rasporeda – za koju se očekuje da će biti realističnija – bit će predstavljena u studenom.

Pritom Bigo nije isključio preraspodjelu posla među sudionicima.

"Bilo bi mi drago da uopće nije bilo kašnjenja. Ali moram priznati da je u nekim područjima provedba našeg globalnog projekta naišla na poteškoće. Otvoren sam za sva rješenja osim smanjenja kapaciteta ITER-a. Ne vidim sve što je u preraspodjeli rada loše, ali o ovom pitanju se mora ozbiljno razgovarati", rekao je generalni direktor organizacije.

Bigo je istaknuo da rad na stvaranju ITER-a provode stotine tvrtki i organizacija iz sedam zemalja sudionica. "Ne možete samo pucnuti prstima i izvršiti plan. Svi su mislili da će biti lako poštivati ​​rokove zahvaljujući dobroj vjeri i dobrim namjerama. Sada razumijemo da bez strogog upravljanja ništa neće uspjeti", naglasio je Bigo.

Prema njegovim riječima, poteškoće u izgradnji ITER-a uzrokovane su različitošću u kulturama zemalja sudionica, te činjenicom da u svijetu dosad nije bilo sličnih projekata, pa mnogi mehanizmi i instalacije koji se prvi put proizvode zahtijevaju dodatna ispitivanja i certificiranje regulatora, što zahtijeva dodatno vrijeme.

Jedna od mjera Bigotovog prijedloga "striktnog upravljanja" bilo bi stvaranje još jednog upravljačkog tijela, koje bi uključivalo ravnatelje nacionalnih agencija i glavnog ravnatelja. Odluke tog tijela bit će obvezujuće za sve sudionike projekta - Bigot se nada da će to potaknuti proces interakcije.

© Fotografija

"Gradnja stoljeća"

U međuvremenu je u tijeku veliki građevinski projekt na području ITER-a. "Srce" objekta - sam tokamak i uredske prostorije - zauzimat će prostor veličine jedan kilometar puta 400 metara.

Za reaktor je iskopana jama duboka 20 metara, na čije se dno po zrcalno glatkom asfaltu dovoze armature i ostale komponente neophodne u ovoj fazi. Prvo se zidni segmenti sastavljaju vodoravno, povezujući metalne konstrukcije posebnim pločama. Zatim se uz pomoć četiri građevinske dizalice konačno postavljaju na željenu poziciju.

Proći će nekoliko godina, a mjesto će biti neprepoznatljivo. Umjesto ogromne rupe na platformi, iznad nje će se uzdizati kolos veličine Boljšoj teatra - visok oko 40 metara.

Negdje na gradilištu gradnja još nije počela - i zbog toga druge zemlje ne mogu točno izračunati vrijeme isporuke komponenti termonuklearnog reaktora, a negdje je već završena. Konkretno, sjedište ITER-a, zgrada za namatanje poloidnih zavojnica magnetskog sustava, trafostanica i nekoliko drugih pomoćnih zgrada spremni su za rad.

"Sreća leži u stalnom poznavanju nepoznatog"

U vrijeme kada znanstveni rad nije posvuda popularan i cijenjen, ITER je na svojoj platformi okupio 500 znanstvenika, inženjera i predstavnika mnogih drugih specijalnosti iz različitih zemalja. Ovi stručnjaci pravi su sanjari i predani ljudi, baš kao i Strugacki, “prihvatili su radnu hipotezu da je sreća u neprekidnom poznavanju nepoznatog i da je smisao života u istom”.

Ali životni uvjeti za zaposlenike projekta bitno su drugačiji od onih u NIICHAVO - Istraživačkom institutu za vještičarenje i čarobnjaštvo - gdje su radili junaci priče sovjetskih pisaca znanstvene fantastike "Ponedjeljak počinje u subotu". Na području ITER-a nema hostela za strance - svi oni iznajmljuju smještaj u obližnjim selima i gradovima.

Unutar jedne od već izgrađenih zgrada, osim radnih prostorija, nalazi se i ogromna kantina u kojoj zaposlenici projekta za vrlo skromne iznose mogu nešto prezalogajiti ili obilno ručati. Na meniju su uvijek jela nacionalnih kuhinja, bilo da se radi o japanskim rezancima ili talijanskoj minestrone.

Na ulazu u blagovaonicu postavljena je oglasna ploča. Sadrži ponude za zajednički najam stanova i “sateve francuskog, kvalitetno i jeftino”. Prikazan je bijeli komad papira - "Zbor Cadarache regrutira sudionike. Dođite u glavnu zgradu ITER-a." Uz zbor, čije formiranje još nije dovršeno, djelatnici projekta organizirali su i vlastiti orkestar. Rus Evgeniy Veshchev, koji već nekoliko godina radi u Cadaracheu, također svira saksofon.

Put do Sunca

"Kako živimo ovdje? Radimo, vježbamo, sviramo. Ponekad odemo na more i u planine, nije daleko odavde", kaže Evgeniy. "Naravno, nedostaje mi Rusija, navijam za nju. Ali ovo nije moje prvo dugotrajno inozemno poslovno putovanje, navikao sam na to." ".

Evgeniy je fizičar i uključen je u integraciju dijagnostičkih sustava na projektu.

"Još od studentskih dana bio sam inspiriran projektom ITER, prilikama i izgledima koji su bili pred njim, postojao je osjećaj da je budućnost iza njega. Međutim, moj put ovdje bio je trnovit, kao i mnogim drugima. Nakon diplome, Nisam baš dobar s novcem, čak sam razmišljao o tome da napustim znanost zbog posla, otvorim nešto svoje. Ali otišao sam na poslovno putovanje, pa na drugo. Tako sam, deset godina nakon što sam prvi put čuo za ITER, završio u Francuskoj , na projektu", kaže fizičar .

Prema riječima ruskog znanstvenika, “svaki zaposlenik ima svoju priču o ulasku u projekt”. Kakvi god bili “putevi do sunca” njegovih sljedbenika, već nakon najkraćeg razgovora s bilo kim od njih postaje jasno da ovdje rade zaljubljenici u njihov zanat.

Primjerice, Amerikanac Mark Henderson specijalist je za zagrijavanje plazme u ITER-u. Na sastanak je došao – kratko ošišan, suh, s naočalama – u liku jednog od osnivača Applea, Stevea Jobsa. Crna košulja, izblijedjele traperice, tenisice. Pokazalo se da osebujna bliskost Hendersona i Jobsa nije ograničena na vanjsku sličnost: obojica su sanjari, inspirirani idejom da svojim izumom promijene svijet.

"Mi, kao čovječanstvo, sve više ovisimo o resursima i ne radimo ništa osim što ih trošimo. Je li naša kolektivna inteligencija ekvivalentna kolektivnoj inteligenciji zdjele kvasca? Moramo razmišljati o sljedećim generacijama. Moramo ponovno početi sanjati," Henderson je uvjeren.

I oni razmišljaju, sanjaju i oživljavaju najnevjerojatnije i fantastične ideje. I nikakva pitanja vanjske politike ne mogu ometati rad znanstvenika: nesuglasice će prije ili kasnije prestati, a toplina dobivena kao rezultat termonuklearne reakcije zagrijat će sve, bez obzira na kontinent i državu.

ITER (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor, "International Experimental Thermonuclear Reactor") je znanstveni i tehnički projekt velikih razmjera čiji je cilj izgradnja prvog međunarodnog eksperimentalnog termonuklearnog reaktora.

Provodi ga sedam glavnih partnera (Europska unija, Indija, Kina, Republika Koreja, Rusija, SAD, Japan) u Cadaracheu (regija Provence-Alpes-Côte d'Azur, Francuska). ITER se temelji na instalaciji tokamak (nazvanoj po prvim slovima: toroidalna komora s magnetskim zavojnicama), koja se smatra najperspektivnijim uređajem za izvođenje kontrolirane termonuklearne fuzije. Prvi tokamak izgrađen je u Sovjetskom Savezu 1954.

Cilj projekta je pokazati da se energija fuzije može koristiti u industrijskim razmjerima. ITER bi trebao generirati energiju reakcijom fuzije s teškim izotopima vodika na temperaturama iznad 100 milijuna stupnjeva.

Pretpostavlja se da će 1 g goriva (mješavina deuterija i tricija) koje će se koristiti u postrojenju dati istu količinu energije kao 8 tona nafte. Procijenjena termonuklearna snaga ITER-a je 500 MW.

Stručnjaci kažu da je takav reaktor puno sigurniji od sadašnjih nuklearnih elektrana (NE), a gorivo za njega može biti morska voda u gotovo neograničenim količinama. Stoga će uspješna implementacija ITER-a osigurati neiscrpan izvor ekološki prihvatljive energije.

Povijest projekta

Koncept reaktora razvijen je u Institutu za atomsku energiju nazvan. I.V.Kurchatova. Godine 1978. SSSR je pred Međunarodnom agencijom za atomsku energiju (IAEA) iznio ideju o provedbi projekta. Dogovor o provedbi projekta postignut je 1985. u Ženevi tijekom pregovora između SSSR-a i SAD-a.

Program je kasnije odobrila IAEA. Godine 1987. projekt je dobio svoj sadašnji naziv, a 1988. stvoreno je upravno tijelo - Vijeće ITER-a. Godine 1988.-1990 Sovjetski, američki, japanski i europski znanstvenici i inženjeri proveli su konceptualnu studiju projekta.

U Washingtonu su 21. srpnja 1992. EU, Rusija, SAD i Japan potpisali sporazum o razvoju tehničkog projekta ITER koji je dovršen 2001. Godine 2002.-2005. Projektu su se pridružile Južna Koreja, Kina i Indija. Ugovor o izgradnji prvog međunarodnog eksperimentalnog fuzijskog reaktora potpisan je u Parizu 21. studenog 2006. godine.

Godinu dana kasnije, 7. studenog 2007., na gradilištu ITER-a potpisan je ugovor prema kojem će reaktor biti smješten u Francuskoj, u nuklearnom centru Cadarache u blizini Marseillea. Centar za kontrolu i obradu podataka bit će smješten u Naki (prefektura Ibaraki, Japan).

Priprema gradilišta u Cadaracheu započela je u siječnju 2007., a gradnja u punom obimu započela je 2013. Kompleks će se prostirati na površini od 180 hektara. Reaktor, visok 60 m i težak 23 tisuće tona, nalazit će se na mjestu dugom 1 km i širokom 400 m. Radove na njegovoj izgradnji koordinira Međunarodna organizacija ITER, stvorena u listopadu 2007. godine.

Trošak projekta procjenjuje se na 15 milijardi eura, od čega EU (preko Euratoma) sudjeluje s 45,4%, a šest ostalih sudionika (uključujući Rusku Federaciju) doprinosi s po 9,1%. Od 1994. Kazahstan također sudjeluje u projektu u okviru kvote Rusije.

Elementi reaktora bit će isporučeni brodom do sredozemne obale Francuske, a odatle posebnim karavanama transportirani u regiju Cadarache. U tu su svrhu u 2013. godini značajno preuređene dionice postojećih cesta, ojačani su mostovi, izgrađeni novi prijelazi i kolosijeci s posebno čvrstim podlogama. U razdoblju od 2014. do 2019. utvrđenom cestom trebalo bi proći najmanje tri tuceta superteških cestovnih vlakova.

U Novosibirsku će se razvijati plazma dijagnostički sustavi za ITER. Sporazum o tome potpisali su 27. siječnja 2014. direktor Međunarodne organizacije ITER Osamu Motojima i voditelj nacionalne agencije ITER u Ruskoj Federaciji Anatolij Krasilnikov.

Razvoj dijagnostičkog kompleksa u okviru novog sporazuma provodi se na temelju Fizičko-tehničkog instituta nazvanog. A.F. Ioffe Ruska akademija znanosti.

Očekuje se da će reaktor pustiti u rad 2020. godine, prve reakcije nuklearne fuzije na njemu će se izvesti najkasnije 2027. godine. U 2037. godini planira se završiti eksperimentalni dio projekta, a do 2040. godine prijeći na proizvodnju električne energije. . Prema preliminarnim predviđanjima stručnjaka, industrijska verzija reaktora bit će gotova najkasnije 2060. godine, a serija reaktora ovog tipa može biti stvorena tek do kraja 21. stoljeća.

Fuzijska elektrana.

Trenutno znanstvenici rade na stvaranju termonuklearne elektrane, čija je prednost da čovječanstvu pruža električnu energiju neograničeno vrijeme. Termonuklearna elektrana radi na temelju termonuklearne fuzije - reakcije sinteze teških izotopa vodika uz stvaranje helija i oslobađanje energije. Reakcija termonuklearne fuzije ne proizvodi plinoviti ili tekući radioaktivni otpad i ne proizvodi plutonij koji se koristi za proizvodnju nuklearnog oružja. Ako također uzmemo u obzir da će gorivo za termonuklearne stanice biti teški izotop vodika deuterij, koji se dobiva iz jednostavne vode - pola litre vode sadrži fuzijsku energiju ekvivalentnu onoj dobivenoj spaljivanjem bačve benzina - onda su prednosti elektrane temeljene na termonuklearnim reakcijama postaju očite .

Tijekom termonuklearne reakcije, energija se oslobađa kada se laki atomi spajaju i pretvaraju u teže. Da bi se to postiglo, potrebno je zagrijati plin na temperaturu od preko 100 milijuna stupnjeva – mnogo višu od temperature u središtu Sunca.

Plin na ovoj temperaturi prelazi u plazmu. Pritom se spajaju atomi izotopa vodika, pretvarajući se u atome helija i neutrone i oslobađajući veliku količinu energije. Komercijalna elektrana koja bi radila na ovom principu koristila bi energiju neutrona moderiranu slojem gustog materijala (litija).

U usporedbi s nuklearnom elektranom, fuzijski reaktor za sobom će ostaviti mnogo manje radioaktivnog otpada.

Međunarodni termonuklearni reaktor ITER

Sudionici međunarodnog konzorcija za stvaranje prvog svjetskog termonuklearnog reaktora ITER potpisali su u Bruxellesu sporazum kojim se pokreće praktična provedba projekta.

Predstavnici Europske unije, SAD-a, Japana, Kine, Južne Koreje i Rusije namjeravaju započeti s izgradnjom eksperimentalnog reaktora 2007. godine i dovršiti ga u roku od osam godina. Bude li sve išlo po planu, do 2040. godine mogla bi biti izgrađena pokazna elektrana na novom principu.

Volio bih vjerovati da će uskoro završiti doba ekološki opasnih hidroelektrana i nuklearnih elektrana i da će doći vrijeme za novu elektranu - termonuklearnu, čiji je projekt već u realizaciji. No, unatoč činjenici da je projekt ITER (International Thermonuclear Reactor) gotovo spreman; Unatoč činjenici da je već na prvim eksperimentalnim termonuklearnim reaktorima u radu postignuta snaga veća od 10 MW - razina prvih nuklearnih elektrana, prva termonuklearna elektrana neće proraditi prije dvadesetak godina, jer je njezina cijena vrlo visoka. . Trošak radova procjenjuje se na 10 milijardi eura - ovo je najskuplji međunarodni projekt elektrane. Polovicu troškova izgradnje reaktora pokriva Europska unija. Ostali sudionici konzorcija će izdvojiti 10% procjene.

Sada plan izgradnje reaktora, koji će postati najskuplji zajednički znanstveni projekt ikada, moraju ratificirati parlamentarci zemalja članica konzorcija.

Reaktor će se graditi u južnoj francuskoj pokrajini Provansi, u blizini grada Cadarache, gdje se nalazi francuski centar za nuklearna istraživanja.

Kako je sve počelo? “Energetski izazov” nastao je kao rezultat kombinacije sljedeća tri čimbenika:

1. Čovječanstvo sada troši ogromnu količinu energije.

Trenutno je svjetska potrošnja energije oko 15,7 terawata (TW). Podijelimo li ovu vrijednost sa svjetskom populacijom, dobivamo otprilike 2400 vata po osobi, što se lako može procijeniti i vizualizirati. Energija koju troši svaki stanovnik Zemlje (uključujući djecu) odgovara cjelodnevnom radu 24 električne svjetiljke od sto vata. Međutim, potrošnja ove energije diljem planeta vrlo je neujednačena, jer je u nekoliko zemalja vrlo velika, au drugima zanemariva. Potrošnja (u smislu jedne osobe) jednaka je 10,3 kW u SAD-u (jedna od rekordnih vrijednosti), 6,3 kW u Ruskoj Federaciji, 5,1 kW u Velikoj Britaniji itd., ali je, s druge strane, jednaka samo 0,21 kW u Bangladešu (samo 2% potrošnje energije u SAD-u!).

2. Svjetska potrošnja energije dramatično raste.

Prema Međunarodnoj agenciji za energiju (2006.), očekuje se da će se globalna potrošnja energije povećati za 50% do 2030. godine. Razvijene zemlje mogle bi, naravno, dobro proći i bez dodatne energije, ali ovaj rast je neophodan kako bi se ljudi izvukli iz siromaštva u zemljama u razvoju, gdje 1,5 milijardi ljudi pati od ozbiljne nestašice struje.

3. Trenutno 80% svjetske energije dolazi izgaranjem fosilnih goriva (nafta, ugljen i plin), čija uporaba:
a) potencijalno predstavlja rizik od katastrofalnih promjena okoliša;
b) jednog dana neizbježno mora završiti.

Iz rečenog je jasno da se sada moramo pripremiti za kraj ere korištenja fosilnih goriva.

Trenutačno nuklearne elektrane proizvode energiju koja se oslobađa tijekom reakcija fisije atomskih jezgri u velikim razmjerima. Stvaranje i razvoj takvih stanica treba poticati na svaki mogući način, ali treba uzeti u obzir da se zalihe jednog od najvažnijih materijala za njihov rad (jeftini uran) također mogu potpuno potrošiti u sljedećih 50 godina. . Mogućnosti energije temeljene na nuklearnoj fisiji mogu se (i trebaju) značajno proširiti upotrebom učinkovitijih energetskih ciklusa, čime se količina proizvedene energije može gotovo udvostručiti. Za razvoj energetike u tom smjeru potrebno je stvoriti torijeve reaktore (tzv. thorium breeder reactors ili breeder reactors), u kojima se reakcijom proizvodi više torija nego izvornog urana, uslijed čega ukupna količina proizvedene energije za određenu količinu tvari povećava se za 40 puta. Također se čini obećavajućim stvaranje oplemenjivača plutonija koji koriste brze neutrone, koji su mnogo učinkovitiji od uranovih reaktora i mogu proizvesti 60 puta više energije. Moguće je da će za razvoj ovih područja biti potrebno razviti nove, nestandardne metode dobivanja urana (na primjer, iz morske vode, koja se čini najpristupačnijom).

Fuzijske elektrane

Na slici je prikazan shematski dijagram (bez mjerila) uređaja i principa rada termonuklearne elektrane. U središnjem dijelu nalazi se toroidalna (u obliku krafne) komora volumena ~2000 m3, ispunjena tricij-deuterijskom (T-D) plazmom zagrijanom na temperaturu iznad 100 M°C. Neutroni proizvedeni tijekom reakcije fuzije (1) napuštaju “magnetsku bocu” i ulaze u ljusku prikazanu na slici debljine oko 1 m.

Unutar ljuske, neutroni se sudaraju s atomima litija, što rezultira reakcijom koja proizvodi tricij:

neutron + litij → helij + tricij

Osim toga, u sustavu se događaju konkurentne reakcije (bez stvaranja tricija), kao i mnoge reakcije s oslobađanjem dodatnih neutrona, koje zatim također dovode do stvaranja tricija (u ovom slučaju oslobađanje dodatnih neutrona može biti znatno pojačan npr. uvođenjem atoma berilija u ljusku i olovo). Opći zaključak je da bi ovo postrojenje moglo (barem teoretski) proći kroz reakciju nuklearne fuzije koja bi proizvela tricij. U tom slučaju proizvedena količina tricija ne samo da bi trebala zadovoljiti potrebe samog postrojenja, već bi trebala biti i nešto veća, što bi omogućilo opskrbu novih postrojenja tricijem. Ovaj radni koncept mora biti testiran i implementiran u reaktor ITER opisan u nastavku.

Osim toga, neutroni moraju zagrijati ljusku u takozvanim pilot postrojenjima (u kojima će se koristiti relativno “obični” građevinski materijali) na otprilike 400°C. U budućnosti se planira stvoriti poboljšane instalacije s temperaturom zagrijavanja ljuske iznad 1000°C, što se može postići korištenjem najnovijih materijala visoke čvrstoće (kao što su kompoziti silicij karbida). Toplinu generiranu u ovojnici, kao iu konvencionalnim stanicama, preuzima primarni rashladni krug s rashladnim sredstvom (koje sadrži, na primjer, vodu ili helij) i prenosi u sekundarni krug, gdje se proizvodi vodena para i dovodi do turbina.

1985. - Sovjetski Savez predložio je sljedeću generaciju postrojenja Tokamak, koristeći iskustvo četiri vodeće zemlje u stvaranju fuzijskih reaktora. Sjedinjene Američke Države, zajedno s Japanom i Europskom zajednicom, dale su prijedlog za provedbu projekta.

Trenutno je u Francuskoj u tijeku izgradnja međunarodnog eksperimentalnog termonuklearnog reaktora ITER (International Tokamak Experimental Reactor), opisanog u nastavku, koji će biti prvi tokamak sposoban "zapaliti" plazmu.

Najnaprednije postojeće instalacije tokamaka odavno su dosegle temperature od oko 150 M°C, blizu vrijednosti potrebnih za rad fuzijske stanice, ali reaktor ITER trebao bi biti prva velika elektrana dizajnirana za dugo -term operacija. U budućnosti će biti potrebno znatno poboljšati njegove radne parametre, što će prije svega zahtijevati povećanje tlaka u plazmi, budući da je brzina nuklearne fuzije pri određenoj temperaturi proporcionalna kvadratu tlaka. Glavni znanstveni problem u ovom slučaju vezan je uz činjenicu da pri porastu tlaka u plazmi nastaju vrlo složene i opasne nestabilnosti, odnosno nestabilni režimi rada.

Zašto nam ovo treba?

Glavna prednost nuklearne fuzije je da zahtijeva samo vrlo male količine tvari koje su vrlo česte u prirodi kao gorivo. Reakcija nuklearne fuzije u opisanim instalacijama može dovesti do oslobađanja enormnih količina energije, deset milijuna puta većih od standardne topline koja se oslobađa tijekom uobičajenih kemijskih reakcija (kao što je izgaranje fosilnih goriva). Usporedbe radi, ističemo da je količina ugljena potrebna za pogon termoelektrane snage 1 gigavata (GW) 10.000 tona dnevno (deset vagona), a fuzijska elektrana iste snage trošit će samo oko 1 kilogram mješavine D+T dnevno.

Deuterij je stabilni izotop vodika; Otprilike u jednoj od svakih 3350 molekula obične vode, jedan od atoma vodika zamijenjen je deuterijem (nasljeđe iz Velikog praska). Ova činjenica olakšava organiziranje relativno jeftine proizvodnje potrebne količine deuterija iz vode. Teže je dobiti tricij, koji je nestabilan (vrijeme poluraspada je oko 12 godina, zbog čega je njegov sadržaj u prirodi zanemariv), međutim, kao što je prikazano gore, tricij će se pojaviti izravno unutar termonuklearne instalacije tijekom rada, zbog reakcije neutrona s litijem.

Dakle, početno gorivo za fuzijski reaktor je litij i voda. Litij je čest metal koji se široko koristi u kućanskim aparatima (baterije za mobitele, itd.). Gore opisano postrojenje, čak i uzimajući u obzir neidealnu učinkovitost, moći će proizvesti 200.000 kWh električne energije, što je ekvivalentno energiji sadržanoj u 70 tona ugljena. Količina litija potrebna za to sadržana je u jednoj bateriji računala, a količina deuterija je u 45 litara vode. Gore navedena vrijednost odgovara trenutnoj potrošnji električne energije (izračunato po osobi) u zemljama EU tijekom 30 godina. Sama činjenica da tako neznatna količina litija može osigurati proizvodnju tolike količine električne energije (bez emisije CO2 i bez ikakvog onečišćenja zraka) prilično je ozbiljan argument za najbrži i najsnažniji razvoj termonuklearne energije (unatoč svim teškoće i problemi) pa čak i bez stopostotnog uvjerenja u uspjeh takvog istraživanja.

Deuterij bi trebao trajati milijunima godina, a rezerve litija koje se lako vadi dovoljne su za podmirivanje potreba za stotine godina. Čak i ako ponestane litija u stijenama, možemo ga ekstrahirati iz vode, gdje se nalazi u dovoljno visokim koncentracijama (100 puta veća od koncentracije urana) da bi njegovo vađenje bilo ekonomski isplativo.

U blizini grada Cadarache u Francuskoj gradi se eksperimentalni termonuklearni reaktor (International thermonuclear experimental reactor). Glavni cilj projekta ITER je implementacija kontrolirane reakcije termonuklearne fuzije u industrijskim razmjerima.

Po jedinici težine termonuklearnog goriva dobiva se oko 10 milijuna puta više energije nego pri izgaranju iste količine organskog goriva i oko stotinu puta više nego pri cijepanju jezgri urana u reaktorima trenutačno aktivnih nuklearnih elektrana. Ostvare li se proračuni znanstvenika i dizajnera, to će čovječanstvu dati neiscrpan izvor energije.

Stoga su se brojne zemlje (Rusija, Indija, Kina, Koreja, Kazahstan, SAD, Kanada, Japan, zemlje Europske unije) udružile u stvaranju Međunarodnog termonuklearnog istraživačkog reaktora – prototipa novih elektrana.

ITER je postrojenje koje stvara uvjete za sintezu atoma vodika i tricija (izotopa vodika), pri čemu nastaje novi atom - atom helija. Ovaj proces prati ogroman izljev energije: temperatura plazme u kojoj se odvija termonuklearna reakcija je oko 150 milijuna stupnjeva Celzijusa (za usporedbu, temperatura jezgre Sunca je 40 milijuna stupnjeva). U tom slučaju izotopi izgaraju, ne ostavljajući praktički nikakav radioaktivni otpad.
Shema sudjelovanja u međunarodnom projektu predviđa nabavu komponenti reaktora i financiranje njegove izgradnje. U zamjenu za to, svaka od zemalja sudionica dobiva potpuni pristup svim tehnologijama za stvaranje termonuklearnog reaktora i rezultatima svih eksperimentalnih radova na ovom reaktoru, koji će poslužiti kao osnova za dizajn serijskih energetskih termonuklearnih reaktora.

Reaktor, koji se temelji na principu termonuklearne fuzije, nema radioaktivno zračenje i potpuno je siguran za okoliš. Može se nalaziti gotovo bilo gdje u svijetu, a gorivo za njega je obična voda. Izgradnja ITER-a trebala bi trajati oko deset godina, nakon čega bi reaktor trebao biti u uporabi 20 godina.

Interese Rusije u Vijeću Međunarodne organizacije za izgradnju termonuklearnog reaktora ITER u nadolazećim godinama zastupat će dopisni član Ruske akademije znanosti Mihail Kovalčuk, direktor Instituta Kurčatov, Instituta za kristalografiju Ruske akademije znanosti znanosti i znanstveni tajnik Predsjedničkog vijeća za znanost, tehnologiju i obrazovanje. Kovalchuk će na ovoj dužnosti privremeno zamijeniti akademika Evgeniya Velihova, koji je izabran za predsjednika Međunarodnog vijeća ITER-a za sljedeće dvije godine i nema pravo kombinirati ovu funkciju s dužnostima službenog predstavnika zemlje sudionice.

Ukupni trošak izgradnje procjenjuje se na 5 milijardi eura, a isto toliko bit će potrebno i za probni rad reaktora. Udjeli Indije, Kine, Koreje, Rusije, SAD-a i Japana čine po približno 10 posto ukupne vrijednosti, a 45 posto dolazi iz zemalja Europske unije. No, europske se države još nisu dogovorile kako će se točno međusobno raspodijeliti troškovi. Zbog toga je početak gradnje odgođen za travanj 2010. godine. Unatoč posljednjem odgađanju, znanstvenici i dužnosnici uključeni u ITER kažu da će moći dovršiti projekt do 2018. godine.

Procijenjena termonuklearna snaga ITER-a je 500 megavata. Pojedinačni dijelovi magneta dosežu težinu od 200 do 450 tona. Za hlađenje ITER-a bit će potrebno 33 tisuće kubičnih metara vode dnevno.

Godine 1998. Sjedinjene Države prestale su financirati svoje sudjelovanje u projektu. Nakon što su republikanci došli na vlast i kada su u Kaliforniji počela sve veća nestanka struje, Busheva administracija najavila je povećanje ulaganja u energiju. Sjedinjene Države nisu namjeravale sudjelovati u međunarodnom projektu i bavile su se vlastitim termonuklearnim projektom. Početkom 2002. tehnološki savjetnik predsjednika Busha John Marburger III rekao je da su se Sjedinjene Države predomislile i namjeravaju se vratiti projektu.

Po broju sudionika projekt je usporediv s drugim velikim međunarodnim znanstvenim projektom - Međunarodnom svemirskom postajom. Trošak ITER-a, koji je prethodno dosegao 8 milijardi dolara, tada je iznosio manje od 4 milijarde. Kao rezultat povlačenja Sjedinjenih Država iz sudjelovanja, odlučeno je smanjiti snagu reaktora s 1,5 GW na 500 MW. Sukladno tome, smanjena je i cijena projekta.

U lipnju 2002. u glavnom gradu Rusije održan je simpozij “Dani ITER-a u Moskvi”. Raspravljalo se o teoretskim, praktičnim i organizacijskim problemima oživljavanja projekta, čiji uspjeh može promijeniti sudbinu čovječanstva i dati mu novu vrstu energije, usporedivu u učinkovitosti i ekonomičnosti samo s energijom Sunca.

U srpnju 2010. predstavnici zemalja koje sudjeluju u projektu međunarodnog termonuklearnog reaktora ITER odobrili su njegov proračun i plan izgradnje na izvanrednom sastanku održanom u Cadaracheu u Francuskoj. .

Na posljednjem izvanrednom sastanku sudionici projekta odobrili su datum početka prvih pokusa s plazmom - 2019. godinu. Potpuni eksperimenti planirani su za ožujak 2027., iako je vodstvo projekta tražilo od tehničkih stručnjaka da pokušaju optimizirati proces i započeti eksperimente 2026. godine. Sudionici sastanka također su odlučili o troškovima izgradnje reaktora, ali iznosi koji se planiraju potrošiti na izgradnju postrojenja nisu objavljeni. Prema informacijama koje je urednik portala ScienceNOW dobio od neimenovanog izvora, do početka pokusa trošak projekta ITER mogao bi dosegnuti 16 milijardi eura.

Sastanak u Cadaracheu označio je i prvi službeni radni dan za novog direktora projekta, japanskog fizičara Osamu Motojima. Prije njega projekt je od 2005. godine vodio Japanac Kaname Ikeda, koji je želio napustiti mjesto odmah nakon što su odobreni proračun i rokovi izgradnje.

Fuzijski reaktor ITER zajednički je projekt Europske unije, Švicarske, Japana, SAD-a, Rusije, Južne Koreje, Kine i Indije. Ideja o stvaranju ITER-a razmatra se od 80-ih godina prošlog stoljeća, međutim, zbog financijskih i tehničkih poteškoća, cijena projekta stalno raste, a datum početka izgradnje stalno se odgađa. Godine 2009. stručnjaci su očekivali da će rad na stvaranju reaktora započeti 2010. godine. Kasnije je taj datum pomaknut, a kao vrijeme lansiranja reaktora imenovana je prvo 2018., a zatim 2019. godina.

Reakcije termonuklearne fuzije su reakcije spajanja jezgri lakih izotopa u težu jezgru, koje su popraćene ogromnim oslobađanjem energije. U teoriji, fuzijski reaktori mogu proizvesti mnogo energije po niskoj cijeni, ali trenutno znanstvenici troše mnogo više energije i novca da pokrenu i održe fuzijsku reakciju.

Termonuklearna fuzija je jeftin i ekološki prihvatljiv način proizvodnje energije. Na Suncu se već milijardama godina događa nekontrolirana termonuklearna fuzija - helij nastaje iz teškog vodikovog izotopa deuterija. Time se oslobađa golema količina energije. Međutim, ljudi na Zemlji još nisu naučili kontrolirati takve reakcije.

Reaktor ITER koristit će izotope vodika kao gorivo. Tijekom termonuklearne reakcije energija se oslobađa kada se laki atomi spajaju u teže. Da bi se to postiglo, plin se mora zagrijati na temperaturu od preko 100 milijuna stupnjeva – mnogo višu od temperature u središtu Sunca. Plin na ovoj temperaturi prelazi u plazmu. Istodobno se spajaju atomi izotopa vodika, pretvarajući se u atome helija uz oslobađanje velikog broja neutrona. Elektrana koja radi na ovom principu koristit će energiju neutrona usporenu slojem gustog materijala (litija).

Zašto je stvaranje termonuklearnih instalacija trajalo toliko dugo?

Zašto još nisu stvorene tako važne i vrijedne instalacije o čijoj se dobrobiti govori već gotovo pola stoljeća? Postoje tri glavna razloga (o kojima se govori u nastavku), od kojih se prvi može nazvati vanjskim ili društvenim, a druga dva - unutarnjim, odnosno određenim zakonima i uvjetima razvoja same termonuklearne energije.

1. Dugo se vremena smatralo da problem praktične uporabe energije termonuklearne fuzije ne zahtijeva hitne odluke i radnje, budući da su se još 80-ih godina prošlog stoljeća izvori fosilnih goriva činili neiscrpnim, a ekološki problemi i klimatske promjene. ne tiče se javnosti. Godine 1976., Savjetodavni odbor za fuzijsku energiju Ministarstva energetike SAD-a pokušao je procijeniti vremenski okvir za istraživanje i razvoj i demonstraciju fuzijske elektrane pod različitim opcijama financiranja istraživanja. Istodobno je otkriveno da je obujam godišnjeg financiranja istraživanja u ovom smjeru potpuno nedostatan, a ako se zadrži postojeća razina izdvajanja, stvaranje termonuklearnih instalacija nikada neće biti uspješno, budući da dodijeljena sredstva ne odgovaraju čak do minimalne, kritične razine.

2. Ozbiljnija prepreka razvoju istraživanja u ovom području je to što se termonuklearna instalacija ovog tipa ne može stvoriti i demonstrirati u malom mjerilu. Iz dolje navedenih objašnjenja postat će jasno da termonuklearna fuzija zahtijeva ne samo magnetsko zadržavanje plazme, već i njezino dovoljno zagrijavanje. Omjer utrošene i primljene energije raste barem proporcionalno kvadratu linearnih dimenzija instalacije, zbog čega se znanstvene i tehničke mogućnosti i prednosti termonuklearnih instalacija mogu testirati i demonstrirati samo na prilično velikim postajama, npr. kao spomenuti reaktor ITER. Društvo jednostavno nije bilo spremno financirati tako velike projekte sve dok nije bilo dovoljno povjerenja u uspjeh.

3. Razvoj termonuklearne energije bio je vrlo složen, međutim (unatoč nedovoljnom financiranju i poteškoćama u odabiru centara za stvaranje JET i ITER instalacija), uočen je jasan napredak posljednjih godina, iako operativna stanica još nije stvorena.

Suvremeni svijet suočava se s vrlo ozbiljnim energetskim izazovom, koji bi se preciznije mogao nazvati “neizvjesnom energetskom krizom”. Problem je povezan s činjenicom da bi rezerve fosilnih goriva mogle nestati u drugoj polovici ovog stoljeća. Štoviše, izgaranje fosilnih goriva može rezultirati potrebom da se na neki način odvoji i "pohrani" ugljični dioksid koji se ispušta u atmosferu (gore spomenuti CCS program) kako bi se spriječile velike promjene u klimi planeta.

Trenutačno gotovo sva energija koju čovječanstvo troši nastaje izgaranjem fosilnih goriva, a rješenje problema može se povezati s korištenjem sunčeve energije ili nuklearne energije (stvaranje reaktora za razmnožavanje brzih neutrona i sl.). Globalni problem uzrokovan rastućom populacijom zemalja u razvoju i njihovom potrebom za poboljšanjem životnog standarda i povećanjem količine proizvedene energije ne može se riješiti samo na temelju ovih pristupa, iako su, naravno, svi pokušaji razvoja alternativnih metoda proizvodnje energije treba poticati.

Strogo govoreći, imamo mali izbor strategija ponašanja i razvoj termonuklearne energije je izuzetno važan, čak i unatoč nedostatku jamstva uspjeha. Novine Financial Times (od 25. siječnja 2004.) pisale su o tome:

Nadajmo se da na putu razvoja termonuklearne energije neće biti većih i neočekivanih iznenađenja. U tom ćemo slučaju za 30-ak godina iz njega prvi put moći isporučivati ​​električnu struju u energetske mreže, a za nešto više od 10 godina počet će s radom prva komercijalna termonuklearna elektrana. Moguće je da će u drugoj polovici ovog stoljeća energija nuklearne fuzije početi zamjenjivati ​​fosilna goriva i postupno početi igrati sve važniju ulogu u opskrbi čovječanstva energijom na globalnoj razini.

Ne postoji apsolutno jamstvo da će zadatak stvaranja termonuklearne energije (kao učinkovitog i velikog izvora energije za cijelo čovječanstvo) biti uspješno dovršen, ali je vjerojatnost uspjeha u tom smjeru prilično velika. Uzimajući u obzir ogroman potencijal termonuklearnih stanica, svi troškovi za projekte njihovog brzog (pa čak i ubrzanog) razvoja mogu se smatrati opravdanim, pogotovo jer ta ulaganja izgledaju vrlo skromno u pozadini monstruoznog globalnog energetskog tržišta (4 trilijuna dolara godišnje8). Zadovoljenje energetskih potreba čovječanstva vrlo je ozbiljan problem. Kako fosilna goriva postaju sve manje dostupna (i njihova uporaba postaje nepoželjna), situacija se mijenja i jednostavno si ne možemo priuštiti da ne razvijamo fuzijsku energiju.

Na pitanje "Kada će se pojaviti termonuklearna energija?" Lev Artsimovich (priznati pionir i voditelj istraživanja u ovom području) jednom je odgovorio da će “nastati kada postane istinski potreban čovječanstvu”

ITER će biti prvi fuzijski reaktor koji će proizvoditi više energije nego što troši. Znanstvenici mjere ovu karakteristiku pomoću jednostavnog koeficijenta koji nazivaju "Q." Ako ITER postigne sve svoje znanstvene ciljeve, proizvodit će 10 puta više energije nego što troši. Posljednji izgrađeni uređaj, Joint European Torus u Engleskoj, manji je prototip fuzijskog reaktora koji je u završnoj fazi znanstvenog istraživanja postigao Q vrijednost od gotovo 1. To znači da je proizveo točno istu količinu energije koju je potrošio . ITER će ići dalje od toga demonstrirajući stvaranje energije iz fuzije i postizanje Q vrijednosti od 10. Ideja je proizvesti 500 MW iz potrošnje energije od približno 50 MW. Stoga je jedan od znanstvenih ciljeva ITER-a dokazati da se može postići Q vrijednost od 10.

Drugi znanstveni cilj je da će ITER imati jako dugo vrijeme "gorenja" - puls produženog trajanja do jednog sata. ITER je istraživački eksperimentalni reaktor koji ne može kontinuirano proizvoditi energiju. Kada ITER počne s radom, bit će uključen jedan sat, nakon čega će se morati isključiti. Ovo je važno jer su do sada tipični uređaji koje smo stvorili mogli imati vrijeme snimanja od nekoliko sekundi ili čak desetinki sekunde - ovo je maksimum. "Zajednički europski torus" dosegao je svoju Q vrijednost od 1 s vremenom gorenja od približno dvije sekunde s duljinom pulsa od 20 sekundi. Ali proces koji traje nekoliko sekundi nije uistinu trajan. Po analogiji s paljenjem motora automobila: kratkotrajno paljenje motora i potom gašenje još nije pravi rad automobila. Tek kada svoj automobil vozite pola sata, on će doći u konstantan režim rada i pokazati da se takav automobil doista može voziti.

To jest, s tehničke i znanstvene točke gledišta, ITER će osigurati Q vrijednost od 10 i produljeno vrijeme sagorijevanja.

Program termonuklearne fuzije doista je internacionalan i opsežan. Ljudi već računaju na uspjeh ITER-a i razmišljaju o sljedećem koraku – stvaranju prototipa industrijskog termonuklearnog reaktora pod nazivom DEMO. Da bi se izgradio, ITER mora raditi. Moramo postići naše znanstvene ciljeve jer će to značiti da su ideje koje iznosimo u potpunosti izvedive. Ipak, slažem se da uvijek treba razmišljati o tome što slijedi. Osim toga, kako ITER radi 25-30 godina, naše će se znanje postupno produbljivati ​​i širiti, te ćemo moći točnije zacrtati naš sljedeći korak.

Doista, nema rasprave o tome treba li ITER biti tokamak. Neki znanstvenici sasvim drugačije postavljaju pitanje: treba li ITER postojati? Stručnjaci u različitim zemljama, koji razvijaju vlastite, ne tako velike termonuklearne projekte, tvrde da tako veliki reaktor uopće nije potreban.

Međutim, teško da bi njihovo mišljenje trebalo smatrati mjerodavnim. U stvaranju ITER-a sudjelovali su fizičari koji već nekoliko desetljeća rade s toroidalnim zamkama. Dizajn eksperimentalnog termonuklearnog reaktora u Karadashu temeljio se na svim znanjima stečenim tijekom eksperimenata na desecima prethodnih tokamaka. A ovi rezultati pokazuju da reaktor mora biti tokamak, i to velik.

JET Trenutno se najuspješnijim tokamakom može smatrati JET, koji je izgradila EU u britanskom gradu Abingdonu. Ovo je najveći reaktor tipa tokamak stvoren do danas, veliki radijus plazma torusa je 2,96 metara. Snaga termonuklearne reakcije već je dosegla više od 20 megavata s vremenom zadržavanja do 10 sekundi. Reaktor vraća oko 40% energije uložene u plazmu.

Fizika plazme je ta koja određuje energetsku ravnotežu,” rekao je Igor Semenov za Infox.ru. Izvanredni profesor MIPT-a opisao je što je energetska ravnoteža jednostavnim primjerom: “Svi smo vidjeli kako gori vatra. Tamo zapravo i ne gori drvo, nego plin. Tamo je energetski lanac ovakav: plin gori, drvo se zagrijava, drvo isparava, plin ponovno gori. Dakle, bacimo li vodu na vatru, sustavu ćemo naglo uzeti energiju za fazni prijelaz tekuće vode u stanje pare. Bilanca će postati negativna i vatra će se ugasiti. Postoji i drugi način - možemo jednostavno uzeti ognjišta i raširiti ih po prostoru. Ugasit će se i vatra. Isto je i u termonuklearnom reaktoru koji gradimo. Dimenzije su odabrane kako bi se stvorila odgovarajuća pozitivna energetska bilanca za ovaj reaktor. Dovoljno za izgradnju prave nuklearne elektrane u budućnosti, rješavajući u ovoj eksperimentalnoj fazi sve probleme koji trenutno ostaju neriješeni.”

Dimenzije reaktora su promijenjene jednom. To se dogodilo na prijelazu iz 20. u 21. stoljeće, kada su se Sjedinjene Države povukle iz projekta, a preostale članice shvatile da je proračun ITER-a (tada je procijenjen na 10 milijardi dolara) prevelik. Fizičari i inženjeri morali su smanjiti troškove instalacije. A to se moglo učiniti samo zbog veličine. “Redizajn” ITER-a vodio je francuski fizičar Robert Aymar, koji je prethodno radio na francuskom tokamaku Tore Supra u Karadašu. Vanjski polumjer torusa plazme smanjen je s 8,2 na 6,3 metra. Međutim, rizici povezani sa smanjenjem veličine djelomično su kompenzirani s nekoliko dodatnih supravodljivih magneta, što je omogućilo implementaciju načina zadržavanja plazme, koji je u to vrijeme bio otvoren i proučavan.