Kto buduje reaktor termojądrowy? Iter - międzynarodowy reaktor termojądrowy (iter) Stacje termojądrowe

Obecnie wiele krajów bierze udział w badaniach termojądrowych. Liderami są Unia Europejska, Stany Zjednoczone, Rosja i Japonia, natomiast programy w Chinach, Brazylii, Kanadzie i Korei szybko się rozwijają. Początkowo reaktory termojądrowe w USA i ZSRR kojarzono z rozwojem broni nuklearnej i pozostawały one utajnione aż do konferencji Atomy dla Pokoju, która odbyła się w Genewie w 1958 roku. Po stworzeniu radzieckiego tokamaka badania nad syntezą jądrową stały się w latach 70. „wielką nauką”. Jednak koszt i złożoność urządzeń wzrosły do ​​tego stopnia, że ​​jedynym rozwiązaniem stała się współpraca międzynarodowa.

Reaktory termojądrowe na świecie

Od lat 70. komercyjne wykorzystanie energii termojądrowej jest stale opóźniane o 40 lat. W ostatnich latach wydarzyło się jednak wiele, co może pozwolić na skrócenie tego okresu.

Zbudowano kilka tokamaków, w tym europejski JET, brytyjski MAST i eksperymentalny reaktor termojądrowy TFTR w Princeton w USA. Międzynarodowy projekt ITER jest obecnie w budowie w Cadarache we Francji. Będzie to największy tokamak, kiedy zacznie działać w 2020 roku. W 2030 roku Chiny zbudują CFETR, który przewyższy ITER. Tymczasem Chiny prowadzą badania nad eksperymentalnym nadprzewodzącym tokamakiem EAST.

Wśród badaczy popularny jest także inny rodzaj reaktorów termojądrowych, stellatory. Jeden z największych, LHD, rozpoczął pracę w Japońskim Instytucie Narodowym w 1998 roku. Służy do znalezienia najlepszej konfiguracji magnetycznej do zamknięcia plazmy. Niemiecki Instytut Maxa Plancka prowadził badania nad reaktorem Wendelstein 7-AS w Garching w latach 1988-2002, a obecnie nad reaktorem Wendelstein 7-X, którego budowa trwała ponad 19 lat. W Madrycie w Hiszpanii działa inny stellarator TJII. W USA Princeton Laboratory (PPPL), które zbudowało pierwszy tego typu reaktor termojądrowy w 1951 r., wstrzymało budowę NCSX w 2008 r. ze względu na przekroczenie kosztów i brak funduszy.

Ponadto poczyniono znaczne postępy w badaniach nad syntezą inercyjną. Budowa wartego 7 miliardów dolarów National Ignition Facility (NIF) w Livermore National Laboratory (LLNL), ufundowana przez Krajową Administrację Bezpieczeństwa Jądrowego, została ukończona w marcu 2009 roku. Francuski Laser Mégajoule (LMJ) rozpoczął działalność w październiku 2014 roku. Reaktory termojądrowe wykorzystują lasery dostarczające około 2 milionów dżuli energii świetlnej w ciągu kilku miliardowych części sekundy do celu o wielkości kilku milimetrów, aby wywołać reakcję syntezy jądrowej. Podstawową misją NIF i LMJ są badania wspierające krajowe wojskowe programy nuklearne.

ITER

W 1985 roku Związek Radziecki zaproponował budowę tokamaka nowej generacji wspólnie z Europą, Japonią i Stanami Zjednoczonymi. Prace prowadzono pod patronatem MAEA. W latach 1988–1990 powstały pierwsze projekty Międzynarodowego Eksperymentalnego Reaktora Termojądrowego ITER, co po łacinie oznacza także „ścieżkę” lub „podróż”, aby udowodnić, że synteza termojądrowa może wytworzyć więcej energii, niż pochłonęła. W spotkaniu uczestniczyły także Kanada i Kazachstan, za pośrednictwem odpowiednio Euratomu i Rosji.

Sześć lat później zarząd ITER zatwierdził pierwszy kompleksowy projekt reaktora oparty na ustalonej fizyce i technologii, kosztujący 6 miliardów dolarów. Następnie z konsorcjum wycofały się Stany Zjednoczone, co zmusiło je do zmniejszenia o połowę kosztów i zmiany projektu. W rezultacie powstał ITER-FEAT, który kosztuje 3 miliardy dolarów, ale zapewnia samowystarczalną reakcję i dodatni bilans mocy.

W 2003 roku do konsorcjum ponownie dołączyły Stany Zjednoczone, a Chiny ogłosiły chęć udziału. W rezultacie w połowie 2005 roku partnerzy zgodzili się na budowę ITER w Cadarache na południu Francji. UE i Francja wniosły połowę z 12,8 miliarda euro, podczas gdy Japonia, Chiny, Korea Południowa, Stany Zjednoczone i Rosja wniosły po 10%. Japonia dostarczyła zaawansowane technologicznie komponenty, utrzymała obiekt IFMIF o wartości 1 miliarda euro przeznaczony do testowania materiałów i miała prawo zbudować kolejny reaktor testowy. Całkowity koszt ITER obejmuje połowę kosztów 10 lat budowy i połowę kosztów 20 lat eksploatacji. Pod koniec 2005 roku Indie zostały siódmym członkiem ITER.

Eksperymenty z wykorzystaniem wodoru mają się rozpocząć w 2018 r., aby uniknąć aktywacji magnesów. Wykorzystanie plazmy D-T nie jest spodziewane przed 2026 rokiem.

Celem ITER jest wygenerowanie 500 MW (co najmniej przez 400 s) przy użyciu mniej niż 50 MW mocy wejściowej bez wytwarzania energii elektrycznej.

Elektrownia demonstracyjna Demo o mocy dwóch gigawatów będzie na bieżąco produkować na dużą skalę. Projekt koncepcyjny Demo zostanie ukończony do 2017 roku, a budowa rozpocznie się w 2024 roku. Premiera nastąpi w 2033 roku.

STRUMIEŃ

W 1978 r. UE (Euratom, Szwecja i Szwajcaria) rozpoczęła w Wielkiej Brytanii wspólny europejski projekt JET. JET jest dziś największym działającym tokamakiem na świecie. Podobny reaktor JT-60 działa w Japońskim Narodowym Instytucie Fuzji, ale tylko JET może wykorzystywać paliwo deuterowo-trytowe.

Reaktor został uruchomiony w 1983 roku i stał się pierwszym eksperymentem, w wyniku którego w listopadzie 1991 roku uzyskano kontrolowaną syntezę termojądrową o mocy do 16 MW na sekundę i 5 MW mocy stabilnej na plazmie deuterowo-trytowej. Przeprowadzono wiele eksperymentów w celu zbadania różnych schematów ogrzewania i innych technik.

Dalsze ulepszenia JET obejmują zwiększenie jego mocy. Kompaktowy reaktor MAST powstaje wspólnie z JET i stanowi część projektu ITER.

K-STAR

K-STAR to koreański tokamak nadprzewodzący z Narodowego Instytutu Badań nad Fuzją (NFRI) w Daejeon, który wyprodukował pierwszą plazmę w połowie 2008 roku. ITER, będący efektem współpracy międzynarodowej. Tokamak o promieniu 1,8 m jest pierwszym reaktorem, w którym zastosowano magnesy nadprzewodzące Nb3Sn, te same, które zaplanowano w ITER. W pierwszej fazie, zakończonej do 2012 r., projekt K-STAR musiał udowodnić wykonalność podstawowych technologii i uzyskać impulsy plazmowe trwające do 20 sekund. W drugim etapie (2013-2017) jest modernizowany w celu badania długich impulsów do 300 s w trybie H i przejścia na wysokowydajny tryb AT. Celem trzeciej fazy (2018-2023) jest osiągnięcie wysokiej produktywności i efektywności w trybie długoimpulsowym. W IV etapie (2023-2025) testowane będą technologie DEMO. Urządzenie nie współpracuje z trytem i nie wykorzystuje paliwa D-T.

K-DEMO

Opracowany we współpracy z Laboratorium Fizyki Plazmy Princeton (PPPL) Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych i NFRI w Korei Południowej, K-DEMO ma stanowić kolejny krok w rozwoju reaktora komercyjnego wykraczającego poza ITER i będzie pierwszą elektrownią zdolną do wytwarzania energii w sieci elektrycznej, czyli 1 milion kW w ciągu kilku tygodni. Będzie miał średnicę 6,65 m i będzie wyposażony w moduł strefy reprodukcyjnej powstały w ramach projektu DEMO. Koreańskie Ministerstwo Edukacji, Nauki i Technologii planuje zainwestować w niego około biliona wonów koreańskich (941 milionów dolarów).

WSCHÓD

Chiński eksperymentalny zaawansowany tokamak nadprzewodzący (EAST) w Instytucie Fizyki Chin w Hefei wytworzył plazmę wodorową o temperaturze 50 milionów °C i utrzymywał ją przez 102 sekundy.

TFTR

W amerykańskim laboratorium PPPL eksperymentalny reaktor termojądrowy TFTR działał od 1982 do 1997 roku. W grudniu 1993 roku TFTR stał się pierwszym tokamakiem magnetycznym, który przeprowadził szeroko zakrojone eksperymenty z plazmą deuterowo-trytową. W następnym roku reaktor wyprodukował rekordową wówczas moc 10,7 MW, a w 1995 roku osiągnięto rekord temperatury 510 milionów °C. Obiekt nie osiągnął jednak progu rentowności energii termojądrowej, ale z powodzeniem spełnił cele projektowe sprzętu, wnosząc znaczący wkład w rozwój ITER.

LHD

Największym gwiazdorem na świecie był LHD w Japońskim Narodowym Instytucie Fuzji w Toki w prefekturze Gifu. Reaktor termojądrowy został uruchomiony w 1998 r. i wykazał właściwości zatrzymywania plazmy porównywalne z innymi dużymi obiektami. Osiągnięto temperaturę jonów 13,5 keV (około 160 milionów °C) i energię 1,44 MJ.

Wendelsteina 7-X

Po roku testów, które rozpoczęły się pod koniec 2015 r., temperatura helu na krótko osiągnęła 1 milion °C. W 2016 roku reaktor termojądrowy z plazmą wodorową o mocy 2 MW osiągnął temperaturę 80 milionów °C w ciągu kwadransa. W7-X to największy stellarator na świecie i planuje się, że będzie działał nieprzerwanie przez 30 minut. Koszt reaktora wyniósł 1 miliard euro.

NIF

Prace nad National Ignition Facility (NIF) w Livermore National Laboratory (LLNL) zostały ukończone w marcu 2009 roku. Wykorzystując 192 wiązki laserowe, NIF jest w stanie skoncentrować 60 razy więcej energii niż jakikolwiek poprzedni system laserowy.

Zimna fuzja

W marcu 1989 roku dwóch badaczy, Amerykanin Stanley Pons i Brytyjczyk Martin Fleischman, ogłosiło, że uruchomili prosty, stołowy reaktor termojądrowy pracujący w temperaturze pokojowej. Proces polegał na elektrolizie ciężkiej wody przy użyciu elektrod palladowych, na których zatężono jądra deuteru do dużej gęstości. Naukowcy twierdzą, że wytworzyło się ciepło, które można wytłumaczyć jedynie procesami jądrowymi, a także powstały produkty uboczne syntezy jądrowej, w tym hel, tryt i neutrony. Jednak innym eksperymentatorom nie udało się powtórzyć tego eksperymentu. Większość społeczności naukowej nie wierzy w realność reaktorów zimnej syntezy.

Reakcje jądrowe niskoenergetyczne

Zapoczątkowane twierdzeniami o „zimnej syntezie”, badania w dziedzinie niskich energii są kontynuowane z pewnym poparciem empirycznym, ale bez ogólnie przyjętego wyjaśnienia naukowego. Najwyraźniej do tworzenia i wychwytywania neutronów wykorzystuje się słabe oddziaływania jądrowe (a nie potężną siłę, jak w przypadku ich syntezy). Eksperymenty polegają na przejściu wodoru lub deuteru przez warstwę katalityczną i reakcji z metalem. Naukowcy donoszą o zaobserwowanym uwolnieniu energii. Głównym praktycznym przykładem jest oddziaływanie wodoru ze sproszkowanym niklem, uwalniające ciepło w ilości większej niż jakakolwiek reakcja chemiczna może wytworzyć.

CADARACHE (Francja), 25 maja – RIA Novosti, Victoria Ivanova. Południe Francji kojarzy się zazwyczaj z wakacjami na Lazurowym Wybrzeżu, polami lawendy i festiwalem w Cannes, ale nie z nauką, choć pod Marsylią od kilku lat trwa „budowa stulecia” – międzynarodowy obiekt termojądrowy W pobliżu centrum badawczego Cadarache powstaje eksperymentalny reaktor (ITER).

Korespondent RIA Novosti dowiedział się, jak postępuje największa na świecie budowa jedynej w swoim rodzaju instalacji i jacy ludzie budują „prototyp Słońca”, który będzie w stanie wygenerować 7 miliardów kilowatogodzin energii rocznie.

Początkowo projekt międzynarodowego eksperymentalnego reaktora termojądrowego nosił nazwę ITER, co jest skrótem od Międzynarodowego Eksperymentalnego Reaktora Termonuklearnego. Jednak później pojawiła się piękniejsza interpretacja nazwy: nazwę projektu tłumaczy się tłumaczeniem łacińskiego słowa iter - „ścieżka”, a niektóre kraje zaczęły ostrożnie odchodzić od wspominania słowa „reaktor”, aby nie wzbudzić w świadomości obywateli skojarzenia z niebezpieczeństwem i promieniowaniem.

Cały świat buduje nowy reaktor. Do chwili obecnej w projekcie uczestniczą Rosja, Indie, Japonia, Chiny, Korea Południowa i Stany Zjednoczone, a także Unia Europejska. Europejczycy, działając jako jedna grupa, odpowiadają za realizację 46% projektu, każdy z pozostałych uczestniczących krajów wziął na siebie 9%.

Aby uprościć system wzajemnych rozliczeń, w organizacji wynaleziono specjalną walutę - jednostkę rozliczeniową ITER - IUA. W tych jednostkach realizowane są wszelkie umowy na dostawę komponentów przez uczestników. W ten sposób wynik budowy stał się niezależny od wahań kursów walut krajowych i kosztów produkcji części w każdym konkretnym kraju.

W przypadku tej inwestycji, wyrażonej nie w pieniądzu, ale w elementach przyszłej instalacji, uczestnicy otrzymają pełny dostęp do całej gamy technologii wykorzystywanych w ITER. Dlatego we Francji powstaje obecnie „Międzynarodowa Szkoła Budowy Reaktora Termojądrowego”.

„Najgorętsza rzecz w Układzie Słonecznym”

Dziennikarze, a nawet sami pracownicy ITER tak często porównują projekt ze Słońcem, że dość trudno wymyślić inne skojarzenie dla instalacji termojądrowej. Udało się to szefowi jednego z oddziałów Międzynarodowej Organizacji ITER, Mario Meroli, nazywając reaktor „najgorętszą rzeczą w naszym Układzie Słonecznym”.

„Temperatura wewnątrz urządzenia wyniesie około 150 milionów stopni Celsjusza, czyli 10 razy więcej niż temperatura jądra Słońca. Pole magnetyczne instalacji będzie około 200 tysięcy razy większe niż pole magnetyczne samej Ziemi” – mówi Mario o projekcie.

ITER opiera się na systemie tokamaków – komór toroidalnych z cewkami magnetycznymi. Pomysł magnetycznego zamknięcia plazmy wysokotemperaturowej został opracowany i wdrożony technologicznie po raz pierwszy na świecie w Instytucie Kurczatowa w połowie ubiegłego wieku. Rosja, która była inicjatorem projektu, produkuje m.in. jedną z najważniejszych części instalacji, „serce ITER” – nadprzewodzący układ magnetyczny. Składa się z różnego rodzaju nadprzewodników zawierających dziesiątki tysięcy włókien o specjalnej nanostrukturze.

Aby stworzyć tak wielkoskalowy system, potrzebne są setki ton takich nadprzewodników. W ich produkcję zaangażowanych jest sześć z siedmiu krajów uczestniczących. Wśród nich jest Rosja, która dostarcza nadprzewodniki na bazie stopów niobu z tytanem i niobu z cyną, które okazują się jednymi z najlepszych na świecie. Produkcja tych materiałów w Rosji prowadzona jest przez przedsiębiorstwa Rosatom i Instytut Kurchatova.

© Zdjęcie: dzięki uprzejmości Organizacji ITER

© Zdjęcie: dzięki uprzejmości Organizacji ITER

Powszechne trudności

Jednak Rosja i Chiny, terminowo wywiązując się ze swoich zobowiązań, nieświadomie stały się zakładnikami innych uczestników projektu, którym nie zawsze udaje się terminowo ukończyć swoją część prac. Specyfika projektu ITER polega na ścisłym współdziałaniu wszystkich stron, dlatego opóźnienie któregokolwiek kraju powoduje, że cały projekt zaczyna się „poślizgiwać”.

Aby naprawić sytuację, nowy szef organizacji ITER Bernard Bigot zdecydował się na zmianę ram czasowych projektu. Nowa wersja harmonogramu, która ma być bardziej realistyczna, zostanie przedstawiona w listopadzie.

Jednocześnie Bigo nie wykluczył redystrybucji pracy pomiędzy uczestnikami.

„Byłbym zadowolony, gdyby w ogóle nie było opóźnień. Muszę jednak przyznać, że w niektórych obszarach realizacja naszego globalnego projektu napotkała trudności, których nie widzę cokolwiek w redystrybucji pracy jest złe, ale tę kwestię należy poważnie przedyskutować” – powiedział dyrektor generalny organizacji.

Bigot zauważył, że prace nad stworzeniem ITER prowadzą setki firm i organizacji z siedmiu uczestniczących krajów. „Nie da się tak po prostu pstryknąć palcami i zrealizować planu. Wszyscy myśleli, że dzięki dobrej wierze i dobrym intencjom łatwo będzie dotrzymać terminów. Teraz rozumiemy, że bez ścisłego zarządzania nic się nie wydarzy” – podkreślił Bigo.

Według niego trudności w budowie ITER wynikają z różnicy kultur uczestniczących krajów oraz faktu, że nie było wcześniej na świecie podobnych projektów, tak wiele mechanizmów i instalacji produkowanych po raz pierwszy wymaga dodatkowych testy i certyfikacja od organów regulacyjnych, co zajmuje dodatkowy czas.

Jednym ze środków proponowanego przez Bigota „ścisłego zarządzania” byłoby utworzenie kolejnego organu zarządzającego, w skład którego wchodziliby dyrektorzy agencji krajowych i dyrektor generalny. Decyzje tego gremium będą wiążące dla wszystkich uczestników projektu – Bigot ma nadzieję, że pobudzi to proces interakcji.

© Zdjęcie

„Budowa stulecia”

W międzyczasie na terenie ITER trwa ogromny projekt budowlany. „Serce” obiektu – sam tokamak i pomieszczenia biurowe – zajmie powierzchnię o wymiarach kilometr na 400 metrów.

Pod reaktor wykopano dół o głębokości 20 metrów, na dno którego po lustrzanie gładkim asfalcie zwożono armaturę i inne niezbędne na tym etapie elementy. Najpierw segmenty ścienne są montowane poziomo, łącząc konstrukcje metalowe za pomocą specjalnych płyt. Następnie za pomocą czterech dźwigów budowlanych są ostatecznie ustawiane w żądanej pozycji.

Minie kilka lat, a strona będzie nie do poznania. Zamiast ogromnej dziury w platformie wzniesie się nad nią kolos wielkości mniej więcej Teatru Bolszoj - około 40 metrów wysokości.

Gdzieś na miejscu budowa jeszcze się nie rozpoczęła - i z tego powodu inne kraje nie mogą dokładnie obliczyć czasu dostawy komponentów reaktora termojądrowego, a gdzieś została ona już ukończona. W szczególności gotowa jest do pracy siedziba ITER, budynek uzwojenia cewek poloidalnych układu magnetycznego, podstacja energetyczna i kilka innych budynków pomocniczych.

„Szczęście polega na ciągłej znajomości nieznanego”

W czasach, gdy praca naukowa nie wszędzie jest popularna i szanowana, ITER zgromadził na swojej platformie 500 naukowców, inżynierów i przedstawicieli wielu innych specjalności z różnych krajów. Ci specjaliści to prawdziwi marzyciele i ludzie oddani pracy, podobnie jak Strugaccy „przyjęli roboczą hipotezę, że szczęście polega na ciągłej znajomości tego, co nieznane i na tym polega sens życia”.

Jednak warunki życia pracowników projektu zasadniczo różnią się od warunków w NIICHAVO – Instytucie Badawczym Magii i Czarodziejstwa – gdzie pracowali bohaterowie opowiadania radzieckich pisarzy science fiction „Poniedziałek zaczyna się w sobotę”. Na terenie ITER nie ma schronisk dla obcokrajowców – wszystkie wynajmują mieszkania w pobliskich wioskach i miasteczkach.

Wewnątrz jednego z już wybudowanych budynków, oprócz pomieszczeń do pracy, znajduje się ogromna stołówka, w której pracownicy projektu mogą za bardzo skromną kwotę zjeść przekąskę lub obfity lunch. W menu zawsze pojawiają się dania kuchni narodowej, czy to makaron japoński, czy włoskie minestrone.

Przy wejściu do jadalni znajduje się tablica ogłoszeń. Zawiera oferty wspólnego wynajmu mieszkań oraz „Zajęcia z francuskiego, wysokiej jakości i niedrogie”. Wyświetlana jest biała kartka papieru: „Chór Cadarache prowadzi rekrutację uczestników. Przyjdź do głównego budynku ITER”. Oprócz chóru, którego tworzenie nie zostało jeszcze zakończone, pracownicy projektu zorganizowali także własną orkiestrę. Na saksofonie gra także Rosjanin Evgeny Veshchev, który od kilku lat pracuje w Cadarache.

Droga do słońca

„Jak tu żyjemy? Pracujemy, ćwiczymy, gramy. Czasami jedziemy nad morze i w góry, to niedaleko” – mówi Evgeniy. „Oczywiście tęsknię za Rosją, kibicuję jej nie jest to moja pierwsza długoterminowa zagraniczna podróż służbowa, jestem do tego przyzwyczajony.”

Evgeniy jest fizykiem i bierze udział w integracji systemów diagnostycznych w ramach projektu.

„Od czasów studenckich inspirował mnie projekt ITER oraz możliwości i perspektywy, jakie się przed nim kryły, miałem poczucie, że przyszłość jest za nim. Jednak moja droga tutaj, podobnie jak wielu innych, była wyboista niezbyt dobrze sobie radzę z pieniędzmi, myślałem nawet o porzuceniu nauki dla biznesu i otwarciu czegoś własnego, ale pojechałem w podróż służbową, a potem kolejną. Tak więc dziesięć lat po tym, jak po raz pierwszy usłyszałem o ITER, trafiłem do Francji. nad projektem” – mówi fizyk.

Zdaniem rosyjskiego naukowca „każdy pracownik ma swoją historię związaną z wejściem do projektu”. Bez względu na „drogi do Słońca” jego zwolenników, nawet po najkrótszej rozmowie z którymkolwiek z nich staje się jasne, że pracują tu miłośnicy ich rzemiosła.

Na przykład Amerykanin Mark Henderson jest specjalistą od ogrzewania plazmowego w ITER. Na spotkanie przyszedł – krótkowłosy, suchy, w okularach – w przebraniu jednego z założycieli Apple, Steve’a Jobsa. Czarna koszula, wyblakłe dżinsy, tenisówki. Okazało się, że osobliwa bliskość Hendersona i Jobsa nie ogranicza się do podobieństwa zewnętrznego: obaj są marzycielami, zainspirowanymi ideą zmiany świata swoim wynalazkiem.

„Jako ludzkość jesteśmy w coraz większym stopniu zależni od zasobów i nie robimy nic innego, jak tylko je konsumujemy. Czy nasza zbiorowa inteligencja jest równoważna zbiorowej inteligencji miski drożdży? Musimy pomyśleć o następnych pokoleniach. Musimy na nowo zacząć marzyć”. Henderson jest przekonany.

A oni myślą, marzą i realizują najbardziej niesamowite i fantastyczne pomysły. I żadne kwestie z porządku dziennego polityki zagranicznej nie mogą zakłócać pracy naukowców: nieporozumienia prędzej czy później się zakończą, a ciepło uzyskane w wyniku reakcji termojądrowej ogrzeje wszystkich, niezależnie od kontynentu i stanu.

ITER (ITER, Międzynarodowy Eksperymentalny Reaktor Termonuklearny, „Międzynarodowy Eksperymentalny Reaktor Termonuklearny”) to zakrojony na szeroką skalę projekt naukowo-techniczny, mający na celu zbudowanie pierwszego międzynarodowego eksperymentalnego reaktora termojądrowego.

Realizowany przez siedmiu głównych partnerów (Unia Europejska, Indie, Chiny, Republika Korei, Rosja, USA, Japonia) w Cadarache (region Prowansja-Alpy-Lazurowe Wybrzeże, Francja). ITER opiera się na instalacji tokamakowej (nazwanej od pierwszych liter: komora toroidalna z cewkami magnetycznymi), która uważana jest za najbardziej obiecujące urządzenie do realizacji kontrolowanej syntezy termojądrowej. Pierwszy tokamak został zbudowany w Związku Radzieckim w 1954 roku.

Celem projektu jest wykazanie, że energię termojądrową można wykorzystać na skalę przemysłową. ITER powinien wytwarzać energię w wyniku reakcji syntezy ciężkich izotopów wodoru w temperaturach powyżej 100 milionów stopni.

Zakłada się, że 1 g paliwa (mieszaniny deuteru i trytu), które zostanie wykorzystane w instalacji, dostarczy tyle samo energii, co 8 ton ropy. Szacunkowa moc termojądrowa ITER wynosi 500 MW.

Eksperci twierdzą, że reaktor tego typu jest znacznie bezpieczniejszy niż obecne elektrownie jądrowe, a woda morska może zapewnić mu paliwo w niemal nieograniczonych ilościach. Zatem pomyślne wdrożenie ITER zapewni niewyczerpane źródło energii przyjaznej dla środowiska.

Historia projektu

Koncepcja reaktora została opracowana w Instytucie Energii Atomowej im. I.V.Kurchatova. W 1978 roku ZSRR wystąpił z pomysłem realizacji projektu w Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej (MAEA). Porozumienie w sprawie realizacji projektu osiągnięto w 1985 roku w Genewie podczas negocjacji pomiędzy ZSRR i USA.

Program został później zatwierdzony przez MAEA. W 1987 r. projekt otrzymał obecną nazwę, a w 1988 r. utworzono organ zarządzający – Radę ITER. W latach 1988-1990 Radzieccy, amerykańscy, japońscy i europejscy naukowcy i inżynierowie przeprowadzili studium koncepcyjne projektu.

21 lipca 1992 r. w Waszyngtonie UE, Rosja, USA i Japonia podpisały porozumienie w sprawie opracowania projektu technicznego ITER, który został ukończony w 2001 r. W latach 2002-2005. Do projektu dołączyła Korea Południowa, Chiny i Indie. Umowa na budowę pierwszego międzynarodowego eksperymentalnego reaktora termojądrowego została podpisana w Paryżu 21 listopada 2006 roku.

Rok później, 7 listopada 2007 roku, na budowie ITER podpisano umowę, zgodnie z którą reaktor będzie zlokalizowany we Francji, w ośrodku nuklearnym Cadarache pod Marsylią. Centrum kontroli i przetwarzania danych będzie zlokalizowane w Naka (prefektura Ibaraki, Japonia).

Przygotowanie placu budowy w Cadarache rozpoczęło się w styczniu 2007 roku, a budowa na pełną skalę rozpoczęła się w 2013 roku. Kompleks będzie zlokalizowany na obszarze 180 hektarów. Reaktor o wysokości 60 m i wadze 23 tys. ton stanie na terenie o długości 1 km i szerokości 400 m. Prace nad jego budową koordynuje utworzona w październiku 2007 roku Międzynarodowa Organizacja ITER.

Koszt projektu szacuje się na 15 miliardów euro, z czego na UE (poprzez Euratom) przypada 45,4%, a sześciu pozostałych uczestników (w tym Federacja Rosyjska) po 9,1%. Od 1994 roku w ramach kwoty rosyjskiej w projekcie uczestniczy także Kazachstan.

Elementy reaktora zostaną dostarczone statkiem na śródziemnomorskie wybrzeże Francji, a stamtąd specjalnymi przyczepami kempingowymi do regionu Cadarache. W tym celu w 2013 roku znacząco przebudowano odcinki istniejących dróg, wzmocniono mosty, wybudowano nowe przejazdy i tory o szczególnie mocnej nawierzchni. W latach 2014-2019 po ufortyfikowanej drodze powinno przejechać co najmniej trzy tuziny superciężkich pociągów drogowych.

W Nowosybirsku zostaną opracowane plazmowe systemy diagnostyczne dla ITER. Porozumienie w tej sprawie podpisali 27 stycznia 2014 roku dyrektor Międzynarodowej Organizacji ITER Osamu Motojima i szef narodowej agencji ITER w Federacji Rosyjskiej Anatolij Krasilnikow.

Rozwój kompleksu diagnostycznego w ramach nowego porozumienia realizowany jest w oparciu o Instytut Fizyko-Techniczny im. Rosyjska Akademia Nauk A.F. Ioffe.

Oczekuje się, że reaktor zostanie uruchomiony w 2020 r., pierwsze reakcje syntezy jądrowej zostaną na nim przeprowadzone nie wcześniej niż w 2027 r. W 2037 r. planowane jest zakończenie części eksperymentalnej projektu, a do 2040 r. przejście na produkcję energii elektrycznej . Według wstępnych prognoz ekspertów przemysłowa wersja reaktora będzie gotowa nie wcześniej niż w 2060 roku, a seria reaktorów tego typu będzie mogła powstać dopiero do końca XXI wieku.

Elektrownia termojądrowa.

Obecnie naukowcy pracują nad stworzeniem elektrowni termojądrowej, której zaletą jest zapewnienie ludzkości energii elektrycznej na czas nieokreślony. Elektrownia termojądrowa działa w oparciu o syntezę termojądrową – reakcję syntezy ciężkich izotopów wodoru z utworzeniem helu i wyzwoleniem energii. W wyniku reakcji syntezy termojądrowej nie powstają gazowe ani ciekłe odpady radioaktywne i nie powstaje pluton, który jest wykorzystywany do produkcji broni jądrowej. Jeśli weźmiemy także pod uwagę, że paliwem dla stacji termojądrowych będzie deuter, izotop ciężkiego wodoru, który otrzymuje się ze zwykłej wody – pół litra wody zawiera energię termojądrową równoważną tej, jaką uzyskuje się w wyniku spalenia beczki benzyny – to zalety elektrownie oparte na reakcjach termojądrowych stają się oczywiste.

Podczas reakcji termojądrowej energia jest uwalniana, gdy lekkie atomy łączą się i przekształcają w cięższe. Aby to osiągnąć, konieczne jest podgrzanie gazu do temperatury ponad 100 milionów stopni – znacznie wyższej niż temperatura w centrum Słońca.

Gaz w tej temperaturze zamienia się w plazmę. Jednocześnie atomy izotopów wodoru łączą się, zamieniając się w atomy helu i neutrony, uwalniając dużą ilość energii. Komercyjna elektrownia działająca na tej zasadzie wykorzystywałaby energię neutronów moderowaną przez warstwę gęstego materiału (lit).

W porównaniu z elektrownią jądrową reaktor termojądrowy pozostawi po sobie znacznie mniej odpadów radioaktywnych.

Międzynarodowy reaktor termojądrowy ITER

Uczestnicy międzynarodowego konsorcjum mającego na celu stworzenie pierwszego na świecie reaktora termojądrowego ITER podpisali w Brukseli porozumienie rozpoczynające praktyczną realizację projektu.

Przedstawiciele Unii Europejskiej, Stanów Zjednoczonych, Japonii, Chin, Korei Południowej i Rosji zamierzają rozpocząć budowę eksperymentalnego reaktora w 2007 roku i zakończyć go w ciągu ośmiu lat. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, do 2040 roku mogłaby powstać elektrownia demonstracyjna działająca na nowej zasadzie.

Chciałbym wierzyć, że era niebezpiecznych dla środowiska elektrowni wodnych i jądrowych wkrótce się skończy i nadejdzie czas na nową elektrownię – termojądrową, której projekt jest już realizowany. Ale pomimo tego, że projekt ITER (Międzynarodowy Reaktor Termojądrowy) jest już prawie gotowy; Pomimo tego, że już na pierwszych działających eksperymentalnych reaktorach termojądrowych uzyskano moc przekraczającą 10 MW – poziom pierwszych elektrowni jądrowych, pierwsza elektrownia termojądrowa zacznie działać wcześniej niż za dwadzieścia lat, bo jej koszt jest bardzo wysoki . Koszt prac szacuje się na 10 miliardów euro – to najdroższy międzynarodowy projekt elektrowni. Połowę kosztów budowy reaktora pokrywa Unia Europejska. Pozostali uczestnicy konsorcjum przeznaczą 10% kosztorysu.

Teraz plan budowy reaktora, który stanie się najdroższym wspólnym projektem naukowym w historii, musi zostać ratyfikowany przez parlamentarzystów krajów członkowskich konsorcjum.

Reaktor powstanie w południowej francuskiej prowincji Prowansja, w pobliżu miasta Cadarache, gdzie zlokalizowane jest francuskie centrum badań jądrowych.

Jak to wszystko się zaczęło? „Wyzwanie energetyczne” powstało w wyniku połączenia trzech następujących czynników:

1. Ludzkość zużywa obecnie ogromne ilości energii.

Obecnie światowe zużycie energii wynosi około 15,7 terawatów (TW). Dzieląc tę ​​wartość przez liczbę ludności świata, otrzymujemy około 2400 watów na osobę, co można łatwo oszacować i zwizualizować. Energia zużywana przez każdego mieszkańca Ziemi (w tym dzieci) odpowiada całodobowej pracy 24 stuwatowych lamp elektrycznych. Jednakże zużycie tej energii na całej planecie jest bardzo nierównomierne, gdyż w kilku krajach jest bardzo duże, a w innych znikome. Zużycie (w przeliczeniu na jedną osobę) wynosi w USA 10,3 kW (jedna z rekordowych wartości), w Federacji Rosyjskiej 6,3 kW, w Wielkiej Brytanii 5,1 kW itd., ale z drugiej strony jest równe tylko 0,21 kW w Bangladeszu (tylko 2% zużycia energii w USA!).

2. Światowe zużycie energii dramatycznie wzrasta.

Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej (2006) globalne zużycie energii wzrośnie o 50% do roku 2030. Kraje rozwinięte mogłyby oczywiście dobrze sobie poradzić bez dodatkowej energii, jednak wzrost ten jest niezbędny, aby wydobyć ludzi z ubóstwa w krajach rozwijających się, gdzie 1,5 miliarda ludzi cierpi z powodu poważnych niedoborów energii.

3. Obecnie 80% światowej energii pochodzi ze spalania paliw kopalnych (ropa, węgiel i gaz), których wykorzystanie:
a) potencjalnie stwarza ryzyko katastrofalnych zmian środowiska;
b) musi się kiedyś nieuchronnie zakończyć.

Z tego, co zostało powiedziane jasno wynika, że ​​teraz trzeba przygotować się na koniec ery wykorzystania paliw kopalnych

Obecnie elektrownie jądrowe wytwarzają na dużą skalę energię uwalnianą podczas reakcji rozszczepienia jąder atomowych. Należy wszelkimi możliwymi sposobami zachęcać do tworzenia i rozwoju takich stacji, należy jednak mieć na uwadze, że zasoby jednego z najważniejszych materiałów do ich funkcjonowania (taniego uranu) mogą również zostać całkowicie wyczerpane w ciągu najbliższych 50 lat . Możliwości energii opartej na rozszczepieniu jądrowym można (i należy) znacznie rozszerzyć poprzez zastosowanie bardziej wydajnych cykli energetycznych, dzięki czemu ilość wytwarzanej energii może niemal się podwoić. Aby rozwijać energię w tym kierunku, konieczne jest tworzenie reaktorów torowych (tzw. reaktory powielające tor lub reaktory powielające), w których w wyniku reakcji powstaje więcej toru niż pierwotnego uranu, w wyniku czego całkowita ilość wytworzonej energii dla danej ilości substancji wzrasta 40-krotnie. Obiecujące wydaje się także stworzenie generatorów plutonu z wykorzystaniem szybkich neutronów, które są znacznie wydajniejsze od reaktorów uranowych i mogą wytworzyć 60 razy więcej energii. Być może dla zagospodarowania tych obszarów konieczne będzie opracowanie nowych, niestandardowych metod pozyskiwania uranu (np. z wody morskiej, która wydaje się najbardziej dostępna).

Elektrownie termojądrowe

Rysunek przedstawia schematyczny diagram (nie w skali) urządzenia i zasadę działania elektrowni termojądrowej. W centralnej części znajduje się komora toroidalna (w kształcie pączka) o objętości ~2000 m3, wypełniona plazmą trytowo-deuterową (T-D) podgrzaną do temperatury powyżej 100 M°C. Neutrony powstałe podczas reakcji syntezy (1) opuszczają „butelkę magnetyczną” i wchodzą do pokazanej na rysunku powłoki o grubości około 1 m.

Wewnątrz powłoki neutrony zderzają się z atomami litu, powodując reakcję, w wyniku której powstaje tryt:

neutron + lit → hel + tryt

Ponadto w układzie zachodzą reakcje konkurencyjne (bez powstawania trytu), a także wiele reakcji z uwolnieniem dodatkowych neutronów, które następnie również prowadzą do powstania trytu (w tym przypadku uwolnienie dodatkowych neutronów może być znacznie wzmocnione, na przykład poprzez wprowadzenie atomów berylu do powłoki i ołowiu). Ogólny wniosek jest taki, że obiekt ten mógłby (przynajmniej teoretycznie) przejść reakcję syntezy jądrowej, w wyniku której powstałby tryt. W tym przypadku ilość produkowanego trytu powinna nie tylko odpowiadać potrzebom samej instalacji, ale być nawet nieco większa, co umożliwi zaopatrywanie nowych instalacji w tryt. To właśnie tę koncepcję działania należy przetestować i wdrożyć w opisanym poniżej reaktorze ITER.

Dodatkowo neutrony muszą rozgrzać powłokę w tzw. zakładach pilotażowych (w których zostaną użyte stosunkowo „zwykłe” materiały konstrukcyjne) do temperatury około 400°C. W przyszłości planowane jest stworzenie ulepszonych instalacji o temperaturze nagrzewania płaszcza powyżej 1000°C, co będzie można osiągnąć dzięki zastosowaniu najnowocześniejszych materiałów o dużej wytrzymałości (takich jak kompozyty węglika krzemu). Ciepło powstające w płaszczu, podobnie jak w stacjach konwencjonalnych, odbierane jest przez pierwotny obieg chłodzenia z czynnikiem chłodzącym (zawierającym np. wodę lub hel) i przekazywane do obiegu wtórnego, gdzie wytwarzana jest para wodna dostarczana do turbin.

1985 - Związek Radziecki zaproponował elektrownię Tokamak nowej generacji, korzystając z doświadczeń czterech wiodących krajów w tworzeniu reaktorów termojądrowych. Stany Zjednoczone Ameryki wraz z Japonią i Wspólnotą Europejską przedstawiły propozycję realizacji projektu.

Obecnie we Francji trwa budowa opisanego poniżej międzynarodowego eksperymentalnego reaktora termojądrowego ITER (International Tokamak Experimental Reactor), który będzie pierwszym tokamakiem zdolnym do „zapalenia” plazmy.

Najbardziej zaawansowane istniejące instalacje tokamaków już dawno osiągnęły temperatury około 150 M°C, bliskie wartościom wymaganym do pracy stacji termojądrowej, ale reaktor ITER powinien być pierwszą tak dużą elektrownią zaprojektowaną na długie -operacja terminowa. W przyszłości konieczna będzie znaczna poprawa jego parametrów eksploatacyjnych, co będzie wymagało przede wszystkim zwiększenia ciśnienia w plazmie, gdyż szybkość syntezy jądrowej w danej temperaturze jest proporcjonalna do kwadratu ciśnienia. Główny problem naukowy w tym przypadku wiąże się z faktem, że wraz ze wzrostem ciśnienia w plazmie powstają bardzo złożone i niebezpieczne niestabilności, czyli niestabilne tryby pracy.

Dlaczego tego potrzebujemy?

Główną zaletą syntezy jądrowej jest to, że wymaga ona jedynie bardzo małych ilości substancji powszechnie występujących w przyrodzie jako paliwo. Reakcja syntezy jądrowej w opisywanych instalacjach może prowadzić do wyzwolenia ogromnych ilości energii, dziesięciokrotnie większej niż standardowe ciepło powstające podczas konwencjonalnych reakcji chemicznych (takich jak spalanie paliw kopalnych). Dla porównania wskazujemy, że ilość węgla potrzebna do zasilenia elektrowni cieplnej o mocy 1 gigawata (GW) wynosi 10 000 ton dziennie (dziesięć wagonów), a elektrownia termojądrowa o tej samej mocy będzie zużywać jedynie ok. 1 kilogram mieszanki D+T dziennie.

Deuter jest stabilnym izotopem wodoru; W około jednej na 3350 cząsteczek zwykłej wody jeden z atomów wodoru zostaje zastąpiony deuterem (pozostałość po Wielkim Wybuchu). Fakt ten ułatwia zorganizowanie w miarę taniej produkcji wymaganej ilości deuteru z wody. Trudniej jest uzyskać tryt, który jest niestabilny (okres półtrwania wynosi około 12 lat, w związku z czym jego zawartość w przyrodzie jest znikoma), jednak jak pokazano powyżej, tryt będzie pojawiał się bezpośrednio wewnątrz instalacji termojądrowej podczas eksploatacji, w wyniku reakcji neutronów z litem.

Zatem początkowym paliwem dla reaktora termojądrowego jest lit i woda. Lit jest powszechnie stosowanym metalem w sprzęcie gospodarstwa domowego (baterie do telefonów komórkowych itp.). Opisana powyżej instalacja, nawet przy nieidealnej sprawności, będzie w stanie wyprodukować 200 000 kWh energii elektrycznej, co odpowiada energii zawartej w 70 tonach węgla. Potrzebna do tego ilość litu zawarta jest w jednej baterii komputera, a ilość deuteru w 45 litrach wody. Powyższa wartość odpowiada aktualnemu zużyciu energii elektrycznej (w przeliczeniu na osobę) w krajach UE na przestrzeni 30 lat. Już sam fakt, że tak niewielka ilość litu może zapewnić wytworzenie takiej ilości energii elektrycznej (bez emisji CO2 i bez najmniejszego zanieczyszczenia powietrza) jest dość poważnym argumentem za najszybszym i najdynamiczniejszym rozwojem energetyki termojądrowej (mimo wszelkich trudności i problemy), a nawet bez stuprocentowej wiary w powodzenie takich badań.

Deuter powinien wystarczyć na miliony lat, a zasoby łatwo wydobywalnego litu wystarczą na setki lat. Nawet jeśli lit w skałach się wyczerpie, możemy go wydobyć z wody, gdzie występuje w stężeniach wystarczająco wysokich (100-krotność stężenia uranu), aby jego wydobycie było opłacalne ekonomicznie.

W pobliżu miasta Cadarache we Francji budowany jest eksperymentalny reaktor termojądrowy (Międzynarodowy eksperymentalny reaktor termojądrowy). Głównym celem projektu ITER jest wdrożenie kontrolowanej reakcji syntezy termojądrowej na skalę przemysłową.

Na jednostkę masy paliwa termojądrowego uzyskuje się około 10 milionów razy więcej energii niż przy spalaniu tej samej ilości paliwa organicznego i około stu razy więcej niż przy rozszczepianiu jąder uranu w reaktorach obecnie działających elektrowni jądrowych. Jeśli obliczenia naukowców i projektantów się sprawdzą, ludzkość stanie się niewyczerpanym źródłem energii.

Dlatego szereg krajów (Rosja, Indie, Chiny, Korea, Kazachstan, USA, Kanada, Japonia, kraje Unii Europejskiej) połączyło siły w tworzeniu Międzynarodowego Reaktora Badawczego Termojądrowego – prototypu nowych elektrowni.

ITER to obiekt, który stwarza warunki do syntezy atomów wodoru i trytu (izotopu wodoru), w wyniku czego powstaje nowy atom – atom helu. Procesowi temu towarzyszy ogromny wybuch energii: temperatura plazmy, w której zachodzi reakcja termojądrowa, wynosi około 150 milionów stopni Celsjusza (dla porównania temperatura jądra Słońca wynosi 40 milionów stopni). W tym przypadku izotopy wypalają się, nie pozostawiając praktycznie żadnych odpadów radioaktywnych.
Schemat udziału w międzynarodowym projekcie przewiduje dostawę elementów reaktora i finansowanie jego budowy. W zamian za to każdy z uczestniczących krajów otrzymuje pełny dostęp do wszystkich technologii budowy reaktora termojądrowego oraz do wyników wszelkich prac eksperymentalnych nad tym reaktorem, które posłużą za podstawę do projektowania seryjnych reaktorów termojądrowych.

Reaktor oparty na zasadzie syntezy termojądrowej nie emituje promieniowania radioaktywnego i jest całkowicie bezpieczny dla środowiska. Może znajdować się niemal w dowolnym miejscu na świecie, a paliwem dla niego jest zwykła woda. Budowa ITER ma potrwać około dziesięciu lat, po czym reaktor będzie użytkowany przez 20 lat.

W nadchodzących latach interesy Rosji w Radzie Międzynarodowej Organizacji ds. Budowy Reaktora Termojądrowego ITER będą reprezentowane przez członka korespondenta Rosyjskiej Akademii Nauk Michaiła Kowalczuka, dyrektora Rosyjskiego Centrum Badawczego Instytutu Kurczatowa, Instytutu Krystalografia Rosyjskiej Akademii Nauk i sekretarz naukowy Prezydenckiej Rady ds. Nauki, Technologii i Edukacji. Kowalczuk tymczasowo zastąpi na tym stanowisku akademika Jewgienija Wielichowa, który został wybrany na przewodniczącego Międzynarodowej Rady ITER na kolejne dwa lata i nie ma prawa łączyć tego stanowiska z obowiązkami oficjalnego przedstawiciela kraju uczestniczącego.

Całkowity koszt budowy szacuje się na 5 miliardów euro i tyle samo będzie potrzebne na próbną eksploatację reaktora. Udziały Indii, Chin, Korei, Rosji, USA i Japonii stanowią po około 10 proc. łącznej wartości, 45 proc. pochodzi z krajów Unii Europejskiej. Państwa europejskie nie uzgodniły jednak jeszcze, w jaki sposób dokładnie zostaną rozdzielone koszty między sobą. Z tego powodu rozpoczęcie budowy przesunięto na kwiecień 2010 roku. Pomimo ostatniego opóźnienia naukowcy i urzędnicy zaangażowani w ITER twierdzą, że uda im się ukończyć projekt do 2018 r.

Szacunkowa moc termojądrowa ITER wynosi 500 megawatów. Poszczególne części magnesu osiągają masę od 200 do 450 ton. Do ochłodzenia ITER-u potrzebne będzie 33 tys. metrów sześciennych wody dziennie.

W 1998 roku Stany Zjednoczone przestały finansować swój udział w projekcie. Po dojściu Republikanów do władzy i rozpoczęciu ciągłych przerw w dostawie prądu w Kalifornii administracja Busha ogłosiła zwiększenie inwestycji w energię. Stany Zjednoczone nie zamierzały uczestniczyć w międzynarodowym projekcie i zajmowały się własnym projektem termojądrowym. Na początku 2002 roku doradca prezydenta Busha ds. technologii, John Marburger III, powiedział, że Stany Zjednoczone zmieniły zdanie i zamierzają wrócić do projektu.

Projekt pod względem liczby uczestników jest porównywalny z innym dużym międzynarodowym projektem naukowym – Międzynarodową Stacją Kosmiczną. Koszt ITER, który wcześniej sięgał 8 miliardów dolarów, wyniósł wówczas niecałe 4 miliardy. W wyniku wycofania się Stanów Zjednoczonych z udziału zdecydowano o zmniejszeniu mocy reaktora z 1,5 GW do 500 MW. W związku z tym cena projektu również spadła.

W czerwcu 2002 roku w stolicy Rosji odbyło się sympozjum „Dni ITER w Moskwie”. Omówiono teoretyczne, praktyczne i organizacyjne problemy wskrzeszenia projektu, którego powodzenie może odmienić losy ludzkości i dać jej nowy rodzaj energii, porównywalny pod względem wydajności i oszczędności jedynie z energią Słońca.

W lipcu 2010 r. przedstawiciele krajów uczestniczących w projekcie międzynarodowego reaktora termojądrowego ITER zatwierdzili jego budżet i harmonogram budowy na nadzwyczajnym spotkaniu, które odbyło się w Cadarache we Francji. .

Na ostatnim nadzwyczajnym spotkaniu uczestnicy projektu zatwierdzili datę rozpoczęcia pierwszych eksperymentów z plazmą – rok 2019. Pełne eksperymenty zaplanowano na marzec 2027 r., chociaż kierownictwo projektu poprosiło specjalistów technicznych o próbę optymalizacji procesu i rozpoczęcie eksperymentów w 2026 r. Uczestnicy spotkania zdecydowali także o kosztach budowy reaktora, nie ujawniono jednak, jakie kwoty mają zostać wydane na utworzenie instalacji. Według informacji otrzymanych przez redaktora portalu ScienceNOW z anonimowego źródła, do czasu rozpoczęcia eksperymentów koszt projektu ITER może sięgnąć 16 miliardów euro.

Spotkanie w Cadarache było także pierwszym oficjalnym dniem pracy nowego dyrektora projektu, japońskiego fizyka Osamu Motojimy. Przed nim projekt prowadził od 2005 roku Japończyk Kaname Ikeda, który chciał opuścić stanowisko natychmiast po zatwierdzeniu budżetu i terminów budowy.

Reaktor termojądrowy ITER to wspólny projekt Unii Europejskiej, Szwajcarii, Japonii, USA, Rosji, Korei Południowej, Chin i Indii. Pomysł budowy ITER rozważany był już w latach 80-tych ubiegłego wieku, jednakże ze względu na trudności finansowe i techniczne, koszt projektu stale rośnie, a termin rozpoczęcia budowy stale się przesuwa. W 2009 roku eksperci spodziewali się, że prace nad budową reaktora rozpoczną się w 2010 roku. Później datę tę przesunięto, a jako czas uruchomienia reaktora podano najpierw rok 2018, a następnie 2019.

Reakcje syntezy termojądrowej to reakcje fuzji jąder lekkich izotopów w cięższe jądro, którym towarzyszy ogromne uwolnienie energii. Teoretycznie reaktory termojądrowe mogą wytwarzać dużo energii niskim kosztem, ale obecnie naukowcy wydają znacznie więcej energii i pieniędzy na rozpoczęcie i utrzymanie reakcji termojądrowej.

Fuzja termojądrowa to tani i przyjazny dla środowiska sposób wytwarzania energii. Od miliardów lat na Słońcu zachodzi niekontrolowana fuzja termojądrowa - hel powstaje z ciężkiego izotopu wodoru, deuteru. To uwalnia kolosalną ilość energii. Jednak ludzie na Ziemi nie nauczyli się jeszcze kontrolować takich reakcji.

Reaktor ITER będzie wykorzystywał jako paliwo izotopy wodoru. Podczas reakcji termojądrowej energia jest uwalniana, gdy lekkie atomy łączą się z cięższymi. Aby to osiągnąć, gaz musi zostać podgrzany do temperatury ponad 100 milionów stopni – znacznie wyższej niż temperatura w centrum Słońca. Gaz w tej temperaturze zamienia się w plazmę. Jednocześnie atomy izotopów wodoru łączą się, zamieniając się w atomy helu z uwolnieniem dużej liczby neutronów. Elektrownia działająca na tej zasadzie będzie wykorzystywać energię neutronów spowalnianych przez warstwę gęstego materiału (lit).

Dlaczego tworzenie instalacji termojądrowych trwało tak długo?

Dlaczego tak ważnych i cennych instalacji, o których zaletach mówi się od niemal pół wieku, jeszcze nie powstało? Istnieją trzy główne przyczyny (omówione poniżej), z których pierwszy można nazwać zewnętrznym lub społecznym, a dwa pozostałe - wewnętrznym, to znaczy określonym przez prawa i warunki rozwoju samej energii termojądrowej.

1. Przez długi czas uważano, że problem praktycznego wykorzystania energii termojądrowej nie wymaga pilnych decyzji i działań, gdyż jeszcze w latach 80. nie dotyczyć opinii publicznej. W 1976 r. Komitet Doradczy ds. Energii Termojądrowej Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych podjął próbę oszacowania ram czasowych badań i rozwoju oraz demonstracyjnej elektrowni termojądrowej w ramach różnych opcji finansowania badań. Jednocześnie odkryto, że wielkość rocznego finansowania badań w tym kierunku jest całkowicie niewystarczająca i przy utrzymaniu dotychczasowego poziomu środków tworzenie instalacji termojądrowych nigdy nie zakończy się sukcesem, gdyż przyznane środki nie odpowiadają nawet do minimalnego, krytycznego poziomu.

2. Poważniejszą przeszkodą w rozwoju badań w tym obszarze jest brak możliwości stworzenia i zademonstrowania na małą skalę instalacji termojądrowej omawianego typu. Z przedstawionych poniżej wyjaśnień stanie się jasne, że fuzja termojądrowa wymaga nie tylko magnetycznego zamknięcia plazmy, ale także jej wystarczającego ogrzania. Stosunek energii wydatkowanej do odebranej wzrasta co najmniej proporcjonalnie do kwadratu wymiarów liniowych instalacji, w wyniku czego możliwości naukowo-techniczne i zalety instalacji termojądrowych można przetestować i wykazać jedynie na dość dużych stacjach, takich jak jak wspomniany reaktor ITER. Społeczeństwo po prostu nie było gotowe na finansowanie tak dużych projektów, dopóki nie było wystarczającej wiary w sukces.

3. Rozwój energetyki termojądrowej jest bardzo złożony, jednak (mimo niewystarczającego finansowania i trudności w wyborze ośrodków tworzenia instalacji JET i ITER) w ostatnich latach można zaobserwować wyraźny postęp, choć nie powstała jeszcze stacja operacyjna.

Współczesny świat stoi przed bardzo poważnym wyzwaniem energetycznym, które trafniej można nazwać „niepewnym kryzysem energetycznym”. Problem wiąże się z faktem, że zapasy paliw kopalnych mogą się wyczerpać w drugiej połowie tego stulecia. Co więcej, spalanie paliw kopalnych może wiązać się z koniecznością sekwestracji i „magazynowania” dwutlenku węgla uwalnianego do atmosfery (wspomniany program CCS), aby zapobiec poważnym zmianom klimatu planety.

Obecnie prawie cała energia zużywana przez ludzkość powstaje w wyniku spalania paliw kopalnych, a rozwiązanie problemu można wiązać z wykorzystaniem energii słonecznej lub energii jądrowej (tworzenie reaktorów szybkiego powielania itp.). Globalnego problemu spowodowanego rosnącą populacją krajów rozwijających się i ich potrzebą poprawy standardów życia i zwiększenia ilości produkowanej energii nie można rozwiązać wyłącznie w oparciu o te podejścia, choć oczywiście wszelkie próby opracowania alternatywnych metod wytwarzania energii należy zachęcać.

Ściśle mówiąc, mamy niewielki wybór strategii behawioralnych, a rozwój energii termojądrowej jest niezwykle ważny, nawet pomimo braku gwarancji sukcesu. Gazeta Financial Times (z 25 stycznia 2004) napisała o tym:

Miejmy nadzieję, że na drodze do rozwoju energetyki termojądrowej nie będzie żadnych większych i niespodziewanych niespodzianek. W tym przypadku za około 30 lat będziemy mogli po raz pierwszy dostarczać z niego prąd elektryczny do sieci energetycznych, a za nieco ponad 10 lat zacznie działać pierwsza komercyjna elektrownia termojądrowa. Możliwe, że w drugiej połowie tego stulecia energia termojądrowa zacznie zastępować paliwa kopalne i stopniowo zacznie odgrywać coraz większą rolę w dostarczaniu energii ludzkości w skali globalnej.

Nie ma absolutnej gwarancji, że zadanie wytworzenia energii termojądrowej (jako efektywnego i wielkoskalowego źródła energii dla całej ludzkości) zostanie zakończone sukcesem, ale prawdopodobieństwo powodzenia w tym kierunku jest dość wysokie. Biorąc pod uwagę ogromny potencjał elektrowni termojądrowych, wszelkie koszty projektów związanych z ich szybkim (a nawet przyspieszonym) rozwojem można uznać za uzasadnione, zwłaszcza że inwestycje te wyglądają bardzo skromnie na tle monstrualnego światowego rynku energii (4 biliony dolarów rocznie8). Zaspokojenie potrzeb energetycznych ludzkości jest bardzo poważnym problemem. W miarę jak paliwa kopalne stają się coraz mniej dostępne (a ich wykorzystanie staje się niepożądane), sytuacja się zmienia i po prostu nie możemy sobie pozwolić na to, aby nie rozwijać energii termojądrowej.

Na pytanie „Kiedy pojawi się energia termojądrowa?” Lew Artsimowicz (uznany pionier i lider badań w tej dziedzinie) odpowiedział kiedyś, że „zostanie stworzony, gdy stanie się to naprawdę konieczne dla ludzkości”

ITER będzie pierwszym reaktorem termojądrowym, który wyprodukuje więcej energii, niż zużywa. Naukowcy mierzą tę cechę za pomocą prostego współczynnika, który nazywają „Q”. Jeśli ITER osiągnie wszystkie swoje cele naukowe, wyprodukuje 10 razy więcej energii, niż zużywa. Ostatnie zbudowane urządzenie, Joint European Torus w Anglii, to mniejszy prototypowy reaktor termojądrowy, który w końcowej fazie badań naukowych osiągnął wartość Q wynoszącą prawie 1. Oznacza to, że wyprodukował dokładnie taką samą ilość energii, jaką zużył . ITER wykracza poza ten zakres, demonstrując wytwarzanie energii w wyniku syntezy termojądrowej i osiągając wartość Q wynoszącą 10. Pomysł polega na wygenerowaniu 500 MW przy zużyciu energii wynoszącym około 50 MW. Zatem jednym z celów naukowych ITER jest udowodnienie, że można osiągnąć wartość Q wynoszącą 10.

Innym celem naukowym jest zapewnienie bardzo długiego czasu „spalania” ITER – impulsu o przedłużonym czasie trwania do jednej godziny. ITER to eksperymentalny reaktor badawczy, który nie może wytwarzać energii w sposób ciągły. Kiedy ITER zacznie działać, będzie włączony przez godzinę, po czym będzie musiał zostać wyłączony. Jest to ważne, ponieważ do tej pory stworzone przez nas standardowe urządzenia mogły świecić w czasie kilku sekund, a nawet dziesiątych części sekundy – to maksimum. „Wspólny torus europejski” osiągnął wartość Q 1 przy czasie spalania około dwóch sekund i długości impulsu 20 sekund. Jednak proces trwający kilka sekund nie jest tak naprawdę trwały. Analogicznie do uruchamiania silnika samochodu: krótkie włączenie i wyłączenie silnika nie jest jeszcze prawdziwą pracą samochodu. Dopiero, gdy pojedziesz samochodem przez pół godziny, osiągnie on stały tryb pracy i pokaże, że takim samochodem naprawdę da się jeździć.

Oznacza to, że z technicznego i naukowego punktu widzenia ITER zapewni wartość Q wynoszącą 10 i wydłużony czas spalania.

Program syntezy termojądrowej ma prawdziwie międzynarodowy i szeroki charakter. Ludzie już liczą na sukces ITER i myślą o kolejnym kroku – stworzeniu prototypu przemysłowego reaktora termojądrowego o nazwie DEMO. Aby go zbudować, ITER musi działać. Musimy osiągnąć nasze cele naukowe, ponieważ będzie to oznaczać, że przedstawione przez nas pomysły będą w pełni wykonalne. Zgadzam się jednak, że zawsze należy myśleć o tym, co będzie dalej. Ponadto w miarę funkcjonowania ITER przez 25–30 lat nasza wiedza będzie stopniowo się pogłębiać i poszerzać, dzięki czemu będziemy mogli dokładniej określić nasz kolejny krok.

W rzeczywistości nie ma dyskusji na temat tego, czy ITER powinien być tokamakiem. Niektórzy naukowcy stawiają pytanie zupełnie inaczej: czy ITER powinien istnieć? Eksperci z różnych krajów, opracowujący własne, niezbyt duże projekty termojądrowe, twierdzą, że tak duży reaktor w ogóle nie jest potrzebny.

Ich opinii nie należy jednak uważać za autorytatywną. W stworzenie ITER zaangażowani byli fizycy, którzy od kilkudziesięciu lat zajmowali się pułapkami toroidalnymi. Projekt eksperymentalnego reaktora termojądrowego w Karadaszu powstał w oparciu o całą wiedzę zdobytą podczas eksperymentów na dziesiątkach poprzednich tokamaków. A te wyniki wskazują, że reaktorem musi być tokamak i to duży.

JET W tej chwili za najbardziej udany tokamak można uznać JET, zbudowany przez UE w brytyjskim mieście Abingdon. To największy stworzony do tej pory reaktor typu tokamak, duży promień torusa plazmowego wynosi 2,96 metra. Moc reakcji termojądrowej osiągnęła już ponad 20 megawatów przy czasie retencji do 10 sekund. Reaktor zwraca około 40% energii wprowadzonej do plazmy.

Bilans energetyczny determinuje fizyka plazmy” – powiedział Infox.ru Igor Semenow. Profesor nadzwyczajny MIPT opisał, czym jest bilans energetyczny na prostym przykładzie: „Wszyscy widzieliśmy płonący ogień. Tak naprawdę to nie pali się tam drewno, tylko gaz. Prowadnik energii wygląda następująco: gaz się pali, drewno się nagrzewa, drewno odparowuje, gaz znów się pali. Dlatego jeśli dorzucimy wodę do ognia, gwałtownie pobierzemy z układu energię do przejścia fazowego wody w stanie ciekłym w stan pary. Saldo stanie się ujemne i ogień zgaśnie. Jest inny sposób - możemy po prostu wziąć głownie ognia i rozrzucić je w przestrzeni. Ogień również zgaśnie. Podobnie jest w budowanym przez nas reaktorze termojądrowym. Wymiary dobiera się tak, aby stworzyć odpowiedni dodatni bilans energetyczny dla tego reaktora. Wystarczające, aby w przyszłości zbudować prawdziwą elektrownię jądrową, rozwiązując na tym etapie eksperymentalnym wszystkie problemy, które obecnie pozostają nierozwiązane.”

Wymiary reaktora zostały raz zmienione. Stało się to na przełomie XX i XXI wieku, kiedy z projektu wycofały się Stany Zjednoczone, a pozostali członkowie zdali sobie sprawę, że budżet ITER (szacowany wówczas na 10 miliardów dolarów) jest za duży. Fizycy i inżynierowie musieli obniżyć koszty instalacji. A było to możliwe tylko ze względu na rozmiar. „Przeprojektowaniem” ITER kierował francuski fizyk Robert Aymar, który wcześniej pracował nad francuskim tokamakiem Tore Supra w Karadash. Zewnętrzny promień torusa plazmowego został zmniejszony z 8,2 do 6,3 metra. Jednakże ryzyko związane ze zmniejszeniem rozmiaru zostało częściowo zrekompensowane przez kilka dodatkowych magnesów nadprzewodzących, co umożliwiło wdrożenie otwartego i wówczas badanego trybu utrzymywania plazmy.