35 ქვეყანა აშენებს მსოფლიოს უდიდეს fusion რეაქტორს: რატომ არის ეს საჭირო. ფოტო

1985 წელს აშშ-სა და სსრკ-ს მეთაურთა შეხვედრამ მსოფლიოს მისცა ერთ-ერთი ყველაზე ამბიციური ტექნოლოგიური პროექტი: ექსპერიმენტული თერმობირთვული რეაქტორი ITER ("გზა"). პროვანსში, საფრანგეთის სამხრეთით, ათასობით მეცნიერი და მშენებელი ამზადებს კომპლექსს სამეცნიერო ექსპერიმენტებისთვის, რომელსაც შეუძლია კაცობრიობისთვის გზა გაუხსნას მომავლის თერმობირთვულ ელექტროსადგურებს.

ITER თერმორექტორის მშენებლობა მიმდინარეობს 2018 წლის დეკემბერში. ფოტო:

თერმობირთვული შერწყმა დიდი ხნის განმავლობაში გონებას ახალისებს. თეორიულად, ასეთი ელექტროსადგურები შეიძლება იყოს ოთხჯერ უფრო ეფექტური, ვიდრე თანამედროვე ატომური ელექტროსადგურები, ხოლო ეს უფრო სუფთა და უსაფრთხოა. მათი თქმით, მათ არ აქვთ პრობლემა უკონტროლო ჯაჭვის რეაქციებთან და რადიოაქტიურ ნარჩენებთან, ხოლო ზღვის წყლის გამოყენება საწვავად შეიძლება დღემდე დაძაბულია.

მრავალ მილიარდიანი დოლარის პროექტს ევროკავშირის (ხარჯების 46%), აშშ-ს, რუსეთის, ინდოეთის, ჩინეთის, სამხრეთ კორეისა და იაპონიის (თითოეულზე 9%) ამუშავებენ. თუ აღარ იქნება შეფერხებები და დაფინანსების პრობლემები, მაშინ ITER იმუშავებს უკვე 2025 წლის ბოლოს - რონალდ რეიგანსა და მიხაილ გორბაჩოვს შორის მოლაპარაკებიდან ორმოცი წლის შემდეგ.

პუბლიკაცია მოგვითხრობს თერმობირთვული შერწყმის სფეროში უნიკალური პროექტის ისტორიაზე, აწმყოზე და მომავალზე.

როგორ აკეთებს ამას მუშაობა

თერმობირთვული ენერგია ცდილობს დააკოპიროთ ის პროცესები, რომლებიც ვარსკვლავების შიგნით ხდება: იქ, ულტრაიისფერ ტემპერატურასა და წნევაზე, წყალბადის იზოტოპების ბირთვები შერწყმულია და ათავისუფლებს უზარმაზარ ენერგიას.

ამის მისაღწევად დედამიწაზე აუცილებელია სპეციალური პირობები (მაგალითად, ტემპერატურა 10 ჯერ უფრო მაღალია, ვიდრე მზის ბირთვში) - ისინი იქმნება თერმობირთვულ რეაქტორში. იგი დაფუძნებულია, ყოველ შემთხვევაში, ყველაზე გავრცელებული სქემის მიხედვით, რომელსაც ITER იყენებს - ტოკამაკი, ბაგელის მსგავსი ვაკუუმის პალატა მაგნიტური კოჭებით. პირველი ტოკამაქსი გამოჩნდა 1960-იან წლებში სსრკ-ში, ITER- ისთვის ისინი აშენებენ მსოფლიოში უდიდეს ტოკამაკს, მოცულობით 830 მ 3.

დეიტერიუმი და ტრიტიუმი იწყებენ ტოკამაკში და თბება ტემპერატურაზე 150 მილიონ გრადუსამდე ზემოთ. გაზი გადაიქცევა პლაზმაში, და ისე, რომ ამ ტემპერატურის პლაზმაში არ დაიწვას ყველაფერი, გარშემო მას კედლებიდან დაშორებით ინახავს მაგნიტური ველი; დენი გადის პლაზმაში. თავის მხრივ მძლავრი მაგნიტური ველი უზრუნველყოფილია სუპერპროდუქტიული მაგნიტებით, რომლებიც ვაკუუმის პალატაში უნდა გაცივდეს თითქმის აბსოლუტურ ნულამდე - 268 ° C- მდე. ფიზიკურად, ისინი გათბობის პლაზმაში სიტყვასიტყვით ნახევარ მეტრს მიიღებენ 150 ° C- მდე. ასეთ პირობებში მოწყობილობების უვნებელი ოპერაციის უზრუნველყოფა ძალიან რთული საინჟინრო ამოცანაა.

თანამედროვე ტოკამაქსი ენერგიაზე ნაკლებ ენერგიას ასხივებს, ვიდრე დახარჯულია სისტემის გათბობაზე, ჯერჯერობით შეუძლებელია მათი ადაპტირება წარმოქმნისთვის. საუკეთესო შედეგია ბრიტანულ JET– სთან, რომელიც დახარჯავს ენერგიის 67% -ს. ITER დიზაინის მასშტაბის გამო (ეს იქნება უზარმაზარი რამ ცხრასართულიანი კორპუსის სიმაღლეზე და დაახლოებით იგივე დიამეტრით), შემქმნელები თვლიან, რომ რეაქტორს შეეძლება ათჯერ მეტი ენერგიის გამოყოფა, ვიდრე დახარჯულია პლაზმური გათბობისთვის (მიეცით 500 მგვტ. 50 მგვტ-ით). ეს მომენტი უმნიშვნელოვანესია მომავალში თერმობირთვული ელექტროსადგურების მშენებლობისთვის.

ITER არ გამოიმუშავებს ელექტროენერგიას: ყველა გამოყოფილი ენერგია დაიხარჯება მხოლოდ ტოკამაკის კედლების გასათბობად. მიუხედავად იმისა, რომ თუ ITER- სთან დაკავშირებული ექსპერიმენტები წარმატებულია, შემდეგი ნაბიჯი (2030 წლიდან) იქნება ელექტრული ელექტროსადგურებისთვის შერწყმის რეაქტორის პროტოტიპი, DEMO - ისინი უნდა გამოჩნდნენ 2040-50-იან წლებში. ასეთი რეაქტორების შექმნის სურვილი გამოცხადდა ინდოეთში, რუსეთში, სამხრეთ კორეასა და იაპონიაში.

ITER-ის ყველაზე მნიშვნელოვანი მიზანია აჩვენოს შერწყმის რეაქტორიდან ენერგიის წარმოქმნის შესაძლებლობა. ამისათვის საჭირო იქნება "დამწვარი პლაზმის" კონტროლირებადი წარმოების უზრუნველყოფა (მასთან შერწყმის რეაქცია თვითშენარჩუნებული იქნება) და ტრიტიუმის თვითრეპროდუქციის მიღწევა, საკმაოდ იშვიათი იზოტოპი, რომელიც გამოიყენება საწვავად. გარდა ამისა, ITER-მა უნდა აჩვენოს, რამდენად მზადაა თანამედროვე ტექნოლოგიები კომერციული თერმობირთვული ელექტროსადგურების მშენებლობისთვის და ასევე საშუალებას მისცემს შეაფასოს მათი საიმედოობა და უსაფრთხოება.

უსაფრთხოება თერმობირთვული რეაქტორების ერთ-ერთი მთავარი უპირატესობაა ჩვეულებრივი ბირთვული მასალების მიმართ. შედეგების ჯაჭვური რეაქცია აქ შეუძლებელია: პრობლემების არსებობის შემთხვევაში, პლაზმა მყისიერად გაცივდება და ამოიწურება, შესაბამისად ITER.

მდგომარეობა საწვავის რადიოაქტიურობით გაცილებით უკეთესია: ტრიტიუმი, ბეტა გამოსხივების სუსტი წყარო, წარმოიქმნება პირდაპირ რეაქტორში. ამ შემთხვევაში, რეაქტორის დიზაინი მოიცავს რამდენიმე ბარიერს ოპერაციის დროს რადიოაქტიური ნივთიერებების წარმოქმნაში. რადიოაქტიური ნარჩენების ნახევარგამოყოფის პერიოდი ფუჟირების რეაქტორში არსებული იზოტოპების უმეტესობისთვის არის დაახლოებით 10 წელი, ხოლო დახარჯული ბირთვული საწვავის ცალკეული კომპონენტებისთვის, ეს მნიშვნელობები შეიძლება იყოს ათასობით ან თუნდაც მილიონობით წელი.

On სათაური: ამერიკელი მეცნიერების სიმულაცია: რა იქნება ბირთვული ომი აშშ – სა და რუსეთს შორის. ვიდეო

ნულიდან 63% -მდე

1985 წლის ნოემბერში ჟენევაში გამართულ შეხვედრაზე შეერთებული შტატების და სსრკ ლიდერები შეთანხმდნენ თერმობირთვული ენერგიის ერთობლივი შესწავლის შესახებ მშვიდობიანი მიზნებისათვის - ეს იყო პროექტის დასაწყისი. ერთი წლის შემდეგ ეს იყო ევროატომი, სსრკ-მ, აშშ-მა და იაპონიამ ხელი მოაწერეს შეთანხმებას.

ITER დიზაინზე მუშაობა დაიწყო 1988 წელს და გაგრძელდა 2001 წელს საბოლოო ვერსიის დამტკიცებამდე.

2003 წელს ჩინეთი და სამხრეთ კორეა შეუერთდნენ კონსორციუმს ITER– ზე სამუშაოდ, ხოლო 2005 წელს - ინდოეთში. შემდეგ მათ ასევე შეარჩიეს ადგილი მშენებლობისთვის: საფრანგეთის პროვანსში მდებარე Saint-Paul-le-Durance- ის სამეზობლო, Cadarache ბირთვული ენერგიის კვლევის ცენტრის მახლობლად.

ITER- ის შექმნის შესახებ სახელმწიფოთაშორისი ხელშეკრულება მონაწილე ქვეყნების მინისტრებმა მოაწერეს 21 წლის 2006 ნოემბერს, ხოლო 2007 წლის ოქტომბერში ITER ორგანიზაციამ, იურიდიულმა პირმა, რომელიც ევალებოდა რეაქტორის მშენებლობაზე, ექსპლუატაციასა და შემდგომში დემონტაჟზე.

საიტის მომზადება დაიწყო 2007 წელს, ხოლო აშენება 2010 წელს. ამავდროულად, მონაწილე ქვეყნებმა დაიწყეს ITER კომპლექსის ელემენტებზე მუშაობა: ინდოეთი აშენებს კრიოსტატს პროექტისთვის, შეერთებულ შტატებს ავითარებს ცენტრალურ მაგნიტურ ქვანახშირს (მისი სიძლიერე საკმარისია თვითმფრინავის გადამზიდავის ასაღწევად), ევროკავშირი და კორეა ამზადებენ ვაკუუმის პალატას, ჩინეთი და რუსეთი მიაწოდებენ სუპერძრავებს (100 კმ საჭირო იქნება) ასეთი დირიჟორები), ღუმელების ნაწილი და სხვადასხვა ელექტრული კომპონენტი, იაპონია ამზადებს ტოროიდული ველის ხვრელს.

2019 წლის ივნისის ბოლოს, პროექტი "63%-ზე მეტი მზად იყო", - აღნიშნა ITER ორგანიზაციამ. შენობების 70%-ზე მეტი დასრულებულია და დაიწყო თავად რეაქტორის პირველი კომპონენტების მონტაჟი. სრული ინსტალაციის ეტაპი მომავალ წელს უნდა დაიწყოს, რადგან ყველა საჭირო კომპონენტი აშენდება და მიწოდებულია: მაგალითად, ჩინეთმა 23 სექტემბერს ააშენა პირველი 400 ტონიანი მაგნიტური ხვეული, ხოლო დეკემბრისთვის ის ITER-ის სამშენებლო ობიექტს გადაეცემა.

ITER თერმორექტორის მშენებლობა მიმდინარეობს 2018 წლის დეკემბერში. ფოტო:

სირთულის და წარმოების თვალსაზრისით, ITER უპირატესობა აქვს საუკუნის მრავალ მასშტაბურ სამეცნიერო სამშენებლო პროექტს, მათ შორის დიდი ჰადრონის კოლაიდერს.

„კოლაიდერი არის მხოლოდ ვაკუუმური ინსტალაცია, რომელშიც პროტონების სხივი აჩქარებულია; ეს უფრო მარტივი დონის ამოცანაა. ITER არის პლაზმის ფიზიკა და პლაზმას აქვს თავისუფლების ამდენი ხარისხი, ამდენი არასტაბილურობა, ყველა მათგანს უნდა მოგვარდეს“, - განუცხადა რადიო თავისუფლებას ანატოლი კრასილნიკოვმა, ITER-ის პროექტის რუსული სააგენტოს ხელმძღვანელმა. – პარამეტრის დიდი რაოდენობის თვალსაზრისით, რომლებიც ერთდროულად უნდა იქნას გათვალისწინებული, ITER, რა თქმა უნდა, გაცილებით რთული პრობლემაა, ვიდრე კოლაიდერი. ისე, ITER უფრო ძვირია. ”

მოწინავე ტექნოლოგიებზე დაფუძნებული ასეთი რთული საერთაშორისო პროექტი ნამდვილად ძვირია. თუ დასაწყისში პროექტის ბიუჯეტი 5 მილიარდ ევროდ იყო შეფასებული, მაშინ 2017 წლისთვის მან უკვე გადააჭარბა 20 მილიარდ ევროს ნიშანს: ჯამური ციფრი რთულია, რადგან სავარაუდოდ, მთავრობები განსაზღვრავენ მათ მიერ წარმოებული გარკვეული კომპონენტების ხარჯების დონეს. პროექტის მონაწილეები ფულს არ გადარიცხავენ, არამედ გადასცემენ აგებულ კომპონენტებს. 2020-22 წლებში ITER- სთვის რუსეთის ბიუჯეტში მათ 11,8 მილიარდი რუბლი (დაახლოებით $ 180 მილიონი დოლარი) ჩადეს.

On სათაური: მთავარი საიდუმლო: როგორ გადასცა ამერიკელმა ბირთვული საიდუმლოებები სსრკ-ს და არ გადაიხადა იგი

არა მხოლოდ ITER

ბაგელ-ტოკამაკი მეცნიერების მიერ განხილული შერწყმის ერთადერთი ვარიანტი არ არის. ალტერნატიული მეთოდების შესწავლა ხდება არა მხოლოდ დიდ სამთავრობო ინსტიტუტებში, არამედ მცირე სტარტაპებშიც. Bloomberg- ის ცნობით, ახლა მსოფლიოში მათგან ორი ათზე მეტია. თუმცა, ამ დროისთვის, ძირითადი მიღწევები და კონტროლირებადი ენერგიის წარმოება კომერციული მასშტაბით ჯერ არ არის განხილული.

ტოკამაკის უახლოესი ანალოგი არის ვარსკვლავური, ასევე ტორუსის ფორმის, „დონატის მსგავსი“ სისტემა, რომელიც, მიუხედავად მისი მსგავსებისა, არ საჭიროებს დენის შენარჩუნებას პლაზმაში. ასეთ ინსტალაციას აქვს თავისი დადებითი და უარყოფითი მხარეები, ყველაზე დიდი და წარმატებული ამ დროისთვის არის გერმანული Wendelstein 7-X. გერმანელმა მკვლევარებმა მასზე არაერთი რეკორდი დაამყარეს, თუმცა მახასიათებლებითა და მასშტაბებით ის შორს არის ITER-ისგან.

Startup Commonwealth Fusion Systems, რომელიც დაარსდა ემიგრანტებისგან MIT– ისგან, დაპირდა აშენებას გაცილებით მცირე, იაფი, მაგრამ არც ისე ნაკლებად ეფექტური ვიდრე ITER, tokamak რეაქტორი - SPARC. როგორ მიაღწევენ წარმატებას? მეცნიერები იმედოვნებენ, რომ გამოიყენებენ უახლესი მაღალი ტემპერატურის ზეადამიანური აპარატების გამოყენებას და აპირებენ გადაწყვეტილებების ჩვენებას უახლოეს ორ წელიწადში.

კიდევ ერთი არასტანდარტული ვარიანტია თერმობირთვული შერწყმა ინერციული შეზღუდვით. ის იყენებს ლაზერებს, რომლებიც „შეკუმშავს“ და ათბობს მინიატურულ დეიტერიუმის საწვავის კაფსულას ყველა მხრიდან იმპულსებით, რაც სიმულაციას უკეთებს წყალბადის ბომბის აფეთქების დროს მიმდინარე პროცესებს. მსოფლიოში ყველაზე დიდი სამეცნიერო ორგანიზაცია, რომელიც იყენებს ამ მიდგომას, არის National Ignition Facility აშშ-ში, სადაც ამ მიზნებისათვის გამოიყენება ძლიერი ლაზერის 193 სხივი.

ITER თერმორექტორის მშენებლობა მიმდინარეობს 2018 წლის დეკემბერში. ფოტო:

რატომ და როდის?

კრიტიკოსები თვლიან, რომ თერმობირთვული შერწყმა ძალიან ძვირი და კომერციულად არაეფექტურია და ისინი მოითხოვენ ინვესტიციებს, მაგალითად, განახლებად ენერგიაში. ITER არ უარყოფს მის მნიშვნელობას, მაგრამ ხაზს უსვამს, რომ ახალი სუფთა ენერგიის წყაროების შექმნა გამომუშავების მუდმივი დონით (არ არის დამოკიდებული, ვთქვათ, მზიანი დღეების რაოდენობაზე ან ქარის სიძლიერეზე) მნიშვნელოვან ამოცანად რჩება. ITER-ის თანახმად, თერმობირთვული ენერგია არ ჩაანაცვლებს განახლებად ენერგიას, მაგრამ მასთან ერთად ის კიდევ უფრო უკეთესი ალტერნატივა იქნება ტრადიციული „ბინძური“ ენერგიის წყაროებისთვის.

ერთადერთი საკითხია, როდის მოხდება ეს. პირველი გაშვება დაგეგმილია 2025 წლის დეკემბერში ("ტექნიკურად საუკეთესო მიღწევადი თარიღი") წყალბადის გამოყენებით, შემდეგ დაემატება ჰელიუმი, დეიტერიუმი და საბოლოოდ სრულფასოვანი ოპერაცია დეიტერიუმ-ტრიტიუმზე იგეგმება 2035 წელს: მხოლოდ ამის შემდეგ იქნება შესაძლებელი მიაღწიეთ ათჯერ გამომავალ სიმძლავრეს. პროექტის დასრულების თარიღები უკვე გადაიდო და მისი სირთულიდან გამომდინარე, ნაკლებად სავარაუდოა, რომ შემდგომი შეფერხებები არ მოხდეს. გარდა ამისა, მიუხედავად ყველა მცდელობისა, ტექნოლოგიების განვითარების ამჟამინდელ ეტაპზე, თერმობირთვული შერწყმა შეიძლება ძალიან ძვირი აღმოჩნდეს სამრეწველო გამოყენებისთვის.

სკეპტიკოსები სარკასტულად ამბობენ, რომ „შერწყმა არის მომავლის ენერგიის წყარო და ყოველთვის ასე დარჩება“. სულ რამდენიმე წელიწადში კაცობრიობა შეძლებს სკეპტიკოსების ენთუზიაზმს ან კიდევ ერთხელ გააძლიეროს მათი პოზიციები.

თემის სირთულის გათვალისწინებით, ნაკლებად სავარაუდოა, რომ ვინმე მზად იყოს ასეთ პროექტებში ვადების გარანტია. ინდუსტრიის ერთ-ერთმა პიონერმა, საბჭოთა აკადემიკოსმა ლევ არციმოვიჩმა, კითხვაზე, თუ როდის გამოჩნდება თერმობირთვული ენერგია, უბრალოდ უპასუხა: ”როდესაც ეს კაცობრიობისთვის ნამდვილად საჭირო გახდება”.

ასევე წაიკითხეთ ფორუმზე:

კაცობრიობა მასიური გადაშენების საფრთხეს უქმნის: ხალხი დედამიწის ყველაზე დიდი კატასტროფა აღმოჩნდა

სერია 'ჩერნობლი' ემის ჯილდოს ტრიუმფი იყო. ვიდეო

ამერიკელი მეცნიერების სიმულაცია: რა იქნება ბირთვული ომი აშშ – სა და რუსეთს შორის. ვიდეო

შეერთებულ შტატებში ყველაზე იდუმალი საიდუმლო ბაზა: რა ხდება იქ ნამდვილად

გსურთ უფრო მნიშვნელოვანი და საინტერესო ამბები აშშ-ში ცხოვრებისა და ამერიკაში იმიგრაციის შესახებ? - მხარი დაგვიჭირეთ შემოწირულობა! ასევე გამოიწერეთ ჩვენი გვერდი Facebook. აირჩიეთ „პრიორიტეტი ჩვენებაში“ და ჯერ წაგვიკითხეთ. ასევე, არ დაგავიწყდეთ ჩვენი გამოწერა დეპეშა არხი  და Instagram- იქ ბევრი საინტერესო რამ არის. და შეუერთდი ათასობით მკითხველს ფორუმი დღევანდელი ნიუ – იორკი — იქ ნახავთ უამრავ საინტერესო და პოზიტიურ ინფორმაციას მეტროპოლიის ცხოვრების შესახებ.