35 ел әлемдегі ең үлкен термоядролық реакторды салуда: бұл не үшін қажет? ФОТО

1985 жылы АҚШ пен КСРО басшыларының кездесуі әлемге ең өршіл технологиялық жобалардың бірін берді: тәжірибелік термоядролық ITER реакторы («жол»). Францияның оңтүстігіндегі Прованс қаласында мыңдаған ғалымдар мен құрылысшылар адамзатқа болашақтың термоядролық электр станцияларына жол ашатын ғылыми тәжірибелер кешенін дайындауда.

2018 жылғы желтоқсанда салынып жатқан ITER терморекторы. Сурет: Депозитфоталар

Термоядролық синтез ұзақ уақыт бойы ақыл-ойды қоздырады. Теория бойынша, мұндай электр станциялары қазіргі атом электр станцияларына қарағанда төрт есе тиімді, бірақ әлдеқайда таза және қауіпсіз. Олар тізбектің бақыланбайтын реакцияларымен және жоғары радиоактивті қалдықтармен проблемалар туындамайды, теңіз суының отын ретінде қызмет етуі мүмкін дейді Қазіргі шақ.

Мультииллионды жобаны ЕО (шығыстардың 46%), АҚШ, Ресей, Үндістан, Қытай, Оңтүстік Корея және Жапония (әрқайсысы 9%) айналысады. Егер бұдан әрі қаржыландыру бойынша кідірістер мен проблемалар болмаса, ITER 2025 жылдың соңында - Рональд Рейган мен Михаил Горбачевтың Женевадағы келіссөздерінен кейін қырық жыл өткен соң жұмыс істейді.

Басылым термоядролық синтез саласындағы бірегей жобаның тарихы, бүгіні мен болашағы туралы баяндайды.

Бұл қалай жұмыс істейді

Термоядролық энергия жұлдыздардың ішіндегі процестерді көшіруге тырысады: жоғары температура мен қысым кезінде сутегі изотоптарының ядролары бірігіп, үлкен энергия шығарады.

Бұған жету үшін Жерде ерекше жағдайлар қажет (мысалы, температура Күннің өзегіне қарағанда 10 есе жоғары) - олар термоядролық реакторда жасалады. Ол, кем дегенде, ITER пайдаланатын ең кең таралған схемаға сәйкес - токамак, магниттік катушкалармен қапталған багель тәрізді вакуумдық камераға негізделген. Алғашқы токакалар КСРО-да 1960 жылдары пайда болды, ITER үшін олар әлемдегі ең үлкен токамакты салады, көлемі 830 м3.

Дейтерий мен тритий токамакқа қосылып, 150 миллион градустан жоғары температураға дейін қызады. Газ плазмаға айналады, сондықтан температура плазмасы айналасындағылардың бәрін күйдірмейді, оны қабырғалардан магнит өрісі қашықтықта ұстайды; ток плазманың өзінен өтеді. Өз кезегінде қуатты магнит өрісі өте жоғары өткізгіш магниттермен қамтамасыз етіледі, оларды вакуумдық камерада абсолютті нөлге дейін - 268 ° C дейін салқындату қажет. Физикалық тұрғыдан олар плазмадан 150 000 000С-қа дейін жарты метр болады. Мұндай жағдайда жабдықтың кедергісіз жұмысын қамтамасыз ету өте күрделі инженерлік міндет болып табылады.

Заманауи токамактар ​​жүйені жылытуға қарағанда аз энергия шығарады, сондықтан оларды генерациялауға бейімдеу мүмкін емес. Жақсы нәтиже - жұмсалған энергияның 67% -ын қайтаратын британдық JET. ITER дизайнының масштабына байланысты (бұл тоғыз қабатты ғимараттың биіктігі туралы және диаметрі шамамен бірдей) жасаушылар реактор плазмалық қыздыруға жұмсалғаннан он есе көп энергия шығарады деп болжайды (500 МВт-қа 50 МВт беріңіз). Бұл сәт болашақта термоядролық электр станцияларын салу үшін өте маңызды.

Бірақ ITER электр қуатын өндірмейді: бөлінген энергияның барлығы тек токамак қабырғаларын жылытуға жұмсалады. Егер ITER-мен жүргізілген тәжірибелер сәтті болса да, келесі қадам (2030 жылдан бастап) электр станциялары үшін DEMO синтездік реактордың прототипі болады - олар 2040-50 жылдары пайда болуы керек. Мұндай реакторларды салу ниеті туралы Үндістан, Ресей, Оңтүстік Корея және Жапония мәлімдеді.

ITER-тің ең маңызды мақсаты - термоядролық реактордан энергия алу мүмкіндігін көрсету. Ол үшін «жанып тұрған плазманың» бақыланатын өндірісін қамтамасыз ету қажет (онымен синтез реакциясы өзін-өзі қамтамасыз етеді) және отын ретінде қолданылатын өте сирек кездесетін изотопты тритийдің өздігінен көбеюіне қол жеткізу керек. Сонымен қатар, ITER заманауи технологиялардың коммерциялық термоядролық электр станцияларын салуға қаншалықты дайын екенін көрсетуі керек, сондай-ақ олардың сенімділігі мен қауіпсіздігін бағалауға мүмкіндік береді.

Қауіпсіздік - термоядролық реакторлардың кәдімгі ядролық реакторларға қарағанда басты артықшылықтарының бірі. Мұнда салдармен тізбекті реакция жасау мүмкін емес: проблемалар туындаған кезде плазма бірден суытып кетеді, дейді ITER.

Отынның радиоактивтілігінің жағдайы жақсырақ: тритий, бета сәулеленудің әлсіз көзі реакторда түзіледі. Бұл жағдайда реактордың дизайны жұмыс кезінде радиоактивті заттардың пайда болуындағы бірнеше кедергілерді қамтиды. Термоядролық реактордағы көптеген изотоптар үшін радиоактивті қалдықтардың жартылай шығарылу кезеңі шамамен 10 жыл, ал пайдаланылған ядролық отынның жеке компоненттері үшін бұл мәндер мыңдаған, тіпті миллиондаған жыл болуы мүмкін.

Тақырып бойынша: Американдық ғалымдардың үлгісі: АҚШ пен Ресей арасындағы ядролық соғыс қандай болады. ВИДЕО

Нөлден 63% -ға дейін

1985 жылы қарашада Женевада өткен кездесуде Америка Құрама Штаттары мен КСРО басшылары термоядролық энергияны бейбіт мақсатта бірлесіп зерттеу туралы келісімге келді - бұл жобаның бастамасы болды. Бір жылдан кейін бұл Еуроатом болды, КСРО, АҚШ және Жапония келісімге қол қойды.

ITER дизайны бойынша жұмыс 1988 жылы басталып, 2001 жылы түпкілікті нұсқасы бекітілгенге дейін жалғасты.

2003 жылы Қытай мен Оңтүстік Корея консорциумға ITER, ал 2005 жылы - Үндістанда жұмыс істеді. Содан кейін олар құрылыс үшін орынды таңдады: Францияның Прованс қаласындағы Сен-Пол-Ле-Дюренс ауданы, Кадарара ядролық энергиясын зерттеу орталығының жанында.

ITER құру туралы мемлекетаралық келісімге қатысушы елдердің министрлері 21 жылғы 2006 қарашада қол қойды, ал 2007 жылдың қазан айында ITER ұйымы реакторды салуға, пайдалануға және кейіннен бөлшектеуге жауапты заңды тұлға жұмысын бастады.

Сайт 2007 жылы дайындалып, 2010 жылы салына бастады. Сонымен қатар, қатысушы елдер ITER кешенінің элементтерімен жұмыс істей бастады: Үндістан жоба үшін криостат салуда, АҚШ орталық магниттік катушканы әзірлеп жатыр (ұшақтың тасымалдаушысын көтеру үшін жеткілікті күш), ЕО мен Корея вакуумдық камераны дайындауда, Қытай мен Ресей суперөткізгіштермен қамтамасыз етеді (100 км қажет болады) мұндай өткізгіштер), катушкалар мен әртүрлі электрлік бөліктердің бір бөлігі Жапония тороидальды өріс катушкасын дайындауда.

ITER ұйымы 2019 жылдың маусым айының аяғында жоба «63%-дан астам дайын болды» деп атап өтті. Ғимараттардың 70%-дан астамы салынып бітті, реактордың өзін алғашқы тетіктерін орнату жұмыстары басталды. Толық орнату кезеңі келесі жылы басталуы керек, өйткені барлық қажетті құрамдас бөліктер салынып, жеткізілді: мысалы, Қытай 23 қыркүйекте алғашқы 400 тонналық магниттік катушканы салды және ол желтоқсанға дейін ITER құрылыс алаңына жеткізіледі.

2018 жылғы желтоқсанда салынып жатқан ITER терморекторы. Сурет: Депозитфоталар

Күрделілігі мен қол жетімділігі тұрғысынан ITER ғасырдың көптеген ірі ғылыми-зерттеу жобаларынан, оның ішінде Үлкен Хадрон Коллайдерінен жоғары.

«Коллайдер - бұл протондар шоғыры жеделдетілген вакуумдық қондырғы; бұл қарапайым деңгейдегі тапсырма. ITER - бұл плазма физикасы, ал плазманың еркіндік дәрежесі сонша, тұрақсыздық көп, олардың барлығын шешу керек», - деді «Азаттық» радиосына ITER жобасының ресейлік агенттігінің басшысы Анатолий Красильников. – Бір уақытта ескеру қажет параметрлердің көптігі тұрғысынан, ITER, әрине, коллайдерге қарағанда әлдеқайда күрделі мәселе. ITER қымбатырақ».

Озық технологияларға негізделген мұндай күрделі халықаралық жоба шынымен қымбат. Егер бастапқыда жобаның бюджеті 5 миллиард еуроға бағаланса, онда 2017 жылға қарай ол 20 миллиард еуродан асып кетті: жалпы көрсеткішті есептеу қиын, өйткені үкіметтің өзі өндіретін жекелеген құрамдас бөліктерге шығындар деңгейін анықтайды. Жобаға қатысушылар ақша аудармайды, бірақ құрастырылған компоненттерді аударады. 2020-22 жылдары ITER үшін Ресей бюджетінде 11,8 млрд рубль (шамамен 180 млн доллар) бөлінді.

Тақырып бойынша: Басты құпия: американдықтың ядролық құпияны КСРО-ға қалай бергені және ол үшін төлемегені

ITER ғана емес

Багель-токамак - бұл ғылым қарастыратын жалғыз әдіс емес. Балама әдістер тек ірі мемлекеттік мекемелерде ғана емес, кіші стартаптарда да зерттелуде. Bloomberg агенттігінің хабарлауынша, қазір әлемде олардың жиырмадан астамы бар. Алайда, әзірге коммерциялық ауқымдағы ірі жетістіктер мен басқарылатын энергия өндірісі туралы мәселе әлі талқыланған жоқ.

Токамактың ең жақын аналогы - жұлдызды, сонымен қатар торус тәрізді, «пончик тәрізді» жүйе, ол өзінің барлық ұқсастықтарына қарамастан, плазмада ток ұстауды қажет етпейді. Мұндай қондырғының артықшылықтары мен кемшіліктері бар; қазіргі уақытта ең үлкен және ең табысты неміс Wendelstein 7-X. Неміс зерттеушілері ол бойынша бірқатар рекордтар орнатты, бірақ сипаттамалары мен ауқымы бойынша ол ITER-ден алыс.

MIT иммигранттары құрған Startup Commonwealth Fusion Systems компаниясы ITER-ге қарағанда әлдеқайда аз, арзан, бірақ аз тиімді, токамак реакторын - SPARC салуға уәде береді. Олар қалайша жетістікке жетеді? Ғалымдар жоғары температуралы соңғы өткізгіштерді пайдаланады деп үміттенеді және алдағы екі жылда шешімдерін көрсетпекші.

Басқа стандартты емес нұсқа - инерциялық шектеумен термоядролық синтез. Ол сутегі бомбасының жарылысы кезінде болатын процестерді имитациялай отырып, миниатюралық дейтерий жанармай капсуласын барлық жағынан «сығып», жылытатын лазерлерді пайдаланады. Бұл тәсілді қолданатын әлемдегі ең ірі ғылыми ұйым АҚШ-тағы Ұлттық тұтану қондырғысы болып табылады, мұнда осы мақсаттар үшін қуатты лазерлердің 193 сәулесі қолданылады.

2018 жылғы желтоқсанда салынып жатқан ITER терморекторы. Сурет: Депозитфоталар

Неге және қашан?

Сыншылар термоядролық синтез тым қымбат және коммерциялық тұрғыдан тиімсіз деп санайды және олар, мысалы, жаңартылатын энергияға инвестиция салуға шақырады. ITER оның маңыздылығын жоққа шығармайды, бірақ генерацияның тұрақты деңгейімен (айталық, шуақты күндердің санына немесе желдің күшіне байланысты емес) жаңа таза энергия көздерін құру маңызды міндет болып қала беретінін атап көрсетеді. Термоядролық энергия жаңартылатын энергияны алмастырмайды, бірақ онымен бірге дәстүрлі «лас» энергия көздеріне одан да жақсы балама болады, деп санайды ITER.

Жалғыз сұрақ - бұл қашан болады. Бірінші ұшыру 2025 жылдың желтоқсанында жоспарланған («ең жақсы техникалық қол жеткізуге болатын күн») сутегі, одан кейін гелий, дейтерий қосылады, соңында дейтерий-тритийде толыққанды операция 2035 жылы жоспарлануда: содан кейін ғана мүмкін болады. он есе қуаттылыққа қол жеткізу. Жобаның аяқталу мерзімі әлдеқашан кейінге шегерілді және оның күрделілігін ескере отырып, бұдан әрі кешігулердің болмауы екіталай. Сонымен қатар, барлық әрекеттерге қарамастан, технология дамуының қазіргі кезеңінде термоядролық синтез өнеркәсіптік пайдалану үшін тым қымбат болуы мүмкін.

Скептиктер «біріктіру – болашақ энергиясының көзі және әрқашан солай болып қала береді» деп мысқылмен айтады. Бірнеше жылдан кейін адамзат скептиктердің жалындылығын суытып немесе өз ұстанымдарын тағы да нығайта алады.

Тақырыптың күрделілігін ескере отырып, мұндай жобалардың мерзіміне кепілдік беруге ешкімнің дайын болуы екіталай. Сала бастаушыларының бірі, кеңес академигі Лев Арцимович термоядролық энергия қашан пайда болады деген сұраққа: «Ол адамзат үшін шынымен қажет болған кезде» деп қарапайым жауап берді.

Форум күнін де оқыңыз:

Адамзат жаппай құрып кетуге қауіп төндіреді: адамдар Жер үшін ең үлкен апатқа айналды

«Чернобыль» сериясы Эмми сыйлығының салтанаты болды. ВИДЕО

Американдық ғалымдардың үлгісі: АҚШ пен Ресей арасындағы ядролық соғыс қандай болады. ВИДЕО

Құрама Штаттардағы ең жұмбақ құпия база: ол жерде шынымен не болады

Сіз АҚШ-тағы өмір және Америкаға иммиграция туралы маңызды және қызықты жаңалықтарды алғыңыз келе ме? — бізді қолда садақа бер! Сондай-ақ біздің парақшаға жазылыңыз Facebook. «Дисплейдегі басымдық» опциясын таңдап, алдымен бізді оқыңыз. Сондай-ақ, біздің сайтқа жазылуды ұмытпаңыз Telegram каналы  мен Instagram- Онда қызық көп. Және мыңдаған оқырмандарға қосылыңыз ФорумДүниежүзілік Нью-Йорк — онда сіз мегаполистің өмірі туралы көптеген қызықты және жағымды ақпаратты таба аласыз.