Штучне сонце: США і Росія будують унікальний термоядерний реактор

У дослідному центрі Кадараш на півдні Франції, за 65 км від Марселя, почалося будівництво першого у світі експериментального термоядерного реактора ІТЕР. Церемонію відкриття розпочав президент Еммануель Макрон – під музику з кіносаги «Зоряні війни», пише ВВС.

Фото: кадр відео YouTube / iterorganization

Як зазначає Вікіпедія, назва ITER (ІТЕР) спочатку було абревіатурою від англійського International Thermonuclear Experimental Reactor (Міжнародний термоядерний експериментальний реактор); в даний час назва пов'язується з латинським словом iter - шлях.

Вчені всерйоз називають ІТЕР штучним сонцем. У вакуумній камері розміром з 10-поверховий будинок — 30 метрів заввишки і стільки ж у діаметрі — планується у промисловому масштабі відтворити процес термоядерного синтезу, який живить енергією нашу зірку.

Росія не тільки один з основних партнерів цього амбітного наукового проекту, але і його найстарший учасник. Сама ідея термоядерного реактора, яку зараз намагаються реалізувати без перебільшення всім світом, належить радянським ученим з Інституту атомної енергії ім. Курчатова.

Теоретично термоядерний синтез — невичерпне джерело енергії. Лише кількох грамів водневого палива достатньо, щоб забезпечити теплом та електрикою тисячі будинків, а «брикет» розміром з ананас може замінити 10 тисяч тонн вугілля.

Тільки на відміну від традиційних теплових чи атомних електростанцій, термоядерний реактор не забруднює атмосферу викидами парникових газів і не залишає токсичних радіоактивних відходів.

«Ми надихалися Всесвітом та зірками, де термоядерний синтез створює енергію на мільярди років уперед», — заявив генеральний директор ІТЕР Бернар Біго.

Учасники проекту наголошують: ІТЕР — експериментальний реактор. Це не термоядерна електростанція, а майданчик для безпрецедентного фізичного експерименту.

Однак, якщо все піде за наміченим планом, цей експеримент визначить майбутнє всієї енергетики на планеті.

«ІТЕР - абсолютно приголомшливий науковий проект. Він об'єднав увесь світ для створення чистого та відновлюваного джерела енергії – енергії майбутнього, – заявив Бі-бі-сі голова британського агентства атомної енергетики Ієн Чапман. — Це можливість продемонструвати усьому світу, що реакція термоядерного синтезу можлива і на Землі».

За темою: 35 країн будують найбільший в світі термоядерний реактор: навіщо це потрібно. ФОТО

Супутник, ікра, горілка, токамак

ІТЕР — наймасштабніше наукове будівництво в історії людства. В експерименті беруть участь 35 країн, серед яких Індія, Китай, Росія, США, Південна Корея, Японія та країни ЄС (плюс Велика Британія та Швейцарія) – це 80% усієї світової економіки та більше половини населення планети.

При цьому всі країни-учасниці визнають, що авторство ідеї термоядерного реактора належить Росії. Саме слово "токамак" (саме так називається тип реакторної установки) - це російська абревіатура: тороїдальна камера з магнітними котушками.

«Токамак — це такий бублик із плазми, яким тече струм, — пояснює Бі-бі-сі голова російського агентства ІТЕР Анатолій Красильников. — Це одне із тих слів, які весь світ вивчив завдяки радянським, російським вченим. "Супутник", "ікра", "горілка", "токамак" - ці слова без перекладу зрозуміє будь-який іноземець».

Фото: кадр відео YouTube / iterorganization

Красильников займається термоядерним синтезом (або, як називають його фахівці, термоядом) вже більше 40 років. У 1981 році він закінчив МФТІ і прийшов на роботу в Курчатовський інститут. А в 1985-му було підписано історичну угоду між США і СРСР про спільне будівництво токамака.

«Горбачов із Рейганом домовилися разом будувати реактор як приклад того, що дві великі держави можуть не лише воювати одна проти одної в холодній війні, а й щось робити разом, реалізовувати якісь спільні наукові проекти, — згадує Красильников. — А невдовзі до нас приєдналися Японія та Євросоюз».

Після закінчення холодної війни США в односторонньому порядку вийшли з угоди — зважаючи на те, що без американського фінансування проект доведеться згорнути. Однак партнери, що залишилися, продовжили роботу — більше того, до розробки токамака підключилися Індія, Китай і Південна Корея. У Вашингтоні, здається, зрозуміли, що прорахувалися.

«Тоді Штати попросилися назад, і, здається, 2004 року їх прийняли назад, — розповів голова російського агентства ІТЕР. — Тож якщо вони й зараз вийдуть — нічого страшного. Проект визначається не ними, і не вони роблять ключовий внесок».

Після того як майданчиком для будівництва реактора затвердили французький Кадараш, основний обсяг фінансування (45%) взяв на себе Євросоюз. Решту витрат країни-учасниці, в тому числі Росія і США, ділять порівну.

За темою: Космічні супутники СРСР запускали з ядерним реактором на борту: один з них впав в Канаді

"Це Сонце на Землі"

Паливом у токамаку служать два різновиди водню (їх називають ізотопи) - дейтерій і тритій. На відміну від нафти, газу та уранової руди, запаси й того й іншого практично не обмежені: один у промислових масштабах видобувається із води Світового океану, інший — із літію, внаслідок досить нескладної реакції.

У світі створено сотні токамаків, але ІТЕР – перший реактор, де термоядерний синтез планується підтримувати за рахунок ланцюгової реакції горіння самої плазми. Для цього потрібно «лише» розігріти водень до декількох мільйонів градусів і якимось чином утримати його, не давши розпеченій плазмі розлетітися.

«Це Сонце на Землі, тільки з температурою у 10 разів вищою, — пояснює Красильников. — Але Сонце — це величезна куля, вона сама себе утримує за рахунок гравітації, а ми використовуємо для цього магнітне поле. Розплавити його неможливо — виходить магнітна стінка, і в цьому унікальність радянського винаходу».

Як це працює:

• у порожнє кільце токамака впорскується кілька грамів дейтерію та тритію — ізотопів водню;
• водень нагрівається до температури кілька мільйонів градусів, перетворюючись на плазму — іонізований газ, у якому електрони відірвані від ядер атомів;
• магнітне поле, яке забезпечується сверхпроводящими магнітами загальною вагою в 10 тисяч тонн, утримує плазму і надає їй форму;
• коли температура досягає приблизно 150 мільйонів градусів (це в 10 разів гарячіше, ніж на Сонце), починається термоядерна реакція;
• атоми дейтерію і тритію зливаються, утворюючи один атом гелію-4 і один нейтрон, що володіє величезною енергією (близько 3,5 МеВ);
• нейтрони залишають магнітну пастку, і за рахунок своєї кінетичної енергії нагрівають воду в стінках токамака;
• вода перетворюється в пар, який крутить турбіни.

Але головна відмінність, за словами вчених, — це абсолютна безпека термоядерного реактора, оскільки там просто нема чого вибухати.

«У разі аварії наш бублик просто згасне, і його доведеться запалювати наново, — запевняє Красильников. - Температура плазми в ІТЕР - близько 200-300 млн градусів. Якщо навіть станеться так, що магнітне поле не витримає і плазма виплеснеться на стінку реактора, температура одразу впаде на порядок — і реакція просто припиниться».

Фото: кадр відео YouTube / iterorganization

«Все, що тільки натворило людство»

Всі експерти сходяться в тому, що здійснити грандіозний проект поодинці було б не під силу жодній країні світу. І справа навіть не в грошах, а в унікальних ноу-хау, розроблених вченими в рамках міжнародного співробітництва.

«По суті, це клуб технологічно розвинених країн, кожна з яких принесла в проект свою технологію, — запевняє Красильников. — Ми придумали токамак, хтось придумав першу стінку, хтось — метод додаткового нагріву, хтось — найкращі інжектори, а хтось — надпровідники… ІТЕР об'єднав на своєму майданчику все, що тільки натворило людство».

Наприклад, магнітні котушки реактора. Кожна з них розміром з чотириповерховий будинок і вагою 360 тонн. Для створення надпровідності магніти охолоджені рідким гелієм до -269 градусів за Цельсієм.

13-метровий центральний соленоїд важить 1000 тонн і створює магнітне поле такої сили, що його вистачить, щоб підняти в повітря авіаносець.

Більшість систем створено у співпраці одразу з кількома партнерами. Наприклад, одна з деталей, зібраних у вівторок, створена в рамках відповідальності Росії, тобто розроблена російськими вченими в Петербурзі (НДІ електрофізичної апаратури ім. Єфремова), але збирали її контрактники в Німеччині.

За угодою про партнерство, все держави-члени ІТЕР мають рівні права на використання токамака і всіх використаних при його будівництві технологій. Вийшовши з проекту, будь-яка країна-учасниця ризикує опинитися в науковій ізоляції.

Втім, виходити ніхто й не збирається. За словами учасників проекту, ІТЕР — це ще й унікальний соціальний експеримент: коли люди з різних культур, з різною ментальністю працюють разом, вони вчаться одне в одного і розуміють, як спілкуватися один з одним — а це не менш важливо, ніж все інше.

«У політичному сенсі наші країни, напевно, переживатимуть і потепління, і похолодання відносин, — припускає Красильников. — Але ІТЕР буде, як криголам, йти вперед».

Читайте також на ForumDaily:

'Несе загрозу миру': чому Ілон Маск б'є на сполох через розвиток штучного інтелекту

Найстрашніше коронавируса: мільйонам людей в найбідніших країнах загрожує голодна смерть

Допоможе освоїти Місяць і Марс: цвіль з Чорнобиля може захистити астронавтів від радіації

Пентагон звинуватив Росію в випробуваннях зброї в космосі

Хочете більше важливих та цікавих новин про життя в США та імміграцію до Америки? - Підтримайте нас донатом! А ще підписуйтесь на нашу сторінку в Facebook. Вибирайте опцію «Пріоритет у показі» і читайте нас першими. Крім того, не забудьте оформити передплату на наш канал у Telegram  і в Instagram- там багато цікавого. І приєднуйтесь до тисяч читачів ForumDaily Нью-Йорк — там на вас чекає маса цікавої та позитивної інформації про життя в мегаполісі.