CADARASH (Prantsusmaa), 25. mai - RIA Novosti, Victoria Ivanova. Lõuna-Prantsusmaa seostatakse tavaliselt puhkusega Cote d'Azuril, lavendlipõldude ja Cannes'i festivaliga, kuid mitte teadusega, kuigi Marseille lähedal on juba mitu aastat kestnud "sajandi ehitus" - rahvusvaheline termotuumaeksperimentaal. Cadarache'i uurimiskeskuse lähedale ehitatakse reaktorit (ITER).

RIA Novosti korrespondent sai teada, kuidas edeneb maailma suurim unikaalse installatsiooni ehitus ja millised inimesed ehitavad "Päikese prototüüpi", mis on võimeline tootma 7 miljardit kilovatt-tundi energiat aastas.

Esialgu nimetati rahvusvahelise termotuumakatsereaktori projektiks ITER, mis on lühend sõnadest International Thermonuclear Experimental Reactor. Hiljem sai nimi aga ilusama tõlgenduse: projekti nime seletatakse ladinakeelse sõna iter - "tee" tõlkega ning mõned riigid hakkasid sõna "reaktor" mainimisest ettevaatlikult eemalduma, nii et mitte tekitada kodanike teadvuses assotsiatsioone ohu ja kiirgusega.

Uut reaktorit ehitab kogu maailm. Tänaseks osalevad projektis Venemaa, India, Jaapan, Hiina, Lõuna-Korea ja USA ning Euroopa Liit. Eurooplased, kes tegutsevad ühtse rühmana, vastutavad 46% projekti elluviimise eest, kumbki teine ​​osalev riik võttis 9%.

Vastastikuste arvelduste süsteemi lihtsustamiseks leiutati organisatsiooni sees spetsiaalne valuuta - ITERi arvestusühik - IUA. Kõik osalejate poolt komponentide tarnimise lepingud sõlmitakse nendes üksustes. Seega muutus ehituse tulemus sõltumatuks rahvusvaluutade vahetuskursside kõikumisest ja osade tootmiskuludest igas konkreetses riigis.

Nende investeeringute eest, mida ei väljendata rahas, vaid tulevase käitise komponentides, saavad osalejad täieliku juurdepääsu kogu ITERiga seotud tehnoloogiatele. Nii ehitatakse nüüd Prantsusmaal "Rahvusvahelist termotuumareaktori loomise kooli".

"Päikesesüsteemi kuumim asi"

Ajakirjanikud ja ITERi töötajad ise võrdlevad projekti Päikesega nii sageli, et on üsna raske leida mõnda muud ühendust termotuumapaigaldise jaoks. Rahvusvahelise organisatsiooni ITERi ühe osakonna juht Mario Merola võis, nimetades reaktorit "kõige kuumemaks asjaks meie päikesesüsteemis".

"Temperatuur seadme sees on umbes 150 miljonit kraadi Celsiuse järgi, mis on 10 korda kõrgem kui Päikese tuuma temperatuur. Installatsiooni magnetväli on umbes 200 tuhat korda suurem kui Maa enda oma," räägib Mario projekti kohta.

ITER põhineb tokamakkide süsteemil – toroidaalsetel kambritel magnetpoolidega. Kõrgtemperatuurse plasma magnetvangistuse idee töötati välja ja rakendati maailmas esimest korda tehnoloogiliselt eelmise sajandi keskel Kurtšatovi Instituudis. Venemaa, kes seisis projekti alguses, toodab muude komponentide hulgas käitise üht olulisemat osa, "ITERi südant" - ülijuhtivat magnetsüsteemi. See koosneb erinevat tüüpi kümneid tuhandeid spetsiaalse nanostruktuuriga filamente sisaldavad ülijuhid.

Sellise suuremahulise süsteemi loomiseks on vaja sadu tonne selliseid ülijuhte. Kuus seitsmest osalevast riigist tegelevad nende valmistamisega. Nende hulgas on Venemaa, kes tarnib nioobium-titaani ja nioobium-tina sulamitel põhinevaid ülijuhte, mis osutusid maailma parimateks. Neid materjale toodavad Venemaal Rosatomi ettevõtted ja Kurtšatovi instituut.

© Foto: ITERi organisatsiooni loal

© Foto: ITERi organisatsiooni loal

Liigeste raskused

Oma kohustusi õigeaegselt täites said Venemaa ja Hiina aga tahtmatult teiste projektis osalejate pantvangideks, kellel ei ole alati aega oma osa tööst õigeks ajaks lõpetada. ITERi projekti eripära seisneb kõigi osapoolte tihedas suhtluses ja seetõttu viib ühe riigi mahajäämus selleni, et kogu projekt hakkab “libisema”.

Olukorra parandamiseks otsustas ITERi organisatsiooni uus juht Bernard Bigot muuta projekti ajakava. Ajakava uus versioon – eeldatavasti realistlikum – esitatakse novembris.

Samas ei välistanud Bigo ka tööde ümberjaotamist osalejate vahel.

"Mul oleks hea meel, kui viivitusi üldse ei oleks. Kuid pean tunnistama, et mõnes valdkonnas on meie globaalse projekti elluviimine olnud raskustes. Olen avatud kõikidele lahendustele peale ITERi võimsuste vähendamise. Ma ei näe tööde ümberjagamises midagi halb, aga seda teemat tuleb tõsiselt arutada,» ütles organisatsiooni peadirektor.

Bigot märkis, et ITERi loomise kallal töötavad sajad ettevõtted ja organisatsioonid seitsmest osalevast riigist. "Ei saa lihtsalt näpuga lüüa ja plaani ellu viia. Kõik arvasid, et tänu heale usule ja headele kavatsustele on tähtaegadest lihtne kinni pidada. Nüüd mõistsid nad, et ilma range juhtimiseta ei tule sellest midagi välja," rõhutas Bigot.

Tema sõnul on ITERi ehitamise raskused tingitud osalevate riikide kultuuride erinevusest ning sellest, et varem maailmas sarnased projektid Seetõttu ei nõua paljud esmakordselt toodetud mehhanismid ja paigaldised täiendavat kontrollimist ja sertifitseerimist reguleerivate asutuste poolt, mis võtab lisaaega.

Üks Bigoti pakutud "range juhtimise" meetmetest on teise juhtorgani loomine, kuhu kuuluksid riiklike agentuuride direktorid ja peadirektor. Selle organi otsused on siduvad kõigile projektis osalejatele – Bigot loodab, et see ergutab suhtlusprotsessi.

© Foto

"Sajandi ehitus"

Vahepeal on ITERi territooriumil täies hoos tohutu ehitusplats. Objekti "süda" - tokamak ise ja teenindusruumid - asuvad saidil, mille mõõtmed on kilomeeter korda 400 meetrit.

Reaktori jaoks kaevasid nad 20 meetri sügavuse süvendi, mille põhja tuuakse peegelsiledat asfalti mööda armatuur ja muud selles etapis vajalikud komponendid. Esiteks monteeritakse seinasegmendid horisontaalselt, ühendades metallkonstruktsioonid spetsiaalsete plaatidega. Seejärel pannakse need nelja ehituskraana abil lõpuks õigesse asendisse.

Möödub mitu aastat ja saiti ei tunta ära. Platvormi tohutu augu asemel kerkib selle kohale umbes Suure Teatri suurune koloss – umbes 40 meetri kõrgune.

Kusagil objektil pole ehitus veel alanud - ja seetõttu ei saa teised riigid täpselt arvutada termotuumareaktori komponentide tarneaega, kuid kuskil on see juba lõppenud. Eelkõige on töövalmis ITERi peakorter, magnetsüsteemi poloidsete mähiste mähis, elektrialajaam ja mitmed teised abihooned.

"Õnn on pidevas tundmatuse tundmises"

Selle aja jooksul, mil teaduslik töö pole kõikjal populaarne ja austatud, ITER on oma platvormile koondanud 500 teadlast, inseneri ja paljude teiste erialade esindajat erinevad riigid. Need spetsialistid on tõelised unistajad ja pühendunud inimesed, nagu ka Strugatskid "võtsid omaks tööhüpoteesi, et õnn seisneb pidevas tundmatuse tundmises ja elu mõtte selles".

Kuid projekti töötajate elamistingimused erinevad põhimõtteliselt nendest, mis olid NIICHAVO - Nõiduse ja võlukunsti uurimisinstituudis -, kus töötasid nõukogude ulmekirjanike loo "Esmaspäev algab laupäeval" kangelased. ITERi territooriumil ei ole välismaalastele mõeldud hosteleid - nad kõik üürivad eluasemeid lähedal asuvates külades ja linnades.

Ühes juba ehitatud hoones on lisaks tööruumidele ka hiiglaslik söögituba, kus väga tagasihoidliku summa eest saavad projektitöötajad näksida või rammusat lõunat süüa. Menüüs on alati toidud. rahvusköögid, olgu selleks siis Jaapani nuudlid või Itaalia minestrone.

Söögitoa sissepääsu juures on teadetetahvel. Sellel - korterite ja "klasside" ühise üürimise pakkumised prantsuse keel, kvaliteetne ja odav." Silma paistab valge leht – "Cadarache'i koor värbab osalejaid. Tulge ITERi peahoonesse." Lisaks koorile, mille moodustamine pole veel lõppenud, organiseerisid projekti töötajad ka oma orkestri. Mängib ka venelane Jevgeni Veštšev, kes on juba mitu aastat Cadarache'is töötanud. saksofon.

tee päikese poole

"Kuidas me siin elame? Töötame, teeme proove, mängime. Vahel käime merel ja mägedes, see pole kaugel," ütleb Jevgeni. "Muidugi, ma igatsen Venemaad, ma olen temast huvitatud. Aga see on pole minu esimene pikk välisreis, olen harjunud.

Evgeniy on füüsik ja osaleb projekti diagnostikasüsteemide integreerimises.

"Tudengipõlvest peale on mind inspireerinud ITER projekt, ees ootavad võimalused ja väljavaated, tekkis tunne, et selle taga on tulevik. Samas oli minu tee siia, nagu paljudel teistelgi, okkaline. Pärast kooli lõpetamist Ma ei olnud rahaga eriti osav, ma "Mõtlesin isegi teaduse äritegevusest lahkumisest, millegi oma avamisest. Aga läksin ärireisile, siis teisele. Nii et kümme aastat pärast seda, kui ma esimest korda ITERist kuulsin, sattusin Prantsusmaal projektis," räägib füüsik.

Vene teadlase sõnul on "igal töötajal oma lugu projekti sattumisest." Olgu selle järgijate "teed Päikese poole" millised tahes, isegi pärast lühimat vestlust kellegagi neist selgub, et siin töötavad nende töö fännid.

Näiteks ameeriklane Mark Henderson on ITERi plasmakütte spetsialist. Kohtumisel tuli ta - lühikarvaline, kuiv, prillidega - ettevõtte ühe asutaja "imago" Steve'i Apple Töökohad. Must särk, pleekinud teksad, tossud. Selgus, et Hendersoni ja Jobsi omapärane lähedus ei piirdu ainult välise sarnasusega: mõlemad on unistajad, keda inspireerib idee oma leiutisega maailma muuta.

"Meie, inimkond, sõltume üha enam ressurssidest ja teeme ainult seda, mida me neid tarbime. Kas meie kollektiivne meel on samaväärne pärmikausi kollektiivse meelega? Peame mõtlema järgmistele põlvkondadele. Peame uuesti unistama hakkama," Henderson on veendunud.

Ja nad mõtlevad, unistavad, viivad ellu kõige uskumatumaid ja fantastilisemaid ideid. Ja ükski välispoliitiline päevakord ei saa teadlaste tööd segada: erimeelsused lõpevad varem või hiljem ning termotuumareaktsiooni tulemusel saadud soojus soojendab kõiki mandrist ja riigist olenemata.

laserid,

Me ütleme, et paneme päikese kasti. Idee on ilus. Probleem on selles, et me ei tea, kuidas kasti teha.

Pierre-Gilles de Gennes
Prantsuse Nobeli preemia laureaat

Kõik elektroonikaseadmed ja masinad vajavad energiat ja inimkond kulutab seda palju. Kuid fossiilkütused hakkavad otsa saama ja alternatiivne energia ei ole ikka veel piisavalt tõhus.
Energia saamiseks on olemas viis, mis sobib ideaalselt kõikidele nõuetele – fusioon. Termotuumareaktsioon (vesiniku muundamine heeliumiks ja energia vabanemine) toimub päikese käes pidevalt ja see protsess annab planeedile energia kujul päikesekiired. Peate seda lihtsalt Maal simuleerima, väiksemas mahus. Piisavalt, et pakkuda kõrgsurve ja väga kõrge temperatuur (10 korda kõrgem kui Päikesel) ning termotuumasünteesi reaktsioon käivitub. Selliste tingimuste loomiseks on vaja ehitada termotuumareaktor. See kasutab rohkem maakera ressursse, on turvalisem ja võimsam kui tavalised tuumaelektrijaamad. Üle 40 aasta on seda üritatud ehitada ja tehtud katseid. AT viimased aastadühel prototüübil õnnestus isegi rohkem energiat saada, kui kulus. Selle valdkonna kõige ambitsioonikamad projektid on toodud allpool:

Riiklikud projektid

Enamik avalikkuse tähelepanu viimastel aegadel läheb termotuumareaktori teistsugusele konstruktsioonile - Wendelstein 7-X stellaraatorile (stellaraator on oma sisestruktuurilt keerulisem kui ITER, mis on tokamak). Olles kulutanud veidi üle 1 miljardi dollari, ehitasid Saksa teadlased 2015. aastaks 9 aastaga reaktori vähendatud näidismudeli. Kui ta näitab toredaid tulemusi ehitatakse suurem versioon.

Prantsusmaal asuv MegaJoule Laser saab olema maailma võimsaim laser ja sellega püütakse arendada laserite kasutamisel põhinevat termotuumasünteesi reaktori ehitamise meetodit. Prantsusmaa installatsiooni kasutuselevõtt on oodata 2018. aastal.

NIF (National ignition facilities) ehitati USA-s 12 aasta ja 4 miljardi dollari eest aastaks 2012. Nad lootsid tehnoloogiat katsetada ja seejärel kohe reaktorit ehitada, kuid selgus, et Vikipeedia andmetel on vaja teha märkimisväärset tööd, kui süsteem peaks kunagi süttima. Selle tulemusena tühistati suurejoonelised plaanid ja teadlased hakkasid laserit järk-järgult täiustama. Viimaseks väljakutseks on tõsta energiaülekande efektiivsus 7%-lt 15%-le. Vastasel juhul võib selle sünteesi saavutamise meetodi Kongressi rahastamine lõppeda.

2015. aasta lõpus algas Sarovis maailma võimsaima laserrajatise hoone ehitus. See saab olema võimsam kui praegune ameeriklane ja tulevane prantslane ning võimaldab läbi viia reaktori "laser" versiooni ehitamiseks vajalikke katseid. Ehituse lõpp 2020.

USA-s asuvat laser-MagLIF-i termotuumasünteesi saavutamise meetodite seas tunnustatakse tumeda hobusena. Viimasel ajal on see meetod toiminud oodatust paremini, kuid võimsust tuleb siiski 1000 korda suurendada. Nüüd uuendatakse laserit ja 2018. aastaks loodavad teadlased saada sama palju energiat, kui nad kulutasid. Edu korral ehitatakse suurem versioon.

Venemaa INP-s viidi järjekindlalt läbi katseid "avatud lõksude" meetodil, millest USA loobus 90ndatel. Selle tulemusena saadi näitajad, mida peeti selle meetodi puhul võimatuks. INP teadlased usuvad, et nende paigaldus on praegu sakslaste Wendelstein 7-X tasemel (Q=0,1), kuid odavam. Nüüd ehitavad nad 3 miljardi rubla eest uut käitist

Kurtšatovi instituudi juht tuletab pidevalt meelde plaane ehitada Venemaale väike termotuumareaktor - Ignitor. Plaani järgi peaks see olema sama tõhus kui ITER, kuigi vähem. Selle ehitamine oleks pidanud algama 3 aastat tagasi, kuid selline olukord on tüüpiline suurte teadusprojektide jaoks.

Hiina EAST tokamak suutis 2016. aasta alguses saada 50 miljoni kraadise temperatuuri ja hoida seda 102 sekundit. Enne tohutute reaktorite ja laserite ehitamist olid kõik termotuumasünteesi uudised sellised. Võib arvata, et see on vaid teadlastevaheline võistlus – kes suudab järjest kõrgemat temperatuuri kauem hoida. Mida kõrgem on plasma temperatuur ja mida kauem on võimalik seda hoida, seda lähemal oleme termotuumasünteesi reaktsiooni algusele. Selliseid installatsioone on maailmas kümneid, ehitatakse veel mitu () (), et peagi lüüakse Ida rekord. Sisuliselt testivad need väikesed reaktorid lihtsalt seadmeid enne ITERisse saatmist.

Lockheed Martin teatas 2015. aastal läbimurdest termotuumaenergia vallas, mis võimaldab neil ehitada väikese ja mobiilse termotuumasünteesi reaktori 10 aastaga. Arvestades, et isegi väga suuri ja üldse mitte mobiilseid kommertsreaktoreid oli oodata mitte varem kui 2040. aastal, suhtuti korporatsiooni avaldusse skeptiliselt. Kuid ettevõttel on palju ressursse, nii et kes teab. Prototüüpi on oodata 2020. aastal.

Populaarsel Silicon Valley idufirmal Helion Energyl on tuumasünteesi saavutamiseks oma ainulaadne plaan. Ettevõte on kogunud üle 10 miljoni dollari ja loodab saada prototüübi 2019. aastaks.

Shadowy start-up Tri Alpha Energy on hiljuti saavutanud muljetavaldavaid tulemusi oma termotuumasünteesimeetodi edendamisel (teoreetikud on välja töötanud üle 100 teoreetilise viisi termotuumasünteesi saavutamiseks, tokamak on lihtsalt kõige lihtsam ja populaarseim). Ettevõte on kaasanud ka üle 100 miljoni dollari investorite vahendeid.

Kanada idufirma General Fusion reaktoriprojekt erineb veelgi rohkem teistest, kuid arendajad on selles kindlad ja on kogunud 10 aastaga üle 100 miljoni dollari, et 2020. aastaks reaktor ehitada.

Startup Ühendkuningriigist – 2014. aastal loodud ettevõttel First light on kõige juurdepääsetavam sait ja ta teatas kavast kasutada uusimaid teaduslikke andmeid termotuumasünteesi odavamaks hankimiseks.

MIT-i teadlased kirjutasid artikli, milles kirjeldati kompaktset termotuumasünteesireaktorit. Nad toetuvad uutele tehnoloogiatele, mis ilmusid pärast hiiglaslike tokamakide ehitamise algust, ja lubavad projektiga lõpule viia 10 aastaga. Kas neile antakse roheline tuli ehituse alustamiseks, pole veel teada. Isegi kui see heaks kiidetakse, on artikkel ajakirjas veelgi enam varajases staadiumis kui startup

Termotuuma on ühisrahastamiseks võib-olla kõige vähem sobiv tööstusharu. Kuid just tema abiga ja ka NASA rahastamisega kavatseb Lawrenceville Plasma Physics ehitada oma reaktori prototüübi. Kõigist käimasolevatest projektidest sarnaneb see kõige rohkem pettusega, kuid kes teab, ehk toovad need sellesse suurejoonelisse töösse midagi kasulikku.

ITER saab olema vaid prototüüp täisväärtusliku DEMO rajatise – esimese kaubandusliku termotuumasünteesi reaktori – ehitamiseks. Selle käivitamine on nüüd kavandatud 2044. aastaks ja see on endiselt optimistlik prognoos.

Kuid plaanid on olemas järgmine etapp. Hübriidne termotuumareaktor saab energiat nii aatomi lagunemisel (nagu tavaline tuumaelektrijaam) kui ka termotuumasünteesist. Selles konfiguratsioonis võib energiat olla 10 korda rohkem, kuid ohutus on madalam. Hiina loodab prototüübi valmis ehitada 2030. aastaks, kuid ekspertide sõnul on see nagu proovimine hübriidautosid kokku panna enne sisepõlemismootori leiutamist.

Tulemus

Inimestest, kes on valmis tooma maailma uut energiaallikat, ei puudu. Suurimad võimalused on ITER projekt, arvestades selle ulatust ja rahastamist, kuid allahindlust ei tohiks jätta ka muudele meetoditele, aga ka eraprojektidele. Teadlased on aastakümneid töötanud termotuumasünteesi reaktsiooni käivitamise nimel, kuid ilma suurema eduta. Kuid nüüd on termotuumareaktsiooni saavutamiseks rohkem projekte kui kunagi varem. Isegi kui igaüks neist ebaõnnestub, tehakse uusi katseid. On ebatõenäoline, et me puhkame seni, kuni süütame siin Maal Päikese miniatuurse versiooni.

Sildid:

• termotuumasünteesi reaktor
• energiat
• tulevased projektid

Lisa märksõnu

Termotuumaelektrijaam.

Praegu tegelevad teadlased termotuumaelektrijaama loomisega, mille eeliseks on inimkonna varustamine elektriga piiramatuks ajaks. Termotuumaelektrijaam töötab termotuumasünteesi baasil - raskete vesiniku isotoopide ühinemisreaktsioonil heeliumi moodustumisega ja energia vabanemisega. Termotuumareaktsiooni käigus ei teki gaasilisi ja vedelaid radioaktiivseid jäätmeid, samuti ei teki plutooniumi, mida kasutatakse tuumarelvade valmistamiseks. Kui võtta arvesse ka seda, et termotuumajaamade kütuseks on raske vesiniku isotoop deuteerium, mida saadakse tavalisest veest – pool liitrit vett sisaldab tuumasünteesienergiat, mis on samaväärne bensiinitünni põletamisel saadava energiaga –, siis on eelised: ilmnevad termotuumareaktsioonidel põhinevad elektrijaamad .

Termotuumareaktsiooni käigus vabaneb energia, kui kerged aatomid ühinevad ja muudavad need raskemateks. Selle saavutamiseks on vaja gaas kuumutada temperatuurini üle 100 miljoni kraadi – palju kõrgem kui temperatuur Päikese keskpunktis.

Sellel temperatuuril muutub gaas plasmaks. Samal ajal ühinevad vesiniku isotoopide aatomid, muutudes heeliumi aatomiteks ja neutroniteks ning vabastades suurel hulgal energiat. Sellel põhimõttel töötav kaubanduslik elektrijaam kasutaks neutronite energiat, mida modereerib tiheda aine (liitiumi) kiht.

Tuumaelektrijaamaga võrreldes jätab termotuumasünteesi reaktor palju vähem radioaktiivseid jäätmeid.

Rahvusvaheline termotuumareaktor ITER

Maailma esimese termotuumasünteesi reaktori ITER ehitamise rahvusvahelise konsortsiumi liikmed allkirjastasid Brüsselis lepingu, mis käivitab projekti praktilise elluviimise.

Euroopa Liidu, USA, Jaapani, Hiina, Lõuna-Korea ja Venemaa esindajad kavatsevad katsereaktori ehitust alustada 2007. aastal ning viia see lõpule kaheksa aasta jooksul. Kui kõik läheb plaanipäraselt, võiks aastaks 2040 rajada uuel põhimõttel töötava näidiselektrijaam.

Tahaks uskuda, et keskkonnaohtlike hüdroelektrijaamade ja tuumaelektrijaamade ajastu saab peagi läbi ning saabub aeg uuele elektrijaamale - termotuumaelektrijaamale, mille projekt juba käib. Kuid hoolimata asjaolust, et ITERi projekt (rahvusvaheline termotuumareaktor) on peaaegu valmis; hoolimata asjaolust, et juba esimestel töötavatel eksperimentaalsetel termotuumareaktoritel saadi võimsus üle 10 MW - esimese taseme tuumaelektrijaamad, hakkab esimene termotuumaelektrijaam tööle mitte varem kui kahekümne aasta pärast, sest selle maksumus on väga kõrge. Tööde maksumuseks hinnatakse 10 miljardit eurot – tegemist on kalleima rahvusvahelise elektrijaama projektiga. Poole reaktori ehitamise maksumusest katab Euroopa Liit. Teised konsortsiumi liikmed eraldavad 10% eelarvest.

Nüüd peavad konsortsiumis osalevate riikide parlamendisaadikud ratifitseerima reaktori rajamise plaani, millest saab pärast seda kalleim ühisteaduslik projekt.

Reaktor ehitatakse lõunasse Prantsuse provints Provence, Cadarache'i linna naabruses, kus asub Prantsusmaa tuumauuringute keskus.

Rahvusvahelist eksperimentaalset termotuumareaktorit ITER võib liialdamata nimetada kõige märkimisväärsemaks. uuringuprojekt kaasaegsus. Ehituse mastaabi poolest ületab see hõlpsasti suure hadronite põrgataja ja edu korral tähistab see kogu inimkonna jaoks palju suuremat sammu kui lend Kuule. Tõepoolest, juhitav termotuumasünteesi potentsiaal on enneolematult odava ja puhta energia peaaegu ammendamatu allikas.

Sel suvel oli mitu head põhjust ITERi projekti tehniliste üksikasjade värskendamiseks. Esiteks võtab meie silme ette materiaalse kehastuse grandioosne ettevõtmine, mille ametlikuks alguseks peetakse Mihhail Gorbatšovi ja Ronald Reagani kohtumist 1985. aastal. Uue põlvkonna reaktori projekteerimine Venemaa, USA, Jaapani, Hiina, India, Lõuna-Korea ja Euroopa Liidu osalusel võttis aega üle 20 aasta. Tänapäeval ei kaalu ITER enam kilogrammi tehniline dokumentatsioon ja 42 hektarit (1 km x 420 m) täiesti tasast pinda ühel maailma suurimal tehisplatvormil, mis asub Prantsusmaal Cadarache'is, 60 km Marseille'st põhja pool. Nagu ka tulevase 360 ​​000-tonnise reaktori vundament, mis koosneb 150 000 kuupmeetrist betoonist, 16 000 tonnist armatuurist ja 493 kolonnist, mis on kaetud kummi-metall seismilise kattega. Ja muidugi tuhanded kõige keerukamad teadusinstrumendid ja uurimisrajatised, mis on hajutatud ülikoolides üle kogu maailma.

Märts 2007. Esimene foto tulevasest ITERi platvormist õhust.

Käimas on reaktori võtmekomponentide tootmine täies hoos. Kevadel teatas Prantsusmaa 70 raami valmistamisest toroidvälja D-kujuliste mähiste jaoks ja juunis alustati Podolskis asuvast Kaablitööstuse Instituudist Venemaalt saadud ülijuhtivate kaablite esimeste mähiste mähisega.

Teine hea põhjus, miks ITERit praegu meeles pidada, on poliitiline. Uue põlvkonna reaktor on proovikivi mitte ainult teadlastele, vaid ka diplomaatidele. See on nii kallis ja tehniliselt keerukas projekt, et ükski riik maailmas ei suuda seda üksi läbi viia. Riikide suutlikkusest nii teadus- kui ka finantssfääris omavahel kokku leppida oleneb, kas asjale suudetakse lõpp teha.

Märts 2009. Teaduskompleksi rajamist ootab 42 ha tasandatud ala.

ITERi nõukogu kohtumine Peterburis pidi toimuma 18. juunil, kuid USA välisministeerium keelas sanktsioonide raames Ameerika teadlastel Venemaa külastamise. Võttes arvesse asjaolu, et tokamaki (ITERi aluseks oleva magnetpoolidega toroidkambri) idee kuulub Nõukogude füüsikule Oleg Lavrentjevile, käsitlesid projektis osalejad seda otsust kui kurioosumit ja kolisid nõukogu lihtsalt Cadarache'i. sama kuupäev. Need sündmused tuletasid kogu maailmale taas meelde, et Venemaa (koos Lõuna-Koreaga) vastutab ITERi projekti ees võetud kohustuste täitmise eest kõige enam.

Veebruar 2011. Seismilise isolatsioonišahti puuriti üle 500 augu, kõik maa-alused õõnsused täideti betooniga.

teadlased rakendavad

Paljude inimeste väljend "tuumasünteesireaktor" on ettevaatlik. Assotsiatiivne ahel on selge: termotuumapomm on hullem kui lihtsalt tuumapomm, mis tähendab, et termotuumareaktor on ohtlikum kui Tšernobõli.

Tegelikult on tuumasünteesi, millel tokamaki tööpõhimõte põhineb, palju turvalisem ja tõhusam kui tänapäevastes tuumajaamades kasutatav tuumalõhustumine. Sünteesi kasutab loodus ise: Päike pole midagi muud kui looduslik termotuumareaktor.

Testimiseks kasutatakse 1991. aastal Saksamaa Max Plancki Instituudis ehitatud ASDEX tokamaki erinevaid materjale reaktori esimene sein, eelkõige volfram ja berüllium. Plasma maht ASDEXis on 13 m 3 , mis on peaaegu 65 korda väiksem kui ITERis.

Reaktsioonis osalevad deuteeriumi ja triitiumi tuumad, vesiniku isotoobid. Deuteeriumi tuum koosneb prootonist ja neutronist, triitiumi tuum aga prootonist ja kahest neutronist. Tavatingimustes tõrjuvad identselt laetud tuumad üksteist, kuid väga kõrgel temperatuuril võivad nad kokku põrgata.

Kokkupõrke korral hakkab mängu tugev jõud, mis vastutab prootonite ja neutronite tuumadeks ühendamise eest. Seal on uue keemilise elemendi - heeliumi tuum. Sel juhul tekib üks vaba neutron ja vabaneb suur hulk energiat. Tugeva interaktsiooni energia heeliumi tuumas on väiksem kui algsete elementide tuumades. Tänu sellele kaotab tekkiv tuum isegi massi (relatiivsusteooria järgi on energia ja mass samaväärsed). Meenutades kuulsat võrrandit E \u003d mc 2, kus c on valguse kiirus, võib ette kujutada, milline kolossaalne energiapotentsiaal sisaldab tuumasünteesi.

august 2011. Alanud on monoliitsest raudbetoonist seismilise isolatsiooniplaadi valamine.

Vastastikuse tõukejõu ületamiseks peavad algsed tuumad liikuma väga kiiresti, mistõttu temperatuur mängib tuumasünteesis võtmerolli. Päikese keskmes toimub protsess temperatuuril 15 miljonit kraadi Celsiuse järgi, kuid seda soodustab gravitatsiooni toimest tingitud aine kolossaalne tihedus. Tähe kolossaalne mass teeb sellest tõhusa termotuumareaktori.

Sellist tihedust pole Maa peal võimalik luua. Saame ainult temperatuuri tõsta. Selleks, et vesiniku isotoobid annaksid maalastele nende tuumade energiat, on vaja temperatuuri 150 miljonit kraadi, see tähendab kümme korda kõrgemat temperatuuri kui Päikesel.

Mitte keegi tahke materjal universumis ei saa sellise temperatuuriga otseselt kokku puutuda. Nii et lihtsalt heeliumipliidi ehitamine ei toimi. Probleemi aitab lahendada seesama magnetpoolidega toroidkamber ehk tokamak. Idee tokamaki loomisest tärkas eri maade teadlaste helgetel peadel 1950. aastate alguses, kui nõukogude füüsik Oleg Lavrentjev ning tema väljapaistvad kolleegid Andrei Sahharov ja Igor Tamm omistasid ühemõtteliselt ülimuslikkuse.

Toruse (õõnes "sõõrik") kujul olevat vaakumkambrit ümbritsevad ülijuhtivad elektromagnetid, mis tekitavad selles toroidse magnetvälja. Just see väli hoiab plasmat kuumutatuna kuni kümne päikeseni kambri seintest teatud kaugusel. Koos keskse elektromagnetiga (induktiivpooliga) on tokamak trafo. Muutes induktiivpooli voolu, tekitavad nad plasmas voolu - sünteesiks vajalike osakeste liikumise.

Veebruar 2012. Paigaldatud 493 1,7-meetrist seismiliste patjadega sammast, mis on valmistatud kummist-metallist võileivast.

Tokamaki võib õigustatult pidada tehnoloogilise keerukuse mudeliks. Plasmas voolav elektrivool loob poloidse magnetvälja, mis ümbritseb plasmakolonni ja säilitab selle kuju. Plasma eksisteerib rangelt määratletud tingimustes ja nende vähimagi muutuse korral reaktsioon peatub kohe. Erinevalt tuumaelektrijaama reaktorist ei saa tokamak "vihmale minna" ja temperatuuri kontrollimatult tõsta.

Ebatõenäolisel juhul, kui tokamak hävib, radioaktiivset saastumist ei toimu. Erinevalt tuumaelektrijaamast ei teki termotuumasünteesi reaktoris radioaktiivseid jäätmeid ning termotuumasünteesi reaktsiooni ainus saadus – heelium – ei ole kasvuhoonegaas ja on majanduses kasulik. Lõpuks kulutab tokamak kütust väga säästlikult: tuumasünteesi ajal vaakumkamber ainet on vaid paarsada grammi ja tööstusliku elektrijaama hinnanguline aastane kütusevaru on vaid 250 kg.

aprill 2014. Lõpetati krüostaadihoone ehitus, valati tokamaki vundamendi seinad 1,5 meetri paksuselt.

Miks me vajame ITERit?

tokamaks klassikaline skeem, mida eespool kirjeldatud, ehitati USA-s ja Euroopas, Venemaal ja Kasahstanis, Jaapanis ja Hiinas. Nende abiga õnnestus tõestada kõrgtemperatuurse plasma loomise põhimõttelist võimalust. Kuid tööstusliku reaktori ehitamine, mis suudab tarnida rohkem energiat kui tarbib, on põhimõtteliselt erineva ulatusega ülesanne.

Klassikalises tokamakis tekib vooluvool plasmas induktiivpooli voolu muutmise teel ja see protsess ei saa olla lõpmatu. Seega on plasma eluiga piiratud ja reaktor saab töötada ainult impulssrežiimis. Plasma vajab süttimiseks tohutult energiat – pole naljaasi midagi kuumutada temperatuurini 150 000 000 °C. See tähendab, et on vaja saavutada selline plasma eluiga, mis tagab energiatootmise, mis maksab süüte eest.

Termotuumareaktor on elegantne tehniline kontseptsioon, milles on minimaalselt negatiivset kõrvalmõjud. Vooluvool plasmas ise loob poloidse magnetvälja, mis säilitab plasma hõõgniidi kuju, ja sellest tulenevad suure energiaga neutronid ühinevad liitiumiga ja toodavad väärtuslikku triitiumi.

Näiteks 2009. aastal õnnestus Hiina EAST tokamaki eksperimendi käigus (osa ITER projektist) hoida plasmat temperatuuriga 10 7 K 400 sekundit ja 10 8 K 60 sekundit.

Plasma pikemaks hoidmiseks on vaja mitut tüüpi lisaküttekehasid. Neid kõiki testitakse ITERis. Esimene meetod – neutraalsete deuteeriumiaatomite süstimine – eeldab, et aatomid sisenevad plasmasse lisakiirendi abil 1 MeV kineetilise energiani eelkiirendatult.

See protsess on algselt vastuoluline: kiirendada saab ainult laetud osakesi (neid mõjutab elektromagnetväli) ja plasmasse saab viia ainult neutraalseid osakesi (muidu mõjutavad need voolu voolu plasmakolonnis). Seetõttu võetakse deuteeriumi aatomitelt esmalt ära elektron ja positiivselt laetud ioonid sisenevad kiirendisse. Seejärel sisenevad osakesed neutralisaatorisse, kus need redutseeritakse neutraalseteks aatomiteks, interakteerudes ioniseeritud gaasiga, ja süstitakse plasmasse. Itaalias Padovas töötatakse praegu välja ITER-i megavoltpihustit.

Teisel kuumutusmeetodil on midagi ühist toidu mikrolaineahjus kuumutamisega. See hõlmab plasmat elektromagnetiline kiirgus osakeste kiirusele vastava sagedusega (tsüklotroni sagedus). Sest positiivsed ioonid see sagedus on 40–50 MHz ja elektronide puhul 170 GHz. Sellise kõrge sagedusega võimsa kiirguse loomiseks kasutatakse seadet, mida nimetatakse gürotroniks. 24 ITERi gürotronist üheksa on toodetud Nižni Novgorodis asuvas Gycomi tehases.

Klassikaline tokamaki kontseptsioon eeldab, et plasmakolonni kuju säilitab poloidaal magnetväli, mis tekib plasmas voolu liikumisel iseenesest. Pikaajalise plasmakinnituse korral ei ole see lähenemisviis rakendatav. ITERi tokamakil on spetsiaalsed poloidvälja poolid, mille eesmärk on hoida kuuma plasma reaktori seintest eemal. Need poolid on ühed kõige massiivsemad ja keerulised elemendid kujundused.

Plasma kuju aktiivseks kontrollimiseks, kõrvaldades õigeaegselt kõikumised piki juhtme servi, nägid arendajad ette väikesed väikese võimsusega elektromagnetilised ahelad, mis paiknesid otse vaakumkambris, naha all.

Eraldi huvitav teema on termotuumasünteesi kütusetaristu. Deuteeriumi leidub peaaegu igas vees ja selle varusid võib pidada piiramatuteks. Kuid maailma triitiumivarud ulatuvad kõige rohkem kümnetesse kilogrammidesse. 1 kg triitiumi maksab umbes 30 miljonit dollarit.ITERi esimesteks startideks läheb vaja 3 kg triitiumi. Võrdluseks, Ameerika Ühendriikide armee tuumavõimekuse säilitamiseks kulub aastas umbes 2 kg triitiumi.

Küll aga varustab reaktor end tulevikus triitiumiga. Peamise termotuumasünteesi reaktsiooni käigus tekivad suure energiaga neutronid, mis on võimelised liitiumi tuumad triitiumiks muutma. Esimese liitiumi sisaldava reaktori seina väljatöötamine ja katsetamine on ITERi üks olulisemaid eesmärke. Esimestel katsetustel kasutatakse berüllium-vaskkest, mille eesmärk on kaitsta reaktori mehhanisme kuumuse eest. Arvutuste kohaselt piisab isegi kogu planeedi energia muutmisel tokamaksiteks maailma liitiumivarudest tuhandeks tööaastaks.

104-kilomeetrise "Way ITERi" ettevalmistamine läks Prantsusmaale maksma 110 miljonit eurot ja neli aastat tööd. Fos-sur-Meri sadamast Cadarache'i viiva teed laiendati ja tugevdati, et tokamaki raskemad ja suuremad osad saaks kohale toimetada. Fotol 800 tonni kaaluv proovikoormaga konveier.

Maailmast tokamaki poolt

Tuumasünteesireaktori täpne juhtimine nõuab täpseid diagnostikavahendeid. ITERi üheks võtmeülesandeks on täna testimisel oleva viiekümne tööriista hulgast sobivaim välja valida ja alustada uute väljatöötamisega.

Venemaal töötatakse välja vähemalt üheksa diagnostikaseadet. Kolm neist asuvad Moskva Kurtšatovi Instituudis, sealhulgas neutronkiire analüsaator. Kiirendi saadab läbi plasma fokuseeritud neutronvoo, mis läbib spektraalseid muutusi ja mille võtab vastuvõttev süsteem kinni. Spektromeetria sagedusega 250 mõõtmist sekundis näitab plasma temperatuuri ja tihedust, tugevust elektriväli ja osakeste pöörlemiskiirus on parameetrid, mis on vajalikud reaktori juhtimiseks, et plasma säiliks pikka aega.

Ioffe'i uurimisinstituut valmistab ette kolme instrumenti, sealhulgas neutraalsete osakeste analüsaatorit, mis püüab tokamakist aatomeid ja aitab kontrollida deuteeriumi ja triitiumi kontsentratsiooni reaktoris. Ülejäänud seadmed valmivad Trinity Instituudis, kus praegu toodetakse teemantdetektoreid ITERi vertikaalse neutronikambri jaoks. Kõik need instituudid kasutavad testimiseks oma tokamakke. Ja Efremovi nimelise NIIEFA termokambris katsetatakse tulevase ITERi reaktori esimese seina fragmente ja divertori sihtmärki.

See, et paljud tulevase megareaktori komponendid on metallis juba olemas, ei pruugi paraku tähendada reaktori ehitamist. Viimase kümnendi jooksul on projekti hinnanguline maksumus kasvanud 5 miljardilt 16 miljardi euroni ning kavandatud esmakäivitus on lükatud 2010. aastast 2020. aastasse. ITERi saatus sõltub täielikult meie praegusest tegelikkusest, eelkõige majanduslikust ja poliitilisest. Samal ajal usub iga projektiga seotud teadlane siiralt, et selle edu võib meie tulevikku tundmatuseni muuta.

ITER (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor, "International Experimental Thermonuclear Reactor") on suuremahuline teaduslik ja tehniline projekt, mille eesmärk on ehitada esimene rahvusvaheline eksperimentaalne termotuumareaktor.

Rakendasid seitse peamist partnerit (Euroopa Liit, India, Hiina, Korea Vabariik, Venemaa, USA, Jaapan) Cadarache'is (Provence-Alpes-Côte d'Azuri piirkond, Prantsusmaa). ITER põhineb tokamaki rajatisel (esimeste tähtede järgi nime saanud: magnetpoolidega toroidkamber), mida peetakse kõige lootustandvamaks juhitava termotuumasünteesi seadmeks. Esimene tokamak ehitati Nõukogude Liidus 1954. aastal.

Projekti eesmärk on näidata, et tuumasünteesienergiat saab kasutada tööstuslikus mastaabis. ITER peaks tootma energiat termotuumasünteesi reaktsioonil raskete vesiniku isotoopidega temperatuuril üle 100 miljoni kraadi.

Eeldatakse, et 1 g kütust (deuteeriumi ja triitiumi segu), mida käitises kasutatakse, annab sama palju energiat kui 8 tonni naftat. ITERi hinnanguline termotuumavõimsus on 500 MW.

Eksperdid ütlevad, et seda tüüpi reaktor on palju turvalisem kui praegused tuumaelektrijaamad (TEJ) ja merevesi võib anda sellele peaaegu piiramatus koguses kütust. Seega annab ITERi edukas rakendamine ammendamatu puhta energia allika.

Projekti ajalugu

Reaktori kontseptsioon töötati välja Aatomienergia Instituudis. I. V. Kurtšatov. 1978. aastal esitas NSVL idee projekti elluviimiseks Rahvusvahelises Aatomienergiaagentuuris (IAEA). Kokkulepe projekti elluviimises saavutati 1985. aastal Genfis NSV Liidu ja USA läbirääkimistel.

Programmi kiitis hiljem heaks IAEA. 1987. aastal sai projekt oma praeguse nime, 1988. aastal loodi juhtorgan ITERi nõukogu. Aastatel 1988-1990. Nõukogude, Ameerika, Jaapani ja Euroopa teadlased ja insenerid viisid läbi projekti kontseptuaalse uuringu.

21. juulil 1992 Washingtonis allkirjastasid EL, Venemaa, USA ja Jaapan arengulepingu. tehniline projekt ITER, mis valmis 2001. Aastatel 2002-2005. Projektiga liitusid Lõuna-Korea, Hiina ja India. Leping esimese rahvusvahelise eksperimentaalse termotuumareaktori ehitamiseks allkirjastati Pariisis 21. novembril 2006. aastal.

Aasta hiljem, 7. novembril 2007, sõlmiti ITERi ehitusplatsil leping, mille kohaselt hakkab reaktor asuma Prantsusmaal, Cadarache'i tuumakeskuses Marseille' lähedal. Juhtimis- ja andmetöötluskeskus hakkab asuma Nakas (Ibaraki prefektuur, Jaapan).

Koolitus ehitusplats Cadarache'is algas 2007. aasta jaanuaris, 2013. aastal alustati täismahus ehitust. Kompleks hakkab paiknema 180 hektari suurusel maa-alal. 60 m kõrgune ja 23 tuhande tonnise massiga reaktor paikneb 1 km pikkusel ja 400 m laiusel objektil, mille ehitustöid koordineerib 2007. aasta oktoobris asutatud rahvusvaheline organisatsioon ITER.

Projekti maksumus on hinnanguliselt 15 miljardit eurot, millest EL (Euratomi kaudu) moodustab 45,4% ja kuus osalejat (sh Venemaa Föderatsioon) panustavad igaüks 9,1%. Alates 1994. aastast osaleb projektis Venemaa kvoodi alusel ka Kasahstan.

Reaktori elemendid toimetatakse laevadega Prantsusmaa Vahemere rannikule ja transporditakse sealt spetsiaalsete karavanidega Cadarache'i piirkonda. Selleks varustati 2013. aastal oluliselt ümber olemasolevate teede lõigud, tugevdati sildu, ehitati uusi ristmikke ja eriti tugeva kattega teid. Ajavahemikul 2014–2019 peaks tugevdatud teed mööda sõitma vähemalt kolm tosinat ülirasket maanteerongi.

Novosibirskis töötatakse välja ITERi plasmadiagnostika süsteemid. Sellekohase lepingu allkirjastasid 27. jaanuaril 2014 rahvusvahelise organisatsiooni ITER direktor Osamu Motojima ja Venemaa Föderatsiooni ITERi riikliku agentuuri juht Anatoli Krasilnikov.

Diagnostikakompleksi arendus uue lepingu alusel toimub Füüsikalis-Tehnilise Instituudi baasil. A. F. Ioff Vene akadeemia Teadused.

Reaktor loodetakse käiku lasta 2020. aastal, esimesed reaktsioonid tuumasünteesiks tehakse sellel mitte varem kui 2027. Aastal 2037 on plaanis lõpetada projekti eksperimentaalne osa ja 2040. aastaks üle minna tuumasünteesile. elektri tootmine. Ekspertide esialgsete prognooside kohaselt valmib reaktori tööstuslik versioon mitte varem kui 2060. aastal ning seda tüüpi reaktorite seeriat saab luua alles 21. sajandi lõpuks.