Kes ehitab termotuumareaktorit? Iter: kuidas luuakse esimene rahvusvaheline eksperimentaalne termotuumareaktor
Inimkond läheneb järk-järgult Maa süsivesinike ressursside pöördumatu ammendumise piirile. Oleme peaaegu kaks sajandit naftat, gaasi ja kivisütt planeedi sisikonnast ammutanud ning juba praegu on selge, et nende varud ammenduvad tohutu kiirusega. Maailma juhtivad riigid on juba pikka aega mõelnud uue energiaallika loomisele, mis on keskkonnasõbralik, toimimise seisukohalt ohutu ja millel on tohutud kütusevarud.
Termotuumareaktor
Tänapäeval räägitakse palju nn alternatiivsete energialiikide kasutamisest – taastuvatest allikatest fotogalvaanika, tuuleenergia ja hüdroenergia näol. On ilmne, et nende omaduste tõttu saavad need suunad toimida ainult energiavarustuse abiallikatena.
Inimkonna pikaajalise väljavaatena saab käsitleda ainult tuumareaktsioonidel põhinevat energiat.
Ühest küljest näitab üha rohkem riike üles huvi tuumareaktorite ehitamise vastu oma territooriumile. Kuid ikkagi pakiline probleem tuumaenergia on radioaktiivsete jäätmete töötlemine ja lõppladustamine ning see mõjutab majandus- ja keskkonnanäitajaid. Veel 20. sajandi keskel pöördusid maailma juhtivad füüsikud uut tüüpi energiat otsides Maa eluallika – Päikese – poole, mille sügavuses umbes 20 miljoni kraadise temperatuuri juures toimuvad reaktsioonid. valguselementide süntees (sulandumine) toimub kolossaalse energia vabanemisega.
Kodumaised spetsialistid said kõige paremini hakkama tuumasünteesireaktsioonide maapealsetes tingimustes rakendamise rajatise väljatöötamisega. Venemaal saadud teadmised ja kogemused juhitava termotuumasünteesi (CTF) alal olid aluseks projektile, mis on liialdamata inimkonna energialootus – valmiv rahvusvaheline eksperimentaalne termotuumareaktor (ITER). ehitatud Cadarache'is (Prantsusmaa).
Termotuumasünteesi ajalugu
Esimesed termotuumauuringud algasid oma aatomiga tegelevates riikides kaitseprogramm. See pole üllatav, sest aatomiajastu koidikul oli deuteeriumiplasmareaktorite ilmumise peamine eesmärk teadusuuringud. füüsikalised protsessid kuumas plasmas, mille tundmine oli muu hulgas vajalik termotuumarelvade loomiseks. Salastamata andmetel algasid NSVL ja USA peaaegu üheaegselt 1950. aastatel. töö UTS-iga. Kuid samas on ajaloolisi tõendeid selle kohta, et veel 1932. aastal vana revolutsionäär ja lähedane sõber Maailma proletariaadi liider Nikolai Buhharin, kes tol ajal töötas ülemmajandusnõukogu komitee esimehena ja jälgis nõukogude teaduse arengut, tegi ettepaneku käivitada riigis projekt kontrollitud termotuumareaktsioonide uurimiseks.
Nõukogude termotuumaprojekti ajalugu ei ole ilma lõbusa faktita. Tulevane kuulus akadeemik ja vesinikupommi looja Andrei Dmitrijevitš Sahharov sai inspiratsiooni ideest kõrgtemperatuurse plasma magnetilise soojusisolatsiooni kohta sõduri kirjast. Nõukogude armee. 1950. aastal saatis Sahhalinil teeninud seersant Oleg Lavrentjev üleliidulisele keskkomiteele. kommunistlik Partei kiri, milles ta tegi ettepaneku kasutada aastal vesinikupomm liitium-6 deuteriid veeldatud deuteeriumi ja triitiumi asemel ning luua ka süsteem kuuma plasma elektrostaatilise piiramisega kontrollitud termotuumasünteesi jaoks. Kirja vaatas läbi toonane noor teadlane Andrei Sahharov, kes kirjutas oma ülevaates, et "peab vajalikuks seltsimees Lavrentjevi projekti üksikasjalikku arutelu".
Juba 1950. aasta oktoobriks tegid Andrei Sahharov ja tema kolleeg Igor Tamm esimesed hinnangud magnetilise termotuumareaktori (MTR) kohta. Esimene tugeva pikisuunalise toroidaalne paigaldus magnetväli, mis põhineb I. Tamme ja A. Sahharovi ideedel, ehitati 1955. aastal LIPANIS. Seda kutsuti TMP-ks – magnetväljaga toruks. Järgnevaid installatsioone nimetati juba TOKAMAKiks, pärast algussilpide kombinatsiooni fraasis “TORIDAL CHAMBER MAGNETIC COIL”. Klassikalises versioonis on tokamak sõõrikukujuline toroidaalne kamber, mis asetatakse toroidaalsesse magnetvälja. Aastatel 1955–1966 Kurtšatovi Instituudis ehitati 8 sellist installatsiooni, mille kohta viidi läbi palju erinevaid uuringuid. Kui enne 1969. aastat ehitati tokamak väljaspool NSV Liitu ainult Austraalias, siis järgnevatel aastatel 29 riigis, sealhulgas USA-s, Jaapanis, Euroopa riikides, Indias, Hiinas, Kanadas, Liibüas, Egiptuses. Kokku on maailmas tänaseks ehitatud umbes 300 tokamaki, neist 31 NSV Liidus ja Venemaal, 30 USA-s, 32 Euroopas ja 27 Jaapanis. Tegelikult pidasid kolm riiki - NSV Liit, Suurbritannia ja USA - sõnatut võistlust, et näha, kes hakkab esimesena plasmat kasutama ja tegelikult "veest" energiat tootma.
Termotuumareaktori olulisim eelis on kiirgusbioloogilise ohu vähenemine kõigi kaasaegsete tuumareaktoritega võrreldes ligikaudu tuhat korda.
Termotuumareaktor ei eralda CO2 ega tekita "raskeid" jäätmeid. radioaktiivsed jäätmed. Seda reaktorit saab paigutada kõikjale ja kõikjale.
Pool sajandit samm
1985. aastal tegi akadeemik Jevgeni Velikhov NSV Liidu nimel ettepaneku teha Euroopa, USA ja Jaapani teadlastel koostööd termotuumareaktori loomiseks ning juba 1986. aastal jõuti Genfis kokkuleppele paigaldise projekteerimises, mis hiljem. sai nime ITER. 1992. aastal sõlmisid partnerid neljapoolse lepingu reaktori insenerprojekti väljatöötamiseks. Ehituse esimene etapp on kavas valmis saada 2020. aastaks, mil plaanitakse saada esimene plasma. 2011. aastal algas ITERi objektil tõeline ehitus.
ITERi disain järgib klassikalist Vene tokamaki, mis töötati välja 1960. aastatel. Plaanis on, et esimeses etapis hakkab reaktor töötama impulssrežiimil termotuumareaktsioonide võimsusega 400–500 MW, teises etapis testitakse reaktori pidevat tööd, aga ka triitiumi taastootmissüsteemi. .
Ega asjata ei nimetata ITERi reaktorit inimkonna energiatulevikuks. Esiteks on see maailma suurim teadusprojekt, sest Prantsusmaa territooriumil ehitab seda peaaegu kogu maailm: osalevad EL + Šveits, Hiina, India, Jaapan, Lõuna-Korea, Venemaa ja USA. Käitise ehitamise leping sõlmiti 2006. aastal. Euroopa riigid panustavad projekti rahastamisest ligikaudu 50%, Venemaa moodustab ligikaudu 10% kogusummast, mis investeeritakse kõrgtehnoloogiliste seadmete näol. Kuid Venemaa kõige olulisem panus on tokamaki tehnoloogia ise, mis oli ITERi reaktori aluseks.
Teiseks on see esimene suuremahuline katse kasutada Päikesel toimuvat termotuumareaktsiooni elektri tootmiseks. Kolmandaks, see teaduslik töö peaks tooma väga praktilisi tulemusi ja sajandi lõpuks on maailmas oodata kaubandusliku termotuumaelektrijaama esimese prototüübi ilmumist.
Teadlased oletavad, et esimene plasma rahvusvahelises eksperimentaalses termotuumareaktoris toodetakse 2025. aasta detsembris.
Miks hakkas sõna otseses mõttes kogu maailm sellist reaktorit ehitama? teadusringkond? Fakt on see, et paljud tehnoloogiad, mida plaanitakse ITERi ehitamisel kasutada, ei kuulu korraga kõikidele riikidele. Ühel riigil, isegi teaduslikus ja tehnilises mõttes kõige kõrgemalt arenenud, ei saa kohe olla sadat maailma kõrgeima taseme tehnoloogiat kõigis tehnoloogiavaldkondades, mida kasutatakse sellises kõrgtehnoloogilises ja läbimurdelises projektis nagu termotuumareaktor. Kuid ITER koosneb sadadest sarnastest tehnoloogiatest.
Venemaa ületab paljudes termotuumasünteesitehnoloogiates globaalset taset. Kuid näiteks Jaapani tuumateadlastel on ka selles valdkonnas ainulaadsed kompetentsid, mis on ITERis üsna rakendatavad.
Seetõttu jõudsid partnerriigid juba projekti alguses kokkuleppele, keda ja mida objektile tarnitakse ning et see ei peaks olema pelgalt insenerialane koostöö, vaid iga partneri võimalus saada uusi tehnoloogiaid. teistelt osalejatelt, et edaspidi neid ise arendada.
Andrey Retinger, rahvusvaheline ajakirjanik
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 installatsioonil (nimetatud selle esimeste tähtede järgi: toroidaalne magnetpoolidega kamber), mida peetakse kõige lootustandvamaks seadmeks juhitava termotuumasünteesi rakendamisel. Esimene tokamak ehitati Nõukogude Liidus 1954. aastal.
Projekti eesmärk on näidata, et termotuumasünteesi energiat saab kasutada tööstuslikus mastaabis. ITER peaks tootma energiat termotuumasünteesi reaktsioonil raskete vesiniku isotoopidega temperatuuril üle 100 miljoni kraadi.
Eeldatakse, et käitises kasutatav 1 g kütust (deuteeriumi ja triitiumi segu) annab sama palju energiat kui 8 tonni naftat. ITERi hinnanguline termotuumavõimsus on 500 MW.
Eksperdid ütlevad, et seda tüüpi reaktorid on palju turvalisemad kui praegused tuumaelektrijaamad(tuumaelektrijaam) ja kütust selle jaoks võib pakkuda peaaegu piiramatus koguses merevesi. Seega pakub ITERi edukas rakendamine ammendamatut keskkonnasõbralikku energiaallikat.
Projekti ajalugu
Reaktori kontseptsioon töötati välja nimelises Aatomienergia Instituudis. I.V.Kurtšatova. 1978. aastal esitas NSVL idee projekti elluviimiseks Rahvusvahelises Aatomienergiaagentuuris (IAEA). Kokkulepe projekti elluviimiseks saavutati 1985. aastal Genfis NSV Liidu ja USA läbirääkimistel.
Programmi kiitis hiljem heaks IAEA. 1987. aastal sai projekt oma praeguse nime ja 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 allkirjastasid EL, Venemaa, USA ja Jaapan Washingtonis ITERi tehnilise projekti arendamise lepingu, mis valmis 2001. 2002.-2005. Projektiga liitusid Lõuna-Korea, Hiina ja India. Leping esimese rahvusvahelise eksperimentaalse termotuumasünteesi reaktori 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).
Ehitusplatsi ettevalmistamine Cadarache'is algas 2007. aasta jaanuaris ja täismahus ehitus algas 2013. aastal. Kompleks hakkab paiknema 180 hektari suurusel maa-alal. 60 m kõrgune ja 23 tuhat tonni kaaluv reaktor tuleb 1 km pikkusele ja 400 m laiusele objektile, mille ehitustöid koordineerib 2007. aasta oktoobris loodud 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 laevaga Prantsusmaale Vahemere rannikule ja transporditakse sealt spetsiaalsete karavanidega Cadarache'i piirkonda. Selleks varustati 2013. aastal oluliselt ümber olemasolevate teede lõigud, tugevdati sildu, ehitati uusi eriti tugeva kattega ristmikke ja radu. Ajavahemikul 2014–2019 peaks mööda kindlusteed läbima vähemalt kolm tosinat ülirasket maanteerongi.
Novosibirskis töötatakse välja ITERi plasmadiagnostika süsteemid. Sellekohase lepingu allkirjastas direktor 27. jaanuaril 2014. aastal Rahvusvaheline organisatsioon ITER Osamu Motojima ja ITERi riikliku agentuuri juht Vene Föderatsioonis Anatoli Krasilnikov.
Nimelise Füüsikalis-Tehnilise Instituudi baasil toimub uue lepingu raames diagnostikakompleksi arendus. A. F. Ioff Vene akadeemia Sci.
Reaktor läheb eeldatavasti tööle 2020. aastal, esimesed termotuumasünteesi reaktsioonid viiakse sellel läbi mitte varem kui 2027. Aastal 2037 on plaanis lõpetada projekti eksperimentaalne osa ning aastaks 2040 minna üle elektritootmisele . Ekspertide esialgsete prognooside kohaselt valmib reaktori tööstusversioon mitte varem kui 2060. aastal ning seda tüüpi reaktorite seeriat saab luua alles 21. sajandi lõpuks.
Meie aja kõige ambitsioonikam teaduslik konstruktsioon. Kuidas Prantsusmaal ehitatakse ITERi termotuumasünteesi reaktorit
Kontrollitud termotuumasüntees on füüsikute ja energiaettevõtete sinine unistus, mida nad on aastakümneid hellitanud. Tehispäikese puuri hoidmine on suurepärane idee. "Kuid probleem on selles, et me ei tea, kuidas sellist kasti luua,"- ütles Nobeli preemia laureaat Pierre Gilles de Gennes 1991. aastal. 2018. aasta keskpaigaks me aga juba teame, kuidas. Ja me isegi ehitame. Parimad meeledüle maailma töötavad rahvusvahelise eksperimentaalse termotuumareaktori ITER projekti kallal – see on kaasaegse teaduse kõige ambitsioonikam ja kallim eksperiment.
Selline reaktor maksab viis korda rohkem kui Large Hadron Collider. Projekti kallal töötavad sajad teadlased üle maailma. Selle rahastus võib vabalt ületada 19 miljardit eurot ja esimene plasma lastakse reaktorisse alles 2025. aasta detsembris. Ja vaatamata pidevatele viivitustele, tehnoloogilistele raskustele, üksikute osalevate riikide ebapiisavale rahastamisele, on maailma suurim termotuuma. igiliikur» on valmimisel. Sellel on palju rohkem eeliseid kui puudusi. Millised? Lugu kõige suurejoonelisemast teaduslik ehitus Tänapäeval alustame teooriast.
Mis on tokamak?
Tohutute temperatuuride ja gravitatsiooni mõjul toimub meie Päikese ja teiste tähtede sügavustes termotuumasünteesi. Vesiniku tuumad põrkuvad, moodustavad raskemaid heeliumi aatomeid ja samal ajal vabastavad neutronid ja suur summa energiat.
Kaasaegne teadus on jõudnud järeldusele, et kõige madalamal algtemperatuuril suurim arv energia tekib vesiniku isotoopide – deuteeriumi ja triitiumi – vahelisel reaktsioonil. Kuid selleks on olulised kolm tingimust: soojust(umbes 150 miljonit kraadi Celsiuse järgi), kõrge plasmatihedus ja kõrge aeg tema kinnipidamine.
Fakt on see, et me ei suuda luua sellist kolossaalset tihedust nagu Päike. Jääb üle vaid kuumutada gaas ülikõrgete temperatuuride abil plasma olekusse. Kuid ükski materjal ei talu kokkupuudet nii kuuma plasmaga. Selleks tegi akadeemik Andrei Sahharov (Oleg Lavrentjevi ettepanekul) 1950. aastatel ettepaneku kasutada plasmat hoidva magnetväljaga toroidseid (õõnsaid sõõrikukujulisi) kambreid. Hiljem võeti kasutusele termin – tokamak.
Kaasaegsed elektrijaamad, mis põletavad fossiilkütuseid, muundavad mehaaniline jõud(näiteks turbiinide keeramine) elektriks. Tokamaks kasutab termotuumasünteesienergiat, mis neeldub soojusena seadme seintes, soojendamiseks ja auru tootmiseks, mis paneb turbiine pöörlema.
Esimene tokamak maailmas. Nõukogude T-1. 1954. aastal
Väikesi eksperimentaalseid tokamakseid ehitati üle kogu maailma. Ja nad tõestasid edukalt, et inimene suudab luua kõrge temperatuuriga plasma ja hoida seda mõnda aega stabiilses olekus. Kuid tööstusdisainilahendused on veel kaugel.
T-15 paigaldamine. 1980. aastad
Termotuumasünteesi reaktorite eelised ja puudused
Tüüpiline tuumareaktorid töötab kümnete tonnide radioaktiivse kütusega (mis muutub aja jooksul kümneteks tonnideks radioaktiivseteks jäätmeteks), samas kui termotuumasünteesi reaktor vajab vaid sadu gramme triitiumi ja deuteeriumi. Esimest saab toota reaktoris endas: sünteesi käigus eralduvad neutronid mõjutavad reaktori seinu liitiumilisanditega, millest triitium ilmub. Liitiumivarusid jätkub tuhandeteks aastateks. Deuteeriumist ei tule ka puudust – seda toodetakse maailmas kümneid tuhandeid tonne aastas.
Termotuumasünteesi reaktor ei tekita heitmeid kasvuhoonegaasid, mis on tüüpiline fossiilkütustele. Ja kõrvalsaadus heelium-4 kujul on kahjutu inertgaas.
Lisaks on termotuumareaktorid ohutud. Iga katastroofi korral termotuumareaktsioon lihtsalt peatub ilma tõsiseid tagajärgi Sest keskkond või personali, sest sünteesireaktsiooni ei toeta miski: see vajab liiga kasvuhoonetingimusi.
Termotuumareaktoritel on aga ka puudusi. Esiteks on see isemajandava reaktsiooni käivitamise banaalne raskus. Ta vajab sügavat vaakumit. Komplekssed magnetkinnitussüsteemid nõuavad tohutuid ülijuhtivaid magnetmähiseid.
Ja ärge unustage kiirgust. Hoolimata mõningatest stereotüüpidest termotuumareaktorite kahjutuse kohta, ei saa nende ümbruse pommitamist termotuumasünteesi käigus tekkivate neutronitega tühistada. Selle pommitamise tulemuseks on kiirgus. Seetõttu tuleb reaktori hooldust teostada eemalt. Tulevikku vaadates oletame, et pärast käivitamist hooldavad robotid otse ITERi tokamaki.
Lisaks võib radioaktiivne triitium olla kehasse sattudes ohtlik. Tõsi, piisab õnnetuse korral selle nõuetekohase ladustamise eest hoolitsemisest ja ohutustõkete loomisest selle levitamise kõigil võimalikel teedel. Lisaks on triitiumi poolväärtusaeg 12 aastat.
Kui teooria vajalik minimaalne alus on laotud, võite liikuda artikli kangelase juurde.
Meie aja kõige ambitsioonikam projekt
1985. aastal toimus esimene foorum Genfis. pikki aastaid NSV Liidu ja USA juhtide isiklik kohtumine. Enne külm sõda saavutas haripunkti: suurriigid boikoteerisid olümpiamänge, suurenesid tuumapotentsiaal ja nad ei kavatsenud mingeid läbirääkimisi alustada. See kahe riigi tippkohtumine neutraalsel territooriumil on tähelepanuväärne veel ühe olulise asjaolu poolest. Selle käigus tegi NLKP Keskkomitee peasekretär Mihhail Gorbatšov ettepaneku ühisosa elluviimiseks rahvusvaheline projekt termotuumaenergia arendamise kohta rahumeelsetel eesmärkidel.
Aasta hiljem jõuti projekti osas kokkuleppele Ameerika, Nõukogude, Euroopa ja Jaapani teadlaste vahel ning algas suure termotuumakompleksi ITER ideekavandi väljatöötamine. Inseneridetailide väljatöötamine viibis, USA lahkus ja naasis projekti juurde ning lõpuks liitusid sellega Hiina, Lõuna-Korea ja India. Osalejad jagasid vastutust rahastamise ja vahetu töö eest ning 2010. aastal algas lõpuks kaevu ettevalmistamine tulevase kompleksi vundamendiks. Nad otsustasid selle ehitada Lõuna-Prantsusmaale Aix-en-Provence'i linna lähedale.
Mis on siis ITER? See on tohutu teaduslik eksperiment ja ambitsioonikas energiaprojekt maailma suurima tokamaki ehitamiseks. Ehitus peab tõestama termotuumasünteesi reaktori ärilise kasutamise võimalust, samuti lahendama selle käigus esilekerkivaid füüsilisi ja tehnoloogilisi probleeme.
Millest ITERi reaktor koosneb?
Tokamak on toroidne vaakumkamber magnetpoolide ja krüostaadiga, mis kaalub 23 tuhat tonni. Nagu definitsioonist juba selgub, on meil kaamera. Sügav vaakumkamber. ITERi puhul on selleks 850 kuupmeetrit vaba kambri mahtu, milles on alguses vaid 0,1 grammi deuteeriumi ja triitiumi segu.
1. Vaakumkamber, kus plasma elab. 2. Neutraalkiire pihusti ja plasma raadiosageduslik kuumutamine kuni 150 miljoni kraadini. 3. Ülijuhtivad magnetid, mis kasutavad plasmat. 4. Tekid, mis kaitsevad kaamerat ja magneteid neutronipommitamise ja kuumenemise eest. 5. Diverter, mis eemaldab soojuse ja termilised tooted tuumareaktsioon. 6. Diagnostilised vahendid plasmafüüsika uurimiseks. Sisaldab rõhumõõtjaid ja neutronikambreid. 7. Krüostaat – tohutu sügavvaakumiga termos, mis kaitseb magneteid ja vaakumkambrit kuumenemise eest
Ja selline näeb välja "väike" vaakumkamber, mille sees on töötajate mudelid. Selle kõrgus on 11,4 meetrit ning kaaluks koos tekkide ja diverteerijaga 8,5 tuhat tonni
Kambri siseseintel on spetsiaalsed moodulid, mida nimetatakse tekkideks. Nende sees ringleb vesi. Plasmast välja pääsevad vabad neutronid langevad nendesse tekkidesse ja vesi aeglustab neid. Mis põhjustab selle kuumenemist? Tekid ise kaitsevad ülejäänud kolossi termilise, röntgeni ja juba mainitud plasma neutronkiirguse eest.
Selline süsteem on vajalik reaktori eluea pikendamiseks. Iga tekk kaalub umbes 4,5 tonni, need asendatakse robotkäega umbes iga 5-10 aasta järel, kuna see esimene kaitseliin allub aurustumisele ja neutronkiirgusele.
Kuid see pole veel kõik. Kamber on ühendatud kambrisiseste seadmete, termopaaride, kiirendusmõõturitega, juba mainitud tekksüsteemi 440 plokki, jahutussüsteemid, varjestusplokk, divertor, 48 elemendist koosnev magnetsüsteem, kõrgsageduslikud plasmasoojendid, neutraalne aatom pihusti jne Ja kõik see asub tohutu krüostaadi sees, mille kõrgus on 30 meetrit, sama läbimõõduga ja mahuga 16 tuhat kuupmeetrit. Krüostaat tagab sügava vaakumi ja ülikülma temperatuuri tokamaki kambrile ja ülijuhtivatele magnetitele, mis jahutatakse vedela heeliumiga temperatuurini -269 kraadi Celsiuse järgi.
Altpoolt. Kolmandik krüostaadi alusest. Kokku koosneb see "termos" 54 elemendist
Ja selline näeb krüostaat renderduses välja. Selle tootmine on usaldatud Indiale. "Termose" sisse pannakse kokku reaktor
Krüostaati juba komplekteeritakse. Siin on näiteks aken, mille kaudu paisatakse osakesed plasma soojendamiseks reaktorisse
Kogu selle varustuse tootmine jaguneb osalevate riikide vahel. Näiteks töötavad nad osade tekkide kallal Venemaal, krüostaadi korpuse kallal Indias ning vaakumkambri segmentidega Euroopas ja Koreas.
Kuid see ei ole mingil juhul kiire protsess. Lisaks pole disaineritel ruumi eksimiseks. ITERi meeskond modelleerib esmalt konstruktsioonielementide koormusi ja nõudeid, neid katsetatakse pinkidel (näiteks plasmapüstolite mõjul, nagu divertorit), täiustatakse ja muudetakse, pannakse prototüübid kokku ja testitakse uuesti enne lõpliku elemendi vabastamist.
Toroidmähise esimene korpus. Esimene 18 hiiglaslikust magnetist. Üks pool on valmistatud Jaapanis, teine Koreas
18 hiiglaslikku D-kujulist magnetit, mis on paigutatud ringikujuliselt läbimatu magnetseina moodustamiseks. Igas neist on 134 keerdu ülijuhtivat kaablit.
Iga selline rull kaalub ligikaudu 310 tonni
Kuid selle kokku panemine on üks asi. Ja hoopis teine asi on seda kõike säilitada. Sest kõrge tase kiirguse juurdepääs reaktorile on keelatud. Selle teenindamiseks on välja töötatud terve perekond robotsüsteeme. Osad hakkavad vahetama tekke ja diverterikassette (kaaluga kuni 10 tonni), osad juhitakse kaugjuhtimisega õnnetuste kõrvaldamiseks, osad asuvad kiireks ülevaatuseks HD-kaamerate ja laserskanneritega vaakumkambri taskutes. Ja seda kõike tuleb teha vaakumis, kitsas ruumis, suure täpsusega ja selges koostoimes kõigi süsteemidega. Ülesanne on keerulisem kui ISS-i remont.ITER Tokamak on esimene termotuumareaktor, mis toodab rohkem energiat, kui on vaja plasma enda soojendamiseks. Lisaks suudab ta hoida seda stabiilses olekus palju kauem kui praegused paigaldised. Teadlased väidavad, et just seetõttu on nii ulatuslikku projekti vaja.
Sellise reaktori abil kavatsevad eksperdid ületada lõhet praeguse väikese vahel eksperimentaalsed installatsioonid ja tuleviku termotuumaelektrijaamad. Näiteks termotuumaenergia rekord püstitati 1997. aastal Suurbritannias tokamakil – 16 MW tarbitud 24 MW-ga, samas kui ITER projekteeriti 500 MW termotuumavõimsusega 50 MW soojusenergia sisendist.
Tokamakis testitakse kütte-, juhtimis-, diagnostika-, krüogeenseid ja kaughooldustehnoloogiaid ehk kõiki termotuumareaktori tööstusliku prototüübi jaoks vajalikke tehnikaid.
Ülemaailmne triitiumi tootmine ei ole tuleviku elektrijaamade jaoks piisav. Seetõttu arendab ITER välja ka liitiumi sisaldava paljuneva teki tehnoloogia. Sellest sünteesitakse termotuumaneutronite mõjul triitium.
Kuid me ei tohiks unustada, et see, ehkki kallis, on eksperiment. Tokamak ei varustata turbiinide ega muude soojuse elektriks muundamiseks mõeldud süsteemidega. See tähendab, et otsese energiatootmise näol kaubanduslikku heitgaasi ei toimu. Miks? Sest see muudaks projekti insenertehnilisest aspektist vaid keerulisemaks ja muudaks selle veelgi kallimaks.
Finantseerimisskeem on üsna segane. Ehituse, reaktori ja muude kompleksi süsteemide loomise etapis kannavad EL riigid ligikaudu 45% kuludest, ülejäänud osalejad - kumbki 9%. Enamik sissemakseid on siiski mitterahalised. Enamik komponente tarnitakse ITERile otse osalevatest riikidest.
Need saabuvad Prantsusmaale meritsi ja sadamast ehitusplatsile toimetatakse mööda Prantsuse valitsuse spetsiaalselt ümberehitatud teed. Riik kulutas ITERi raja 104 km pikkusele rajale 110 miljonit eurot ja 4 aastat tööd. Marsruuti on laiendatud ja tugevdatud. Fakt on see, et aastaks 2021 läbib seda 250 kolonni tohutu lastiga. Raskemad osad ulatuvad 900 tonnini, kõrgeim - 10 meetrit, pikim - 33 meetrit.
ITERit ei ole veel kasutusele võetud. Küll aga on juba käsil DEMO termotuumaelektrijaama projekt, mille eesmärk on demonstreerida tehnoloogia ärilise kasutamise atraktiivsust. See kompleks peab pidevalt (mitte impulssidega, nagu ITER) tootma 2 GW energiat.
Uue globaalse projekti ajastus sõltub ITERi edust, kuid 2012. aasta plaani kohaselt toimub DEMO esimene käivitamine mitte varem kui 2044. aastal.
ITERi rahvusvaheline eksperimentaalse termotuumareaktori projekt sai alguse 2007. aastal. See asub Cadarache'is Lõuna-Prantsusmaal. peamine ülesanne Projekti väljamõtlejate ja elluviijate sõnul on ITERi eesmärk demonstreerida termotuumasünteesi ärilise kasutamise võimalusi.
ITER on strateegiline rahvusvaheline teadusalgatus, mille elluviimises osaleb üle 30 riigi.
„Oleme tulevase termotuumasünteesi reaktori südames. Tema kaal on kolm Eiffeli tornid, A kogupindala saab olema 60 jalgpalliväljakut,” teatab euronewsi ajakirjanik Claudio Rocco.
Termotuumasünteesi kontrollitud termotuumasünteesi toimumiseks vajalike tingimuste saavutamiseks luuakse termotuumasünteesi reaktor või toroidaalne paigaldis magnetplasma sulgemiseks, mida muidu nimetatakse tokomaks. Tokamaki plasmat hoiavad kinni mitte kambri seinad, vaid spetsiaalselt loodud kombineeritud magnetväli – plasmajuhtme kaudu voolava voolu toroidaalne välis- ja poloidväli. Võrreldes teiste seadmetega, mis kasutavad plasma piiramiseks magnetvälja, kasutatakse elektrivoolu peamine omadus tokamak
Kontrollitud termotuumasünteesi läbiviimisel kasutatakse tokamakis deuteeriumi ja triitiumi.
Üksikasjad intervjuus peadirektor ITER, autor Bernard Bigot.
Mis on juhitava tuumasünteesi abil toodetud energia eelis?
«Esiteks vesiniku isotoopide kasutamises, mida omakorda peetakse peaaegu ammendamatuks allikaks: vesinikku leidub kõikjal, ka Maailma ookeanis. Nii et seni, kuni Maal on vett, merel ja magedat, varustatakse meid tokamaki jaoks kütusega – me räägime miljonitest aastatest. Teine eelis on see, et radioaktiivsed jäätmed on üsna lühike periood poolestusaeg: mitusada aastat, võrreldes tuumasünteesi jääkproduktide omaga.
Termotuumasüntees on kontrollitud ja Bernard Bigoti sõnul on seda suhteliselt lihtne katkestada, kui juhtub õnnetus. Tuumasünteesi puhul tekib sarnasel juhul teistsugune olukord.
Aine kuumutamisel on võimalik saavutada tuumareaktsioon. Seda seost aine kuumutamise ja tuumareaktsiooni vahel kajastab termin "termotuumareaktsioon".
Tokamaki komponentide projekteerimine toimub ITERis osalevate riikide jõupingutuste kaudu ning tokamaki osad ja tehnoloogilised komponendid toodetakse Jaapanis, Lõuna-Korea, Venemaa, Hiina, USA ja teised riigid. Tokamaki ehitamisel arvestatakse erinevat tüüpi õnnetuste tõenäosusega.
Bernard Bigot: "Sellegipoolest on radioaktiivsete elementide leke võimalik. Mõni sektsioon ei ole piisavalt tihendatud. Kuid nende arv on minimaalne ning reaktori läheduses elavate inimeste tervisele ega elule suurt ohtu ei ole.
Kuid õnnetuse ja lekke võimalus on projektis ette nähtud, eelkõige ruumid, kus toimub termotuumasünteesi, ja külgnevad saalid varustatakse spetsiaalsete ventilatsioonišahtidega, kuhu sisenevad radioaktiivsed elemendid, et vältida nende väljatulekut.
«Ma ei arva, et umbes 16 miljardi euro suurune hinnang nii hiiglaslik tundub, eriti kui arvestada siin toodetava energia maksumust. Veelgi enam, selle tootmine võtab kaua aega, väga kaua aega, nii et kõik kulud on õigustatud isegi keskpikas perspektiivis,” võtab Bernard Bigot kokku.
Venemaa NIIEFA teatas hiljuti spetsiaalselt ITERi jaoks loodud ülijuhtivate mähiste kaitsmiseks mõeldud summutustakistisüsteemi täieliku prototüübi edukast testimisest.
Ja kogu ITERi kompleksi kasutuselevõtt Prantsusmaal Cadarache'is on kavandatud 2020. aastaks.
Laadimine...
