Meie aja kõige ambitsioonikam teaduslik konstruktsioon. Mähime Päikese sõõrikusse

ITER – rahvusvaheline termotuumareaktor (ITER)

Inimese energiatarbimine kasvab iga aastaga, mis tõukab energeetikasektorit aktiivse arengu suunas. Seega kasvas tuumaelektrijaamade tekkimisega maailmas oluliselt toodetava energia hulk, mis võimaldas energiat ohutult kasutada inimkonna kõigi vajaduste rahuldamiseks. Näiteks Prantsusmaal toodetud elektrist saadakse 72,3% tuumaelektrijaamadest, Ukrainas - 52,3%, Rootsis - 40,0%, Ühendkuningriigis - 20,4%, Venemaal - 17,1%. Tehnoloogia ei seisa aga paigal ning tulevaste riikide edasiste energiavajaduste rahuldamiseks töötavad teadlased mitme uuenduslikud projektid, millest üks on ITER – rahvusvaheline termotuumakatsereaktor (ITER).

Kuigi selle paigaldise tasuvus on endiselt küsimärgi all, võib paljude teadlaste töö kohaselt juhitava termotuumasünteesitehnoloogia loomise ja hilisema arendamise tulemuseks olla võimas ja ohutu energiaallikas. Vaatame mõnda sellise paigalduse positiivset külge:

• Termotuumareaktori põhikütus on vesinik, mis tähendab praktiliselt ammendamatuid tuumakütuse varusid.
• Vesiniku tootmine võib toimuda töötlemise teel merevesi, mis on saadaval enamikus riikides. Sellest järeldub, et kütuseressursside monopoli ei saa tekkida.
• Avariiplahvatuse tõenäosus termotuumareaktori töötamise ajal on palju väiksem kui tuumareaktori töötamise ajal. Teadlaste hinnangul ei kujuta kiirgusemissioonid ka õnnetuse korral elanikkonnale ohtu, mistõttu puudub vajadus evakueerimiseks.
• Erinevalt tuumareaktoritest toodavad termotuumasünteesi reaktorid radioaktiivseid jäätmeid, mis on lühike periood poolestusaeg, see tähendab, et nad lagunevad kiiremini. Samuti puuduvad termotuumareaktorites põlemisproduktid.
• Termotuumareaktor ei vaja materjale, mida kasutatakse ka tuumarelvade jaoks. See välistab võimaluse varjata tuumarelvade tootmist tuumareaktori vajadusteks vajalike materjalide töötlemisega.

Termotuumareaktor – seestvaade

Siiski on ka mitmeid tehnilisi puudujääke, millega teadlased pidevalt kokku puutuvad.

Näiteks kütuse praegune versioon, mis on esitatud deuteeriumi ja triitiumi segu kujul, nõuab uute tehnoloogiate väljatöötamist. Näiteks JET termotuumareaktori esimese katseseeria lõpus, mis oli seni suurim, muutus reaktor nii radioaktiivseks, et katse lõpuleviimiseks oli vaja täiendavalt välja töötada spetsiaalne robothooldussüsteem. Teine pettumust valmistav tegur termotuumareaktori töös on selle kasutegur - 20%, samas kui tuumaelektrijaama kasutegur on 33-34% ja soojuselektrijaam 40%.

ITERi projekti loomine ja reaktori käivitamine

ITERi projekt pärineb 1985. aastast, mil Nõukogude Liit tegi ettepaneku luua ühiselt tokamaki – toroidse magnetpoolidega kamber, mis suudab magnetite abil plasmat hoida, luues seeläbi termotuumasünteesi reaktsiooni toimumiseks vajalikud tingimused. 1992. aastal sõlmiti ITERi arendamise neljapoolne leping, mille osalisteks olid EL, USA, Venemaa ja Jaapan. 1994. aastal liitus projektiga Kasahstani Vabariik, 2001. aastal Kanada, 2003. aastal Lõuna-Korea ja Hiina, 2005. aastal India. 2005. aastal määrati reaktori ehituskoht - Uurimiskeskus tuumaenergia Cadarache, Prantsusmaa.

Reaktori ehitamine algas vundamendi süvendi ettevalmistamisega. Seega olid kaevu parameetrid 130 x 90 x 17 meetrit. Kogu tokamakikompleks hakkab kaaluma 360 000 tonni, millest 23 000 tonni moodustab tokamak ise.

ITERi kompleksi erinevaid elemente arendatakse ja tarnitakse ehitusplatsile üle kogu maailma. Nii töötati 2016. aastal Venemaal välja osa poloidsete poolide juhtidest, mis seejärel saadeti Hiinasse, kes hakkab ise mähiseid tootma.

Ilmselgelt pole nii mastaapset tööd sugugi lihtne korraldada, mitmed riigid ei ole korduvalt projekti ajakavast kinni pidanud, mistõttu reaktori käivitamine lükkus pidevalt edasi. Niisiis, eelmise aasta (2016. aasta) juuni sõnumi kohaselt: "esimese plasma kättesaamine on kavandatud 2025. aasta detsembrisse."

ITERi tokamaki töömehhanism

Mõiste "tokamak" pärineb venekeelsest akronüümist, mis tähendab "toroidaalset kambrit magnetpoolidega".

Tokamaki süda on selle torukujuline vaakumkamber. Sees muutub vesinikkütusegaas äärmuslikul temperatuuril ja rõhul plasmaks - kuumaks elektriliselt laetud gaasiks. Nagu teada, esindab täheainet plasma ja termotuumareaktsioonid päikese tuumas toimuvad täpselt kõrgendatud temperatuuri ja rõhu tingimustes. Sarnased tingimused plasma moodustamiseks, säilitamiseks, kokkusurumiseks ja kuumutamiseks luuakse massiivsete magnetpoolide abil, mis paiknevad vaakumnõu ümber. Magnetite mõju piirab kuuma plasma eraldumist anuma seintest.

Enne protsessi algust eemaldatakse vaakumkambrist õhk ja lisandid. Seejärel laaditakse magnetsüsteemid, mis aitavad plasmat juhtida, ja sisestatakse gaaskütus. Kui anumat lastakse läbi võimas elektrivool, jaguneb gaas elektriliselt ja ioniseerub (st elektronid lahkuvad aatomitest) ning moodustab plasma.

Kui plasmaosakesed aktiveeruvad ja põrkuvad, hakkavad nad ka soojenema. Abistavad kuumutamistehnikad aitavad viia plasma sulamistemperatuurini (150–300 miljonit °C). Sel määral "erutatud" osakesed võivad kokkupõrkel ületada oma loomuliku elektromagnetilise tõukejõu, mille tulemuseks on suur summa energiat.

Tokamaki disain koosneb järgmistest elementidest:

Vaakum anum

(“sõõrik”) on roostevabast terasest valmistatud toroidne kamber. Selle suure läbimõõt on 19 m, väikese 6 m ja kõrgus 11 m. Kambri maht on 1400 m 3 ja kaal üle 5000 tonni. Vaakummahuti seinad on kahekordsed, a seinte vahel hakkab ringlema jahutusvedelik, milleks on destilleeritud vesi.vesi. Vee saastumise vältimiseks kaitstakse kambri sisesein radioaktiivse kiirguse eest teki abil.

Tekk

(“tekk”) – koosneb 440 kattekillust sisepind kaamerad. kogupindala banketi pindala on 700 m2. Iga fragment on omamoodi kassett, mille korpus on valmistatud vasest ning esisein on eemaldatav ja valmistatud berülliumist. Kassettide parameetrid on 1x1,5 m ja mass mitte rohkem kui 4,6 tonni Sellised berülliumikassetid pidurdavad reaktsiooni käigus tekkivaid suure energiaga neutroneid. Neutronite pidurdamise ajal eraldub jahutussüsteem soojust ja eemaldab selle. Tuleb märkida, et reaktori töö tulemusena tekkinud berülliumitolm võib põhjustada tõsist haigust nimega berüllium ning omab ka kantserogeenset toimet. Sel põhjusel töötatakse kompleksis välja ranged turvameetmed.

Tokamak sektsioonis. Kollane - solenoid, oranž - toroidvälja (TF) ja poloidvälja (PF) magnetid, sinine - tekk, helesinine - VV - vaakum anum, lilla - divertor

poloidset tüüpi ("tuhatoos") on seade, mille põhiülesanne on "puhastada" plasma mustusest, mis tekib soojenemisel ja tekiga kaetud kambriseinte koosmõjul sellega. Kui sellised saasteained satuvad plasmasse, hakkavad nad intensiivselt kiirgama, mille tulemuseks on täiendavad kiirguskadud. See asub tokomaki allosas ja kasutab magneteid, et suunata ülemised plasmakihid (mis on kõige saastunud) jahutuskambrisse. Siin plasma jahtub ja muutub gaasiks, misjärel see pumbatakse kambrist tagasi. Berülliumi tolm pärast kambrisse sisenemist praktiliselt ei suuda plasmasse tagasi pöörduda. Seega jääb plasmasaaste ainult pinnale ega tungi sügavamale.

Krüostaat

- tokomaki suurim komponent, milleks on roostevabast terasest kest mahuga 16 000 m 2 (29,3 x 28,6 m) ja massiga 3850 tonni. Süsteemi muud elemendid asuvad krüostaadi sees ja see ise teenib tõkkena tokamaki ja väliskeskkond. Selle siseseintel on termoekraanid, mida jahutatakse tsirkuleeriva lämmastikuga temperatuuril 80 K (-193,15 °C).

Magnetsüsteem

– elementide kogum, mis on mõeldud plasma hoidmiseks ja kontrollimiseks vaakumnõus. See on 48 elemendi komplekt:

• Toroidaalsed väljamähised asuvad väljaspool vaakumkambrit ja krüostaadi sees. Neid esitatakse 18 tükis, millest igaüks on mõõtmetega 15 x 9 m ja kaaluga ligikaudu 300 tonni. Koos tekitavad need mähised plasma toruse ümber 11,8 Tesla suuruse magnetvälja ja salvestavad energiat 41 GJ.
• Poloidsed väljamähised – asuvad toroidvälja poolide peal ja krüostaadi sees. Need mähised vastutavad magnetvälja tekitamise eest, mis eraldab plasmamassi kambri seintest ja surub plasma kokku adiabaatiliseks kuumutamiseks. Selliseid pooli on 6. Kahe pooli läbimõõt on 24 m ja mass 400 tonni, ülejäänud neli on mõnevõrra väiksemad.
• Kesksolenoid asub toroidkambri siseosas või õigemini “sõõrikuaugus”. Selle tööpõhimõte on sarnane trafoga ja peamine ülesanne on ergutada plasmas induktiivvool.
• Korrektsioonipoolid asuvad vaakummahuti sees, teki ja kambri seina vahel. Nende ülesanne on säilitada plasma kuju, mis on võimeline lokaalselt "punnima" ja isegi puudutama anuma seinu. Võimaldab vähendada kambri seinte interaktsiooni taset plasmaga ja seega ka selle saastumise taset ning vähendab ka kambri enda kulumist.

ITERi kompleksi struktuur

Ülalpool "lühidalt" kirjeldatud tokamaki disain on väga keeruline uuenduslik mehhanism, mis on kokku pandud mitme riigi jõupingutuste tulemusena. Selle täielikuks toimimiseks on aga vaja tervet tokamaki lähedal asuvat hoonete kompleksi. Nende hulgas:

• Juhtimis-, andmetele juurdepääsu- ja sidesüsteem – CODAC. Asub paljudes ITERi kompleksi hoonetes.
• Kütusehoidla ja kütusesüsteem – tarnib kütuse tarnimiseks tokamaki.
• Vaakumsüsteem - koosneb enam kui neljasajast vaakumpumbast, mille ülesandeks on termotuumareaktsiooni produktide, aga ka erinevate saasteainete väljapumpamine vaakumkambrist.
• Krüogeenne süsteem – esindatud lämmastiku ja heeliumi vooluringiga. Heeliumiahel normaliseerib tokamaki temperatuuri, mille töö (ja seega ka temperatuur) ei toimu pidevalt, vaid impulssidena. Lämmastikuahel jahutab krüostaadi soojuskilpe ja heeliumiahelat ennast. Samuti tuleb vesijahutussüsteem, mille eesmärk on langetada tekiseinte temperatuuri.
• Toiteallikas. Tokamak vajab pidevaks tööks ligikaudu 110 MW energiat. Selle saavutamiseks paigaldatakse kilomeetrite pikkused elektriliinid, mis ühendatakse Prantsusmaa tööstusvõrguga. Tasub meenutada, et ITERi katserajatis ei tooda energiat, vaid tegutseb ainult teaduslikes huvides.

ITERi rahastamine

Rahvusvaheline termotuumareaktor ITER – piisab kallis üritus, mis oli algselt hinnanguliselt 12 miljardit dollarit, kusjuures 1/11 summast moodustasid Venemaa, USA, Korea, Hiina ja India, 2/11 Jaapan ja 4/11 EL. Hiljem kasvas see summa 15 miljardi dollarini. Tähelepanuväärne on, et rahastamine toimub kompleksi jaoks vajalike seadmete tarnimise kaudu, mis on igas riigis välja töötatud. Nii tarnib Venemaa tekke, plasmakütteseadmeid ja ülijuhtivaid magneteid.

Projekti perspektiiv

IN Sel hetkel Ehitatakse ITERi kompleksi ja toodetakse kõiki tokamaki jaoks vajalikke komponente. Pärast tokamaki kavandatud käivitamist 2025. aastal algab rida katseid, mille tulemuste põhjal märgitakse ära täiustamist vajavad aspektid. Pärast edukat sisenemist ITERi ehitamine Plaanis on ehitada termotuumasünteesil põhinev elektrijaam nimega DEMO (DEMOnstration Power Plant). DEMo eesmärk on demonstreerida termotuumasünteesi jõu niinimetatud "kaubanduslikku veetlust". Kui ITER suudab toota vaid 500 MW energiat, siis DEMO suudab pidevalt toota 2 GW energiat.

Siiski tuleb meeles pidada, et ITERi katserajatis ei tooda energiat ja selle eesmärk on saada puhtalt teaduslikku kasu. Ja nagu teate, üht-teist füüsiline eksperiment ei suuda mitte ainult täita ootusi, vaid tuua ka uusi teadmisi ja kogemusi inimkonnale.

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 siiski on tuumaenergia jaoks pakiline probleem radioaktiivsete jäätmete töötlemine ja kõrvaldamine, mis 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" radioaktiivseid jäätmeid. 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 Prantsusmaal 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 peaks see teadustöö andma 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 maailma teadusringkond sellist reaktorit ehitama? 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

Kuidas see kõik alguse sai? "Energiaväljakutse" tekkis järgmise kolme teguri kombinatsiooni tulemusena:

1. Inimkond tarbib praegu tohutult energiat.

Praegu on maailma energiatarbimine umbes 15,7 teravatti (TW). Jagades selle väärtuse maailma rahvaarvuga, saame ühe inimese kohta ligikaudu 2400 vatti, mida on lihtne hinnata ja visualiseerida. Iga Maa elaniku (ka laste) tarbitav energia vastab 24 sajavatise elektrilambi ööpäevaringsele tööle. Selle energia tarbimine kogu planeedil on aga väga ebaühtlane, kuna mitmes riigis on see väga suur ja teistes tühine. Tarbimine (ühe inimese kohta) võrdub USA-s 10,3 kW (üks rekordväärtustest), Vene Föderatsioonis 6,3 kW, Ühendkuningriigis 5,1 kW jne, kuid teisest küljest on see võrdne ainult 0,21 kW Bangladeshis (ainult 2% USA energiatarbimisest!).

2. Maailma energiatarbimine kasvab järsult.

Rahvusvahelise energiaagentuuri (2006) andmetel peaks ülemaailmne energiatarbimine 2030. aastaks kasvama 50%. Arenenud riigid Muidugi saaks ilma lisaenergiata hakkama, kuid see kasv on vajalik selleks, et tuua välja arengumaade elanikkond vaesusest, kus 1,5 miljardit inimest kannatab ägeda energiapuuduse käes. elektrienergia.

3. Praegu saadakse 80% maailma energiast fossiilkütuste põletamisest(nafta, kivisüsi ja gaas), mille kasutamine:

a) kujutab endast potentsiaalselt katastroofiliste keskkonnamuutuste ohtu;

b) peab kunagi paratamatult lõppema.

Öeldu põhjal on selge, et nüüd tuleb valmistuda fossiilkütuste kasutamise ajastu lõpuks

Praegu toodavad tuumaelektrijaamad suures ulatuses energiat, mis vabaneb aatomituumade lõhustumisreaktsioonide käigus. Selliste jaamade loomist ja arendamist tuleks igal võimalikul viisil soodustada, kuid tuleb arvestada, et ka nende tööks ühe olulisema materjali (odav uraan) varud saavad järgmise 50 aasta jooksul täielikult ära kasutatud. . Tuuma lõhustumisel põhineva energia võimalusi saab (ja peakski) oluliselt laiendama tõhusamate energiatsüklite kasutamisega, võimaldades toodetava energia kogust peaaegu kahekordistada. Energia sellesuunaliseks arendamiseks on vaja luua tooriumireaktorid (nn toorium Breer reaktorid ehk aretusreaktorid), milles reaktsiooni käigus tekib rohkem tooriumit kui algupärasest uraanist, mille tulemusena kogu toodetud energia hulk. antud ainekoguse korral suureneb 40 korda . Samuti tundub paljutõotav luua plutooniumi kasvatajad, kasutades kiireid neutroneid, mis on palju tõhusamad kui uraanireaktorid ja suudavad toota 60 korda rohkem energiat. Võib juhtuda, et nende piirkondade arendamiseks on vaja välja töötada uued, mittestandardsed meetodid uraani saamiseks (näiteks mereveest, mis tundub olevat kõige kättesaadavam).

Termotuumaelektrijaamad

Joonisel on kujutatud termotuumaelektrijaama seadme ja tööpõhimõtte skemaatiline diagramm (mitte mõõtkavas). Keskosas on toroidne (sõõrikukujuline) kamber mahuga ~2000 m3, mis on täidetud temperatuurini üle 100 M°C kuumutatud triitium-deuteeriumi (T–D) plasmaga. Termotuumasünteesreaktsiooni (1) käigus tekkivad neutronid väljuvad “magnetpudelist” ja sisenevad joonisel näidatud kesta, mille paksus on umbes 1 m.

Kesta sees põrkuvad neutronid liitiumiaatomitega, mille tulemuseks on reaktsioon, mis tekitab triitiumi:

neutron + liitium → heelium + triitium

Lisaks toimuvad süsteemis konkureerivad reaktsioonid (ilma triitiumi moodustumiseta), aga ka paljud reaktsioonid täiendavate neutronite vabanemisega, mis seejärel viivad ka triitiumi moodustumiseni (sel juhul võib täiendavate neutronite vabanemine oluliselt tõhustatud, näiteks berülliumi aatomite viimisega kesta ja plii). Üldine järeldus on, et see rajatis võib (vähemalt teoreetiliselt) läbida tuumasünteesi reaktsiooni, mis tekitaks triitiumi. Sel juhul ei peaks toodetud triitiumi kogus vastama mitte ainult käitise enda vajadustele, vaid olema isegi mõnevõrra suurem, mis võimaldab varustada triitiumiga uusi seadmeid. Just seda töökontseptsiooni tuleb allpool kirjeldatud ITERi reaktoris katsetada ja rakendada.

Lisaks peavad neutronid nn pilootjaamades (milles kasutatakse suhteliselt "tavalisi" ehitusmaterjale) kesta kuumutama ligikaudu 400 °C-ni. Tulevikus on kavas luua täiustatud paigaldisi, mille kesta kuumutamise temperatuur on üle 1000°C, mida on võimalik saavutada uusimate ülitugevate materjalide (nt ränikarbiidkomposiidid) kasutamisega. Korpuses tekkiv soojus, nagu ka tavalistes jaamades, võetakse primaarses jahutusringis jahutusvedelikuga (sisaldab näiteks vett või heeliumi) ja suunatakse sekundaarringi, kus toodetakse veeauru ja suunatakse see turbiinidesse.

1985 – Nõukogude Liit pakkus välja järgmise põlvkonna Tokamaki tehase, kasutades nelja juhtiva riigi kogemusi termotuumasünteesireaktorite loomisel. Ameerika Ühendriigid koos Jaapani ja Euroopa Ühendusega esitasid ettepaneku projekti elluviimiseks.

Praegu on Prantsusmaal käimas allpool kirjeldatud rahvusvahelise eksperimentaalse termotuumareaktori ITER (International Tokamak Experimental Reactor) ehitamine, mis on esimene tokamak, mis on võimeline plasmat "süütama".

Kõige arenenumad olemasolevad tokamakipaigaldised on pikka aega saavutanud temperatuuri umbes 150 M°C, mis on lähedal termotuumasünteesijaama tööks vajalikele väärtustele, kuid ITERi reaktor peaks olema esimene suuremahuline elektrijaam, mis on kavandatud pikaks ajaks. - tähtajaline operatsioon. Tulevikus on vaja oluliselt parandada selle tööparameetreid, mis nõuab ennekõike plasma rõhu suurendamist, kuna tuumasünteesi kiirus antud temperatuuril on võrdeline rõhu ruuduga. Peamine teaduslik probleem on antud juhul seotud asjaoluga, et kui plasmas rõhk tõuseb, tekivad väga keerulised ja ohtlikud ebastabiilsused ehk ebastabiilsed töörežiimid.

Miks me seda vajame?

Tuumasünteesi peamine eelis seisneb selles, et see nõuab väga väikeses koguses aineid, mis on kütusena looduses väga levinud. Tuumasünteesireaktsioon kirjeldatud seadmetes võib põhjustada tohutul hulgal energiat, mis on kümme miljonit korda suurem kui tavaline soojuseraldus tavapäraste seadmete korral. keemilised reaktsioonid(nagu fossiilkütuste põletamine). Võrdluseks toome välja, et 1 gigavatise (GW) võimsusega soojuselektrijaama toiteks kuluv kivisöe kogus on 10 000 tonni ööpäevas (kümme raudteevagunit) ning sama võimsusega termotuumajaam tarbib vaid ca. 1 kilogramm D+T segu päevas.

Deuteerium on vesiniku stabiilne isotoop; Umbes ühes igast 3350 tavalise vee molekulist on üks vesinikuaatom asendatud deuteeriumiga (Suure Paugu pärand). See asjaolu muudab veest vajaliku deuteeriumi koguse üsna odava tootmise korraldamise lihtsaks. Ebastabiilse triitiumi saamine on keerulisem (poolestusaeg on umbes 12 aastat, mistõttu selle sisaldus looduses on tühine), kuid nagu ülal näidatud, ilmub triitium töötamise ajal otse termotuumaseadme sisse. neutronite reaktsiooni tõttu liitiumiga.

Seega on termotuumasünteesi reaktori algkütuseks liitium ja vesi. Liitium on tavaline metall, mida kasutatakse laialdaselt kodumasinad(patareides Mobiiltelefonid ja nii edasi.). Ülalkirjeldatud paigaldis suudab isegi mitteideaalset efektiivsust arvesse võttes toota 200 000 kWh elektrienergiat, mis võrdub 70 tonni kivisöe energiaga. Selleks vajalik liitiumikogus sisaldub ühes arvuti akus ja deuteeriumi kogus on 45 liitris vees. Ülaltoodud väärtus vastab kaasaegne tarbimine elekter (arvutatud inimese kohta) EL riikides üle 30 aasta. Ainuüksi asjaolu, et nii tühine liitiumikogus suudab tagada sellise elektrienergia tootmise (ilma CO2 emissioonita ja vähimagi õhusaasteta), on üsna tõsine argument termotuumaenergia kiireima ja jõulisema arengu poolt (vaatamata kõigele raskusi ja probleeme) ja isegi ilma sajaprotsendilise kindluseta selliste uuringute edusse.

Deuteeriumist peaks jätkuma miljoneid aastaid ja kergesti kaevandatava liitiumi varud on piisavad sadade aastate vajaduste rahuldamiseks. Isegi kui liitiumivarud on kivid saab otsa, saame selle ekstraheerida veest, kus seda leidub piisavalt kõrge kontsentratsioonina (100 korda suurem uraani kontsentratsioon), et selle kaevandamine oleks majanduslikult otstarbekas.

Prantsusmaal Cadarache'i linna lähedale ehitatakse eksperimentaalset termotuumareaktorit (International thermonuclear experimental reactor). ITERi projekti põhieesmärk on rakendada kontrollitud termotuumasünteesi reaktsiooni tööstuslikus mastaabis.

Termotuumakütuse massiühiku kohta saadakse umbes 10 miljonit korda rohkem energiat kui sama koguse orgaanilise kütuse põletamisel ja umbes sada korda rohkem kui praegu töötavate tuumajaamade reaktorites uraani tuumade lõhestamisel. Kui teadlaste ja disainerite arvutused tõeks saavad, annab see inimkonnale ammendamatu energiaallika.

Seetõttu ühendasid mitmed riigid (Venemaa, India, Hiina, Korea, Kasahstan, USA, Kanada, Jaapan, Euroopa Liidu riigid) jõud rahvusvahelise termotuumauuringute reaktori – uute elektrijaamade prototüübi – loomisel.

ITER on rajatis, mis loob tingimused vesiniku ja triitiumi aatomite (vesiniku isotoobi) sünteesiks, mille tulemusena moodustub uus aatom – heeliumi aatom. Selle protsessiga kaasneb tohutu energiapuhang: plasma temperatuur, milles termotuumareaktsioon toimub, on umbes 150 miljonit kraadi Celsiuse järgi (võrdluseks, Päikese tuuma temperatuur on 40 miljonit kraadi). Sellisel juhul põlevad isotoobid läbi, jätmata praktiliselt üldse radioaktiivseid jäätmeid.

Rahvusvahelises projektis osalemise skeem näeb ette reaktori komponentide tarnimise ja selle ehitamise rahastamise. Vastutasuks selle eest saavad kõik osalevad riigid täieliku juurdepääsu kõigile termotuumareaktori loomise tehnoloogiatele ja kogu selle reaktori eksperimentaalse töö tulemustele, mis on aluseks jadajõuliste termotuumareaktorite projekteerimisel.

Termotuumasünteesi põhimõttel põhinev reaktor ei sisalda radioaktiivset kiirgust ja on täiesti ohutu keskkond. See võib asuda peaaegu kõikjal maailmas ja selle kütuseks on tavaline vesi. ITERi ehitus kestab eeldatavasti kümmekond aastat, pärast mida on reaktor eeldatavasti kasutuses 20 aastat.

Venemaa huve ITERi termotuumareaktori ehitamise rahvusvahelise organisatsiooni nõukogus esindab lähiaastatel Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliige Mihhail Kovaltšuk - Venemaa Akadeemia Kristallograafia Instituudi Kurtšatovi Instituudi direktor. Presidendi teaduse, tehnoloogia ja hariduse nõukogu teadus- ja teadussekretär. Kovaltšuk asendab sellel ametikohal ajutiselt akadeemik Jevgeni Velihhovi, kes valiti esimeheks järgmiseks kaheks aastaks rahvusvaheline nõukogu ITER ja tal ei ole õigust ühendada seda ametikohta osaleva riigi ametliku esindaja kohustustega.

Ehituse kogumaksumus on hinnanguliselt 5 miljardit eurot ning sama palju kulub reaktori proovikäitamiseks. India, Hiina, Korea, Venemaa, USA ja Jaapani aktsiad moodustavad kumbki ligikaudu 10 protsenti koguväärtusest, 45 protsenti tuleb Euroopa Liidu riikidest. Praegu siiski Euroopa riigid nad ei leppinud kokku, kuidas täpselt kulud nende vahel jagunevad. Selle tõttu lükkus ehituse algus 2010. aasta aprillisse. Viimasest viivitusest hoolimata väidavad ITERiga seotud teadlased ja ametnikud, et suudavad projekti 2018. aastaks lõpule viia.

ITERi hinnanguline termotuumavõimsus on 500 megavatti. Üksikud magnetosad ulatuvad 200–450 tonnini. ITERi jahutamiseks kulub 33 tuhat kuupmeetrit vett päevas.

1998. aastal lõpetas USA oma projektis osalemise rahastamise. Pärast vabariiklaste võimuletulekut ja pidevat elektrikatkestust Californias teatas Bushi administratsioon energiainvesteeringute suurendamisest. USA ei kavatsenud rahvusvahelises projektis osaleda ja tegeles oma termotuumaprojektiga. 2002. aasta alguses ütles president Bushi tehnoloogianõunik John Marburger III, et USA on meelt muutnud ja kavatseb projekti juurde naasta.

Projekt on osalejate arvult võrreldav teise suure rahvusvahelise projektiga teaduslik projekt– Rahvusvaheline kosmosejaam. ITERi maksumus, mis varem ulatus 8 miljardi dollarini, jäi siis alla 4 miljardi. Ameerika Ühendriikide osalemisest loobumise tulemusena otsustati reaktori võimsust vähendada 1,5 GW-lt 500 MW-le. Vastavalt sellele on langenud ka projekti hind.

2002. aasta juunis toimus Venemaa pealinnas sümpoosion “ITER Days in Moscow”. Arutati teoreetilisi, praktilisi ja korralduslikke probleeme projekti taaselustamiseks, mille õnnestumine võib muuta inimkonna saatust ja anda sellele uut tüüpi energia, mis on tõhususe ja ökonoomsuse poolest võrreldav ainult Päikese energiaga.

2010. aasta juulis kiitsid ITERi rahvusvahelises termotuumareaktori projektis osalevate riikide esindajad Prantsusmaal Cadarache’is toimunud erakorralisel koosolekul heaks selle eelarve ja ehitusgraafiku. Koosoleku aruanne on saadaval siin.

Viimasel erakorralisel koosolekul kinnitasid projektis osalejad esimeste plasmakatsetuste alguskuupäeva - 2019. Täielikud katsed on kavandatud 2027. aasta märtsiks, kuigi projekti juhtkond palus tehnilistel spetsialistidel proovida protsessi optimeerida ja alustada katseid 2026. aastal. Koosolekul osalejad otsustasid ka reaktori rajamise kulud, kuid käitise rajamiseks kulutatud summasid ei avalikustatud. Portaali ScienceNOW toimetusele nimetust allikast saadud info kohaselt võib katsete alguse ajaks ITERi projekti maksumus ulatuda 16 miljardi euroni.

Kohtumine Cadarache'is tähistas ka uue projektijuhi, Jaapani füüsiku Osamu Motojima esimest ametlikku tööpäeva. Enne teda juhtis projekti alates 2005. aastast jaapanlane Kaname Ikeda, kes soovis oma ametikohalt lahkuda kohe pärast eelarve ja ehitustähtaegade kinnitamist.

ITERi tuumasünteesireaktor on Euroopa Liidu, Šveitsi, Jaapani, USA, Venemaa, Lõuna-Korea, Hiina ja India ühisprojekt. ITERi loomise ideed on kaalutud juba eelmise sajandi 80ndatest aastatest, kuid rahaliste ja tehniliste raskuste tõttu on projekti maksumus pidevalt kasvanud ning ehituse alguskuupäev lükkub pidevalt edasi. 2009. aastal eeldasid eksperdid, et töö reaktori loomisel algab 2010. aastal. Hiljem seda kuupäeva nihutati ning esmalt nimetati 2018. ja seejärel 2019. aasta reaktori käivitusajaks.

Termotuumasünteesi reaktsioonid on kergete isotoopide tuumade ühinemise reaktsioonid raskema tuuma moodustamiseks, millega kaasneb tohutu energia vabanemine. Teoreetiliselt võivad termotuumasünteesi reaktorid toota palju energiat madalate kuludega, kuid praegu kulutavad teadlased termotuumasünteesi reaktsiooni käivitamiseks ja säilitamiseks palju rohkem energiat ja raha.

Fusion on odav ja keskkonnasõbralik ohutul viisil energia tootmine. Kontrollimatu termotuumasüntees on Päikesel toimunud miljardeid aastaid – heelium tekib raskest vesiniku isotoobist deuteeriumist. See vabastab tohutul hulgal energiat. Inimesed Maal pole aga veel õppinud selliseid reaktsioone kontrollima.

ITERi reaktor kasutab kütusena vesiniku isotoope. Termotuumareaktsiooni käigus vabaneb energia, kui kerged aatomid ühinevad raskemateks. Selle saavutamiseks tuleb 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 koos vabanemisega heeliumi aatomiteks suur kogus neutronid. Sellel põhimõttel töötav elektrijaam kasutab neutronite energiat, mida aeglustab tiheda materjali (liitiumi) kiht.

Miks termotuumarajatiste loomine nii kaua aega võttis?

Miks pole seni loodud nii olulisi ja väärtuslikke installatsioone, mille kasulikkusest on räägitud ligi pool sajandit? On kolm peamist põhjust (mida käsitletakse allpool), millest esimest võib nimetada väliseks või sotsiaalseks ja ülejäänud kahte - sisemiseks, see tähendab, et need on määratud termotuumaenergia enda arengu seaduste ja tingimustega.

1. Pikka aega usuti, et termotuumasünteesienergia praktilise kasutamise probleem ei vaja kiireloomulisi otsuseid ja tegevusi, kuna veel eelmise sajandi 80ndatel tundusid fossiilkütuste allikad ammendamatud ning keskkonnaprobleemid ja kliimamuutused avalikkust ei puudutanud. 1976. aastal üritas USA energeetikaministeeriumi termotuumasünteesi nõuandekomitee hinnata teadus- ja arendustegevuse ning termotuumasünteesi näidiselektrijaama ajakava. erinevaid valikuid teadusuuringute rahastamine. Samas avastati, et sellesuunalise teadustöö aastase rahastamise maht on täiesti ebapiisav ning säilitades olemasoleval tasemel eraldustega ei õnnestu termotuumarajatiste loomine kunagi edukaks, kuna eraldatud vahendid ei vasta isegi minimaalsele kriitilisele tasemele.

2. Tõsisemaks takistuseks selle valdkonna uuringute arendamisel on see, et kõnealust tüüpi termotuumarajatist ei ole võimalik väikeses mahus luua ja demonstreerida. Allpool esitatud selgitustest selgub, et termotuumasünteesi puhul on vaja mitte ainult plasma magnetilist piiramist, vaid ka selle piisavat kuumutamist. Kulutatud ja vastuvõetud energia suhe suureneb vähemalt proportsionaalselt käitise joonmõõtmete ruuduga, mille tulemusena saab termotuumaseadmete teaduslikke ja tehnilisi võimalusi ja eeliseid testida ja demonstreerida vaid üsna suurtes jaamades, nagu nagu mainitud ITERi reaktor. Ühiskond ei olnud lihtsalt valmis nii suuri projekte rahastama enne, kui oli piisavalt usk edusse.

3. Termotuumaenergia areng oli väga keeruline iseloom(hoolimata ebapiisavast rahastamisest ja raskustest JETi ja ITERi rajatiste loomiseks keskuste valimisel) viimased aastad Edusammud on selged, kuigi toimivat jaama pole veel loodud.

Kaasaegne maailm seisab silmitsi väga tõsise energiaprobleemiga, mida võib täpsemalt nimetada "ebakindlaks energiakriisiks". Probleem on seotud sellega, et fossiilkütuste varud võivad lõppeda käesoleva sajandi teisel poolel. Veelgi enam, fossiilkütuste põletamine võib kaasa tuua vajaduse kuidagi siduda ja “kokku hoida” atmosfääri paisatud heitmed. süsinikdioksiid(eespool mainitud CCS-programm), et vältida tõsiseid muutusi planeedi kliimas.

Praegu tekib peaaegu kogu inimkonna tarbitav energia fossiilsete kütuste põletamisel ning probleemi lahendus võib olla seotud kütuse kasutamisega. päikeseenergia või tuumaenergia (kiire neutronite kasvatamise reaktorite loomine jne). Globaalne probleem, mis on tingitud arengumaade kasvavast rahvastikust ja vajadusest parandada elatustaset ja suurendada toodetava energia hulka, ei saa lahendada ainult vaadeldud lähenemisviiside põhjal, kuigi loomulikult on võimalik välja töötada alternatiivseid energiatootmismeetodeid. tuleks julgustada.

Rangelt võttes on meil väike valik käitumisstrateegiaid ja termotuumaenergeetika arendamine on äärmiselt oluline, isegi vaatamata edugarantii puudumisele. Ajaleht Financial Times (25. jaanuaril 2004) kirjutas sellest:

„Isegi kui ITERi projekti kulud ületavad oluliselt esialgset hinnangut, ei küüni need tõenäoliselt miljardi dollarini aastas. Sellist kulutaset tuleks pidada väga tagasihoidlikuks hinnaks, mida maksta väga mõistliku võimaluse eest luua kogu inimkonnale uus energiaallikas, eriti arvestades asjaolu, et juba sellel sajandil peame paratamatult loobuma raiskamise harjumusest. ja fossiilkütuste hoolimatu põletamine.

Loodame, et termotuumaenergeetika arendamise teel suuri ja ootamatuid üllatusi ei tule. Sel juhul saame umbes 30 aasta pärast esimest korda sellest elektrivooluga varustada energiavõrke ja veidi enam kui 10 aasta pärast hakkab tööle esimene kaubanduslik termotuumaelektrijaam. Võimalik, et selle sajandi teisel poolel hakkab tuumasünteesienergia asendama fossiilkütuseid ja hakkab tasapisi mängima üha olulisemat rolli inimkonna energiaga varustamisel globaalses mastaabis.

Pole absoluutset garantiid, et termotuumaenergia (kui tõhusa ja suuremahulise energiaallika kogu inimkonna jaoks) loomise ülesanne õnnestub edukalt lõpule viia, kuid edu tõenäosus selles suunas on üsna suur. Arvestades termotuumajaamade tohutut potentsiaali, võib kõiki nende kiireks (ja isegi kiirendatud) arendamiseks vajalike projektide kulusid pidada õigustatuks, eriti kuna need investeeringud tunduvad koletu ülemaailmse energiaturu taustal väga tagasihoidlikud (4 triljonit dollarit aastas8). Inimkonna energiavajaduse rahuldamine on väga tõsine probleem. Kuna fossiilkütused muutuvad vähem kättesaadavaks (ja nende kasutamine muutub ebasoovitavaks), on olukord muutumas ja me lihtsalt ei saa endale lubada mitte arendada termotuumasünteesi.

Küsimusele "Millal ilmub termotuumaenergia?" Lev Artsimovitš (selle valdkonna tunnustatud pioneer ja juht) vastas kord, et "see luuakse siis, kui see muutub inimkonna jaoks tõeliselt vajalikuks".

ITER on esimene termotuumasünteesi reaktor, mis toodab rohkem energiat kui tarbib. Teadlased mõõdavad seda omadust lihtsa koefitsiendiga, mida nad nimetavad "Q". Kui ITER saavutab kõik oma teaduslikud eesmärgid, toodab see 10 korda rohkem energiat kui tarbib. Viimane ehitatud seade, Inglismaal asuv Joint European Torus, on väiksem termotuumasünteesi reaktori prototüüp, mis saavutas oma teadusliku uurimistöö viimases etapis Q väärtuseks peaaegu 1. See tähendab, et see tootis täpselt sama palju energiat kui tarbis. . ITER läheb sellest kaugemale, demonstreerides termotuumasünteesi abil energia tootmist ja saavutades Q väärtuse 10. Idee on toota umbes 50 MW energiatarbimisega 500 MW. Seega on üks ITERi teaduslikest eesmärkidest tõestada, et Q väärtus 10 on saavutatav.

muud teaduslik eesmärk on see, et ITERil on väga pikk “põlemisaeg” – impulss, mille kestus on kuni üks tund. ITER on teadusuuringute eksperimentaalne reaktor, mis ei suuda pidevalt energiat toota. Kui ITER hakkab tööle, on see üks tund sisse lülitatud, pärast mida tuleb see välja lülitada. See on oluline, sest siiani on meie loodud standardseadmed suutelised põlema mitu sekundit või isegi kümnendikku sekundit – see on maksimum. "Joint European Torus" saavutas oma Q väärtuse 1 põlemisajaga umbes kaks sekundit ja impulsi pikkus 20 sekundit. Kuid paar sekundit kestev protsess ei ole tõeliselt püsiv. Analoogiliselt auto mootori käivitamisega: mootori lühiajaline sisselülitamine ja seejärel väljalülitamine ei ole veel auto tegelik töö. Alles pool tundi sõites jõuab see pidevasse töörežiimi ja demonstreerib, et sellise autoga saab tõesti sõita.

See tähendab, et tehnilisest ja teaduslikust vaatenurgast annab ITER Q väärtuse 10 ja pikema põlemisaja.

Termotuumasünteesi programm on oma olemuselt tõeliselt rahvusvaheline ja laiaulatuslik. Inimesed loodavad juba ITERi edule ja mõtlevad järgmisele sammule – tööstusliku termotuumareaktori prototüübi loomisele nimega DEMO. Selle ehitamiseks peab ITER töötama. Peame saavutama oma teaduslikud eesmärgid, sest see tähendab, et meie esitatud ideed on täiesti teostatavad. Siiski olen nõus, et alati tuleks mõelda sellele, mis järgmiseks tuleb. Lisaks, kuna ITER töötab 25-30 aastat, siis meie teadmised järk-järgult süvenevad ja laienevad ning saame oma järgmist sammu täpsemalt visandada.

Tõepoolest, ei vaielda selle üle, kas ITER peaks olema tokamak. Mõned teadlased esitavad küsimuse hoopis teisiti: kas ITER peaks eksisteerima? Spetsialistid sisse erinevad riigid, kes arendavad oma, mitte nii mastaapseid termotuumaprojekte, väidavad, et nii suurt reaktorit pole üldse vaja.

Vaevalt tuleks aga nende arvamust autoriteetseks pidada. ITERi loomisel osalesid füüsikud, kes on toroidpüünistega töötanud mitu aastakümmet. Karadashis asuva eksperimentaalse termotuumareaktori projekteerimisel võeti aluseks kõik teadmised, mis saadi kümnete eelkäija tokamakidega tehtud katsete käigus. Ja need tulemused näitavad, et reaktor peab olema tokamak ja seejuures suur.

JET Hetkel võib edukaimaks tokamakiks pidada JET-i, mille EL ehitas Suurbritannias Abingdoni linnas. Tegemist on suurima seni loodud tokamak-tüüpi reaktoriga, plasmatoru suur raadius on 2,96 meetrit. Termotuumareaktsiooni võimsus on jõudnud juba enam kui 20 megavatini peetusajaga kuni 10 sekundit. Reaktor tagastab umbes 40% plasmasse pandud energiast.

See on plasma füüsika, mis määrab energiabilansi,” ütles Igor Semenov Infox.ru-le. Mis on energiabilanss, kirjeldas MIPT dotsent aadressil lihtne näide: “Me kõik nägime tuld põlemas. Tegelikult ei põle seal puit, vaid gaas. Energiaahel on seal selline: gaas põleb, puit kuumeneb, puit aurustub, gaas põleb uuesti. Seega, kui viskame vett tulle, võtame süsteemist järsult energiat vedela vee faasimuutmiseks auru olekusse. Bilanss muutub negatiivseks ja tuli kustub. On veel üks võimalus – võime lihtsalt võtta tulemärgid ja need kosmosesse levitada. Ka tuli kustub. See on sama termotuumareaktoris, mida me ehitame. Mõõtmed valitakse selliselt, et luua selle reaktori jaoks sobiv positiivne energiabilanss. Piisab, et tulevikus ehitada tõeline tuumaelektrijaam, lahendades selles katsefaasis kõik probleemid, mis on praegu lahendamata.

Reaktori mõõtmeid muudeti ühe korra. See juhtus edasi XX-XXI vahetus sajandil, kui USA projektist loobus ja ülejäänud liikmed mõistsid, et ITERi eelarve (selleks ajaks oli see hinnanguliselt 10 miljardit USA dollarit) on liiga suur. Füüsikud ja insenerid pidid paigalduskulusid vähendama. Ja seda sai teha ainult suuruse tõttu. ITERi ümberkujundamist juhtis prantsuse füüsik Robert Aymar, kes töötas varem Prantsuse Tore Supra tokamaki kallal Karadashis. Plasmatooriuse välimist raadiust on vähendatud 8,2 meetrilt 6,3 meetrile. Suuruse vähenemisega kaasnevaid riske kompenseerisid aga osaliselt mitmed täiendavad ülijuhtivad magnetid, mis võimaldasid rakendada tollal avatud ja uuritud plasmakinnitusrežiimi.

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

Pierre-Gilles de Gennes
prantsuse keel Nobeli preemia laureaat

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

Valitsuse projektid

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

Prantsusmaa MegaJoule Laser on maailma võimsaim laser ja püüab arendada tuumasünteesireaktori ehitamise laserpõhist meetodit. Prantsuse installatsioon võetakse kasutusele 2018. aastal.

NIF (National Ignition Facility) ehitati USA-s 12 aasta ja 4 miljardi dollari jooksul aastaks 2012. Nad lootsid tehnoloogiat katsetada ja seejärel kohe reaktori ehitada, kuid selgus, et nagu Wikipedia teatab, on vaja märkimisväärset tööd teha, kui süsteem peaks kunagi süttima. Selle tulemusena tühistati suurejoonelised plaanid ja teadlased hakkasid laserit järk-järgult täiustama. Viimane väljakutse on tõsta energiaülekande efektiivsust 7%-lt 15%-le. Vastasel juhul võib selle sünteesi saavutamise meetodi Kongressi rahastamine lõppeda.

2015. aasta lõpus alustati Sarovis maailma võimsaima laserinstallatsiooni hoone ehitamist. See on võimsam kui praegused Ameerika ja tulevased Prantsuse omad ning võimaldab teha reaktori laserversiooni ehitamiseks vajalikke katseid. Ehituse lõpp 2020.

USA-s asuv MagLIF termotuumasünteesi laserit tunnustatakse kui tumedat hobust termotuumasünteesi saavutamise meetodite hulgas. Viimasel ajal on see meetod näidanud oodatust paremaid tulemusi, kuid võimsust tuleb siiski 1000 korda suurendada. Laser on praegu uuendamisel ja 2018. aastaks loodavad teadlased saada sama palju energiat, kui nad kulutasid. Edu korral ehitatakse suurem versioon.

Venemaa tuumafüüsika instituut katsetas visalt avatud lõksu meetodit, millest USA loobus 90ndatel. Selle tulemusena saadi näitajad, mida peeti selle meetodi puhul võimatuks. BINP 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 väiksem. Selle ehitamine oleks pidanud algama 3 aastat tagasi, kuid selline olukord on tüüpiline suurte teadusprojektide jaoks.

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

Lockheed Martin teatas 2015. aastal termotuumasünteesi läbimurdest, mis võimaldab neil 10 aasta jooksul ehitada väikese ja mobiilse termotuumasünteesi reaktori. Arvestades, et isegi väga suuri ja üldse mitte mobiilseid kommertsreaktoreid oodati alles 2040. aastal, suhtuti korporatsiooni teatesse skeptiliselt. Kuid ettevõttel on palju ressursse, nii et kes teab. Prototüüpi on oodata 2020. aastal.

Populaarsel Silicon Valley idufirmal Helion Energyl on oma ainulaadne plaan termotuumasünteesi saavutamiseks. Ettevõte on kogunud rohkem kui 10 miljonit dollarit ja loodab prototüübi luua 2019. aastaks.

Madala profiiliga startup Tri Alpha Energy on hiljuti saavutanud muljetavaldavaid tulemusi oma termotuumasünteesimeetodi propageerimisel (teoreetikud on välja töötanud >100 teoreetilist viisi termotuumasünteesi saavutamiseks, tokamak on lihtsalt kõige lihtsam ja populaarseim). Ettevõte kogus ka rohkem kui 100 miljonit dollarit investorite vahendeid.

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

Ühendkuningriigi idufirmal First light on kõige ligipääsetavam veebisait, mis loodi 2014. aastal ja teatas plaanist kasutada uusimaid teaduslikke andmeid, et saavutada tuumasünteesi madalamate kuludega.

MIT-i teadlased kirjutasid kompaktse termotuumasünteesi reaktori kirjelduse. 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 isegi varasem etapp kui käivitamine

Tuumasünteesi on võib-olla ühisrahastamiseks kõige vähem sobiv tööstusharu. Kuid just tema abiga ja ka NASA rahastamisega kavatseb Lawrenceville'i plasmafüüsika ettevõte ehitada oma reaktori prototüübi. Kõigist käimasolevatest projektidest näeb see kõige rohkem välja kelmuse moodi, aga kes teab, ehk toovad need sellesse suurejoonelisse töösse midagi kasulikku.

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

Järgmiseks etapiks on aga plaanid. Hübriidne termotuumareaktor saab energiat nii aatomi lagunemisest (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 eksperdid ütlevad, et see oleks nagu katse ehitada hübriidautosid enne sisepõlemismootori leiutamist.

Alumine joon

Sildid:

• termotuumasünteesi reaktor
• energiat
• tulevased projektid

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 ja üksikute osalevate riikide ebapiisavale rahastamisele, ehitatakse maailma suurimat termotuuma "igavese liikumismasinat". Sellel on palju rohkem eeliseid kui puudusi. Millised? Alustame lugu meie aja kõige ambitsioonikaimast teaduslikust ehitusprojektist teooriaga.

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 eralduvad neutronid ja tohutul hulgal energiat.

Kaasaegne teadus on jõudnud järeldusele, et kõige madalamal algtemperatuuril toodetakse kõige rohkem energiat vesiniku isotoopide – deuteeriumi ja triitiumi – vahelisel reaktsioonil. Kuid selleks on olulised kolm tingimust: soojust(umbes 150 miljonit kraadi Celsiuse järgi), kõrge plasmatihedus ja kõrge plasma retentsiooniaeg.

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 fossiilkütuseid põletavad elektrijaamad muudavad mehaanilise võimsuse (näiteks turbiini pöörlemine) 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

Tüüpilised tuumareaktorid töötavad kümnete tonnide radioaktiivse kütusega (mis muutub lõpuks 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 keskkonnale või personalile, kuna miski ei toeta sünteesireaktsiooni: see nõuab 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 termotuumareaktsiooni saadused. 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. Kõrge kiirgustaseme tõttu on juurdepääs reaktorile 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.