Итэр — международный термоядерный реактор (iter) – все о космосе

ИТЭР: как создают первый международный экспериментальный термоядерный реактор

Итэр — международный термоядерный реактор (iter) – все о космосе

ИТЭР (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor, “Международный экспериментальный термоядерный реактор”) – крупномасштабный научно-технический проект, направленный на строительство первого международного экспериментального термоядерного реактора.

Реализуется семью основными партнерами (Европейский Союз, Индия, Китай, Республика Корея, Россия, США, Япония) в Кадараше (регион Прованс-Альпы-Лазурный берег, Франция).

В основе ИТЭР – установка токамак (название получила по первым буквам: тороидальная камера с магнитными катушками), которая считается наиболее перспективным устройством для осуществления управляемого термоядерного синтеза.

Первый токамак был построен в Советском Союзе в 1954 г.

Задача проекта – продемонстрировать, что термоядерную энергию можно использовать в промышленных масштабах. ИТЭР должен вырабатывать энергию путем реакции синтеза с тяжелыми изотопами водорода при температуре более 100 млн градусов.

Предполагается, что 1 г топлива (смесь дейтерия и трития), которое будет использоваться в установке, даст такое же количество энергии, как 8 т нефти. Расчетная термоядерная мощность ИТЭР – 500 МВт.

Специалисты утверждают, что реактор такого типа намного безопаснее нынешних атомных электростанций (АЭС), а топливо для него практически в неограниченном количестве может давать морская вода. Таким образом, успешная реализация ИТЭР позволит получить неисчерпаемый источник экологически чистой энергии.

История проекта

Концепция реактора разработана в Институте атомной энергии им. И.В.Курчатова. В 1978 г. СССР выдвинул идею осуществления проекта в Международном агентстве по атомной энергии (МАГАТЭ). Договоренность о реализации проекта была достигнута в 1985 г. в Женеве на переговорах между СССР и США.

Позднее программа была утверждена МАГАТЭ. В 1987 г. проект получил нынешнее название, в 1988 г. был создан руководящий орган – Совет ИТЭР. В 1988—1990 гг. силами советских, американских, японских и европейских ученых и инженеров была проведена концептуальная проработка проекта.

21 июля 1992 г. в Вашингтоне ЕС, Россия, США и Япония подписали соглашение о разработке технического проекта ИТЭР, который был завершен в 2001 г. В 2002-2005 гг. к проекту присоединились Южная Корея, Китай и Индия. Соглашение о строительстве первого международного экспериментального термоядерного реактора было подписано в Париже 21 ноября 2006 г.

Спустя год, 7 ноября 2007 г. подписано соглашение о месте строительства ИТЭР, согласно которому реактор будет размещен во Франции, в ядерном центре Кадараш под Марселем. Центр управления и обработки данных разместится в г. Нака (преф. Ибараки, Япония).

Подготовка строительной площадки в Кадараше началась в январе 2007 г., в 2013 г. было развернуто полномасштабное строительство. Комплекс разместится на площади 180 га. Реактор высотой 60 м и массой 23 тыс. т будет расположен на площадке длиной в 1 км и шириной в 400 м. Работы по его строительству координирует Международная организация ИТЭР, созданная в октябре 2007 г.

Стоимость проекта оценивается в 15 млрд евро, из них на ЕС (через Евратом) приходится 45,4%, а шесть других участников (в том числе РФ) вносят по 9,1% каждый. С 1994 г. по квоте России в проекте также участвует Казахстан.

Элементы реактора будут доставляться кораблями к средиземноморскому побережью Франции и оттуда специальными автокараванами перевозиться в район Кадараша. С этой целью в 2013 г.

были значительно переоборудованы участки существующих дорог, укреплены мосты, построены новые переправы и пути с особо крепким покрытием. В период с 2014 г. по 2019 г.

по укрепленной дороге должно пройти не менее трех десятков сверхтяжелых автопоездов.

Системы диагностики плазмы для ИТЭР будут разработаны в Новосибирске. Соглашение об этом 27 января 2014 г. подписали директор Международной организации ИТЭР Осаму Мотодзима и руководитель национального агентства ИТЭР в РФ Анатолий Красильников.

Разработки диагностического комплекса в рамках нового соглашения ведутся на базе физико-технического института им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук.

Ожидается, что реактор войдет в строй в 2020 г., первые реакции по ядерному синтезу будут осуществлены на нем не ранее 2027 г. В 2037 г. планируется закончить экспериментальную часть проекта и к 2040 г.

перейти на производство электроэнергии. По предварительным прогнозам специалистов, промышленный вариант реактора будет готов не ранее 2060 г.

, а серия реакторов данного типа может быть создана лишь к концу XXI века.

Международный экспериментальный термоядерный реактор ITER

Итэр — международный термоядерный реактор (iter) – все о космосе

Строительная площадка термоядерного реактора ITER в октябре 2016 года. Сам реактор будет там в центре, где круг с краном.

Итак, это первый пост с записью и коротким описанием того что мы обсуждали в моей рубрике на Серебряном дожде. Темой вчерашнего выпуска стала термоядерная энергетика и самая дорогая научная установка в мире – ITER.

20-минутную запись рубрики без музыки и рекламных пауз можно полушать и скачать ТУТ. Обратная связь приветствуется, хотя самому мне это и так слушать тяжело – настолько местами ужасным кажется)

Итак, что такое ITER?ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) – международный экспериментальный термоядерный реактор. Он строится усилиями десятков стран во французском ядерном центре Кадараш. Планирование его началось еще в 1980-е, проект разрабатывался с 1992 по 2007, строительство началось в 2009 году.

Первую плазму рассчитывают получить в 2025 году, а окончательное завершение и выход на максимальные запланированные параметры работы согласно проекту будет в районе 2035 года. Почему это важно и интересно? Во-первых, ITER – это самая дорогая и сложная научная и экспериментальная установка в мире. Его стоимость оценивается уже более чем в 20 млрд. евро.

Большой адронный коллайдер, для сравнения, обощёлся в 6 млрд. евро и строился 7 лет. Во-вторых, ITER – это самое главное, что делается сейчас на пути освоения термоядерной энергии, которая потенциально может решить все энергетические проблемы человечества в будущем.

Задача установки – демонстрация возможности управляемого термоядерного синтеза с мощностями промышленного масштаба и накопление опыта для строительства первой термоядерной электростанции. Так что сам ITER еще вырабатывать электричество не будет.

В термоядерном реакторе, в отличие от обычного атомного реактора, используется не реакция деления тяжелых ядер урана или плутония, а реакция синтеза легких ядер гелия из изотопов водорода – дейтерия и трития.

Похожая реакция синтеза идет и на Солнце, так что “альтернативная” солнечная и ветровая энергетика – это в некотором роде косвенное использование термоядерной энергии нашей звезды.

В то же время создать управляемую термоядерную реакцию синтеза очень сложно.

Неуправляемую термоядерную реакцию на земле производить научились – в виде водородных термоядерных бомб, самых мощных из созданных человеком. А вот в мирных целях ее пока использовать не могут. Сложностей тут несколько. Во-первых, для реакции синтеза нужна высокая температура. Она необходима чтобы разогнать и столкнуть два легких ядра с одинаковым положительным зарядом, которые при меньших скоростях просто будут отталкиваться. Поэтому температура Солнца достигает 15 млн градусов, а в реакторе ITER будет и того больше – 150 млн. градусов.

Вещество при такой температуре существует лишь в форме плазмы – четвертого агрегатного состояния вещества после твердого, жидкого и газообразного, где уже нет атомов, а есть лишь отдельные заряженные частицы – ядра, протоны и электроны. Поэтому вторая сложность термоядерной установки – удержание этой плазмы внутри реактора.

Ни один материал не выдержит контакта с этой плазмой, поэтому удерживать ее придется не веществом, а магнитным полем. Если придать полю замкнутую форму, то заряженные частицы будут находиться внутри него.

Однако создать сферическое замкнутое магнитное поле даже теоретически невозможно (в силу теоремы о причесывании ежа), поэтому для удержания плазмы была предложена форма поля в виде тора. Бублика, проще говоря. И придумали, и реализовали ее впервые советские ученые.

Поэтому название такой конструкции – Токамак (Тороидальная камера с магнитными катушками), вошло мир науки из русского языка. ITER будет самым большим и мощным токамаком в мире, хотя их на планете уже более 300.

Ну и еще одна сложность – для создания необходимого магнитного поля нужны огромные сверхпроводящие магниты, охлаждаемые жидким гелием до температур ниже -270 градусов Цельсия.

Так что получается, что токамак – это устройство, где в полном вакууме (поскольку кроме топлива, дейтерия и трития, никакие примеси газов внутри не допускаются) внутри катушек с минусовой температурой будет происходить реакция при температуре 150 млн градусов. Такой вот тепловой бутерброд. Точнее бублик.

Размеры и сложность установки можно оценить по этой схеме
А вот какого размера в реальности те кольца магнита, из которых будет собрана показанная на схеме выше камера токамака. Больше захватывающих фото тут.

Подробнее о физике токамака и его устройстве на пальцах рассказано вот тут.

В одиночку такой проект было бы сложно потянуть даже самым развитым странам. Из-за сложности установки пришлось объединять знания и опыт всех стран, занимающихся исследованиями термоядерного синтеза. В проекте ITER участвует объединенный Евросоюз, США, Россия, Япония, Южная Корея, Китай, Индия.

Позже к нему присоединились Казахстан, а недавно даже Иран. Кто-то вкладывается в проект деньгами, а кто-то в форме постройки оборудования. Россия, например, строит многие важные компоненты, как указано на рисунке ниже.

А подробнее об участии России можно почитать на сайте российского проектного центра ITER.

Части конструкции ITER, которые делаются в России. Их стоимость – несколько миллиардов евро. Объединение усилий выгодно всем – вкладывая свою часть, страны затем получают доступ ко всей полученной на экспериментальной установке информации. Термоядерная энергетика действительно может стать достоянием всего человечества.

Другая возможная причина того что проект реализуется в виде международной кооперации – разделение рисков. До появления коммерческих установок еще очень далеко (сам ITER даже еще не будет вырабатывать энергию, после него это будет делать следующий реактор DEMO), это все понимают, а тянуть в одиночку такой дорогостоящий эксперимент накладно.

Страны грубо говоря вкладываются в далекое будущее и сохраняют научный потенциал в области термоядерной энергетики, но при этом разделяют риски того, что продукт появится нескоро и не в том виде, в котором его можно будет применять.

Хоть я и занимался изучением ядерной энергетики, но термоядерный реактор – это настолько отдельная и далекая от традиционных АЭС тема, что лишь сейчас я достаточно глубоко в нее погрузился. Сейчас мне кажется, что технически проблема мирного использования управляемой термоядерной энергии будет решена.

Вот только насколько она будет востребована к моменту создания и когда именно это произойдет пока сказать сложно.

Из того что почитать по теме могу порекомендовать лучший блог о термоядерной энергетике на руском языке – tnenergy.livejournal.com

Собственно первоисточник информации об ITER, сайт проекта с массой наглядных графических и фотоматериалов – http://www.iter.org/

Международный термоядерный экспериментальный реактор

Итэр — международный термоядерный реактор (iter) – все о космосе

Недавно в Московском физико-техническом институте состоялась российская презентация проекта ИТЭР, в рамках которого планируется создать термоядерный реактор, работающий по принципу токамака. Группа ученых из России рассказала о международном проекте и об участии российских физиков в создании этого объекта.

В 2020-х годах заработает самый мощный в мире токамак

Сейсмоизоляция установки токамака проекта ИТЭР

ИТЭР (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor — Международный термоядерный экспериментальный реактор) — проект термоядерного реактора, позволяющий продемонстрировать и исследовать термоядерные технологии для их дальнейшего использования в мирных и коммерческих целях.

Создатели проекта считают, что управляемый термоядерный синтез может стать энергетикой будущего и служить альтернативой современным газу, нефти и углю. Исследователи отмечают безопасность, экологичность и доступность технологии ИТЭР по сравнению с обычной энергетикой.

По сложности проект сравним с Большим адронным коллайдером; установка реактора включает в себя более десяти миллионов конструктивных элементов.

Вид на стройплощадку токамака сверху, полученный 29 апреля 2014 года

Об ИТЭР

Для тороидальных магнитов токамака необходимо 80 тысяч километров сверхпроводящих нитей; общий их вес достигает 400 тонн. Сам реактор будет весить около 23 тысяч тонн. Для сравнения — вес Эйфелевой башни в Париже равен всего 7,3 тысячи тонн.

Объем плазмы в токамаке будет достигать 840 кубических метров, тогда как, например, в крупнейшем действующем в Великобритании реакторе такого типа — JET — объем равен ста кубическим метрам.

Высота токамака составит 73 метра, из которых 60 метров будут находиться над землей и 13 метров — под ней. Для сравнения, высота Спасской башни Московского Кремля равна 71 метру.

Основная платформа реактора будет занимать площадь, равную 42 гектарам, что сопоставимо с площадью 60 футбольных полей. Температура в плазме токамака будет достигать 150 миллионов градусов Цельсия, что в десять раз выше температуры в центре Солнца.

Токамак JET из Оксфордшира в Великобритании с внешним радиусом 2,96 метра позволяет разогревать плазму объемом до ста кубических метров

В строительстве ИТЭР во второй половине 2010 годов планируется задействовать одновременно до пяти тысяч человек — в их число войдут как рабочие и инженеры, так и административный персонал. Многие компоненты ИТЭР будут доставляться от порта у Средиземного моря по специально сооруженной дороге длиной около 104 километров.

В частности, по ней будет перевезен самый тяжелый фрагмент установки, масса которого составит более 900 тонн, а длина — около десяти метров. Более 2,5 миллионов кубометров земли вывезут с места строительства установки ИТЭР.Общие затраты на проектные и строительные работы оцениваются в 13 миллиардов евро.

Эти средства выделяются семью основными участниками проекта, представляющими интересы 35 стран.

Для сравнения, совокупные расходы на строительство и обслуживание Большого адронного коллайдера почти в два раза меньше, а строительство и поддержание работоспособности Международной космической станции обходится почти в полтора раза дороже.

Токамак

Игорь Тамм

Сегодня в мире существуют два перспективных проекта термоядерных реакторов: токамак (тороидальная камера с магнитными катушками) и стелларатор.

В обеих установках плазма удерживается магнитным полем, однако в токамаке она имеет форму тороидального шнура, по которому пропускается электрический ток, тогда как в стеллараторе магнитное поле наводится внешними катушками.

В термоядерных реакторах происходят реакции синтеза тяжелых элементов из легких (гелия из изотопов водорода — дейтерия и трития), в отличие от обычных реакторов, где инициируются процессы распада тяжелых ядер на более легкие.

Лев Арцимович

Электрический ток в токамаке используется также и для начального разогрева плазмы до температуры около 30 миллионов градусов Цельсия; дальнейший разогрев производится специальными устройствами.

Теоретическая схема токамака была предложена в 1951 советскими физиками Андреем Сахаровым и Игорем Таммом, и в 1954 году в СССР была построена первая установка.

Однако, ученым не удавалось продолжительное время поддерживать плазму в стационарном режиме, и к середине 1960 годов в мире сложилось убеждение, что управляемый термоядерный синтез на основе токамака невозможен.

Но уже через три года на установке Т-3 в Институте атомной энергии имени Курчатова под руководством Льва Арцимовича удалось нагреть плазму до температуры более пяти миллионов градусов Цельсия и ненадолго удержать ее; ученые из Великобритании, присутствовавшие на эксперименте, на своем оборудовании зафиксировали температуру около десяти миллионов градусов. После этого в мире начался настоящий бум токамаков, так что в мире было построено около 300 установок, самые крупные их которых находятся в Европе, Японии, США и России.

Основные участники проекта: ЕС, Индия, Китай, Республика Корея, Россия, США и Япония

Управление ИТЭР

В 1985 году Евгений Велихов предложил Михаилу Горбачеву объединить усилия США и СССР в области термоядерной энергетики и начать работу над созданием международного термоядерного реактора на основе токамака.

В 1988 начались первые проектные работы, и уже в 1992 году было подписано международное соглашение о разработке технического проекта реактора ИТЭР. Полная стоимость на этапе разработки проекта составила около двух миллиардов долларов.

Участие России и США в финансировании этого этапа составило примерно по 17 процентов; остальная часть была поделена примерно поровну между ЕС и Японией.
Сейчас основными учредителями ИТЭР являются Евросоюз, Индия, Китай, Южная Корея, Россия, США и Япония.

В проекте прямо или косвенно заняты около 35 стран, составляющие более половины населения земного шара. По квоте России с 1994 года в проекте ИТЭР участвует и Казахстан. Ученые планируют уже в 2020 году начать эксперименты на ИТЭР. Однако начало работ часто откладывается; к настоящему времени запаздывание оценивается в два-три года.

После подписания соглашения о ИТЭР 24 октября 2007 года

Где что находится

Расположение Карадаша отмечено красной точкой, расстояние до ближайшего грузового порта — более ста километров

В самом начале проекта между Японией и Францией шла борьба за возможность размещения установок ИТЭР на своих территориях. В результате победила Франция: в 2005 году было принято решение о строительстве реактора на юге страны, в 60 километрах от Марселя в исследовательском центре Карадаш.

Комплекс занимает общую площадь около 180 гектаров. На ней размещены установки реактора, системы энергообеспечения, газохранилище, водонасосная станция, градирня, административные и другие здания.

В 2007 году началось строительство комплекса и закладка фундамента, а совсем недавно, 19 марта 2014 года, произведена заливка бетона для установки для получения трития.Реактор и топливо

В основе работы реактора ИТЭР лежит термоядерная реакция слияния изотопов водорода дейтерия и трития с образованием гелия с энергией 3,5 мегаэлектронвольт и высокоэнергетического нейтрона (14,1 мегаэлектронвольт).

Для этого дейтерий-тритиевая смесь должна быть нагрета до температуры более ста миллионов градусов Цельсия, что в пять раз больше температуры Солнца. При этом смесь превращается в плазму из положительно заряженных ядер водорода и электронов.

В такой разогретой плазме энергии дейтерия и трития достаточно, чтобы начались термоядерные реакции слияния с образованием гелия и нейтрона.

Термоядерная реакция синтеза гелия

На один акт реакции выделяется энергия в 17,6 мегаэлектронвольт, которая включает в себя кинетическую энергию нейтрона и ядра гелия. Нейтрон из плазмы попадает в теплоноситель, которым окружена плазма, и его энергия движения переходит в тепловую энергию. Энергия гелия используется для поддержания стационарного температурного режима в плазме.

Макет комплекса ИТЭР 2010 года

Дейтерий содержится в обычной воде; его ученые научились добывать сравнительно легко. В природном водороде содержится около 0,01 процента этого изотопа. С тритием сложнее — его почти нет на Земле.

Однако, ученые планируют получать его в рамках проекта ИТЭР, используя реакции взаимодействия нейтрона с изотопами лития Li-6 и Li-7, который может быть введен в состав теплоносителя бланкета — оболочки, окружающей плазму. Продуктами такого взаимодействия являются гелий, тритий и нейтрон (в случае изотопа Li-7).

Суммируя, можно сказать, что топливом для реактора ИТЭР являются дейтерий и литий.

При этом содержание дейтерия в воде океана практически не ограничены, а лития в земной коре почти в 200 раз больше, чем урана; при использовании дейтерия, содержащегося в бутылке воды, выделится столько же энергии, сколько при сжигании бочки бензина: калорийность термоядерного топлива в миллион раз выше любого из современных неядерных источников энергии.

Параметры реактора

Для энергетической выгоды реактор должен функционировать со значением параметра Q, большего пяти. Этот параметр показывает соотношение высвобождаемой в процессе реакции энергии к энергии, затраченной на создание и нагрев плазмы.

Кроме того, необходим нагрев плазмы до температуры, большей ста миллионов градусов Цельсия, и такая нагретая плазма в реакторе должна быть устойчивой более одной секунды.

Так, на установке TFTR в Нью-Джерси в США была осуществлена термоядерная реакция с мощностью около десяти мегаватт с импульсом длительностью 0,3 секунды. На установке JET в Великобритании была получена мощность 17 мегаватт с Q=0,6.

Схема реактора ИТЭР

В реакторе размерами 40 на 40 метров: 1 — центральный соленоид, 2 — катушки полоидального магнитного поля, 3 — катушка тороидального магнитного поля, 4 — вакуумная камера, 5 — криостат, 6 — дивертор.
В ИТЭР в первой фазе эксперимента планируется удержать плазму до тысячи секунд с Q более десяти при температуре около 150 миллионов градусов и выделяемой мощностью в 500 мегаватт.

Во второй фазе ученые хотят перейти к непрерывному режиму работы токамака, и, в случае успеха, к первой коммерческой версии токамака DEMO. DEMO будет устроен существенно проще и не будет носить исследовательской нагрузки, а для его работы не потребуется значительного числа датчиков, так как необходимые параметры работы реактора будут отработаны уже на экспериментальном реакторе ИТЭР.

Участие России

Участие Россия в проекте ИТЭР в настоящее время составляет около десяти процентов. Это позволяет стране получать доступ ко всем технологиям проекта. Основной задачей, которая стоит перед Россией в рамках проекта, является производство сверхпроводящих магнитов, а также разнообразных диагностических датчиков и анализаторов структуры плазмы.

«Лента.ру» побеседовала с российским участником проекта ИТЭР Владимиром Аносовым, начальником группы в отделе экспериментальной физики токамаков ГНЦ РФ ТРИНИТИ.

На чем основана уверенность в том, что ИТЭР заработает через 5-10 лет? На каких практических и теоретических разработках?

С российской стороны заявленный график работ мы выполняем и не собираемся нарушать.

К сожалению, мы видим некоторое запаздывание работ, выполняемых другими, в основном Европой; частично есть запаздывание у Америки и наблюдается тенденция к тому, что проект будет несколько задержан. Задержан, но не остановлен. Есть уверенность в том, что он заработает.

Концепт самого проекта полностью теоретически и практически просчитан и надежен, поэтому я думаю, что он заработает. Даст ли он в полной мере заявленные результаты… поживем — увидим.

Проект скорее носит исследовательский характер?

Конечно. Заявленный результат не есть полученный результат. Если он будет получен в полной мере, я буду предельно счастлив.

Какие новые технологии появились, появляются или будут появляться в проекте ИТЭР?

Проект ИТЭР является не просто сверхсложным, но еще и сверхнапряженным проектом. Напряженным в плане энергонагрузки, условий эксплуатации определенных элементов, в том числе наших систем. Поэтому новые технологии просто обязаны рождаться в этом проекте.

А есть пример?

Космос. Например, наши алмазные детекторы. Мы обсуждали возможность применения наших алмазных детекторов на космических грузовиках, которые представляют собой ядерные машины, перевозящие некоторые объекты типа спутников или станций с орбиты на орбиту. Есть такой проект космического грузовика.

Так как это аппарат с ядерным реактором на борту, то сложные условия эксплуатации требуют анализа и контроля, так что наши детекторы вполне могли бы это сделать. На данный момент тема создания такой диагностики пока не финансируется.

Если она будет создана, то может быть применена, и тогда в нее не нужно будет вкладывать деньги на стадии разработки, а только на стадии освоения и внедрения.

Какова доля современных российских разработок нулевых и девяностых годов в сравнении с советскими и западными разработками?

Доля российского научного вклада в ИТЭР на фоне общемирового очень велика. Я не знаю ее точно, но она очень весома. Она явно не меньше российского процента финансового участия в проекте, потому что во многих других командах есть большое количество русских, которые уехали за границу работать в другие институты.

В Японии и Америке, везде, мы с ними очень хорошо контактируем и работаем, кто-то из них представляет Европу, кто-то — Америку. Кроме того, там есть и свои научные школы.

Поэтому, насчет того, сильнее мы или больше развиваем то, что делали раньше… Один из великих сказал, что «мы стоим на плечах титанов», поэтому та база, которая была наработана в советские времена, неоспоримо велика и без нее мы ничего бы не смогли. Но и в данный момент мы не стоим на месте, мы движемся.

А чем занимается именно ваша группа в ИТЭР?

У меня сектор в отделе.

Отдел занимается разработкой нескольких диагностик, наш сектор занимается конкретно разработкой вертикальной нейтронной камеры, нейтронной диагностики ИТЭР и решает большой круг задач от проектирования до изготовления, а также проводит сопутствующие научно-исследовательские работы, связанные с разработкой, в частности, алмазных детекторов. Алмазный детектор — уникальный прибор, первоначально созданный именно в нашей лаборатории. Ранее использовавшийся на многих термоядерных установках, сейчас он применяется достаточно широко многими лабораториями от Америки до Японии; они, скажем так, пошли за нами следом, но мы продолжаем оставаться на высоте. Сейчас мы делаем алмазные детекторы и собираемся выйти на уровень их промышленного производства (мелкосерийного производства).

В каких отраслях промышленности могут использоваться эти детекторы?

В данном случае это термоядерные исследования, в дальнейшем мы предполагаем, что они будут востребованы в ядерной энергетике.

Что именно делают детекторы, что они измеряют?

Нейтроны. Более ценного продукта, чем нейтрон, не существует. Мы с вами также состоим из нейтронов.

Какие характеристики нейтронов они измеряют?

Спектральные. Во-первых, непосредственная задача, которая решается в ИТЭРе, это измерение энергетических спектров нейтронов. Кроме того, они мониторят количество и энергию нейтронов.

Вторая, дополнительная задача, касается ядерной энергетики: у нас есть параллельные разработки, которые могут измерять и тепловые нейтроны, являющиеся основой ядерных реакторов.

У нас эта задача второстепенная, но она также отрабатывается, то есть мы можем работать здесь и в тоже время делать наработки, которые могут быть вполне успешно применены в ядерной энергетике.

Какими методами вы пользуетесь в своих исследованиях: теоретическими, практическими, компьютерным моделированием?

Всеми: от сложной математики (методов математической физики) и математического моделирования до экспериментов.

Все самые разные типы расчетов, которые мы проводим, подтверждаются и проверяются экспериментами, потому что у нас непосредственно экспериментальная лаборатория с несколькими работающими нейтронными генераторами, на которых мы проводим тестирование тех систем, которые сами же и разрабатываем.

У вас в лаборатории есть действующий реактор?

Не реактор, а нейтронный генератор. Нейтронный генератор, по сути, это минимодель тех термоядерных реакций, о которых идет речь. В нем идет все то же самое, только там процесс несколько иной.

Он работает по принципу ускорителя — это пучок определенных ионов, ударяющий по мишени. То есть в случае плазмы мы имеем горячий объект, в котором каждый атом имеет большую энергию, а в нашем случае специально ускоренный ион ударяется по мишени, насыщенной подобными же ионами.

Соответственно, происходит реакция.

Скажем так, это один из способов, которым вы можете делать ту же самую термоядерную реакцию; единственное только, что доказано, что данный способ не обладает высоким КПД, то есть вы не получите положительный энерговыход, но саму реакцию вы получаете — мы непосредственно наблюдаем данную реакцию и частицы и все, что в ней идет.

Синтезировать солнце

Итэр — международный термоядерный реактор (iter) – все о космосе

Промышленный термоядерный синтез получил славу «вечно грядущей» технологии, которая всегда в разработке, всегда где-то там, в полувеке от нас. Впрочем, в последнее время сроки сократились: промышленных реакторов по-прежнему нет, но многие проекты обещают продемонстрировать работающие прототипы в ближайшие несколько лет. Если, конечно, все пойдет по плану.

«Lockheed Martin начала разработку компактного термоядерного реактора… На сайте фирмы говорится о постройке первого опытного образца уже через год. Если это окажется правдой, через год мы будем жить в совершенно ином мире», — это начало одной из статей «Чердака». Со времени ее публикации прошло три года, и мир с тех пор не так уж сильно изменился.

Сегодня в реакторах атомных электростанций энергия вырабатывается за счет распада тяжелых ядер.

В термоядерных же реакторах энергия получается в ходе процесса слияния ядер, при котором образуются ядра меньшей массы, чем сумма исходных, а «остаток» уходит в виде энергии.

Отходы ядерных реакторов радиоактивны, их безопасное захоронение — это большая головная боль. Термоядерные реакторы такого недостатка лишены, а также используют широко доступное топливо, такое как водород.

У них есть только одна большая проблема — промышленных образцов еще не существует.

Задача непростая: для термоядерных реакций нужно сжать топливо и нагреть до сотен миллионов градусов — горячее, чем на поверхности Солнца (где термоядерные реакции происходят естественным путем).

Достичь такой высокой температуры сложно, но можно, только вот потребляет такой реактор энергии больше, чем вырабатывает.

Однако потенциальных достоинств у них все равно так много, что разработкой занимается, конечно же, не только Lockheed Martin.

ITER — cамый крупный проект в этой области. В нем участвуют Евросоюз, Индия, Китай, Корея, Россия, США и Япония, а сам реактор строится на территории Франции с 2007 года, хотя его история уходит намного глубже в прошлое: о его создании договаривались еще Рейган с Горбачевым в 1985-м.

Реактор представляет собой тороидальную камеру, «бублик», в которой плазму удерживают магнитные поля, потому и называется токамак — тороидальная камера с магнитными катушками. Энергию реактор будет вырабатывать за счет слияния изотопов водорода — дейтерия и трития.

Планируется, что ITER будет получать энергии в 10 раз больше, чем потреблять, однако будет это не скоро.

Изначально планировалось, что в экспериментальном режиме реактор начнет работать в 2020 году, однако затем этот срок перенесли на 2025-й.

При этом промышленное производство энергии начнется не раньше 2060 года, а уж ждать распространения этой технологии можно только где-то в конце XXI века.

Wendelstein 7-X — крупнейший термоядерный реактор типа стелларатор. Стелларатор решает проблему, которая преследует токамаки, — «расползание» плазмы из центра тора к его стенкам. То, с чем токамак пытается справиться за счет мощи магнитного поля, стелларатор решает за счет своей сложной формы: удерживающее плазму магнитное поле изгибается, чтобы пресечь поползновения заряженных частиц.

Схема Wendelstein 7-X, желтое — плазма, синее — магниты. Иллюстрация: Max-Planck Institut für Plasmaphysik

Wendelstein 7-X, как надеются его создатели, в 21-м году сможет проработать полчаса, что даст «билет в жизнь» идее термоядерных станций подобной конструкции.

Еще один тип реакторов использует для сжатия и разогрева топлива мощные лазеры. Увы, крупнейшая лазерная установка для получения термоядерной энергии, американская NIF, не смогла выдать энергии больше, чем потребляет.

Мегапроекты человечества: термоядерный реактор ITER и энергия звезд на Земле

Итэр — международный термоядерный реактор (iter) – все о космосе

Международный экспериментальный термоядерный реактор (International Thermonuclear Experimental Reactor, или ITER) — смелый проект, призванный продемонстрировать возможности термоядерного синтеза как способа научиться жить без вредных выбросов ТЭС и обеспечить энергией растущее население Земли. Первоначально название объекта было аббревиатурой, но сейчас оно официально считается словом. На латыни iter означает «путь».

Коренное отличие ITER от обычных ядерных реакторов заключается в том, что здесь протекает процесс слияния атомных ядер водорода, а не их расщепления.

По сравнению с цепной ядерной реакцией, которая используется на традиционных АЭС и в водородных бомбах, он считается гораздо более управляемым. В природе термоядерный синтез протекает на Солнце и других звездах.

Именно он, по сути, дал нашей планете все, что у нее есть.

Строительство ITER началось в 2012 году, во Франции, в 60 километрах от Марселя. Меньше чем за год специалисты возвели фундамент, площадку для горячей камеры токамака (огромной тороидальной установки для магнитного удержания плазмы), построили энергетическую подстанцию и два вспомогательных здания.

Первоначально работы планировалось завершить к 2016 году, однако затем сроки сдвинулись. Сегодня руководство компании планирует закончить строительство в 2023 году. Проект потребует инвестиций в размере 13 миллиардов евро и позволит создать 3000 рабочих мест.

Наряду со странами Евросоюза, его финансируют еще шесть государств: Россия, Китай, Южная Корея, США, Индия и Япония. ITER не первый экспериментальный термоядерный реактор в европейской практике.

Его аналог под названием «Совместный европейский тор» (впрочем, гораздо более скромный), находится возле города Кулэма, в Великобритании, и работает с 1983 года.

Технология термоядерного синтеза имеет ряд преимуществ по сравнению с технологией использования цепной ядерной реакции. В термоядерном реакторе гелий, который является побочным продуктом процесса, не становится радиоактивным. Кроме того, для работы реактора не нужен редкий и дорогостоящий уран.

Вместо него используются дейтерий и литий, которые в огромных количествах встречаются в море и на суше. Минусом «Совместного европейского тора» при этом является то, что он не способен производить больше энергии, чем потребляет.

ITER, разумеется, позволит ученым решить эту проблему: по расчетам, он будет куда мощнее своего «младшего брата».

Карлос Алехальдре, глава службы безопасности и качества работы ITER

Главная опасность использования термоядерного реактора заключается в том, что тритий, наряду с другими элементами, которые выделяются во время реакции, будет находиться в замкнутом пространстве. Для того чтобы сдерживать его, мы построим заградительные сооружения и примем различные дополнительные меры.

Риск в работе ITER я бы оценил как разумный, возможный и не выходящий за рамки доступного нам контроля. Даже в случае землетрясения на термоядерной электростанции не может произойти такая авария, как, например, на «Фукусиме», поскольку любой сбой в ходе реакции приводит к тому, что она попросту угасает.

Коммерческие реакторы термоядерного синтеза могут появиться на Земле не раньше, чем через 50 лет. Я знаю, что не увижу, как это произойдет. Все, кто сегодня работает над технологией ITER, знают, что не смогут стать свидетелями начала ее массового применения.

Тем не менее мы убеждены в необходимости трудиться над тем, что может стать поворотным моментом в истории человечества.

Честно говоря, я очень надеюсь, что меня пригласят взглянуть на первый вброс плазмы в токамак, если только я все еще буду жив к этому моменту

Использовать ITER в коммерческих целях с момента его запуска в эксплуатацию будет затруднительно. Когда экспериментальный реактор начнет свою работу, специалисты смогут включать его лишь на час, а затем реакция будет затухать.

По сравнению с прошлым энергетики термоядерного синтеза это большой шаг вперед, поскольку до сих пор длительность реакции не превышала нескольких секунд. Но для коммерческой эксплуатации термоядерный реактор должен функционировать постоянно.

Такие устройства человечеству еще только предстоит построить, но именно ITER станет ключевом элементом энергетической эволюции будущего.

Узнать больше

Лекция «Бозон Хиггса открыт. Что дальше?»

Лекция «Три загадки современной физики»

Лекция «Люди и гравитация»

Термоядерная батарейка

Итэр — международный термоядерный реактор (iter) – все о космосе

Американская компания Lockheed Martin, выполняющая оборонные заказы для Пентагона, объявила, что через пять лет в ее распоряжении будет компактный термоядерный реактор. Заявление сенсационное и обещающее новую энергетическую революцию, вот только не подкрепленное опубликованными данными исследований

«Говорят, говорят, скоро будет  термояд.Будет мирный, будет смирный, управляемый.Нам об этом термояде говорили в детстве дяди.Говорят, говорят, скоро будет термояд!А теперь мы сами дяди, сами то же говорим

И мечтой о термояде все горим, горим, горим!»

Эти частушки пелись еще до моего рождения — их сочинили в 1970-м ученики Игоря Тамма, одного из отцов советского термояда, — поздравляли учителя с 75-летним юбилеем.

За прошедшие полвека разговоры о скором решении главных энергетических проблем человечества с помощью термоядерного синтеза поутихли, хотя работа над реактором, способным приручить термоядерную энергию, никогда не прекращалась. С 1980-х годов совместными усилиями ведущих стран мира создается ITER, Международный экспериментальный термоядерный реактор.

Сейчас проект огромного реактора-токамака (тороидальная камера с магнитными катушками) полностью разработан, и неподалеку от Марселя идет его строительство. Общую стоимость оценивают в 15–20 миллиардов евро, солидную часть платит Россия.

Завершить работу планируют к 2020 году, но сроки уже не раз сдвигались, поэтому для разговоров об управляемом термояде до последнего времени повода не было.

И вдруг старые частушки в жанре «физики шутят» снова становятся актуальными! О том, что Lockheed Martin успешно разрабатывает компактный термоядерный реактор, инженеры компании неофициально заговорили еще в начале 2013 года.

А из нынешнего заявления Тома Макгира, возглавляющего в Lockheed Martin исследования компактной термоядерной реакции, мир узнал, что он будет даже не компактным, а просто крошечным — 2 метра в ширину, 3 в длину.

По словам Макгира, реактор сможет выдавать 100 мегаватт энергии, и это при том, что ITER, гигант километрового диаметра, весящий 23 тысячи тонн, должен будет производить 500 мегаватт, всего лишь в пять раз больше.

Экспериментальный реактор в Lockheed Martin собираются построить в течение пяти лет, коммерческий образец выйдет на рынок не ранее чем через десятилетие.

Если все так, то нас ждет энергетическая революция, последствия которой трудно даже представить. Настанет эра изобилия дешевой энергии.

Компактный термоядерный реактор можно будет установить в самолете, на корабле, в поезде, да хоть у себя на даче! Не станем обсуждать вопросы радиационной безопасности (если коммерческие образцы появятся, о ней, надо полагать, позаботятся), но это решит основные энергетические проблемы цивилизации, остро нуждающейся в дешевой энергии. Попутно, конечно, возникнут новые вопросы, например, о месте России в международном разделении труда. Намного упростятся и такие задачи, как полет на Марс или создание базы на Луне.

Главная проблема компактного термоядерного реактора в том, что он существует только на бумаге. Подробности того, как именно магниты будут удерживать раскаленную плазму внутри реактора, довольно скудны.

Технология строится на сверхбыстрых вычислениях, необходимых, чтобы магниты быстро реагировали на изменения параметров плазмы, не давая ей вырваться из создаваемой их полем ловушки. Как оказалось, именно для этого Lockheed Martin несколько лет назад купила первый квантовый компьютер D-Wave за 12 миллионов долларов.

Как и большинство главных прорывов нового века, революция в термояде произойдет благодаря революции в информатике.

Если, конечно, произойдет. Специалисты пока относятся к заявлениям Lockheed Martin с большим скепсисом — уж очень все голословно и бездоказательно.

Да и непривычно им, что за решение задачи, которая не по зубам даже государствам, объединяющим усилия в рамках мегапрограмм, взялась какая-то частная контора.

И, кстати, не одна — о проектах компактных термоядерных реакторов поговаривают и в других уголках мира, в том числе и у нас, в России.

Если в научную область начинают притекать частные деньги, значит, ждать коммерческих решений остается не так уж долго, даже если этот конкретный проект обернется неудачей. Вспомним, как SpaceX оживила ситуацию с космическими полетами, превратив космическую гонку в гонку частных компаний за прибылью. Может, все-таки не зря говорят про термояд?

Adblock
detector