Топливо для крупнейшего в мире термоядерного реактора ИТЭР готово к пробному пуску. Об этом сообщает издание Nature. Испытания управляемого термоядерного синтеза — это тестирование альтернативного источника энергии. В случае успеха в мире начнут появляться термоядерные электростанции.
- ИТЭР (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor) — проект первого в мире международного термоядерного экспериментального реактора. Строится усилиями сообщества разных стран на площадке исследовательского центра Кадараш (находится в коммуне Сен-Поль-ле-Дюранс рядом с Марселем во Франции).
- Основные испытания топливной смеси будут проходить в Великобритании на площадке JET (Joint European Torus — Объединенный европейский токамак). Сейчас реактор, представляющий собой одну десятую макета проекта ИТЭР, готовится к испытаниям. Успешная работа реактора JET станет «генеральной репетицией» перед запуском основного проекта.
- В декабре 2020-го исследователи из JET начали проводить эксперименты по термоядерному синтезу с тритием — редким и радиоактивным изотопом водорода. В июне 2021-го ученые приступят к экспериментам со смесью трития и дейтерия — еще одного изотопа водорода. Именно эту смесь планируется использовать при запуске ИТЭР.
- Эксперименты JET помогут ученым предсказать, как будет вести себя плазма в токамаке ИТЭР, и определить рабочие параметры мега-эксперимента. Предварительная репетиция нужна, в частности, потому, что тритий быстро распадается, поэтому он встречается в природе только в следовых количествах и обычно образуется как побочный продукт в реакторах ядерного деления; в мире его всего 20 килограммов. В рамках кампании JET будет использовано менее 60 граммов трития.
- Температура плазмы, которую планируется получать в результате реакции, — 150 млн градусов Цельсия. Эту тепловую энергию и будут использовать для производства электроэнергии.
- В феврале был согласован очередной транш финансирования — $6,80 млн. Эту сумму утвердил до 2027 года Европейский совет.
История ИТЭР
- Проект был запущен на Женевском саммите сверхдержав в ноябре 1985 года, когда генсек СССР Михаил Горбачев предложил президенту США Рональду Рейгану идею совместного международного проекта по развитию термоядерной энергии в мирных целях. Цель проекта — показать научную и техническую возможность получения и мирного использования термоядерной энергии.
- В реализации участвуют семь партнеров, объединяющих 35 стран: Европейский союз (27 государств), Китай, Индия, Япония, Республика Корея, Российская Федерация и США. ЕС вносит 45% от стоимости сооружения установки, остальные страны, включая Россию, по 9%.
- Точную стоимость проекта не называют, так как взносы стран-участниц в основном натурализованы — они сразу поставляют необходимое оборудование. Примерная оценка общих затрат на возведение ИТЭР — около $22 млрд.
- Франция как площадка для строительства ИТЭР была утверждена на встрече министров стран-участниц в 2005 году. Этому предшествовали многочисленные переговоры и даже протесты. Французская ассоциация противников атомной энергии «Сортир дю нюклеэр» называла проект «опасной, разорительной и проигранной ставкой». Активисты заявляли, что ИТЭР будет производить ядерные отходы, уже уничтожает рабочие места и, вероятно, никогда не станет производить электроэнергию.
- Сборку реактора на площадке Кадараш начали в июле 2020 года. Ожидается, что сооружение закончат в 2025 году, тогда же состоится первый запуск.
Принцип действия ИТЭР
Участники проекта предполагают, что на базе термоядерных реакторов будут созданы электростанции, использующие новый, устойчивый и практически неограниченный источник энергии. Это позволит полностью заменить атомные и угольные электростанции и вывести в итоге цену киловатта электроэнергии на сопоставимый с ними уровень.
- Сам реактор — так называемый токамак — это цилиндр диаметром 28 метров, высотой 29 метров и весом 23 000 тонн. Токамак — экспериментальная машина, предназначенная, чтобы использовать энергию термоядерного синтеза. «Сердце» токамака — вакуумная камера в форме пончика (тора). В ней под воздействием сильной температуры и давления газообразное водородное топливо превращается в плазму — горячий электрически заряженный газ.
- Заряженным частицам плазмы можно придать форму и управлять ими с помощью массивных магнитных катушек, размещенных вокруг сосуда; физики используют это, чтобы удерживать горячую плазму подальше от стенок емкости.
- Стенки сосуда поглощают полученную энергию в виде тепла. Как и обычная электростанция, термоядерная будет использовать это тепло для производства пара, а затем электричества с помощью турбин и генераторов. Выходная мощность энергии — 50 МВт.
- Токамак с двумя опорными зданиями по проекту размещается в железобетонной конструкции длиной 120 метров, шириной 80 метров и высотой 80 метров. Другие вспомогательные здания включают сборочный корпус, двухэтажное здание и различные производственные здания. Реактор оборудован большими ядерными дверями (4х4 метра, 40 тонн), устойчивыми к радиации и избыточному давлению.
Вклад России в проект ИТЭР
- Еще в 1950 году академики Андрей Сахаров и Игорь Тамм предложили использовать магнитное поле для удержания плазмы. Ученик Тамма Игорь Головин занимался разработкой магнитно-термоядерного реактора. Само слово «токамак» придумал Головин, это акроним от «ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками».
- Россия изготавливает и поставляет высокотехнологичное оборудование и основные системы реактора. Это и составляет 9,09% от стоимости сооружения реактора по техническому проекту. В частности, из России идут поставки около 20% всех сверхпроводниковых материалов.
- В декабре на строительную площадку из России отправили два верхних патрубка высотой 4,6 метра и массой 23,5 тонны каждый. Они необходимы для установки диагностик, оборудования для нагрева, устройств откачки и обеспечивают доступ внутрь вакуумной камеры. В ноябре начались поставки пьедесталов электрических соединителей модулей бланкета (компонент «начинки» реактора) и коммутационных аппаратов.
Опасения и критика
За время реализации проекта он неоднократно подвергался негативным оценкам как со стороны ученых, так и со стороны общественников по множеству причин.
- Взрыв в любой момент. Ученые из Технологического университета Чалмерса в Гетеборге (Швеция) назвали такую вероятность основной проблемой токамаков. Исследователи утверждают, что внутри токамаков могут периодически возникать мощные локальные электрические поля, которые будут разгонять пучки электронов до столь высоких скоростей, что те смогут «пробить» магнитные поля, удерживающие плазму реактора.
- Радиация. Главный научный сотрудник лаборатории №30 ИПУ РАН, профессор Физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова Юрий Митришкин, поясняет, что когда сливаются ядра дейтерия и трития (составляющих топлива для реактора), образуется ядро гелия и быстрый нейтрон. Нейтроны поглощаются внешней оболочкой, которая становится радиоактивной. Каждые 20–30 лет такую оболочку надо менять.
- Огромные затраты. Дэниел Джэссби, 25 лет отработавший ведущим физиком-исследователем в Принстонской лаборатории физики плазмы, критикует ИТЭР за лозунг «неограниченная энергия». Он отмечает, что вернуть затраченную на проект энергию не получится никогда. Эксплуатацию ИТЭР обеспечивает электростанция, мощности которой хватило бы на нужды среднего города; помимо этого, на площадке работают машины, расходующие обычное «ископаемое» топливо.