Αντιδραστήρας σύντηξης. Το Iter είναι ένας διεθνής θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας (iter). Δημιουργία του έργου iter και εκτόξευση του αντιδραστήρα

αντιδραστήρα σύντηξης

Επί του παρόντος αναπτύσσεται. (δεκαετία '80) μια συσκευή για την απόκτηση ενέργειας μέσω αντιδράσεων σύνθεσης φωτός στο. πυρήνες που εμφανίζονται σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες (=108 K). Βασικός Η απαίτηση που πρέπει να ικανοποιούν οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις είναι ότι η απελευθέρωση ενέργειας ως αποτέλεσμα θερμοπυρηνικών αντιδράσεων περισσότερο από αντισταθμίζει το ενεργειακό κόστος από εξωτερικές πηγές. πηγές για τη διατήρηση της αντίδρασης.

Υπάρχουν δύο τύποι T. r. Ο πρώτος τύπος περιλαμβάνει TR, η Κριμαία είναι απαραίτητη από εξωτερικό. πηγές μόνο για την ανάφλεξη των θερμοπυρηνικών συντήξεων. αντιδράσεις. Περαιτέρω αντιδράσεις υποστηρίζονται από την ενέργεια που απελευθερώνεται στο πλάσμα κατά τη σύντηξη. αντιδράσεις? Για παράδειγμα, σε ένα μίγμα δευτερίου-τριτίου, η ενέργεια των σωματιδίων α που σχηματίζονται κατά τις αντιδράσεις καταναλώνεται για να διατηρηθεί υψηλή θερμοκρασία πλάσματος. Σε σταθερή κατάσταση λειτουργίας T.r. η ενέργεια που μεταφέρεται από τα σωματίδια α αντισταθμίζει την ενέργεια. απώλειες από το πλάσμα, κυρίως λόγω της θερμικής αγωγιμότητας του πλάσματος και της ακτινοβολίας. Σε αυτόν τον τύπο T. r. ισχύει, για παράδειγμα, .

Σε άλλο τύπο T. r. Οι αντιδραστήρες περιλαμβάνουν αντιδραστήρες στους οποίους η ενέργεια που απελευθερώνεται με τη μορφή σωματιδίων α δεν είναι αρκετή για τη διατήρηση της καύσης των αντιδράσεων, αλλά απαιτείται ενέργεια από εξωτερικές πηγές. πηγές. Αυτό συμβαίνει σε εκείνους τους αντιδραστήρες στους οποίους τα επίπεδα ενέργειας είναι υψηλά. απώλειες, π.χ. ανοιχτή μαγνητική παγίδα.

T.r. μπορεί να κατασκευαστεί με βάση συστήματα με μαγνητικά. περιορισμός πλάσματος, όπως tokamak, ανοιχτό μαγνητικό. παγίδα, κ.λπ., ή συστήματα με αδρανειακό περιορισμό πλάσματος, όταν η ενέργεια εισάγεται στο πλάσμα σε σύντομο χρονικό διάστημα (10-8-10-7 s) (είτε χρησιμοποιώντας ακτινοβολία λέιζερ είτε χρησιμοποιώντας δέσμες σχετικών ηλεκτρονίων ή ιόντων), επαρκής για την εμφάνιση και διατήρηση αντιδράσεων. T.r. με μαγνητικό Ο περιορισμός πλάσματος μπορεί να λειτουργήσει σε σχεδόν ακίνητο ή στατικό τρόπο λειτουργίας. Στην περίπτωση του αδρανειακού περιορισμού πλάσματος T. r. πρέπει να λειτουργεί σε λειτουργία σύντομου παλμού.

T.r. χαρακτηρίζεται από συντελεστή. ενίσχυση ισχύος (συντελεστής ποιότητας) Q, ίσος με τον λόγο της θερμικής ισχύος που λαμβάνεται στον αντιδραστήρα προς το κόστος ισχύος της παραγωγής του. Θερμική T.r. αποτελείται από την ισχύ που απελευθερώνεται κατά τη σύντηξη. αντιδράσεις στο πλάσμα, και η ισχύς που απελευθερώνεται στο λεγόμενο. Κουβέρτα TR - ένα ειδικό κέλυφος που περιβάλλει το πλάσμα, το οποίο χρησιμοποιεί την ενέργεια των θερμοπυρηνικών πυρήνων και των νετρονίων. Η πιο πολλά υποσχόμενη τεχνολογία φαίνεται να είναι αυτή που λειτουργεί σε μίγμα δευτερίου-τριτίου λόγω του υψηλότερου ρυθμού αντίδρασης από άλλες αντιδράσεις σύντηξης.

T.r. σε καύσιμο δευτερίου-τριτίου, ανάλογα με τη σύνθεση της κουβέρτας, μπορεί να είναι "καθαρό" ή υβριδικό. Κουβέρτα «καθαρού» T. r. περιέχει Li; σε αυτό, υπό την επίδραση των νετρονίων, παράγεται ότι "καίγεται" στο πλάσμα δευτερίου-τριτίου και η ενέργεια των θερμοπυρηνικών αυξάνεται. αντιδράσεις από 17,6 έως 22,4 MeV. Στην κουβέρτα ενός υβριδικού T. r. Όχι μόνο παράγεται τρίτιο, αλλά υπάρχουν ζώνες στις οποίες, όταν τοποθετηθεί 238U σε αυτές, μπορεί να ληφθεί 239Pu (βλ. ΠΥΡΗΝΙΚΟΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ). Ταυτόχρονα, απελευθερώνεται ενέργεια στην κουβέρτα ίση με περίπου. 140 MeV ανά ένα θερμοπυρηνικό. . Έτσι, στο υβριδικό T. r. είναι δυνατόν να ληφθεί περίπου έξι φορές περισσότερη ενέργεια από ό,τι σε έναν «καθαρό» πυρηνικό αντιδραστήρα, αλλά η παρουσία σχάσιμων ραδιενεργών στον πρώτο. in-in δημιουργεί ένα περιβάλλον κοντά σε αυτό στο οποίο υπάρχει δηλητήριο. αντιδραστήρες σχάσης.

Φυσικό εγκυκλοπαιδικό λεξικό. - Μ.: Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια. Αρχισυντάκτης A. M. Prokhorov. 1983 .

αντιδραστήρα σύντηξης

Αναπτύχθηκε τη δεκαετία του 1990. μια συσκευή για τη λήψη ενέργειας μέσω αντιδράσεων σύντηξης ελαφρών ατομικών πυρήνων που συμβαίνουν στο πλάσμα σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες (10 8 K). Βασικός Η απαίτηση που πρέπει να ικανοποιεί το T.R. είναι η απελευθέρωση ενέργειας ως αποτέλεσμα θερμοπυρηνικές αντιδράσεις(TP) περισσότερο από αντιστάθμιση για το ενεργειακό κόστος από εξωτερικές πηγές. πηγές για τη διατήρηση της αντίδρασης.

Υπάρχουν δύο τύποι T. r. Το πρώτο περιλαμβάνει αντιδραστήρες, οι οποίοι παράγουν ενέργεια από εξωτερικές πηγές. Οι πηγές είναι απαραίτητες μόνο για την ανάφλεξη του TP. Περαιτέρω αντιδράσεις υποστηρίζονται από την ενέργεια που απελευθερώνεται στο πλάσμα σε TP, για παράδειγμα. Σε ένα μίγμα δευτερίου-τριτίου, η ενέργεια των σωματιδίων α που σχηματίζονται κατά τις αντιδράσεις καταναλώνεται για να διατηρηθεί υψηλή θερμοκρασία. Σε ένα μείγμα δευτερίου με 3 He, η ενέργεια όλων των προϊόντων της αντίδρασης, δηλαδή των σωματιδίων α και των πρωτονίων, δαπανάται για τη διατήρηση της απαιτούμενης θερμοκρασίας πλάσματος. Σε σταθερή κατάσταση λειτουργίας T.r. ενέργεια που φέρει φορτίο. προϊόντα αντίδρασης, αντισταθμίζει την ενέργεια. απώλειες από το πλάσμα που προκαλούνται κυρίως από θερμική αγωγιμότητα και ακτινοβολία πλάσματος. Τέτοιοι αντιδραστήρες ονομάζονται αντιδραστήρες με ανάφλεξη μιας αυτοσυντηρούμενης θερμοπυρηνικής αντίδρασης (βλ. Κριτήριο ανάφλεξης).Ένα παράδειγμα τέτοιου T.r.: tokamak, αστρικός.

Σε άλλους τύπους T. r. Οι αντιδραστήρες περιλαμβάνουν αντιδραστήρες στους οποίους η ενέργεια που απελευθερώνεται στο πλάσμα με τη μορφή φορτίων είναι ανεπαρκής για τη διατήρηση της καύσης των αντιδράσεων. προϊόντα αντίδρασης, αλλά απαιτείται ενέργεια από εξωτερικές πηγές. πηγές. Τέτοιοι αντιδραστήρες ονομάζονται συνήθως αντιδραστήρες που υποστηρίζουν την καύση θερμοπυρηνικών αντιδράσεων. Αυτό συμβαίνει σε εκείνα τα ποτάμια Τ. όπου η ενέργεια είναι υψηλή. απώλειες, π.χ. ανοιχτό μαγ. παγίδα, tokamak, που λειτουργεί σε λειτουργία με πυκνότητα πλάσματος και θερμοκρασία κάτω από την καμπύλη ανάφλεξης TP. Αυτοί οι δύο τύποι αντιδραστήρων περιλαμβάνουν όλους τους πιθανούς τύπους T. r., οι οποίοι μπορούν να κατασκευαστούν με βάση συστήματα με μαγνητικά. περιορισμός πλάσματος (tokamak, stellarator, ανοιχτή μαγνητική παγίδα, κ.λπ.) ή συστήματα με αδρανειακό κράτημαπλάσμα αίματος.

Διεθνής θερμοπυρηνικός πειραματικός αντιδραστήρας ITER: 1 - κεντρικός; 2 - κουβέρτα - ; 3 - πλάσμα αίματος; 4 - τοίχος κενού? 5 - αγωγός άντλησης? 6- κρυοστάτης; 7- ενεργά πηνία ελέγχου. 8 - πηνία σπειροειδούς μαγνητικού πεδίου. 9 - πρώτος τοίχος? 10 - πλάκες εκτροπέα? 11 - πηνία πολοειδή μαγνητικού πεδίου.

Ένας αντιδραστήρας με αδρανειακό περιορισμό πλάσματος χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι σε σύντομο χρονικό διάστημα (10 -8 -10 -7 s) εισάγεται σε αυτόν ενέργεια χρησιμοποιώντας είτε ακτινοβολία λέιζερ είτε δέσμες σχετικιστικών ηλεκτρονίων ή ιόντων, επαρκή για την εμφάνιση και τη διατήρηση TP. Ένας τέτοιος αντιδραστήρας θα λειτουργεί μόνο σε λειτουργία βραχέων παλμών, σε αντίθεση με έναν αντιδραστήρα με μαγνήτη. περιορισμό πλάσματος, το οποίο μπορεί να λειτουργεί σε σχεδόν ακίνητο ή ακόμα και στατικό τρόπο λειτουργίας.

T.r. χαρακτηρίζεται από συντελεστή. κέρδος ισχύος (συντελεστής ποιότητας) Q,ίση με την αναλογία της θερμικής ισχύος του αντιδραστήρα προς το κόστος ισχύος της παραγωγής του. Η θερμική ισχύς του αντιδραστήρα αποτελείται από την ισχύ που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια της TP στο πλάσμα, την ισχύ που εισάγεται στο πλάσμα για τη διατήρηση της θερμοκρασίας καύσης TP ή τη διατήρηση ενός σταθερού ρεύματος στο πλάσμα στην περίπτωση ενός tokamak και την ισχύ που απελευθερώνεται στο πλάσμα αίματος.

Ανάπτυξη του T.r. με μαγνητικό Η συγκράτηση είναι πιο προηγμένη από τα συστήματα αδρανειακής συγκράτησης. Σχέδιο του Διεθνούς Θερμοπυρηνικού Πειράματος. Ο αντιδραστήρας ITER tokamak, ένα έργο που έχει αναπτυχθεί από το 1988 από τέσσερα μέρη - την ΕΣΣΔ (από το 1992 Ρωσία), τις ΗΠΑ, τις χώρες της Ευρατόμ και την Ιαπωνία, παρουσιάζεται στο σχήμα. T.r. Εχει . παράμετροι: μεγάλη ακτίνα πλάσματος 8,1 m. μικρή ακτίνα πλάσματος κατά μέσο όρο. αεροπλάνο 3 m; επιμήκυνση διατομής πλάσματος 1,6; σπειροειδής μαγκ. στον άξονα 5.7 Tesla. ονομαστικό πλάσμα 21 ΜΑ; ονομαστική θερμοπυρηνική ισχύς με καύσιμο DT 1500 MW. Ο αντιδραστήρας περιέχει ίχνη. βασικός κόμβοι: κέντρο. ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα Εγώ, ηλεκτρικός το πεδίο του οποίου πραγματοποιεί, ρυθμίζει την αύξηση του ρεύματος και το διατηρεί μαζί με ειδικές. σύστημα θα συμπληρωθεί θέρμανση πλάσματος? πρώτος τοίχος 9, οι άκρες είναι στραμμένες απευθείας προς το πλάσμα και αντιλαμβάνονται ροές θερμότητας με τη μορφή ακτινοβολίας και ουδέτερων σωματιδίων. κουβέρτα - προστασία 2, ποια φαινόμενα αναπόσπαστο μέρος του T. r. σε καύσιμο δευτερίου-τρι-τίου (DT), καθώς το τρίτιο που καίγεται στο πλάσμα αναπαράγεται στην κουβέρτα. T.r. στο καύσιμο DT, ανάλογα με το υλικό της κουβέρτας, μπορεί να είναι "καθαρό" ή υβριδικό. Κουβέρτα «καθαρού» T. r. περιέχει Li; σε αυτό, υπό την επίδραση των θερμοπυρηνικών νετρονίων, παράγεται τρίτιο: 6 Li +nT+ 4 He+ 4,8 MeV και η ενέργεια TP αυξάνεται από 17,6 MeV σε 22,4 MeV. Στο κενό υβριδικός αντιδραστήρας σύντηξηςΌχι μόνο παράγεται τρίτιο, αλλά υπάρχουν ζώνες στις οποίες τοποθετούνται απόβλητα 238 U για την παραγωγή 239 Pu. Ταυτόχρονα, στην κουβέρτα απελευθερώνεται ενέργεια ίση με 140 MeV ανά θερμοπυρηνικό νετρόνιο. T. o., σε ένα υβριδικό T. r. είναι δυνατόν να ληφθεί περίπου έξι φορές περισσότερη ενέργεια ανά αρχικό συμβάν σύντηξης από ό,τι στην «καθαρή» T.R., αλλά η παρουσία στην πρώτη περίπτωση σχάσιμων ραδιενεργών. ουσίες δημιουργούν ακτινοβολία. ένα περιβάλλον παρόμοιο με αυτό του ουρανού που υπάρχει μέσα πυρηνικούς αντιδραστήρεςδιαίρεση.

Στο T.r. με καύσιμο σε μείγμα D με 3 He, δεν υπάρχει κουβέρτα, αφού δεν υπάρχει ανάγκη αναπαραγωγής τριτίου: D + 3 He 4 He (3,6 MeV) + p (14,7 MeV) και όλη η ενέργεια απελευθερώνεται στο μορφή χρέωσης. προϊόντα αντίδρασης. Ακτινοβολία Η προστασία έχει σχεδιαστεί για να απορροφά την ενέργεια των νετρονίων και των ραδιενεργών ενεργειών. ακτινοβολία και μείωση της θερμότητας και η ακτινοβολία ρέει στον υπεραγώγιμο μαγνήτη. σύστημα σε επίπεδο αποδεκτό για σταθερή λειτουργία. Τοροειδή μαγνητικά πηνία χωράφια 8 χρησιμεύουν για τη δημιουργία ενός σπειροειδούς μαγνήτη. πεδία και γίνονται υπεραγώγιμα χρησιμοποιώντας έναν υπεραγωγό Nb 3 Sn και μια μήτρα χαλκού που λειτουργεί σε θερμοκρασία υγρού ηλίου (4,2 K). Η ανάπτυξη τεχνολογίας για την απόκτηση υπεραγωγιμότητας υψηλής θερμοκρασίας μπορεί να καταστήσει δυνατή την εξάλειψη της ψύξης των πηνίων με υγρό ήλιο και τη μετάβαση σε μια φθηνότερη μέθοδο ψύξης, για παράδειγμα. υγρό άζωτο. Ο σχεδιασμός του αντιδραστήρα δεν θα αλλάξει σημαντικά. Πηνία πολοειδή πεδίου 11 είναι επίσης υπεραγώγιμα και μαζί με το μαγνήσιο. το πεδίο του ρεύματος του πλάσματος δημιουργεί μια διαμόρφωση ισορροπίας του πολοειδούς μαγνητικού πεδίου. πεδία με ένα ή δύο μηδενικά πολοειδή d i v e r t o r 10, χρησιμεύει για την απομάκρυνση της θερμότητας από το πλάσμα με τη μορφή ροής φορτίων. σωματίδια και για την άντληση προϊόντων αντίδρασης που εξουδετερώνονται στις πλάκες εκτροπέα: ήλιο και πρωτίιο. Στο T.r. με καύσιμο D 3 He, οι πλάκες εκτροπέα μπορούν να χρησιμεύσουν ως ένα από τα στοιχεία του συστήματος μετατροπής ενέργειας άμεσης φόρτισης. προϊόντα αντίδρασης σε ηλεκτρική ενέργεια. Κρυοστάτης 6 χρησιμεύει για την ψύξη υπεραγώγιμων πηνίων στη θερμοκρασία υγρού ηλίου ή σε υψηλότερες θερμοκρασίες όταν χρησιμοποιούνται πιο προηγμένοι υπεραγωγοί υψηλής θερμοκρασίας. Θάλαμος κενού αέρος 4 και τα μέσα άντλησης 5 έχουν σχεδιαστεί για να επιτυγχάνουν υψηλό κενό στον θάλαμο εργασίας του αντιδραστήρα, στον οποίο δημιουργείται πλάσμα 3, και σε όλους τους βοηθητικούς όγκους, συμπεριλαμβανομένου του κρυοστάτη.

Ως πρώτο βήμα προς τη δημιουργία θερμοπυρηνικής ενέργειας, προτείνεται ένας θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας που λειτουργεί σε μίγμα DT λόγω του υψηλότερου ρυθμού αντίδρασης από άλλες αντιδράσεις σύντηξης. Στο μέλλον εξετάζεται το ενδεχόμενο δημιουργίας Τ. ρ. χαμηλής ραδιενέργειας. σε ένα μείγμα D με 3 He, στο οποίο βασ. η ενέργεια φέρει ένα φορτίο. προϊόντα αντίδρασης και τα νετρόνια εμφανίζονται μόνο στις αντιδράσεις DD και DT κατά την εξάντληση του τριτίου που παράγεται στις αντιδράσεις DD. Ως αποτέλεσμα, βιολ. κίνδυνος T. r. μπορεί, προφανώς, να μειωθεί κατά τέσσερις έως πέντε τάξεις μεγέθους σε σύγκριση με τους αντιδραστήρες πυρηνικής σχάσης, δεν υπάρχει ανάγκη για βιομηχανικούς επεξεργασία ραδιενεργών υλικά και τη μεταφορά τους, η διάθεση ραδιενεργών υλικών απλοποιείται ποιοτικά. απόβλητα. Ωστόσο, οι προοπτικές για τη δημιουργία ενός φιλικού προς το περιβάλλον TR στο μέλλον. σε μείγμα D με 3 Δεν περιπλέκεται από το πρόβλημα των πρώτων υλών: φυσικό. Οι συγκεντρώσεις του ισοτόπου 3 He στη Γη είναι μέρη ανά εκατομμύριο του ισοτόπου 4 He. Επομένως, τίθεται το δύσκολο ζήτημα της απόκτησης πρώτων υλών, π.χ. παραδίδοντάς το από τη Σελήνη.

Η διοίκηση της Lockheed Martin ανακοίνωσε ότι τον Φεβρουάριο του 2018 έλαβε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για έναν συμπαγή αντιδραστήρα σύντηξης. Οι ειδικοί το αποκαλούν αυτό αδύνατο, αν και σύμφωνα με το The War Zone, «είναι πιθανό η αμερικανική εταιρεία να κάνει μια επίσημη δήλωση στο εγγύς μέλλον».

Ο δημοσιογράφος του FlightGlobal, Στίβεν Τρίμπλ, ανάρτησε στο Twitter ότι «μια νέα πατέντα από έναν μηχανικό της Skunk Works δείχνει έναν συμπαγή σχεδιασμό αντιδραστήρα σύντηξης με ένα σχέδιο για το F-16 ως πιθανή εφαρμογή. Ένας πρωτότυπος αντιδραστήρας δοκιμάζεται στο Palmdale».

Σύμφωνα με το δημοσίευμα, «το γεγονός ότι η Skunk Works παρέμεινε εμπλεκόμενη στη διαδικασία διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας τα τελευταία τέσσερα χρόνια δείχνει επίσης ότι έχουν σημειώσει πρόοδο με το πρόγραμμα, τουλάχιστον σε κάποιο βαθμό». Οι συντάκτες του υλικού σημειώνουν ότι πριν από τέσσερα χρόνια, οι προγραμματιστές του έργου δημοσίευσαν βασικές πληροφορίες σχετικά με τον βασικό σχεδιασμό του αντιδραστήρα, το χρονοδιάγραμμα του έργου και τους γενικούς στόχους του προγράμματος, κάτι που υποδηλώνει σοβαρή δουλειά.

Ας υπενθυμίσουμε ότι η Lockheed Martin κατέθεσε μια προσωρινή αίτηση για το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας «Ενθυλάκωση μαγνητικών πεδίων για περιορισμό πλάσματος» στις 4 Απριλίου 2013. Ταυτόχρονα, η επίσημη αίτηση στο Γραφείο Διπλωμάτων Ευρεσιτεχνίας και Εμπορικών Σημάτων των ΗΠΑ ελήφθη στις 2 Απριλίου 2014.

Η Lockheed Martin είπε ότι το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας ελήφθη στις 15 Φεβρουαρίου 2018. Κάποτε, ο διευθυντής του έργου Compact Fusion, Thomas McGuire, είπε ότι ένα πιλοτικό εργοστάσιο θα δημιουργηθεί το 2014, ένα πρωτότυπο το 2019 και ένα λειτουργικό πρωτότυπο το 2024.

Η εταιρεία αναφέρει στον ιστότοπό της ότι ο θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας, στον οποίο εργάζονται οι ειδικοί της, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παροχή ενέργειας σε αεροπλανοφόρο, μαχητικό αεροσκάφος ή μικρή πόλη.

Τον Οκτώβριο του 2014, η εταιρεία είπε ότι τα προκαταρκτικά ερευνητικά αποτελέσματα υποδεικνύουν τη δυνατότητα δημιουργίας ελαφρών αντιδραστήρων πυρηνικής σύντηξης με ισχύ περίπου 100 μεγαβάτ και διαστάσεις συγκρίσιμες με ένα φορτηγό (το οποίο είναι περίπου δέκα φορές μικρότερο από τα υπάρχοντα μοντέλα). Στην ουσία, μιλάμε για μια εφαρμογή για την ανακάλυψη του αιώνα - έναν αντιδραστήρα ασφαλή για την ακτινοβολία ικανό να παρέχει ενέργεια σε οτιδήποτε.

Από την πλευρά τους, Ρώσοι επιστήμονες που ασχολούνται με την έρευνα στον τομέα της ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης χαρακτήρισαν το μήνυμα της Lockheed Martin μια αντιεπιστημονική δήλωση με στόχο να προσελκύσει την προσοχή του ευρύτερου κοινού. Ωστόσο, μια φωτογραφία ενός συμπαγούς θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα, που υποτίθεται ότι δημιουργείται από την αμερικανική εταιρεία Lockheed Martin, εμφανίστηκε στο Twitter.

«Αυτό δεν μπορεί να συμβεί. Το γεγονός είναι ότι το τι σημαίνει θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας είναι πολύ γνωστό από φυσική άποψη. Αν ακούγεται «ήλιο 3; - Πρέπει να καταλάβετε αμέσως ότι πρόκειται για εξαπάτηση. Αυτό είναι ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα τέτοιων οιονεί ανακαλύψεων - όπου υπάρχει μια γραμμή «πώς να το κάνεις, πώς να το εφαρμόσεις» και δέκα σελίδες για το πώς θα είναι καλό μετά. Αυτό είναι ένα πολύ χαρακτηριστικό σημάδι - εδώ, εφεύραμε την ψυχρή θερμοπυρηνική σύντηξη, και μετά δεν λένε πώς να την εφαρμόσουμε, και μετά μόνο δέκα σελίδες αργότερα, πόσο θαυμάσια θα είναι», είπε ο αναπληρωτής διευθυντής του Εργαστηρίου Πυρηνικών Αντιδράσεων. Pravda.ru. Flerov JINR στη Dubna Andrey Papeko.

«Το κύριο ερώτημα είναι πώς να διεγείρετε μια θερμοπυρηνική αντίδραση, με τι να τη θερμάνετε, με τι να την κρατήσετε - αυτό είναι επίσης, γενικά, ένα ερώτημα που δεν έχει επιλυθεί τώρα. Και, ας πούμε, θερμοπυρηνικές εγκαταστάσεις λέιζερ, μια κανονική θερμοπυρηνική αντίδραση δεν αναφλέγεται εκεί. Και, δυστυχώς, δεν υπάρχει λύση στο ορατό μέλλον», εξήγησε ο πυρηνικός φυσικός.

«Η Ρωσία διεξάγει αρκετή έρευνα, αυτό είναι κατανοητό, έχει δημοσιευτεί σε ολόκληρο τον ανοιχτό Τύπο, δηλαδή είναι απαραίτητο να μελετηθούν οι συνθήκες για τη θέρμανση των υλικών για μια θερμοπυρηνική αντίδραση. Γενικά, αυτό είναι ένα μείγμα με δευτέριο - δεν υπάρχει επιστημονική φαντασία, αυτή η φυσική είναι πολύ γνωστή. Πώς να το ζεστάνετε, πώς να το κρατήσετε, πώς να αφαιρέσετε ενέργεια, αν ανάψετε ένα πολύ καυτό πλάσμα, θα φάει τα τοιχώματα του αντιδραστήρα, θα τα λιώσει. Σε μεγάλες εγκαταστάσεις, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μαγνητικά πεδία για να το συγκρατήσουν και να το εστιάσουν στο κέντρο του θαλάμου έτσι ώστε να μην λιώσει τα τοιχώματα του αντιδραστήρα. Αλλά σε μικρές εγκαταστάσεις απλά δεν θα λειτουργήσει, θα λιώσει και θα καεί. Δηλαδή, αυτές κατά τη γνώμη μου είναι πολύ πρόωρες δηλώσεις», κατέληξε.

Ο θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας δεν λειτουργεί ακόμη και δεν θα λειτουργήσει σύντομα. Όμως οι επιστήμονες γνωρίζουν ήδη πώς ακριβώς λειτουργεί.

Θεωρία

Το ήλιο-3, ένα από τα ισότοπα του ηλίου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο για έναν θερμοπυρηνικό αντιδραστήρα. Είναι σπάνιο στη Γη, αλλά είναι πολύ άφθονο στη Σελήνη. Αυτή είναι η πλοκή της ομώνυμης ταινίας του Ντάνκαν Τζόουνς. Αν διαβάζετε αυτό το άρθρο, τότε σίγουρα θα σας αρέσει η ταινία.

Μια αντίδραση πυρηνικής σύντηξης είναι όταν δύο μικροί ατομικοί πυρήνες συγχωνεύονται σε έναν μεγάλο. Αυτή είναι η αντίθετη αντίδραση. Για παράδειγμα, μπορείτε να συντρίψετε δύο πυρήνες υδρογόνου για να φτιάξετε ήλιο.

Με μια τέτοια αντίδραση, μια τεράστια ποσότητα ενέργειας απελευθερώνεται λόγω της διαφοράς μάζας: η μάζα των σωματιδίων πριν από την αντίδραση είναι μεγαλύτερη από τη μάζα του μεγάλου πυρήνα που προκύπτει. Αυτή η μάζα μετατρέπεται σε ενέργεια χάρη σε.

Αλλά για να συμβεί η σύντηξη δύο πυρήνων, είναι απαραίτητο να ξεπεραστεί η δύναμη της ηλεκτροστατικής απώθησής τους και να πιεστούν δυνατά ο ένας εναντίον του άλλου. Και σε μικρές αποστάσεις, με τη σειρά του μεγέθους των πυρήνων, δρουν πολύ μεγαλύτερες πυρηνικές δυνάμεις, λόγω των οποίων οι πυρήνες έλκονται μεταξύ τους και συνδυάζονται σε έναν μεγάλο πυρήνα.

Επομένως, η αντίδραση θερμοπυρηνικής σύντηξης μπορεί να λάβει χώρα μόνο σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, έτσι ώστε η ταχύτητα των πυρήνων να είναι τέτοια που όταν συγκρούονται, έχουν αρκετή ενέργεια ώστε να πλησιάσουν αρκετά ο ένας στον άλλον ώστε να λειτουργήσουν οι πυρηνικές δυνάμεις και να συμβεί μια αντίδραση . Από εκεί προέρχεται το «θερμό» στο όνομα.

Πρακτική

Όπου υπάρχει ενέργεια, υπάρχουν όπλα. Κατά τη διάρκεια του Ψυχρού Πολέμου, η ΕΣΣΔ και οι ΗΠΑ ανέπτυξαν θερμοπυρηνικές (ή υδρογόνο) βόμβες. Αυτό είναι το πιο καταστροφικό όπλο που δημιούργησε η ανθρωπότητα, θεωρητικά μπορεί να καταστρέψει τη Γη.

Η θερμοκρασία είναι το κύριο εμπόδιο στη χρήση της θερμοπυρηνικής ενέργειας στην πράξη. Δεν υπάρχουν υλικά που να μπορούν να κρατήσουν αυτή τη θερμοκρασία χωρίς να λιώσουν.

Αλλά υπάρχει διέξοδος, μπορείτε να κρατήσετε το πλάσμα χάρη στην ισχυρή ενέργεια. Σε ειδικά tokamaks, το πλάσμα μπορεί να κρατηθεί σε σχήμα ντόνατ με τεράστιους, ισχυρούς μαγνήτες.

Ένας σταθμός ηλεκτροπαραγωγής σύντηξης είναι ασφαλής, φιλικός προς το περιβάλλον και πολύ οικονομικός. Μπορεί να λύσει όλα τα ενεργειακά προβλήματα της ανθρωπότητας. Το μόνο που απομένει είναι να μάθετε πώς να κατασκευάζετε θερμοπυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.

Διεθνής Πειραματικός Αντιδραστήρας Σύντηξης

Η κατασκευή ενός αντιδραστήρα σύντηξης είναι πολύ δύσκολη και πολύ δαπανηρή. Για να λύσουν ένα τέτοιο μεγαλεπήβολο έργο, επιστήμονες από διάφορες χώρες συνδύασαν τις προσπάθειές τους: Ρωσία, ΗΠΑ, χώρες της ΕΕ, Ιαπωνία, Ινδία, Κίνα, Δημοκρατία της Κορέας και Καναδάς.

Στη Γαλλία κατασκευάζεται αυτή τη στιγμή ένα πειραματικό tokamak, θα κοστίσει περίπου 15 δισεκατομμύρια δολάρια, σύμφωνα με τα σχέδια θα έχει ολοκληρωθεί μέχρι το 2019 και θα πραγματοποιηθούν πειράματα σε αυτό μέχρι το 2037. Εάν είναι επιτυχείς, τότε ίσως θα έχουμε ακόμα χρόνο να ζήσουμε την ευτυχισμένη εποχή της θερμοπυρηνικής ενέργειας.

Συγκεντρωθείτε λοιπόν περισσότερο και αρχίστε να ανυπομονείτε για τα αποτελέσματα των πειραμάτων, αυτό δεν είναι ένα δεύτερο iPad που πρέπει να περιμένετε - το μέλλον της ανθρωπότητας διακυβεύεται.

Πώς ξεκίνησαν όλα; Η «ενεργειακή πρόκληση» προέκυψε ως αποτέλεσμα ενός συνδυασμού των ακόλουθων τριών παραγόντων:

1. Η ανθρωπότητα καταναλώνει πλέον τεράστια ποσότητα ενέργειας.

Επί του παρόντος, η παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας είναι περίπου 15,7 τεραβάτ (TW). Διαιρώντας αυτή την τιμή με τον παγκόσμιο πληθυσμό, λαμβάνουμε περίπου 2400 Watt ανά άτομο, τα οποία μπορούν εύκολα να εκτιμηθούν και να απεικονιστούν. Η ενέργεια που καταναλώνει κάθε κάτοικος της Γης (συμπεριλαμβανομένων των παιδιών) αντιστοιχεί στην 24ωρη λειτουργία 24 ηλεκτρικών λαμπτήρων εκατοντάδων Watt. Ωστόσο, η κατανάλωση αυτής της ενέργειας σε ολόκληρο τον πλανήτη είναι πολύ άνιση, καθώς είναι πολύ μεγάλη σε αρκετές χώρες και αμελητέα σε άλλες. Η κατανάλωση (σε όρους ενός ατόμου) είναι ίση με 10,3 kW στις ΗΠΑ (μία από τις τιμές ρεκόρ), 6,3 kW στη Ρωσική Ομοσπονδία, 5,1 kW στο Ηνωμένο Βασίλειο κ.λπ., αλλά, από την άλλη πλευρά, είναι ίση μόνο 0,21 kW στο Μπαγκλαντές (μόνο το 2% της κατανάλωσης ενέργειας στις ΗΠΑ!).

2. Η παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας αυξάνεται δραματικά.

Σύμφωνα με τις προβλέψεις του Διεθνούς Οργανισμού Ενέργειας (2006), η παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας θα πρέπει να αυξηθεί κατά 50% έως το 2030. Οι ανεπτυγμένες χώρες θα μπορούσαν, φυσικά, να τα καταφέρουν μια χαρά χωρίς πρόσθετη ενέργεια, αλλά αυτή η ανάπτυξη είναι απαραίτητη για να βγουν οι άνθρωποι από τη φτώχεια στις αναπτυσσόμενες χώρες, όπου 1,5 δισεκατομμύριο άνθρωποι υποφέρουν από σοβαρές ελλείψεις ηλεκτρικής ενέργειας.

3. Επί του παρόντος, το 80% της παγκόσμιας ενέργειας προέρχεται από την καύση ορυκτών καυσίμων (πετρέλαιο, άνθρακας και αέριο), η χρήση των οποίων:
α) ενέχει δυνητικά κίνδυνο καταστροφικών περιβαλλοντικών αλλαγών·
β) αναπόφευκτα πρέπει να τελειώσει κάποια μέρα.

Από όσα ειπώθηκαν, είναι σαφές ότι τώρα πρέπει να προετοιμαστούμε για το τέλος της εποχής της χρήσης ορυκτών καυσίμων

Επί του παρόντος, οι πυρηνικοί σταθμοί παράγουν ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τις αντιδράσεις σχάσης των ατομικών πυρήνων σε μεγάλη κλίμακα. Η δημιουργία και ανάπτυξη τέτοιων σταθμών θα πρέπει να ενθαρρυνθεί με κάθε δυνατό τρόπο, αλλά πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι τα αποθέματα ενός από τα σημαντικότερα υλικά για τη λειτουργία τους (φθηνό ουράνιο) μπορούν επίσης να εξαντληθούν πλήρως μέσα στα επόμενα 50 χρόνια. . Οι δυνατότητες της ενέργειας που βασίζεται στην πυρηνική σχάση μπορούν (και πρέπει) να επεκταθούν σημαντικά μέσω της χρήσης πιο αποδοτικών ενεργειακών κύκλων, επιτρέποντας την ποσότητα της παραγόμενης ενέργειας να διπλασιαστεί σχεδόν. Για να αναπτυχθεί ενέργεια προς αυτή την κατεύθυνση, είναι απαραίτητο να δημιουργηθούν αντιδραστήρες θορίου (οι λεγόμενοι αντιδραστήρες αναπαραγωγής θορίου ή αντιδραστήρες αναπαραγωγής), στους οποίους η αντίδραση παράγει περισσότερο θόριο από το αρχικό ουράνιο, με αποτέλεσμα η συνολική ποσότητα ενέργειας που παράγεται για μια δεδομένη ποσότητα ουσίας αυξάνεται κατά 40 φορές . Φαίνεται επίσης πολλά υποσχόμενη η δημιουργία δημιουργών πλουτωνίου χρησιμοποιώντας γρήγορα νετρόνια, τα οποία είναι πολύ πιο αποτελεσματικά από τους αντιδραστήρες ουρανίου και μπορούν να παράγουν 60 φορές περισσότερη ενέργεια. Ίσως για την ανάπτυξη αυτών των περιοχών θα χρειαστεί να αναπτυχθούν νέες, μη τυποποιημένες μέθοδοι για την απόκτηση ουρανίου (για παράδειγμα, από θαλασσινό νερό, το οποίο φαίνεται να είναι το πιο προσιτό).

Σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής σύντηξης

Το σχήμα δείχνει ένα σχηματικό διάγραμμα (όχι σε κλίμακα) της συσκευής και της αρχής λειτουργίας ενός θερμοπυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής. Στο κεντρικό τμήμα υπάρχει ένας δακτύλιος (σε σχήμα ντόνατ) θάλαμος με όγκο ~2000 m3, γεμάτος με πλάσμα τριτίου-δευτέριου (T-D) που θερμαίνεται σε θερμοκρασία άνω των 100 M°C. Τα νετρόνια που παράγονται κατά την αντίδραση σύντηξης (1) φεύγουν από τη «μαγνητική φιάλη» και εισέρχονται στο κέλυφος που φαίνεται στο σχήμα με πάχος περίπου 1 m.

Μέσα στο κέλυφος, τα νετρόνια συγκρούονται με άτομα λιθίου, με αποτέλεσμα μια αντίδραση που παράγει τρίτιο:

νετρόνιο + λίθιο → ήλιο + τρίτιο

Επιπλέον, στο σύστημα συμβαίνουν ανταγωνιστικές αντιδράσεις (χωρίς σχηματισμό τριτίου), καθώς και πολλές αντιδράσεις με την απελευθέρωση πρόσθετων νετρονίων, οι οποίες στη συνέχεια οδηγούν επίσης στον σχηματισμό τριτίου (στην περίπτωση αυτή, η απελευθέρωση πρόσθετων νετρονίων μπορεί να ενισχύθηκε σημαντικά, για παράδειγμα, με την εισαγωγή ατόμων βηρυλλίου στο κέλυφος και στον μόλυβδο). Το συνολικό συμπέρασμα είναι ότι αυτή η εγκατάσταση θα μπορούσε (τουλάχιστον θεωρητικά) να υποστεί μια αντίδραση πυρηνικής σύντηξης που θα παρήγαγε τρίτιο. Σε αυτήν την περίπτωση, η ποσότητα τριτίου που παράγεται όχι μόνο θα πρέπει να ανταποκρίνεται στις ανάγκες της ίδιας της εγκατάστασης, αλλά και να είναι ακόμη κάπως μεγαλύτερη, γεγονός που θα επιτρέψει την τροφοδοσία νέων εγκαταστάσεων με τρίτιο. Αυτή η ιδέα λειτουργίας είναι που πρέπει να δοκιμαστεί και να εφαρμοστεί στον αντιδραστήρα ITER που περιγράφεται παρακάτω.

Επιπλέον, τα νετρόνια πρέπει να θερμαίνουν το κέλυφος στις λεγόμενες πιλοτικές εγκαταστάσεις (στις οποίες θα χρησιμοποιηθούν σχετικά «συνηθισμένα» δομικά υλικά) στους 400°C περίπου. Στο μέλλον, σχεδιάζεται η δημιουργία βελτιωμένων εγκαταστάσεων με θερμοκρασία θέρμανσης κελύφους άνω των 1000°C, η οποία μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση των πιο πρόσφατων υλικών υψηλής αντοχής (όπως τα σύνθετα υλικά καρβιδίου του πυριτίου). Η θερμότητα που παράγεται στο κέλυφος, όπως και στους συμβατικούς σταθμούς, λαμβάνεται από το πρωτεύον κύκλωμα ψύξης με ένα ψυκτικό υγρό (που περιέχει, για παράδειγμα, νερό ή ήλιο) και μεταφέρεται στο δευτερεύον κύκλωμα, όπου παράγεται ατμός νερού και παρέχεται στους στρόβιλους.

1985 - Η Σοβιετική Ένωση πρότεινε το εργοστάσιο Tokamak επόμενης γενιάς, χρησιμοποιώντας την εμπειρία τεσσάρων κορυφαίων χωρών στη δημιουργία αντιδραστήρων σύντηξης. Οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής, μαζί με την Ιαπωνία και την Ευρωπαϊκή Κοινότητα, υπέβαλαν πρόταση για την υλοποίηση του έργου.

Επί του παρόντος, στη Γαλλία, βρίσκεται σε εξέλιξη η κατασκευή του διεθνούς πειραματικού θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα ITER (International Tokamak Experimental Reactor), που περιγράφεται παρακάτω, ο οποίος θα είναι το πρώτο tokamak ικανό να «αναφλέγει» πλάσμα.

Οι πιο προηγμένες υπάρχουσες εγκαταστάσεις tokamak έχουν φθάσει εδώ και πολύ καιρό σε θερμοκρασίες περίπου 150 M°C, κοντά στις τιμές που απαιτούνται για τη λειτουργία ενός σταθμού σύντηξης, αλλά ο αντιδραστήρας ITER θα πρέπει να είναι ο πρώτος σταθμός ηλεκτροπαραγωγής μεγάλης κλίμακας που έχει σχεδιαστεί για μεγάλο χρονικό διάστημα -πρόθεσμη λειτουργία. Στο μέλλον, θα χρειαστεί να βελτιωθούν σημαντικά οι παράμετροι λειτουργίας του, οι οποίες θα απαιτήσουν, πρώτα απ 'όλα, αύξηση της πίεσης στο πλάσμα, καθώς ο ρυθμός της πυρηνικής σύντηξης σε μια δεδομένη θερμοκρασία είναι ανάλογος με το τετράγωνο της πίεσης. Το κύριο επιστημονικό πρόβλημα σε αυτή την περίπτωση σχετίζεται με το γεγονός ότι όταν αυξάνεται η πίεση στο πλάσμα, προκύπτουν πολύ περίπλοκες και επικίνδυνες αστάθειες, δηλαδή ασταθείς τρόποι λειτουργίας.

Για τι το χρειαζόμαστε αυτό;

Το κύριο πλεονέκτημα της πυρηνικής σύντηξης είναι ότι απαιτεί μόνο πολύ μικρές ποσότητες ουσιών που είναι πολύ κοινές στη φύση ως καύσιμο. Η αντίδραση πυρηνικής σύντηξης στις περιγραφόμενες εγκαταστάσεις μπορεί να οδηγήσει στην απελευθέρωση τεράστιων ποσοτήτων ενέργειας, δέκα εκατομμύρια φορές υψηλότερη από την τυπική θερμότητα που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια συμβατικών χημικών αντιδράσεων (όπως η καύση ορυκτών καυσίμων). Για σύγκριση, επισημαίνουμε ότι η ποσότητα άνθρακα που απαιτείται για την τροφοδοσία ενός θερμοηλεκτρικού σταθμού ισχύος 1 gigawatt (GW) είναι 10.000 τόνοι την ημέρα (δέκα σιδηροδρομικά βαγόνια) και ένα εργοστάσιο σύντηξης της ίδιας ισχύος θα καταναλώνει μόνο περίπου 1 κιλό μείγματος D+T την ημέρα.

Το δευτέριο είναι ένα σταθερό ισότοπο υδρογόνου. Σε περίπου ένα στα 3.350 μόρια συνηθισμένου νερού, ένα από τα άτομα υδρογόνου αντικαθίσταται από δευτέριο (μια κληρονομιά από τη Μεγάλη Έκρηξη). Αυτό το γεγονός καθιστά εύκολη την οργάνωση της αρκετά φθηνής παραγωγής της απαιτούμενης ποσότητας δευτερίου από νερό. Είναι πιο δύσκολο να ληφθεί τρίτιο, το οποίο είναι ασταθές (ο χρόνος ημιζωής είναι περίπου 12 χρόνια, με αποτέλεσμα η περιεκτικότητά του στη φύση να είναι αμελητέα), ωστόσο, όπως φαίνεται παραπάνω, το τρίτιο θα εμφανιστεί απευθείας μέσα στη θερμοπυρηνική εγκατάσταση κατά τη λειτουργία. λόγω της αντίδρασης των νετρονίων με το λίθιο.

Έτσι, το αρχικό καύσιμο για έναν αντιδραστήρα σύντηξης είναι το λίθιο και το νερό. Το λίθιο είναι ένα κοινό μέταλλο που χρησιμοποιείται ευρέως σε οικιακές συσκευές (μπαταρίες κινητών τηλεφώνων κ.λπ.). Η εγκατάσταση που περιγράφεται παραπάνω, ακόμη και λαμβάνοντας υπόψη τη μη ιδανική απόδοση, θα μπορεί να παράγει 200.000 kWh ηλεκτρικής ενέργειας, που ισοδυναμεί με την ενέργεια που περιέχεται σε 70 τόνους άνθρακα. Η ποσότητα λιθίου που απαιτείται για αυτό περιέχεται σε μία μπαταρία υπολογιστή και η ποσότητα δευτερίου είναι σε 45 λίτρα νερού. Η παραπάνω τιμή αντιστοιχεί στην τρέχουσα κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας (υπολογισμένη ανά άτομο) στις χώρες της ΕΕ για 30 χρόνια. Το ίδιο το γεγονός ότι μια τόσο ασήμαντη ποσότητα λιθίου μπορεί να εξασφαλίσει την παραγωγή τέτοιας ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας (χωρίς εκπομπές CO2 και χωρίς την παραμικρή ατμοσφαιρική ρύπανση) είναι ένα αρκετά σοβαρό επιχείρημα για την ταχύτερη και πιο δυναμική ανάπτυξη της θερμοπυρηνικής ενέργειας (παρά όλες τις δυσκολίες και προβλήματα) και μάλιστα χωρίς εκατό τοις εκατό εμπιστοσύνη στην επιτυχία μιας τέτοιας έρευνας.

Το δευτέριο θα πρέπει να διαρκέσει για εκατομμύρια χρόνια και τα αποθέματα λιθίου που εξορύσσεται εύκολα επαρκούν για την κάλυψη των αναγκών για εκατοντάδες χρόνια. Ακόμα κι αν το λίθιο στα πετρώματα εξαντληθεί, μπορούμε να το εξαγάγουμε από το νερό, όπου βρίσκεται σε συγκεντρώσεις αρκετά υψηλές (100 φορές μεγαλύτερη από τη συγκέντρωση του ουρανίου) ώστε να καταστήσει την εξόρυξή του οικονομικά βιώσιμη.

Ένας πειραματικός θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας (International thermonuclear experimental reactor) κατασκευάζεται κοντά στην πόλη Cadarache στη Γαλλία. Ο κύριος στόχος του έργου ITER είναι η υλοποίηση μιας ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής αντίδρασης σύντηξης σε βιομηχανική κλίμακα.

Ανά μονάδα βάρους θερμοπυρηνικού καυσίμου, λαμβάνεται περίπου 10 εκατομμύρια φορές περισσότερη ενέργεια από ό,τι κατά την καύση της ίδιας ποσότητας οργανικού καυσίμου και περίπου εκατό φορές περισσότερο από ό,τι κατά τη διάσπαση των πυρήνων ουρανίου στους αντιδραστήρες των πυρηνικών σταθμών που λειτουργούν σήμερα. Εάν οι υπολογισμοί των επιστημόνων και των σχεδιαστών γίνουν πραγματικότητα, αυτό θα δώσει στην ανθρωπότητα μια ανεξάντλητη πηγή ενέργειας.

Ως εκ τούτου, ορισμένες χώρες (Ρωσία, Ινδία, Κίνα, Κορέα, Καζακστάν, ΗΠΑ, Καναδάς, Ιαπωνία, χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης) ένωσαν τις δυνάμεις τους για τη δημιουργία του Διεθνούς Θερμοπυρηνικού Αντιδραστήρα Έρευνας - ένα πρωτότυπο νέων σταθμών ηλεκτροπαραγωγής.

Το ITER είναι μια εγκατάσταση που δημιουργεί συνθήκες για τη σύνθεση ατόμων υδρογόνου και τριτίου (ισότοπο υδρογόνου), με αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός νέου ατόμου - ενός ατόμου ηλίου. Αυτή η διαδικασία συνοδεύεται από μια τεράστια έκρηξη ενέργειας: η θερμοκρασία του πλάσματος στο οποίο συμβαίνει η θερμοπυρηνική αντίδραση είναι περίπου 150 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου (για σύγκριση, η θερμοκρασία του πυρήνα του Ήλιου είναι 40 εκατομμύρια βαθμούς). Σε αυτή την περίπτωση, τα ισότοπα καίγονται, χωρίς να αφήνουν ουσιαστικά ραδιενεργά απόβλητα.
Το πρόγραμμα συμμετοχής στο διεθνές έργο προβλέπει την προμήθεια εξαρτημάτων του αντιδραστήρα και τη χρηματοδότηση της κατασκευής του. Σε αντάλλαγμα, καθεμία από τις συμμετέχουσες χώρες λαμβάνει πλήρη πρόσβαση σε όλες τις τεχνολογίες για τη δημιουργία ενός θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα και στα αποτελέσματα όλων των πειραματικών εργασιών σε αυτόν τον αντιδραστήρα, που θα χρησιμεύσει ως βάση για το σχεδιασμό θερμοπυρηνικών αντιδραστήρων σειριακής ισχύος.

Ο αντιδραστήρας, που βασίζεται στην αρχή της θερμοπυρηνικής σύντηξης, δεν έχει ραδιενεργή ακτινοβολία και είναι απολύτως ασφαλής για το περιβάλλον. Μπορεί να βρίσκεται σχεδόν οπουδήποτε στον κόσμο και το καύσιμο για αυτό είναι το συνηθισμένο νερό. Η κατασκευή του ITER αναμένεται να διαρκέσει περίπου δέκα χρόνια, μετά τα οποία ο αντιδραστήρας αναμένεται να είναι σε χρήση για 20 χρόνια.

Τα επόμενα χρόνια, τα συμφέροντα της Ρωσίας στο Συμβούλιο του Διεθνούς Οργανισμού για την Κατασκευή του Θερμοπυρηνικού Αντιδραστήρα ITER θα εκπροσωπούνται από το αντεπιστέλλον μέλος της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών Mikhail Kovalchuk, Διευθυντή του Ινστιτούτου Ρωσικού Ερευνητικού Κέντρου Kurchatov, Ινστιτούτο Κρυσταλλογραφία της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών και Επιστημονικός Γραμματέας του Προεδρικού Συμβουλίου για την Επιστήμη, την Τεχνολογία και την Εκπαίδευση. Ο Kovalchuk θα αντικαταστήσει προσωρινά σε αυτή τη θέση τον ακαδημαϊκό Evgeniy Velikhov, ο οποίος εξελέγη πρόεδρος του Διεθνούς Συμβουλίου ITER για τα επόμενα δύο χρόνια και δεν έχει το δικαίωμα να συνδυάσει τη θέση αυτή με τα καθήκοντα ενός επίσημου εκπροσώπου μιας συμμετέχουσας χώρας.

Το συνολικό κόστος κατασκευής υπολογίζεται στα 5 δισ. ευρώ και το ίδιο ποσό θα απαιτηθεί για τη δοκιμαστική λειτουργία του αντιδραστήρα. Οι μετοχές της Ινδίας, της Κίνας, της Κορέας, της Ρωσίας, των ΗΠΑ και της Ιαπωνίας αντιπροσωπεύουν η καθεμία περίπου το 10 τοις εκατό της συνολικής αξίας, το 45 τοις εκατό προέρχεται από τις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Ωστόσο, τα ευρωπαϊκά κράτη δεν έχουν ακόμη συμφωνήσει για το πώς ακριβώς θα κατανεμηθεί το κόστος μεταξύ τους. Εξαιτίας αυτού, η έναρξη της κατασκευής αναβλήθηκε για τον Απρίλιο του 2010. Παρά την τελευταία καθυστέρηση, επιστήμονες και αξιωματούχοι που συμμετέχουν στο ITER λένε ότι θα μπορέσουν να ολοκληρώσουν το έργο μέχρι το 2018.

Η εκτιμώμενη θερμοπυρηνική ισχύς του ITER είναι 500 μεγαβάτ. Τα μεμονωμένα εξαρτήματα μαγνήτη φτάνουν σε βάρος από 200 έως 450 τόνους. Για την ψύξη του ITER απαιτούνται 33 χιλιάδες κυβικά μέτρα νερού την ημέρα.

Το 1998, οι Ηνωμένες Πολιτείες σταμάτησαν να χρηματοδοτούν τη συμμετοχή τους στο έργο. Αφού οι Ρεπουμπλικάνοι ήρθαν στην εξουσία και άρχισαν τα κυλιόμενα μπλακ άουτ στην Καλιφόρνια, η κυβέρνηση Μπους ανακοίνωσε αυξημένες επενδύσεις στην ενέργεια. Οι Ηνωμένες Πολιτείες δεν σκόπευαν να συμμετάσχουν στο διεθνές έργο και συμμετείχαν στο δικό τους θερμοπυρηνικό έργο. Στις αρχές του 2002, ο σύμβουλος τεχνολογίας του Προέδρου Μπους, John Marburger III, είπε ότι οι Ηνωμένες Πολιτείες άλλαξαν γνώμη και σκόπευαν να επιστρέψουν στο έργο.

Όσον αφορά τον αριθμό των συμμετεχόντων, το έργο είναι συγκρίσιμο με ένα άλλο μεγάλο διεθνές επιστημονικό έργο - τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Το κόστος του ITER, που προηγουμένως έφτανε τα 8 δισ. δολάρια, ανήλθε τότε σε λιγότερο από 4 δισ. Ως αποτέλεσμα της αποχώρησης των Ηνωμένων Πολιτειών από τη συμμετοχή, αποφασίστηκε η μείωση της ισχύος του αντιδραστήρα από 1,5 GW σε 500 MW. Αντίστοιχα, μειώθηκε και η τιμή του έργου.

Τον Ιούνιο του 2002, το συμπόσιο «ITER Days in Moscow» πραγματοποιήθηκε στη ρωσική πρωτεύουσα. Συζήτησε τα θεωρητικά, πρακτικά και οργανωτικά προβλήματα της αναβίωσης του έργου, η επιτυχία του οποίου μπορεί να αλλάξει τη μοίρα της ανθρωπότητας και να της δώσει ένα νέο είδος ενέργειας, συγκρίσιμο σε απόδοση και οικονομία μόνο με την ενέργεια του Ήλιου.

Τον Ιούλιο του 2010, εκπρόσωποι των χωρών που συμμετέχουν στο έργο του διεθνούς θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα ITER ενέκριναν τον προϋπολογισμό και το χρονοδιάγραμμα κατασκευής του σε μια έκτακτη συνεδρίαση που πραγματοποιήθηκε στο Cadarache της Γαλλίας. .

Στην τελευταία έκτακτη συνάντηση, οι συμμετέχοντες στο έργο ενέκριναν την ημερομηνία έναρξης των πρώτων πειραμάτων με το πλάσμα - 2019. Τα πλήρη πειράματα προγραμματίζονται για τον Μάρτιο του 2027, αν και η διαχείριση του έργου ζήτησε από τεχνικούς ειδικούς να προσπαθήσουν να βελτιστοποιήσουν τη διαδικασία και να ξεκινήσουν τα πειράματα το 2026. Οι συμμετέχοντες στη συνάντηση αποφάσισαν επίσης το κόστος κατασκευής του αντιδραστήρα, αλλά τα ποσά που σχεδιάζονταν να δαπανηθούν για τη δημιουργία της εγκατάστασης δεν αποκαλύφθηκαν. Σύμφωνα με πληροφορίες που έλαβε ο εκδότης της πύλης ScienceNOW από ανώνυμη πηγή, μέχρι να ξεκινήσουν τα πειράματα, το κόστος του έργου ITER θα μπορούσε να φτάσει τα 16 δισεκατομμύρια ευρώ.

Η συνάντηση στο Cadarache σηματοδότησε επίσης την πρώτη επίσημη εργάσιμη ημέρα για τον νέο διευθυντή του έργου, τον Ιάπωνα φυσικό Osamu Motojima. Πριν από αυτόν, το έργο είχε επικεφαλής από το 2005 από τον Ιάπωνα Kaname Ikeda, ο οποίος επιθυμούσε να εγκαταλείψει τη θέση του αμέσως μετά την έγκριση του προϋπολογισμού και των προθεσμιών κατασκευής.

Ο αντιδραστήρας σύντηξης ITER είναι ένα κοινό έργο της Ευρωπαϊκής Ένωσης, της Ελβετίας, της Ιαπωνίας, των ΗΠΑ, της Ρωσίας, της Νότιας Κορέας, της Κίνας και της Ινδίας. Η ιδέα της δημιουργίας του ITER εξετάζεται από τη δεκαετία του '80 του περασμένου αιώνα, ωστόσο, λόγω οικονομικών και τεχνικών δυσκολιών, το κόστος του έργου αυξάνεται συνεχώς και η ημερομηνία έναρξης της κατασκευής αναβάλλεται συνεχώς. Το 2009, οι ειδικοί περίμεναν ότι οι εργασίες για τη δημιουργία του αντιδραστήρα θα ξεκινούσαν το 2010. Αργότερα, αυτή η ημερομηνία μεταφέρθηκε και αρχικά το 2018 και στη συνέχεια το 2019 ονομάστηκαν ως η ώρα εκτόξευσης του αντιδραστήρα.

Οι αντιδράσεις θερμοπυρηνικής σύντηξης είναι αντιδράσεις σύντηξης πυρήνων ελαφρών ισοτόπων για να σχηματιστεί ένας βαρύτερος πυρήνας, οι οποίοι συνοδεύονται από τεράστια απελευθέρωση ενέργειας. Θεωρητικά, οι αντιδραστήρες σύντηξης μπορούν να παράγουν πολλή ενέργεια με χαμηλό κόστος, αλλά αυτή τη στιγμή οι επιστήμονες ξοδεύουν πολύ περισσότερη ενέργεια και χρήματα για να ξεκινήσουν και να διατηρήσουν την αντίδραση σύντηξης.

Η θερμοπυρηνική σύντηξη είναι ένας φθηνός και φιλικός προς το περιβάλλον τρόπος παραγωγής ενέργειας. Η ανεξέλεγκτη θερμοπυρηνική σύντηξη συμβαίνει στον Ήλιο εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια - το ήλιο σχηματίζεται από το βαρύ ισότοπο υδρογόνου δευτερίου. Αυτό απελευθερώνει μια κολοσσιαία ποσότητα ενέργειας. Ωστόσο, οι άνθρωποι στη Γη δεν έχουν μάθει ακόμη να ελέγχουν τέτοιες αντιδράσεις.

Ο αντιδραστήρας ITER θα χρησιμοποιεί ισότοπα υδρογόνου ως καύσιμο. Κατά τη διάρκεια μιας θερμοπυρηνικής αντίδρασης, απελευθερώνεται ενέργεια όταν τα ελαφριά άτομα συνδυάζονται σε βαρύτερα. Για να επιτευχθεί αυτό, το αέριο πρέπει να θερμανθεί σε θερμοκρασία άνω των 100 εκατομμυρίων βαθμών - πολύ υψηλότερη από τη θερμοκρασία στο κέντρο του Ήλιου. Το αέριο σε αυτή τη θερμοκρασία μετατρέπεται σε πλάσμα. Ταυτόχρονα, τα άτομα των ισοτόπων του υδρογόνου συγχωνεύονται, μετατρέπονται σε άτομα ηλίου με την απελευθέρωση μεγάλου αριθμού νετρονίων. Ένας σταθμός ηλεκτροπαραγωγής που λειτουργεί με αυτήν την αρχή θα χρησιμοποιεί την ενέργεια των νετρονίων που επιβραδύνεται από ένα στρώμα πυκνού υλικού (λίθιο).

Γιατί η δημιουργία θερμοπυρηνικών εγκαταστάσεων άργησε τόσο πολύ;

Γιατί δεν έχουν δημιουργηθεί ακόμη τόσο σημαντικές και πολύτιμες εγκαταστάσεις, τα οφέλη των οποίων συζητούνται εδώ και σχεδόν μισό αιώνα; Υπάρχουν τρεις κύριοι λόγοι (που συζητούνται παρακάτω), ο πρώτος από τους οποίους μπορεί να ονομαστεί εξωτερικός ή κοινωνικός και οι άλλοι δύο - εσωτερικοί, δηλαδή καθορίζονται από τους νόμους και τις συνθήκες ανάπτυξης της ίδιας της θερμοπυρηνικής ενέργειας.

1. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, πιστευόταν ότι το πρόβλημα της πρακτικής χρήσης της ενέργειας θερμοπυρηνικής σύντηξης δεν απαιτούσε επείγουσες αποφάσεις και ενέργειες, καθώς στη δεκαετία του '80 του περασμένου αιώνα, οι πηγές ορυκτών καυσίμων φαινόταν ανεξάντλητες και τα περιβαλλοντικά προβλήματα και η κλιματική αλλαγή δεν αφορά το κοινό. Το 1976, η Συμβουλευτική Επιτροπή Ενέργειας Σύντηξης του Υπουργείου Ενέργειας των Η.Π.Α. προσπάθησε να εκτιμήσει το χρονικό πλαίσιο για την Ε&Α και μια επίδειξη σταθμού ηλεκτροπαραγωγής σύντηξης στο πλαίσιο διαφόρων επιλογών χρηματοδότησης έρευνας. Ταυτόχρονα, διαπιστώθηκε ότι ο όγκος της ετήσιας χρηματοδότησης για την έρευνα προς αυτή την κατεύθυνση είναι εντελώς ανεπαρκής και εάν διατηρηθεί το υπάρχον επίπεδο πιστώσεων, η δημιουργία θερμοπυρηνικών εγκαταστάσεων δεν θα είναι ποτέ επιτυχής, καθώς τα διατιθέμενα κονδύλια δεν αντιστοιχούν ακόμη και στο ελάχιστο, κρίσιμο επίπεδο.

2. Ένα πιο σοβαρό εμπόδιο στην ανάπτυξη της έρευνας σε αυτόν τον τομέα είναι ότι δεν μπορεί να δημιουργηθεί και να επιδειχθεί σε μικρή κλίμακα μια θερμοπυρηνική εγκατάσταση του υπό συζήτηση τύπου. Από τις εξηγήσεις που παρουσιάζονται παρακάτω, θα γίνει σαφές ότι η θερμοπυρηνική σύντηξη απαιτεί όχι μόνο μαγνητικό περιορισμό του πλάσματος, αλλά και επαρκή θέρμανση του. Η αναλογία καταναλωμένης και λαμβανόμενης ενέργειας αυξάνεται τουλάχιστον αναλογικά με το τετράγωνο των γραμμικών διαστάσεων της εγκατάστασης, με αποτέλεσμα οι επιστημονικές και τεχνικές δυνατότητες και τα πλεονεκτήματα των θερμοπυρηνικών εγκαταστάσεων να μπορούν να δοκιμαστούν και να αποδειχθούν μόνο σε αρκετά μεγάλους σταθμούς, όπως π.χ. όπως ο αναφερόμενος αντιδραστήρας ITER. Η κοινωνία απλώς δεν ήταν έτοιμη να χρηματοδοτήσει τόσο μεγάλα έργα έως ότου υπήρχε επαρκής εμπιστοσύνη στην επιτυχία.

3. Η ανάπτυξη της θερμοπυρηνικής ενέργειας ήταν πολύ περίπλοκη, ωστόσο (παρά την ανεπαρκή χρηματοδότηση και τις δυσκολίες επιλογής κέντρων για τη δημιουργία εγκαταστάσεων JET και ITER), έχει παρατηρηθεί σαφής πρόοδος τα τελευταία χρόνια, αν και δεν έχει δημιουργηθεί ακόμη σταθμός λειτουργίας.

Ο σύγχρονος κόσμος αντιμετωπίζει μια πολύ σοβαρή ενεργειακή πρόκληση, η οποία μπορεί με μεγαλύτερη ακρίβεια να ονομαστεί «αβέβαιη ενεργειακή κρίση». Το πρόβλημα σχετίζεται με το γεγονός ότι τα αποθέματα ορυκτών καυσίμων ενδέχεται να εξαντληθούν στο δεύτερο μισό αυτού του αιώνα. Επιπλέον, η καύση ορυκτών καυσίμων μπορεί να οδηγήσει στην ανάγκη δέσμευσης και «αποθήκευσης» του διοξειδίου του άνθρακα που απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα (το πρόγραμμα CCS που αναφέρεται παραπάνω) για να αποφευχθούν σημαντικές αλλαγές στο κλίμα του πλανήτη.

Επί του παρόντος, σχεδόν όλη η ενέργεια που καταναλώνεται από την ανθρωπότητα δημιουργείται από την καύση ορυκτών καυσίμων και η λύση του προβλήματος μπορεί να σχετίζεται με τη χρήση ηλιακής ενέργειας ή πυρηνικής ενέργειας (δημιουργία αντιδραστήρων ταχείας αναπαραγωγής νετρονίων, κ.λπ.). Το παγκόσμιο πρόβλημα που προκαλείται από τον αυξανόμενο πληθυσμό των αναπτυσσόμενων χωρών και την ανάγκη τους να βελτιώσουν το βιοτικό επίπεδο και να αυξήσουν την ποσότητα της παραγόμενης ενέργειας δεν μπορούν να λυθούν με βάση αυτές τις προσεγγίσεις και μόνο, αν και, φυσικά, οποιεσδήποτε προσπάθειες ανάπτυξης εναλλακτικών μεθόδων παραγωγής ενέργειας πρέπει να ενθαρρύνονται.

Αυστηρά μιλώντας, έχουμε μια μικρή επιλογή από στρατηγικές συμπεριφοράς και η ανάπτυξη της θερμοπυρηνικής ενέργειας είναι εξαιρετικά σημαντική, ακόμη και παρά την έλλειψη εγγύησης επιτυχίας. Η εφημερίδα Financial Times (με ημερομηνία 25 Ιανουαρίου 2004) έγραψε σχετικά:

Ας ελπίσουμε ότι δεν θα υπάρξουν μεγάλες και απροσδόκητες εκπλήξεις στην πορεία προς την ανάπτυξη της θερμοπυρηνικής ενέργειας. Σε αυτή την περίπτωση, σε περίπου 30 χρόνια θα μπορούμε να τροφοδοτούμε για πρώτη φορά ηλεκτρικό ρεύμα από αυτό σε ενεργειακά δίκτυα και σε λίγο περισσότερο από 10 χρόνια θα αρχίσει να λειτουργεί ο πρώτος εμπορικός θερμοπυρηνικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής. Είναι πιθανό ότι στο δεύτερο μισό αυτού του αιώνα, η πυρηνική ενέργεια σύντηξης θα αρχίσει να αντικαθιστά τα ορυκτά καύσιμα και σταδιακά να αρχίσει να παίζει έναν ολοένα και σημαντικότερο ρόλο στην παροχή ενέργειας στην ανθρωπότητα σε παγκόσμια κλίμακα.

Δεν υπάρχει απόλυτη εγγύηση ότι το έργο της δημιουργίας θερμοπυρηνικής ενέργειας (ως αποτελεσματικής και μεγάλης κλίμακας πηγή ενέργειας για όλη την ανθρωπότητα) θα ολοκληρωθεί με επιτυχία, αλλά η πιθανότητα επιτυχίας προς αυτή την κατεύθυνση είναι αρκετά υψηλή. Λαμβάνοντας υπόψη τις τεράστιες δυνατότητες των θερμοπυρηνικών σταθμών, όλα τα έξοδα για έργα για την ταχεία (και ακόμη και επιταχυνόμενη) ανάπτυξή τους μπορούν να θεωρηθούν δικαιολογημένα, ειδικά επειδή αυτές οι επενδύσεις φαίνονται πολύ μέτριες στο πλαίσιο της τερατώδους παγκόσμιας αγοράς ενέργειας (4 τρισεκατομμύρια δολάρια ετησίως8). Η κάλυψη των ενεργειακών αναγκών της ανθρωπότητας είναι ένα πολύ σοβαρό πρόβλημα. Καθώς τα ορυκτά καύσιμα γίνονται λιγότερο διαθέσιμα (και η χρήση τους γίνεται ανεπιθύμητη), η κατάσταση αλλάζει και δεν έχουμε την πολυτέλεια να μην αναπτύξουμε ενέργεια σύντηξης.

Στην ερώτηση «Πότε θα εμφανιστεί η θερμοπυρηνική ενέργεια;» Ο Lev Artsimovich (αναγνωρισμένος πρωτοπόρος και ηγέτης της έρευνας σε αυτόν τον τομέα) απάντησε κάποτε ότι «θα δημιουργηθεί όταν γίνει πραγματικά απαραίτητο για την ανθρωπότητα».

Ο ITER θα είναι ο πρώτος αντιδραστήρας σύντηξης που θα παράγει περισσότερη ενέργεια από αυτή που καταναλώνει. Οι επιστήμονες μετρούν αυτό το χαρακτηριστικό χρησιμοποιώντας έναν απλό συντελεστή που ονομάζουν "Q". Εάν ο ITER επιτύχει όλους τους επιστημονικούς του στόχους, θα παράγει 10 φορές περισσότερη ενέργεια από ό,τι καταναλώνει. Η τελευταία συσκευή που κατασκευάστηκε, το Joint European Torus στην Αγγλία, είναι ένα μικρότερο πρωτότυπο αντιδραστήρα σύντηξης που, στα τελευταία του στάδια επιστημονικής έρευνας, πέτυχε τιμή Q σχεδόν 1. Αυτό σημαίνει ότι παρήγαγε ακριβώς την ίδια ποσότητα ενέργειας που κατανάλωνε . Ο ITER θα προχωρήσει πέρα από αυτό, επιδεικνύοντας τη δημιουργία ενέργειας από σύντηξη και επιτυγχάνοντας τιμή Q 10. Η ιδέα είναι να παραχθούν 500 MW από κατανάλωση ενέργειας περίπου 50 MW. Έτσι, ένας από τους επιστημονικούς στόχους του ITER είναι να αποδείξει ότι μπορεί να επιτευχθεί τιμή Q 10.

Ένας άλλος επιστημονικός στόχος είναι ότι το ITER θα έχει πολύ μεγάλο χρόνο «καύσης» - παλμό εκτεταμένης διάρκειας έως και μία ώρα. Ο ITER είναι ένας ερευνητικός πειραματικός αντιδραστήρας που δεν μπορεί να παράγει ενέργεια συνεχώς. Όταν το ITER ξεκινήσει να λειτουργεί, θα είναι ενεργοποιημένο για μία ώρα και μετά θα πρέπει να απενεργοποιηθεί. Αυτό είναι σημαντικό γιατί μέχρι τώρα οι τυπικές συσκευές που έχουμε δημιουργήσει μπορούσαν να έχουν χρόνο καύσης πολλών δευτερολέπτων ή και δέκατων του δευτερολέπτου - αυτός είναι ο μέγιστος. Το "Joint European Torus" έφτασε την τιμή Q του 1 με χρόνο καύσης περίπου δύο δευτερολέπτων με μήκος παλμού 20 δευτερολέπτων. Αλλά μια διαδικασία που διαρκεί λίγα δευτερόλεπτα δεν είναι πραγματικά μόνιμη. Κατ' αναλογία με την εκκίνηση ενός κινητήρα αυτοκινήτου: το σύντομο άναμμα του κινητήρα και στη συνέχεια το σβήσιμο δεν είναι ακόμη πραγματική λειτουργία του αυτοκινήτου. Μόνο όταν οδηγείτε το αυτοκίνητό σας για μισή ώρα, θα φτάσει σε σταθερό τρόπο λειτουργίας και θα αποδείξει ότι ένα τέτοιο αυτοκίνητο μπορεί πραγματικά να οδηγηθεί.

Δηλαδή, από τεχνική και επιστημονική άποψη, το ITER θα παρέχει τιμή Q 10 και αυξημένο χρόνο καύσης.

Το πρόγραμμα θερμοπυρηνικής σύντηξης είναι πραγματικά διεθνές και ευρύ. Οι άνθρωποι ήδη υπολογίζουν στην επιτυχία του ITER και σκέφτονται το επόμενο βήμα - τη δημιουργία ενός πρωτοτύπου ενός βιομηχανικού θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα που ονομάζεται DEMO. Για την κατασκευή του, ο ITER πρέπει να λειτουργήσει. Πρέπει να επιτύχουμε τους επιστημονικούς μας στόχους γιατί αυτό σημαίνει ότι οι ιδέες που προτείνουμε είναι απολύτως εφικτές. Ωστόσο, συμφωνώ ότι πρέπει πάντα να σκέφτεσαι τι θα ακολουθήσει. Επιπλέον, καθώς ο ITER λειτουργεί για 25-30 χρόνια, οι γνώσεις μας θα εμβαθύνουν και θα επεκταθούν σταδιακά και θα είμαστε σε θέση να περιγράψουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια το επόμενο βήμα μας.

Πράγματι, δεν υπάρχει καμία συζήτηση σχετικά με το εάν ο ITER θα πρέπει να είναι tokamak. Μερικοί επιστήμονες θέτουν το ερώτημα εντελώς διαφορετικά: πρέπει να υπάρχει το ITER; Εμπειρογνώμονες σε διάφορες χώρες, που αναπτύσσουν τα δικά τους, όχι τόσο μεγάλης κλίμακας θερμοπυρηνικά έργα, υποστηρίζουν ότι ένας τόσο μεγάλος αντιδραστήρας δεν χρειάζεται καθόλου.

Ωστόσο, η γνώμη τους δύσκολα θα πρέπει να θεωρηθεί έγκυρη. Φυσικοί που εργάζονται με δακτυλιοειδείς παγίδες για αρκετές δεκαετίες συμμετείχαν στη δημιουργία του ITER. Ο σχεδιασμός του πειραματικού θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα στο Karadash βασίστηκε σε όλη τη γνώση που αποκτήθηκε κατά τη διάρκεια πειραμάτων σε δεκάδες προκατόχους tokamaks. Και αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο αντιδραστήρας πρέπει να είναι τοκαμάκ, και μάλιστα μεγάλος.

JET Αυτή τη στιγμή, το πιο επιτυχημένο tokamak μπορεί να θεωρηθεί το JET, που κατασκευάστηκε από την ΕΕ στη βρετανική πόλη Abingdon. Αυτός είναι ο μεγαλύτερος αντιδραστήρας τύπου tokamak που έχει δημιουργηθεί μέχρι σήμερα, η μεγάλη ακτίνα του πλάσματος είναι 2,96 μέτρα. Η ισχύς της θερμοπυρηνικής αντίδρασης έχει ήδη φτάσει πάνω από 20 μεγαβάτ με χρόνο συγκράτησης έως και 10 δευτερόλεπτα. Ο αντιδραστήρας επιστρέφει περίπου το 40% της ενέργειας που διατίθεται στο πλάσμα.

Είναι η φυσική του πλάσματος που καθορίζει το ενεργειακό ισοζύγιο», είπε ο Igor Semenov στο Infox.ru. Ο αναπληρωτής καθηγητής του MIPT περιέγραψε τι είναι το ενεργειακό ισοζύγιο με ένα απλό παράδειγμα: «Όλοι έχουμε δει μια φωτιά να καίει. Μάλιστα εκεί δεν καίγονται ξύλα, αλλά αέριο. Η ενεργειακή αλυσίδα εκεί είναι έτσι: το αέριο καίγεται, το ξύλο θερμαίνεται, το ξύλο εξατμίζεται, το αέριο καίγεται ξανά. Επομένως, εάν ρίξουμε νερό σε μια φωτιά, θα πάρουμε απότομα ενέργεια από το σύστημα για τη μετάβαση φάσης του υγρού νερού σε κατάσταση ατμού. Το ισοζύγιο θα γίνει αρνητικό και η φωτιά θα σβήσει. Υπάρχει και άλλος τρόπος - μπορούμε απλά να πάρουμε τις μάρκες και να τις απλώσουμε στο διάστημα. Θα σβήσει και η φωτιά. Το ίδιο συμβαίνει και στον θερμοπυρηνικό αντιδραστήρα που κατασκευάζουμε. Οι διαστάσεις επιλέγονται για να δημιουργηθεί ένα κατάλληλο θετικό ενεργειακό ισοζύγιο για αυτόν τον αντιδραστήρα. Επαρκεί για την κατασκευή ενός πραγματικού πυρηνικού σταθμού στο μέλλον, επιλύοντας σε αυτό το πειραματικό στάδιο όλα τα προβλήματα που παραμένουν επί του παρόντος άλυτα».

Οι διαστάσεις του αντιδραστήρα άλλαξαν μία φορά. Αυτό συνέβη στο γύρισμα του 20ου-21ου αιώνα, όταν οι Ηνωμένες Πολιτείες αποσύρθηκαν από το έργο και τα υπόλοιπα μέλη συνειδητοποίησαν ότι ο προϋπολογισμός του ITER (τότε υπολογιζόταν σε 10 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ) ήταν πολύ μεγάλος. Οι φυσικοί και οι μηχανικοί έπρεπε να μειώσουν το κόστος εγκατάστασης. Και αυτό μπορούσε να γίνει μόνο λόγω μεγέθους. Ο «επανασχεδιασμός» του ITER ηγήθηκε του Γάλλου φυσικού Robert Aymar, ο οποίος εργάστηκε στο παρελθόν στο γαλλικό Tore Supra tokamak στο Karadash. Η εξωτερική ακτίνα του δακτυλίου πλάσματος έχει μειωθεί από 8,2 σε 6,3 μέτρα. Ωστόσο, οι κίνδυνοι που σχετίζονται με τη μείωση του μεγέθους αντισταθμίστηκαν εν μέρει από αρκετούς πρόσθετους υπεραγώγιμους μαγνήτες, οι οποίοι κατέστησαν δυνατή την εφαρμογή της λειτουργίας περιορισμού πλάσματος, η οποία ήταν ανοιχτή και μελετημένη εκείνη την εποχή.

Για πολύ καιρό trudnopisaka μου ζήτησε να κάνω μια ανάρτηση για τον υπό κατασκευή θερμοπυρηνικό αντιδραστήρα. Μάθετε ενδιαφέρουσες λεπτομέρειες της τεχνολογίας, μάθετε γιατί αυτό το έργο αργεί τόσο πολύ να υλοποιηθεί. Επιτέλους συγκέντρωσα το υλικό. Ας εξοικειωθούμε με τις λεπτομέρειες του έργου.

1. Η ανθρωπότητα καταναλώνει πλέον τεράστια ποσότητα ενέργειας.

2. Η παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας αυξάνεται δραματικά.

3. Επί του παρόντος, το 80% της παγκόσμιας ενέργειας προέρχεται από την καύση ορυκτών καυσίμων(πετρέλαιο, άνθρακας και αέριο), η χρήση των οποίων:
α) ενέχει δυνητικά κίνδυνο καταστροφικών περιβαλλοντικών αλλαγών·
β) αναπόφευκτα πρέπει να τελειώσει κάποια μέρα.

Σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής σύντηξης

Μέσα στο κέλυφος, τα νετρόνια συγκρούονται με άτομα λιθίου, με αποτέλεσμα μια αντίδραση που παράγει τρίτιο:

νετρόνιο + λίθιο → ήλιο + τρίτιο

Για τι το χρειαζόμαστε αυτό;

4000 px με δυνατότητα κλικ

Τα συμφέροντα της Ρωσίας στο Συμβούλιο του Διεθνούς Οργανισμού για την Κατασκευή του Θερμοπυρηνικού Αντιδραστήρα ITER τα επόμενα χρόνια θα εκπροσωπούνται από το αντεπιστέλλον μέλος της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών Mikhail Kovalchuk - Διευθυντής του Ινστιτούτου Kurchatov, Institute of Crystallography of the Russian Academy of Επιστημών και Επιστημονικός Γραμματέας του Προεδρικού Συμβουλίου Επιστήμης, Τεχνολογίας και Παιδείας. Ο Kovalchuk θα αντικαταστήσει προσωρινά σε αυτή τη θέση τον ακαδημαϊκό Evgeniy Velikhov, ο οποίος εξελέγη πρόεδρος του Διεθνούς Συμβουλίου ITER για τα επόμενα δύο χρόνια και δεν έχει το δικαίωμα να συνδυάσει τη θέση αυτή με τα καθήκοντα ενός επίσημου εκπροσώπου μιας συμμετέχουσας χώρας.

Στην τελευταία έκτακτη συνεδρίαση, οι συμμετέχοντες στο έργο ενέκριναν την ημερομηνία έναρξης των πρώτων πειραμάτων με το πλάσμα - 2019. Τα πλήρη πειράματα προγραμματίζονται για τον Μάρτιο του 2027, αν και η διαχείριση του έργου ζήτησε από τεχνικούς ειδικούς να προσπαθήσουν να βελτιστοποιήσουν τη διαδικασία και να ξεκινήσουν τα πειράματα το 2026. Οι συμμετέχοντες στη συνάντηση αποφάσισαν επίσης το κόστος κατασκευής του αντιδραστήρα, αλλά τα ποσά που σχεδιάζονταν να δαπανηθούν για τη δημιουργία της εγκατάστασης δεν αποκαλύφθηκαν. Σύμφωνα με πληροφορίες που έλαβε ο εκδότης της πύλης ScienceNOW από ανώνυμη πηγή, μέχρι να ξεκινήσουν τα πειράματα, το κόστος του έργου ITER θα μπορούσε να φτάσει τα 16 δισεκατομμύρια ευρώ.

Γιατί η δημιουργία θερμοπυρηνικών εγκαταστάσεων άργησε τόσο πολύ;

Δηλαδή, από τεχνική και επιστημονική άποψη, το ITER θα παρέχει τιμή Q 10 και αυξημένο χρόνο καύσης.

πηγή
http://ehorussia.com
http://oko-planet.su