Reaktor fusi. Iter adalah reaktor termonuklir internasional (iter). Pembuatan proyek iter dan peluncuran reaktor

reaktor fusi

Saat ini sedang dikembangkan. (80an) alat untuk memperoleh energi melalui reaksi sintesis cahaya di. inti terjadi pada suhu yang sangat tinggi (=108 K). Dasar Persyaratan yang harus dipenuhi oleh reaksi termonuklir adalah bahwa pelepasan energi sebagai akibat dari reaksi termonuklir lebih dari sekadar mengkompensasi biaya energi dari sumber eksternal. sumber untuk mempertahankan reaksi.

Ada dua jenis T. r. Tipe pertama termasuk TR, ke Krimea diperlukan dari eksternal. sumber hanya untuk penyalaan fusi termonuklir. reaksi. Reaksi lebih lanjut didukung oleh energi yang dilepaskan dalam plasma selama fusi. reaksi; misalnya, dalam campuran deuterium-tritium, energi partikel a yang terbentuk selama reaksi dikonsumsi untuk mempertahankan suhu plasma yang tinggi. Dalam mode operasi stasioner T.r. energi yang dibawa oleh partikel-a mengkompensasi energi tersebut. kerugian dari plasma, terutama karena konduktivitas termal plasma dan radiasi. Untuk jenis T. r. berlaku, misalnya, .

Untuk jenis T. r. Reaktor termasuk reaktor yang energi yang dilepaskan dalam bentuk partikel a tidak cukup untuk mempertahankan pembakaran reaksi, tetapi diperlukan energi dari sumber luar. sumber. Hal ini terjadi pada reaktor yang tingkat energinya tinggi. kerugian, mis. perangkap magnet terbuka.

T.r. dapat dibangun berdasarkan sistem dengan magnet. kurungan plasma, seperti tokamak, magnet terbuka. perangkap, dll., atau sistem dengan kurungan plasma inersia, ketika energi dimasukkan ke dalam plasma dalam waktu singkat (10-8-10-7 s) (baik menggunakan radiasi laser, atau menggunakan berkas elektron atau ion relatif), cukup untuk terjadinya dan pemeliharaan reaksi. T.r. dengan magnet kurungan plasma dapat beroperasi dalam mode kuasi-stasioner atau stasioner. Dalam kasus kurungan plasma inersia T. r. harus beroperasi dalam mode pulsa pendek.

T.r. dicirikan oleh koefisien. amplifikasi daya (faktor kualitas) Q, sama dengan rasio daya termal yang diperoleh dalam reaktor dengan biaya daya produksinya. Termal T.r. terdiri dari kekuatan yang dilepaskan selama fusi. reaksi dalam plasma, dan daya yang dilepaskan disebut. Selimut TR - cangkang khusus yang mengelilingi plasma, yang menggunakan energi inti termonuklir dan neutron. Teknologi yang paling menjanjikan tampaknya adalah teknologi yang beroperasi pada campuran deuterium-tritium karena laju reaksinya lebih tinggi dibandingkan reaksi fusi lainnya.

T.r. pada bahan bakar deuterium-tritium, tergantung pada komposisi selimutnya, bisa “murni” atau hibrida. Selimut T. r. berisi Li; di dalamnya, di bawah pengaruh neutron, dihasilkan sesuatu yang “terbakar” dalam plasma deuterium-tritium, dan energi termonuklir meningkat. reaksi dari 17,6 hingga 22,4 MeV. Dalam selimut hibrida T. r. Tidak hanya tritium yang dihasilkan, tetapi terdapat zona di mana jika 238U ditempatkan di dalamnya, 239Pu dapat diperoleh (lihat REAKTOR NUKLIR). Pada saat yang sama, energi yang dilepaskan dalam selimut sama dengan kira-kira. 140 MeV per satu termonuklir. . Jadi, dalam hibrida T. r. dimungkinkan untuk memperoleh energi sekitar enam kali lebih banyak dibandingkan dengan reaktor nuklir “murni”, namun terdapat radioak fisil pada reaktor nuklir tersebut. in-in menciptakan lingkungan yang dekat dengan lingkungan yang di dalamnya terdapat racun. reaktor fisi.

Kamus ensiklopedis fisik. - M.: Ensiklopedia Soviet. Pemimpin Redaksi A.M.Prokhorov. 1983 .

reaktor fusi

Dikembangkan pada tahun 1990-an. alat untuk memperoleh energi melalui reaksi fusi inti atom ringan yang terjadi dalam plasma pada suhu yang sangat tinggi (10 8 K). Dasar Persyaratan yang harus dipenuhi T.R. adalah pelepasan energi sebagai hasilnya reaksi termonuklir(TP) lebih dari kompensasi biaya energi dari sumber eksternal. sumber untuk mempertahankan reaksi.

Ada dua jenis T. r. Yang pertama mencakup reaktor, yang menghasilkan energi dari sumber eksternal. sumber hanya diperlukan untuk penyalaan TP. Reaksi lebih lanjut didukung oleh energi yang dilepaskan dalam plasma pada TP, misalnya. dalam campuran deuterium-tritium, energi partikel a yang terbentuk selama reaksi dikonsumsi untuk mempertahankan suhu tinggi. Dalam campuran deuterium dengan 3 He, energi semua produk reaksi, yaitu partikel a dan proton, digunakan untuk mempertahankan suhu plasma yang diperlukan. Dalam mode operasi stasioner T.r. energi yang membawa muatan. produk reaksi, mengkompensasi energi. kerugian dari plasma terutama disebabkan oleh konduktivitas termal plasma dan radiasi. Reaktor seperti ini disebut reaktor dengan penyalaan reaksi termonuklir mandiri (lihat. Kriteria pengapian). Contoh dari T.r.: tokamak, bintang.

Untuk jenis T. r. Reaktor termasuk reaktor di mana energi yang dilepaskan dalam plasma dalam bentuk muatan tidak cukup untuk mempertahankan pembakaran reaksi. produk reaksi, tetapi energi dibutuhkan dari sumber eksternal. sumber. Reaktor seperti ini biasa disebut reaktor yang mendukung pembakaran reaksi termonuklir. Hal ini terjadi di sungai T. yang energinya tinggi. kerugian, mis. buka majalah. trap, tokamak, beroperasi dalam mode dengan kepadatan plasma dan suhu di bawah kurva penyalaan TP. Kedua jenis reaktor ini mencakup semua kemungkinan jenis T. r., yang dapat dibangun berdasarkan sistem dengan magnet. kurungan plasma (tokamak, stellarator, perangkap magnet terbuka, dll.) atau sistem dengan penahan inersia plasma.

Reaktor eksperimental termonuklir internasional ITER: 1 - pusat; 2 - selimut - ; 3 - plasma; 4 - dinding vakum; 5 - pipa pemompaan; 6- kriostat; 7- kumparan kontrol aktif; 8 - kumparan medan magnet toroidal; 9 - dinding pertama; 10 - pelat pengalih; 11 - kumparan medan magnet poloidal.

Reaktor dengan kurungan plasma inersia dicirikan oleh fakta bahwa dalam waktu singkat (10 -8 -10 -7 detik) energi dimasukkan ke dalamnya baik menggunakan radiasi laser atau berkas elektron atau ion relativistik, yang cukup untuk terjadinya dan pemeliharaan dll. Reaktor seperti itu hanya akan beroperasi dalam mode pulsa pendek, tidak seperti reaktor dengan magnet. kurungan plasma, yang dapat beroperasi dalam mode kuasi-stasioner atau bahkan stasioner.

T.r. dicirikan oleh koefisien. perolehan daya (faktor kualitas) Q, sama dengan rasio daya termal reaktor dengan biaya daya produksinya. Daya termal reaktor terdiri dari daya yang dilepaskan selama TP di dalam plasma, daya yang dimasukkan ke dalam plasma untuk mempertahankan suhu pembakaran TP atau mempertahankan arus stasioner dalam plasma dalam kasus tokamak, dan daya yang dilepaskan di dalam plasma. plasma.

Perkembangan T.r. dengan magnet retensi lebih maju daripada sistem retensi inersia. Skema Eksperimen Termonuklir Internasional. Reaktor tokamak ITER, sebuah proyek yang telah dikembangkan sejak tahun 1988 oleh empat pihak - Uni Soviet (Rusia sejak tahun 1992), Amerika Serikat, negara-negara Euratom dan Jepang, disajikan pada gambar. T.r. Memiliki . parameter: radius plasma besar 8,1 m; radius plasma kecil dalam rata-rata. bidang 3 m; perpanjangan penampang plasma 1,6; mag toroidal. pada sumbu 5,7 Tesla; nilai plasma 21 MA; nilai tenaga termonuklir dengan bahan bakar DT 1500 MW. Reaktor mengandung jejak. dasar node: tengah. solenoid SAYA, listrik bidang yang melaksanakan, mengatur kenaikan arus dan memeliharanya bersama-sama dengan khusus. sistem akan ditambah pemanasan plasma; dinding pertama 9, ujung-ujungnya menghadap langsung ke plasma dan merasakan aliran panas dalam bentuk radiasi dan partikel netral; selimut - perlindungan 2, fenomena yang mana merupakan bagian integral dari T. r. pada bahan bakar deuterium-tri-tium (DT), karena tritium yang dibakar dalam plasma direproduksi dalam selimut. T.r. pada bahan bakar DT, tergantung bahan selimutnya, bisa “murni” atau hybrid. Selimut T. r. berisi Li; di dalamnya, di bawah pengaruh neutron termonuklir, tritium dihasilkan: 6 Li +nT+ 4 He+ 4,8 MeV, dan energi TP meningkat dari 17,6 MeV menjadi 22,4 MeV. Di tempat kosong reaktor fusi hibrida Tidak hanya tritium yang dihasilkan, tetapi terdapat zona yang ditempatkan limbah 238 U untuk menghasilkan 239 Pu. Pada saat yang sama, energi sebesar 140 MeV per neutron termonuklir dilepaskan dalam selimut. T. o., dalam hibrida T. r. dimungkinkan untuk memperoleh sekitar enam kali lebih banyak energi per peristiwa fusi awal dibandingkan dengan T.R. “murni”, tetapi dalam kasus pertama terdapat radioak fisil. zat menghasilkan radiasi. lingkungan yang mirip dengan surga yang ada di dalamnya reaktor nuklir divisi.

Di T.r. dengan bahan bakar pada campuran D dengan 3 He, tidak ada selimut, karena tidak perlu mereproduksi tritium: D + 3 He 4 He (3,6 MeV) + p (14,7 MeV), dan semua energi dilepaskan di bentuk biaya. produk reaksi. Radiasi Perlindungan ini dirancang untuk menyerap energi neutron dan tindakan radioaktif. radiasi dan pengurangan panas dan aliran radiasi ke magnet superkonduktor. sistem ke tingkat yang dapat diterima untuk operasi stasioner. Kumparan magnet toroidal bidang 8 berfungsi untuk membuat magnet toroidal. bidang dan dibuat superkonduktor menggunakan superkonduktor Nb 3 Sn dan matriks tembaga yang beroperasi pada suhu helium cair (4,2 K). Perkembangan teknologi untuk memperoleh superkonduktivitas suhu tinggi memungkinkan untuk menghilangkan pendinginan kumparan dengan helium cair dan beralih ke metode pendinginan yang lebih murah, misalnya. nitrogen cair. Desain reaktor tidak akan berubah secara signifikan. Kumparan bidang poloidal 11 juga superkonduktor dan, bersama dengan magnesium. medan arus plasma menciptakan konfigurasi kesetimbangan medan magnet poloidal. bidang dengan satu atau dua pengalih poloidal nol 10, berfungsi untuk menghilangkan panas dari plasma dalam bentuk aliran muatan. partikel dan untuk memompa keluar produk reaksi yang dinetralkan pada pelat pengalih: helium dan protium. Di T.r. dengan bahan bakar D 3 He, pelat pengalih dapat berfungsi sebagai salah satu elemen sistem konversi energi muatan langsung. produk reaksi menjadi listrik. Kriostat 6 berfungsi untuk mendinginkan kumparan superkonduktor ke suhu helium cair atau suhu yang lebih tinggi bila menggunakan superkonduktor suhu tinggi yang lebih canggih. Ruang vakum 4 dan alat pemompaan (5) dirancang untuk memperoleh vakum tinggi di ruang kerja reaktor, di mana plasma dibuat 3, dan di semua volume tambahan, termasuk cryostat.

Sebagai langkah awal menuju penciptaan energi termonuklir, reaktor termonuklir tampaknya beroperasi pada campuran DT karena laju reaksinya lebih tinggi dibandingkan reaksi fusi lainnya. Di masa depan, kemungkinan menciptakan T. r dengan radioaktif rendah sedang dipertimbangkan. pada campuran D dengan 3 He, dimana bas. energi membawa muatan. produk reaksi, dan neutron hanya muncul dalam reaksi DD dan DT selama pembakaran tritium yang dihasilkan dalam reaksi DD. Akibatnya, biol. bahaya T.r. tampaknya dapat dikurangi empat hingga lima kali lipat dibandingkan dengan reaktor fisi nuklir, tidak diperlukan industri pengolahan radioak bahan dan pengangkutannya, pembuangan bahan radioaktif disederhanakan secara kualitatif. limbah. Namun prospek terciptanya TR ramah lingkungan di masa depan. pada campuran D dengan 3 Tidak ribet dengan masalah bahan baku : alami. konsentrasi isotop 3 He di Bumi adalah bagian per juta isotop 4 He. Oleh karena itu, muncul pertanyaan sulit untuk mendapatkan bahan mentah, misalnya. dengan mengirimkannya dari Bulan.

Manajemen Lockheed Martin mengumumkan bahwa pada Februari 2018 mereka menerima paten untuk reaktor fusi kompak. Para ahli menyebut hal ini mustahil, meskipun menurut The War Zone, “ada kemungkinan bahwa perusahaan Amerika akan membuat pernyataan resmi dalam waktu dekat.”

Reporter FlightGlobal Stephen Trimble mentweet bahwa “paten baru dari insinyur Skunk Works menunjukkan desain reaktor fusi kompak dengan cetak biru untuk F-16 sebagai aplikasi potensial. Sebuah prototipe reaktor sedang diuji di Palmdale.”

Menurut publikasi tersebut, "Fakta bahwa Skunk Works tetap terlibat dalam proses paten selama empat tahun terakhir juga tampaknya menunjukkan bahwa mereka benar-benar membuat kemajuan dalam program ini, setidaknya sampai batas tertentu." Penulis materi mencatat bahwa empat tahun lalu, pengembang proyek merilis informasi dasar tentang desain dasar reaktor, jadwal proyek dan tujuan keseluruhan program, yang menunjukkan pekerjaan serius.

Mari kita ingat bahwa Lockheed Martin mengajukan permohonan sementara untuk paten “Enkapsulasi medan magnet untuk pengurungan plasma” pada tanggal 4 April 2013. Pada saat yang sama, permohonan resmi ke Kantor Paten dan Merek Dagang AS telah diterima pada tanggal 2 April 2014.

Lockheed Martin mengatakan paten tersebut diterima pada 15 Februari 2018. Manajer proyek Compact Fusion Thomas McGuire pernah mengatakan bahwa pabrik percontohan akan dibuat pada tahun 2014, prototipe pada tahun 2019, dan prototipe yang berfungsi pada tahun 2024.

Perusahaan melaporkan di situs webnya bahwa reaktor termonuklir, yang sedang dikerjakan oleh para spesialisnya, dapat digunakan untuk menyediakan energi bagi kapal induk, jet tempur, atau kota kecil.

Pada bulan Oktober 2014, perusahaan tersebut mengatakan bahwa hasil penelitian awal menunjukkan kemungkinan pembuatan reaktor fusi nuklir ringan dengan kapasitas sekitar 100 megawatt dan dimensi yang sebanding dengan truk (yang sekitar sepuluh kali lebih kecil dari model yang ada). Intinya, kita berbicara tentang penerapan penemuan abad ini - reaktor aman radiasi yang mampu menyediakan energi untuk apa pun.

Sementara itu, para ilmuwan Rusia yang terlibat dalam penelitian di bidang fusi termonuklir terkendali menyebut pesan Lockheed Martin sebagai pernyataan tidak ilmiah yang bertujuan untuk menarik perhatian masyarakat umum. Namun, foto reaktor termonuklir kompak, yang diduga dibuat oleh perusahaan Amerika Lockheed Martin, muncul di Twitter.

“Ini tidak mungkin terjadi. Faktanya, yang dimaksud dengan reaktor termonuklir sudah sangat diketahui dari segi fisik. Jika terdengar “helium 3? - Anda harus segera memahami bahwa ini adalah penipuan. Ini adalah ciri khas dari penemuan semu tersebut - di mana terdapat satu baris “bagaimana melakukannya, bagaimana menerapkannya” dan sepuluh halaman tentang bagaimana hal itu akan menjadi baik setelahnya. Ini adalah tanda yang sangat khas - di sini, kami menemukan fusi termonuklir dingin, dan kemudian mereka tidak mengatakan bagaimana menerapkannya, dan hanya sepuluh halaman kemudian, betapa hebatnya hal itu,” kata Wakil Direktur Laboratorium Reaksi Nuklir. Pravda.ru. Flerov JINR di Dubna Andrey Papeko.

“Pertanyaan utamanya adalah bagaimana membangkitkan reaksi termonuklir, dengan apa memanaskannya, dengan apa menahannya - ini juga, secara umum, merupakan pertanyaan yang belum terselesaikan sekarang. Dan bahkan, katakanlah, instalasi termonuklir laser, reaksi termonuklir normal tidak terjadi di sana. Dan sayangnya, tidak ada solusi yang terlihat dalam waktu dekat,” jelas fisikawan nuklir tersebut.

“Rusia sedang melakukan cukup banyak penelitian, hal ini dapat dimaklumi, telah dipublikasikan di seluruh media terbuka, yaitu perlu mempelajari kondisi pemanasan bahan untuk reaksi termonuklir. Secara umum, ini adalah campuran dengan deuterium - tidak ada fiksi ilmiah, fisika ini sangat terkenal. Cara memanaskannya, cara menahannya, cara menghilangkan energinya, jika plasma yang sangat panas dinyalakan, maka akan memakan dinding reaktor, akan melelehkannya. Pada instalasi besar, medan magnet dapat digunakan untuk menahan dan memfokuskannya pada bagian tengah ruangan agar tidak melelehkan dinding reaktor. Namun dalam instalasi kecil, ini tidak akan berfungsi, ia akan meleleh dan terbakar. Artinya, menurut saya pernyataan-pernyataan itu sangat prematur,” tutupnya.

Reaktor termonuklir belum berfungsi dan tidak akan berfungsi dalam waktu dekat. Namun para ilmuwan sudah mengetahui secara pasti cara kerjanya.

Teori

Helium-3, salah satu isotop helium, dapat digunakan sebagai bahan bakar reaktor termonuklir. Jarang ditemukan di Bumi, namun sangat melimpah di Bulan. Ini adalah plot film Duncan Jones dengan judul yang sama. Jika Anda membaca artikel ini, Anda pasti akan menyukai filmnya.

Reaksi fusi nuklir terjadi ketika dua inti atom kecil melebur menjadi satu inti atom besar. Ini adalah reaksi sebaliknya. Misalnya, Anda dapat menghancurkan dua inti hidrogen menjadi helium.

Dalam reaksi seperti itu, sejumlah besar energi dilepaskan karena perbedaan massa: massa partikel sebelum reaksi lebih besar daripada massa inti besar yang dihasilkan. Massa ini diubah menjadi energi berkat.

Tetapi agar fusi dua inti dapat terjadi, gaya tolak-menolak elektrostatisnya perlu diatasi dan ditekan dengan kuat satu sama lain. Dan pada jarak kecil, berdasarkan ukuran inti, gaya nuklir yang jauh lebih besar bekerja, yang menyebabkan inti tertarik satu sama lain dan bergabung menjadi satu inti besar.

Oleh karena itu, reaksi fusi termonuklir hanya dapat terjadi pada suhu yang sangat tinggi, sehingga kecepatan inti sedemikian rupa sehingga ketika bertabrakan, mereka memiliki energi yang cukup untuk berada cukup dekat satu sama lain sehingga gaya nuklir dapat bekerja dan reaksi terjadi. . Dari situlah asal kata "thermo" pada namanya.

Praktik

Di mana ada energi, di situ ada senjata. Selama Perang Dingin, Uni Soviet dan Amerika Serikat mengembangkan bom termonuklir (atau hidrogen). Ini adalah senjata paling destruktif yang diciptakan umat manusia, secara teori dapat menghancurkan Bumi.

Suhu adalah hambatan utama dalam penggunaan energi termonuklir dalam praktiknya. Tidak ada bahan yang dapat menahan suhu ini tanpa meleleh.

Namun ada jalan keluarnya, Anda bisa menahan plasma tersebut berkat energinya yang kuat. Dalam tokamak khusus, plasma dapat dibentuk menjadi donat dengan menggunakan magnet yang besar dan kuat.

Pembangkit listrik fusi aman, ramah lingkungan dan sangat ekonomis. Hal ini dapat memecahkan semua masalah energi umat manusia. Yang perlu dilakukan hanyalah mempelajari cara membangun pembangkit listrik termonuklir.

Reaktor Fusi Eksperimental Internasional

Membangun reaktor fusi sangat sulit dan mahal. Untuk menyelesaikan tugas besar tersebut, para ilmuwan dari beberapa negara menggabungkan upaya mereka: Rusia, Amerika Serikat, negara-negara UE, Jepang, India, Tiongkok, Republik Korea, dan Kanada.

Tokamak eksperimental saat ini sedang dibangun di Perancis, menelan biaya sekitar 15 miliar dolar, menurut rencana akan selesai pada tahun 2019 dan percobaan akan dilakukan hingga tahun 2037. Jika berhasil, mungkin kita masih punya waktu untuk hidup di era energi termonuklir yang bahagia.

Jadi berkonsentrasilah lebih keras dan mulailah menantikan hasil eksperimennya, ini bukan iPad kedua yang harus Anda tunggu - masa depan umat manusia sedang dipertaruhkan.

Bagaimana semuanya dimulai? “Tantangan energi” muncul sebagai akibat dari kombinasi tiga faktor berikut:

1. Umat manusia kini mengonsumsi energi dalam jumlah besar.

Saat ini konsumsi energi dunia sekitar 15,7 terawatt (TW). Membagi nilai ini dengan populasi dunia, kita mendapatkan sekitar 2.400 watt per orang, yang dapat diperkirakan dan divisualisasikan dengan mudah. Energi yang dikonsumsi oleh setiap penghuni bumi (termasuk anak-anak) setara dengan pengoperasian lampu listrik berkekuatan 24 ratus watt sepanjang waktu. Namun konsumsi energi ini di seluruh dunia sangat tidak merata, karena sangat besar di beberapa negara dan dapat diabaikan di negara lain. Konsumsi (dalam satuan orang) sama dengan 10,3 kW di AS (salah satu nilai rekor), 6,3 kW di Federasi Rusia, 5,1 kW di Inggris, dll., tetapi, di sisi lain, sama dengan hanya 0,21 kW di Bangladesh (hanya 2% dari konsumsi energi AS!).

2. Konsumsi energi dunia meningkat drastis.

Menurut perkiraan Badan Energi Internasional (2006), konsumsi energi global akan meningkat sebesar 50% pada tahun 2030. Negara-negara maju tentu saja bisa baik-baik saja tanpa tambahan energi, namun pertumbuhan ini diperlukan untuk mengangkat masyarakat keluar dari kemiskinan di negara-negara berkembang, di mana 1,5 miliar orang menderita kekurangan listrik yang parah.

3. Saat ini, 80% energi dunia berasal dari pembakaran bahan bakar fosil (minyak bumi, batubara dan gas bumi), yang kegunaannya:
a) berpotensi menimbulkan risiko bencana perubahan lingkungan hidup;
b) mau tidak mau harus berakhir suatu saat nanti.

Dari uraian di atas jelas bahwa saat ini kita harus bersiap menghadapi berakhirnya era penggunaan bahan bakar fosil

Saat ini, pembangkit listrik tenaga nuklir menghasilkan energi yang dilepaskan selama reaksi fisi inti atom dalam skala besar. Penciptaan dan pengembangan stasiun-stasiun tersebut harus didorong dengan segala cara, namun harus diingat bahwa cadangan salah satu bahan terpenting untuk pengoperasiannya (uranium murah) juga dapat habis seluruhnya dalam 50 tahun ke depan. . Kemungkinan energi berbasis fisi nuklir dapat (dan harus) diperluas secara signifikan melalui penggunaan siklus energi yang lebih efisien, sehingga jumlah energi yang dihasilkan menjadi hampir dua kali lipat. Untuk mengembangkan energi ke arah ini, perlu dibuat reaktor thorium (yang disebut reaktor pemulia thorium atau reaktor pemulia), yang reaksinya menghasilkan lebih banyak thorium daripada uranium asli, sehingga jumlah total energi yang dihasilkan. untuk jumlah zat tertentu meningkat 40 kali lipat. Tampaknya juga menjanjikan untuk menciptakan pembiak plutonium menggunakan neutron cepat, yang jauh lebih efisien dibandingkan reaktor uranium dan dapat menghasilkan energi 60 kali lebih banyak. Mungkin untuk mengembangkan kawasan ini perlu dikembangkan metode baru yang tidak standar untuk memperoleh uranium (misalnya, dari air laut, yang tampaknya paling mudah diakses).

Pembangkit listrik fusi

Gambar tersebut menunjukkan diagram skema (bukan skala) perangkat dan prinsip pengoperasian pembangkit listrik termonuklir. Di bagian tengah terdapat ruang toroidal (berbentuk donat) dengan volume ~2000 m3, berisi plasma tritium-deuterium (T-D) yang dipanaskan hingga suhu di atas 100 M°C. Neutron yang dihasilkan selama reaksi fusi (1) meninggalkan “botol magnet” dan memasuki cangkang yang ditunjukkan pada gambar dengan ketebalan sekitar 1 m.

Di dalam cangkang, neutron bertabrakan dengan atom litium, menghasilkan reaksi yang menghasilkan tritium:

neutron + litium → helium + tritium

Selain itu, reaksi bersaing terjadi dalam sistem (tanpa pembentukan tritium), serta banyak reaksi dengan pelepasan neutron tambahan, yang kemudian juga mengarah pada pembentukan tritium (dalam hal ini, pelepasan neutron tambahan dapat terjadi). ditingkatkan secara signifikan, misalnya dengan memasukkan atom berilium ke dalam cangkang dan timbal). Kesimpulan keseluruhannya adalah bahwa fasilitas ini (setidaknya secara teoritis) dapat mengalami reaksi fusi nuklir yang akan menghasilkan tritium. Dalam hal ini, jumlah tritium yang dihasilkan tidak hanya harus memenuhi kebutuhan instalasi itu sendiri, tetapi juga lebih besar lagi, sehingga memungkinkan untuk memasok tritium ke instalasi baru. Konsep operasi inilah yang harus diuji dan diimplementasikan dalam reaktor ITER yang dijelaskan di bawah ini.

Selain itu, neutron harus memanaskan cangkang di pabrik percontohan (di mana bahan konstruksi yang relatif “biasa” akan digunakan) hingga suhu sekitar 400°C. Di masa depan, direncanakan untuk membuat instalasi yang lebih baik dengan suhu pemanasan cangkang di atas 1000°C, yang dapat dicapai melalui penggunaan material berkekuatan tinggi terbaru (seperti komposit silikon karbida). Panas yang dihasilkan di shell, seperti di stasiun konvensional, diambil oleh sirkuit pendingin primer dengan cairan pendingin (mengandung, misalnya, air atau helium) dan dipindahkan ke sirkuit sekunder, di mana uap air dihasilkan dan disuplai ke turbin.

1985 - Uni Soviet mengusulkan pembangkit listrik Tokamak generasi berikutnya, menggunakan pengalaman empat negara terkemuka dalam menciptakan reaktor fusi. Amerika Serikat, bersama Jepang dan Komunitas Eropa, mengajukan proposal untuk pelaksanaan proyek tersebut.

Saat ini, di Prancis, pembangunan reaktor termonuklir eksperimental internasional ITER (Reaktor Eksperimental Tokamak Internasional), yang dijelaskan di bawah ini, sedang berlangsung, yang akan menjadi tokamak pertama yang mampu “menyalakan” plasma.

Instalasi tokamak paling canggih yang ada telah lama mencapai suhu sekitar 150 M°C, mendekati nilai yang diperlukan untuk pengoperasian stasiun fusi, tetapi reaktor ITER harus menjadi pembangkit listrik skala besar pertama yang dirancang untuk jangka panjang. -istilah operasi. Di masa depan, parameter operasinya perlu ditingkatkan secara signifikan, yang pertama-tama memerlukan peningkatan tekanan plasma, karena laju fusi nuklir pada suhu tertentu sebanding dengan kuadrat tekanan. Masalah ilmiah utama dalam hal ini terkait dengan fakta bahwa ketika tekanan dalam plasma meningkat, timbul ketidakstabilan yang sangat kompleks dan berbahaya, yaitu mode operasi yang tidak stabil.

Kenapa kita perlu ini?

Keuntungan utama fusi nuklir adalah hanya memerlukan sejumlah kecil zat yang umum ditemukan di alam sebagai bahan bakar. Reaksi fusi nuklir pada instalasi yang dijelaskan dapat menyebabkan pelepasan energi dalam jumlah besar, sepuluh juta kali lebih tinggi dibandingkan panas standar yang dilepaskan selama reaksi kimia konvensional (seperti pembakaran bahan bakar fosil). Sebagai perbandingan, kami menunjukkan bahwa jumlah batubara yang dibutuhkan untuk menggerakkan pembangkit listrik termal dengan kapasitas 1 gigawatt (GW) adalah 10.000 ton per hari (sepuluh gerbong), dan pembangkit fusi dengan daya yang sama hanya akan mengkonsumsi sekitar 1 kilogram campuran D+T per hari.

Deuterium adalah isotop hidrogen yang stabil; Pada sekitar satu dari setiap 3.350 molekul air biasa, salah satu atom hidrogen digantikan oleh deuterium (warisan Big Bang). Fakta ini memudahkan pengorganisasian produksi deuterium dalam jumlah yang dibutuhkan dari air dengan biaya yang cukup murah. Lebih sulit untuk mendapatkan tritium, yang tidak stabil (waktu paruhnya sekitar 12 tahun, sehingga kandungannya di alam dapat diabaikan), namun, seperti yang ditunjukkan di atas, tritium akan muncul langsung di dalam instalasi termonuklir selama operasi, karena reaksi neutron dengan litium.

Jadi, bahan bakar awal reaktor fusi adalah litium dan air. Litium adalah logam umum yang banyak digunakan pada peralatan rumah tangga (baterai ponsel, dll.). Instalasi yang dijelaskan di atas, meski dengan memperhitungkan efisiensi yang tidak ideal, akan mampu menghasilkan energi listrik sebesar 200.000 kWh, setara dengan energi yang terkandung dalam 70 ton batu bara. Jumlah litium yang dibutuhkan untuk ini terkandung dalam satu baterai komputer, dan jumlah deuterium dalam 45 liter air. Nilai di atas sesuai dengan konsumsi listrik saat ini (dihitung per orang) di negara-negara UE selama 30 tahun. Fakta bahwa sejumlah kecil litium dapat menghasilkan listrik dalam jumlah besar (tanpa emisi CO2 dan tanpa polusi udara sedikit pun) merupakan argumen yang cukup serius untuk pengembangan energi termonuklir yang tercepat dan paling gencar (terlepas dari semua hal tersebut). kesulitan dan masalah) dan bahkan tanpa keyakinan seratus persen terhadap keberhasilan penelitian tersebut.

Deuterium dapat bertahan selama jutaan tahun, dan cadangan litium yang mudah ditambang cukup untuk memenuhi kebutuhan selama ratusan tahun. Sekalipun litium dalam batuan habis, kita dapat mengekstraknya dari air, yang konsentrasinya cukup tinggi (100 kali konsentrasi uranium) sehingga ekstraksinya layak secara ekonomi.

Reaktor termonuklir eksperimental (Reaktor eksperimental termonuklir internasional) sedang dibangun di dekat kota Cadarache di Perancis. Tujuan utama proyek ITER adalah untuk menerapkan reaksi fusi termonuklir terkendali pada skala industri.

Per satuan berat bahan bakar termonuklir, energi diperoleh sekitar 10 juta kali lebih banyak dibandingkan dengan pembakaran bahan bakar organik dalam jumlah yang sama, dan sekitar seratus kali lebih banyak dibandingkan dengan pemecahan inti uranium di reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir yang saat ini beroperasi. Jika perhitungan para ilmuwan dan perancang menjadi kenyataan, ini akan memberikan sumber energi yang tidak ada habisnya bagi umat manusia.

Oleh karena itu, sejumlah negara (Rusia, India, Cina, Korea, Kazakhstan, Amerika Serikat, Kanada, Jepang, negara-negara Uni Eropa) bergabung dalam penciptaan Reaktor Riset Termonuklir Internasional - sebuah prototipe pembangkit listrik baru.

ITER adalah fasilitas yang menciptakan kondisi untuk sintesis atom hidrogen dan tritium (isotop hidrogen), sehingga menghasilkan pembentukan atom baru - atom helium. Proses ini disertai dengan ledakan energi yang sangat besar: suhu plasma tempat terjadinya reaksi termonuklir adalah sekitar 150 juta derajat Celcius (sebagai perbandingan, suhu inti Matahari adalah 40 juta derajat). Dalam hal ini, isotopnya terbakar, sehingga hampir tidak ada limbah radioaktif.
Skema partisipasi dalam proyek internasional menyediakan pasokan komponen reaktor dan pembiayaan pembangunannya. Sebagai imbalannya, masing-masing negara peserta menerima akses penuh ke semua teknologi untuk pembuatan reaktor termonuklir dan hasil semua pekerjaan eksperimental pada reaktor ini, yang akan menjadi dasar untuk desain reaktor termonuklir bertenaga serial.

Reaktor yang didasarkan pada prinsip fusi termonuklir ini tidak memiliki radiasi radioaktif dan sepenuhnya aman bagi lingkungan. Ia dapat ditemukan hampir di mana saja di dunia, dan bahan bakarnya adalah air biasa. Pembangunan ITER diperkirakan akan memakan waktu sekitar sepuluh tahun, setelah itu reaktor tersebut diharapkan dapat digunakan selama 20 tahun.

Kepentingan Rusia di Dewan Organisasi Internasional untuk Pembangunan Reaktor Termonuklir ITER di tahun-tahun mendatang akan diwakili oleh Anggota Koresponden Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia Mikhail Kovalchuk, Direktur Institut Kurchatov, Institut Kristalografi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia Sekretaris Ilmu Pengetahuan dan Ilmiah Dewan Kepresidenan untuk Sains, Teknologi dan Pendidikan. Kovalchuk untuk sementara akan menggantikan akademisi Evgeniy Velikhov dalam jabatan ini, yang terpilih sebagai ketua Dewan Internasional ITER untuk dua tahun ke depan dan tidak memiliki hak untuk menggabungkan posisi ini dengan tugas perwakilan resmi negara peserta.

Total biaya konstruksi diperkirakan mencapai 5 miliar euro, dan jumlah yang sama akan diperlukan untuk uji coba pengoperasian reaktor. Saham India, China, Korea, Rusia, Amerika Serikat, dan Jepang masing-masing menyumbang sekitar 10 persen dari total nilai, 45 persennya berasal dari negara-negara Uni Eropa. Namun, negara-negara Eropa belum menyepakati bagaimana tepatnya biaya tersebut akan didistribusikan di antara mereka. Karena itu, permulaan pembangunan ditunda hingga April 2010. Meskipun ada penundaan baru-baru ini, para ilmuwan dan pejabat yang terlibat dalam ITER mengatakan mereka akan dapat menyelesaikan proyek tersebut pada tahun 2018.

Perkiraan tenaga termonuklir ITER adalah 500 megawatt. Bagian magnet individu mencapai berat 200 hingga 450 ton. Untuk mendinginkan ITER dibutuhkan 33 ribu meter kubik air per hari.

Pada tahun 1998, Amerika Serikat berhenti mendanai partisipasinya dalam proyek tersebut. Setelah Partai Republik berkuasa dan pemadaman bergilir dimulai di California, pemerintahan Bush mengumumkan peningkatan investasi di bidang energi. Amerika Serikat tidak bermaksud untuk berpartisipasi dalam proyek internasional tersebut dan terlibat dalam proyek termonuklirnya sendiri. Pada awal tahun 2002, penasihat teknologi Presiden Bush John Marburger III mengatakan bahwa Amerika Serikat telah berubah pikiran dan bermaksud untuk kembali ke proyek tersebut.

Dalam hal jumlah peserta, proyek ini sebanding dengan proyek ilmiah internasional besar lainnya - Stasiun Luar Angkasa Internasional. Biaya ITER yang sebelumnya mencapai 8 miliar dolar, kini menjadi kurang dari 4 miliar. Akibat penarikan Amerika Serikat dari partisipasi, diputuskan untuk mengurangi daya reaktor dari 1,5 GW menjadi 500 MW. Sejalan dengan itu, harga proyek juga mengalami penurunan.

Pada bulan Juni 2002, simposium “ITER Days in Moscow” diadakan di ibu kota Rusia. Ini membahas masalah teoretis, praktis dan organisasional dalam menghidupkan kembali proyek tersebut, yang keberhasilannya dapat mengubah nasib umat manusia dan memberinya jenis energi baru, yang efisiensi dan ekonominya hanya sebanding dengan energi Matahari.

Pada bulan Juli 2010, perwakilan negara-negara yang berpartisipasi dalam proyek reaktor termonuklir internasional ITER menyetujui anggaran dan jadwal konstruksinya pada pertemuan luar biasa yang diadakan di Cadarache, Prancis. .

Pada pertemuan luar biasa terakhir, para peserta proyek menyetujui tanggal mulai percobaan pertama dengan plasma - 2019. Eksperimen penuh direncanakan pada Maret 2027, meskipun manajemen proyek meminta pakar teknis untuk mencoba mengoptimalkan proses dan memulai eksperimen pada tahun 2026. Para peserta pertemuan juga memutuskan biaya pembangunan reaktor, tetapi jumlah yang direncanakan akan dikeluarkan untuk pembuatan instalasi tersebut tidak diungkapkan. Menurut informasi yang diterima editor portal ScienceNOW dari sumber yang tidak disebutkan namanya, pada saat percobaan dimulai, biaya proyek ITER bisa mencapai 16 miliar euro.

Pertemuan di Cadarache juga menandai hari kerja resmi pertama bagi direktur proyek baru, fisikawan Jepang Osamu Motojima. Sebelum dia, proyek tersebut telah dipimpin sejak tahun 2005 oleh Kaname Ikeda dari Jepang, yang ingin meninggalkan jabatannya segera setelah anggaran dan tenggat waktu konstruksi disetujui.

Reaktor fusi ITER adalah proyek bersama Uni Eropa, Swiss, Jepang, Amerika Serikat, Rusia, Korea Selatan, Cina dan India. Gagasan untuk membuat ITER telah dipertimbangkan sejak tahun 80-an abad terakhir, namun karena kesulitan keuangan dan teknis, biaya proyek terus meningkat, dan tanggal mulai konstruksi terus-menerus ditunda. Pada tahun 2009, para ahli memperkirakan bahwa pengerjaan pembuatan reaktor akan dimulai pada tahun 2010. Belakangan, tanggal ini dipindahkan, dan pertama tahun 2018 dan kemudian tahun 2019 ditetapkan sebagai waktu peluncuran reaktor.

Reaksi fusi termonuklir adalah reaksi fusi inti isotop ringan membentuk inti yang lebih berat, yang disertai dengan pelepasan energi yang sangat besar. Secara teori, reaktor fusi dapat menghasilkan banyak energi dengan biaya rendah, namun saat ini para ilmuwan menghabiskan lebih banyak energi dan uang untuk memulai dan mempertahankan reaksi fusi.

Fusi termonuklir adalah cara yang murah dan ramah lingkungan untuk menghasilkan energi. Fusi termonuklir yang tidak terkendali telah terjadi di Matahari selama miliaran tahun - helium terbentuk dari isotop hidrogen berat deuterium. Ini melepaskan sejumlah besar energi. Namun, manusia di Bumi belum belajar mengendalikan reaksi tersebut.

Reaktor ITER akan menggunakan isotop hidrogen sebagai bahan bakar. Selama reaksi termonuklir, energi dilepaskan ketika atom-atom ringan bergabung menjadi atom-atom yang lebih berat. Untuk mencapai hal ini, gas harus dipanaskan hingga suhu lebih dari 100 juta derajat - jauh lebih tinggi daripada suhu di pusat Matahari. Gas pada suhu ini berubah menjadi plasma. Pada saat yang sama, atom isotop hidrogen bergabung, berubah menjadi atom helium dengan pelepasan sejumlah besar neutron. Pembangkit listrik yang beroperasi dengan prinsip ini akan menggunakan energi neutron yang diperlambat oleh lapisan material padat (litium).

Mengapa pembuatan instalasi termonuklir memakan waktu lama?

Mengapa instalasi yang begitu penting dan berharga, yang manfaatnya telah dibahas selama hampir setengah abad, belum tercipta? Ada tiga alasan utama (dibahas di bawah), yang pertama dapat disebut eksternal atau sosial, dan dua lainnya bersifat internal, yaitu ditentukan oleh hukum dan kondisi perkembangan energi termonuklir itu sendiri.

1. Untuk waktu yang lama, diyakini bahwa masalah penggunaan praktis energi fusi termonuklir tidak memerlukan keputusan dan tindakan segera, karena pada tahun 80-an abad yang lalu, sumber bahan bakar fosil tampaknya tidak ada habisnya, dan masalah lingkungan serta perubahan iklim memerlukannya. tidak menjadi perhatian publik. Pada tahun 1976, Komite Penasihat Energi Fusi Departemen Energi AS berupaya memperkirakan kerangka waktu untuk Litbang dan demonstrasi pembangkit listrik fusi berdasarkan berbagai opsi pendanaan penelitian. Pada saat yang sama, ditemukan bahwa jumlah pendanaan tahunan untuk penelitian ke arah ini sama sekali tidak mencukupi, dan jika tingkat alokasi yang ada dipertahankan, pembangunan instalasi termonuklir tidak akan pernah berhasil, karena dana yang dialokasikan tidak sesuai. bahkan sampai pada tingkat minimum dan kritis.

2. Hambatan yang lebih serius terhadap pengembangan penelitian di bidang ini adalah bahwa instalasi termonuklir seperti yang sedang dibahas tidak dapat dibuat dan didemonstrasikan dalam skala kecil. Dari penjelasan yang disajikan di bawah ini, menjadi jelas bahwa fusi termonuklir tidak hanya memerlukan pengurungan magnetis pada plasma, tetapi juga pemanasan yang cukup. Rasio energi yang dikeluarkan dan diterima meningkat setidaknya sebanding dengan kuadrat dimensi linier instalasi, sebagai akibatnya kemampuan ilmiah dan teknis serta keunggulan instalasi termonuklir hanya dapat diuji dan didemonstrasikan di stasiun yang cukup besar, seperti seperti reaktor ITER yang disebutkan. Masyarakat belum siap untuk membiayai proyek-proyek besar seperti itu sampai ada keyakinan yang cukup akan keberhasilannya.

3. Perkembangan energi termonuklir sangat kompleks, namun (meskipun pendanaan tidak mencukupi dan kesulitan dalam memilih pusat pembuatan instalasi JET dan ITER), kemajuan yang jelas telah terlihat dalam beberapa tahun terakhir, meskipun stasiun operasi belum dibangun.

Dunia modern sedang menghadapi tantangan energi yang sangat serius, yang lebih tepat disebut sebagai “krisis energi yang tidak pasti”. Permasalahan tersebut terkait dengan fakta bahwa cadangan bahan bakar fosil mungkin akan habis pada paruh kedua abad ini. Selain itu, pembakaran bahan bakar fosil dapat mengakibatkan perlunya menyerap dan “menyimpan” karbon dioksida yang dilepaskan ke atmosfer (program CCS yang disebutkan di atas) untuk mencegah perubahan besar pada iklim bumi.

Saat ini, hampir semua energi yang dikonsumsi umat manusia dihasilkan dari pembakaran bahan bakar fosil, dan solusi untuk masalah ini mungkin terkait dengan penggunaan energi matahari atau energi nuklir (pembuatan reaktor pemulia cepat, dll.). Masalah global yang disebabkan oleh pertumbuhan populasi di negara-negara berkembang dan kebutuhan mereka untuk meningkatkan standar hidup dan meningkatkan jumlah energi yang dihasilkan tidak dapat diselesaikan hanya berdasarkan pendekatan-pendekatan ini, meskipun, tentu saja, segala upaya untuk mengembangkan metode produksi energi alternatif harus didorong.

Sebenarnya, kita hanya mempunyai sedikit pilihan strategi perilaku dan pengembangan energi termonuklir sangatlah penting, meskipun tidak ada jaminan keberhasilan. Surat kabar Financial Times (tanggal 25 Januari 2004) menulis tentang ini:

Semoga saja tidak ada kejutan besar dan tak terduga dalam perjalanan pengembangan energi termonuklir. Dalam hal ini, dalam waktu sekitar 30 tahun kita akan dapat memasok arus listrik darinya ke jaringan energi untuk pertama kalinya, dan hanya dalam waktu 10 tahun pembangkit listrik termonuklir komersial pertama akan mulai beroperasi. Ada kemungkinan bahwa pada paruh kedua abad ini, energi fusi nuklir akan mulai menggantikan bahan bakar fosil dan secara bertahap mulai memainkan peran yang semakin penting dalam menyediakan energi bagi umat manusia dalam skala global.

Tidak ada jaminan mutlak bahwa tugas penciptaan energi termonuklir (sebagai sumber energi yang efektif dan berskala besar bagi seluruh umat manusia) akan berhasil diselesaikan, namun kemungkinan keberhasilan ke arah ini cukup tinggi. Mengingat potensi stasiun termonuklir yang sangat besar, semua biaya proyek untuk pengembangannya yang cepat (dan bahkan dipercepat) dapat dianggap wajar, terutama karena investasi ini terlihat sangat kecil dengan latar belakang pasar energi global yang mengerikan ($4 triliun per tahun8). Pemenuhan kebutuhan energi umat manusia merupakan permasalahan yang sangat serius. Ketika bahan bakar fosil semakin sedikit tersedia (dan penggunaannya menjadi tidak diinginkan), situasinya berubah, dan kita tidak bisa tidak mengembangkan energi fusi.

Untuk pertanyaan “Kapan energi termonuklir akan muncul?” Lev Artsimovich (seorang pionir dan pemimpin penelitian terkemuka di bidang ini) pernah menjawab bahwa “teknologi akan tercipta ketika hal tersebut benar-benar diperlukan bagi umat manusia”

ITER akan menjadi reaktor fusi pertama yang menghasilkan lebih banyak energi daripada yang dikonsumsinya. Para ilmuwan mengukur karakteristik ini menggunakan koefisien sederhana yang mereka sebut “Q.” Jika ITER mencapai semua tujuan ilmiahnya, ia akan menghasilkan energi 10 kali lebih banyak daripada yang dikonsumsinya. Perangkat terakhir yang dibuat, Joint European Torus di Inggris, adalah prototipe reaktor fusi yang lebih kecil yang, pada tahap akhir penelitian ilmiahnya, mencapai nilai Q hampir 1. Artinya, ia menghasilkan jumlah energi yang persis sama dengan yang dikonsumsi. . ITER akan melampaui hal ini dengan mendemonstrasikan penciptaan energi dari fusi dan mencapai nilai Q sebesar 10. Idenya adalah untuk menghasilkan 500 MW dari konsumsi energi sekitar 50 MW. Dengan demikian, salah satu tujuan ilmiah ITER adalah membuktikan bahwa nilai Q sebesar 10 dapat dicapai.

Tujuan ilmiah lainnya adalah bahwa ITER akan memiliki waktu "pembakaran" yang sangat lama - denyut dengan durasi yang diperpanjang hingga satu jam. ITER merupakan reaktor eksperimental riset yang tidak dapat menghasilkan energi secara terus menerus. Saat ITER mulai beroperasi, ITER akan menyala selama satu jam, setelah itu harus dimatikan. Hal ini penting karena hingga saat ini perangkat khas yang kami buat mampu memiliki waktu pembakaran beberapa detik atau bahkan sepersepuluh detik - ini adalah waktu maksimum. "Joint European Torus" mencapai nilai Q 1 dengan waktu pembakaran kurang lebih dua detik dengan panjang pulsa 20 detik. Namun proses yang berlangsung beberapa detik tidaklah benar-benar permanen. Analoginya dengan menghidupkan mesin mobil: menyalakan mesin sebentar lalu mematikannya bukanlah pengoperasian mobil yang sebenarnya. Hanya ketika Anda mengendarai mobil selama setengah jam, mobil akan mencapai mode pengoperasian konstan dan menunjukkan bahwa mobil tersebut benar-benar dapat dikendarai.

Artinya, dari sudut pandang teknis dan ilmiah, ITER akan memberikan nilai Q 10 dan waktu pembakaran yang lebih lama.

Program fusi termonuklir benar-benar bersifat internasional dan luas. Orang-orang sudah mengandalkan keberhasilan ITER dan memikirkan langkah selanjutnya - pembuatan prototipe reaktor termonuklir industri yang disebut DEMO. Untuk membangunnya, ITER perlu bekerja. Kita harus mencapai tujuan ilmiah kita karena ini berarti bahwa ide-ide yang kita kemukakan sepenuhnya dapat dilaksanakan. Namun, saya setuju bahwa Anda harus selalu memikirkan apa yang akan terjadi selanjutnya. Selain itu, seiring dengan beroperasinya ITER selama 25-30 tahun, pengetahuan kami secara bertahap akan semakin dalam dan berkembang, dan kami akan dapat menguraikan langkah selanjutnya dengan lebih akurat.

Memang tidak ada perdebatan apakah ITER harus menjadi tokamak. Beberapa ilmuwan mengajukan pertanyaan yang sangat berbeda: haruskah ITER ada? Para ahli di berbagai negara, yang mengembangkan proyek termonuklir mereka sendiri yang tidak berskala besar, berpendapat bahwa reaktor sebesar itu tidak diperlukan sama sekali.

Namun, pendapat mereka tidak boleh dianggap berwibawa. Fisikawan yang telah bekerja dengan perangkap toroidal selama beberapa dekade terlibat dalam pembuatan ITER. Desain reaktor termonuklir eksperimental di Karadash didasarkan pada semua pengetahuan yang diperoleh selama percobaan pada lusinan tokamak pendahulunya. Dan hasil ini menunjukkan bahwa reaktornya pastilah sebuah tokamak, dan berukuran besar.

JET Saat ini, tokamak yang paling sukses adalah JET, yang dibangun oleh UE di kota Abingdon, Inggris. Ini adalah reaktor tipe tokamak terbesar yang dibuat hingga saat ini, radius besar torus plasma adalah 2,96 meter. Kekuatan reaksi termonuklir tersebut sudah mencapai lebih dari 20 megawatt dengan waktu retensi hingga 10 detik. Reaktor mengembalikan sekitar 40% energi yang dimasukkan ke dalam plasma.

Fisika plasmalah yang menentukan keseimbangan energi,” kata Igor Semenov kepada Infox.ru. Profesor asosiasi MIPT menjelaskan apa yang dimaksud dengan keseimbangan energi dengan sebuah contoh sederhana: “Kita semua pernah melihat api menyala. Faktanya, bukan kayu yang terbakar di sana, melainkan gas. Rantai energinya seperti ini: gas terbakar, kayu memanas, kayu menguap, gas terbakar kembali. Oleh karena itu, jika kita membuang air ke dalam api, kita akan secara tiba-tiba mengambil energi dari sistem untuk transisi fase air cair menjadi uap. Keseimbangan akan menjadi negatif dan api akan padam. Ada cara lain - kita cukup mengambil api dan menyebarkannya ke luar angkasa. Apinya juga akan padam. Hal yang sama terjadi pada reaktor termonuklir yang kami bangun. Dimensi dipilih untuk menciptakan keseimbangan energi positif yang sesuai untuk reaktor ini. Cukup untuk membangun pembangkit listrik tenaga nuklir yang sebenarnya di masa depan, menyelesaikan pada tahap eksperimental semua masalah yang saat ini masih belum terselesaikan.”

Dimensi reaktor diubah satu kali. Hal ini terjadi pada pergantian abad 20-21, ketika Amerika Serikat menarik diri dari proyek tersebut, dan anggota yang tersisa menyadari bahwa anggaran ITER (saat itu diperkirakan mencapai 10 miliar dolar AS) terlalu besar. Fisikawan dan insinyur diharuskan mengurangi biaya pemasangan. Dan ini hanya bisa dilakukan karena ukurannya. “Desain ulang” ITER dipimpin oleh fisikawan Prancis Robert Aymar, yang sebelumnya mengerjakan tokamak Tore Supra Prancis di Karadash. Jari-jari luar torus plasma telah dikurangi dari 8,2 menjadi 6,3 meter. Namun, risiko yang terkait dengan pengurangan ukuran sebagian dikompensasi oleh beberapa magnet superkonduktor tambahan, yang memungkinkan penerapan mode pengurungan plasma, yang terbuka dan dipelajari pada saat itu.

Untuk waktu yang lama trudnopisaka meminta saya untuk membuat postingan tentang reaktor termonuklir yang sedang dibangun. Cari tahu detail menarik dari teknologinya, cari tahu mengapa proyek ini memakan waktu lama untuk dilaksanakan. Saya akhirnya mengumpulkan materinya. Mari berkenalan dengan detail proyek ini.

Bagaimana semuanya dimulai? “Tantangan energi” muncul sebagai akibat dari kombinasi tiga faktor berikut:

1. Umat manusia kini mengonsumsi energi dalam jumlah besar.

2. Konsumsi energi dunia meningkat drastis.

3. Saat ini, 80% energi dunia berasal dari pembakaran bahan bakar fosil(minyak bumi, batubara dan gas bumi), yang kegunaannya:
a) berpotensi menimbulkan risiko bencana perubahan lingkungan hidup;
b) mau tidak mau harus berakhir suatu saat nanti.

Dari uraian di atas jelas bahwa saat ini kita harus bersiap menghadapi berakhirnya era penggunaan bahan bakar fosil

Pembangkit listrik fusi

Di dalam cangkang, neutron bertabrakan dengan atom litium, menghasilkan reaksi yang menghasilkan tritium:

neutron + litium → helium + tritium

Kenapa kita perlu ini?

Dapat diklik 4000 piksel

Kepentingan Rusia di Dewan Organisasi Internasional untuk Pembangunan Reaktor Termonuklir ITER di tahun-tahun mendatang akan diwakili oleh Anggota Koresponden Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia Mikhail Kovalchuk - Direktur Institut Kurchatov, Institut Kristalografi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia Sekretaris Ilmu Pengetahuan dan Ilmiah Dewan Kepresidenan untuk Sains, Teknologi dan Pendidikan. Kovalchuk untuk sementara akan menggantikan akademisi Evgeniy Velikhov dalam jabatan ini, yang terpilih sebagai ketua Dewan Internasional ITER untuk dua tahun ke depan dan tidak memiliki hak untuk menggabungkan posisi ini dengan tugas perwakilan resmi negara peserta.

Perkiraan tenaga termonuklir ITER adalah 500 megawatt. Bagian magnet individu mencapai berat 200 hingga 450 ton. Untuk mendinginkan ITER dibutuhkan 33 ribu meter kubik air per hari.

Pada pertemuan luar biasa terakhir, peserta proyek menyetujui tanggal mulai percobaan pertama dengan plasma - 2019. Eksperimen penuh direncanakan pada Maret 2027, meskipun manajemen proyek meminta pakar teknis untuk mencoba mengoptimalkan proses dan memulai eksperimen pada tahun 2026. Para peserta pertemuan juga memutuskan biaya pembangunan reaktor, tetapi jumlah yang direncanakan akan dikeluarkan untuk pembuatan instalasi tersebut tidak diungkapkan. Menurut informasi yang diterima editor portal ScienceNOW dari sumber yang tidak disebutkan namanya, pada saat percobaan dimulai, biaya proyek ITER bisa mencapai 16 miliar euro.

Mengapa pembuatan instalasi termonuklir memakan waktu lama?

Tujuan ilmiah lainnya adalah bahwa ITER akan memiliki waktu "pembakaran" yang sangat lama - denyut dengan durasi yang diperpanjang hingga satu jam. ITER merupakan reaktor eksperimental riset yang tidak dapat menghasilkan energi secara terus menerus. Saat ITER mulai beroperasi, ITER akan menyala selama satu jam, setelah itu harus dimatikan. Hal ini penting karena hingga saat ini perangkat standar yang kami buat mampu memiliki waktu pembakaran beberapa detik atau bahkan sepersepuluh detik - ini adalah waktu maksimum. "Joint European Torus" mencapai nilai Q 1 dengan waktu pembakaran kurang lebih dua detik dengan panjang pulsa 20 detik. Namun proses yang berlangsung beberapa detik tidaklah benar-benar permanen. Analoginya dengan menghidupkan mesin mobil: menyalakan mesin sebentar lalu mematikannya bukanlah pengoperasian mobil yang sebenarnya. Hanya ketika Anda mengendarai mobil selama setengah jam, mobil akan mencapai mode pengoperasian konstan dan menunjukkan bahwa mobil tersebut benar-benar dapat dikendarai.

Artinya, dari sudut pandang teknis dan ilmiah, ITER akan memberikan nilai Q 10 dan waktu pembakaran yang lebih lama.

sumber
http://ehorusia.com
http://oko-planet.su