Строительство термоядерного реактора во франции


Во французской коммуне Сен-Поль-ле-Дюранс стартовал процесс сборки первого в истории термоядерного реактора ИТЭР. Он будет на Земле повторять процессы, происходящие в звездах, когда при сверхвысоких температурах и давлении сливаются ядра изотопов водорода, выделяя колоссальную энергию.

Реализация этого масштабного международного проекта позволит человечеству получить доступ к неисчерпаемой энергии, проложив дорогу к термоядерным электростанциям будущего, которые должны стать не только в четыре раза эффективнее современных атомных, но также чище и безопаснее их. У источников энергии будущего, топливом для которых может служить морская вода, не будет проблем с неконтролируемыми цепными реакциями и опасными радиоактивными отходами.

Создание экспериментального термоядерного реактора (ИТЭР, International Thermonuclear Experimental Reactor) на базе концепции токамака является ярчайшим примером масштабного многолетнего международного сотрудничества в сфере развития ядерной энергетики.


оект, цель которого — продемонстрировать возможность управляемого термоядерного синтеза с временем горения и мощностью промышленного масштаба, является плодом совместной работы стран Евросоюза, а также России, США, Индии, Китая, Южной Кореи и Японии. Вклад Евросоюза — 45 процентов от стоимости установки, остальные страны, включая Россию вносят по 9 процентов. Запуск реактора, расположенного рядом с исследовательским центром Кадараш на юге Франции, запланирован на 2025 год, тогда же ученые надеются получить первую плазму. А процесс масштабного синтеза должен быть запущен к 2035 году.

В официальной церемонии, прошедшей сегодня в онлайн-режиме в исследовательским центре Кадараш, приняли участие президент Франции Эммануэль Макрон, представители стран-участников проекта, а экскурсию по объекту провел генеральный директор ИТЭР Бернар Биго.

Представляющий российскую сторону генеральный директор госкорпорации «Росатом» Алексей Лихачева зачитал участникам мероприятия приветственное обращение президента России Владимира Путина, где отмечалось, что «ИТЭР представляет собой яркий пример эффективного и взаимовыгодного многостороннего сотрудничества».

Владимир Путин сообщил, что «Россия является одной из стран основательниц данной инициативы, призванной внести важный вклад в обеспечение энергетической безопасности человечества, и играет активную роль в ее воплощении в жизнь. В основе проекта ИТЭР лежит разработанная в нашей стране концепция установки токамака». По словам президента, «сегодня ИТЭР вступает в решающий этап своей реализации. Несмотря на пандемию, удалось сохранить бесперебойные темпы работ. Это позволяет рассчитывать, что цели проекта будут достигнуты в намеченные сроки и уже в обозримой перспективе мы получим уникальный по своей мощности и безопасности источник энергии, эксплуатация которого несомненно будет способствовать решению задач устойчивого экономического развития и повышению качества жизни миллионов людей».


От себя лично Алексей Лихачев поздравил всех участников проекта «с началом нового этапа, сборкой и монтажом токамака, который по сути является сердцем всего проекта». По мнению генерального директора госкорпорации «Росатом», «это важнейшее событие для всего термоядерного сообщества и, конечно, для всей мировой науки. Важно, что несмотря на ограничения, вызванные эпидемией коронавируса, работы по сборке и монтажу начинаются в соответствии с графиком».

Алексей Лихачев считает, что «теперь главная задача для нас всех — обеспечить своевременный монтаж и сборку установки и получить первую плазму к концу 2025 года. Это позволит на деле продемонстрировать согласованность действий всех участников проекта и итоговую эффективность нашего международного сотрудничества». По словам гендиректора «Росатома», «Россия выполняет все обязательства в проекте ИТЭР по внесению натурального и финансового взноса в полном объеме в строгом соответствии с графиком. В том, что сборка реактора началась вовремя, есть большая заслуга России».


Особо отметив широту географии работ по проекту в России, Алексей Лихачев сообщил, что «большинство систем ИТЭР изготавливаются и интегрируются сразу несколькими партнерами из разных стран. Это требует полной слаженности в работе и согласованности действий». Он убежден, что «на нынешней стадии проекта своевременное исполнение каждым из партнеров своих обязательств по внесению как натурального, так и финансового взноса, абсолютно необходимо для нашего общего успеха».

Первую в мире тороидальную камеру с магнитными катушками (токамак) создали советские ученые в 1954 году в Курчатовском институте. После этого в мире было создано около сотни токамаков, но все они потребляют гораздо больше энергии, чем могут произвести. Проект «ИТЭР» появился благодаря договоренностям Михаила Горбачева и Рональда Рейгана в ноябре 1985-го года на встрече в Женеве. Именно тогда лидерами США и СССР было принято решение о совместном исследовании термоядерной энергии в мирных целях, а через год Евратом, СССР, США и Япония подписали соответствующий договор.

Работа над проектом началась в 1988 году, а в 2001 году была утверждена его финальная версия. В 2003 году к работе над ITER присоединились Китай и Южная Корея, а в 2005 году — Индия. В этом же годы страны-участники определились и с местом для строительства, рядом с научно-исследовательским центром ядерной энергетики Кадараш в окрестностях Сен-Поль-ле-Дюранс во французском Провансе. В ноябре 2006-го министры стран-участниц подписали межгосударственное соглашение о создании ITER, а в октябре 2007-го начала работу ITER Organization, ответственная за строительство, работу и последующий демонтаж реактора. В 2007 году началась подготовка стройплощадки, а строительство взяло старт в 2010 году.


Параллельно все страны-участницы стали работать над элементами комплекса ITER, который по сложности и технологичности превосходит многие современные масштабные научные исследования, в том числе Большой адронный коллайдер. Ведь ученые рассчитывают получить в десять раз больше энергии, чем потребляет сам реактор. С самого начала ИТЭР задумывался как кооперация национальных термоядерных программ, поэтому после запуска экспериментальной установки во Франции все страны-участницы проекта будут обладать технологиями для строительства собственных промышленных станций.

Кроме того, что Россия является инициатором объединения международных усилий по созданию ИТЭР, наша страна занимает одну из ключевых позиций в проекте, внося в него фундаментальный вклад. За выполнение обязательств российской стороны в проекте ИТЭР отвечает госкорпорация «Росатом», а координирует работу специально созданное частное учреждение Росатома «Проектный центр ИТЭР». Россия регулярно делает финансовые взносы в бюджет Международной организации ИТЭР, изготавливает и поставляет для проекта двадцать пять систем сложнейшего высокотехнологичного оборудования. Также над проектом работают российские специалисты, прикомандированные к Международной организации ИТЭР. Кроме того, занятость в проекте поддерживает научные и инженерные коллективы на российских предприятиях, формирует кооперацию с другими институтами и организациями, позволяя организовать подготовку высококвалифицированных специалистов в ряде университетов (МИФИ, МФТИ, НГУ, ЛГУ, МГУ и других).


Источник: lenta.ru

Пару дней назад во Франции начались работы по строительству Международного экспериментального термоядерного реактора, известного под названием ИТЭР (ITER; International Thermonuclear Experimental Reactor).

Над проектом начали работать ещё в середине 80-х годов, однако подготовка площадки началась лишь в 2007 году, а полноценно к строительству установки приступили лишь позавчера. Запустить реактор планируют в 2025 году, а на полную мощность, в случае успеха, установка выйдет лишь в 2035 году.

Если всё пройдёт успешно, ИТЭР может совершить революцию в мировой энергетике, доказав, человечество способно создать эффективную установку для управляемого термоядерного синтеза, которая будет выделять больше энергии, чем затрачивается на её работу. Стоит отметить, что за несколько десятков лет человечество построило несколько сотен подобных реакторов, но все они потребляют гораздо больше энергии, чем генерируют. Цель ИТЭР — пробить тот самый барьер, за которым установка начинает выделять больше энергии, чем тратится на разогрев. В частности, согласно расчётам, ИТЭР сможет генерировать около 500 МВт тепловой энергии при затрачиваемых 50 МВт. 


В отличие от существующих атомных электростанций, принцип действия которых основан на радиоактивном распаде, термоядерный реактор опирается на синтез более тяжёлых элементов из более лёгких. То есть это те же процессы, которые протекают в недрах звёзд.

Реакторы термоядерного синтеза намного безопаснее обычных как с точки зрения процесса, так и с позиции отходов, для их работы нужен в основном лишь водород, а эффективность в разы превосходит атомные установки на основе процесса распада.

Над проектом ИТЭР работает огромное количество стран. Сюда входят Россия, Индия, Китай, США, Япония, страны Евросоюза и множество других участников. Объект располагается во Франции на территории исследовательского центра Кадараш. Стоимость проекта, предположительно, составит около 20 млрд евро.  

Источник: www.ixbt.com

Что такое токамак?

Под действием огромных температур и гравитации в глубинах нашего Солнца и других звезд происходит термоядерный синтез. Ядра водорода сталкиваются, образуют более тяжелые атомы гелия, а заодно высвобождают нейтроны и огромное количество энергии.

Современная наука пришла к выводу, что при наименьшей исходной температуре наибольшее количество энергии производит реакция между изотопами водорода — дейтерием и тритием. Но для этого важны три условия: высокая температура (порядка 150 млн градусов по Цельсию), высокая плотность плазмы и высокое время ее удержания.


Дело в том, что создать такую колоссальную плотность, как у Солнца, нам не удастся. Остается только нагревать газ до состояния плазмы посредством сверхвысоких температур. Но ни один материал не способен вынести соприкосновения со столь горячей плазмой. Для этого академик Андрей Сахаров (с подачи Олега Лаврентьева) в 1950-е годы предложил использовать тороидальные (в виде пустотелого бублика) камеры с магнитным полем, которое удерживало бы плазму. Позже и термин придумали — токамак.

Современные электростанции, сжигая ископаемое топливо, конвертируют механическую мощность (кручения турбин, например) в электричество. Токамаки будут использовать энергию синтеза, абсорбируемую в виде тепла стенками устройства, для нагрева и производства пара, который и будет крутить турбины.

Небольшие экспериментальные токамаки строились по всему миру. И они успешно доказали, что человек может создать высокотемпературную плазму и удерживать ее некоторое время в стабильном состоянии. Но до промышленных образцов еще далеко.

Преимущества и недостатки термоядерных реакторов

Типичные ядерные реакторы работают на десятках тонн радиоактивного топлива (которые со временем превращаются в десятки тонн радиоактивных отходов), тогда как термоядерному реактору необходимы лишь сотни грамм трития и дейтерия. Первый можно вырабатывать на самом реакторе: высвобождающиеся во время синтеза нейтроны будут воздействовать на стенки реактора с примесями лития, из которого и появляется тритий. Запасов лития хватит на тысячи лет. В дейтерии тоже недостатка не будет — его в мире производят десятками тысяч тонн в год.


Термоядерный реактор не производит выбросов парниковых газов, что характерно для ископаемого топлива. А побочный продукт в виде гелия-4 — это безвредный инертный газ.

К тому же термоядерные реакторы безопасны. При любой катастрофе термоядерная реакция попросту прекратится без каких-либо серьезных последствий для окружающей среды или персонала, так как нечему будет поддерживать реакцию синтеза: уж слишком тепличные условия ей необходимы.

Однако есть у термоядерных реакторов и недостатки. Прежде всего это банальная сложность запуска самоподдерживающейся реакции. Ей нужен глубокий вакуум. Сложные системы магнитного удержания требуют огромных сверхпроводящих магнитных катушек.

И не стоит забывать о радиации. Несмотря на некоторые стереотипы о безвредности термоядерных реакторов, бомбардировку их окружения нейтронами, образующимися во время синтеза, не отменить. Эта бомбардировка приводит к радиации. А потому обслуживание реактора необходимо проводить удаленно. Забегая вперед, скажем, что после запуска непосредственным обслуживанием токамака ITER будут заниматься роботы.

К тому же радиоактивный тритий может быть опасен при попадании в организм. Правда, достаточно будет позаботиться о его правильном хранении и создать барьеры безопасности на всех возможных путях его распространения в случае аварии. К тому же период полураспада трития — 12 лет.

Когда необходимый минимальный фундамент теории заложен, можно перейти и к герою статьи.

Самый амбициозный проект современности


В 1985 году в Женеве состоялась первая за долгие годы личная встреча глав СССР и США. До этого холодная война достигла своего пика: сверхдержавы бойкотировали Олимпиады, наращивали ядерный потенциал и на какие-либо переговоры идти не собирались. Этот саммит двух стран на нейтральной территории примечателен и другим важным обстоятельством. Во время него генсек ЦК КПСС Михаил Горбачев предложил реализовать совместный международный проект по развитию термоядерной энергетики в мирных целях.

Спустя год между американскими, советскими, европейскими и японскими учеными было достигнуто соглашение по проекту, началась проработка концептуального дизайна крупного термоядерного комплекса ITER. Проработка инженерных деталей затянулась, США то выходили, то возвращались в проект, к нему со временем присоединились Китай, Южная Корея и Индия. Участники разделяли обязанности по финансированию и непосредственным работам, а в 2010 году наконец стартовала подготовка котлована под фундамент будущего комплекса. Его решили строить на юге Франции возле города Экс-ан-Прованс.

Так что же такое ITER? Это огромный научный эксперимент и амбициозный энергетический проект по строительству самого большого токамака в мире. Сооружение должно доказать возможность коммерческого использования термоядерного реактора, а также решить возникающие физические и технологические проблемы на этом пути.

Из чего состоит реактор ITER?


Токамак — это тороидальная вакуумная камера с магнитными катушками и криостатом массой в 23 тыс. тонн. Как уже понятно из определения, у нас есть камера. Глубокая вакуумная камера. В случае с ITER это будет 850 кубометров свободного объема камеры, в котором на старте будет всего 0,1 грамма смеси дейтерия и трития.

На внутренних стенках камеры расположены специальные модули, которые называют бланкетами. Внутри них циркулирует вода. Вырывающиеся из плазмы свободные нейтроны попадают в эти бланкеты и тормозятся водой. Из-за чего она нагревается. Сами бланкеты защищают всю остальную махину от теплового, рентгеновского и уже упомянутого нейтронного излучения плазмы.

Такая система необходима для того, чтобы продлить срок работы реактора. Каждый бланкет весит порядка 4,5 тонны, их будет менять роботизированная рука примерно раз в 5—10 лет, так как этот первый ряд обороны будет подвержен испарению и нейтронному излучению.

Но это далеко не все. К камере присоединяется внутрикамерное оборудование, термопары, акселерометры, уже упомянутые 440 блоков бланкетной системы, системы охлаждения, экранирующий блок, дивертор, магнитная система из 48 элементов, высокочастотные нагреватели плазмы, инжектор нейтральных атомов и т. д. И все это находится внутри огромного криостата высотой 30 метров, имеющего такой же диаметр и объем 16 тыс. кубометров. Криостат гарантирует глубокий вакуум и ультрахолодную температуру для камеры токамака и сверхпроводящих магнитов, которые охлаждаются жидким гелием до температуры –269 градусов по Цельсию.

Производство всего этого оборудования разделено между странами-участницами. Например, над частью бланкетов работают в России, над корпусом криостата — в Индии, над сегментами вакуумной камеры — в Европе и Корее.

Но это отнюдь не быстрый процесс. К тому же права на ошибку у конструкторов нет. Команда ITER сперва моделирует нагрузки и требования к элементам конструкции, их испытывают на стендах (например, под воздействием плазменных пушек, как дивертор), улучшают и дорабатывают, собирают прототипы и опять тестируют перед тем, как выдать финальный элемент.

Но одно дело собрать. И совсем другое — все это обслуживать. Из-за высокого уровня радиации доступ к реактору заказан. Для его обслуживания разработано целое семейство роботизированных систем. Часть будет менять бланкеты и кассеты дивертора (весом под 10 тонн), часть — управляться удаленно для устранения аварий, часть — базироваться в карманах вакуумной камеры с HD-камерами и лазерными сканерами для быстрой инспекции. И все это необходимо делать в вакууме, в узком пространстве, с высокой точностью и в четком взаимодействии со всеми системами. Задачка посложнее ремонта МКС.

Причем это только часть оборудования самого реактора. Добавьте сюда здание криокомбината, где будут вырабатывать жидкий азот и гелий, здание выпрямителей магнитной системы с трансформаторами, трубопроводы системы охлаждения (диаметром по 2 метра), систему сброса тепла с 10 вентиляторными градирнями и многое-многое другое. На все это и идут миллиарды.

Зачем нужен ITER и кто за него платит?

Токамак ITER станет первым термоядерным реактором, который будет вырабатывать больше энергии, чем необходимо для нагрева самой плазмы. К тому же он сможет поддерживать ее в стабильном состоянии намного дольше ныне существующих установок. Ученые утверждают, что именно для этого и нужен столь масштабный проект.

С помощью такого реактора специалисты собираются преодолеть разрыв между нынешними небольшими экспериментальными установками и термоядерными электростанциями будущего. Например, рекорд по термоядерной мощности был установлен в 1997 году на токамаке в Британии — 16 МВт при затраченных 24 МВт, тогда как ITER конструировали с прицелом на 500 МВт термоядерной мощности от 50 МВт вводимой тепловой энергии.

На токамаке будут испытаны технологии нагрева, контроля, диагностики, криогеники и дистанционного обслуживания, то есть все методики, необходимые для промышленного образца термоядерного реактора.

Объемов мирового производства трития будет недостаточно для электростанций будущего. А потому на ITER отработают также технологию размножающегося бланкета, содержащего литий. Из него под действием термоядерных нейтронов и будут синтезировать тритий.

Однако не стоит забывать, что это пускай и дорогой, но эксперимент. Токамак не будет оборудован турбинами или другими системами конвертации тепла в электричество. То есть коммерческого выхлопа в виде непосредственной генерации энергии не будет. Почему? Потому что это только усложнило бы проект с инженерной точки зрения и сделало бы его еще более дорогим.

Схема финансирования довольно запутанная. На стадии строительства, создания реактора и прочих систем комплекса примерно 45% расходов несут страны Евросоюза, остальные участники — по 9%. Однако бóльшая часть взносов — это «натура». Большинство компонентов поставляются в ITER напрямую от стран-участниц.

Они прибывают во Францию по морю, а из порта к стройплощадке доставляются по дороге, специально переделанной французским правительством. На 104 км «Пути ITER» страна потратила 110 млн евро и 4 года работы. Трасса была расширена и усилена. Дело в том, что до 2021 года по ней пройдут 250 конвоев с огромными грузами. Самые тяжелые детали достигают 900 тонн, самые высокие — 10 метров, самые длинные — 33 метра.

Источник: tech.onliner.by


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.