Saat ini banyak negara mengambil bagian dalam penelitian termonuklir. Pemimpinnya adalah Uni Eropa, Amerika Serikat, Rusia dan Jepang, sedangkan program China, Brazil, Kanada dan Korea berkembang pesat. Awalnya, reaktor fusi di AS dan Uni Soviet dikaitkan dengan pengembangan senjata nuklir dan tetap diklasifikasikan sampai konferensi Atom untuk Perdamaian, yang diadakan di Jenewa pada tahun 1958. Setelah penciptaan tokamak Soviet, penelitian fusi nuklir pada 1970-an menjadi "ilmu besar". Tetapi biaya dan kompleksitas perangkat telah meningkat ke titik di mana kerja sama internasional telah menjadi satu-satunya jalan ke depan.

Reaktor termonuklir di dunia

Mulai tahun 1970-an, penggunaan komersial energi fusi terus-menerus didorong mundur selama 40 tahun. Namun, banyak yang telah terjadi dalam beberapa tahun terakhir, sehingga periode ini dapat dikurangi.

Beberapa tokamaks telah dibangun, termasuk JET Eropa, MAST Inggris, dan reaktor fusi eksperimental TFTR di Princeton, AS. Proyek ITER internasional saat ini sedang dibangun di Cadarache, Prancis. Ini akan menjadi tokamak terbesar ketika beroperasi pada tahun 2020. Pada tahun 2030, CFETR akan dibangun di Cina, yang akan melampaui ITER. Sementara itu, RRC sedang melakukan penelitian tentang tokamak superkonduktor eksperimental TIMUR.

Reaktor fusi jenis lain - stellator - juga populer di kalangan peneliti. Salah satu yang terbesar, LHD, mulai bekerja di Institut Nasional Jepang pada tahun 1998. Ini digunakan untuk menemukan konfigurasi kurungan plasma magnetik terbaik. Institut Max Planck Jerman melakukan penelitian pada reaktor Wendelstein 7-AS di Garching antara 1988 dan 2002, dan saat ini pada Wendelstein 7-X, yang telah dibangun selama lebih dari 19 tahun. Bintang TJII lainnya sedang beroperasi di Madrid, Spanyol. Di AS, Laboratorium Princeton (PPPL), di mana reaktor fusi pertama jenis ini dibangun pada tahun 1951, menghentikan pembangunan NCSX pada tahun 2008 karena pembengkakan biaya dan kurangnya dana.

Selain itu, kemajuan signifikan telah dibuat dalam penelitian tentang fusi termonuklir inersia. Pembangunan Fasilitas Pengapian Nasional (NIF) senilai $7 miliar di Laboratorium Nasional Livermore (LLNL), yang didanai oleh Administrasi Keamanan Nuklir Nasional, selesai pada Maret 2009. Laser Mégajoule (LMJ) Prancis mulai beroperasi pada Oktober 2014. Reaktor fusi menggunakan sekitar 2 juta joule energi cahaya yang dikirimkan oleh laser dalam beberapa miliar detik ke target yang berukuran beberapa milimeter untuk memulai reaksi fusi nuklir. Tugas utama NIF dan LMJ adalah riset untuk mendukung program nuklir militer nasional.

ITU

Pada tahun 1985, Uni Soviet mengusulkan untuk membangun tokamak generasi berikutnya bekerja sama dengan Eropa, Jepang dan Amerika Serikat. Pekerjaan itu dilakukan di bawah naungan IAEA. Antara 1988 dan 1990, desain pertama untuk Reaktor Eksperimental Termonuklir Internasional, ITER, yang juga berarti "jalan" atau "perjalanan" dalam bahasa Latin, diciptakan untuk membuktikan bahwa fusi dapat menghasilkan lebih banyak energi daripada yang dapat diserapnya. Kanada dan Kazakhstan juga berpartisipasi, masing-masing dimediasi oleh Euratom dan Rusia.

Enam tahun kemudian, dewan ITER menyetujui proyek reaktor komprehensif pertama berdasarkan fisika dan teknologi yang sudah mapan, senilai $6 miliar. Kemudian AS menarik diri dari konsorsium, yang memaksa mereka untuk mengurangi separuh biaya dan mengubah proyek. Hasilnya adalah ITER-FEAT, menelan biaya $3 miliar tetapi mencapai respons mandiri dan keseimbangan kekuatan yang positif.

Pada tahun 2003, Amerika Serikat bergabung kembali dengan konsorsium, dan China mengumumkan keinginannya untuk berpartisipasi di dalamnya. Hasilnya, pada pertengahan 2005, para mitra sepakat untuk membangun ITER di Cadarache di Prancis selatan. Uni Eropa dan Prancis menyumbang setengah dari €12,8 miliar, sementara Jepang, Cina, Korea Selatan, AS, dan Rusia masing-masing menyumbang 10%. Jepang menyediakan komponen berteknologi tinggi, menjadi tuan rumah fasilitas IFMIF senilai €1 miliar untuk pengujian material, dan memiliki hak untuk membangun reaktor uji berikutnya. Total biaya ITER mencakup setengah dari biaya 10 tahun konstruksi dan setengah dari biaya 20 tahun operasi. India menjadi anggota ketujuh ITER pada akhir tahun 2005.

Eksperimen harus dimulai pada 2018 menggunakan hidrogen untuk menghindari aktivasi magnet. Penggunaan plasma D-T tidak diharapkan sebelum tahun 2026.

Tujuan ITER adalah untuk menghasilkan 500 MW (setidaknya selama 400 detik) menggunakan daya input kurang dari 50 MW tanpa menghasilkan listrik.

Pembangkit listrik demo dua gigawatt akan menghasilkan skala besar secara terus menerus. Desain konsep Demo akan selesai pada tahun 2017, dengan konstruksi akan dimulai pada tahun 2024. Peluncuran akan dilakukan pada 2033.

JET

Pada tahun 1978, UE (Euratom, Swedia dan Swiss) memulai proyek JET Eropa bersama di Inggris. JET adalah tokamak yang beroperasi terbesar di dunia saat ini. Reaktor JT-60 serupa beroperasi di National Fusion Fusion Institute Jepang, tetapi hanya JET yang dapat menggunakan bahan bakar deuterium-tritium.

Reaktor diluncurkan pada tahun 1983, dan menjadi percobaan pertama, sebagai akibatnya, pada bulan November 1991, fusi termonuklir terkontrol dengan daya hingga 16 MW selama satu detik dan daya stabil 5 MW dilakukan pada deuterium- plasma tritium. Banyak percobaan telah dilakukan untuk mempelajari berbagai skema pemanasan dan teknik lainnya.

Perbaikan lebih lanjut untuk JET adalah untuk meningkatkan kekuatannya. Reaktor kompak MAST sedang dikembangkan bersama dengan JET dan merupakan bagian dari proyek ITER.

K-STAR

K-STAR adalah tokamak superkonduktor Korea dari National Fusion Research Institute (NFRI) di Daejeon, yang memproduksi plasma pertamanya pada pertengahan 2008. ITER yang merupakan hasil kerjasama internasional. Tokamak radius 1,8 m adalah reaktor pertama yang menggunakan magnet superkonduktor Nb3Sn, sama seperti yang direncanakan untuk digunakan di ITER. Selama tahap pertama, selesai pada tahun 2012, K-STAR harus membuktikan kelayakan teknologi dasar dan mencapai pulsa plasma dengan durasi hingga 20 detik. Pada tahap kedua (2013-2017), sedang ditingkatkan untuk mempelajari pulsa panjang hingga 300 detik dalam mode H dan transisi ke mode AT performa tinggi. Tujuan dari fase ketiga (2018-2023) adalah untuk mencapai kinerja dan efisiensi tinggi dalam mode pulsa kontinu. Pada tahap ke-4 (2023-2025), teknologi DEMO akan diuji. Perangkat ini tidak mampu tritium dan tidak menggunakan bahan bakar D-T.

K-DEMO

Dikembangkan bekerja sama dengan Laboratorium Fisika Plasma Princeton (PPPL) Departemen Energi AS dan NFRI Korea Selatan, K-DEMO akan menjadi langkah berikutnya dalam pengembangan reaktor komersial setelah ITER, dan akan menjadi pembangkit listrik pertama yang mampu menghasilkan listrik ke jaringan listrik, yaitu 1 juta kW dalam beberapa minggu. Ini akan memiliki diameter 6,65 m dan akan memiliki modul zona reproduksi yang dibuat sebagai bagian dari proyek DEMO. Kementerian Pendidikan, Sains dan Teknologi Korea berencana untuk menginvestasikan sekitar satu triliun won Korea ($941 juta) di dalamnya.

Timur

Chinese Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) di Chinese Institute of Physics di Hefei menciptakan plasma hidrogen pada suhu 50 juta °C dan menahannya selama 102 detik.

TFTR

Di laboratorium Amerika PPPL, reaktor fusi eksperimental TFTR beroperasi dari tahun 1982 hingga 1997. Pada bulan Desember 1993, TFTR menjadi tokamak magnetik pertama yang melakukan eksperimen ekstensif dengan plasma deuterium-tritium. Tahun berikutnya, reaktor menghasilkan rekor 10,7 MW daya terkendali, dan pada 1995 rekor suhu 510 juta °C tercapai. Namun, fasilitas tersebut tidak mencapai tujuan energi fusi impas, tetapi berhasil memenuhi tujuan desain perangkat keras, memberikan kontribusi yang signifikan bagi pengembangan ITER.

LHD

LHD di National Fusion Fusion Institute Jepang di Toki, Prefektur Gifu adalah bintang terbesar di dunia. Reaktor fusi diluncurkan pada tahun 1998 dan telah menunjukkan kualitas kurungan plasma yang sebanding dengan fasilitas besar lainnya. Suhu ion 13,5 keV (sekitar 160 juta °C) dan energi 1,44 MJ tercapai.

Wendelstein 7-X

Setelah satu tahun pengujian yang dimulai pada akhir 2015, suhu helium sempat mencapai 1 juta °C. Pada tahun 2016, reaktor fusi plasma hidrogen, menggunakan daya 2 MW, mencapai suhu 80 juta °C dalam seperempat detik. W7-X merupakan stellarator terbesar di dunia dan direncanakan akan beroperasi terus menerus selama 30 menit. Biaya reaktor adalah 1 miliar €.

NIF

Fasilitas Pengapian Nasional (NIF) di Laboratorium Nasional Livermore (LLNL) selesai pada Maret 2009. Menggunakan 192 sinar laser, NIF mampu mengkonsentrasikan energi 60 kali lebih banyak daripada sistem laser sebelumnya.

Fusi nuklir dingin

Pada bulan Maret 1989, dua peneliti, Stanley Pons dari Amerika dan Martin Fleischman dari Inggris, mengumumkan bahwa mereka telah meluncurkan reaktor fusi dingin benchtop sederhana yang beroperasi pada suhu kamar. Prosesnya terdiri dari elektrolisis air berat menggunakan elektroda paladium, di mana inti deuterium terkonsentrasi pada kepadatan tinggi. Para peneliti mengklaim bahwa panas dihasilkan yang hanya dapat dijelaskan dalam proses nuklir, dan ada produk sampingan fusi termasuk helium, tritium, dan neutron. Namun, peneliti lain gagal mengulangi eksperimen ini. Sebagian besar komunitas ilmiah tidak percaya bahwa reaktor fusi dingin itu nyata.

Reaksi nuklir energi rendah

Diprakarsai oleh klaim "fusi dingin", penelitian terus berlanjut ke bidang energi rendah dengan beberapa dukungan empiris tetapi tidak ada penjelasan ilmiah yang diterima. Rupanya, interaksi nuklir lemah digunakan untuk membuat dan menangkap neutron (dan bukan gaya yang kuat, seperti dalam atau sintesisnya). Eksperimen melibatkan perembesan hidrogen atau deuterium melalui unggun katalitik dan bereaksi dengan logam. Para peneliti melaporkan pelepasan energi yang diamati. Contoh praktis utama adalah interaksi hidrogen dengan bubuk nikel dengan pelepasan panas, yang jumlahnya lebih besar daripada reaksi kimia apa pun.

Apakah energi termonuklir diperlukan?

Pada tahap perkembangan peradaban ini, kita dapat dengan aman mengatakan bahwa umat manusia sedang menghadapi "tantangan energi". Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor fundamental sekaligus:

Kemanusiaan sekarang mengkonsumsi sejumlah besar energi.

Konsumsi energi dunia saat ini sekitar 15,7 terawatt (TW). Membagi nilai ini dengan populasi planet ini, kita mendapatkan sekitar 2400 watt per orang, yang dapat dengan mudah diperkirakan dan dibayangkan. Energi yang dikonsumsi oleh setiap penghuni Bumi (termasuk anak-anak) sesuai dengan pengoperasian 24 lampu listrik 100 watt sepanjang waktu.

— Konsumsi energi global berkembang pesat.

Menurut perkiraan Badan Energi Internasional (2006), konsumsi energi dunia akan meningkat 50% pada tahun 2030.

— Saat ini, 80% energi yang dikonsumsi dunia dihasilkan dari pembakaran bahan bakar fosil (minyak, batu bara, dan gas).), yang penggunaannya berpotensi membawa risiko bencana perubahan lingkungan.

Lelucon berikut ini populer di kalangan masyarakat Arab Saudi: “Ayah saya mengendarai unta. Saya punya mobil, dan anak saya sudah menerbangkan pesawat. Tapi sekarang anaknya akan naik unta lagi.”

Hal ini tampaknya menjadi kasus, karena dengan semua perkiraan serius cadangan minyak dunia akan habis sebagian besar dalam waktu sekitar 50 tahun.

Bahkan berdasarkan perkiraan US Geological Survey (perkiraan ini jauh lebih optimis daripada yang lain), pertumbuhan produksi minyak dunia akan terus berlanjut tidak lebih dari 20 tahun ke depan (para ahli lain memperkirakan puncak produksi akan dicapai pada tahun). 5-10 tahun), setelah itu volume minyak yang dihasilkan akan mulai berkurang dengan laju sekitar 3% per tahun. Prospek produksi gas alam tidak terlihat jauh lebih baik. Biasanya dikatakan bahwa kita akan memiliki cukup batu bara keras untuk 200 tahun lagi, tetapi perkiraan ini didasarkan pada mempertahankan tingkat produksi dan konsumsi saat ini. Sementara itu, konsumsi batu bara kini meningkat 4,5% per tahun, yang langsung mengurangi jangka waktu 200 tahun tersebut menjadi hanya 50 tahun.

Maka dari itu, sudah seharusnya kita bersiap menghadapi berakhirnya era penggunaan bahan bakar fosil.

Sayangnya, sumber energi alternatif yang ada saat ini tidak mampu menutupi kebutuhan umat manusia yang terus meningkat. Menurut perkiraan paling optimis, jumlah maksimum energi (dalam ekivalen panas yang ditentukan) yang dihasilkan oleh sumber yang terdaftar hanya 3 TW (angin), 1 TW (hidro), 1 TW (sumber biologis) dan 100 GW (panas bumi dan panas bumi). instalasi lepas pantai). Jumlah total energi tambahan (bahkan dalam ramalan paling optimal ini) hanya sekitar 6 TW. Pada saat yang sama, perlu dicatat bahwa pengembangan sumber energi baru adalah tugas teknis yang sangat kompleks, sehingga biaya energi yang mereka hasilkan bagaimanapun juga akan lebih tinggi daripada dengan pembakaran batu bara biasa, dll. Tampaknya cukup jelas itu

umat manusia harus mencari beberapa sumber energi lain, yang saat ini benar-benar dapat dianggap hanya Matahari dan reaksi fusi termonuklir.

Secara potensial, Matahari adalah sumber energi yang hampir tidak ada habisnya. Jumlah energi yang jatuh hanya pada 0,1% dari permukaan planet setara dengan 3,8 TW (bahkan jika diubah dengan efisiensi hanya 15%). Masalahnya terletak pada ketidakmampuan kita untuk menangkap dan mengubah energi ini, yang terkait baik dengan biaya panel surya yang tinggi dan dengan masalah mengumpulkan, menyimpan dan mentransfer lebih lanjut energi yang diterima ke daerah yang dibutuhkan.

Saat ini, pembangkit listrik tenaga nuklir menerima dalam skala besar energi yang dilepaskan selama reaksi fisi inti atom. Saya percaya bahwa penciptaan dan pengembangan stasiun semacam itu harus didorong dengan segala cara yang mungkin, tetapi harus diperhitungkan bahwa cadangan salah satu bahan terpenting untuk operasinya (uranium murah) juga dapat digunakan sepenuhnya selama 50 tahun ke depan.

Bidang pengembangan penting lainnya adalah penggunaan fusi nuklir (fusi inti), yang sekarang menjadi harapan utama untuk keselamatan, meskipun waktu penciptaan pembangkit listrik termonuklir pertama masih belum pasti. Kuliah ini dikhususkan untuk topik ini.

Apa itu fusi nuklir?

Fusi nuklir yang menjadi dasar keberadaan Matahari dan bintang-bintang berpotensi menjadi sumber energi yang tidak habis-habisnya bagi perkembangan Alam Semesta secara umum. Eksperimen dilakukan di Rusia (Rusia adalah tempat lahirnya fasilitas fusi Tokamak), Amerika Serikat, Jepang, Jerman, serta di Inggris sebagai bagian dari program Joint European Torus (JET), yang merupakan salah satu program penelitian terkemuka di dunia, menunjukkan bahwa fusi nuklir dapat menyediakan tidak hanya kebutuhan energi umat manusia saat ini (16 TW), tetapi juga jumlah energi yang jauh lebih besar.

Energi fusi nuklir sangat nyata, dan pertanyaan utamanya adalah apakah kita dapat membuat fasilitas termonuklir yang cukup andal dan hemat biaya.

Proses fusi nuklir disebut reaksi fusi inti atom ringan menjadi inti atom yang lebih berat dengan pelepasan sejumlah energi tertentu.

Pertama-tama, di antara mereka harus dicatat reaksi antara dua isotop (deuterium dan tritium) hidrogen, yang sangat umum di Bumi, akibatnya helium terbentuk dan neutron dilepaskan. Reaksi tersebut dapat ditulis dalam bentuk berikut:

D + T = 4 He + n + energi (17,6 MeV).

Energi yang dilepaskan, yang timbul dari fakta bahwa helium-4 memiliki ikatan nuklir yang sangat kuat, diubah menjadi energi kinetik biasa, didistribusikan antara neutron dan inti helium-4 dalam proporsi 14,1 MeV / 3,5 MeV.

Untuk memulai (menyalakan) reaksi fusi, perlu untuk sepenuhnya mengionisasi dan memanaskan gas dari campuran deuterium dan tritium ke suhu di atas 100 juta derajat Celcius (kami akan menyatakannya sebagai derajat M), yaitu sekitar lima kali lebih tinggi daripada suhu di pusat Matahari. Sudah pada suhu beberapa ribu derajat, tabrakan antar atom menyebabkan tersingkirnya elektron dari atom, sebagai akibatnya campuran inti dan elektron yang terpisah terbentuk, yang dikenal sebagai plasma, di mana deuteron bermuatan positif dan berenergi tinggi dan triton (yaitu, inti deuterium dan tritium) mengalami tolakan timbal balik yang kuat. Namun, suhu plasma yang tinggi (dan energi tinggi yang terkait dari ion) memungkinkan ion deuterium dan tritium ini mengatasi gaya tolak Coulomb dan saling bertabrakan. Pada suhu di atas 100 M derajat, deuteron dan triton yang paling "energik" saling mendekat dalam tabrakan pada jarak yang sedemikian dekat sehingga kekuatan nuklir yang kuat mulai bekerja di antara mereka, memaksa mereka untuk bergabung satu sama lain menjadi satu kesatuan.

Pelaksanaan proses ini di laboratorium dikaitkan dengan tiga masalah yang sangat sulit. Pertama-tama, campuran gas inti D dan T harus dipanaskan hingga suhu di atas 100 M derajat, entah bagaimana mencegah pendinginan dan kontaminasi (karena reaksi dengan dinding bejana).

Untuk mengatasi masalah ini, "perangkap magnet" diciptakan, yang disebut Tokamak, yang mencegah interaksi plasma dengan dinding reaktor.

Dalam metode yang dijelaskan, plasma dipanaskan oleh arus listrik yang mengalir di dalam torus, hingga sekitar 3 M derajat, yang, bagaimanapun, masih tidak cukup untuk memulai reaksi. Untuk pemanasan tambahan plasma, energi "dipompa" ke dalamnya oleh radiasi frekuensi radio (seperti dalam oven microwave), atau sinar partikel netral berenergi tinggi disuntikkan, yang mentransfer energinya ke plasma selama tumbukan. Selain itu, pelepasan panas terjadi karena, pada kenyataannya, reaksi termonuklir (seperti yang akan dijelaskan di bawah), akibatnya, dalam instalasi yang cukup besar, "pengapian" plasma harus terjadi.

Pembangunan Reaktor Eksperimental Termonuklir Internasional (ITER), yang akan menjadi tokamak pertama yang mampu "menyala" plasma, saat ini sedang berlangsung di Prancis.

Fasilitas tipe Tokamak tercanggih yang ada telah lama mencapai suhu di urutan 150 M derajat, mendekati nilai yang dibutuhkan untuk pengoperasian pembangkit fusi, tetapi reaktor ITER harus menjadi pembangkit listrik skala besar pertama yang dirancang untuk operasi jangka panjang. Di masa depan, perlu untuk secara signifikan meningkatkan parameter operasinya, yang akan membutuhkan, pertama-tama, peningkatan tekanan dalam 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, ketidakstabilan yang sangat kompleks dan berbahaya muncul, yaitu mode operasi yang tidak stabil.

Inti helium bermuatan listrik yang muncul selama reaksi fusi disimpan di dalam "perangkap magnet", di mana mereka secara bertahap diperlambat karena tumbukan dengan partikel lain, dan energi yang dilepaskan selama tumbukan membantu mempertahankan suhu tinggi kolom plasma. Neutron netral (tidak memiliki muatan listrik) meninggalkan sistem dan mentransfer energinya ke dinding reaktor, dan panas yang diambil dari dinding adalah sumber energi untuk pengoperasian turbin yang menghasilkan listrik. Masalah dan kesulitan pengoperasian fasilitas semacam itu terutama terkait dengan fakta bahwa fluks kuat neutron energi tinggi dan energi yang dilepaskan (dalam bentuk radiasi elektromagnetik dan partikel plasma) sangat mempengaruhi reaktor dan dapat menghancurkan bahan dari mana itu telah dibuat.

Karena itu, desain instalasi termonuklir sangat kompleks. Fisikawan dan insinyur dihadapkan pada tugas untuk memastikan keandalan yang tinggi dari pekerjaan mereka. Desain dan konstruksi stasiun termonuklir mengharuskan mereka untuk memecahkan sejumlah masalah teknologi yang beragam dan sangat kompleks.

Perangkat pembangkit listrik termonuklir

Gambar tersebut menunjukkan diagram skema (bukan skala) perangkat dan prinsip pengoperasian pembangkit listrik termonuklir. Di bagian tengah ada ruang toroidal (berbentuk donat) dengan volume ~ 2000 m 3 diisi dengan plasma tritium-deuterium (T-D) yang dipanaskan hingga suhu di atas 100 M derajat. Neutron yang dihasilkan selama reaksi fusi meninggalkan "perangkap magnet" dan jatuh ke dalam cangkang yang ditunjukkan pada gambar dengan ketebalan sekitar 1 m.

Di dalam cangkang, neutron bertabrakan dengan atom litium, menghasilkan reaksi dengan pembentukan 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 ditingkatkan secara signifikan, misalnya, dengan memasukkan atom ke dalam cangkang berilium dan timbal). Kesimpulan umum adalah bahwa dalam instalasi ini reaksi fusi nuklir dapat berlangsung (setidaknya secara teoritis), di mana tritium akan terbentuk. Dalam hal ini, jumlah tritium yang terbentuk seharusnya tidak hanya memenuhi kebutuhan instalasi itu sendiri, tetapi bahkan sedikit lebih besar, yang memungkinkan untuk menyediakan instalasi baru dengan tritium.

Konsep operasi inilah yang harus diuji dan diimplementasikan dalam reaktor ITER yang dijelaskan di bawah ini.

Neutron harus memanaskan cangkang dalam apa yang disebut pabrik percontohan (yang akan menggunakan bahan struktural yang relatif "biasa") hingga sekitar 400 derajat. Di masa depan, direncanakan untuk membuat instalasi yang lebih baik dengan suhu pemanasan cangkang di atas 1000 derajat, yang dapat dicapai melalui penggunaan bahan berkekuatan tinggi terbaru (seperti komposit silikon karbida). Panas yang dilepaskan di shell, seperti di stasiun konvensional, diambil oleh sirkuit pendingin primer dengan pendingin (mengandung, misalnya, air atau helium) dan dipindahkan ke sirkuit sekunder, di mana uap air diproduksi dan disuplai ke turbin.

Keuntungan utama dari fusi nuklir adalah hanya membutuhkan sejumlah kecil zat alami sebagai bahan bakar.

Reaksi fusi nuklir pada pembangkit yang dijelaskan dapat melepaskan sejumlah besar energi, sepuluh juta kali lebih besar dari panas standar yang dihasilkan oleh reaksi kimia konvensional (seperti pembakaran bahan bakar fosil). Sebagai perbandingan, kami menunjukkan bahwa jumlah batubara yang dibutuhkan untuk mengoperasikan pembangkit listrik tenaga panas dengan kapasitas 1 gigawatt (GW) adalah 10.000 ton per hari (sepuluh gerbong), dan pembangkit termonuklir dengan kapasitas yang sama hanya akan mengkonsumsi sekitar 1 kg campuran D + per hari T.

Deuterium adalah isotop hidrogen yang stabil; dalam sekitar satu dari setiap 3350 molekul air biasa, salah satu atom hidrogen digantikan oleh deuterium (warisan yang diwarisi dari Ledakan Besar Alam Semesta). Fakta ini memudahkan untuk mengatur produksi yang cukup murah dari jumlah deuterium yang dibutuhkan dari air. Lebih sulit untuk mendapatkan tritium, yang tidak stabil (waktu paruh sekitar 12 tahun, akibatnya kandungannya di alam dapat diabaikan), namun, seperti yang ditunjukkan di atas, tritium akan diproduksi tepat di dalam instalasi termonuklir selama operasi. karena reaksi neutron dengan litium.

Dengan demikian, bahan bakar awal untuk reaktor termonuklir adalah litium dan air.

Lithium adalah logam umum yang banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga (baterai ponsel, misalnya). Pembangkit yang dijelaskan di atas, bahkan dengan efisiensi yang tidak sempurna, akan mampu menghasilkan 200.000 kWh energi listrik, yang setara dengan energi yang terkandung dalam 70 ton batu bara. Jumlah lithium yang dibutuhkan terkandung dalam satu baterai komputer, dan jumlah deuterium terkandung dalam 45 liter air. Nilai di atas sesuai dengan konsumsi listrik saat ini (dalam hal satu orang) di negara-negara UE selama 30 tahun. Fakta bahwa lithium dalam jumlah yang tidak signifikan dapat menyediakan pembangkitan listrik dalam jumlah seperti itu (tanpa emisi CO2 dan tanpa polusi atmosfer sedikit pun) adalah argumen yang cukup kuat untuk pengembangan penelitian yang cepat dan kuat tentang pengembangan. energi fusi (terlepas dari semua kesulitan dan masalah) bahkan dengan perspektif jangka panjang untuk menciptakan reaktor termonuklir yang hemat biaya.

Deuterium harus bertahan selama jutaan tahun, dan cadangan lithium yang mudah ditambang cukup cukup untuk memenuhi kebutuhan selama ratusan tahun.

Bahkan jika kita kehabisan litium di bebatuan, kita dapat mengekstraknya dari air, di mana ia ditemukan dalam konsentrasi yang cukup tinggi (100 kali lipat uranium) untuk membuatnya layak secara ekonomi untuk ditambang.

Energi termonuklir tidak hanya menjanjikan umat manusia, pada prinsipnya, kemungkinan menghasilkan sejumlah besar energi di masa depan (tanpa emisi CO2 dan tanpa polusi atmosfer), tetapi juga memiliki sejumlah keunggulan lain.

1 ) Keamanan internal yang tinggi.

Plasma yang digunakan dalam instalasi termonuklir memiliki kepadatan yang sangat rendah (sekitar satu juta kali lebih rendah dari kepadatan atmosfer), akibatnya lingkungan kerja instalasi tidak akan pernah mengandung energi yang cukup untuk menyebabkan insiden atau kecelakaan serius.

Selain itu, pemuatan "bahan bakar" harus dilakukan terus menerus, yang memudahkan penghentian kerjanya, belum lagi fakta bahwa jika terjadi kecelakaan dan perubahan tajam dalam kondisi lingkungan, "nyala" termonuklir harus keluar begitu saja.

Apa bahaya yang terkait dengan energi fusi? Pertama, perlu dicatat bahwa meskipun produk fusi (helium dan neutron) tidak radioaktif, cangkang reaktor dapat menjadi radioaktif selama paparan neutron dalam jangka panjang.

Kedua, tritium bersifat radioaktif dan memiliki waktu paruh yang relatif pendek (12 tahun). Tetapi meskipun volume plasma yang digunakan signifikan, karena kepadatannya yang rendah, ia hanya mengandung tritium dalam jumlah yang sangat kecil (berat total sekitar sepuluh perangko). Jadi

bahkan dalam situasi dan kecelakaan yang paling sulit (penghancuran total cangkang dan pelepasan semua tritium yang terkandung di dalamnya, misalnya, selama gempa bumi dan kecelakaan pesawat ke stasiun), hanya sejumlah kecil bahan bakar yang akan memasuki lingkungan , yang tidak memerlukan evakuasi penduduk dari pemukiman terdekat.

2 ) Biaya energi.

Diharapkan harga "internal" dari listrik yang diterima (biaya produksi itu sendiri) akan dapat diterima jika 75% dari harga yang sudah ada di pasar. “Dapat diterima” dalam hal ini berarti harga akan lebih rendah dari harga energi yang dihasilkan dengan menggunakan bahan bakar hidrokarbon lama. Biaya "eksternal" (efek samping, dampak pada kesehatan masyarakat, iklim, lingkungan, dll.) pada dasarnya akan menjadi nol.

Reaktor Termonuklir Eksperimental Internasional ITER

Langkah utama berikutnya adalah membangun reaktor ITER yang dirancang untuk menunjukkan kemungkinan penyalaan plasma dan, atas dasar ini, memperoleh setidaknya sepuluh kali lipat perolehan energi (berkaitan dengan energi yang dihabiskan untuk pemanasan plasma). Reaktor ITER akan menjadi perangkat eksperimental yang bahkan tidak akan dilengkapi dengan turbin untuk menghasilkan listrik dan perangkat untuk menggunakannya. Tujuan penciptaannya adalah untuk mempelajari kondisi yang harus dipenuhi selama pengoperasian pembangkit listrik tersebut, serta penciptaan atas dasar pembangkit listrik nyata dan hemat biaya ini, yang, tampaknya, harus melebihi ukuran ITER. Penciptaan prototipe nyata pembangkit listrik fusi (yaitu, pembangkit yang dilengkapi dengan turbin, dll.) membutuhkan penyelesaian dua masalah berikut. Pertama, perlu untuk terus mengembangkan material baru (mampu menahan kondisi operasi yang sangat keras dalam kondisi yang dijelaskan) dan mengujinya sesuai dengan aturan khusus untuk peralatan sistem IFMIF (Fasilitas Iradiasi Fusion Internasional), yang dijelaskan di bawah. Kedua, ada banyak masalah teknis murni yang harus dipecahkan dan teknologi baru untuk dikembangkan terkait dengan kendali jarak jauh, pemanasan, desain kelongsong, siklus bahan bakar, dll. 2

Gambar tersebut menunjukkan reaktor ITER, yang melampaui fasilitas JET terbesar saat ini, tidak hanya dalam semua dimensi linier (kira-kira dua kali), tetapi juga dalam besaran medan magnet yang digunakan di dalamnya dan arus yang mengalir melalui plasma.

Tujuan dari pembuatan reaktor ini adalah untuk mendemonstrasikan kemampuan upaya gabungan dari fisikawan dan insinyur dalam desain pembangkit listrik termonuklir skala besar.

Kapasitas instalasi yang direncanakan oleh perancang adalah 500 MW (dengan konsumsi energi pada input sistem hanya sekitar 50 MW). 3

Pabrik ITER sedang dibangun oleh sebuah konsorsium yang mencakup Uni Eropa, Cina, India, Jepang, Korea Selatan, Rusia dan Amerika Serikat. Jumlah penduduk negara-negara tersebut sekitar setengah dari total penduduk Bumi, sehingga proyek ini bisa disebut sebagai respon global terhadap tantangan global. Komponen utama dan rakitan reaktor ITER telah dibuat dan diuji, dan konstruksi telah dimulai di kota Cadarache (Prancis). Peluncuran reaktor dijadwalkan untuk tahun 2020, dan produksi plasma deuterium-tritium - untuk tahun 2027, karena komisioning reaktor memerlukan tes yang panjang dan serius untuk plasma dari deuterium dan tritium.

Kumparan magnet reaktor ITER didasarkan pada bahan superkonduktor (yang, pada prinsipnya, memungkinkan operasi terus menerus, asalkan arus dalam plasma dipertahankan), sehingga perancang berharap untuk memberikan siklus kerja yang dijamin setidaknya 10 menit. Jelas bahwa keberadaan kumparan magnet superkonduktor pada dasarnya penting untuk operasi berkelanjutan dari pembangkit listrik termonuklir nyata. Kumparan superkonduktor telah digunakan dalam perangkat seperti Tokamak, tetapi sebelumnya belum pernah digunakan dalam instalasi skala besar yang dirancang untuk plasma tritium. Selain itu, fasilitas ITER untuk pertama kalinya akan menggunakan dan menguji berbagai modul shell yang dirancang untuk bekerja di stasiun nyata, di mana inti tritium dapat dihasilkan atau "dipulihkan".

Tujuan utama pembangunan fasilitas ini adalah untuk menunjukkan keberhasilan pengendalian pembakaran plasma dan kemungkinan untuk benar-benar memperoleh energi dalam perangkat termonuklir pada tingkat perkembangan teknologi saat ini.

Pengembangan lebih lanjut ke arah ini, tentu saja, akan membutuhkan banyak upaya untuk meningkatkan efisiensi perangkat, terutama dari segi kelayakan ekonominya, yang terkait dengan studi yang serius dan panjang, baik pada reaktor ITER maupun pada perangkat lainnya. Di antara kumpulan tugas, tiga berikut harus disorot:

1) Perlu untuk menunjukkan bahwa tingkat ilmu pengetahuan dan teknologi yang ada sudah memungkinkan memperoleh keuntungan 10 kali lipat dalam energi (dibandingkan dengan yang dihabiskan untuk mempertahankan proses) dalam proses fusi nuklir terkendali. Reaksi harus berlangsung tanpa terjadinya mode tidak stabil yang berbahaya, tanpa panas berlebih dan kerusakan pada bahan konstruksi, dan tanpa kontaminasi plasma oleh pengotor. Dengan daya fusi pada urutan 50% dari daya pemanas plasma, tujuan ini telah dicapai dalam percobaan di fasilitas kecil, tetapi pembuatan reaktor ITER akan memungkinkan untuk menguji keandalan metode kontrol pada fasilitas yang jauh lebih besar. yang menghasilkan lebih banyak energi untuk waktu yang lama. Reaktor ITER dirancang untuk menguji dan menyelaraskan persyaratan untuk reaktor fusi masa depan, dan pembuatannya adalah tugas yang sangat kompleks dan menarik.

2) Perlu mempelajari metode untuk meningkatkan tekanan dalam plasma (ingat bahwa laju reaksi pada suhu tertentu sebanding dengan kuadrat tekanan) untuk mencegah terjadinya rezim perilaku plasma yang tidak stabil yang berbahaya. Keberhasilan penelitian ke arah ini akan memastikan pengoperasian reaktor pada kepadatan plasma yang lebih tinggi, atau mengurangi persyaratan kekuatan medan magnet yang dihasilkan, yang secara signifikan akan mengurangi biaya listrik yang dihasilkan oleh reaktor.

3) Pengujian harus memastikan bahwa operasi reaktor yang berkelanjutan dalam mode stabil dapat dipastikan secara realistis (dari sudut pandang ekonomi dan teknis, persyaratan ini tampaknya sangat penting, jika bukan yang utama), dan peluncuran reaktor pembangkit listrik dapat dilakukan tanpa biaya energi yang besar. Para peneliti dan perancang sangat berharap bahwa aliran "terus menerus" arus elektromagnetik melalui plasma dapat disediakan oleh pembangkitannya dalam plasma (karena radiasi frekuensi tinggi dan injeksi atom cepat).

Dunia modern sedang menghadapi tantangan energi yang sangat serius, yang lebih tepat disebut sebagai "krisis energi yang tidak pasti".

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

Jika tidak ada kejutan besar dan tak terduga di jalan pengembangan energi termonuklir, maka, tunduk pada program tindakan yang wajar dan teratur yang dikembangkan, yang (tentu saja, tunduk pada organisasi kerja yang baik dan pendanaan yang memadai) harus mengarah pada pembuatan prototipe pembangkit listrik termonuklir. Dalam hal ini, dalam waktu sekitar 30 tahun, kami akan dapat memasok arus listrik darinya ke jaringan energi untuk pertama kalinya, dan dalam waktu kurang dari 10 tahun, pembangkit listrik termonuklir komersial pertama akan mulai beroperasi. Ada kemungkinan bahwa pada paruh kedua abad kita, 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.

Untuk waktu yang lama trudnopisaka diminta untuk membuat postingan tentang reaktor fusi yang sedang dibangun. Pelajari detail menarik dari teknologi ini, cari tahu mengapa proyek ini membutuhkan waktu lama untuk diimplementasikan. Akhirnya dapat materi. Mari berkenalan dengan detail proyek.

Bagaimana semuanya dimulai. “Tantangan energi” muncul sebagai hasil kombinasi dari tiga faktor berikut:

1. Umat manusia sekarang mengkonsumsi sejumlah besar energi.

Konsumsi energi dunia saat ini sekitar 15,7 terawatt (TW). Membagi nilai ini dengan populasi planet ini, kita mendapatkan sekitar 2400 watt per orang, yang dapat dengan mudah diperkirakan dan dibayangkan. Energi yang dikonsumsi oleh setiap penghuni Bumi (termasuk anak-anak) sesuai dengan pengoperasian 24 jam lampu listrik 24 ratus watt. Namun, konsumsi energi ini di sekitar planet ini sangat tidak merata, karena sangat tinggi di beberapa negara dan diabaikan di negara lain. Konsumsi (dalam hal satu orang) adalah 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, 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 dunia akan meningkat 50% pada tahun 2030. Negara-negara maju, tentu saja, bisa baik-baik saja tanpa energi tambahan, tetapi pertumbuhan ini diperlukan untuk mengangkat populasi negara-negara berkembang, di mana 1,5 miliar orang menderita kekurangan listrik akut, keluar dari kemiskinan.

3. Saat ini, 80% energi dunia dihasilkan dari pembakaran bahan bakar fosil(minyak, batubara dan gas), yang kegunaannya:
a) berpotensi membawa risiko bencana perubahan lingkungan;
b) pasti akan berakhir suatu hari nanti.

Dari apa yang telah dikatakan, jelas bahwa sekarang kita harus bersiap untuk berakhirnya era penggunaan bahan bakar fosil.

Saat ini, pembangkit listrik tenaga nuklir menerima dalam skala besar energi yang dilepaskan selama reaksi fisi inti atom. Penciptaan dan pengembangan stasiun-stasiun semacam itu harus didorong dengan segala cara yang memungkinkan, namun harus diperhitungkan bahwa cadangan salah satu bahan terpenting untuk operasinya (uranium murah) juga dapat digunakan sepenuhnya dalam 50 tahun ke depan. bertahun-tahun. Kemungkinan energi berbasis fisi nuklir dapat (dan seharusnya) diperluas secara signifikan melalui penggunaan siklus energi yang lebih efisien, yang hampir dapat melipatgandakan jumlah energi yang dihasilkan. Untuk pengembangan energi ke arah ini, perlu untuk membuat reaktor di thorium (yang disebut reaktor pemulia thorium atau reaktor pemulia), di mana lebih banyak thorium diproduksi selama reaksi daripada uranium asli, sebagai akibatnya jumlah total energi yang diterima untuk sejumlah zat meningkat 40 kali lipat. Tampaknya juga menjanjikan untuk menciptakan pemulia plutonium neutron cepat, yang jauh lebih efisien daripada reaktor uranium dan memungkinkan untuk memperoleh energi 60 kali lebih banyak. Mungkin, untuk pengembangan area ini, perlu untuk mengembangkan 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 magnetik" dan jatuh ke dalam cangkang yang ditunjukkan pada gambar dengan ketebalan sekitar 1 m.

Di dalam cangkang, neutron bertabrakan dengan atom litium, menghasilkan reaksi dengan pembentukan 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 ditingkatkan secara signifikan, misalnya, dengan memasukkan atom berilium ke dalam cangkang dan timah). Kesimpulan umum adalah bahwa dalam instalasi ini reaksi fusi nuklir dapat berlangsung (setidaknya secara teoritis), di mana tritium akan terbentuk. Dalam hal ini, jumlah tritium yang terbentuk seharusnya tidak hanya memenuhi kebutuhan instalasi itu sendiri, tetapi bahkan sedikit lebih besar, yang memungkinkan untuk menyediakan instalasi baru dengan tritium. Konsep operasi inilah yang harus diuji dan diimplementasikan dalam reaktor ITER yang dijelaskan di bawah ini.

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

1985 - Uni Soviet mengusulkan pembangkit Tokamak generasi berikutnya, menggunakan pengalaman empat negara terkemuka dalam pembuatan reaktor termonuklir. Amerika Serikat, bersama dengan Jepang dan Masyarakat Eropa, mengajukan proposal untuk pelaksanaan proyek tersebut.

Prancis saat ini sedang membangun Reaktor Eksperimental Tokamak Internasional (ITER), yang dijelaskan di bawah ini, yang akan menjadi tokamak pertama yang mampu "menyalakan" plasma.

Fasilitas tipe tokamak paling canggih yang ada telah lama mencapai suhu sekitar 150 M°C, mendekati suhu yang dibutuhkan untuk pengoperasian pembangkit fusi, tetapi reaktor ITER harus menjadi pembangkit listrik skala besar pertama yang dirancang untuk jangka panjang. operasi istilah. Di masa depan, perlu untuk secara signifikan meningkatkan parameter operasinya, yang akan membutuhkan, pertama-tama, peningkatan tekanan dalam 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, ketidakstabilan yang sangat kompleks dan berbahaya muncul, yaitu mode operasi yang tidak stabil.

Mengapa kita membutuhkannya?

Keuntungan utama dari fusi nuklir adalah hanya membutuhkan sejumlah kecil zat alami sebagai bahan bakar. Reaksi fusi nuklir pada pembangkit yang dijelaskan dapat melepaskan sejumlah besar energi, sepuluh juta kali lebih besar dari panas standar yang dihasilkan oleh reaksi kimia konvensional (seperti pembakaran bahan bakar fosil). Sebagai perbandingan, kami menunjukkan bahwa jumlah batubara yang dibutuhkan untuk mengoperasikan pembangkit listrik termal dengan kapasitas 1 gigawatt (GW) adalah 10.000 ton per hari (sepuluh gerbong), dan pembangkit fusi dengan kapasitas yang sama hanya akan mengkonsumsi sekitar 1 kilogram campuran D + T per hari. .

Deuterium adalah isotop hidrogen yang stabil; dalam sekitar satu dari setiap 3350 molekul air biasa, salah satu atom hidrogen digantikan oleh deuterium (warisan yang diwarisi dari Big Bang). Fakta ini memudahkan untuk mengatur produksi yang cukup murah dari jumlah deuterium yang dibutuhkan dari air. Lebih sulit untuk mendapatkan tritium, yang tidak stabil (waktu paruh sekitar 12 tahun, akibatnya 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.

Dengan demikian, bahan bakar awal untuk reaktor termonuklir adalah litium dan air. Lithium adalah logam umum yang banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga (baterai ponsel, dll.). Pembangkit yang dijelaskan di atas, bahkan dengan efisiensi yang tidak sempurna, akan mampu menghasilkan 200.000 kWh energi listrik, yang setara dengan energi yang terkandung dalam 70 ton batu bara. Jumlah lithium yang dibutuhkan terkandung dalam satu baterai komputer, dan jumlah deuterium terkandung dalam 45 liter air. Nilai di atas sesuai dengan konsumsi listrik saat ini (dalam hal satu orang) di negara-negara UE selama 30 tahun. Fakta bahwa litium dalam jumlah yang tidak signifikan dapat menyediakan pembangkitan listrik dalam jumlah seperti itu (tanpa emisi CO2 dan tanpa polusi atmosfer sedikit pun) adalah argumen yang cukup serius untuk pengembangan energi termonuklir tercepat dan paling kuat (meskipun semua kesulitan dan masalah) dan bahkan tanpa kepercayaan seratus persen dalam keberhasilan penelitian tersebut.

Deuterium harus bertahan selama jutaan tahun, dan cadangan lithium yang mudah ditambang cukup cukup untuk memenuhi kebutuhan selama ratusan tahun. Bahkan jika kita kehabisan litium di bebatuan, kita dapat mengekstraknya dari air, di mana ia ditemukan dalam konsentrasi yang cukup tinggi (100 kali lipat uranium) untuk membuatnya layak secara ekonomi untuk ditambang.

Sebuah reaktor termonuklir eksperimental (Reaktor eksperimental termonuklir internasional) sedang dibangun di dekat kota Cadarache di Prancis. Tugas utama proyek ITER adalah implementasi reaksi fusi termonuklir terkontrol pada skala industri.

Per satuan berat bahan bakar termonuklir, sekitar 10 juta kali lebih banyak energi diperoleh daripada dengan membakar jumlah bahan bakar organik yang sama, dan sekitar seratus kali lebih banyak daripada dengan fisi inti uranium di reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir yang saat ini beroperasi. Jika perhitungan ilmuwan dan perancang dibenarkan, ini akan memberi umat manusia sumber energi yang tidak ada habisnya.

Oleh karena itu, sejumlah negara (Rusia, India, Cina, Korea, Kazakhstan, Amerika Serikat, Kanada, Jepang, negara-negara UE) bergabung dalam upaya mereka dalam menciptakan Reaktor Penelitian Termonuklir Internasional - prototipe pembangkit listrik baru.

ITER adalah instalasi yang menciptakan kondisi untuk sintesis atom hidrogen dan tritium (isotop hidrogen), menghasilkan pembentukan atom baru - atom helium. Proses ini disertai dengan gelombang energi yang sangat besar: suhu plasma tempat reaksi termonuklir berlangsung adalah sekitar 150 juta derajat Celcius (sebagai perbandingan, suhu inti Matahari adalah 40 juta derajat). Dalam hal ini, isotop terbakar, praktis tidak meninggalkan limbah radioaktif.
Skema partisipasi dalam proyek internasional menyediakan pasokan komponen reaktor dan pembiayaan pembangunannya. Sebagai gantinya, masing-masing negara yang berpartisipasi menerima akses penuh ke semua teknologi untuk membuat reaktor termonuklir dan hasil semua pekerjaan eksperimental pada reaktor ini, yang akan menjadi dasar untuk desain reaktor termonuklir daya serial.

Reaktor, berdasarkan prinsip fusi termonuklir, tidak memiliki radiasi radioaktif dan sepenuhnya aman bagi lingkungan. Itu dapat ditemukan hampir di mana saja di dunia, dan air biasa berfungsi sebagai bahan bakar untuk itu. Pembangunan ITER harus memakan waktu sekitar sepuluh tahun, setelah itu reaktor seharusnya digunakan selama 20 tahun.

Dapat diklik 4000 piksel

Kepentingan Rusia di Dewan Organisasi Internasional untuk Pembangunan Reaktor Termonuklir ITER di tahun-tahun mendatang akan diwakili oleh Anggota Koresponden dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia Mikhail Kovalchuk, Direktur Institut Kurchatov, Institut Kristalografi Akademi Rusia Ilmu Pengetahuan dan Keilmuan Sekretaris Dewan Presiden untuk Ilmu Pengetahuan, Teknologi dan Pendidikan. Kovalchuk untuk sementara akan menggantikan Akademisi Yevgeny Velikhov, yang telah terpilih sebagai Ketua Dewan Internasional ITER untuk dua tahun ke depan dan tidak memiliki hak untuk menggabungkan posisi ini dengan tugas perwakilan resmi dari negara yang berpartisipasi.

Total biaya konstruksi diperkirakan 5 miliar euro, dan jumlah yang sama akan diperlukan untuk operasi uji coba reaktor. Saham India, Cina, Korea, Rusia, AS dan Jepang masing-masing menyumbang sekitar 10 persen dari total nilai, dengan 45 persen dicatat oleh negara-negara Uni Eropa. Namun, sementara negara-negara Eropa belum menyepakati bagaimana tepatnya biaya akan didistribusikan di antara mereka. Karena itu, awal pembangunan ditunda hingga April 2010. Meskipun ada penundaan lain, para ilmuwan dan pejabat yang terlibat dalam pembuatan ITER mengatakan bahwa mereka akan dapat menyelesaikan proyek tersebut pada tahun 2018.

Perkiraan daya termonuklir ITER adalah 500 megawatt. Masing-masing bagian magnet mencapai berat 200 hingga 450 ton. Untuk mendinginkan ITER, dibutuhkan 33.000 meter kubik air per hari.

Pada tahun 1998, AS berhenti mendanai partisipasinya dalam proyek tersebut. Setelah Partai Republik berkuasa di negara itu, dan pemadaman bergilir dimulai di California, pemerintahan Bush mengumumkan peningkatan investasi energi. Amerika Serikat tidak bermaksud untuk berpartisipasi dalam proyek internasional dan terlibat dalam proyek termonuklirnya sendiri. Pada awal 2002, penasihat teknologi Presiden Bush John Marburger III mengumumkan bahwa AS 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, kemudian menjadi kurang dari 4 miliar. Akibat penarikan Amerika Serikat, diputuskan untuk mengurangi daya reaktor dari 1,5 GW menjadi 500 MW. Dengan demikian, harga proyek "menurunkan berat badan".

Pada Juni 2002, simposium "ITER Days in Moscow" diadakan di ibu kota Rusia. Ini membahas masalah teoretis, praktis dan organisasi dari kebangkitan proyek, yang keberhasilannya dapat mengubah nasib umat manusia dan memberinya jenis energi baru, dalam hal efisiensi dan ekonomi yang hanya sebanding dengan energi matahari.

Pada bulan Juli 2010, perwakilan dari 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 dimulainya percobaan pertama dengan plasma - 2019. Uji coba penuh direncanakan untuk Maret 2027, meskipun manajemen proyek telah meminta staf teknis untuk mencoba mengoptimalkan proses dan memulai uji coba pada 2026. Para peserta pertemuan juga memutuskan biaya pembangunan reaktor, namun jumlah yang direncanakan untuk pembangunan fasilitas tidak diungkapkan. Menurut informasi yang diterima oleh editor portal ScienceNOW dari sumber yang tidak disebutkan namanya, pada saat percobaan dimulai, biaya proyek ITER mungkin 16 miliar euro.

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

Reaktor fusi ITER adalah proyek bersama dari 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 pekerjaan pembuatan reaktor akan dimulai pada tahun 2010. Kemudian, tanggal ini dipindahkan, dan pertama 2018 dan kemudian 2019 disebut sebagai waktu peluncuran reaktor.

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

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

Isotop hidrogen akan digunakan sebagai bahan bakar di reaktor ITER. Selama reaksi termonuklir, energi dilepaskan ketika atom ringan bergabung membentuk atom yang lebih berat. Untuk mencapai hal ini, perlu untuk memanaskan gas ke suhu lebih dari 100 juta derajat - jauh lebih tinggi dari 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 dimoderasi oleh lapisan materi padat (lithium).

Mengapa pembuatan instalasi termonuklir begitu lama?

Mengapa instalasi yang begitu penting dan berharga, yang keuntungannya telah dibahas selama hampir setengah abad, belum dibuat? Ada tiga alasan utama (dibahas di bawah), yang pertama dapat disebut eksternal atau publik, dan dua lainnya - internal, yaitu, karena hukum dan kondisi untuk pengembangan energi termonuklir itu sendiri.

1. Untuk waktu yang lama, diyakini bahwa masalah penggunaan praktis energi fusi tidak memerlukan keputusan dan tindakan yang mendesak, karena pada tahun 80-an abad terakhir, sumber bahan bakar fosil tampaknya tidak ada habisnya, dan masalah lingkungan dan perubahan iklim tidak keprihatinan publik. Pada tahun 1976, Komite Penasehat Energi Fusi di Departemen Energi AS berusaha untuk memperkirakan waktu R&D dan pembangunan pembangkit listrik fusi demonstrasi di bawah pilihan pendanaan penelitian yang berbeda. Pada saat yang sama, ternyata volume dana tahunan untuk penelitian ke arah ini sama sekali tidak mencukupi, dan sambil mempertahankan tingkat alokasi yang ada, pembuatan instalasi termonuklir tidak akan pernah berhasil, karena dana yang dialokasikan bahkan tidak sesuai minimum, tingkat kritis.

2. Hambatan yang lebih serius untuk pengembangan penelitian di bidang ini adalah bahwa instalasi termonuklir dari jenis 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 membutuhkan kurungan magnetis 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 dan keunggulan instalasi termonuklir dapat diuji dan ditunjukkan hanya di stasiun yang cukup besar, seperti seperti reaktor ITER yang disebutkan di atas. Masyarakat sama sekali tidak siap untuk membiayai proyek-proyek besar seperti itu sampai ada kepercayaan yang cukup untuk sukses.

3. Pengembangan energi termonuklir sangat kompleks, namun (meskipun pendanaan tidak mencukupi dan kesulitan dalam memilih pusat untuk pembuatan fasilitas JET dan ITER), ada kemajuan yang jelas dalam beberapa tahun terakhir, meskipun stasiun operasi belum dibuat.

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

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

Faktanya, kami memiliki sedikit pilihan strategi perilaku dan pengembangan energi termonuklir sangat penting, meskipun tidak ada jaminan keberhasilan. The Financial Times (tanggal 25 Januari 2004) menulis tentang ini:

Mari kita berharap bahwa tidak akan ada kejutan besar dan tak terduga di jalan pengembangan energi termonuklir. Dalam hal ini, dalam waktu sekitar 30 tahun, kami akan dapat memasok arus listrik darinya ke jaringan energi untuk pertama kalinya, dan dalam waktu kurang dari 10 tahun, pembangkit listrik termonuklir komersial pertama akan mulai beroperasi. Ada kemungkinan bahwa pada paruh kedua abad kita, 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 menciptakan energi termonuklir (sebagai sumber energi yang efisien dan berskala besar bagi seluruh umat manusia) akan berhasil diselesaikan, tetapi kemungkinan keberhasilan dalam arah ini cukup tinggi. Mempertimbangkan potensi besar pembangkit listrik termonuklir, semua biaya proyek untuk pengembangannya yang cepat (dan bahkan dipercepat) dapat dianggap dapat dibenarkan, terutama karena investasi ini terlihat sangat sederhana dengan latar belakang pasar energi dunia yang mengerikan (4 triliun dolar per tahun8 ). Pemenuhan kebutuhan manusia akan energi merupakan masalah yang sangat serius. Karena bahan bakar fosil menjadi semakin sedikit tersedia (selain itu, penggunaannya menjadi tidak diinginkan), situasinya berubah, dan kita tidak bisa tidak mengembangkan kekuatan fusi.

Untuk pertanyaan "Kapan energi termonuklir akan muncul?" Lev Artsimovich (pionir dan pemimpin penelitian yang diakui di bidang ini) pernah menjawab bahwa "itu akan dibuat ketika itu benar-benar diperlukan bagi umat manusia"

ITER akan menjadi reaktor fusi pertama yang menghasilkan lebih banyak energi daripada yang dikonsumsi. Para ilmuwan mengukur karakteristik ini dengan faktor sederhana yang mereka sebut "Q". Jika ITER memungkinkan untuk mencapai semua tujuan ilmiah yang ditetapkan, maka itu akan menghasilkan energi 10 kali lebih banyak daripada yang dikonsumsinya. Perangkat terakhir yang dibuat, "Joint European Tor" di Inggris, adalah reaktor fusi prototipe yang lebih kecil yang mencapai Q hampir 1 pada tahap akhir penelitian ilmiah, yang berarti bahwa ia menghasilkan daya yang sama persis dengan yang dikonsumsi. ITER akan melampaui ini dengan menunjukkan penciptaan energi dari fusi dan mencapai nilai Q 10. Idenya adalah untuk menghasilkan 500 MW dengan konsumsi energi sekitar 50 MW. Dengan demikian, salah satu tujuan ilmiah ITER adalah untuk membuktikan bahwa nilai Q 10 dapat dicapai.

Tujuan ilmiah lainnya adalah bahwa ITER akan memiliki waktu "pembakaran" yang sangat lama - denyut nadi dengan durasi yang meningkat hingga satu jam. ITER merupakan reaktor eksperimen penelitian yang tidak dapat menghasilkan energi secara terus menerus. Ketika ITER mulai beroperasi, itu akan menyala selama satu jam, setelah itu harus dimatikan. Ini penting karena sampai saat ini perangkat standar yang kami buat mampu memiliki waktu pembakaran beberapa detik atau bahkan sepersepuluh detik - ini adalah maksimum. "Torus Eropa bersama" mencapai nilai Q 1 dengan waktu pembakaran sekitar dua detik dengan panjang pulsa 20 detik. Tetapi proses yang berlangsung beberapa detik tidak benar-benar permanen. Dengan analogi dengan menghidupkan mesin mobil: menyalakan mesin untuk waktu yang singkat dan kemudian mematikannya bukanlah pengoperasian mobil yang sebenarnya. Hanya ketika Anda mengendarai mobil Anda selama setengah jam, itu akan memasuki mode operasi permanen dan menunjukkan bahwa mobil seperti itu benar-benar dapat dikendarai.

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

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

Memang, tidak ada perselisihan tentang apakah ITER harus benar-benar tokamak. Beberapa sarjana mengajukan pertanyaan yang sangat berbeda: haruskah ada ITER? Para ahli di berbagai negara, yang mengembangkan proyek termonuklir skala besar mereka sendiri, berpendapat bahwa reaktor sebesar itu tidak diperlukan sama sekali.

Namun, pendapat mereka hampir tidak layak dianggap otoritatif. Fisikawan yang telah bekerja dengan perangkap toroidal selama beberapa dekade telah terlibat dalam pembuatan ITER. Desain reaktor termonuklir eksperimental di Karadash didasarkan pada semua pengetahuan yang diperoleh selama percobaan pada lusinan tokamak prekursor. Dan hasil ini menunjukkan bahwa reaktor harus memiliki tokamak, dan yang besar.

JET Saat ini, tokamak paling sukses dapat dianggap sebagai JET, 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 sudah mencapai lebih dari 20 megawatt dengan waktu retensi hingga 10 detik. Reaktor mengembalikan sekitar 40% energi yang diinvestasikan dalam plasma.

Fisika plasmalah yang menentukan keseimbangan energi,” kata Igor Semenov kepada Infox.ru. Associate professor di Institut Fisika dan Teknologi Moskow menggambarkan apa itu keseimbangan energi dengan contoh sederhana: “Kita semua melihat bagaimana api menyala. Padahal, yang terbakar bukan kayu bakar, melainkan gas. Rantai energi ada sebagai berikut: gas terbakar, kayu bakar memanas, kayu bakar menguap, gas terbakar lagi. Oleh karena itu, jika kita membuang air ke dalam api, kita akan secara tajam mengambil energi dari sistem untuk transisi fase air cair menjadi uap. Keseimbangan akan menjadi negatif, api akan padam. Ada cara lain - kita cukup mengambil dan menyebarkan api di luar angkasa. Api juga akan padam. Hal yang sama berlaku untuk reaktor fusi yang sedang kami bangun. Dimensi dipilih untuk menciptakan keseimbangan energi positif yang sesuai untuk reaktor ini. Cukup untuk membangun TNPP nyata di masa depan, memecahkan pada tahap percobaan ini semua masalah yang saat ini masih belum terselesaikan.”

Dimensi reaktor pernah berubah. Ini terjadi pada pergantian abad ke-20-21, ketika Amerika Serikat menarik diri dari proyek, dan anggota yang tersisa menyadari bahwa anggaran ITER (saat itu diperkirakan 10 miliar dolar AS) terlalu besar. Fisikawan dan insinyur diminta untuk mengurangi biaya instalasi. Dan ini hanya bisa dilakukan dengan mengorbankan ukuran. "Desain ulang" ITER dipimpin oleh fisikawan Prancis Robert Aymar, yang sebelumnya mengerjakan tokamak Prancis Tore Supra di Karadash. Jari-jari luar torus plasma telah dikurangi dari 8,2 meter menjadi 6,3 meter. Namun, risiko yang terkait dengan perampingan agak diimbangi oleh beberapa magnet superkonduktor tambahan, yang memungkinkan untuk menerapkan rezim kurungan plasma yang ditemukan dan dieksplorasi.

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

10:14 - Reaktor Termonuklir Eksperimental Internasional ITER

Lokasi pembangunan reaktor fusi ITER pada Oktober 2016. Reaktor itu sendiri akan berada di tengah, di mana lingkaran dengan derek berada.

Jadi, ini adalah posting pertama dengan catatan dan deskripsi singkat tentang apa yang kami bahas di rubrik saya di hujan perak. Topik edisi kemarin adalah energi termonuklir dan instalasi ilmiah paling mahal di dunia - ITER.

Jadi apa itu ITER?
ITER (Reaktor Eksperimental Termonuklir Internasional) adalah reaktor termonuklir eksperimental internasional. Itu sedang dibangun oleh upaya puluhan negara di pusat nuklir Prancis Cadarache. Perencanaan untuk itu dimulai pada 1980-an, proyek ini dikembangkan dari 1992 hingga 2007, konstruksi dimulai pada 2009. Plasma pertama diharapkan dapat diterima pada tahun 2025, dan penyelesaian akhir serta mencapai parameter kerja maksimum yang direncanakan menurut proyek akan sekitar tahun 2035. Mengapa ini penting dan menarik? Pertama, ITER adalah fasilitas ilmiah dan eksperimental yang paling mahal dan kompleks di dunia. Biayanya sudah diperkirakan lebih dari 20 miliar euro. Large Hadron Collider, sebagai perbandingan, menelan biaya 6 miliar euro dan membutuhkan waktu 7 tahun untuk membangunnya. Kedua, ITER adalah hal terpenting yang sedang dilakukan sekarang menuju pengembangan energi termonuklir, yang berpotensi memecahkan semua masalah energi umat manusia di masa depan. Tujuan dari instalasi ini adalah untuk menunjukkan kemungkinan fusi termonuklir terkontrol dengan kapasitas skala industri dan untuk mengumpulkan pengalaman untuk pembangunan pembangkit listrik termonuklir pertama. Jadi ITER sendiri belum akan menghasilkan listrik.

Dalam reaktor termonuklir, tidak seperti reaktor nuklir konvensional, reaksi fisi inti berat uranium atau plutonium tidak digunakan, tetapi reaksi fusi inti helium ringan dari isotop hidrogen - deuterium dan tritium. Reaksi fusi serupa terjadi di Matahari, sehingga energi matahari dan angin "alternatif" dalam beberapa hal merupakan penggunaan tidak langsung energi termonuklir bintang kita.

Pada saat yang sama, sangat sulit untuk membuat reaksi fusi termonuklir yang terkendali. Mereka belajar bagaimana menghasilkan reaksi termonuklir yang tidak terkendali di bumi - dalam bentuk bom termonuklir hidrogen, yang paling kuat yang dibuat oleh manusia. Tapi untuk tujuan damai belum bisa digunakan. Ada beberapa kesulitan di sini. Pertama, reaksi fusi membutuhkan suhu tinggi. Hal ini diperlukan untuk membubarkan dan bertabrakan dua inti ringan dengan muatan positif yang sama, yang pada kecepatan yang lebih rendah hanya akan menolak. Oleh karena itu, suhu Matahari mencapai 15 juta derajat, dan di reaktor ITER akan ada lebih banyak lagi - 150 juta derajat.

Zat pada suhu seperti itu hanya ada dalam bentuk plasma - keadaan agregat keempat materi setelah padat, cair dan gas, di mana tidak ada lagi atom, tetapi hanya partikel bermuatan yang terpisah - inti, proton dan elektron. Oleh karena itu, kesulitan kedua dari instalasi termonuklir adalah retensi plasma ini di dalam reaktor. Tidak ada bahan yang dapat menahan kontak dengan plasma ini, jadi itu harus dipegang bukan oleh materi, tetapi oleh medan magnet. Jika Anda memberikan bidang bentuk tertutup, maka partikel bermuatan akan berada di dalamnya. Namun, bahkan secara teoritis tidak mungkin untuk membuat medan magnet tertutup bola (karena teorema menyisir landak), sehingga medan berbentuk torus diusulkan untuk menampung plasma. Bagel, dengan kata lain. Dan itu ditemukan dan diimplementasikan untuk pertama kalinya oleh para ilmuwan Soviet. Oleh karena itu, nama desain seperti itu - Tokamak (Ruang Toroidal dengan kumparan magnet), memasuki dunia sains dari bahasa Rusia. ITER akan menjadi tokamak terbesar dan terkuat di dunia, meskipun sudah ada lebih dari 300 di planet ini.

Nah, dan satu lagi kesulitan - untuk menciptakan medan magnet yang diperlukan, magnet superkonduktor besar diperlukan, didinginkan oleh helium cair hingga suhu di bawah -270 derajat Celcius. Jadi ternyata tokamak adalah alat di mana, dalam ruang hampa (karena selain bahan bakar, deuterium dan tritium, tidak ada pengotor gas yang diizinkan di dalamnya), akan terjadi reaksi di dalam kumparan dengan suhu minus pada suhu 150 juta derajat. Ini sandwich panasnya. Lebih tepatnya, bagel.

Ukuran dan kerumitan instalasi dapat diperkirakan dari diagram ini.

Tetapi berapa ukuran sebenarnya dari cincin magnet yang akan digunakan untuk merakit ruang tokamak yang ditunjukkan pada diagram di atas. Foto-foto yang lebih seru.

Baca lebih lanjut tentang fisika tokamak dan perangkatnya di jari di sini.

Akan sulit bagi negara-negara paling maju sekalipun untuk melakukan proyek semacam itu sendirian. Karena kerumitan instalasi, perlu untuk menggabungkan pengetahuan dan pengalaman semua negara yang terlibat dalam penelitian fusi. Proyek ITER melibatkan Uni Eropa bersatu, Amerika Serikat, Rusia, Jepang, Korea Selatan, Cina, dan India. Belakangan, Kazakhstan bergabung, dan baru-baru ini bahkan Iran. Seseorang berinvestasi dalam proyek dengan uang, dan seseorang dalam bentuk peralatan bangunan. Rusia, misalnya, membangun banyak komponen penting, seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Dan Anda dapat membaca lebih lanjut tentang partisipasi Rusia di situs web pusat proyek Rusia ITER.

Bagian dari desain ITER, yang dibuat di Rusia. Nilai mereka beberapa miliar euro.

Menggabungkan upaya bermanfaat bagi semua orang - dengan menginvestasikan bagian mereka, negara kemudian mendapatkan akses ke semua informasi yang diperoleh di fasilitas percontohan. Energi termonuklir memang bisa menjadi milik seluruh umat manusia. Alasan lain yang mungkin untuk proyek yang dilaksanakan sebagai kerjasama internasional adalah pembagian risiko. Itu masih sangat jauh dari penampilan instalasi komersial (ITER sendiri bahkan belum akan menghasilkan energi, setelah itu reaktor DEMO berikutnya akan melakukannya), semua orang mengerti ini, dan tidak menguntungkan untuk melakukan eksperimen mahal seperti itu sendirian. Negara-negara, secara kasar, berinvestasi di masa depan yang jauh dan mempertahankan potensi ilmiah di bidang energi termonuklir, tetapi pada saat yang sama mereka berbagi risiko bahwa produk tidak akan segera muncul dan tidak dalam bentuk yang dapat digunakan.

Meskipun saya terlibat dalam studi energi nuklir, tetapi reaktor termonuklir adalah topik yang sangat terpisah dan jauh dari pembangkit listrik tenaga nuklir tradisional sehingga baru sekarang saya terjun cukup dalam ke dalamnya. Sekarang tampaknya bagi saya bahwa secara teknis masalah penggunaan energi termonuklir terkendali secara damai akan terpecahkan. Itu hanya berapa banyak permintaan pada saat penciptaan dan kapan tepatnya ini akan terjadi masih sulit untuk dikatakan.

ITER (ITER, Reaktor Eksperimental Termonuklir Internasional, "Reaktor Termonuklir Eksperimental Internasional") adalah proyek ilmiah dan teknis berskala besar yang bertujuan untuk membangun reaktor termonuklir eksperimental internasional pertama.

Diimplementasikan oleh tujuh mitra utama (Uni Eropa, India, Cina, Republik Korea, Rusia, AS, Jepang) di Cadarache (wilayah Provence-Alpes-Côte d'Azur, Prancis). ITER didasarkan pada fasilitas tokamak (dinamai berdasarkan huruf pertama: ruang toroidal dengan kumparan magnet), yang dianggap sebagai perangkat paling menjanjikan untuk fusi termonuklir terkontrol. Tokamak pertama dibangun di Uni Soviet pada tahun 1954.

Tujuan dari proyek ini adalah untuk menunjukkan bahwa energi fusi dapat digunakan pada skala industri. ITER seharusnya menghasilkan energi dengan reaksi fusi dengan isotop hidrogen berat pada suhu lebih dari 100 juta derajat.

Diasumsikan bahwa 1 g bahan bakar (campuran deuterium dan tritium) yang akan digunakan dalam instalasi akan memberikan energi yang sama dengan 8 ton minyak. Perkiraan daya termonuklir ITER adalah 500 MW.

Para ahli mengatakan bahwa reaktor jenis ini jauh lebih aman daripada pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) saat ini, dan air laut dapat menyediakan bahan bakar untuk itu dalam jumlah yang hampir tidak terbatas. Dengan demikian, keberhasilan implementasi ITER akan menyediakan sumber energi bersih yang tidak ada habisnya.

Sejarah proyek

Konsep reaktor dikembangkan di Institut Energi Atom. I.V. Kurchatov. Pada tahun 1978, Uni Soviet mengajukan gagasan untuk melaksanakan proyek di Badan Energi Atom Internasional (IAEA). Kesepakatan tentang implementasi proyek dicapai pada tahun 1985 di Jenewa selama negosiasi antara Uni Soviet dan Amerika Serikat.

Program ini kemudian disetujui oleh IAEA. Pada tahun 1987, proyek menerima nama saat ini, pada tahun 1988 badan pengatur, Dewan ITER, didirikan. Pada tahun 1988-1990. Ilmuwan dan insinyur Soviet, Amerika, Jepang dan Eropa melakukan studi konseptual proyek tersebut.

Pada tanggal 21 Juli 1992 di Washington, Uni Eropa, Rusia, Amerika Serikat dan Jepang menandatangani perjanjian pengembangan proyek teknis ITER, yang selesai pada tahun 2001. Pada tahun 2002-2005. Korea Selatan, Cina dan India bergabung dalam proyek tersebut. Perjanjian pembangunan reaktor termonuklir eksperimental internasional pertama ditandatangani di Paris pada 21 November 2006.

Setahun kemudian, pada 7 November 2007, sebuah perjanjian ditandatangani di situs konstruksi ITER, yang menurutnya reaktor akan berlokasi di Prancis, di pusat nuklir Cadarache dekat Marseille. Pusat kendali dan pemrosesan data akan berlokasi di Naka (Prefektur Ibaraki, Jepang).

Persiapan lokasi di Cadarache dimulai pada Januari 2007, dan konstruksi skala penuh dimulai pada 2013. Kompleks tersebut akan berlokasi di atas lahan seluas 180 hektar. Reaktor dengan ketinggian 60 m dan massa 23 ribu ton akan ditempatkan di lokasi dengan panjang 1 km dan lebar 400 m.Pekerjaan konstruksinya dikoordinasikan oleh Organisasi Internasional ITER, didirikan pada Oktober 2007.

Biaya proyek diperkirakan mencapai 15 miliar euro, di mana Uni Eropa (melalui Euratom) menyumbang 45,4%, dan enam peserta lainnya (termasuk Federasi Rusia) masing-masing menyumbang 9,1%. Sejak 1994, Kazakhstan juga telah berpartisipasi dalam proyek di bawah kuota Rusia.

Elemen-elemen reaktor akan dikirim dengan kapal ke pantai Mediterania Prancis dan dari sana diangkut dengan karavan khusus ke daerah Cadarache. Untuk tujuan ini, pada tahun 2013, bagian dari jalan yang ada secara signifikan dilengkapi kembali, jembatan diperkuat, penyeberangan baru dan jalan dengan permukaan yang sangat kuat dibangun. Dalam kurun waktu 2014 hingga 2019, setidaknya tiga lusin KA super berat harus melewati jalan perkuatan tersebut.

Sistem diagnostik plasma untuk ITER akan dikembangkan di Novosibirsk. Kesepakatan tentang ini ditandatangani pada 27 Januari 2014 oleh Direktur Organisasi Internasional ITER, Osamu Motojima, dan kepala Badan Nasional ITER di Federasi Rusia, Anatoly Krasilnikov.

Pengembangan kompleks diagnostik di bawah perjanjian baru sedang dilakukan berdasarkan Institut Fisika-Teknis. A. F. Ioffe dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia.

Diharapkan reaktor akan dioperasikan pada tahun 2020, reaksi pertama untuk fusi nuklir akan dilakukan di atasnya tidak lebih awal dari tahun 2027. Pada tahun 2037, direncanakan untuk menyelesaikan bagian percobaan proyek dan pada tahun 2040 beralih ke pembangkit listrik. Menurut perkiraan awal para ahli, versi industri reaktor akan siap tidak lebih awal dari tahun 2060, dan serangkaian reaktor jenis ini hanya dapat dibuat pada akhir abad ke-21.