ინფორმაცია თერმობირთვული რეაქტორის შესახებ. გზა მზისკენ - საფრანგეთში შერწყმის რეაქტორის მსოფლიო მშენებლობა

დღეს ბევრი ქვეყანა მონაწილეობს თერმობირთვულ კვლევებში. ლიდერები არიან ევროკავშირი, აშშ, რუსეთი და იაპონია, ხოლო ჩინეთის, ბრაზილიის, კანადისა და კორეის პროგრამები სწრაფად იზრდება. თავდაპირველად, შერწყმის რეაქტორები შეერთებულ შტატებსა და სსრკ-ში დაკავშირებული იყო ბირთვული იარაღის განვითარებასთან და რჩებოდა კლასიფიცირებული 1958 წელს ჟენევაში გამართული ატომები მშვიდობისთვის კონფერენციამდე. საბჭოთა ტოკამაკის შექმნის შემდეგ, 1970-იან წლებში ბირთვული შერწყმის კვლევა „დიდ მეცნიერებად“ იქცა. მაგრამ მოწყობილობების ღირებულება და სირთულე იმდენად გაიზარდა, რომ საერთაშორისო თანამშრომლობა გახდა ერთადერთი გზა.

თერმობირთვული რეაქტორები მსოფლიოში

1970-იანი წლებიდან მოყოლებული, შერწყმის ენერგიის კომერციული გამოყენება მუდმივად 40 წლით უკან იხევდა. თუმცა, ბოლო წლებში ბევრი რამ მოხდა, რის გამოც ეს პერიოდი შეიძლება შემცირდეს.

აშენდა რამდენიმე ტოკამაკი, მათ შორის ევროპული JET, ბრიტანული MAST და ექსპერიმენტული შერწყმის რეაქტორი TFTR პრინსტონში, აშშ. საერთაშორისო ITER პროექტი ამჟამად მიმდინარეობს საფრანგეთში, კადარაშიში. ის გახდება ყველაზე დიდი ტოკამაკი, როდესაც ის 2020 წელს ამოქმედდება. 2030 წელს CFETR აშენდება ჩინეთში, რომელიც გადააჭარბებს ITER-ს. იმავდროულად, PRC აწარმოებს კვლევას EAST ექსპერიმენტულ სუპერგამტარ ტოკამაკზე.

მკვლევარებში ასევე პოპულარულია სხვა ტიპის შერწყმის რეაქტორები - ვარსკვლავები. ერთ-ერთმა უდიდესმა LHD-მა დაიწყო მუშაობა იაპონიის ეროვნულ ინსტიტუტში 1998 წელს. იგი გამოიყენება საუკეთესო მაგნიტური პლაზმური კონფიგურაციის მოსაძებნად. გერმანულმა მაქს პლანკის ინსტიტუტმა ჩაატარა კვლევა Wendelstein 7-AS რეაქტორზე გარჩინგში 1988-2002 წლებში და ამჟამად Wendelstein 7-X-ზე, რომელიც 19 წელზე მეტი ხნის განმავლობაში მშენებარე იყო. კიდევ ერთი TJII ვარსკვლავი მუშაობს მადრიდში, ესპანეთში. შეერთებულ შტატებში, პრინსტონის ლაბორატორიამ (PPPL), სადაც 1951 წელს აშენდა ამ ტიპის პირველი შერწყმის რეაქტორი, შეაჩერა NCSX-ის მშენებლობა 2008 წელს ხარჯების გადაჭარბებისა და დაფინანსების ნაკლებობის გამო.

გარდა ამისა, მნიშვნელოვანი პროგრესი იქნა მიღწეული ინერციული თერმობირთვული შერწყმის კვლევაში. ლივერმორის ეროვნულ ლაბორატორიაში (LLNL) 7 მილიარდი დოლარის ღირებულების ეროვნული აალებადი ობიექტის (NIF) მშენებლობა, რომელიც დაფინანსებულია ბირთვული უსაფრთხოების ეროვნული ადმინისტრაციის მიერ, დასრულდა 2009 წლის მარტში. ფრანგულმა Laser Mégajoule (LMJ) ფუნქციონირება დაიწყო 2014 წლის ოქტომბერში. შერწყმის რეაქტორები იყენებენ დაახლოებით 2 მილიონი ჯოული სინათლის ენერგიას, რომელიც მიწოდებულია ლაზერების მიერ წამის რამდენიმე მილიარდი ნაწილის სამიზნეზე, რათა დაიწყოს ბირთვული შერწყმის რეაქცია. NIF და LMJ-ის მთავარი ამოცანაა ეროვნული სამხედრო ბირთვული პროგრამების მხარდაჭერის კვლევა.

ITER

1985 წელს საბჭოთა კავშირმა შესთავაზა შემდეგი თაობის ტოკამაკის აშენება ევროპასთან, იაპონიასთან და შეერთებულ შტატებთან ერთად. სამუშაოები IAEA-ს ეგიდით მიმდინარეობდა. 1988-დან 1990 წლამდე შეიქმნა საერთაშორისო თერმობირთვული ექსპერიმენტული რეაქტორის პირველი დიზაინი, ITER, რომელიც ასევე ნიშნავს "გზას" ან "მოგზაურობას" ლათინურად, რათა დაემტკიცებინა, რომ შერწყმას შეეძლო უფრო მეტი ენერგიის გამომუშავება, ვიდრე შთანთქავს. კანადა და ყაზახეთი ასევე მონაწილეობდნენ ევრატომის და რუსეთის შუამავლობით.

ექვსი წლის შემდეგ, ITER-ის საბჭომ დაამტკიცა პირველი ყოვლისმომცველი რეაქტორის პროექტი დაფუძნებული ფიზიკასა და ტექნოლოგიაზე, რომლის ღირებულება 6 მილიარდი დოლარია. შემდეგ აშშ გამოვიდა კონსორციუმიდან, რამაც აიძულა ისინი გაენახევრებინათ ხარჯები და შეეცვალათ პროექტი. შედეგი იყო ITER-FEAT, რომელიც დაჯდა $3 მილიარდი, მაგრამ მიაღწია თვითშენარჩუნების პასუხს და პოზიტიურ ძალაუფლების ბალანსს.

2003 წელს შეერთებული შტატები კვლავ შეუერთდა კონსორციუმს და ჩინეთმა გამოაცხადა მასში მონაწილეობის სურვილი. შედეგად, 2005 წლის შუა რიცხვებში, პარტნიორები შეთანხმდნენ ITER-ის აშენებაზე სამხრეთ საფრანგეთში, კადარაში. ევროკავშირმა და საფრანგეთმა შეიტანეს 12,8 მილიარდი ევროს ნახევარი, ხოლო იაპონიამ, ჩინეთმა, სამხრეთ კორეამ, აშშ-მ და რუსეთმა თითო 10%. იაპონიამ უზრუნველყო მაღალტექნოლოგიური კომპონენტები, მასპინძლობდა 1 მილიარდი ევროს ღირებულების IFMIF ობიექტს მასალების ტესტირებისთვის და ჰქონდა უფლება აეშენებინა შემდეგი საცდელი რეაქტორი. ITER-ის მთლიანი ღირებულება მოიცავს მშენებლობის 10 წლის ღირებულების ნახევარს და 20 წლის ექსპლუატაციის ღირებულების ნახევარს. ინდოეთი გახდა ITER-ის მეშვიდე წევრი 2005 წლის ბოლოს.

ექსპერიმენტები 2018 წელს უნდა დაიწყოს წყალბადის გამოყენებით მაგნიტის გააქტიურების თავიდან ასაცილებლად. D-T პლაზმის გამოყენება არ არის მოსალოდნელი 2026 წლამდე.

ITER-ის მიზანია გამოიმუშაოს 500 მეგავატი (მინიმუმ 400 წმ) 50 მგვტ-ზე ნაკლები შეყვანის სიმძლავრის გამოყენებით ელექტროენერგიის გამომუშავების გარეშე.

დემოს 2 გიგავატიანი სადემონსტრაციო ელექტროსადგური აწარმოებს ფართომასშტაბიან წარმოებას მუდმივ საფუძველზე. დემო-ს კონცეფციის დიზაინი 2017 წლისთვის დასრულდება, მშენებლობა კი 2024 წელს დაიწყება. გაშვება 2033 წელს მოხდება.

JET

1978 წელს ევროკავშირმა (ევრატომმა, შვედეთმა და შვეიცარიამ) დაიწყო ერთობლივი ევროპული JET პროექტი დიდ ბრიტანეთში. JET არის ყველაზე დიდი მოქმედი ტოკამაკი მსოფლიოში დღეს. მსგავსი JT-60 რეაქტორი მუშაობს იაპონიის Fusion Fusion-ის ეროვნულ ინსტიტუტში, მაგრამ მხოლოდ JET-ს შეუძლია დეიტერიუმ-ტრიტიუმის საწვავის გამოყენება.

რეაქტორი ამოქმედდა 1983 წელს და გახდა პირველი ექსპერიმენტი, რის შედეგადაც 1991 წლის ნოემბერში კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმა ერთ წამში 16 მგვტ-მდე სიმძლავრით და 5 მგვტ სტაბილური სიმძლავრით განხორციელდა დეიტერიუმზე. ტრიტიუმის პლაზმა. მრავალი ექსპერიმენტი ჩატარდა გათბობის სხვადასხვა სქემებისა და სხვა ტექნიკის შესასწავლად.

JET-ის შემდგომი გაუმჯობესება მისი სიმძლავრის გაზრდაა. MAST კომპაქტური რეაქტორი მუშავდება JET-თან ერთად და არის ITER პროექტის ნაწილი.

K-STAR

K-STAR არის კორეული სუპერგამტარი ტოკამაკი დეჯეონში მდებარე ეროვნული შერწყმის კვლევის ინსტიტუტიდან (NFRI), რომელმაც თავისი პირველი პლაზმა 2008 წლის შუა რიცხვებში გამოუშვა. ITER, რომელიც საერთაშორისო თანამშრომლობის შედეგია. 1,8 მ რადიუსის ტოკამაკი არის პირველი რეაქტორი, რომელიც გამოიყენებს Nb3Sn ზეგამტარ მაგნიტებს, იგივე, რაც დაგეგმილი იქნება ITER-ში. პირველი ეტაპის დროს, რომელიც დასრულდა 2012 წელს, K-STAR-მა უნდა დაამტკიცოს ძირითადი ტექნოლოგიების სიცოცხლისუნარიანობა და მიაღწიოს პლაზმურ იმპულსებს 20 წმ-მდე ხანგრძლივობით. მეორე ეტაპზე (2013-2017 წწ.) მიმდინარეობს მისი განახლება H- რეჟიმში 300 წმ-მდე ხანგრძლივი იმპულსების შესასწავლად და მაღალი ხარისხის AT რეჟიმში გადასვლაზე. მესამე ფაზის (2018-2023) მიზანია უწყვეტი პულსის რეჟიმში მაღალი წარმადობისა და ეფექტურობის მიღწევა. მე-4 ეტაპზე (2023-2025 წწ.) მოხდება დემო ტექნოლოგიების ტესტირება. მოწყობილობა არ შეიცავს ტრიტიუმს და არ იყენებს D-T საწვავს.

K-DEMO

შემუშავებული აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის პრინსტონის პლაზმური ფიზიკის ლაბორატორიასთან (PPPL) და სამხრეთ კორეის NFRI-სთან თანამშრომლობით, K-DEMO იქნება შემდეგი ნაბიჯი კომერციული რეაქტორების განვითარებაში ITER-ის შემდეგ და იქნება პირველი ელექტროსადგური, რომელსაც შეუძლია გენერირება. ელექტროენერგია ელექტრო ქსელში, კერძოდ 1 მილიონი კვტ რამდენიმე კვირაში. მას ექნება დიამეტრი 6,65 მ და ექნება რეპროდუქციის ზონის მოდული, რომელიც შეიქმნება DEMO პროექტის ფარგლებში. კორეის განათლების, მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების სამინისტრო გეგმავს მასში დაახლოებით ტრილიონი კორეული ვონის ($941 მილიონი) ინვესტიციას განახორციელოს.

აღმოსავლეთი

ჩინურმა ექსპერიმენტულმა გაფართოებულმა სუპერგამტარმა ტოკამაკმა (EAST) ჰეფეის ჩინეთის ფიზიკის ინსტიტუტში შექმნა წყალბადის პლაზმა 50 მილიონი °C ტემპერატურაზე და გააჩერა იგი 102 წამის განმავლობაში.

TFTR

ამერიკულ ლაბორატორიაში PPPL, ექსპერიმენტული შერწყმის რეაქტორი TFTR მუშაობდა 1982 წლიდან 1997 წლამდე. 1993 წლის დეკემბერში TFTR გახდა პირველი მაგნიტური ტოკამაკი, რომელმაც ჩაატარა ვრცელი ექსპერიმენტები დეიტერიუმ-ტრიტიუმის პლაზმასთან. მომდევნო წელს რეაქტორმა გამოუშვა მაშინდელი რეკორდული 10,7 მეგავატი კონტროლირებადი სიმძლავრე, ხოლო 1995 წელს მიღწეული იქნა ტემპერატურის რეკორდი 510 მილიონი °C. თუმცა, ობიექტმა ვერ მიაღწია შერწყმის ენერგიის მიზანს, მაგრამ წარმატებით დააკმაყოფილა ტექნიკის დიზაინის მიზნები, რამაც მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანა ITER-ის განვითარებაში.

LHD

ტოკიში, გიფუს პრეფექტურაში, იაპონიის Fusion Fusion-ის ეროვნული ინსტიტუტის LHD იყო მსოფლიოში ყველაზე დიდი ვარსკვლავი. შერწყმის რეაქტორი ამოქმედდა 1998 წელს და აჩვენა პლაზმური შეზღუდვის თვისებები, რომლებიც შედარებულია სხვა დიდ ობიექტებთან. მიღწეული იქნა იონის ტემპერატურა 13,5 კევ (დაახლოებით 160 მილიონი °C) და ენერგია 1,44 MJ.

ვენდელშტეინი 7-X

ერთი წლის ტესტირების შემდეგ, რომელიც დაიწყო 2015 წლის ბოლოს, ჰელიუმის ტემპერატურამ მოკლედ მიაღწია 1 მილიონ °C-ს. 2016 წელს წყალბადის პლაზმის შერწყმის რეაქტორმა, რომელიც იყენებდა 2 მეგავატ სიმძლავრეს, წამის მეოთხედში მიაღწია 80 მილიონ °C ტემპერატურას. W7-X მსოფლიოში ყველაზე დიდი ვარსკვლავური სისტემაა და დაგეგმილია უწყვეტად მუშაობა 30 წუთის განმავლობაში. რეაქტორის ღირებულება 1 მილიარდი ევრო იყო.

NIF

ეროვნული ანთების დაწესებულება (NIF) ლივერმორის ეროვნულ ლაბორატორიაში (LLNL) დასრულდა 2009 წლის მარტში. მისი 192 ლაზერული სხივის გამოყენებით, NIF-ს შეუძლია 60-ჯერ მეტი ენერგიის კონცენტრირება, ვიდრე ნებისმიერი წინა ლაზერული სისტემა.

ცივი ბირთვული შერწყმა

1989 წლის მარტში ორმა მკვლევარმა, ამერიკელმა სტენლი პონსმა და ბრიტანელმა მარტინ ფლეიშმანმა განაცხადეს, რომ მათ გაუშვეს მარტივი სკამზე ცივი შერწყმის რეაქტორი, რომელიც მუშაობს ოთახის ტემპერატურაზე. პროცესი შედგებოდა მძიმე წყლის ელექტროლიზში პალადიუმის ელექტროდების გამოყენებით, რომელზედაც დეიტერიუმის ბირთვები იყო კონცენტრირებული მაღალი სიმკვრივით. მკვლევარები ამტკიცებენ, რომ წარმოიქმნა სითბო, რომელიც მხოლოდ ბირთვული პროცესებით აიხსნებოდა და არსებობდა შერწყმის ქვეპროდუქტები, მათ შორის ჰელიუმი, ტრიტიუმი და ნეიტრონები. თუმცა, სხვა ექსპერიმენტატორებმა ვერ გაიმეორეს ეს გამოცდილება. სამეცნიერო საზოგადოების უმეტესობას არ სჯერა, რომ ცივი შერწყმის რეაქტორები რეალურია.

დაბალი ენერგიის ბირთვული რეაქციები

„ცივი შერწყმის“ შესახებ პრეტენზიებით დაწყებული კვლევა გაგრძელდა დაბალ ენერგეტიკულ სფეროში გარკვეული ემპირიული მხარდაჭერით, მაგრამ არ იყო მიღებული სამეცნიერო ახსნა. როგორც ჩანს, სუსტი ბირთვული ურთიერთქმედება გამოიყენება ნეიტრონების შესაქმნელად და დასაჭერად (და არა ძლიერი ძალის, როგორც ან მათ სინთეზში). ექსპერიმენტები გულისხმობს წყალბადის ან დეიტერიუმის შეღწევას კატალიზური კალაპოტის მეშვეობით და რეაქციას მეტალთან. მკვლევარები აცხადებენ, რომ დაფიქსირდა ენერგიის გამოყოფა. მთავარი პრაქტიკული მაგალითია წყალბადის ურთიერთქმედება ნიკელის ფხვნილთან სითბოს გამოყოფით, რომლის რაოდენობა იმაზე მეტია, ვიდრე ნებისმიერ ქიმიურ რეაქციას შეუძლია.

საჭიროა თუ არა თერმობირთვული ენერგია?

ცივილიზაციის განვითარების ამ ეტაპზე თამამად შეგვიძლია ვთქვათ, რომ კაცობრიობა „ენერგეტიკული გამოწვევის“ წინაშე დგას. ეს განპირობებულია რამდენიმე ფუნდამენტური ფაქტორით ერთდროულად:

კაცობრიობა ახლა მოიხმარს უზარმაზარ ენერგიას.

— გლობალური ენერგიის მოხმარება სწრაფად იზრდება.

საერთაშორისო ენერგეტიკის სააგენტოს (2006) პროგნოზის მიხედვით, 2030 წლისთვის მსოფლიო ენერგიის მოხმარება 50%-ით უნდა გაიზარდოს.

— ამჟამად მსოფლიოს მიერ მოხმარებული ენერგიის 80% წიაღისეული საწვავის (ნავთობი, ქვანახშირი და გაზი) დაწვით იქმნება.), რომლის გამოყენება პოტენციურად შეიცავს გარემოს კატასტროფული ცვლილებების რისკს.

საუდის არაბეთის მოსახლეობაში პოპულარულია შემდეგი ხუმრობა: „მამაჩემი აქლემზე ჯდებოდა. მანქანა ავიღე და ჩემი შვილი უკვე თვითმფრინავით დაფრინავს. მაგრამ ახლა მისი ვაჟი ისევ აქლემზე დაჯდება“.

როგორც ჩანს, ასეა, რადგან ყველა სერიოზული პროგნოზით, მსოფლიოს ნავთობის მარაგი ძირითადად დაახლოებით 50 წელიწადში ამოიწურება.

აშშ-ს გეოლოგიური სამსახურის შეფასებითაც კი (ეს პროგნოზი ბევრად უფრო ოპტიმისტურია, ვიდრე სხვები), ნავთობის მსოფლიო წარმოების ზრდა გაგრძელდება არაუმეტეს მომდევნო 20 წლის განმავლობაში (სხვა ექსპერტები ვარაუდობენ, რომ წარმოების პიკს მიაღწევს 5-10 წელი), რის შემდეგაც წარმოებული ნავთობის მოცულობა დაიწყებს კლებას წელიწადში დაახლოებით 3%-ით. ბუნებრივი გაზის წარმოების პერსპექტივები ბევრად უკეთესი არ გამოიყურება. ჩვეულებრივ ამბობენ, რომ ჩვენ გვექნება საკმარისი ქვანახშირი კიდევ 200 წლის განმავლობაში, მაგრამ ეს პროგნოზი ეფუძნება წარმოებისა და მოხმარების ამჟამინდელი დონის შენარჩუნებას. იმავდროულად, ნახშირის მოხმარება ყოველწლიურად იზრდება 4,5%-ით, რაც დაუყოვნებლივ ამცირებს ხსენებულ 200 წლიან პერიოდს მხოლოდ 50 წლამდე.

ამრიგად, უკვე ახლა უნდა მოვემზადოთ წიაღისეული საწვავის გამოყენების ეპოქის დასასრულისთვის.

სამწუხაროდ, ამჟამად არსებული ალტერნატიული ენერგიის წყაროები ვერ ახერხებენ კაცობრიობის მზარდი საჭიროებების დაფარვას. ყველაზე ოპტიმისტური შეფასებით, ჩამოთვლილი წყაროების მიერ გამომუშავებული ენერგიის მაქსიმალური რაოდენობა (სითბოს ეკვივალენტში) არის მხოლოდ 3 TW (ქარი), 1 TW (ჰიდრო), 1 TW (ბიოლოგიური წყაროები) და 100 GW (გეოთერმული და ოფშორული დანადგარები). დამატებითი ენერგიის ჯამური რაოდენობა (თუნდაც ყველაზე ოპტიმალური პროგნოზით) არის მხოლოდ 6 ტვ. ამავდროულად, უნდა აღინიშნოს, რომ ახალი ენერგიის წყაროების განვითარება ძალიან რთული ტექნიკური ამოცანაა, ამიტომ მათ მიერ წარმოებული ენერგიის ღირებულება ნებისმიერ შემთხვევაში უფრო მაღალი იქნება, ვიდრე ნახშირის ჩვეულებრივი წვის დროს და ა.შ. როგორც ჩანს, საკმაოდ აშკარაა რომ

კაცობრიობამ უნდა მოძებნოს ენერგიის სხვა წყაროები, რომლებიც ამჟამად შეიძლება ჩაითვალოს მხოლოდ მზესა და თერმობირთვული შერწყმის რეაქციებში.

პოტენციურად, მზე ენერგიის თითქმის ამოუწურავი წყაროა. ენერგიის რაოდენობა, რომელიც მოდის პლანეტის ზედაპირის მხოლოდ 0,1%-ზე, უდრის 3,8 ტვ-ს (თუნდაც ის გარდაიქმნას მხოლოდ 15%-იანი ეფექტურობით). პრობლემა მდგომარეობს ამ ენერგიის აღების და გარდაქმნის შეუძლებლობაში, რაც დაკავშირებულია როგორც მზის პანელების მაღალ ღირებულებასთან, ასევე მიღებული ენერგიის დაგროვების, შენახვისა და საჭირო რეგიონებში შემდგომ გადატანის პრობლემებთან.

დღეისათვის ატომური ელექტროსადგურები დიდი მასშტაბით იღებენ ატომური ბირთვების დაშლის რეაქციების დროს გამოთავისუფლებულ ენერგიას. მიმაჩნია, რომ ასეთი სადგურების შექმნა და განვითარება ყველანაირად უნდა წახალისდეს, მაგრამ გასათვალისწინებელია, რომ მათი ექსპლუატაციისთვის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მასალის (იაფი ურანის) მარაგი ასევე შეიძლება მთლიანად იქნას გამოყენებული. შემდეგი 50 წელი.

განვითარების კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი სფეროა ბირთვული შერწყმის გამოყენება (ბირთვული შერწყმა), რომელიც ახლა ხსნის მთავარ იმედად მოქმედებს, თუმცა პირველი თერმობირთვული ელექტროსადგურების შექმნის დრო გაურკვეველი რჩება. ეს ლექცია ეძღვნება ამ თემას.

რა არის ბირთვული შერწყმა?

ბირთვული შერწყმა, რომელიც მზისა და ვარსკვლავების არსებობის საფუძველია, პოტენციურად ენერგიის ამოუწურავი წყაროა ზოგადად სამყაროს განვითარებისთვის. ექსპერიმენტები ჩატარდა რუსეთში (რუსეთი არის ტოკამაკის შერწყმის ობიექტის სამშობლო), შეერთებულ შტატებში, იაპონიაში, გერმანიაში, ასევე დიდ ბრიტანეთში ერთობლივი ევროპული Torus (JET) პროგრამის ფარგლებში, რომელიც არის ერთ-ერთი წამყვანი კვლევითი პროგრამა. მსოფლიოში, აჩვენეთ, რომ ბირთვულ შერწყმას შეუძლია უზრუნველყოს არა მხოლოდ კაცობრიობის ამჟამინდელი ენერგეტიკული მოთხოვნილებები (16 TW), არამედ გაცილებით დიდი რაოდენობით ენერგია.

ბირთვული შერწყმის ენერგია ძალიან რეალურია და მთავარი კითხვაა, შეგვიძლია თუ არა შევქმნათ საკმარისად საიმედო და ეკონომიური თერმობირთვული ობიექტები.

ბირთვული შერწყმის პროცესებს უწოდებენ მსუბუქი ატომის ბირთვების შერწყმის რეაქციას უფრო მძიმე ბირთვებში გარკვეული რაოდენობის ენერგიის გამოყოფით.

უპირველეს ყოვლისა, მათ შორის უნდა აღინიშნოს რეაქცია წყალბადის ორ იზოტოპს (დეიტერიუმი და ტრიტიუმი) შორის, რაც ძალიან გავრცელებულია დედამიწაზე, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ჰელიუმი და გამოიყოფა ნეიტრონი. რეაქცია შეიძლება დაიწეროს შემდეგი ფორმით:

D + T = 4 He + n + ენერგია (17,6 მევ).

გამოთავისუფლებული ენერგია, გამომდინარე იქიდან, რომ ჰელიუმ-4-ს აქვს ძალიან ძლიერი ბირთვული ბმები, გარდაიქმნება ჩვეულებრივ კინეტიკურ ენერგიად, რომელიც ნაწილდება ნეიტრონსა და ჰელიუმ-4 ბირთვს შორის 14,1 მევ / 3,5 მევ პროპორციით.

შერწყმის რეაქციის დასაწყებად (ანთებისთვის) საჭიროა დეიტერიუმის და ტრიტიუმის ნარევიდან გაზის სრულად იონიზაცია და გაცხელება 100 მილიონ გრადუს ცელსიუსზე მაღლა (ჩვენ აღვნიშნავთ მას M გრადუსად), რაც დაახლოებით ხუთჯერ მეტია. ვიდრე ტემპერატურა მზის ცენტრში. უკვე რამდენიმე ათასი გრადუსის ტემპერატურაზე, ატომთაშორისი შეჯახება იწვევს ელექტრონების ატომების გამოდევნას, რის შედეგადაც წარმოიქმნება გამოყოფილი ბირთვების და ელექტრონების ნარევი, რომელიც ცნობილია როგორც პლაზმა, რომელშიც დადებითად დამუხტული და მაღალი ენერგიის დეიტრონები და ტრიტონები (ანუ დეიტერიუმის და ტრიტიუმის ბირთვები) განიცდიან ძლიერ ურთიერთ მოგერიებას. თუმცა, პლაზმის მაღალი ტემპერატურა (და მასთან დაკავშირებული იონების მაღალი ენერგია) საშუალებას აძლევს ამ დეიტერიუმის და ტრიტიუმის იონებს გადალახონ კულონის მოგერიება და შეეჯახონ ერთმანეთს. 100 M გრადუსზე მაღლა ტემპერატურაზე, ყველაზე "ენერგიული" დეიტრონები და ტრიტონები უახლოვდებიან ერთმანეთს შეჯახებისას ისეთ ახლო დისტანციებზე, რომ ძლიერი ბირთვული ძალები იწყებენ მოქმედებას მათ შორის, აიძულებენ მათ შერწყმას ერთმანეთთან ერთ მთლიანობაში.

ამ პროცესის ლაბორატორიაში განხორციელება დაკავშირებულია სამ ძალიან რთულ პრობლემასთან. უპირველეს ყოვლისა, D და T ბირთვების აირის ნარევი უნდა გაცხელდეს 100 M გრადუსზე მაღლა ტემპერატურაზე, რაც გარკვეულწილად თავიდან აიცილებს მის გაციებას და დაბინძურებას (ჭურჭლის კედლებთან რეაქციების გამო).

ამ პრობლემის გადასაჭრელად გამოიგონეს „მაგნიტური ხაფანგები“, სახელად ტოკამაკი, რომლებიც ხელს უშლიან პლაზმის ურთიერთქმედებას რეაქტორის კედლებთან.

აღწერილი მეთოდით, პლაზმა თბება ტორუსში გამავალი ელექტრული დენით, დაახლოებით 3 M გრადუსამდე, რაც, თუმცა, ჯერ კიდევ არასაკმარისია რეაქციის დასაწყებად. პლაზმის დამატებითი გაცხელებისთვის ენერგია მასში ან "იტუმბება" რადიოსიხშირული გამოსხივებით (როგორც მიკროტალღურ ღუმელში), ან შეჰყავთ მაღალენერგეტიკული ნეიტრალური ნაწილაკების სხივები, რომლებიც შეჯახების დროს გადასცემს მათ ენერგიას პლაზმაში. გარდა ამისა, სითბოს განთავისუფლება ხდება, ფაქტობრივად, თერმობირთვული რეაქციების გამო (როგორც ქვემოთ იქნება აღწერილი), რის შედეგადაც, საკმარისად დიდ ინსტალაციაში, უნდა მოხდეს პლაზმის "ანთება".

ამჟამად საფრანგეთში მიმდინარეობს საერთაშორისო თერმობირთვული ექსპერიმენტული რეაქტორის (ITER) მშენებლობა, რომელიც იქნება პირველი ტოკამაკი, რომელსაც შეუძლია პლაზმის „აალება“.

ტოკამაკის ტიპის ყველაზე მოწინავე არსებულმა ობიექტებმა დიდი ხანია მიაღწიეს ტემპერატურას 150 M გრადუსამდე, რაც ახლოსაა შერწყმის სადგურის მუშაობისთვის საჭირო მნიშვნელობებთან, მაგრამ ITER რეაქტორი უნდა იყოს პირველი ფართომასშტაბიანი ელექტროსადგური. გრძელვადიანი ოპერაცია. მომავალში, საჭირო იქნება მისი მუშაობის პარამეტრების მნიშვნელოვნად გაუმჯობესება, რაც, პირველ რიგში, მოითხოვს პლაზმაში წნევის მატებას, რადგან მოცემულ ტემპერატურაზე ბირთვული შერწყმის სიჩქარე პროპორციულია კვადრატის. წნევა.

მთავარი სამეცნიერო პრობლემა ამ შემთხვევაში დაკავშირებულია იმ ფაქტთან, რომ როდესაც პლაზმაში წნევა იზრდება, წარმოიქმნება ძალიან რთული და საშიში არასტაბილურობა, ანუ არასტაბილური მუშაობის რეჟიმი.

ელექტრულად დამუხტული ჰელიუმის ბირთვები, რომლებიც წარმოიქმნება შერწყმის რეაქციის დროს, ინახება "მაგნიტურ ხაფანგში", სადაც ისინი თანდათან შენელდება სხვა ნაწილაკებთან შეჯახების გამო, ხოლო შეჯახების დროს გამოთავისუფლებული ენერგია ხელს უწყობს პლაზმის სვეტის მაღალი ტემპერატურის შენარჩუნებას. ნეიტრალური (ელექტრული მუხტის გარეშე) ნეიტრონები ტოვებენ სისტემას და თავიანთ ენერგიას გადასცემენ რეაქტორის კედლებს, ხოლო კედლებიდან მიღებული სითბო ენერგიის წყაროა ტურბინების მუშაობისთვის, რომლებიც გამოიმუშავებენ ელექტროენერგიას. ასეთი ობიექტის მუშაობის პრობლემები და სირთულეები, პირველ რიგში, დაკავშირებულია იმ ფაქტთან, რომ მაღალი ენერგიის ნეიტრონების მძლავრი ნაკადი და გამოთავისუფლებული ენერგია (ელექტრომაგნიტური გამოსხივების და პლაზმის ნაწილაკების სახით) სერიოზულად მოქმედებს რეაქტორზე და შეუძლია გაანადგუროს მასალები, საიდანაც ის შეიქმნა.

ამის გამო, თერმობირთვული დანადგარების დიზაინი ძალიან რთულია. ფიზიკოსები და ინჟინრები დგანან თავიანთი სამუშაოს მაღალი საიმედოობის უზრუნველსაყოფად. თერმობირთვული სადგურების დიზაინი და მშენებლობა მათგან მოითხოვს მრავალი მრავალფეროვანი და ძალიან რთული ტექნოლოგიური პრობლემის გადაჭრას.

თერმობირთვული ელექტროსადგურის მოწყობილობა

სურათზე ნაჩვენებია მოწყობილობის სქემატური დიაგრამა (არა მასშტაბური) და თერმობირთვული ელექტროსადგურის მუშაობის პრინციპი. ცენტრალურ ნაწილში არის ტოროიდული (დონატის ფორმის) კამერა ~ 2000 მ 3 მოცულობით, სავსე ტრიტიუმ-დეიტერიუმის (T-D) პლაზმით, რომელიც გაცხელებულია 100 მ გრადუსზე მაღლა ტემპერატურაზე. შერწყმის რეაქციის დროს წარმოქმნილი ნეიტრონები ტოვებენ "მაგნიტურ ხაფანგს" და ხვდებიან ნახატზე გამოსახულ გარსში, რომლის სისქეა დაახლოებით 1 მ. 1.

გარსის შიგნით ნეიტრონები ეჯახება ლითიუმის ატომებს, რის შედეგადაც ხდება რეაქცია ტრიტიუმის წარმოქმნით:

ნეიტრონი + ლითიუმი = ჰელიუმი + ტრიტიუმი.

გარდა ამისა, სისტემაში ხდება კონკურენტული რეაქციები (ტრიტიუმის წარმოქმნის გარეშე), ისევე როგორც მრავალი რეაქცია დამატებითი ნეიტრონების გამოყოფით, რაც შემდეგ ასევე იწვევს ტრიტიუმის წარმოქმნას (ამ შემთხვევაში, დამატებითი ნეიტრონების გამოყოფა შეიძლება მოხდეს მნიშვნელოვნად გაძლიერდა, მაგალითად, ატომების გარსში ბერილიუმის და ტყვიის შეყვანით). ზოგადი დასკვნა არის ის, რომ ეს ობიექტი შეიძლება (ყოველ შემთხვევაში, თეორიულად) იყოს ბირთვული შერწყმის რეაქცია, რომელიც გამოიმუშავებს ტრიტიუმს. ამ შემთხვევაში, წარმოქმნილი ტრიტიუმის რაოდენობა არა მხოლოდ უნდა აკმაყოფილებდეს თავად ინსტალაციის მოთხოვნილებებს, არამედ იყოს უფრო დიდიც, რაც შესაძლებელს გახდის ახალი დანადგარების მიწოდებას ტრიტიუმით.

ეს არის ოპერაციული კონცეფცია, რომელიც უნდა შემოწმდეს და განხორციელდეს ქვემოთ აღწერილი ITER რეაქტორში.

ნეიტრონებმა უნდა გაათბონ გარსი ეგრეთ წოდებულ საპილოტე ქარხნებში (რომლებიც გამოიყენებენ შედარებით „ჩვეულებრივ“ სტრუქტურულ მასალებს) დაახლოებით 400 გრადუსამდე. სამომავლოდ დაგეგმილია გაუმჯობესებული დანადგარების შექმნა გარსის გათბობის ტემპერატურით 1000 გრადუსზე მეტი, რაც მიიღწევა უახლესი მაღალი სიმტკიცის მასალების (როგორიცაა სილიციუმის კარბიდის კომპოზიტები) გამოყენებით. გარსში გამოთავისუფლებული სითბო, როგორც ჩვეულებრივ სადგურებში, მიიღება პირველადი გაგრილების სქემით გამაგრილებლით (შეიცავს, მაგალითად, წყალს ან ჰელიუმს) და გადადის მეორად წრეში, სადაც წარმოიქმნება წყლის ორთქლი და მიეწოდება ტურბინებს.

ბირთვული შერწყმის მთავარი უპირატესობა ის არის, რომ მას საწვავად სჭირდება მხოლოდ ბუნებრივად წარმოქმნილი ნივთიერებების ძალიან მცირე რაოდენობა.

აღწერილ მცენარეებში ბირთვული შერწყმის რეაქციას შეუძლია გაათავისუფლოს უზარმაზარი ენერგია, ათ მილიონჯერ მეტი ვიდრე ჩვეულებრივი ქიმიური რეაქციების შედეგად წარმოქმნილი სტანდარტული სითბო (როგორიცაა წიაღისეული საწვავის წვა). შედარებისთვის, ჩვენ აღვნიშნავთ, რომ ქვანახშირის რაოდენობა, რომელიც საჭიროა 1 გიგავატი სიმძლავრის თბოელექტროსადგურის მუშაობისთვის, შეადგენს 10000 ტონას დღეში (ათი სარკინიგზო ვაგონი), ხოლო იმავე სიმძლავრის თერმობირთვული სადგური მოიხმარს მხოლოდ დაახლოებით. 1 კგ D + ნარევი დღეში T.

დეიტერიუმი წყალბადის სტაბილური იზოტოპია; ჩვეულებრივი წყლის ყოველი 3350 მოლეკულიდან ერთში წყალბადის ატომებიდან ერთს ცვლის დეიტერიუმი (სამყაროს დიდი აფეთქების შედეგად მიღებული მემკვიდრეობა). ეს ფაქტი აადვილებს წყლისგან დეიტერიუმის საჭირო რაოდენობის საკმაოდ იაფი წარმოების ორგანიზებას. უფრო რთულია ტრიტიუმის მიღება, რომელიც არასტაბილურია (ნახევარგამოყოფის პერიოდი დაახლოებით 12 წელია, რის შედეგადაც მისი შემცველობა ბუნებაში უმნიშვნელოა), თუმცა, როგორც ზემოთ იყო ნაჩვენები, ექსპლუატაციის დროს ტრიტიუმი წარმოიქმნება სწორედ თერმობირთვული ინსტალაციის შიგნით. ნეიტრონების ლითიუმთან რეაქციის გამო.

ამრიგად, თერმობირთვული რეაქტორის საწყისი საწვავი არის ლითიუმი და წყალი.

ლითიუმი არის ჩვეულებრივი ლითონი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება საყოფაცხოვრებო ტექნიკაში (მაგალითად, მობილური ტელეფონის ბატარეები). ზემოთ აღწერილი ქარხანა, თუნდაც არასრულყოფილი ეფექტურობით, შეძლებს 200 000 კვტ/სთ ელექტროენერგიის გამომუშავებას, რაც 70 ტონა ნახშირში შემავალი ენერგიის ექვივალენტურია. ამისათვის საჭირო ლითიუმის რაოდენობას შეიცავს კომპიუტერის ერთ ბატარეაში, ხოლო დეიტერიუმის რაოდენობას შეიცავს 45 ლიტრი წყალი. ზემოაღნიშნული მნიშვნელობა შეესაბამება ელექტროენერგიის მიმდინარე მოხმარებას (ერთი ადამიანის თვალსაზრისით) ევროკავშირის ქვეყნებში 30 წლის განმავლობაში. ის ფაქტი, რომ ლითიუმის ასეთ უმნიშვნელო რაოდენობას შეუძლია უზრუნველყოს ასეთი რაოდენობის ელექტროენერგიის გამომუშავება (CO 2 ემისიებისა და ატმოსფეროს ოდნავი დაბინძურების გარეშე) საკმარისად ძლიერი არგუმენტია განვითარების შესახებ კვლევის სწრაფი და ენერგიული განვითარებისათვის. თერმობირთვული რეაქტორის შექმნის გრძელვადიანი პერსპექტივითაც კი.

დეიტერიუმი უნდა არსებობდეს მილიონობით წლის განმავლობაში, ხოლო ადვილად მოპოვებული ლითიუმის მარაგი საკმაოდ საკმარისია ასობით წლის მოთხოვნილებების დასაკმაყოფილებლად.

მაშინაც კი, თუ კლდეებში ლითიუმი ამოგვეწურება, შეგვიძლია მისი ამოღება წყლიდან, სადაც ის საკმარისად მაღალი კონცენტრაციით არის ნაპოვნი (ურანის 100-ჯერ მეტი), რათა ეკონომიკურად მომგებიანი იყოს მისი მოპოვებისთვის.

თერმობირთვული ენერგია არა მხოლოდ ჰპირდება კაცობრიობას, პრინციპში, მომავალში უზარმაზარი ენერგიის წარმოების შესაძლებლობას (CO 2 გამონაბოლქვის გარეშე და ატმოსფერული დაბინძურების გარეშე), არამედ აქვს მრავალი სხვა უპირატესობა.

1 ) მაღალი შიდა უსაფრთხოება.

თერმობირთვულ დანადგარებში გამოყენებულ პლაზმას აქვს ძალიან დაბალი სიმკვრივე (დაახლოებით მილიონჯერ დაბალია, ვიდრე ატმოსფეროს სიმკვრივე), რის შედეგადაც დანადგარების სამუშაო გარემო არასოდეს შეიცავს ენერგიას იმდენი, რომ გამოიწვიოს სერიოზული ინციდენტები ან ავარიები.

გარდა ამისა, „საწვავის“ დატვირთვა უნდა განხორციელდეს განუწყვეტლივ, რაც აადვილებს მის მუშაობას, რომ აღარაფერი ვთქვათ იმ ფაქტზე, რომ ავარიის და გარემო პირობების მკვეთრი ცვლილების შემთხვევაში, თერმობირთვული „ალი“ უნდა მოხდეს. უბრალოდ გადი.

რა საფრთხეებთან არის დაკავშირებული შერწყმის ენერგია? პირველ რიგში, აღსანიშნავია, რომ მიუხედავად იმისა, რომ შერწყმის პროდუქტები (ჰელიუმი და ნეიტრონები) არ არის რადიოაქტიური, რეაქტორის გარსი შეიძლება გახდეს რადიოაქტიური ნეიტრონების ხანგრძლივი ზემოქმედების დროს.

მეორეც, ტრიტიუმი რადიოაქტიურია და აქვს შედარებით მოკლე ნახევარგამოყოფის პერიოდი (12 წელი). მაგრამ მიუხედავად იმისა, რომ გამოყენებული პლაზმის მოცულობა მნიშვნელოვანია, მისი დაბალი სიმკვრივის გამო, ის შეიცავს მხოლოდ ძალიან მცირე რაოდენობით ტრიტიუმს (საერთო წონა დაახლოებით ათი საფოსტო მარკა). Ისე

ყველაზე რთულ სიტუაციებში და ავარიებშიც კი (ჭურვის სრული განადგურება და მასში შემავალი მთელი ტრიტიუმის გათავისუფლება, მაგალითად, მიწისძვრის და თვითმფრინავის სადგურზე ჩამოვარდნის დროს), საწვავის მხოლოდ მცირე რაოდენობა შემოვა გარემოში. , რაც არ საჭიროებს მოსახლეობის ევაკუაციას მიმდებარე დასახლებებიდან.

2 ) ენერგიის ღირებულება.

მოსალოდნელია, რომ მიღებული ელექტროენერგიის ე.წ. „შიდა“ ფასი (თავად წარმოების ღირებულება) მისაღები გახდება, თუ ის იქნება ბაზარზე უკვე არსებული ფასის 75%. „მისაღები“ ამ შემთხვევაში ნიშნავს, რომ ფასი უფრო დაბალი იქნება, ვიდრე ძველი ნახშირწყალბადის საწვავის გამოყენებით წარმოებული ენერგიის ფასი. "გარე" ღირებულება (გვერდითი მოვლენები, ზემოქმედება საზოგადოებრივ ჯანმრთელობაზე, კლიმატზე, გარემოზე და ა.შ.) არსებითად ნულოვანი იქნება.

საერთაშორისო ექსპერიმენტული თერმობირთვული რეაქტორი ITER

მთავარი შემდეგი ნაბიჯი არის ITER რეაქტორის აშენება, რომელიც შექმნილია პლაზმის აალების შესაძლებლობის დემონსტრირებისთვის და, ამის საფუძველზე, ენერგიის მინიმუმ ათმაგი მომატების მიღება (პლაზმის გათბობაზე დახარჯულ ენერგიასთან მიმართებაში). ITER-ის რეაქტორი იქნება ექსპერიმენტული მოწყობილობა, რომელიც ელექტროენერგიის წარმოების ტურბინებით და მისი გამოყენების მოწყობილობებითაც კი არ იქნება აღჭურვილი. მისი შექმნის მიზანია ისეთი პირობების შესწავლა, რომლებიც უნდა აკმაყოფილებდეს ასეთი ელექტროსადგურების ექსპლუატაციის დროს, ასევე ამის საფუძველზე რეალური, ეკონომიური ელექტროსადგურების შექმნა, რომლებიც, როგორც ჩანს, უნდა აღემატებოდეს ITER-ს ზომით. შერწყმა ელექტროსადგურების რეალური პროტოტიპების შექმნა (ანუ ტურბინებით სრულად აღჭურვილი სადგურები და ა.შ.) მოითხოვს შემდეგი ორი პრობლემის გადაჭრას. პირველ რიგში, აუცილებელია გაგრძელდეს ახალი მასალების შემუშავება (შეუძლია გაუძლოს ძალიან მძიმე სამუშაო პირობებს აღწერილ პირობებში) და მათი ტესტირება ქვემოთ აღწერილი IFMIF (International Fusion Irradiation Facility) სისტემის აღჭურვილობის სპეციალური წესების შესაბამისად. მეორეც, ბევრი წმინდა ტექნიკური პრობლემაა გადასაჭრელი და ახალი ტექნოლოგიების შემუშავება, რომლებიც დაკავშირებულია დისტანციურ მართვასთან, გათბობასთან, საფარის დიზაინთან, საწვავის ციკლებთან და ა.შ. 2.

სურათზე ნაჩვენებია ITER რეაქტორი, რომელიც აღემატება ამჟამად უდიდეს JET ობიექტს არა მხოლოდ ყველა ხაზოვანი განზომილებით (დაახლოებით ორჯერ), არამედ მასში გამოყენებული მაგნიტური ველების სიდიდით და პლაზმაში გამავალი დენებით.

ამ რეაქტორის შექმნის მიზანია წარმოაჩინოს ფიზიკოსებისა და ინჟინრების ერთობლივი ძალისხმევის შესაძლებლობები ფართომასშტაბიანი თერმობირთვული ელექტროსადგურის დიზაინში.

დიზაინერების მიერ დაგეგმილი ინსტალაციის სიმძლავრეა 500 მეგავატი (ენერგიის მოხმარება სისტემის შეყვანისას მხოლოდ დაახლოებით 50 მეგავატი). 3

ITER ქარხანას აშენებს კონსორციუმი, რომელშიც შედის ევროკავშირი, ჩინეთი, ინდოეთი, იაპონია, სამხრეთ კორეა, რუსეთი და აშშ. ამ ქვეყნების მთლიანი მოსახლეობა დედამიწის მთლიანი მოსახლეობის დაახლოებით ნახევარია, ამიტომ პროექტს შეიძლება ეწოდოს გლობალური პასუხი გლობალურ გამოწვევაზე. ITER-ის რეაქტორის ძირითადი კომპონენტები და კომპონენტები უკვე შეიქმნა და გამოცდა, მშენებლობა უკვე დაწყებულია ქალაქ კადარაში (საფრანგეთი). რეაქტორის გაშვება დაგეგმილია 2020 წელს, ხოლო დეიტერიუმ-ტრიტიუმის პლაზმის წარმოება - 2027 წლისთვის, ვინაიდან რეაქტორის ექსპლუატაციაში გაშვება მოითხოვს დეიტერიუმიდან და ტრიტიუმიდან პლაზმის ხანგრძლივ და სერიოზულ ტესტებს.

ITER რეაქტორის მაგნიტური ხვეულები დაფუძნებულია სუპერგამტარ მასალებზე (რომლებიც, პრინციპში, უწყვეტი მუშაობის საშუალებას იძლევა, იმ პირობით, რომ პლაზმაში დენი შენარჩუნებულია), ამიტომ დიზაინერები იმედოვნებენ, რომ უზრუნველყოფენ გარანტირებულ სამუშაო ციკლს მინიმუმ 10 წუთის განმავლობაში. ცხადია, რომ ზეგამტარი მაგნიტური ხვეულების არსებობა ფუნდამენტურად მნიშვნელოვანია რეალური თერმობირთვული ელექტროსადგურის უწყვეტი მუშაობისთვის. სუპერგამტარი ხვეულები უკვე გამოიყენებოდა ისეთ მოწყობილობებში, როგორიცაა ტოკამაკი, მაგრამ ისინი ადრე არ გამოიყენებოდა ტრიტიუმის პლაზმისთვის განკუთვნილი ასეთ ფართომასშტაბიან დანადგარებში. გარდა ამისა, ITER-ის დაწესებულება პირველად გამოიყენებს და გამოცდის სხვადასხვა ჭურვის მოდულებს, რომლებიც შექმნილია რეალურ სადგურებზე სამუშაოდ, სადაც შესაძლებელია ტრიტიუმის ბირთვების წარმოქმნა ან „აღდგენა“.

ობიექტის აშენების მთავარი მიზანია აჩვენოს პლაზმის წვის წარმატებული კონტროლი და თერმობირთვულ მოწყობილობებში ენერგიის რეალურად მიღების შესაძლებლობა ტექნოლოგიების განვითარების ამჟამინდელ დონეზე.

ამ მიმართულებით შემდგომი განვითარება, რა თქმა უნდა, მოითხოვს ბევრ ძალისხმევას მოწყობილობების ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად, განსაკუთრებით მათი ეკონომიკური მიზანშეწონილობის თვალსაზრისით, რაც დაკავშირებულია სერიოზულ და ხანგრძლივ კვლევებთან, როგორც ITER რეაქტორზე, ასევე სხვა მოწყობილობებზე. დასახულ ამოცანებს შორის უნდა აღინიშნოს შემდეგი სამი:

1) აუცილებელია იმის ჩვენება, რომ მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ამჟამინდელი დონე უკვე იძლევა ენერგიის 10-ჯერ გაზრდის მიღებას (პროცესის შესანარჩუნებლად დახარჯულთან შედარებით) კონტროლირებადი ბირთვული შერწყმის პროცესში. რეაქცია უნდა მიმდინარეობდეს საშიში არასტაბილური რეჟიმების წარმოქმნის გარეშე, სამშენებლო მასალების გადახურებისა და დაზიანების გარეშე და პლაზმის მინარევებით დაბინძურების გარეშე. პლაზმური გათბობის სიმძლავრის 50% შერწყმის სიმძლავრით, ეს მიზნები უკვე მიღწეულია ექსპერიმენტებში მცირე ობიექტებზე, მაგრამ ITER რეაქტორის შექმნა შესაძლებელს გახდის კონტროლის მეთოდების სანდოობის გამოცდას ბევრად უფრო დიდ ობიექტზე. რომელიც გაცილებით მეტ ენერგიას გამოიმუშავებს დიდი ხნის განმავლობაში. ITER რეაქტორი შექმნილია მომავალი შერწყმის რეაქტორის მოთხოვნების შესამოწმებლად და ჰარმონიზაციისთვის და მისი შექმნა ძალიან რთული და საინტერესო ამოცანაა.

2) აუცილებელია პლაზმაში წნევის გაზრდის მეთოდების შესწავლა (გავიხსენოთ, რომ რეაქციის სიჩქარე მოცემულ ტემპერატურაზე წნევის კვადრატის პროპორციულია) პლაზმის ქცევის საშიში არასტაბილური რეჟიმების წარმოშობის თავიდან ასაცილებლად. ამ მიმართულებით კვლევის წარმატება ან უზრუნველყოფს რეაქტორის მუშაობას უფრო მაღალი პლაზმური სიმკვრივით, ან შეამცირებს მოთხოვნებს წარმოქმნილი მაგნიტური ველების სიძლიერეზე, რაც მნიშვნელოვნად შეამცირებს რეაქტორის მიერ წარმოებულ ელექტროენერგიის ღირებულებას.

3) ტესტებმა უნდა დაადასტუროს, რომ რეაქტორის უწყვეტი ფუნქციონირება სტაბილურ რეჟიმში შეიძლება რეალურად იყოს უზრუნველყოფილი (ეკონომიკური და ტექნიკური თვალსაზრისით, ეს მოთხოვნა, როგორც ჩანს, ძალიან მნიშვნელოვანია, თუ არა მთავარი) და გაშვება ქარხანა შეიძლება განხორციელდეს უზარმაზარი ენერგიის ხარჯების გარეშე. მკვლევარები და დიზაინერები ძალიან იმედოვნებენ, რომ პლაზმაში ელექტრომაგნიტური დენის "უწყვეტი" დინება შეიძლება უზრუნველყოფილი იყოს მისი წარმოქმნით პლაზმაში (მაღალი სიხშირის გამოსხივების და სწრაფი ატომების ინექციის გამო).

თანამედროვე სამყარო ძალიან სერიოზული ენერგეტიკული გამოწვევის წინაშე დგას, რომელსაც უფრო ზუსტად შეიძლება ვუწოდოთ „გაურკვეველი ენერგეტიკული კრიზისი“.

დღეისათვის კაცობრიობის მიერ მოხმარებული თითქმის მთელი ენერგია იქმნება წიაღისეული საწვავის დაწვით და პრობლემის გადაწყვეტა შეიძლება დაკავშირებული იყოს მზის ენერგიის ან ბირთვული ენერგიის გამოყენებასთან (სწრაფი ნეიტრონული რეაქტორების შექმნა და ა.შ.). განვითარებადი ქვეყნების მოსახლეობის მზარდი რაოდენობით გამოწვეული გლობალური პრობლემა და მათი ცხოვრების დონის გაუმჯობესებისა და წარმოებული ენერგიის რაოდენობის გაზრდის საჭიროება არ შეიძლება გადაწყდეს მხოლოდ განხილული მიდგომების საფუძველზე, თუმცა, რა თქმა უნდა, ენერგიის ალტერნატიული მეთოდების შემუშავების ნებისმიერი მცდელობა. თაობა უნდა წახალისდეს.

თუ თერმობირთვული ენერგიის განვითარების გზაზე არ არის მნიშვნელოვანი და მოულოდნელი სიურპრიზები, მაშინ, შემუშავებული გონივრული და მოწესრიგებული მოქმედებების პროგრამის გათვალისწინებით, რომელიც (რა თქმა უნდა, სამუშაოს კარგი ორგანიზებით და საკმარისი დაფინანსებით) უნდა გამოიწვიოს თერმობირთვული ელექტროსადგურის პროტოტიპის შექმნა. ამ შემთხვევაში, დაახლოებით, 30 წელიწადში, პირველად შევძლებთ მისგან ელექტრო დენის მიწოდებას ენერგეტიკულ ქსელებში, ხოლო 10 წელზე ცოტა მეტი ხნის შემდეგ პირველი კომერციული თერმობირთვული ელექტროსადგური დაიწყებს მუშაობას. შესაძლებელია, რომ ჩვენი საუკუნის მეორე ნახევარში, ბირთვული შერწყმის ენერგია დაიწყებს წიაღისეული საწვავის ჩანაცვლებას და თანდათანობით დაიწყებს მზარდი როლის შესრულებას კაცობრიობის ენერგიით უზრუნველყოფაში გლობალური მასშტაბით.

Დიდი ხანის განმვლობაში ტრუდნოფისაკა სთხოვა გაეკეთებინა პოსტი მშენებარე შერწყმის რეაქტორის შესახებ. გაეცანით ტექნოლოგიის საინტერესო დეტალებს, გაარკვიეთ, რატომ ჭირდება ამ პროექტის განხორციელებას ამდენი დრო. საბოლოოდ მივიღე მასალა. მოდით გავეცნოთ პროექტის დეტალებს.

როგორ დაიწყო ეს ყველაფერი. "ენერგეტიკული გამოწვევა" წარმოიშვა შემდეგი სამი ფაქტორის კომბინაციის შედეგად:

1. კაცობრიობა ახლა მოიხმარს უზარმაზარ ენერგიას.

მსოფლიოში ამჟამინდელი ენერგიის მოხმარება შეადგენს დაახლოებით 15,7 ტერავატს (TW). ამ სიდიდე პლანეტის პოპულაციაზე რომ გავყოთ, მივიღებთ დაახლოებით 2400 ვატს ერთ ადამიანზე, რაც ადვილად შეიძლება შეფასდეს და წარმოვიდგინოთ. დედამიწის ყოველი მკვიდრის (მათ შორის ბავშვების) მიერ მოხმარებული ენერგია შეესაბამება 24 ასეულ ვატიანი ელექტრო ნათურის 24 საათის მუშაობას. თუმცა, პლანეტის ირგვლივ ამ ენერგიის მოხმარება ძალზე არათანაბარია, რადგან ის ძალიან მაღალია რამდენიმე ქვეყანაში და უმნიშვნელო. მოხმარება (ერთი ადამიანისთვის) არის 10,3 კვტ აშშ-ში (ერთ-ერთი რეკორდული მნიშვნელობა), 6,3 კვტ რუსეთის ფედერაციაში, 5,1 კვტ დიდ ბრიტანეთში და ა.შ., მაგრამ, მეორე მხრივ, ეს არის მხოლოდ 0,21 კვტ. ბანგლადეშში (აშშ ენერგიის მოხმარების მხოლოდ 2%!).

2. მსოფლიო ენერგიის მოხმარება მკვეთრად იზრდება.

საერთაშორისო ენერგეტიკის სააგენტოს (2006) პროგნოზის მიხედვით, 2030 წლისთვის მსოფლიო ენერგიის მოხმარება 50%-ით უნდა გაიზარდოს. განვითარებულ ქვეყნებს, რა თქმა უნდა, შეეძლოთ მშვენივრად ემოქმედათ დამატებითი ენერგიის გარეშე, მაგრამ ეს ზრდა აუცილებელია განვითარებადი ქვეყნების მოსახლეობის ამოსაყვანად, სადაც 1,5 მილიარდი ადამიანი ელექტროენერგიის მწვავე დეფიციტით იტანჯება, სიღარიბედან.

3. ამჟამად, მსოფლიოს ენერგიის 80% წარმოიქმნება წიაღისეული საწვავის დაწვით.(ნავთობი, ქვანახშირი და გაზი), რომელთა გამოყენება:
ა) პოტენციურად შეიცავს გარემოს კატასტროფული ცვლილებების რისკს;
ბ) აუცილებლად უნდა დასრულდეს ოდესმე.

რაც ითქვა, ცხადია, რომ უკვე ახლა უნდა მოვემზადოთ წიაღისეული საწვავის გამოყენების ეპოქის დასასრულისთვის.

დღეისათვის ატომური ელექტროსადგურები დიდი მასშტაბით იღებენ ატომური ბირთვების დაშლის რეაქციების დროს გამოთავისუფლებულ ენერგიას. ასეთი სადგურების შექმნა და განვითარება ყველანაირად უნდა წახალისდეს, მაგრამ გასათვალისწინებელია, რომ მათი ფუნქციონირებისთვის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მასალის (იაფი ურანის) მარაგი ასევე შეიძლება სრულად იქნას გამოყენებული მომდევნო 50 წლის განმავლობაში. . ბირთვული დაშლაზე დაფუძნებული ენერგიის შესაძლებლობები შეიძლება (და უნდა) მნიშვნელოვნად გაფართოვდეს უფრო ეფექტური ენერგეტიკული ციკლების გამოყენებით, რამაც შეიძლება თითქმის გააორმაგოს წარმოებული ენერგიის რაოდენობა. ამ მიმართულებით ენერგიის განვითარებისთვის საჭიროა თორიუმზე რეაქტორების შექმნა (ე.წ. მოცემული რაოდენობის ნივთიერებისთვის მიღებული ენერგიის ჯამური რაოდენობა იზრდება 40-ჯერ. ასევე იმედისმომცემია სწრაფი ნეიტრონული პლუტონიუმის სელექციონერების შექმნა, რომლებიც ბევრად უფრო ეფექტურია ვიდრე ურანის რეაქტორები და შესაძლებელს ხდის 60-ჯერ მეტი ენერგიის მიღებას. შესაძლოა, ამ ტერიტორიების განვითარებისთვის საჭირო გახდეს ურანის მიღების ახალი, არასტანდარტული მეთოდების შემუშავება (მაგალითად, ზღვის წყლიდან, რომელიც, როგორც ჩანს, ყველაზე ხელმისაწვდომია).

Fusion ელექტროსადგურები

სურათზე ნაჩვენებია მოწყობილობის სქემატური დიაგრამა (არა მასშტაბური) და თერმობირთვული ელექტროსადგურის მუშაობის პრინციპი. ცენტრალურ ნაწილში დგას ტოროიდული (დონატის ფორმის) კამერა ~2000 მ3 მოცულობით, სავსე ტრიტიუმ-დეიტერიუმ (T-D) პლაზმით, რომელიც გაცხელებულია 100 M°C-ზე მაღალ ტემპერატურაზე. შერწყმის რეაქციის დროს წარმოქმნილი ნეიტრონები (1) ტოვებენ „მაგნიტურ ბოთლს“ და ხვდებიან ნახატზე გამოსახულ გარსში, რომლის სისქეა დაახლოებით 1 მ.

ნეიტრონი + ლითიუმი → ჰელიუმი + ტრიტიუმი

გარდა ამისა, სისტემაში ხდება კონკურენტული რეაქციები (ტრიტიუმის წარმოქმნის გარეშე), ისევე როგორც მრავალი რეაქცია დამატებითი ნეიტრონების გამოყოფით, რაც შემდეგ ასევე იწვევს ტრიტიუმის წარმოქმნას (ამ შემთხვევაში, დამატებითი ნეიტრონების გამოყოფა შეიძლება მოხდეს მნიშვნელოვნად გაძლიერდა, მაგალითად, ბერილიუმის ატომების გარსსა და ტყვიაში შეყვანით). ზოგადი დასკვნა არის ის, რომ ეს ობიექტი შეიძლება (ყოველ შემთხვევაში, თეორიულად) იყოს ბირთვული შერწყმის რეაქცია, რომელიც გამოიმუშავებს ტრიტიუმს. ამ შემთხვევაში, წარმოქმნილი ტრიტიუმის რაოდენობა არა მხოლოდ უნდა აკმაყოფილებდეს თავად ინსტალაციის მოთხოვნილებებს, არამედ იყოს უფრო დიდიც, რაც შესაძლებელს გახდის ახალი დანადგარების მიწოდებას ტრიტიუმით. ეს არის ოპერაციული კონცეფცია, რომელიც უნდა შემოწმდეს და განხორციელდეს ქვემოთ აღწერილი ITER რეაქტორში.

გარდა ამისა, ნეიტრონებმა უნდა გაათბონ გარსი ეგრეთ წოდებულ საპილოტე ქარხნებში (რომლებიც გამოიყენებენ შედარებით "ჩვეულებრივ" სტრუქტურულ მასალებს) დაახლოებით 400°C ტემპერატურამდე. სამომავლოდ დაგეგმილია გაუმჯობესებული დანადგარების შექმნა გარსის გათბობის ტემპერატურით 1000°C-ზე მეტი, რაც მიიღწევა უახლესი მაღალი სიმტკიცის მასალების (როგორიცაა სილიციუმის კარბიდის კომპოზიტები) გამოყენებით. გარსში გამოთავისუფლებული სითბო, როგორც ჩვეულებრივ სადგურებში, მიიღება პირველადი გაგრილების სქემით გამაგრილებლით (შეიცავს, მაგალითად, წყალს ან ჰელიუმს) და გადადის მეორად წრეში, სადაც წარმოიქმნება წყლის ორთქლი და მიეწოდება ტურბინებს.

1985 წელი - საბჭოთა კავშირმა შესთავაზა შემდეგი თაობის ტოკამაკის ქარხანა ოთხი წამყვანი ქვეყნის გამოცდილების გამოყენებით თერმობირთვული რეაქტორების შესაქმნელად. ამერიკის შეერთებულმა შტატებმა იაპონიასთან და ევროპულ საზოგადოებასთან ერთად წამოაყენა წინადადება პროექტის განხორციელების შესახებ.

ამჟამად საფრანგეთი აშენებს ტოკამაკის საერთაშორისო ექსპერიმენტულ რეაქტორს (ITER), რომელიც აღწერილია ქვემოთ, რომელიც იქნება პირველი ტოკამაკი, რომელსაც შეუძლია პლაზმის „აალება“.

ტოკამაკის ტიპის ყველაზე მოწინავე ნაგებობებმა დიდი ხანია მიაღწიეს 150 M°C ტემპერატურას, რაც ახლოსაა შერწყმის სადგურის ფუნქციონირებისთვის საჭირო ტემპერატურასთან, მაგრამ ITER რეაქტორი უნდა იყოს პირველი ფართომასშტაბიანი ელექტროსადგური, რომელიც განკუთვნილია დიდი ხნის განმავლობაში. ვადიანი ოპერაცია. მომავალში, საჭირო იქნება მისი მუშაობის პარამეტრების მნიშვნელოვნად გაუმჯობესება, რაც, პირველ რიგში, მოითხოვს პლაზმაში წნევის მატებას, რადგან მოცემულ ტემპერატურაზე ბირთვული შერწყმის სიჩქარე პროპორციულია კვადრატის. წნევა. მთავარი სამეცნიერო პრობლემა ამ შემთხვევაში დაკავშირებულია იმ ფაქტთან, რომ როდესაც პლაზმაში წნევა იზრდება, წარმოიქმნება ძალიან რთული და საშიში არასტაბილურობა, ანუ არასტაბილური მუშაობის რეჟიმი.

რატომ გვჭირდება ის?

ბირთვული შერწყმის მთავარი უპირატესობა ის არის, რომ მას საწვავად სჭირდება მხოლოდ ბუნებრივად წარმოქმნილი ნივთიერებების ძალიან მცირე რაოდენობა. აღწერილ მცენარეებში ბირთვული შერწყმის რეაქციას შეუძლია გაათავისუფლოს უზარმაზარი ენერგია, ათ მილიონჯერ მეტი ვიდრე ჩვეულებრივი ქიმიური რეაქციების შედეგად წარმოქმნილი სტანდარტული სითბო (როგორიცაა წიაღისეული საწვავის წვა). შედარებისთვის, ჩვენ აღვნიშნავთ, რომ ქვანახშირის რაოდენობა, რომელიც საჭიროა 1 გიგავატი სიმძლავრის თბოელექტროსადგურის მუშაობისთვის არის 10000 ტონა დღეში (ათი რკინიგზის ვაგონი), ხოლო იგივე სიმძლავრის ქარხანა მოიხმარს მხოლოდ დაახლოებით. 1 კილოგრამი D + T ნარევი დღეში.

დეიტერიუმი წყალბადის სტაბილური იზოტოპია; ჩვეულებრივი წყლის ყოველი 3350 მოლეკულიდან ერთში წყალბადის ერთ-ერთი ატომი იცვლება დეიტერიუმით (მემკვიდრეობა დიდი აფეთქებიდან). ეს ფაქტი აადვილებს წყლისგან დეიტერიუმის საჭირო რაოდენობის საკმაოდ იაფი წარმოების ორგანიზებას. უფრო რთულია ტრიტიუმის მიღება, რომელიც არასტაბილურია (ნახევარგამოყოფის პერიოდი დაახლოებით 12 წელია, რის შედეგადაც მისი შემცველობა ბუნებაში უმნიშვნელოა), თუმცა, როგორც ზემოთ იყო ნაჩვენები, ტრიტიუმი წარმოიქმნება უშუალოდ თერმობირთვული ინსტალაციის შიგნით ექსპლუატაციის დროს. ნეიტრონების ლითიუმთან რეაქციის გამო.

ამრიგად, თერმობირთვული რეაქტორის საწყისი საწვავი არის ლითიუმი და წყალი. ლითიუმი არის ჩვეულებრივი ლითონი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება საყოფაცხოვრებო ტექნიკაში (მობილური ტელეფონების ბატარეები და ა.შ.). ზემოთ აღწერილი ქარხანა, თუნდაც არასრულყოფილი ეფექტურობით, შეძლებს 200 000 კვტ/სთ ელექტროენერგიის გამომუშავებას, რაც 70 ტონა ნახშირში შემავალი ენერგიის ექვივალენტურია. ამისათვის საჭირო ლითიუმის რაოდენობას შეიცავს კომპიუტერის ერთ ბატარეაში, ხოლო დეიტერიუმის რაოდენობას შეიცავს 45 ლიტრი წყალი. ზემოაღნიშნული მნიშვნელობა შეესაბამება ელექტროენერგიის მიმდინარე მოხმარებას (ერთი ადამიანის თვალსაზრისით) ევროკავშირის ქვეყნებში 30 წლის განმავლობაში. ის ფაქტი, რომ ლითიუმის ასეთ უმნიშვნელო რაოდენობას შეუძლია უზრუნველყოს ასეთი რაოდენობის ელექტროენერგიის გამომუშავება (CO2-ის გამოყოფის და ატმოსფეროს ოდნავი დაბინძურების გარეშე) საკმაოდ სერიოზული არგუმენტია თერმობირთვული ენერგიის უსწრაფესი და ენერგიული განვითარებისათვის (მიუხედავად იმისა. ყველა სირთულე და პრობლემა) და თუნდაც ასეთი კვლევის წარმატების ასპროცენტიანი ნდობის გარეშე.

დეიტერიუმი უნდა არსებობდეს მილიონობით წლის განმავლობაში, ხოლო ადვილად მოპოვებული ლითიუმის მარაგი საკმაოდ საკმარისია ასობით წლის მოთხოვნილებების დასაკმაყოფილებლად. მაშინაც კი, თუ კლდეებში ლითიუმი ამოგვეწურება, შეგვიძლია მისი ამოღება წყლიდან, სადაც ის საკმარისად მაღალი კონცენტრაციით არის ნაპოვნი (ურანის 100-ჯერ მეტი), რათა ეკონომიკურად მომგებიანი იყოს მისი მოპოვებისთვის.

საფრანგეთში ქალაქ კადარაშის მახლობლად შენდება ექსპერიმენტული თერმობირთვული რეაქტორი (International thermonuclear Experimental Reactor). ITER პროექტის მთავარი ამოცანაა კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმის რეაქციის განხორციელება ინდუსტრიული მასშტაბით.

თერმობირთვული საწვავის წონის ერთეულზე, დაახლოებით 10 მილიონჯერ მეტი ენერგია მიიღება, ვიდრე იმავე რაოდენობის ორგანული საწვავის დაწვით და დაახლოებით ასჯერ მეტი, ვიდრე ურანის ბირთვების დაშლის შედეგად, ამჟამად მოქმედი ატომური ელექტროსადგურების რეაქტორებში. თუ მეცნიერებისა და დიზაინერების გამოთვლები გამართლებულია, ეს კაცობრიობას ენერგიის ამოუწურავ წყაროს მისცემს.

ამიტომ, რამდენიმე ქვეყანა (რუსეთი, ინდოეთი, ჩინეთი, კორეა, ყაზახეთი, აშშ, კანადა, იაპონია, ევროკავშირის ქვეყნები) შეუერთდნენ თავიანთ ძალისხმევას საერთაშორისო თერმობირთვული კვლევის რეაქტორის - ახალი ელექტროსადგურების პროტოტიპის შესაქმნელად.

ITER არის ინსტალაცია, რომელიც ქმნის პირობებს წყალბადისა და ტრიტიუმის ატომების (წყალბადის იზოტოპი) სინთეზისთვის, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ახალი ატომი - ჰელიუმის ატომი. ამ პროცესს თან ახლავს ენერგიის უზარმაზარი ტალღა: პლაზმის ტემპერატურა, რომელშიც თერმობირთვული რეაქცია მიმდინარეობს, არის დაახლოებით 150 მილიონი გრადუსი ცელსიუსი (შედარებისთვის, მზის ბირთვის ტემპერატურა 40 მილიონი გრადუსია). ამ შემთხვევაში იზოტოპები იწვის და პრაქტიკულად არ ტოვებს რადიოაქტიურ ნარჩენებს.
საერთაშორისო პროექტში მონაწილეობის სქემა ითვალისწინებს რეაქტორის კომპონენტების მიწოდებას და მისი მშენებლობის დაფინანსებას. ამის სანაცვლოდ, თითოეული მონაწილე ქვეყანა იღებს სრულ წვდომას თერმობირთვული რეაქტორის შექმნის ყველა ტექნოლოგიაზე და ამ რეაქტორზე ყველა ექსპერიმენტული მუშაობის შედეგებზე, რაც საფუძვლად დაედება სერიული სიმძლავრის თერმობირთვული რეაქტორების დიზაინს.

თერმობირთვული შერწყმის პრინციპზე დაფუძნებულ რეაქტორს არ გააჩნია რადიოაქტიური გამოსხივება და სრულიად უსაფრთხოა გარემოსთვის. ის შეიძლება განთავსდეს მსოფლიოს ნებისმიერ წერტილში და ჩვეულებრივი წყალი მას საწვავს ემსახურება. ITER-ის მშენებლობას დაახლოებით ათი წელი უნდა დასჭირდეს, რის შემდეგაც რეაქტორი სავარაუდოდ 20 წელი იქნება გამოყენებული.

დაწკაპუნებადი 4000 px

რუსეთის ინტერესებს ITER თერმობირთვული რეაქტორის მშენებლობის საერთაშორისო ორგანიზაციის საბჭოში უახლოეს წლებში წარმოადგენენ რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის წევრ-კორესპონდენტი მიხაილ კოვალჩუკი, კურჩატოვის ინსტიტუტის დირექტორი, რუსეთის აკადემიის კრისტალოგრაფიის ინსტიტუტი. მეცნიერებათა და მეცნიერების, ტექნოლოგიებისა და განათლების პრეზიდენტის საბჭოს მეცნიერ მდივანი. კოვალჩუკი დროებით შეცვლის აკადემიკოს ევგენი ველიხოვს, რომელიც აირჩიეს ITER-ის საერთაშორისო საბჭოს თავმჯდომარედ მომდევნო ორი წლის განმავლობაში და არ აქვს უფლება შეუთავსოს ეს თანამდებობა მონაწილე ქვეყნის ოფიციალური წარმომადგენლის მოვალეობებს.

მშენებლობის მთლიანი ღირებულება 5 მილიარდ ევროდ არის შეფასებული და ამდენივე საჭირო იქნება რეაქტორის საცდელი ფუნქციონირებისთვის. ინდოეთის, ჩინეთის, კორეის, რუსეთის, აშშ-სა და იაპონიის აქციები თითოეული მთლიანი ღირებულების დაახლოებით 10 პროცენტს შეადგენს, 45 პროცენტი კი ევროკავშირის ქვეყნებს. თუმცა, ევროპული ქვეყნები არ შეთანხმდნენ, თუ როგორ გადანაწილდება მათ შორის ხარჯები. ამის გამო მშენებლობის დაწყება 2010 წლის აპრილისთვის გადაიდო. მორიგი შეფერხების მიუხედავად, ITER-ის შექმნაში მონაწილე მეცნიერები და ოფიციალური პირები ამბობენ, რომ პროექტის დასრულებას 2018 წლისთვის შეძლებენ.

ITER-ის სავარაუდო თერმობირთვული სიმძლავრეა 500 მეგავატი. მაგნიტების ცალკეული ნაწილების წონა აღწევს 200-დან 450 ტონამდე. ITER-ის გასაგრილებლად საჭიროა დღეში 33000 კუბური მეტრი წყალი.

1998 წელს შეერთებულმა შტატებმა შეაჩერა პროექტში მონაწილეობის დაფინანსება. მას შემდეგ, რაც რესპუბლიკელები მოვიდნენ ხელისუფლებაში და კალიფორნიაში დაიწყო მოძრავი ჩაქრობა, ბუშის ადმინისტრაციამ გამოაცხადა ენერგო ინვესტიციების გაზრდა. შეერთებული შტატები არ აპირებდა საერთაშორისო პროექტში მონაწილეობას და ჩართული იყო საკუთარ თერმობირთვულ პროექტში. 2002 წლის დასაწყისში პრეზიდენტ ბუშის ტექნოლოგიების მრჩეველმა ჯონ მარბურგერ III-მ განაცხადა, რომ შეერთებულმა შტატებმა გადაიფიქრა და აპირებდა პროექტს დაუბრუნდეს.

მონაწილეთა რაოდენობის მიხედვით პროექტი შედარებულია სხვა დიდ საერთაშორისო სამეცნიერო პროექტთან - საერთაშორისო კოსმოსურ სადგურთან. ITER-ის ღირებულება, რომელიც ადრე 8 მილიარდ დოლარს აღწევდა, მაშინ 4 მილიარდზე ნაკლებს შეადგენდა. შეერთებული შტატების გაყვანის შედეგად გადაწყდა რეაქტორის სიმძლავრის შემცირება 1,5 გვტ-დან 500 მეგავატამდე. შესაბამისად, პროექტის ფასმა „წონა დაკარგა“.

2002 წლის ივნისში რუსეთის დედაქალაქში გაიმართა სიმპოზიუმი "ITER Days in Moscow". განხილული იყო პროექტის აღორძინების თეორიული, პრაქტიკული და ორგანიზაციული პრობლემები, რომლის წარმატებამ შეიძლება შეცვალოს კაცობრიობის ბედი და მისცეს მას ახალი ტიპის ენერგია, ეფექტურობითა და ეკონომიურობით, მხოლოდ მზის ენერგიასთან შედარებით.

2010 წლის ივლისში საერთაშორისო თერმობირთვული რეაქტორის პროექტში მონაწილე ქვეყნების წარმომადგენლებმა დაამტკიცა მისი ბიუჯეტი და მშენებლობის დრო საფრანგეთში, კადარაში გამართულ საგანგებო შეხვედრაზე. .

ბოლო რიგგარეშე შეხვედრაზე პროექტის მონაწილეებმა დაამტკიცეს პლაზმაზე პირველი ექსპერიმენტების დაწყების თარიღი - 2019 წელი. სრული გამოცდები დაგეგმილია 2027 წლის მარტში, თუმცა პროექტის მენეჯმენტმა ტექნიკურ პერსონალს სთხოვა სცადონ პროცესის ოპტიმიზაცია და საცდელი დაწყება 2026 წელს. შეხვედრის მონაწილეებმა ასევე გადაწყვიტეს რეაქტორის მშენებლობის ხარჯები, თუმცა რა თანხები დაიხარჯება ობიექტის შექმნაზე არ გახმაურებულა. პორტალ ScienceNOW-ის რედაქტორის მიერ უსახელო წყაროდან მიღებული ინფორმაციის თანახმად, ექსპერიმენტების დაწყების დროისთვის ITER პროექტის ღირებულება შეიძლება იყოს 16 მილიარდი ევრო.

კადარაში შეხვედრა ასევე იყო პირველი ოფიციალური სამუშაო დღე პროექტის ახალი დირექტორისთვის, იაპონელი ფიზიკოსისთვის ოსამუ მოტოჯიმასთვის. მანამდე პროექტს 2005 წლიდან ხელმძღვანელობდა იაპონელი კანამე იკედა, რომელმაც სურდა თანამდებობა დაეტოვებინა ბიუჯეტისა და მშენებლობის დროის დამტკიცებისთანავე.

ITER fusion reactor არის ევროკავშირის, შვეიცარიის, იაპონიის, აშშ-ს, რუსეთის, სამხრეთ კორეის, ჩინეთისა და ინდოეთის ერთობლივი პროექტი. ITER-ის შექმნის იდეა განიხილება გასული საუკუნის 80-იანი წლებიდან, თუმცა ფინანსური და ტექნიკური სირთულეების გამო, პროექტის ღირებულება მუდმივად იზრდება, ხოლო მშენებლობის დაწყების თარიღი მუდმივად გადაიდება. 2009 წელს ექსპერტები ელოდნენ, რომ რეაქტორის შექმნაზე მუშაობა 2010 წელს დაიწყება. მოგვიანებით ეს თარიღი გადავიდა და რეაქტორის გაშვების დროდ ჯერ 2018 და შემდეგ 2019 წელი დასახელდა.

შერწყმის რეაქციები არის მსუბუქი იზოტოპების ბირთვების შერწყმის რეაქციები უფრო მძიმე ბირთვის წარმოქმნით, რომელსაც თან ახლავს ენერგიის უზარმაზარი გამოყოფა. თეორიულად, შერწყმის რეაქტორებს შეუძლიათ გამოიმუშავონ ბევრი ენერგია დაბალ ფასად, მაგრამ ამჟამად მეცნიერები ხარჯავენ ბევრად მეტ ენერგიას და ფულს შერწყმის რეაქციის დასაწყებად და შესანარჩუნებლად.

Fusion არის იაფი და ეკოლოგიურად სუფთა გზა ენერგიის წარმოებისთვის. მილიარდობით წლის განმავლობაში მზეზე მიმდინარეობს უკონტროლო თერმობირთვული შერწყმა - ჰელიუმი წარმოიქმნება წყალბადის დეიტერიუმის მძიმე იზოტოპიდან. ეს გამოყოფს ენერგიის უზარმაზარ რაოდენობას. თუმცა, დედამიწაზე ადამიანებმა ჯერ არ ისწავლეს ასეთი რეაქციების კონტროლი.

წყალბადის იზოტოპები გამოყენებული იქნება როგორც საწვავი ITER-ის რეაქტორში. თერმობირთვული რეაქციის დროს ენერგია იხსნება, როდესაც მსუბუქი ატომები გაერთიანდებიან უფრო მძიმე ატომების შესაქმნელად. ამის მისაღწევად აუცილებელია გაზის გაცხელება 100 მილიონ გრადუსზე მეტ ტემპერატურაზე - მზის ცენტრში ტემპერატურაზე ბევრად მაღალი. ამ ტემპერატურაზე გაზი გადაიქცევა პლაზმად. ამავდროულად, წყალბადის იზოტოპის ატომები ერწყმის, ჰელიუმის ატომებად გადაიქცევა დიდი რაოდენობით ნეიტრონების გამოთავისუფლებით. ამ პრინციპით მოქმედი ელექტროსადგური გამოიყენებს ნეიტრონების ენერგიას, რომელიც ზომიერდება მკვრივი ნივთიერების ფენით (ლითიუმი).

რატომ დასჭირდა ამდენი დრო თერმობირთვული დანადგარების შექმნას?

რატომ არის, რომ ასეთი მნიშვნელოვანი და ღირებული ინსტალაციები, რომელთა უპირატესობებზე თითქმის ნახევარი საუკუნის განმავლობაში განიხილება, ჯერ კიდევ არ არის შექმნილი? არსებობს სამი ძირითადი მიზეზი (ქვემოთ განხილული), რომელთაგან პირველს შეიძლება ეწოდოს გარე ან საჯარო, ხოლო დანარჩენ ორს - შიდა, ანუ თავად თერმობირთვული ენერგიის განვითარების კანონებისა და პირობების გამო.

1. დიდი ხნის განმავლობაში ითვლებოდა, რომ შერწყმის ენერგიის პრაქტიკული გამოყენების პრობლემა არ საჭიროებს გადაუდებელ გადაწყვეტილებებს და მოქმედებებს, რადგან ჯერ კიდევ გასული საუკუნის 80-იან წლებში წიაღისეული საწვავის წყაროები ამოუწურავი ჩანდა, ხოლო ეკოლოგიური პრობლემები და კლიმატის ცვლილება არ იყო. ეხება საზოგადოებას. 1976 წელს, აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის შერწყმა ენერგეტიკის მრჩეველთა კომიტეტმა სცადა შეეფასებინა კვლევის და განვითარების დრო და საჩვენებელი შერწყმა ელექტროსადგურის მშენებლობა კვლევის დაფინანსების სხვადასხვა ვარიანტებით. ამასთან, აღმოჩნდა, რომ ამ მიმართულებით კვლევების წლიური დაფინანსების მოცულობა სრულიად არასაკმარისია და ასიგნებების არსებული დონის შენარჩუნებით, თერმობირთვული დანადგარების შექმნა არასოდეს იქნება წარმატებული, რადგან გამოყოფილი თანხები არც კი შეესაბამება. მინიმალურ, კრიტიკულ დონეზე.

2. ამ სფეროში კვლევის განვითარების უფრო სერიოზული დაბრკოლებაა ის, რომ განსახილველი ტიპის თერმობირთვული ობიექტის შექმნა და დემონსტრირება შეუძლებელია მცირე მასშტაბით. ქვემოთ წარმოდგენილი განმარტებებიდან ირკვევა, რომ თერმობირთვული შერწყმა მოითხოვს არა მხოლოდ პლაზმის მაგნიტურ შეზღუდვას, არამედ მის საკმარის გათბობას. დახარჯული და მიღებული ენერგიის თანაფარდობა იზრდება მინიმუმ ინსტალაციის წრფივი ზომების კვადრატის პროპორციულად, რის შედეგადაც თერმობირთვული დანადგარების სამეცნიერო და ტექნიკური შესაძლებლობები და უპირატესობები შეიძლება შემოწმდეს და აჩვენოს მხოლოდ საკმაოდ დიდ სადგურებზე. როგორც ზემოთ აღინიშნა ITER რეაქტორი. საზოგადოება უბრალოდ არ იყო მზად ამხელა პროექტების დასაფინანსებლად, სანამ არ იყო საკმარისი ნდობა წარმატებაში.

3. თერმობირთვული ენერგიის განვითარება ძალიან რთული იყო, თუმცა (მიუხედავად არასაკმარისი დაფინანსებისა და JET და ITER ობიექტების შექმნის ცენტრების არჩევის სირთულეების მიუხედავად), ბოლო წლებში აშკარა პროგრესი იყო, თუმცა მოქმედი სადგური ჯერ არ არის შექმნილი.

თანამედროვე სამყარო ძალიან სერიოზული ენერგეტიკული გამოწვევის წინაშე დგას, რომელსაც უფრო ზუსტად შეიძლება ვუწოდოთ „გაურკვეველი ენერგეტიკული კრიზისი“. პრობლემა დაკავშირებულია იმასთან, რომ წიაღისეული საწვავის მარაგი შესაძლოა ამოიწუროს ამ საუკუნის მეორე ნახევარში. უფრო მეტიც, წიაღისეული საწვავის დაწვამ შეიძლება გამოიწვიოს ატმოსფეროში გამოთავისუფლებული ნახშირორჟანგის (ზემოთ ნახსენები CCS პროგრამა) როგორმე დაჭერისა და „შენახვის“ საჭიროება პლანეტის კლიმატის სერიოზული ცვლილებების თავიდან ასაცილებლად.

დღეისათვის კაცობრიობის მიერ მოხმარებული თითქმის მთელი ენერგია იქმნება წიაღისეული საწვავის დაწვით და პრობლემის გადაწყვეტა შეიძლება დაკავშირებული იყოს მზის ენერგიის ან ბირთვული ენერგიის გამოყენებასთან (სწრაფი რეაქტორების შექმნა და ა.შ.). განვითარებადი ქვეყნების მოსახლეობის მზარდი რაოდენობით გამოწვეული გლობალური პრობლემა და მათი ცხოვრების დონის გაუმჯობესებისა და წარმოებული ენერგიის რაოდენობის გაზრდის საჭიროება არ შეიძლება გადაწყდეს მხოლოდ განხილული მიდგომების საფუძველზე, თუმცა, რა თქმა უნდა, ენერგიის ალტერნატიული მეთოდების შემუშავების ნებისმიერი მცდელობა. თაობა უნდა წახალისდეს.

სინამდვილეში, ჩვენ გვაქვს ქცევითი სტრატეგიების მცირე არჩევანი და თერმობირთვული ენერგიის განვითარება ძალზე მნიშვნელოვანია, მიუხედავად იმისა, რომ არ არსებობს წარმატების გარანტია. ამის შესახებ Financial Times (დათარიღებული 2004 წლის 25 იანვარი) წერდა:

იმედი ვიქონიოთ, რომ თერმობირთვული ენერგიის განვითარების გზაზე დიდი და მოულოდნელი სიურპრიზები არ იქნება. ამ შემთხვევაში, დაახლოებით, 30 წელიწადში, პირველად შევძლებთ მისგან ელექტრო დენის მიწოდებას ენერგეტიკულ ქსელებში, ხოლო 10 წელზე ცოტა მეტი ხნის შემდეგ პირველი კომერციული თერმობირთვული ელექტროსადგური დაიწყებს მუშაობას. შესაძლებელია, რომ ჩვენი საუკუნის მეორე ნახევარში, ბირთვული შერწყმის ენერგია დაიწყებს წიაღისეული საწვავის ჩანაცვლებას და თანდათანობით დაიწყებს მზარდი როლის შესრულებას კაცობრიობის ენერგიით უზრუნველყოფაში გლობალური მასშტაბით.

არ არსებობს აბსოლუტური გარანტია იმისა, რომ თერმობირთვული ენერგიის (როგორც მთელი კაცობრიობის ენერგიის ეფექტური და ფართომასშტაბიანი წყაროს) შექმნის ამოცანა წარმატებით დასრულდება, მაგრამ ამ მიმართულებით წარმატების ალბათობა საკმაოდ მაღალია. თერმობირთვული ელექტროსადგურების უზარმაზარი პოტენციალის გათვალისწინებით, მათი სწრაფი (და თუნდაც დაჩქარებული) განვითარების პროექტების ყველა ხარჯი შეიძლება გამართლებულად ჩაითვალოს, მით უმეტეს, რომ ეს ინვესტიციები ძალზე მოკრძალებულად გამოიყურება საშინელი მსოფლიო ენერგეტიკული ბაზრის ფონზე (წელიწადში 4 ტრილიონი დოლარი8). ). კაცობრიობის ენერგეტიკულ მოთხოვნილებების დაკმაყოფილება ძალიან სერიოზული პრობლემაა. რამდენადაც წიაღისეული საწვავი სულ უფრო და უფრო ნაკლებად ხელმისაწვდომი ხდება (გარდა ამისა, მათი გამოყენება არასასურველი ხდება), სიტუაცია იცვლება და ჩვენ უბრალოდ არ შეგვიძლია არ განვავითაროთ შერწყმის ძალა.

კითხვაზე "როდის გამოჩნდება თერმობირთვული ენერგია?" ლევ არციმოვიჩმა (აღიარებულმა პიონერმა და კვლევის ლიდერმა ამ სფეროში) ერთხელ უპასუხა, რომ "ის შეიქმნება, როდესაც კაცობრიობისთვის ნამდვილად საჭირო გახდება".

ITER იქნება პირველი სინთეზური რეაქტორი, რომელიც გამოიმუშავებს იმაზე მეტ ენერგიას, ვიდრე მოიხმარს. მეცნიერები ზომავენ ამ მახასიათებელს მარტივი ფაქტორით, რომელსაც "Q"-ს უწოდებენ. თუ ITER შესაძლებელს გახდის ყველა დასახული სამეცნიერო მიზნის მიღწევას, მაშინ ის გამოიმუშავებს 10-ჯერ მეტ ენერგიას, ვიდრე მოიხმარს. ბოლო აშენებული მოწყობილობა, "Joint European Tor" ინგლისში, არის უფრო მცირე პროტოტიპის შერწყმა რეაქტორი, რომელმაც მიაღწია Q-ს თითქმის 1-ს სამეცნიერო კვლევის ბოლო ეტაპებზე, რაც ნიშნავს რომ გამოიმუშავა ზუსტად იმდენი ენერგია, რამდენსაც მოიხმარდა. ITER ამას გადააჭარბებს შერწყმის შედეგად ენერგიის შექმნის დემონსტრირებით და Q მნიშვნელობის 10-ის მიღწევით. იდეა არის 500 მეგავატის გამომუშავება, ენერგიის მოხმარებით დაახლოებით 50 მგვტ. ამრიგად, ITER-ის ერთ-ერთი სამეცნიერო მიზანია დაამტკიცოს, რომ Q მნიშვნელობის 10 მიღწევა შესაძლებელია.

კიდევ ერთი მეცნიერული მიზანია, რომ ITER-ს ექნება ძალიან დიდი „დაწვის“ დრო – გაზრდილი ხანგრძლივობის პულსი ერთ საათამდე. ITER არის კვლევითი ექსპერიმენტული რეაქტორი, რომელსაც არ შეუძლია მუდმივად აწარმოოს ენერგია. როდესაც ITER იწყებს მუშაობას, ის ჩართული იქნება ერთი საათის განმავლობაში, რის შემდეგაც საჭირო იქნება მისი გამორთვა. ეს მნიშვნელოვანია, რადგან აქამდე სტანდარტულ მოწყობილობებს, რომლებსაც ჩვენ ვქმნიდით, შეეძლოთ ჰქონოდათ წვის დრო რამდენიმე წამის ან წამის მეათედიც კი - ეს არის მაქსიმუმი. "ერთობლივი ევროპული ტორუსი" მიაღწია Q მნიშვნელობას 1 წვის დრო დაახლოებით ორი წამი, პულსის სიგრძე 20 წამი. მაგრამ პროცესი, რომელიც რამდენიმე წამს გრძელდება, ნამდვილად არ არის მუდმივი. მანქანის ძრავის გაშვების ანალოგიით: ძრავის მცირე ხნით ჩართვა და შემდეგ მისი გამორთვა არ არის მანქანის რეალური მოქმედება. მხოლოდ მაშინ, როცა მანქანას მართავთ ნახევარი საათის განმავლობაში, ის შევა მუშაობის მუდმივ რეჟიმში და აჩვენებს, რომ ასეთი მანქანის მართვა ნამდვილად შეიძლება.

ანუ, ტექნიკური და სამეცნიერო თვალსაზრისით, ITER უზრუნველყოფს Q მნიშვნელობას 10 და გაზრდილი წვის დროს.

თერმობირთვული შერწყმის პროგრამას აქვს მართლაც საერთაშორისო, ფართო ხასიათი. ხალხი უკვე იმედოვნებს ITER-ის წარმატებას და ფიქრობს შემდეგ ნაბიჯზე - შექმნას სამრეწველო თერმობირთვული რეაქტორის პროტოტიპი სახელწოდებით DEMO. მის ასაშენებლად აუცილებელია ITER-ის მუშაობა. ჩვენ უნდა მივაღწიოთ ჩვენს სამეცნიერო მიზნებს, რადგან ეს ნიშნავს, რომ ჩვენ მიერ წამოყენებული იდეები საკმაოდ განხორციელებადია. თუმცა, ვეთანხმები, რომ ყოველთვის უნდა იფიქრო იმაზე, თუ რა მოხდება შემდეგ. გარდა ამისა, ITER-ის 25-30 წლის განმავლობაში ფუნქციონირებისას, ჩვენი ცოდნა თანდათან გაღრმავდება და გაფართოვდება და უფრო ზუსტად შევძლებთ ჩვენი შემდეგი ნაბიჯის გამოკვეთას.

მართლაც, არ არსებობს კამათი იმის შესახებ, უნდა იყოს თუ არა ITER ზუსტად ტოკამაკი. ზოგიერთი მკვლევარი სულ სხვაგვარად სვამს კითხვას: უნდა არსებობდეს თუ არა ITER? ექსპერტები სხვადასხვა ქვეყანაში, რომლებიც ავითარებენ საკუთარ, არც თუ ისე მასშტაბურ თერმობირთვულ პროექტებს, ამტკიცებენ, რომ ასეთი დიდი რეაქტორი საერთოდ არ არის საჭირო.

თუმცა, მათი აზრი ძნელად ღირს ავტორიტეტული. ITER-ის შექმნაში მონაწილეობდნენ ფიზიკოსები, რომლებიც მუშაობდნენ ტოროიდულ ხაფანგებთან რამდენიმე ათეული წლის განმავლობაში. ყარადაშში ექსპერიმენტული თერმობირთვული რეაქტორის დიზაინი ეფუძნებოდა ათეულობით წინამორბედ ტოკამაკზე ექსპერიმენტების დროს მიღებულ ყველა ცოდნას. და ეს შედეგები მიუთითებს იმაზე, რომ რეაქტორს უნდა ჰქონდეს ტოკამაკი, თანაც დიდი.

JET ამ დროისთვის ყველაზე წარმატებულ ტოკამაკად შეიძლება ჩაითვალოს JET, რომელიც ევროკავშირის მიერ აშენდა ბრიტანეთის ქალაქ აბინგდონში. ეს არის ყველაზე დიდი ტოკამაკის ტიპის რეაქტორებიდან, რომლებიც შეიქმნა დღემდე, პლაზმური ტორუსის დიდი რადიუსი 2,96 მეტრია. თერმობირთვული რეაქციის სიმძლავრე უკვე აღწევს 20 მეგავატზე მეტს, შეკავების დროით 10 წამამდე. რეაქტორი აბრუნებს პლაზმაში ჩადებული ენერგიის დაახლოებით 40%-ს.

ეს არის პლაზმის ფიზიკა, რომელიც განსაზღვრავს ენერგეტიკულ ბალანსს“, - განუცხადა იგორ სემენოვმა Infox.ru-ს. მოსკოვის ფიზიკა-ტექნოლოგიის ინსტიტუტის ასოცირებულმა პროფესორმა მარტივი მაგალითით აღწერა, თუ რა არის ენერგეტიკული ბალანსი: „ყველამ ვნახეთ, როგორ იწვის ცეცხლი. ფაქტობრივად, შეშა კი არა, გაზი იწვება. ენერგეტიკული ჯაჭვი იქ ასეთია: აირი იწვის, შეშა თბება, შეშა აორთქლდება, გაზი ისევ იწვის. ამიტომ, თუ წყალს ცეცხლში ჩავყრით, სისტემიდან მკვეთრად ავიღებთ ენერგიას თხევადი წყლის ორთქლის მდგომარეობაში გადასვლის ფაზაში. ბალანსი უარყოფითი გახდება, ცეცხლი ჩაქრება. არსებობს კიდევ ერთი გზა - ჩვენ შეგვიძლია უბრალოდ ავიღოთ და გავავრცელოთ კოსმოსში. ხანძარიც ჩაქრება. იგივე ეხება შერწყმის რეაქტორს, რომელსაც ჩვენ ვაშენებთ. ზომები შეირჩევა ისე, რომ შეიქმნას შესაბამისი დადებითი ენერგიის ბალანსი ამ რეაქტორისთვის. საკმარისია მომავალში რეალური თბოელექტროსადგურის ასაშენებლად, რომელიც ამ ექსპერიმენტულ ეტაპზე გადაჭრის ყველა იმ პრობლემას, რომელიც ამჟამად გადაუჭრელი რჩება“.

ერთხელ შეიცვალა რეაქტორის ზომები. ეს მოხდა 20-21-ე საუკუნის მიჯნაზე, როდესაც შეერთებულმა შტატებმა დატოვა პროექტი და დარჩენილი წევრები მიხვდნენ, რომ ITER-ის ბიუჯეტი (იმ დროს იგი 10 მილიარდ აშშ დოლარად იყო შეფასებული) ძალიან დიდი იყო. ფიზიკოსებს და ინჟინრებს მოეთხოვათ ინსტალაციის ღირებულების შემცირება. და ეს შეიძლება გაკეთდეს მხოლოდ ზომის ხარჯზე. ITER-ის „რედიზაინს“ ხელმძღვანელობდა ფრანგი ფიზიკოსი რობერტ აიმარი, რომელიც ადრე მუშაობდა ფრანგულ ტოკამაკ Tore Supra-ზე კარადაში. პლაზმური ტორუსის გარე რადიუსი 8,2 მეტრიდან 6,3 მეტრამდე შემცირდა. თუმცა, შემცირებასთან დაკავშირებული რისკები ნაწილობრივ კომპენსირდება რამდენიმე დამატებითი სუპერგამტარი მაგნიტით, რამაც შესაძლებელი გახადა იმდროინდელი აღმოჩენილი და შესწავლილი პლაზმური შეზღუდვის რეჟიმის განხორციელება.

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

10:14 საათი - საერთაშორისო ექსპერიმენტული თერმობირთვული რეაქტორი ITER

ITER-ის შერწყმის რეაქტორის მშენებლობა 2016 წლის ოქტომბერში. თავად რეაქტორი იქ იქნება ცენტრში, სადაც არის წეროს წრე.

ასე რომ, ეს არის პირველი პოსტი ჩანაწერით და მოკლე აღწერით, რაც განვიხილეთ ჩემს რუბრიკაში ვერცხლის წვიმა. გუშინდელი ნომრის თემა იყო თერმობირთვული ენერგია და მსოფლიოში ყველაზე ძვირადღირებული სამეცნიერო ინსტალაცია - ITER.

რა არის ITER?
ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) არის საერთაშორისო ექსპერიმენტული თერმობირთვული რეაქტორი. ის ათობით ქვეყნის ძალისხმევით შენდება საფრანგეთის ბირთვულ ცენტრში კადარაში. მისი დაგეგმვა ჯერ კიდევ 1980-იან წლებში დაიწყო, პროექტი შემუშავდა 1992 წლიდან 2007 წლამდე, მშენებლობა დაიწყო 2009 წელს. პირველი პლაზმის მიღება 2025 წელს იგეგმება, საბოლოო დასრულება და პროექტის მიხედვით დაგეგმილი სამუშაო პარამეტრების მაქსიმალურ მიღწევა დაახლოებით 2035 წელს იქნება. რატომ არის ეს მნიშვნელოვანი და საინტერესო? პირველი, ITER არის ყველაზე ძვირი და რთული სამეცნიერო და ექსპერიმენტული დაწესებულება მსოფლიოში. მისი ღირებულება უკვე 20 მილიარდ ევროზე მეტია შეფასებული. შედარებისთვის, დიდი ადრონული კოლაიდერი 6 მილიარდი ევრო დაჯდა და მის აშენებას 7 წელი დასჭირდა. მეორეც, ITER არის ყველაზე მნიშვნელოვანი, რაც ახლა კეთდება თერმობირთვული ენერგიის განვითარების მიმართულებით, რომელსაც შეუძლია მომავალში კაცობრიობის ყველა ენერგეტიკული პრობლემის გადაჭრა. ინსტალაციის მიზანია წარმოაჩინოს სამრეწველო მასშტაბის სიმძლავრეებით კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმის შესაძლებლობა და პირველი თერმობირთვული ელექტროსადგურის მშენებლობის გამოცდილების დაგროვება. ასე რომ, თავად ITER ჯერ არ გამოიმუშავებს ელექტროენერგიას.

თერმობირთვულ რეაქტორში, ჩვეულებრივი ატომური რეაქტორისგან განსხვავებით, გამოიყენება არა ურანის ან პლუტონიუმის მძიმე ბირთვების დაშლის რეაქცია, არამედ წყალბადის იზოტოპებიდან მსუბუქი ჰელიუმის ბირთვების შერწყმის რეაქცია - დეიტერიუმი და ტრიტიუმი. მსგავსი შერწყმის რეაქცია ხდება მზეზე, ამიტომ მზის და ქარის "ალტერნატიული" ენერგია გარკვეულწილად არის ჩვენი ვარსკვლავის თერმობირთვული ენერგიის არაპირდაპირი გამოყენება.

ამავე დროს, ძალიან რთულია კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმის რეაქციის შექმნა. მათ ისწავლეს დედამიწაზე უკონტროლო თერმობირთვული რეაქციის წარმოება - წყალბადის თერმობირთვული ბომბების სახით, ყველაზე ძლიერი ადამიანის მიერ შექმნილი ბომბებიდან. მაგრამ მშვიდობიანი მიზნებისთვის მისი გამოყენება ჯერ არ შეიძლება. აქ რამდენიმე სირთულეა. პირველ რიგში, შერწყმის რეაქცია მოითხოვს მაღალ ტემპერატურას. აუცილებელია ორი მსუბუქი ბირთვის დაშლა და შეჯახება ერთი და იგივე დადებითი მუხტით, რომლებიც უფრო დაბალი სიჩქარით უბრალოდ მოგერიდებათ. ამრიგად, მზის ტემპერატურა 15 მილიონ გრადუსს აღწევს, ხოლო ITER-ის რეაქტორში კიდევ უფრო მეტი იქნება - 150 მილიონი გრადუსი.

ასეთ ტემპერატურაზე ნივთიერება არსებობს მხოლოდ პლაზმის სახით - მატერიის მეოთხე საერთო მდგომარეობა მყარი, თხევადი და აირის შემდეგ, სადაც აღარ არის ატომები, არამედ მხოლოდ ცალკეული დამუხტული ნაწილაკები - ბირთვები, პროტონები და ელექტრონები. ამრიგად, თერმობირთვული ინსტალაციის მეორე სირთულე არის ამ პლაზმის შეკავება რეაქტორის შიგნით. ვერცერთი მასალა ვერ გაუძლებს ამ პლაზმასთან კონტაქტს, ამიტომ მას მოუწევს შეკავება არა მატერიით, არამედ მაგნიტური ველით. თუ ველს მიანიჭებთ დახურულ ფორმას, მაშინ დამუხტული ნაწილაკები მასში იქნება. თუმცა, თეორიულადაც კი შეუძლებელია სფერული დახურული მაგნიტური ველის შექმნა (ზღარბის სავარცხლის თეორემის გამო), ამიტომ შემოთავაზებული იქნა ტორუსის ფორმის ველი პლაზმის შემცველობით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ბაგელი. და ის პირველად გამოიგონეს და განახორციელეს საბჭოთა მეცნიერებმა. ამიტომ, ასეთი დიზაინის სახელი - ტოკამაკი (ტოროიდული კამერა მაგნიტური ხვეულებით), მეცნიერების სამყაროში შემოვიდა რუსული ენიდან. ITER იქნება ყველაზე დიდი და ყველაზე ძლიერი ტოკამაკი მსოფლიოში, თუმცა პლანეტაზე უკვე 300-ზე მეტია.

და კიდევ ერთი სირთულე - საჭირო მაგნიტური ველის შესაქმნელად საჭიროა უზარმაზარი სუპერგამტარი მაგნიტები, რომლებიც გაცივდებიან თხევადი ჰელიუმით -270 გრადუს ცელსიუსზე დაბალ ტემპერატურამდე. ასე რომ, გამოდის, რომ ტოკამაკი არის მოწყობილობა, სადაც სრულ ვაკუუმში (რადგან საწვავის, დეიტერიუმის და ტრიტიუმის გარდა, არ არის დაშვებული გაზის მინარევები შიგნით), მოხდება რეაქცია ხვეულებში მინუს ტემპერატურაზე 150 მილიონი. გრადუსი. ეს არის ცხელი სენდვიჩი. უფრო კონკრეტულად, ბაგელი.

ინსტალაციის ზომა და სირთულე შეიძლება შეფასდეს ამ დიაგრამიდან.

მაგრამ რა არის იმ მაგნიტის რგოლების რეალური ზომა, საიდანაც ზემოთ დიაგრამაზე ნაჩვენები ტოკამაკის კამერა შეიკრიბება. უფრო ამაღელვებელი ფოტოები.

წაიკითხეთ მეტი ტოკამაკის ფიზიკისა და მისი მოწყობილობის შესახებ თითებზე აქ.

ყველაზე განვითარებულ ქვეყნებსაც კი გაუჭირდებათ ასეთი პროექტის მარტო განხორციელება. ინსტალაციის სირთულიდან გამომდინარე, საჭირო იყო შერწყმის კვლევაში ჩართული ყველა ქვეყნის ცოდნისა და გამოცდილების გაერთიანება. ITER-ის პროექტში მონაწილეობენ გაერთიანებული ევროკავშირი, აშშ, რუსეთი, იაპონია, სამხრეთ კორეა, ჩინეთი და ინდოეთი. მოგვიანებით მას შეუერთდა ყაზახეთი, ცოტა ხნის წინ ირანიც კი. ვიღაც ინვესტიციას ახორციელებს პროექტში ფულით, ვიღაც კი სამშენებლო ტექნიკის სახით. რუსეთი, მაგალითად, აშენებს ბევრ მნიშვნელოვან კომპონენტს, როგორც ეს ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ სურათზე. რუსეთის მონაწილეობის შესახებ მეტი შეგიძლიათ წაიკითხოთ რუსული საპროექტო ცენტრის ITER-ის ვებგვერდზე.

ITER დიზაინის ნაწილები, რომლებიც დამზადებულია რუსეთში. მათი ღირებულება რამდენიმე მილიარდი ევროა.

ძალისხმევის გაერთიანება ყველასთვის სასარგებლოა - მათი ნაწილის ინვესტიციით, ქვეყნები იღებენ წვდომას საპილოტე დაწესებულებაში მოპოვებულ ყველა ინფორმაციას. თერმობირთვული ენერგია მართლაც შეიძლება გახდეს მთელი კაცობრიობის საკუთრება. პროექტის საერთაშორისო თანამშრომლობის სახით განხორციელების კიდევ ერთი შესაძლო მიზეზი არის რისკის გაზიარება. ის ჯერ კიდევ ძალიან შორს არის კომერციული დანადგარების გარეგნობისგან (თვითონ ITER ჯერ კიდევ არ გამოიმუშავებს ენერგიას, ამის შემდეგ ამას შემდეგი DEMO რეაქტორი გააკეთებს), ეს ყველას ესმის და მარტო ასეთი ძვირადღირებული ექსპერიმენტის ჩატარება წამგებიანია. ქვეყნები, უხეშად რომ ვთქვათ, ინვესტირებას ახდენენ შორეულ მომავალში და ინარჩუნებენ სამეცნიერო პოტენციალს თერმობირთვული ენერგიის სფეროში, მაგრამ ამავდროულად იზიარებენ რისკებს, რომ პროდუქტი მალე არ გამოჩნდეს და არა იმ სახით, როგორშიც შეიძლება გამოიყენებოდეს.

მართალია ბირთვული ენერგიის შესწავლით ვიყავი დაკავებული, მაგრამ თერმობირთვული რეაქტორი იმდენად ცალკე და შორს არის ტრადიციული ატომური ელექტროსადგურებისგან, რომ მხოლოდ ახლა ჩავვარდი მასში საკმარისად ღრმად. ახლა მეჩვენება, რომ ტექნიკურად მოგვარდება კონტროლირებადი თერმობირთვული ენერგიის მშვიდობიანი გამოყენების პრობლემა. სწორედ ეს იქნება შექმნის მოთხოვნილება და ზუსტად როდის მოხდება ეს, ჯერჯერობით ძნელი სათქმელია.

ITER (ITER, საერთაშორისო თერმობირთვული ექსპერიმენტული რეაქტორი, "საერთაშორისო ექსპერიმენტული თერმობირთვული რეაქტორი") არის ფართომასშტაბიანი სამეცნიერო და ტექნიკური პროექტი, რომელიც მიზნად ისახავს პირველი საერთაშორისო ექსპერიმენტული თერმობირთვული რეაქტორის მშენებლობას.

ახორციელებს შვიდი ძირითადი პარტნიორის მიერ (ევროკავშირი, ინდოეთი, ჩინეთი, კორეის რესპუბლიკა, რუსეთი, აშშ, იაპონია) კადარაში (პროვანსი-ალპები-ლაჟვარდოვანი ნაპირი, საფრანგეთი). ITER დაფუძნებულია ტოკამაკის ობიექტზე (დასახელებული პირველი ასოების მიხედვით: ტოროიდული კამერა მაგნიტური ხვეულებით), რომელიც ითვლება ყველაზე პერსპექტიულ მოწყობილობად კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმისთვის. პირველი ტოკამაკი საბჭოთა კავშირში 1954 წელს აშენდა.

პროექტის მიზანია იმის დემონსტრირება, რომ შერწყმის ენერგიის გამოყენება შესაძლებელია სამრეწველო მასშტაბით. ITER სავარაუდოდ გამოიმუშავებს ენერგიას მძიმე წყალბადის იზოტოპებთან შერწყმის რეაქციით 100 მილიონ გრადუსზე მეტ ტემპერატურაზე.

ვარაუდობენ, რომ 1 გ საწვავი (დეიტერიუმისა და ტრიტიუმის ნარევი), რომელიც გამოყენებული იქნება ინსტალაციაში, იგივე რაოდენობის ენერგიას გამოიმუშავებს, რაც 8 ტონა ზეთს. ITER-ის სავარაუდო თერმობირთვული სიმძლავრე 500 მეგავატია.

ექსპერტები ამბობენ, რომ ამ ტიპის რეაქტორი ბევრად უფრო უსაფრთხოა, ვიდრე ამჟამინდელი ატომური ელექტროსადგურები (NPPs) და ზღვის წყალს შეუძლია მისთვის საწვავი უზრუნველყოს თითქმის შეუზღუდავი რაოდენობით. ამრიგად, ITER-ის წარმატებული განხორციელება უზრუნველყოფს სუფთა ენერგიის ამოუწურავი წყაროს.

პროექტის ისტორია

რეაქტორის კონცეფცია შემუშავდა ატომური ენერგიის ინსტიტუტში. I.V. კურჩატოვი. 1978 წელს სსრკ-მ წამოაყენა ატომური ენერგიის საერთაშორისო სააგენტოში (IAEA) პროექტის განხორციელების იდეა. პროექტის განხორციელებაზე შეთანხმება მიღწეული იქნა 1985 წელს ჟენევაში სსრკ-სა და აშშ-ს შორის მოლაპარაკებების დროს.

პროგრამა მოგვიანებით დაამტკიცა IAEA-მ. 1987 წელს პროექტმა მიიღო დღევანდელი სახელი, 1988 წელს შეიქმნა მმართველი ორგანო ITER საბჭო. 1988-1990 წლებში. პროექტის კონცეპტუალური შესწავლა საბჭოთა, ამერიკელმა, იაპონელმა და ევროპელმა მეცნიერებმა და ინჟინრებმა ჩაატარეს.

1992 წლის 21 ივლისს ვაშინგტონში ევროკავშირმა, რუსეთმა, აშშ-მ და იაპონიამ ხელი მოაწერეს შეთანხმებას ITER ტექნიკური პროექტის განვითარების შესახებ, რომელიც დასრულდა 2001 წელს. 2002-2005 წლებში. პროექტს შეუერთდნენ სამხრეთ კორეა, ჩინეთი და ინდოეთი. პირველი საერთაშორისო ექსპერიმენტული თერმობირთვული რეაქტორის მშენებლობის შესახებ შეთანხმებას ხელი მოეწერა პარიზში 2006 წლის 21 ნოემბერს.

ერთი წლის შემდეგ, 2007 წლის 7 ნოემბერს, ხელი მოეწერა ხელშეკრულებას ITER-ის სამშენებლო მოედანზე, რომლის მიხედვითაც რეაქტორი განთავსდება საფრანგეთში, მარსელის მახლობლად მდებარე კადარაშის ატომურ ცენტრში. კონტროლისა და მონაცემთა დამუშავების ცენტრი განთავსდება იაპონიაში, იბარაკის პრეფექტურაში, ნაკაში.

კადარაშის უბნის მომზადება 2007 წლის იანვარში დაიწყო, ხოლო სრულმასშტაბიანი მშენებლობა 2013 წელს დაიწყო. კომპლექსი 180 ჰექტარ ფართობზე განთავსდება. 60 მ სიმაღლისა და 23 ათასი ტონა მასის რეაქტორი განთავსდება 1 კმ სიგრძისა და 400 მ სიგანის ადგილზე, მის მშენებლობაზე სამუშაოებს კოორდინაციას უწევს 2007 წლის ოქტომბერში დაარსებული საერთაშორისო ორგანიზაცია ITER.

პროექტის ღირებულება შეფასებულია 15 მილიარდ ევროდ, საიდანაც ევროკავშირი (ევრატომის გავლით) შეადგენს 45,4%-ს, ხოლო ექვსი სხვა მონაწილე (რუსეთის ფედერაციის ჩათვლით) თითოეულის 9,1%-ს შეადგენს. 1994 წლიდან პროექტში რუსული კვოტით ყაზახეთიც მონაწილეობს.

რეაქტორის ელემენტები გემებით გადაიგზავნება საფრანგეთის ხმელთაშუა ზღვის სანაპიროზე და იქიდან სპეციალური ქარავნებით გადაიყვანენ კადარაშის რაიონში. ამ მიზნით 2013 წელს საგრძნობლად გადაიარაღება არსებული გზების მონაკვეთები, გამაგრდა ხიდები, აშენდა ახალი გადასასვლელები და განსაკუთრებით ძლიერი ზედაპირის გზები. 2014 წლიდან 2019 წლამდე პერიოდში მინიმუმ სამი ათეული სუპერმძიმე საგზაო მატარებელი უნდა გაიაროს გამაგრებული გზის გასწვრივ.

ITER-ის პლაზმური დიაგნოსტიკური სისტემები განვითარდება ნოვოსიბირსკში. ამის შესახებ შეთანხმებას 2014 წლის 27 იანვარს მოაწერეს ხელი საერთაშორისო ორგანიზაციის ITER-ის დირექტორმა ოსამუ მოტოჯიმამ და რუსეთის ფედერაციაში ITER-ის ეროვნული სააგენტოს ხელმძღვანელმა ანატოლი კრასილნიკოვმა.

ახალი ხელშეკრულების ფარგლებში დიაგნოსტიკური კომპლექსის განვითარება ფიზიკურ-ტექნიკური ინსტიტუტის ბაზაზე მიმდინარეობს. რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის A.F. Ioffe.

მოსალოდნელია, რომ რეაქტორი ამოქმედდება 2020 წელს, მასზე ბირთვული შერწყმის პირველი რეაქციები განხორციელდება არა უადრეს 2027 წლისა. 2037 წელს იგეგმება პროექტის ექსპერიმენტული ნაწილის დასრულება და 2040 წლისთვის გადასვლა ელექტროენერგიის გამომუშავება. ექსპერტების წინასწარი პროგნოზით, რეაქტორის სამრეწველო ვერსია მზად იქნება არა უადრეს 2060 წელს, ხოლო ამ ტიპის რეაქტორების სერია შეიძლება შეიქმნას მხოლოდ 21-ე საუკუნის ბოლოს.

პორტალი სტუდენტისთვის. თვითმმართველობის მომზადება