Мегапроекты человечества: термоядерный реактор ITER и энергия звезд на Земле. Итэр википедияИТЭР - международный термоядерный реактор (ITER) ИТЭР — международный термоядерный реактор (ITER) Потребление энергии человечеством растет с каждым годом, что подталкивает сферу энергетики к активному развитию. Так с возникновением атомных станций количество вырабатываемой энергии по всему миру значительно возросло, что позволило благополучно расходовать энергию на все потребности человечества. К примеру, 72,3 % от вырабатываемой электроэнергии во Франции приходится на атомные станции, в Украине — 52,3 %, в Швеции — 40,0 %, в Великобритании — 20,4 %, в России — 17,1 %. Однако, технологии не стоят на месте, и чтобы угодить дальнейшим энергетическим потребностям стран будущего, ученые работают над рядом инновационных проектов, одним из которых является ИТЭР — международный термоядерный реактор (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor).  Компьютерная модель ITER Преимущества и недостаткиХотя рентабельность данной установки еще находится под вопросом, согласно работам многих исследователей – создание и последующее развитие технологии управляемого термоядерного синтеза может в результате дать мощный и безопасный источник энергии. Рассмотрим некоторые положительные стороны подобной установки:
 Термоядерный реактор — вид изнутри Однако, существует также ряд технических недоработок, с которыми постоянно сталкиваются исследователи. Например, нынешний вариант топлива, представленный в виде смеси дейтерия и трития, требует разработки новых технологий. Например, по окончанию первой серии тестов на крупнейшем на сегодняшней день термоядерном реакторе ДЖЕТ, реактор стал настолько радиоактивным, что далее потребовалась разработка специальной роботизированной системы обслуживания для завершения эксперимента. Другим неутешительным фактором работы термоядерного реактора является его КПД – 20%, в то время как КПД АЭС – 33-34%, а ТЭС — 40%.  Термоядерный реактор ДЖЕТ Создание проекта ИТЭР и запуск реактораПроект ITER берет свое начало в 1985-м году, когда Советский Союз предложил совместное создание токамака — тороидальной камеры с магнитными катушками, которая способно удерживать плазму при помощи магнитов, тем самым создавая условия, требуемые для протекания реакции термоядерного синтеза. В 1992-м году было подписано четырехстороннее соглашение о разработке ИТЕР, сторонами которого выступили ЕС, США, Россия и Япония. В 1994-м году к проекту присоединилась Республика Казахстан, в 2001-м – Канада, в 2003-м – Южная Корея и Китай, в 2005-м — Индия. В 2005-м году было определено место для постройки реактора – исследовательский центр ядерной энергетики Кадараш, Франция. Строительство реактора началось с подготовки котлована для фундамента. Так параметры котлована составили 130 х 90 х 17 метров. Весь комплекс с токамаком будет весить 360 000 тонн, из которых 23 000 тонн приходится на сам токамак. Различные элементы комплекса ИТЕР будут разрабатываться и доставляться на место строительства со всех уголков мира. Так в 2016-м году в России была разработана часть проводников для полоидальных катушек, которые далее отправились в Китай, который будет производить сами катушки. Очевидно, столь масштабную работу совсем непросто организовать, ряд стран неоднократно не поспевали за поставленным графиком проекта, в результате чего запуск реактора постоянно переносился. Так, согласно прошлогоднему (2016 г.) июньскому сообщению: «получение первой плазмы запланировано на декабрь 2025-го года».  Строительство ИТЭР в 2016 году Механизм работы токамака ITERТермин «токамак» происходит из русского акронима, который обозначает «тороидальная камера с магнитными катушками». Сердцем токамака является его вакуумная камера в форме тора. Внутри, под воздействием экстремальной температуры и давления, газообразное водородное топливо становится плазмой — горячим электрически заряженным газом. Как известно, звездное вещество представлено плазмой, а термоядерные реакции в ядре Солнца протекают как раз в условиях повышенной температуры и давления. Подобные условия для формирования, удержания, сжатия и разогрева плазмы создаются посредством массивных магнитных катушек, которые расположены вокруг вакуумного сосуда. Воздействие магнитов позволит ограничить горячую плазму от стен сосуда.  Модель формирования плазменного шнура в ИТЭР Перед началом процесса воздух и примеси удаляются из вакуумной камеры. Затем заряжаются магнитные системы, которые помогут контролировать плазму, и вводится газообразное топливо. Когда через сосуд проходит мощный электрический ток, газ электрически расщепляется и становится ионизированным (то есть электроны покидают атомы) и образует плазму. По мере того, как частицы плазмы активируются и сталкиваются, они также начинают нагреваться. Вспомогательные методы нагрева помогают привести плазму к температурам плавления (от 150 до 300 миллионов ° C). Частицы, «возбужденные» до такой степени, могут преодолеть свое естественное электромагнитное отталкивание при столкновении, в результате таких столкновений высвобождается огромное количество энергии.  Основные элементы конструкции токамака Конструкция токамака состоит из таких элементов: Вакуумный сосуд(«пончик») – тороидальная камера, выполненная из нержавеющей стали. Ее большой диаметр составляет 19 м, малый – 6 м, а высота – 11 м. Объем камеры составляет 1 400 м3, а масса – более 5 000 т. Стенки вакуумного сосуда двойные, между стенками будет циркулировать теплоноситель, в роли которого выступит дистиллированная вода. Во избежание загрязнения воды, внутренняя стенка камеры защищена от радиоактивного излучения при помощи бланкета. Бланкет(«одеяло») – состоит из 440 фрагментов, укрывающих внутреннюю поверхность камеры. Общая площадь банкета составляет 700м2. Каждый фрагмент представляет собой нечто вроде кассеты, корпус которой сделан из меди, а передняя стенка является съемной и сделана из бериллия. Параметры кассет 1х1,5 м, а масса — не более 4,6 т. Подобные бериллиевые кассеты будут замедлять высокоэнергетические нейтроны, образованные в процессе реакции. Во время замедления нейтронов будет выделяться тепло, отводимое системой охлаждения. Следует отметить, что бериллиевая пыль, образуемая в результате работы реактора, может вызвать тяжелое заболевание под названием бериллиоз, также несет канцерогенное воздействие. По этой причине в комплексе разрабатываются строгие меры безопасности.  Токамак в разрезе. Желтым — соленоид, оранжевым — магниты тороидального поля (TF) и полоидального поля (PF), синим — бланкет, светло-синим — VV — вакуумный сосуд, фиолетовым — дивертор Дивертор(«пепельница») полоидального типа – устройство, основной задачей которого является «очищение» плазмы от грязи, возникающей в результате нагрева и взаимодействия с ней стенок камеры, покрытых бланкетом. При попадании подобных загрязнений в плазму, они начинают интенсивно излучать, вследствие чего возникают дополнительные радиационные потери. Располагается в нижней части токомака и при помощи магнитов направляет верхние слои плазмы (которые являются наиболее загрязненными) в охлаждающую камеру. Здесь плазма охлаждается и превращается в газ, после чего откачивается из камеры обратно. Бериллиевая пыль, после попадания в камеру – практически неспособна вернуться обратно в плазму. Таким образом загрязнение плазмы остается лишь на поверхности и не проникает вглубь.  Дивертор Криостат– крупнейший компонент токомака, который представляет собой оболочку из нержавеющей стали объемом 16 000 м2 (29,3 х 28,6 м) и массой 3 850 т. Внутри криостата будут располагаться прочие элементы системы, а сам он служит барьером между токамаком и внешней средой. На его внутренних стенках будут расположены тепловые экраны, охлаждаемые циркулирующим азотом при температуре 80 К (-193,15 °C).  Криостат и части токамака ИТЭР Магнитная система– комплекс элементов, служащих для удержания и контроля плазмы внутри вакуумного сосуда. Представляет собой набор из 48 элементов:
 Различные магниты в конструкции токамака Структура комплекса ИТЕРВышеописанная «в двух словах» конструкция токамака представляет собой сложнейший инновационный механизм, собираемый усилиями нескольких стран. Однако, для ее полноценной работы требуется целый комплекс построек, расположенных вблизи токамака. В их числе:
 Элементы комплекса ИТЭР Финансирование ИТЭРМеждународный термоядерный реактор ITER – достаточно дорогое мероприятие, которое изначально оценивалось в 12 миллиардов долларов, где на Россию, США, Корею, Китай и Индию приходится в 1/11 части суммы, на Японию – 2/11, а на ЕС — 4/11. Позже эта сумма возросла до 15 миллиардов долларов. Примечательно, что финансирование происходит посредством поставки требуемого для комплекса оборудования, которое развито в каждой из стран. Так, Россия поставляет бланкеты, устройства нагрева плазмы и сверхпроводящие магниты.  Компоненты токамака и страны их производства Перспектива проектаВ данный момент происходит постройка комплекса ИТЭР и производство всех требуемых компонентов для токамака. После запланированного запуска токамака в 2025-м году начнется проведение ряда экспериментов, на основе результатов которых будут отмечены аспекты, требующие доработки. После успешного ввода в строй ИТЭР планируется постройка электростанции на основе термоядерного синтеза под названием DEMO (DEMOnstration Power Plant). Задача DEMo состоит в демонстрации так называемой «коммерческой привлекательности» термоядерной энергетики. Если ITER способен вырабатывать всего 500 МВт энергии, то DEMO позволит непрерывно генерировать энергию в 2 ГВт. Однако, следует иметь ввиду, что экспериментальная установка ИТЭР не будет вырабатывать энергию, а ее предназначение состоит в получении чисто научной выгоды. А как известно, тот или иной физический эксперимент может не только оправдать ожидания, но также и принести человечеству новые знания и опыт. comments powered by HyperComments Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям! Просмотров записи: 1063  spacegid.com ИТЭР: как создают первый международный экспериментальный термоядерный реактор - Биографии и справкиИТЭР (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor, "Международный экспериментальный термоядерный реактор") - крупномасштабный научно-технический проект, направленный на строительство первого международного экспериментального термоядерного реактора. Реализуется семью основными партнерами (Европейский Союз, Индия, Китай, Республика Корея, Россия, США, Япония) в Кадараше (регион Прованс-Альпы-Лазурный берег, Франция). В основе ИТЭР - установка токамак (название получила по первым буквам: тороидальная камера с магнитными катушками), которая считается наиболее перспективным устройством для осуществления управляемого термоядерного синтеза. Первый токамак был построен в Советском Союзе в 1954 г. Задача проекта - продемонстрировать, что термоядерную энергию можно использовать в промышленных масштабах. ИТЭР должен вырабатывать энергию путем реакции синтеза с тяжелыми изотопами водорода при температуре более 100 млн градусов. Предполагается, что 1 г топлива (смесь дейтерия и трития), которое будет использоваться в установке, даст такое же количество энергии, как 8 т нефти. Расчетная термоядерная мощность ИТЭР - 500 МВт. Специалисты утверждают, что реактор такого типа намного безопаснее нынешних атомных электростанций (АЭС), а топливо для него практически в неограниченном количестве может давать морская вода. Таким образом, успешная реализация ИТЭР позволит получить неисчерпаемый источник экологически чистой энергии. История проектаКонцепция реактора разработана в Институте атомной энергии им. И.В.Курчатова. В 1978 г. СССР выдвинул идею осуществления проекта в Международном агентстве по атомной энергии (МАГАТЭ). Договоренность о реализации проекта была достигнута в 1985 г. в Женеве на переговорах между СССР и США. Позднее программа была утверждена МАГАТЭ. В 1987 г. проект получил нынешнее название, в 1988 г. был создан руководящий орган - Совет ИТЭР. В 1988—1990 гг. силами советских, американских, японских и европейских ученых и инженеров была проведена концептуальная проработка проекта. 21 июля 1992 г. в Вашингтоне ЕС, Россия, США и Япония подписали соглашение о разработке технического проекта ИТЭР, который был завершен в 2001 г. В 2002-2005 гг. к проекту присоединились Южная Корея, Китай и Индия. Соглашение о строительстве первого международного экспериментального термоядерного реактора было подписано в Париже 21 ноября 2006 г. Спустя год, 7 ноября 2007 г. подписано соглашение о месте строительства ИТЭР, согласно которому реактор будет размещен во Франции, в ядерном центре Кадараш под Марселем. Центр управления и обработки данных разместится в г. Нака (преф. Ибараки, Япония). Подготовка строительной площадки в Кадараше началась в январе 2007 г., в 2013 г. было развернуто полномасштабное строительство. Комплекс разместится на площади 180 га. Реактор высотой 60 м и массой 23 тыс. т будет расположен на площадке длиной в 1 км и шириной в 400 м. Работы по его строительству координирует Международная организация ИТЭР, созданная в октябре 2007 г. Стоимость проекта оценивается в 15 млрд евро, из них на ЕС (через Евратом) приходится 45,4%, а шесть других участников (в том числе РФ) вносят по 9,1% каждый. С 1994 г. по квоте России в проекте также участвует Казахстан. Элементы реактора будут доставляться кораблями к средиземноморскому побережью Франции и оттуда специальными автокараванами перевозиться в район Кадараша. С этой целью в 2013 г. были значительно переоборудованы участки существующих дорог, укреплены мосты, построены новые переправы и пути с особо крепким покрытием. В период с 2014 г. по 2019 г. по укрепленной дороге должно пройти не менее трех десятков сверхтяжелых автопоездов. Системы диагностики плазмы для ИТЭР будут разработаны в Новосибирске. Соглашение об этом 27 января 2014 г. подписали директор Международной организации ИТЭР Осаму Мотодзима и руководитель национального агентства ИТЭР в РФ Анатолий Красильников. Разработки диагностического комплекса в рамках нового соглашения ведутся на базе физико-технического института им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук. Ожидается, что реактор войдет в строй в 2020 г., первые реакции по ядерному синтезу будут осуществлены на нем не ранее 2027 г. В 2037 г. планируется закончить экспериментальную часть проекта и к 2040 г. перейти на производство электроэнергии. По предварительным прогнозам специалистов, промышленный вариант реактора будет готов не ранее 2060 г., а серия реакторов данного типа может быть создана лишь к концу XXI века. tass.ru Термоядерный реактор ITER - Мастерок.жж.рфДавно trudnopisaka просил сделать пост про строящийся термоядерный реактор. Узнать интересные подробности технологии, выяснить, почему этот проект так долго реализуется. Вот наконец собрал материал. Давайте познакомимся с подробностями проекта. С чего все это началось. «Энергетический вызов» возник в результате сочетания трех следующих факторов: 1. Человечество сейчас потребляет огромное количество энергии. В настоящее время потребление энергии в мире составляет около 15,7 тераватт (ТВт). Разделив эту величину на население планеты, мы получим примерно 2400 ватт на человека, что можно легко оценить и представить. Потребляемая каждым жителем Земли (включая детей) энергия соответствует круглосуточной работе 24 стоваттных электрических ламп. Однако потребление этой энергии по планете является очень неравномерным, так как оно очень велико в нескольких странах и ничтожно в других. Потребление (в пересчете на одного человека) равно 10,3 кВт в США (одно из рекордных значений), 6,3 кВт в Российской Федерации, 5,1 кВт в Великобритании и т. д., но, с другой стороны, оно равно лишь 0,21 кВт в Бангладеше (всего 2% от уровня энергопотребления в США!). По прогнозу Международного агентства по энергетике (2006 год) мировое потребление энергии к 2030 году должно увеличиться на 50%. Развитые страны, конечно, могли бы прекрасно обойтись без дополнительной энергии, однако этот рост необходим для того, чтобы избавить от нищеты население развивающихся стран, где 1,5 миллиарда человек испытывают острую нехватку электрической энергии.
Из сказанного ясно, что уже сейчас мы должны готовиться к окончанию эпохи использования ископаемых типов горючего В настоящее время на атомных электростанциях в широких масштабах получают энергию, выделяющуюся при реакциях деления атомных ядер. Следует всячески поощрять создание и развитие таких станций, однако при этом необходимо учитывать, что запасы одного из важнейших для их работы материала (дешевого урана) также могут быть полностью израсходованы в течение ближайших 50 лет. Возможности основанной на делении ядер энергетики могут (и должны) быть существенно расширены за счет использования более эффективных энергетических циклов, позволяющих почти вдвое увеличить количество получаемой энергии. Для развития энергетики в этом направлении требуется создавать реакторы на тории (так называемые ториевые бридерные реакторы или реакторы-размножители), в которых при реакции возникает больше тория, чем исходного урана, в результате чего общее количество получаемой энергии при заданном количестве вещества возрастает в 40 раз. Перспективным представляется также создание плутониевых бридеров на быстрых нейтронах, которые значительно эффективнее урановых реакторов и позволяют получать в 60 раз больше энергии. Возможно, для развития этих направлений понадобится разработать новые, нестандартные методы получения урана (например, из морской воды, что представляется наиболее доступным).Термоядерные электростанции На рисунке представлена принципиальная схема (без соблюдения масштаба) устройства и принципа работы термоядерной электростанции. В центральной части располагается тороидальная (в форме бублика) камера объемом ~2000 м3, заполненная тритий-дейтериевой (T–D) плазмой, нагретой до температуры выше 100 M°C. Образующиеся при реакции синтеза (1) нейтроны покидают «магнитную бутылку» и попадают в показанную на рисунке оболочку с толщиной около 1 м. Внутри оболочки нейтроны сталкиваются с атомами лития, в результате чего происходит реакция с образованием трития: нейтрон + литий → гелий + тритий Кроме этого в системе происходят и конкурирующие реакции (без образования трития), а также много реакций с выделением дополнительных нейтронов, которые затем также приводят к образованию трития (при этом выделение дополнительных нейтронов может быть существенно усилено, например, за счет введения в оболочку атомов бериллия и свинца). Общий вывод состоит в том, что в этой установке может (по крайней мере, теоретически) происходить реакция ядерного синтеза, при которой будет образовываться тритий. При этом количество образующегося трития должно не только обеспечивать потребности самой установки, но и быть даже несколько большим, что позволит обеспечивать тритием и новые установки. Именно эта концепция работы должна быть проверена и реализована на описываемом ниже реакторе ITER. Кроме этого нейтроны должны разогревать оболочку в так называемых пилотных установках (в которых будут использоваться относительно «обычные» конструкционные материалы) примерно до температуры 400°C. В дальнейшем предполагается создать усовершенствованные установки с температурой нагрева оболочки выше 1000°C, что может быть достигнуто за счет использования новейших высокопрочных материалов (типа композитов из карбида кремния). Выделяющееся в оболочке тепло, как и в обычных станциях, отбирается первичным охлаждающим контуром с теплоносителем (содержащим, например, воду или гелий) и передается на вторичный контур, где и производится водяной пар, подающийся на турбины. 1985 год – Советский Союз предложил установку «Токамак» следующего поколения, используя опыт четырех ведущих стран по созданию термоядерных реакторов. Соединенные Штаты Америки совместно с Японией и Европейским сообществом выдвинули предложение по осуществлению проекта. В настоящее время во Франции идет строительство описываемого ниже международного экспериментального термоядерного реактора ITER (International Tokamak Experimental Reactor), который будет первым токамаком, способным «зажечь» плазму. В наиболее передовых существующих установках типа токамак давно достигнуты температуры порядка 150 M°C, близкие к значениям, требуемым для работы термоядерной станции, однако реактор ITER должен стать первой крупномасштабной энергетической установкой, рассчитанной на длительную эксплуатацию. В дальнейшем необходимо будет существенно улучшить параметры ее работы, что потребует, в первую очередь, повышения давления в плазме, так как скорость слияния ядер при заданной температуре пропорциональна квадрату давления. Основная научная проблема при этом связана с тем, что при повышении давления в плазме возникают очень сложные и опасные неустойчивости, то есть нестабильные режимы работы.  Зачем нам это надо?Основное преимущество ядерного синтеза состоит в том, что в качестве топлива для него требуется лишь очень небольшое количество весьма распространенных в природе веществ. Реакция ядерного синтеза в описываемых установках может приводить к выделению огромного количества энергии, в десять миллионов раз превышающего стандартное тепловыделение при обычных химических реакциях (типа сжигания ископаемого топлива). Для сравнения укажем, что количество угля, необходимого для обеспечения работы тепловой электростанции мощностью 1 гигаВатт (ГВт) составляет 10 000 тонн в день (десять железнодорожных вагонов), а термоядерная установка такой же мощности будет потреблять в день лишь около 1 килограмма смеси D+T. Дейтерий является устойчивым изотопом водорода; примерно в одной из каждых 3350 молекул обычной воды один из атомов водорода замещен дейтерием (наследие, доставшееся нам от Большого Взрыва). Этот факт позволяет легко организовать достаточно дешевое получение необходимого количества дейтерия из воды. Более сложным является получение трития, который является нестабильным (период полураспада около 12 лет, вследствие чего его содержание в природе ничтожно), однако, как было показано выше, тритий будет возникать прямо внутри термоядерной установки в процессе работы, за счет реакции нейтронов с литием.
Таким образом, исходным топливом для термоядерного реактора являются литий и вода. Литий представляет собой обычный металл, широко используемый в бытовых приборах (в батарейках для мобильных телефонов и т. п.). Описанная выше установка, даже с учетом неидеальной эффективности, сможет производить 200 000 кВт/час электрической энергии, что эквивалентно энергии, содержащейся в 70 тоннах угля. Требуемое для этого количество лития содержится в одной батарейке для компьютера, а количество дейтерия — в 45 литрах воды. Указанная выше величина соответствует современному потреблению электроэнергии (в пересчете на одного человека) в странах ЕС за 30 лет. Сам факт, что столь ничтожное количество лития может обеспечить выработку такого количества электроэнергии (без выбросов CO2 и без малейшего загрязнения атмосферы), является достаточно серьезным аргументом для быстрейшего и энергичного развития термоядерной энергетики (несмотря на все сложности и проблемы) и даже без стопроцентой уверенности в успехе таких исследований. Дейтерия должно хватить на миллионы лет, а запасы легко добываемого лития вполне достаточны для обеспечения потребностей в течение сотен лет. Даже если запасы лития в горных породах иссякнут, мы можем добывать его из воды, где он содержится в достаточно высокой концентрации (в 100 раз превосходящей концентрацию урана), чтобы его добыча была экономически целесообразной.  Экспериментальный термоядерный реактор (International thermonuclear experimental reactor) сооружается вблизи города Кадараш во Франции. Главная задача проекта ИТЭР - осуществление управляемой термоядерной реакции синтеза в промышленных масштабах. На единицу веса термоядерного топлива получается примерно в 10 миллионов раз больше энергии, чем при сгорании такого же количества органического топлива, и примерно в сто раз больше, чем при расщеплении ядер урана в реакторах ныне действующих АЭС. Если расчеты ученых и конструкторов оправдаются, это даст человечеству неисчерпаемый источник энергии. Поэтому ряд стран (Россия, Индия, Китай, Корея, Казахстан, США, Канада, Япония, страны Евросоюза) объединили свои усилия в создании Международного термоядерного исследовательского реактора – прообраза новых энергетических установок. ИТЭР представляет из себя установку, создающую условия для синтеза атомов водорода и трития (изотопа водорода), в результате чего образуется новый атом – атом гелия. Этот процесс сопровождается громадным выплеском энергии: температура плазмы, в которой идет термоядерная реакция - около 150 млн градусов по Цельсию (для сравнения – температура ядра Солнца 40 млн градусов). При этом изотопы выгорают, практически не оставляя радиоактивных отходов.Схема участия в международном проекте предусматривает поставки компонентов реактора и финансирование его строительства. В обмен на это каждая из стран-участниц получает полный доступ ко всем технологиям создания термоядерного реактора и к результатам всех экспериментальных работ на этом реакторе, которые послужат основой для проектирования серийных энергетических термоядерных реакторов. Реактор, основанный на принципе термоядерного синтеза, не имеет радиоактивного излучения и полностью безопасен для окружающей среды. Он может быть расположен практически в любой точке земного шара, а топливом для него служит обычная вода. Строительство ITER должно продлиться около десяти лет, после чего реактор предполагается использовать в течение 20 лет.
Интересы России в Совете Международной организации по строительству термоядерного реактора ИТЭР в ближайшие годы будет представлять член-корреспондент РАН Михаил Ковальчук - директор РНЦ "Курчатовский институт", Института кристаллографии РАН и ученый секретарь президентского Совета по науке, технологиям и образованию. Ковальчук временно заменит на этом посту академика Евгения Велихова, который избран на ближайшие два года председателем международного совета ИТЭР и не имеет права совмещать эту должность с обязанностями официального представителя страны-участника. Общая стоимость строительства оценивается в 5 миллиардов евро, еще столько же потребуется для опытной эксплуатации реактора. Доли Индии, Китая, Кореи, России, США и Японии составляют приблизительно по 10 процентов от общей стоимости, 45 процентов приходится на страны Европейского союза. Однако пока европейские государства не договорились, как именно расходы будут распределены между ними. Из-за этого начало строительства перенесено на апрель 2010 года. Несмотря на очередную отсрочку, ученые и чиновники, вовлеченные в создание ИТЭР, утверждают, что смогут завершить проект к 2018 году. Расчетная термоядерная мощность ИТЭР составляет 500 мегаватт. Отдельные детали магнитов достигают веса от 200 до 450 тонн. Для охлаждения ИТЭР потребуется 33 тысячи кубометров воды в день. В 1998 году США прекратили финансирование своего участия в проекте. После того, как к власти в стране пришли республиканцы, а в Калифорнии начались веерные отключения электроэнергии, администрация Буша объявила об увеличении вложений в энергетику. Участвовать в международном проекте США не намеревались и занимались собственным термоядерным проектом. В начале 2002 года советник президента Буша по технологиям Джон Марбургер III заявил, что США передумали и намерены вернуться в проект. Проект по числу участников сравним с другим крупнейшим международным научным проектом – Международной космической станции. Стоимость ИТЭР, прежде достигавшая 8 миллиардов долларов, потом составила менее 4 миллиардов. В результате выхода из числа участников Соединенных Штатов было решено уменьшить мощность реактора с 1,5 ГВт до 500 МВт. Соответственно «похудела» и цена проекта. В июне 2002 года в российской столице прошел симпозиум «Дни ИТЭР в Москве». На нем обсуждались теоретические, практические и организационные проблемы возрождения проекта, удача которого способна изменить судьбу человечества и дать ему новый вид энергии, по эффективности и экономичности сравнимый только с энергией Солнца. В июле 2010 года представители стран-участниц проекта международного термоядерного реактора ITER утвердили его бюджет и сроки строительства на внеочередной встрече, прошедшей во французском Кадараше. Отчет о встрече доступен здесь. На прошедшей внеочередной встрече участники проекта утвердили срок начала первых экспериментов с плазмой - 2019 год. Проведение полноценных опытов запланировано на март 2027 года, хотя руководство проекта попросило технических специалистов попытаться оптимизировать процесс и начать опыты в 2026 году. Участники встречи также определились с затратами на строительство реактора, однако суммы, которые планируется потратить на создание установки, не разглашаются. По информации, полученной редактором портала ScienceNOW из неназванного источника, к моменту начала экспериментов стоимость проекта ITER может составить 16 миллиардов евро. Прошедшая в Кадараше встреча также стала первым официальным рабочим днем для нового директора проекта, японского физика Осаму Мотодзима (Osamu Motojima). До него проектом с 2005 года руководил японец Канаме Икеда (Kaname Ikeda), который пожелал оставить пост сразу после утверждения бюджета и сроков строительства. Термоядерный реактор ITER является совместным проектом государств Евросоюза, Швейцарии, Японии, США, России, Южной Кореи, Китая и Индии. Идея создания ITER рассматривается с 80-х годов прошлого века, однако из-за финансовых и технических сложностей стоимость проекта все время растет, а дата начала строительства постоянно откладывается. В 2009 году специалисты рассчитывали, что работы по созданию реактора начнутся в 2010 году. Позже эту дату передвинули, а в качестве времени запуска реактора назывался сначала 2018, а потом 2019 год. Реакции термоядерного синтеза - это реакции слияния ядер легких изотопов с образованием ядра более тяжелого, которые сопровождаются огромным выбросом энергии. В теории в термоядерных реакторах можно получать много энергии с низкими затратами, но на данный момент ученые тратят намного больше энергии и денег на запуск и поддержание реакции синтеза.  Термоядерный синтез – это дешевый и экологически безопасный способ добычи энергии. На Солнце уже миллиарды лет происходит неуправляемый термоядерный синтез – из тяжелого изотопа водорода дейтерия образуется гелий. При этом выделяется колоссальное количество энергии. Однако на Земле люди пока не научились управлять подобными реакциями. В качестве топлива в реакторе ИТЭР будут использоваться изотопы водорода. В ходе термоядерной реакции энергия выделяется при соединении легких атомов в более тяжелые. Чтобы добиться этого, необходимо разогреть газ до температуры свыше 100 миллионов градусов – намного выше температуры в центре Солнца. Газ при такой температуре превращается в плазму. Атомы изотопов водорода при этом сливаются, превращаясь в атомы гелия с выделением большого количества нейтронов. Электростанция, работающая на этом принципе, будет использовать энергию нейтронов, замедляемых слоем плотного вещества (лития).  Почему создание термоядерных установок столь затянулось?Почему же столь важные и ценные установки, преимущества которых обсуждаются почти полстолетия, еще не созданы? Существуют три основные причины (рассматриваемые ниже), первую из которых можно назвать внешней или общественной, а две остальные — внутренними, то есть обусловленными законами и условиями развития самой термоядерной энергетики. 1. Долгое время считалось, что проблема практического использования энергии термоядерного синтеза не требует срочных решений и действий, так как еще в 80-х годах прошлого столетия источники ископаемого топлива казались неистощимыми, а проблемы экологии и изменения климата не волновали общественность. В 1976 году Консультативный комитет по термоядерной энергии в Министерстве энергетики США попытался оценить сроки осуществления НИОКР и создания демонстрационной термоядерной энергетической установки при разных вариантах финансирования исследований. При этом обнаружилось, что объемы годичного финансирования исследований в данном направлении совершенно недостаточны, и при сохранении существующего уровня ассигнований создание термоядерных установок никогда не завершится успехом, поскольку выделяемые средства не соответствуют даже минимальному, критическому уровню. 2. Более серьезное препятствие на пути развития исследований в данной области состоит в том, что термоядерную установку обсуждаемого типа нельзя создать и продемонстрировать в малых размерах. Из представленных далее объяснений станет ясно, что для термоядерного синтеза необходимо не только магнитное удержание плазмы, но и достаточный ее нагрев. Отношение затрачиваемой и получаемой энергии возрастает, по меньшей мере, пропорционально квадрату линейных размеров установки, вследствие чего научно-технические возможности и преимущества термоядерных установок могут быть проверены и продемонстрированы лишь на достаточно крупных станциях, типа упоминавшегося реактора ITER. Общество просто не было готово к финансированию столь крупных проектов, пока не было достаточной уверенности в успехе. 3. Развитие термоядерной энергетики носило очень сложный характер, однако (несмотря на недостаточное финансирование и трудности выбора центров для создания установок JET и ITER) в последние годы наблюдается явный прогресс, хотя действующая станция еще не создана.
Современный мир стоит перед очень серьезным энергетическим вызовом, который более точно можно назвать «неопределенным энергетическим кризисом». Проблема связана с тем, что запасы ископаемых горючих веществ могут иссякнуть уже во второй половине текущего столетия. Более того, сжигание ископаемых топлив может привести к необходимости каким-то образом связывать и «сохранять» выпускаемый в атмосферу углекислый газ (упомянутая выше программа CCS) для предотвращения серьезных изменений в климате планеты. В настоящее время почти вся потребляемая человечеством энергия создается сжиганием ископаемых топлив, а решение проблемы может быть связано с использованием солнечной энергии или ядерной энергетики (созданием реакторов-размножителей на быстрых нейтронах и т. п.). Глобальная проблема, обусловленная ростом населения развивающихся стран и их потребностью в повышении уровня жизни и увеличении объема производимой энергии, не может быть решена только на основе рассматриваемых подходов, хотя, конечно, следует поощрять любые попытки развития альтернативных методов выработки энергии. Собственно говоря, у нас небольшой выбор стратегий поведения и развитие термоядерной энергетики является исключительно важным, даже несмотря на отсутствие гарантии успеха. Газета Financial Times (от 25.01.2004) писала по этому поводу: Цитата:
Будем надеяться на то, что никаких крупных и неожиданных сюрпризов на пути развития термоядерной энергетики не будет. В этом случае примерно через 30 лет мы сумеем впервые подать электрический ток от нее в энергетические сети, а еще через 10 с небольшим лет начнет работать первая коммерческая термоядерная электростанция. Возможно, что во второй половине нашего столетия энергия ядерного синтеза начнет заменять ископаемые топлива и постепенно станет играть всё более важную роль в обеспечении человечества энергией в глобальном масштабе. Нет абсолютной гарантии, что задача создания термоядерной энергетики (в качестве эффективного и крупномасштабного источника энергии для всего человечества) завершится успешно, но вероятность удачи в этом направлении достаточно высока. Учитывая огромный потенциал термоядерных станций, можно считать оправданными все затраты на проекты их быстрого (и даже ускоренного) развития, тем более, что эти капиталовложения выглядят весьма скромными на фоне чудовищного по объему мирового энергетического рынка (4 триллиона долларов в год8). Обеспечение потребностей человечества в энергии является очень серьезной проблемой. По мере того, как ископаемое топливо становится всё менее доступным (помимо этого, его использование становится нежелательным), ситуация изменяется, и мы просто не можем позволить себе не развивать термоядерную энергетику. На вопрос «Когда появится термоядерная энергетика?» Лев Арцимович (признанный пионер и лидер исследований в этой области) как-то ответил, что «она будет создана, когда станет действительно необходимой человечеству»
ИТЭР станет первым термоядерным реактором, который будет вырабатывать больше энергии, чем потреблять. Ученые измеряют эту характеристику с помощью простого коэффициента, который они называют "Q". Если ИТЭР позволит достичь всех поставленных научных целей, то он будет производить в 10 раз больше энергии, чем потреблять. Последнее из построенных устройств - "Совместный европейский тор" в Англии - является более мелким прототипом термоядерного реактора, который на окончательном этапе научных исследования достиг значения Q, равного почти 1. Это означает, что он вырабатывал ровно столько же энергии, сколько потреблял. ИТЭР позволит превзойти этот результат, продемонстрировав создание энергии в процессе термоядерного синтеза и достигнув значения Q, равного 10. Идея заключается в том, чтобы при объеме потребления энергии на уровне примерно 50 МВт вырабатывать 500 МВт. Таким образом, одной из научных целей ИТЭР является доказать, что может быть достигнуто значение Q, равное 10. Другая научная цель заключается в том, что ИТЭР будет иметь весьма продолжительное время "горения" - импульс увеличенной длительности до одного часа. ИТЭР - это научно-исследовательский экспериментальный реактор, который не может производить энергию постоянно. Когда ИТЭР начнет работать, он будет включен в течение одного часа, после чего его необходимо будет отключить. Это важно потому, что до сих пор создаваемые нами типовые устройства были способны иметь время горения длиной в несколько секунд или даже десятых долей секунд - это максимум. "Совместный европейский тор" достиг своего значения Q, равного 1, при времени горения примерно две секунды при длине импульса 20 секунд. Но процесс, который длится несколько секунд, не является по-настоящему постоянным. По аналогии с запуском двигателя автомобиля: кратковременное включение двигателя с последующим выключением - это еще не настоящая эксплуатация автомобиля. Только когда вы проедете на вашем автомобиле в течение получаса, он выйдет на постоянный режим работы и продемонстрирует, что на таком автомобиле действительно можно ехать. То есть, с технической и научной точек зрения, ИТЭР обеспечит значение Q, равное 10, и увеличенное время горения.
Программа термоядерного синтеза носит поистине международный, широкий характер. Люди уже сейчас рассчитывают на успех ИТЭР и думают о следующем шаге - создании прототипа промышленного термоядерного реактора под названием ДЕМО. Чтобы построить его, необходимо, чтобы ИТЭР работал. Мы должны достичь наших научных целей, потому что это будет означать, что выдвигаемые нами идеи вполне осуществимы. Тем не менее, я согласен с тем, что всегда следует думать о том, что будет дальше. Кроме того, в процессе эксплуатации ИТЭР в течение 25-30 лет наши знания постепенно углубятся и расширятся, и мы сможем более точно наметить наш следующий шаг.
Действительно, споров о том, должен ли ИТЕР быть именно токамаком, не возникает. Некоторые ученые ставят вопрос совсем иначе: должен ли ИТЕР быть? Специалисты в разных странах, развивающие собственные, не столь масштабные термоядерные проекты, утверждают, что такой большой реактор вовсе не нужен. Впрочем, их мнение вряд ли стоит считать авторитетным. В создании ИТЕР были задействованы физики, работающие с тороидальными ловушками уже несколько десятков лет. В основу устройства экспериментального термоядерного реактора в Карадаше легли все знания, полученные в ходе экспериментов на десятках токамаков-предшественников. И эти результаты говорят о том, что реактор обязательно должен токамаком, причем большим. JET На данный момент самым успешным токамаком можно считать JET, построенный ЕС в британском городке Эбингдоне. Это самый крупный из созданных на сегодня реакторов типа токамак, большой радиус плазменного тора 2,96 метров. Мощность термоядерной реакции достигает уже более 20 мегаватт при времени удержания до 10 секунд. Реактор возвращает около 40% от вложенной в плазму энергии.  Именно физика плазмы определяет энергобаланс, — рассказал Infox.ru Игорь Семенов. Что такое энергобаланс, доцент МФТИ описал на простом примере: «Все мы видели, как горит костер. На самом деле там не дрова горят, а газ. Энергетическая цепочка там вот какая: горит газ, греет дрова, дрова испаряются, опять горит газ. Поэтому, если мы плеснем в огонь воды, то мы резко заберем из системы энергию на фазовый переход жидкой воды в парообразное состояние. Баланс станет отрицательным, костер погаснет. Есть и другой способ – мы просто можем взять и головешки разнести в пространстве. Костер тоже погаснет. Точно также и в термоядерном реакторе, который мы строим. Размеры выбраны так, чтобы создать для данного реактора соответствующий положительный энергобаланс. Достаточный, чтобы в будущем построить настоящую ТЯЭС, решив на данном, экспериментальном этапе все проблемы, которые на данный момент остаются нерешенными». Размеры реактора однажды менялись. Это произошло на рубеже XX-XXI века, когда США вышли из проекта, а оставшиеся члены поняли, что бюджет ИТЕР (к тому моменту он оценивался в 10 миллиардов долларов США) слишком велик. От физиков и инженеров потребовали уменьшить стоимость установки. А сделать это можно было только за счет размеров. Руководил «перепроектированием» ИТЕР французский физик Роберт Аймар (Robert Aymar), который прежде работал на французском токамаке Tore Supra в Карадаше. Внешний радиус плазменного тора был сокращен с 8,2 до 6,3 метра. Впрочем, риски, связанные с уменьшением размера, отчасти компенсировали несколько дополнительных сверхпроводящих магнитов, которые позволили реализовать открытый и исследованный на тот момент режим удержания плазмы.  источникhttp://ehorussia.comhttp://oko-planet.su masterok.livejournal.com Что такое «токамак»? Термоядерный реактор откроет человечеству новую эру | Наука | ОбществоМы знаем, что русские слова «белуга», «водка», «самовар» вошли в иностранные языки без перевода. Но, кроме иронии, это ничего не вызывает. Другое дело такое «непереводимое» слово, как «спутник», показывающее высокий потенциал отечественной науки и техники. Но «спутник» уже в прошлом. Появился ли какой-то новый термин, который может вызывать гордость за страну? 200 тыс. кВт-ч электроэнергии достаточно, чтобы обеспечить все потребности современного европейца в течение 30 лет. Для выработки такого количества электричества достаточно одной ванны воды (45 л) и столько лития, сколько его содержится в одной батарейке для компьютера. Но при нынешних технологиях получения энергии за счёт ископаемого топлива на это уходит 70 т угля.Есть ещё одно слово, которое на всех языках произносится одинаково - «токамак». Русская аббревиатура дала название многочисленным сооружённым по миру установкам, в которых плазма в процессе термоядерного синтеза удерживается магнитным полем. Токамаком называют и будущий реактор международного проекта ИТЭР, который должен дать человечеству доступ к практически неисчерпаемому источнику энергии. «Это русское слово, - говорит участникам пресс-тура в Международную организацию ИТЭР (Интернациональный термоядерный экспериментальный реактор. - Авт.) Роберт Арно из службы коммуникаций. - А что оно означает, скажет мой коллега из России». И Александр Петров, представитель российского Проектного центра ИТЭР, охотно поясняет: «Тороидальная камера с магнитными катушками!» Потом ему ещё не раз пришлось повторять это в диктофоны и камеры журналистов стран Европы, Кореи, Китая, Канады… Как происходит синтез?Идею токамака предложил академик Лаврентьев, а доработали её Андрей Сахаров и Игорь Тамм. Если нынешние технологии ядерной энергетики основаны на реакции распада, когда из более тяжёлых ядер образуются более лёгкие, то при термоядерном синтезе, наоборот, лёгкие атомные ядра соединяются, образуя более тяжёлые. В основном речь идёт об изотопах водорода - дейтерии и тритии. Ядро первого состоит из протона и нейтрона, а ядро второго - из протона и двух нейтронов. В обычных условиях одинаково заряженные ядра, конечно, отталкиваются друг от друга, но при сверхвысоких температурах, наоборот, соединяются. В результате образуется ядро гелия плюс один свободный нейтрон, но главное - при этом высвобождается огромное количество энергии, которую раньше атомы тратили на взаимодействие друг с другом. Дейтерий легко «достаётся» из воды, а тритий более нестабилен, поэтому нарабатывается внутри установки за счёт реакции с литием. Один термоядерный реактор - Солнце - дал человечеству возможность жить на нашей планете, согревая своим теплом. В центре звезды, где под воздействием гравитации достигается очень высокая плотность плазмы, реакция протекает при температуре 15 млн°С. На Земле достигнуть такой плотности не получится - остаётся только повышать температуру. В реакторе проекта ИТЭР она должна достигать 150 млн°С - в 10 раз выше, чем в солнечном ядре! Кто-нибудь, кроме физиков, может себе такую представить? А какой из возможных на Земле материалов может её выдержать? Нет такого. Поэтому и придуман токамак. Его вакуумная камера в форме пустотелого «бублика» окружается сверхпроводящими электромагнитами - они создают тороидальное и полоидальное магнитные поля, которые не позволяет раскалённой плазме касаться стенок камеры. Есть ещё и центральный электромагнит - индуктор. Изменение тока в нём вызывает в плазме движение частиц, необходимое для синтеза. Топлива для термоядерного синтеза нужно минимум, а безопасность значительно выше, чем при нынешних технологиях. Ведь плотность плазмы очень мала (в миллион раз ниже плотности атмосферы!) - соответственно никакого взрыва быть не может. А при малейшем снижении температуры реакция прекращается - тогда плазма, как говорят физики, просто «осыпается», не нанося никакого вреда окружающей среде. Кроме того, загружаться топливо будет непрерывно, то есть работу реактора легко остановить в любой момент. Радиоактивных отходов он практически не производит. 
Сколь долог путь?С конца 60-х, когда успех советских физиков в области управляемой термоядерной реакции стал очевиден, токамаки появились не только в России, но и в Казахстане, США, Европе, Японии, Китае. Они доказали, что создавать и удерживать высокотемпературную плазму, в которой идёт реакция, реально. Однако до сих пор удержание было коротким, исчисляясь секундами, а также затратным в смысле энергии, потраченной на разогрев. Для науки такие результаты были достаточными, а для того чтобы человечество могло шагнуть в новую энергетическую эру - нет. И тогда родилась идея международного проекта, основная задача которого - построить реактор, способный вырабатывать энергию в объёмах, значительно больших, чем необходимо для поддержания термоядерной реакции. Q ≥ 10 - так формулируют её физики. Начало было положено в 1985 г. на встрече глав СССР и США. Проект назвали Интернациональным термоядерным экспериментальным реактором: ITER - в английской транскрипции, ИТЭР - в русской. Он решает общую для всего человечества задачу, да и масштаб таков, что одной стране не потянуть, потому и стал международным. Сегодня в нём участвуют страны ЕС, Китай, Индия, Япония, Республика Корея, Россия и США. Участие каждой стороны определено: Европа - 45%, остальные - по 9% с небольшим, но выражается это не валютой, а осязаемым вкладом - выполненными работами или изготовленным оборудованием. Понадобились десятилетия, чтобы проект выстроился и «вычертился» - на бумаге, в 3D-моделях. И теперь уже его черты и линии наносятся на реальной площадке на юге Франции, по соседству с исследовательским центром Кадараш, в котором имеется свой токамак. В чём наш вклад?Запах прованских трав обволакивает холмистый пейзаж, в том числе и внушительных размеров площадку (42 га, или 60 футбольных полей) с пятью огромными башенными кранами, где полным ходом идёт строительство корпусов, которых будет здесь 39. К 2020 г. оно должно закончиться, но оборудование начнёт поступать раньше - по мере завершения определённых этапов. Основные поставки из России приходятся по графику на 2016-2017 гг. Наша страна участвует в сооружении всех основных конструкций мегатокамака, изготавливает сверхпроводники, создаёт системы испытаний и диагностики. Более 30 российских предприятий и организаций задействованы в этом, большинство из них - дочерние предприятия Госкорпорации «Росатом». Ведь именно в атомной отрасли, несмотря на пережитые страной тяжёлые времена, удалось сохранить высокий научный и производственный потенциал.
Само оборудование это уникально - в большинстве случаев для его создания разрабатываются абсолютно новые технологии. К примеру, первая стенка бланкета («одеяла») плазменной камеры, на которую придётся максимальная температурная нагрузка. Какие материалы смогут выдержать? Какие нюансы в конструкцию нужно заложить? На эти вопросы уже нашли ответы в Научно-исследовательском институте электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова (НИИЭФА). Стенка будет из бериллия, и не сплошная, а нарезанная маленькими квадратными пластинками - чтобы материалу легче было «дышать» и он не растрескался от высоких температур, как земля в летний зной. Ещё одна серьёзная задача, которую уже решили росатомовские учёные и специалисты, - соединение друг с другом разных материалов: бериллия - бронзы, меди - нержавеющей стали, вольфрама - меди. Обычная сварка для условий проекта не подходит, поэтому медь наплавляют на вольфрам в вакуумной камере, сталь соединяют с медью методом «сварки взрывом» - тогда образуется единый металлический блок, который уже не разъединить даже сверхвысоким температурам. Участие в проекте - серьёзный толчок не только для отечественной науки, но и для экономики страны, поскольку даёт возможность шагнуть на иной уровень технологий и производств, а иногда и прыгнуть. К примеру, на Чепецком механическом заводе за 4 года с нуля освоили производство продукции из титановых сплавов. В прошлом году наши атомщики уже завершили поставки сверхпроводящих стрендов для ИТЭР. Благодаря участию в проекте на заводе запущена новая - сложная и дорогостоящая - номенклатура изделий, что значительно повысило доходы предприятия. Отчего пробуксовки?Собственно, желанием овладеть технологиями во многом объясняется международная кооперация в проекте. Ведь независимо от того, кто занимался разработкой или производством конкретной детали или конструкции, созданные технологии становятся общим для всех стран-участниц интеллектуальным продуктом и могут использоваться ими в других целях. Правда, демократичные условия участия и отсутствие общего бюджета проекта обернулись тем, что не все справляются со своими обязательствами в срок. Начались задержки и разногласия. И если к России никаких претензий нет, она - самая обязательная сторона в проекте, то в той же Европе наметилось заметное отставание.
«Мы думали, что соблюдать поставленные сроки получится просто благодаря добросовестности и добрым намерениям. Теперь поняли, что без строгого менеджмента ничего не выйдет. Но речь не о том, кто кем будет управлять, - мы должны научиться работать сообща», - говорит Б. Биго. Зачем мечтать?Новый гендиректор - из тех учёных, которые не просто верят в проект, но убеждены в его успехе. «Нет «плана Б», нет альтернативы, - считает он. - Мы можем вносить корректировки. Но это уже - реальная история». Реальностью называют проект и сотни наших учёных и специалистов. А как же ещё? Ведь в организации ИТЭР пока ничего, кроме офисного здания и стройплощадки, нет. Но в наших росатомовских НИИ и на его предприятиях, а также в других организациях и компаниях, задействованных в проекте, - есть. Уже сделали сверхпроводники, выпустили невиданные доселе кабели, где сотни скрученных проводов помещены в оболочку из меди и стали, приступили к намотке катушек. Недавно в питерском НИИЭФА прошли успешные испытания прототипа резисторов для быстрого вывода энергии из обмоток магнитной системы, а в Нижнем Новгороде в НПП «Гиком» - испытания прототипа гиротронного комплекса для генерации тока и нагрева плазмы. В институте ТРИНИТИ обрели реальные черты алмазные детекторы для вертикальной нейтронной камеры. Однако реальность и мечта в ИТЭР неотделимы друг от друга. Учёным и специалистам, увлечённым своей работой, проект не просто открыл новые перспективы - он их одухотворил. Евгений Вещев, специалист по диагностике, вспоминает, как, будучи студентом МИФИ, впервые увидел токамак и прослушал лекцию про перспективы термоядерной энергетики. Он был просто окрылён, узнав о проекте, и подумал: «Как это здорово - быть причастным к такому важному для человечества делу!» И теперь счастлив, потому что каждый день вносит в него свою лепту. «Мечты могут быть затратными - как миссия «Аполлон» или программы NASA, - с воодушевлением говорит Марк Хендерссон, руководитель секции электронного циклотрона. - Но мы должны мечтать! В том числе о новом ядерном синтезе, который можно назвать Прометеем сегодняшнего дня». Мнение эксперта:
- Необходимо объединить усилия всех участников для того, чтобы обеспечить развитие нашей отрасли, сформировать новое поколение в ней, объединив при этом и деньги, и время, и главное - опыт. Мы все должны объединить усилия для реализации таких международных проектов, как ИНПРО под эгидой МАГАТЭ или осуществляемый во Франции проект ИТЭР. www.aif.ru Мегапроект века – это только началоО том, как набирает обороты мегапроект ITER, рассказывает заместитель генерального директора этого международного проекта и и директор токамака Александр Алексеев 12-13 мая 2014 г. состоялся пресс-тур на строящийся экспериментальный термоядерный реактор ITER. Два дня внимание мировой научной общественности было приковано к исследовательскому ядерному центру в Кадараше на юге Франции. Самый грандиозный проект XXI в. постепенно набирает обороты. Мы попросили помочь нам разобраться во всех тонкостях и прокомментировать сегодняшнюю ситуацию заместителя генерального директора Международной организации ITER и директора токамака Александра Борисовича Алексеева. Все новое и неизвестное пугает. У многих еще свежи воспоминания о Фукусиме, а словосочетание «ядерный реактор» у людей особо впечатлительных вызывает по меньшей мере дискомфорт. Особенно если такой реактор где-то рядом. А поскольку всем известно, что термоядерная бомба во много раз страшнее просто ядерной, то и термоядерный реактор в понимании обывателя ассоциируется едва ли не с концом света. И стоит ли удивляться, что вдоль шоссе, ведущего к ядерному центру в Кадараше, на скале красуется огромная надпись, выведенная белой краской: NonaITER («Нет реактору ITER»). Чтобы проект с изначально отрицательной репутацией перестал хотя бы пугать непросвещенную публику, а в идеале получил широкую поддержку, эту публику необходимо образовывать. В современном мире никто не может справиться с этой задачей лучше, чем средства массовой информации. И в ITER это прекрасно понимают: уже стало хорошей традицией каждой весной собирать журналистов со всего мира на пресс-тур, чтобы, во-первых, показать безопасность новых технологий, во-вторых, продемонстрировать прогресс в воплощении самого смелого и амбициозного научно-технологического проекта нынешнего столетия, в-третьих, подробно рассказать обо всех аспектах этой мегаустановки – от общечеловеческих и экологических до высокотехнологических. Тогда и простым людям не придется рисковать жизнью, рисуя на скалах всякие надписи. Нынешний пресс-тур оказался предельно насыщенным. Журналисты получили возможность своими глазами увидеть строящийся объект, а также побывать на заводе в Тулоне, где производят компоненты для будущего реактора. Почему термояд? В основе ядерной реакции лежит расщепление тяжелых ядер (например, урана) с помощью нейтрона. В термоядерной реакции все происходит в обратном порядке: легкие ядра изотопов водорода (дейтерия и трития) на огромной скорости сталкиваются друг с другом, образуя более тяжелое ядро гелия и один свободный нейтрон, при этом высвобождается колоссальное количество энергии. Если совсем просто, то ядерная реакция – это реакция деления, а термоядерная реакция – реакция синтеза. И в этом отличии кроется ответ на все вопросы, включая самый главный: почему термояд? Начнем с самого начала – с топлива. Для обычного ядерного реактора требуются тонны радиоактивного урана и его изотопов. Это неизбежно влечет за собой создание целой отрасли – уранодобывающей. Все это вместе, во-первых, дорого, во-вторых, небезопасно. Для термоядерного реактора требуется всего около 30 г изотопов водорода – дейтерия и трития. А в любой момент времени внутри вакуумной камеры находится меньше одного грамма топлива! Дейтерий у нас имеется в неограниченном количестве в морской воде, а тритий добывается из лития, недостатка в котором тоже мы не испытываем. «Уникальность прежде всего состоит в том, что это термоядерный проект, – рассказывает Александр Алексеев. – Это не атомная электростанция, это не реакция деления, это реакция синтеза. Это та реакция, которая протекает на Солнце и на других звездах, благодаря которой существует жизнь во Вселенной и на Земле. И если мы сможем освоить эту реакцию в мирных целях, тогда человечество получит неисчерпаемый источник энергии. Топлива для этой реакции в морской воде хватит даже не на тысячелетия, а на миллионы лет». Второй момент – безопасность. В обычных ядерных реакторах охлаждение – ключевой момент и, соответственно, пункт максимальной уязвимости. Аварии на АЭС, как правило, становятся следствием проблем в системе охлаждения. Кроме того, в случае возникновения аварийной ситуации необходимо моментально остановить цепную реакцию деления ядер. В противном случае процесс выходит из-под контроля, реактор «идет вразнос», происходят расплавление активной зоны и взрыв, после которого обширные территории получают высокую дозу радиоактивного заражения. В термоядерном реакторе охлаждение вообще не выступает фактором безопасности. Как раз наоборот: значительные усилия требуются именно для поддержания стабильности плазмы (т.е. высокой температуры), а в случае сбоя процесс затухает сам собой, естественным образом. Александр Алексеев продолжает мысль: «Люди воспринимают обычно следующим образом: ядерная – страшно, а термоядерная – еще страшнее. Но это совсем не так, потому что топлива мизерное количество. Опасность заражения сведена к минимуму. Что еще важно? Что для поддержания термоядерной реакции нужны определенные условия. Создать эти условия не так просто. Поэтому, если вдруг что-то пойдет не так, то это кончится тем, что реакция просто-напросто прекратится. Она сама себя заглушит. Система имеет внутренне присущее ей свойство безопасности, состоящее в том, что она самозаглушаемая, в отличие от атомной электростанции». По сути, вся задача сводится к удержанию минимального количества радиоактивного материала в ограниченном пространстве и предотвращению его распространения. С учетом многоступенчатой системы защиты вакуумной камеры и большого количества сопутствующего оборудования задача эта представляется вполне решаемой. Главное – термоядерная реакция должна быть управляемой и контролируемой. «Неуправляемая термоядерная реакция протекает в водородной бомбе, – продолжает Алексеев. – Чтобы она стала возможной, нужны температура, давление, т.е. определенные условия. В водородной бомбе это создается с помощью взрыва маленькой атомной бомбы. Ясно, что такой способ получения энергии вряд ли сработает. Нужны миллионы градусов, определенный объем и определенное давление. Одна из возможностей создания нужных условий – это система с магнитным удержанием плазмы. Миллионы градусов никакие материалы не выдержат, поэтому плазма удерживается с помощью магнитных полей вдали от стенок вакуумной камеры или внутрикамерных элементов. Там создаются нужные условия, впрыскивается топливо и начинает протекать реакция синтеза. При этом выделяются нейтроны. Эти нейтроны в конечном счете греют воду, и эта вода дальше поступает на генераторы. Вот такая принципиальная схема». Третий фактор – экологичность. Тонны отработанного ядерного топлива обычных ядерных реакторов требуют захоронения или переработки. От этого никуда не деться, и это наносит колоссальный вред окружающей среде. В случае термоядерного реактора такая проблема отсутствует по определению. При работе в штатном режиме радиационное излучение, воздействующее на персонал, в тысячи раз ниже естественного радиационного фона. В худшем случае – пожаре на тритиевом производстве – радиационное воздействие на население в районе реактора окажется ниже естественного радиационного фона. «Термояд – это неисчерпаемый и чистый источник энергии, – подтверждает Александр Алексеев. - Атомная электростанция – это большой котел с топливом. Здесь для реакции нужны граммы. Одновременно в токамаке в процессе работы будут находиться граммы топлива. Даже в случае какой-то совершенно непредвиденной аварии (самолет врезается, террористический акт, землетрясение) заражение окружающей среды минимальное. Конечно, будет активированный металл, но он не разлетится, а останется на месте. Самое страшное - это радиоактивное облако, которого здесь не будет».
Реакторный комплекс ITER имеет сейсмоустойчивый фундамент Вехи большого пути Любопытно отметить, что сама идея термоядерного синтеза совсем не нова – ей уже более полувека. В 1951 г. Игорь Курчатов и Игорь Головин направили Лаврентию Берии письмо, в котором излагали идею создания магнитного термоядерного реактора. Еще в 1937 г. было доказано, что в водороде, нагретом до десятков миллионов градусов, должна происходить термоядерная реакция с образованием гелия, свободных нейтронов и значительным выделением энергии. В 1950 г. Андрей Сахаров и Игорь Тамм предложили концепцию разогрева плазмы и ее последующего удержания в трубе, «согнутой кольцом в виде баранки и обвитой по всей длине обмоткой, создающей в трубе магнитное поле, параллельное стенкам трубы». Эти великие ученые на десятилетия опередили свое время, поскольку слишком мало было известно о поведении плазмы и пришлось создавать целую новую отрасль науки – физику плазмы. Как результат, в 1970-х гг. по всему миру, словно грибы после дождя, стали вырастать экспериментальные токамаки: теперь весь мир знал это слово, которое произошло от русского «тороидальная камера с магнитными катушками». Истинным началом термоядерной эры можно считать середину 1980-х гг. прошлого века. В 1985 г. академик Евгений Велихов предложил Михаилу Горбачеву обсудить с президентом Франции Франсуа Миттераном идею создания термоядерного реактора. Миттеран подключил Рейгана, и уже через год было принято совместное решение о проектировании ITER. По разным причинам, в том числе и политическим, согласование проекта заняло почти два десятилетия. Наконец 21 ноября 2006 г. состоялось историческое событие: в Елисейском дворце семь сторон подписали соглашение о строительстве первого в мире термоядерного реактора ITER во Франции. Подготовительные работы заняли еще полтора года, и в марте 2008 г. начались расчистка и выравнивание территории. На эту трудоемкую процедуру ушел год, в течение которого было перемещено 2,5 млн кубометров грунта. подушка представляет собой смонтированную на бетонной тумбе многослойную конструкцию-«бутерброд» 18 см толщиной и 90 см длиной и шириной. Нижний и верхний слои – стальные плитки, между которых заключены шесть слоев неопрена. Высота подушки вместе с тумбой – 180 см. В случае землетрясения эти подушки смогут в значительной степени погасить сейсмическую волну, обеспечивая сохранность токамака.
Основание площадки для хранения компонентов будущей установки ; в основание реакторного фундамента для безопасностиего эксплуатации заложены 493 антисейсмические колонны Сейчас производится подготовка арматуры и начинается заливка второй бетонной плиты, которая будет покоиться на антисейсмических подушках. Попутно начался процесс возведения стен здания токамака. Построено административное здание, заканчивается сооружение ряда обслуживающих построек. В данный момент на объекте трудятся порядка 250 рабочих. К концу года их количество вырастет до 1 тыс., а в пиковый период строительства – в 2015-2016 гг.– более 2,5 тыс. человек будут задействованы одновременно. Уже к лету 2014 г. в расположение ITER поступят первые компоненты для самого токамака. Непосредственно монтаж реактора планируется начать в 2015 г. Этот процесс продлится четыре года, и в 2019 г. установка будет введена в эксплуатацию. Первая плазма запланирована на 2020-2022 г., а начало полноценного функционирования реактора – на 2025 г. Основная цель на данном этапе – убедиться в том, что термоядерный синтез может стать эффективным источником энергии. Однако ITER преследует и научные цели: изучить физику плазмы в условиях реактора, а также найти способы усовершенствования технологий термоядерного синтеза. В 2035 г. начнется строительство первого прототипа термоядерной электростанции – реактора DEMO, который должен быть запущен в 2045 г. По проекту он сможет производить уже от 2 до 4 ГВт электроэнергии. И, наконец, на 2055 г. намечен запуск первой в мире промышленной термоядерной электростанции. Однако Александр Алексеев предпочитает не заглядывать так далеко в будущее и не торопится обсуждать экономическую выгоду от термоядерного реактора: «На данный момент так вопрос не ставится, потому что таких реакторов еще не существует. Цель ITER – продемонстрировать осуществимость термоядерной реакции в промышленных масштабах. Если ITER покажет, что термояд работает, тогда дальше речь будет идти о создании термоядерной электростанции, которая, безусловно, будет намного проще, чем ITER. ITER – это экспериментальная установка с множеством диагностики, большим количеством возможностей для разных исследований. Термоядерная электростанция должна быть проще, надежнее, долговечнее. Здесь будут вставать вопросы стоимости. Пока принципиальное преимущество термояда – в его неисчерпаемости. Изначально эта энергия будет весьма дорогая, но постепенно, с развитием технологий, цена будет снижаться. Автомобиль был тоже очень дорогим. Но здесь есть еще один важный момент. Как только ITER продемонстрирует, что термояд работает, я абсолютно уверен, что из частного сектора пойдет много инвестиций. Это будет вторая революция термояда. Первая была, когда в Советском Союзе предложили концепцию токамака, которая позволила на порядки повысить параметры установки. Тогда была эйфория, что сейчас мы все и получим. К сожалению, все оказалось намного сложнее. Но, тем не менее, токамак строится, процесс идет. Примерно в 2023-2024 гг. мы должны получить первую плазму».
Фундамент и основание реакторного комплекса строятся из армированного бетона Освоение технологий Изначальная сложность проекта сразу предопределила тот факт, что одной стране его не потянуть ни финансово, ни технологически. Однако разделение труда между всеми участниками – только полдела. Скорее, именно такая интернационализация и дробление проекта привели к новым трудностям, которые придется преодолевать. Различные части даже одного модуля изготавливаются в разных странах. Везде свои критерии качества, финансовые и политические ситуации. Немалую роль играет и климат, если мы вспомним, что температура - серьезный фактор, влияющий на размер, особенно металлоконструкций. Кроме того, гигантские модули надо где-то хранить – а они могут деформироваться и под собственным весом в зависимости от условий и срока хранения. Так, магнитная система ITER включает в себя 18 тороидальных катушек, центральный соленоид, состоящий из шести модулей, шесть полоидальных катушек, девять пар корректировочных катушек, 31 фидер. Все эти подсистемы производятся в разных странах. Более того, в разных катушках индуктивности используются разные сверхпроводники: в тороидальных – ниобиево-оловянные, в полоидальных – ниобиево-титановые. Первые производят: Россия, Китай, ЕС, Япония, Корея и США, последние – Китай, ЕС и Россия. Как это все вместе будет «уживаться»? Назначение полоидальных катушек – не допускать контакта плазмы со стенками реактора, т.е. они вносят свой вклад в поддержание ее формы и стабильности. Система полоидальных катушек состоит из шести горизонтальных «блинов», окружающих тороидальную магнитную структуру. Пять из них будут производиться на месте, и для намотки сверхпроводника построено отдельное здание 257 м в длину, 49 м в ширину и 20 м в высоту. Сегодня оно пустует, если не считать огромного круглого крана, задача которого - переносить готовые сегменты катушек.
Линия джекетирования кабелей тороидального поля. Здание для намотки катушек полоидального поля. ITER, ФранцияОАО «ВНИИКП», г. Протвино, Россия Один из ключевых и наиболее технически сложных компонентов реактора - так называемый бланкет (англ. blanket – «одеяло, покрывало»), выстилающий вакуумную камеру изнутри. Его задача заключается в поглощении тепла плазмы и защите всего, что находится за пределами камеры. Но это только для ITER. В дальнейшем (в проекте DEMO и промышленных реакторах) бланкет кроме выполнения перечисленных функций должен будет обращать поглощенное тепло в электроэнергию. Дополнительно в состав бланкета будет введен литий, который при столкновении с нейтроном образует тритий – таким образом, термоядерное топливо будет самовоспроизводиться в процессе работы реактора. Сам бланкет состоит из множества сегментов, расположенных по кругу. Каждый сегмент, в свою очередь, состоит из 18 модулей, а всего токамак содержит 440 таких модулей. Каждый модуль имеет два слоя: первую стенку и защитный блок. Как следует из названия, первая стенка обращена внутрь вакуумной камеры и принимает на себя, образно говоря, первый удар. Панели первой стенки делятся на две категории в зависимости от расположения в сегменте: одни рассчитаны на нормальный тепловой поток 2 МВ/м2, другие – на расширенный поток 4,7 МВ/м2. И снова разные части модулей производят в разных странах, и все части этого пазла должны в конечном итоге сложиться в одну четкую идеально подогнанную картину. Самое удивительное то, что при таких циклопических масштабах проекта и гигантских размерах отдельных компонентов точность изготовления не должна превышать долей миллиметра: для локальных модулей допуск составляет 0,05 мм, а для системы в целом –0,2 мм.
Прототип гиротрона для ITER (слева), испытательный стенд Бассейн для охлаждающей жидкости реактора. ITER, Франция(справа). ИПФ РАН, г. Нижний Новгород, Россия Всего в ITER поступит примерно 1 млн компонентов, в составе которых в общей сложности 10 млн деталей. И на каждую такую деталь, независимо от размера, будет подробное досье, по которому можно узнать о ней абсолютно все: кто и когда ее выпустил, серийный номер, технические характеристики, состав, размеры, историю, текущий статус и т.д. Более того, каждую деталь планируется оснастить радиометкой, в которой будет содержаться вся информация о ней, и можно будет в любой момент считывать ее удаленным способом. Однако, несмотря на всю сложность и уникальность проекта в целом, Александр Алексеев считает, что ничего принципиально нового здесь изобретено не было: «На мой взгляд, нет чего-то такого, что было бы совершенно новым и не имелось в других странах в той или иной степени. Производство сверхпроводника есть в Корее, в Японии, в США и в Европе. Да, наши проводники очень качественные, но сказать, что это уникально, нельзя. Мы делаем катушку полоидального поля PF-1. Таких катушек шесть, остальные пять делает Европа. Тоже нельзя сказать, что это нечто исключительное. Другое дело, что мы сейчас по плану-графику впереди всех по готовности производить эту катушку. За верхние патрубки вакуумной камеры отвечает Россия, а средние и нижние делает Корея. Это очень сложные элементы – большие, металлические, массивные, со сваркой, с очень высокими требованиями по точностям. Это все уникально, но не так, чтобы кто-то другой этого не мог делать». Возникает вопрос: если ITER докажет свою состоятельность, почему нельзя будет его использовать для получения электроэнергии? Разве не дороже будет с нуля строить DEMO? «Это будет очень дорогая электростанция, - отвечает Алексев, - потому что в ITER много лишнего – того, что на самом деле для электростанции не нужно. В ITER сначала будет очень большая программа по исследованию плазмы, а затем уже перейдут к DT-operation. Здесь очень много вкладывается в технологию. Крайне много вещей, которых ученые не знают. Всегда есть некоторые неопределенности, поэтому стараются заложиться в чем-то, предусмотреть какие-то дополнительные системы. Для DEMO не нужно будет столько дорогой диагностики, сколько сейчас есть в ITER, которая усложняет много систем». Ожидаемые сюрпризы Предусмотреть все действительно невозможно. И кто знает, какие еще сюрпризы нас ждут после запуска реактора. Поэтому задача физиков - не просто нейтрализовать подобные сюрпризы, но и по возможности обратить их на пользу. Об одном таком явлении мы беседуем с физиком-исследователем Павлом Алейниковым. – Каждый физик, наверное, ожидает каких-то интересных результатов в своей области. В частности, в ITER есть возможности, связанные с убегающими электронами. У токамака есть такое свойство, что при срывах, и вообще в разных режимах могут появляться пучки релятивистских электронов. В ITER ожидается, что пучки будут мощными настолько, чтобы мы должны о них заботиться отдельно. Я работаю над тем, чтобы понять, когда и как они образуются, какого свойства и что с ними делать, как их возможно предотвратить или контролировать. Это будет первая машина, в которой появляется большое количество убегающих электронов. – Что это за явление – убегающие электроны? – Есть такое свойство у релятивистского электрона, т.е. быстрого электрона, движущегося со скоростью, близкой к скорости света: сила трения, действующая на него со стороны плазмы, начиная с определенных значений, резко падает. И чем быстрее он движется, тем меньше сила трения. И это позволяет двигаться ему еще быстрее. Поэтому они называются убегающими. Как только электрон перешел через некоторый порог по начальной энергии, он уже не остановится. Второе базовое свойство убегающих электронов таково: если подобный электрон ударит по стоячему или медленному электрону, который находится в плазме, то, передав даже малую часть своей энергии, он разгонит его тоже до скорости света. Таким образом, их будет два. Этот режим ускорения, так называемая лавина, реализуется в полной мере в ITER и до сих пор не наблюдался в полной мере в существующих установках. Именно это свойство – размножение электронов – обеспечивает большой ток. Над этим сейчас мы и трудимся – над моделированием и предсказанием физики развития лавины убегающих электронов и над тем, как ее контролировать и останавливать. – Почему надо бороться с убегающими электронами, почему это плохо? – Бороться надо прежде всего потому, что нужно предотвратить их попадание на стенку. Поскольку это релятивистские электроны, они ее могут повредить. В ITER есть такая теоретическая возможность в отличие от современных установок, где ток убегающих электронов заведомо недостаточен для того, чтобы повредить установку. Ученые стараются сейчас избегать экспериментов с убегающими электронами как раз именно потому, что они делают дырочки в стенках или причиняют вред. Поэтому мы должны предотвращать конвертирование магнитной энергии, заключенной в плазме, в убегающие электроны. – И как предполагается бороться с этим? – Для этого в ITER разрабатывается специальная система подавления срывов, потому что самые опасные убегающие электроны генерируются при срывах плазмы. Эта система представляет собой либо дополнительный газонапуск, либо пеллет-инжекцию, т.е. впрыскивание в пучок особых таблеток. – Что может стать причиной такого срыва? – На современных установках большое количество пусков, или пульсов, заканчиваются срывами. Это зачастую непредсказуемая вещь. В ITER сейчас закладывается много подсистем, в задачу которых входит именно избежание и контролирование срывов. Мегалогистика Доставка гигантских тяжелых конструкций – задача нетривиальная. Например, одна тороидальная катушка имеет габариты 16 х 9 м и весит 360 т. Сегмент вакуумной камеры весит 400 т и имеет размеры 12 на 9 м. Малая полоидальная катушка, которую изготавливает Россия (большие катушки слишком громоздки для транспортировки и будут производиться на месте), имеет 9,4 м в диаметре и весит 200 т. Как перевозить подобный груз? ITER находится в ста с лишним километрах от побережья, куда эти конструкции доставляются морем, и необходимо обеспечить транспортировку оборудования от порта до места назначения в целости и сохранности, не причинив при этом вреда или даже дискомфорта местным жителям. Для решения этой проблемы предлагалось проложить специальную трассу с использованием существующих магистралей, которые следовало адаптировать для транспортировки сверхтяжелых грузов. Там, где нет возможности использовать имеющиеся дороги, будут построены объезды. Помимо этого требовалось серьезное укрепление всех мостов, через которые пройдет трасса. В сентябре 2013 г. состоялось первое испытание новой 104-километровой выделенной трассы повышенной прочности, которая была названа «дорогой жизни ITER». Гигантский 352-колесный трейлер длиной 46 м, шириной 9 м и высотой 11 м, груженный 800 т бетонных блоков, совершил испытательный рейс, который продолжался четверо суток. На всем протяжении – от побережья Средиземного моря до места расположения ITER – трейлер сопровождал конвой на случай внештатных ситуаций. В критических точках, таких как мосты, перекрестки и населенные пункты, производились замеры с целью оценить эффект от колоссальных нагрузок. В общей сложности более 100 человек приняли участие в этом испытании, и 20 сентября 2013 г. в 4:45 утра работники ITER овациями встретили первый прибывший к ним груз. Испытание прошло успешно. Теперь дело осталось за малым: проделать тот же путь еще около 200 раз, но уже не с балластом, а с реальным дорогостоящим оборудованием. Плавильный котел Впервые в истории нашей цивилизации один международный проект собрал под своей эгидой столь пеструю компанию: 500 человек из 35 стран, говорящие на 40 языках, и у каждого своя культура, традиции и стиль работы. Среди них физики, секретари, инженеры, бухгалтеры, администраторы. Официальный язык ITER – английский, хотя родной он всего для 15% работников. Но одного лишь знания языка недостаточно. Если люди, говорящие на одном языке, нередко не понимают друг друга, то что можно сказать о тех, кто говорят на разных языках? Даже простая фраза, сказанная человеком из Японии, Китая, России, Америки и Индии, звучит совершенно по-разному. И, соответственно, по-разному может быть воспринята собеседником. Произношение, интонация, жестикуляция, мимика тоже имеют свои особенности. Дружеский жест, сделанный представителем одной культуры, может быть воспринят как угрожающий или враждебный представителем другой. Повышение голоса, считающееся нормальным эмоциональным окрасом в одной стране, недопустимо в другой и может считаться агрессией. Даже переписка таит в себе сюрпризы: вступление и заключение к письму, которые считаются проявлением уважения к адресату, могут быть интерпретированы как фамильярность или бесцеремонность людьми другой культуры. Однако, несмотря на все эти различия, люди учатся понимать друг друга, даже если для этого приходится подавить собственное эго. Пожалуй, единственная организация в мире, где столько представителей разных стран работают вместе, – это Организация Объединенных Наций. Но если в ООН каждый представитель «пиарит» свою страну, отстаивая ее интересы, порой в ущерб другим, и весьма часто тянет одеяло на себя, то в ITER картина противоположная: объединенные общей целью и полностью исключившие политику из взаимоотношений, люди совершенно по-другому начинают воспринимать друг друга. Возможно, именно в этом и заключается главное достоинство и парадокс ITER: история показала, что мультикультурализм не работает в масштабе страны, но в рамках тесного сотрудничества и стремления совершенно разных людей к общей цели разве не может родиться такое исключение из правил? ITER – это, по сути, тот же плавильный котел, только нагрев в нем происходит, условно говоря, до температуры плазмы, которая в состоянии расплавить хотя бы часть барьеров, разделяющих народы. И тогда представители разных культур не только будут учиться понимать друг друга, но и смогут постоянно обогащать собственный опыт таким обменом. Важно еще и то, что в ITER собрались не просто люди с улицы. Здесь сконцентрированы сливки научного сообщества со всего мира. И кому как не им, делающим совместный прорыв в будущее, уметь находить друг с другом общий язык и преодолевать межкультурные барьеры? Пожалуй, можно говорить о рождении новой культуры – «итэровской». И если ITER служит прототипом термоядерного реактора будущего, то пусть и новая культура станет прототипом будущих отношений между людьми. Может, и на самом деле когда-нибудь сбудется мечта романтиков и идеалистов о мире во всем мире. Подготовил Виктор Фридман
Подверстки/выносы ИТЭР в цифрах Количество участников проекта – 7 (Евросоюз, Индия, Китай, Корея, Россия, США, Япония)Количество стран-участниц – 35Количество штатных сотрудников – 500Площадь комплекса – 42 га (60 футбольных полей)Количество зданий в комплексе – 39Потребляемая мощность – 50 МВтВыделяемая мощность – 500 МВтВысота токамака – 29 м (9-этажное здание)Диаметр токамака – 28,6 мВес установки – 23 тыс. тКоличество основных подсистем токамака – 15Количество компонентов – 1 млнКоличество деталей – 10 млнДиаметр вакуумной камеры: внешней – 19,4 м, внутренней – 11,3 мСила тока плазмы внутри вакуумной камеры – 15 млн АДавление в вакуумной камере – в 10 млрд раз ниже атмосферногоТемпература плазмы внутри вакуумной камеры – 100-300 млн ºС (в 10-20 раз выше, чем в солнечном ядре)Индукция магнитного поля – 5,3 Тл (более чем в 100 млн раз сильнее магнитного поля Земли) Кто за что отвечает Вклад Евросоюза составляет 45%, включая возведение практически всех зданий комплекса. На остальных участников приходится приблизительно по 9%.Фидеры (кабельные соединения) и корректирующие катушки – КитайТороидальные катушки – ЕС и ЯпонияПолоидальные катушки – ЕС и РоссияЦентральный соленоид – СШАДивертор – ЕС, Россия, ЯпонияБланкет – Китай, ЕС, Корея, РоссияВакуумная камера – ЕС, Корея, РоссияТеплозащитный экран – КореяКриостат – Индия Как получить термоядерный синтез Для запуска процесса синтеза требуется небольшое количество газообразного топлива, состоящего из равных частей изотопов водорода – дейтерия и трития, которые впрыскиваются в вакуумную камеру. Воздействуя на эту смесь мощным электрическим током, мы превращаем ее в плазму: электроны отделяются от ядра, и разреженная смесь становится токопроводящей средой. Электрический ток, циркулирующий в плазме, еще больше нагревает ее, и этот прогрессирующий процесс доводит температуру плазмы до 10 млн ºС. Однако нужны дополнительные усилия, чтобы преодолеть этот предел. В реакторе ITER применяются два вспомогательных метода: воздействие радиочастотными микроволнами и впрыскивание высокоэнергетических частиц, передающих свою энергию плазме. Каждый из этих методов сам по себе способен довести температуру плазмы до требуемых значений. Поскольку ITER - экспериментальная установка, на нем будут апробированы оба метода, чтобы выяснить, какой из них лучше использовать для будущих промышленных термоядерных реакторов. Александр БорисовичАлексеевЗаместитель Генерального директора Международной организации ITER.В 1986 г. с отличием закончил ЛПИ им. М.И. Калинина (ныне Санкт-Петербургский государственный политехнический университет).Доктор технических наук, защитил диссертацию по теме «Постановка и решение задач механики при создании электромагнитной системы токамака».Работал в НИИЭФА им. Д.В. Ефремова.Начал работать по Проекту ITER со стадии эскизного проекта в 1988 г. С 2011 г. перешел работать в Международную организацию ITER, дошел от инженера до начальника лаборатории.Участвовал в создании российского сферического токамака ГЛОБУС-М, казахского материаловедческого токамака КТМ, корейского токамака KSTAR и европейского стелларатора W-7X.Сфера научных интересов: инженерные проблемы термоядерных установок с магнитным удержанием плазмы.Автор более 60 научных публикаций. Павел БорисовичАлейниковВ 2009 г. окончил МФТИ по специальности «Прикладные математика и физика». В июне 2012 г. получил степень кандидатафизико-математических наук.С 2007 г. работал в НИЦ «Курчатовский институт» инженером (лаборатория симуляторов плазменных процессов в Институте физики токамаков).С 2010 по 2012 г. преподавал в МФТИ.В ITER попал в декабре 2012 г. по совместной программе Княжества Монако и ITER.Сфера научных интересов: физика плазмы, физика токамака, быстрые частицы в плазме токамака, убегающие электроны. scientificrussia.ru Проект ITER (ИТЭР)ITER (ИТЭР) — проект международного экспериментального термоядерного реактора. Первоначально название ITER было образовано как сокращение английского названия International Thermonuclear Experimental Reactor (Международный термоядерный экспериментальный реактор). В настоящее время оно, официально, не считается аббревиатурой, а связывается с латинским словом iter — путь. Задача ИТЭР заключается в демонстрации осуществимости создания термоядерного реактора и решении физических и технологических проблем, которые могут встретиться на этом пути. В настоящее время проектирование реактора полностью закончено и выбрано место для его строительства — французский город Кадараш. Страны-участницы: Евросоюз, Индия, Китай, Республика Корея, Россия, США, Япония. ИТЭР относится к термоядерным реакторам типа «токамак». Два ядра: дейтерия и трития сливаются, с образованием ядра гелия (альфа-частица) и высокоэнергетического нейтрона. Стоимость проекта оценивается в $12 млрд. Доли участников распределятся следующим образом: Китай, Индия, Корея, Россия, США — каждая по 1/11 суммы, Япония — 2/11, ЕС — 4/11. Термоядерный реактор намного безопасней ядерного реактора в радиационном отношении. Прежде всего, количество находящихся в нем радиоактивных веществ сравнительно невелико. Энергия, которая может выделиться в результате какой-либо аварии тоже мала, и не может привести к разрушению реактора. При этом, в конструкции реактора есть несколько естественных барьеров, препятствующих распространению радиоактивных веществ. Например, вакуумная камера и оболочка криостата должны быть герметичными, иначе реактор просто не сможет работать. Тем не менее, при проектирования ИТЭРа большое внимание уделялось радиационной безопасности, как при нормальной эксплуатации, так и во время возможных аварий. Оценки показывают, что даже в случае аварии, радоактивные выбросы не будут представлять опасности для населения и не вызовут необходимости эвакуации. При строительстве реактора, где только возможно, будут применяться материалы, уже испытанные в ядерной энергетике. Благодаря этому, наведенная радиоактивность будет сравнительно небольшой. В частности, даже в случае отказа систем охлаждения, естественной конвекции будет достаточно для охлаждения вакуумной камеры и других элементов конструкции. Есть несколько источников возможного радиоактивного загрязнения:
Для того, чтобы предотвратить распространение трития и пыли, если они выйдут за пределы вакуумной камеры и криостата, специальная система вентиляции будет поддерживать в здании реактора пониженное давление. Поэтому из здания не будет утечек воздуха, кроме как через фильтры вентиляции. Корни проекта ИТЭР – в необходимости осуществления экспериментальной проверки разработок по управляемому термоядерному синтезу на установке типа токамак, которые велись и ведутся по всему миру. Учёные по всему миру решили объединить свои усилия не только из-за дороговизны проекта, но и для обмена опытом и получения новых сведений. На Женевской встрече в верхах в ноябре 1985 года Советский Союз предложил создать токамак нового поколения с участием четырех сторон, наиболее продвинувшихся в изучении термоядерных реакций: СССР, США, Евросоюза и Японии. Год спустя проект, к которому присоединилась Канада, официально стартовал под эгидой Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ). Разработка проекта ИТЭР прошла несколько стадий. Концептуальная фаза разработки заключалась в создании чертежа установки. После неё последовала детальная фаза технической разработки, которая после 6 лет совместной работы закончилась. К концу 1998 года завершилась стадия детального инжиниринга, но к тому времени Соединенные Штаты по своим соображениям объявили о выходе из проекта. Остальные партнеры решили продолжать работу, сократив при этом предполагаемые издержки. Техническая разработка новой версии ИТЭР завершилась в июле 2001 года, после чего начались переговоры о процедурах, связанных с выбором места строительства, процессе сооружения и совместного использования реактора. В январе 2003 года США объявили о возвращении в проект, кроме того, к нему присоединился Китай. С самого начала Евросоюз и Россия, которых позже поддержал Китай, отдавали преимущество идее соорудить ИТЭР в Кадараше, расположенном неподалеку от устья Роны на юге Франции. Их доводы основывались на том, что в этом месте уже полтора десятилетия функционирует французский научный центр, занимающийся исследованиями в области термоядерных реак-ций. Кроме того, на базе этого центра, численность персонала которого превышает четыре тысячи человек, а общая площадь составляет 1600 гектаров, ведутся также попутные исследования. Отстаивая кандидатуру Кадараша, представители Евросоюза указывали также на его удобное расположение и развитую транспортную сеть - исследовательский центр расположен неподалеку от скоростной автострады, также неподалеку проходит железнодорожная линия, по которой на высокоскоростном экспрессе ТЖВ можно всего за три часа добраться до Парижа. Кроме того, Кадараш находится на сравнительно небольшом удалении от Марселя и Ниццы, где расположены крупные международные аэропорты. Однако достигнутое соглашение о том, что международный термо-ядерный экспериментальный реактор ИТЭР будет сооружен в Кадараше, вызвало во Франции противоречивую реакцию: власти приветствуют соглашение как успех, а экологические организации говорят об опасности и высокой стоимости проекта. Первым на соглашение, о котором было объявлено по итогам состояв-шейся в Москве встречи министров из стран-участниц проекта, откликнулся президент Франции Жак Ширак. Как сообщила пресс-служба Елисейского дворца, Ширак охарактеризовал выбор в пользу Кадараша как "большой успех для Франции, для Европы и для всех партнеров, участвующих в проекте". В свою очередь, премьер-министр Франции Доминик де Вильпен, по сообщению пресс-службы правительства, охарактеризовал ИТЭР как "весьма амбициозный научный проект, который позволит создать энергию будущего без воздействия на климат и при экономии природных ресурсов". Поблагодарив партнеров за "оказанное Франции доверие", глава каби-нета министров отметил, что реализация проекта "позволит создать четыре тысячи рабочих мест, что будет способствовать развитию исследовательско-го потенциала". Согласно расчетам властей региона Прованс - Альпы - Лазурный берег, где расположен Кадараш, в период строительства реактора (2005-2015 годы) появится дополнительно около 2400 рабочих мест, кроме того, более трех тысяч рабочих мест будет создано в период эксплуатации ИТЭР, расчитанной до 2035 года. Власти региона надеются также, что международные инвестиции в реализацию проекта, общий размер которых оценивается в 10 миллиардов евро, будут прямо или косвенно содействовать развитию местной экономики, транспортной инфраструктуры, гостинично-туристической отрасли. Оптимизм властей не разделяют представители экологических органи-заций. "Мы выступаем против этого проекта, потому что он очень опасен и не способствует созданию рабочих мест в регионе", - заявил Жан Маркон, возглавляющий природозащитную ассоциацию "Медиан", базирующуюся неподалеку от Кадараша. "Крайне опасным" как с научной, так и с экологической точки зрения назвал проект и представитель общенациональной ассоциации "Уйти от атома" Стефан Ломм. Он указал, в частности, на то, что Кадараш находится в зоне повышенной сейсмической активности. Кроме того, Ломм выразил сомнения и в экономической целесообразности проекта, заметив, что ИТЭР "не будет производить электричество". "Возможно, через 100, 150 или 200 лет после него появится другой реактор, но пока никакой ясности нет", - сказал представитель экологической ассоциации. Эти сомнения поддержали и входящие в региональный совет представители партии "зеленых", которые потребовали, чтобы местные инвестиции в реализацию проекта сопровождались аналогичными капиталовложениями в исследования в области восполняемых источников энергии. Непосредственно строительство международного термоядерного экспериментального реактора обойдется сторонам-участницам проекта почти в $5 миллиардов, сообщил журналистам глава Федерального агентства по ядерной энергии (Росатом) РФ Александр Румянцев. Вклад России в строительство составит около 10% от стоимости проекта, при этом свою часть вклада Россия может внести "как финансами, так и научно-технической и промышленной частями". В целом проект по созданию реактора оценивается в $13 миллиардов. Согласно совместному заявлению сторон-участников проекта, страна-хозяйка (Франция) должна будет обеспечить финансирование 50% от стоимости строительства ИТЭР, а Япония (страна-нехозяйка) внесет 10%. Кроме того, страны-участники проекта должны будут внести 10% от стоимости строительства ИТЭР. К основным проблемам эксплуатации ИТЭР следует отнести выброс и сброс трития из этого реактора. Анализ поведения трития (в виде окиси трития) в окружающей среде показывает, что в зависимости от степени изученности моделируемой системы, географических и демографических особенностей, параметры миграции трития меняются в широких пределах. По этой причине рекомендуется везде, где это возможно конкретизировать пути и параметры миграции трития в районе размещения предприятий экспериментальным путем. Поэтому для эксплуатации термоядерного реактора ИТЭР необходимо учесть опыт по безопасности для населения в районе предприятий с тритием, а также результаты биологических экспериментов по хроническому воздействию малых доз трития. Также необходимо учесть техногенный тритий в выбросах и сбросах атомных центров Франции, в первую очередь у г. Кадараш. В отличие от ядерной энергетики появляется новая проблема – безопасность персонала ИТЭР при воздействии электромагнитных полей и других вредных факторов. Персонал ИТЭР может подвергаться воздействию различных видов ионизирующих, неионизирующих излучений и химических факторов: гамма-излучения, нейтронного излучения; магнитного поля, постоянного и квазипостоянного, обусловленного токами плазмы и магнитных катушек, и импульсного, обусловленного колебаниями плазмы; ВЧ- и СВЧ-излучений при утечках от оборудования для нагрева плазмы; лазерного излучения от оборудования для диагностики плазмы; электрического и магнитно-го поля промышленной частоты от высоковольтного оборудования; циклотронного излучения (СВЧ - излучения с частотой выше 100 ГГц), возникающего из магнитотормозного излучения отдельных электронов; а также таких факторов, как тритий, бериллий, металлическая и углеродная пыль, криогенная температура и т.д. Интересная статья? Поделись ей с другими: Комментировать материалы сайта могут только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь пожалуйста для полноценной роботы с сайтом.Спасибо! quantum-tech.ru термоядерный реактор ITER и энергия звезд на Земле — T&PК 2030 году энергетические потребности человечества вырастут на 50–60%. Чтобы обеспечить такой рост и не погубить при этом экосистему планеты, необходимы новые методы получения энергии. Одним из них может стать термоядерный синтез: процесс слияния атомных ядер, который в природе происходит на Солнце и других звездах. Во Франции уже ведется строительство экспериментального термоядерного реактора ITER. T&P выяснили, зачем нужен проект и насколько он безопасен.Международный экспериментальный термоядерный реактор (International Thermonuclear Experimental Reactor, или ITER) — смелый проект, призванный продемонстрировать возможности термоядерного синтеза как способа научиться жить без вредных выбросов ТЭС и обеспечить энергией растущее население Земли. Первоначально название объекта было аббревиатурой, но сейчас оно официально считается словом. На латыни iter означает «путь». Коренное отличие ITER от обычных ядерных реакторов заключается в том, что здесь протекает процесс слияния атомных ядер водорода, а не их расщепления. По сравнению с цепной ядерной реакцией, которая используется на традиционных АЭС и в водородных бомбах, он считается гораздо более управляемым. В природе термоядерный синтез протекает на Солнце и других звездах. Именно он, по сути, дал нашей планете все, что у нее есть. Строительство ITER началось в 2012 году, во Франции, в 60 километрах от Марселя. Меньше чем за год специалисты возвели фундамент, площадку для горячей камеры токамака (огромной тороидальной установки для магнитного удержания плазмы), построили энергетическую подстанцию и два вспомогательных здания. Первоначально работы планировалось завершить к 2016 году, однако затем сроки сдвинулись. Сегодня руководство компании планирует закончить строительство в 2023 году. Проект потребует инвестиций в размере 13 миллиардов евро и позволит создать 3000 рабочих мест. Наряду со странами Евросоюза, его финансируют еще шесть государств: Россия, Китай, Южная Корея, США, Индия и Япония. ITER не первый экспериментальный термоядерный реактор в европейской практике. Его аналог под названием «Совместный европейский тор» (впрочем, гораздо более скромный), находится возле города Кулэма, в Великобритании, и работает с 1983 года. Технология термоядерного синтеза имеет ряд преимуществ по сравнению с технологией использования цепной ядерной реакции. В термоядерном реакторе гелий, который является побочным продуктом процесса, не становится радиоактивным. Кроме того, для работы реактора не нужен редкий и дорогостоящий уран. Вместо него используются дейтерий и литий, которые в огромных количествах встречаются в море и на суше. Минусом «Совместного европейского тора» при этом является то, что он не способен производить больше энергии, чем потребляет. ITER, разумеется, позволит ученым решить эту проблему: по расчетам, он будет куда мощнее своего «младшего брата».  Карлос Алехальдре, глава службы безопасности и качества работы ITER Главная опасность использования термоядерного реактора заключается в том, что тритий, наряду с другими элементами, которые выделяются во время реакции, будет находиться в замкнутом пространстве. Для того чтобы сдерживать его, мы построим заградительные сооружения и примем различные дополнительные меры. Риск в работе ITER я бы оценил как разумный, возможный и не выходящий за рамки доступного нам контроля. Даже в случае землетрясения на термоядерной электростанции не может произойти такая авария, как, например, на «Фукусиме», поскольку любой сбой в ходе реакции приводит к тому, что она попросту угасает. Коммерческие реакторы термоядерного синтеза могут появиться на Земле не раньше, чем через 50 лет. Я знаю, что не увижу, как это произойдет. Все, кто сегодня работает над технологией ITER, знают, что не смогут стать свидетелями начала ее массового применения. Тем не менее мы убеждены в необходимости трудиться над тем, что может стать поворотным моментом в истории человечества. Честно говоря, я очень надеюсь, что меня пригласят взглянуть на первый вброс плазмы в токамак, если только я все еще буду жив к этому моменту Использовать ITER в коммерческих целях с момента его запуска в эксплуатацию будет затруднительно. Когда экспериментальный реактор начнет свою работу, специалисты смогут включать его лишь на час, а затем реакция будет затухать. По сравнению с прошлым энергетики термоядерного синтеза это большой шаг вперед, поскольку до сих пор длительность реакции не превышала нескольких секунд. Но для коммерческой эксплуатации термоядерный реактор должен функционировать постоянно. Такие устройства человечеству еще только предстоит построить, но именно ITER станет ключевом элементом энергетической эволюции будущего. Узнать больше theoryandpractice.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
3. В настоящее время 80% потребляемой миром энергии создается за счет сжигания ископаемых природных топлив (нефть, уголь и газ), использование которых:а) потенциально несет опасность катастрофических экологических изменений;б) неизбежно должно когда-нибудь закончиться.
Кликабельно 4000 рх
«В рамках российских обязательств изготавливается 25 систем для ИТЭР. Это не эксперименты и не НИОКР - это оборудование, которое надо поставить в Кадараш в срок», - говорит Анатолий Красильников, руководитель Проектного центра ИТЭР - российского агентства ИТЭР.
Сдвинулись и намеченные поначалу сроки. Получить первую плазму к 2020 г., а первую энергию в сети - к 2027 г. уже нереально. Конечно, во многом это объясняется новаторством проекта - никто в мире ничего подобного прежде не делал. И естественно, что жизнь вносит в бумажные расчёты свои корректировки. Но, с другой стороны, есть и элементарная необязательность. Исключить её намерен новый генеральный директор проекта Бернар Биго. По его словам, к концу этого года должен быть утверждён скорректированный график и пересмотрена система управления проектом. Он не исключает, что какие-то работы могут быть перераспределены между участниками.
Сергей Кириенко, генеральный директор Госкорпорации «Росатом»:
