Термояд: как добывают энергию звезд на Земле

0
4

. Крупнейший в мире экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР построен наполовину, сообщил на днях физик-теоретик Бернар Биго (Bernard Bigot), генеральный директор проекта. Испытания с водородной плазмой планируют начать в декабре 2025 года.

Предположение о том, что в недрах звезд синтезируется гелий из водорода, впервые высказал в 1920 году британский физик Артур Эддингтон. Теперь известно, что в звездах происходит целый каскад реакций, приводящий к термоядерному синтезу, в результате которого выделяется большое количество энергии. Запустить термояд на Земле — давняя мечта человечества. Проблема, однако, в том, что поддержание термоядерного синтеза требует слишком много энергии и тщательного подбора условий, иначе он быстро затухает. Ближе всех к разгадке управляемого термояда подошли советские физики, придумавшие для контроля над ним «тороидальную камеру с магнитными катушками». От начальных слогов этого выражения родился термин «токамак», используемый теперь во всем мире. В качестве топлива в камеру напускают тяжелые изотопы водорода — дейтерий и тритий, а потом дают газовый разряд, чтобы оторвать от них электроны. Ионизированную, превращенную в плазму смесь нагревают до 150 миллионов градусов Цельсия, что в десять раз выше температуры внутри Солнца. В раскаленной плазме ядра дейтерия и трития рождают ядра гелия. Эта реакция сопровождается выбросом быстрых нейтронов. Их энергия, отданная какому-либо теплоносителю, например воде, может служить для выработки тепло- и электроэнергии, как на ТЭС или АЭС.

Звезды — это термоядерные реакторы© Фото : ITERЗвезды — это термоядерные реакторы

На холостом ходу

В 1985 году Михаил Горбачев озвучил мировому сообществу идею построить термоядерный реактор нового поколения. Прошло немало времени, прежде чем появился проект ITER — International Thermonuclear Experimental Reactor. Реализовать его решили на юге Франции, недалеко от Марселя, в исследовательском ядерном центре в городе Кадараш. В 2006 году началась стройка огромной установки высотой с девятиэтажный дом.

На первом этапе токамак будет работать на водороде, потом на дейтерии, чтобы протестировать режимы. Затем в ход пойдет дейтериево-тритиевое топливо, с помощью которого запустят термоядерную реакцию. Реактор планируют включать в режиме «чайника», сеансами по 300 секунд, потом запустят непрерывно.
Вырабатываемые в результате термоядерной реакции быстрые нейтроны станут нагревать воду в бланкетах — особых модулях, которыми токамак выложен внутри. Горячую воду потом сольют в бассейны, где она просто остынет. Питать энергией сеть реактор не будет, ведь он экспериментальный.

Мощные электромагнитные поля удерживают раскаленную плазму в токамаке© / Алина ПолянинаМощные электромагнитные поля удерживают раскаленную плазму в токамаке

Вкладываем мозги и оборудование

По масштабу задач и затратам ИТЭР сравнивают с космическими программами и Большим адронным коллайдером. Его строят 35 стран, из которых семь, включая Россию, — вносят наибольший вклад, они же владеют на равных всеми научными и технологическими результатами проекта. Стоимость установки оценивают в 20 миллиардов евро, большая часть которых идет взаимозачетом в виде поставок оборудования.

Галета для тороидальной катушки магнитного поля ПФ-1, изготовленная в Санкт-Петербурге © Фото : ITERГалета для тороидальной катушки магнитного поля ПФ-1, изготовленная в Санкт-Петербурге

В этом году Россия поставила первый из 23-тонных патрубков для вакуумной камеры, рассказал Анатолий Красильников, директор ИТЭР-Центра. На Средне-Невском судостроительном заводе в Санкт-Петербурге изготовили пятую по счету галету для тороидальной катушки магнитного поля. Всего нужно восемь галет, из которых к 2021 году соберут 300-тонный модуль и водрузят наверху токамака. По словам Красильникова, в уходящем году Россия поставила несколько партий коммутирующего оборудования. Сейчас в Кадараше разгружают последнюю машину с приборами. Поставлять патрубки и коммутирующее оборудование наша страна продолжит и в следующем году. В прошлом российские специалисты изготовили и отправили для ИТЭР множество деталей, в том числе сверхпроводники для катушек.

«ИТЭР — очень сложная конструкция. Все его системы уникальны, потому что создаются впервые», — пояснил Красильников. По его мнению, принципиальных препятствий осуществлению проекта нет, что же касается технологических и научных проблем, то их решают. К примеру, российские ученые работают над проблемой срывов плазмы — так называют явление резкого охлаждения топлива и выплеска его на стенку реактора, отчего она может пострадать и даже расплавиться. Это грозит остановкой токамака на многие месяцы для ремонта. «Есть признаки, по которым физики распознают, что в плазме готовится срыв. Методика предсказания срывов и их предотвращения находится в стадии разработки. Ученые из Курчатовского института ведут расчеты моделей разных срывов и воздействий на них, чтобы смягчить. Задача — растянуть срыв плазмы во времени и разбросать по площади, чтобы загасить», — уточнил Анатолий Красильников.

Предполагается, что в рабочем режиме установка даст 500 мегаватт энергии. Это в пять раз больше, чем она потребит. Если ИТЭР окажется эффективным, в 2040 году он даст старт коммерческому термоядерному реактору DEMO.

Сооружение, где будет установлен токамак© Фото : ITERСооружение, где будет установлен токамак

Энтузиасты термоядерной энергетики отмечают ее экологические преимущества по сравнению с традиционной и ядерной. Токамак не загрязняет окружающую среду углекислым газом, не опасен с точки зрения радиации, наоборот, с его помощью можно утилизировать отработанное ядерное топливо. И все же источником дешевой энергии он не станет, по крайней мере, пока в нашем распоряжении находятся большие запасы ископаемого топлива.

Источник

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here