ცოტა ხნის წინ მოსკოვის ფიზიკა-ტექნოლოგიის ინსტიტუტში გაიმართა ITER პროექტის რუსული პრეზენტაცია, რომლის ფარგლებშიც იგეგმება თერმობირთვული რეაქტორის შექმნა, რომელიც მუშაობს ტოკამაკის პრინციპით. რუსეთიდან მეცნიერთა ჯგუფმა ისაუბრა საერთაშორისო პროექტზე და რუსი ფიზიკოსების მონაწილეობაზე ამ ობიექტის შექმნაში. Lenta.ru დაესწრო ITER-ის პრეზენტაციას და გაესაუბრა პროექტის ერთ-ერთ მონაწილეს.

ITER (ITER, საერთაშორისო თერმობირთვული ექსპერიმენტული რეაქტორი) არის თერმობირთვული რეაქტორის პროექტი, რომელიც საშუალებას იძლევა თერმობირთვული ტექნოლოგიების დემონსტრირება და კვლევა მათი შემდგომი გამოყენებისთვის მშვიდობიანი და კომერციული მიზნებისთვის. პროექტის შემქმნელები თვლიან, რომ კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმა შეიძლება გახდეს მომავლის ენერგია და გახდეს თანამედროვე გაზის, ნავთობისა და ქვანახშირის ალტერნატივა. მკვლევარები აღნიშნავენ ITER ტექნოლოგიის უსაფრთხოებას, გარემოსდაცვით კეთილგანწყობას და ხელმისაწვდომობას ჩვეულებრივ ენერგიასთან შედარებით. პროექტის სირთულე შედარებულია დიდ ადრონულ კოლაიდერთან; რეაქტორის ინსტალაცია მოიცავს ათ მილიონზე მეტ სტრუქტურულ ელემენტს.

ITER-ის შესახებ

ტოკამაკის ტოროიდულ მაგნიტებს სჭირდებათ 80 ათასი კილომეტრი ზეგამტარი ძაფები; მათი საერთო წონა 400 ტონას აღწევს. თავად რეაქტორი დაახლოებით 23 ათას ტონას იწონის. შედარებისთვის, პარიზში ეიფელის კოშკის წონა მხოლოდ 7,3 ათასი ტონაა. ტოკამაკში პლაზმის მოცულობა 840-ს მიაღწევს კუბური მეტრი, მაშინ როცა, მაგალითად, დიდ ბრიტანეთში მოქმედ ამ ტიპის ყველაზე დიდ რეაქტორში - JET - მოცულობა ასი კუბური მეტრია.

ტოკამაკის სიმაღლე 73 მეტრი იქნება, აქედან 60 მეტრი მიწის ზემოთ და 13 მეტრი ქვემოთ. შედარებისთვის, მოსკოვის კრემლის სპასკაიას კოშკის სიმაღლე 71 მეტრია. მთავარი რეაქტორის პლატფორმა დაიკავებს 42 ჰექტარ ფართობს, რაც შედარებულია 60 საფეხბურთო მოედნის ფართობთან. ტოკამაკის პლაზმაში ტემპერატურა 150 მილიონ გრადუს ცელსიუსს მიაღწევს, რაც ათჯერ აღემატება მზის ცენტრში არსებულ ტემპერატურას.

ITER-ის მშენებლობაში 2010 წლის მეორე ნახევარში დაგეგმილია ერთდროულად ხუთ ათასამდე ადამიანის ჩართვა - ეს იქნება როგორც მუშები, ასევე ინჟინრები, ასევე ადმინისტრაციული პერსონალი. ITER-ის მრავალი კომპონენტის ტრანსპორტირება მოხდება ხმელთაშუა ზღვის მახლობლად მდებარე პორტიდან დაახლოებით 104 კილომეტრის სიგრძის სპეციალურად აშენებული გზის გასწვრივ. კერძოდ, მის გასწვრივ გადაიტანება ინსტალაციის უმძიმესი ფრაგმენტი, რომლის მასა 900 ტონაზე მეტი იქნება, ხოლო სიგრძე დაახლოებით ათი მეტრი. ITER-ის ინსტალაციის მშენებლობის ადგილიდან 2,5 მილიონ კუბურ მეტრზე მეტი მიწა მოიხსნება.

საპროექტო-სამშენებლო სამუშაოების ჯამური ღირებულება 13 მილიარდ ევროს შეადგენს. ამ თანხებს გამოყოფს პროექტის შვიდი მთავარი მონაწილე, რომლებიც წარმოადგენენ 35 ქვეყნის ინტერესებს. შედარებისთვის, დიდი ადრონული კოლაიდერის აშენებისა და შენარჩუნების მთლიანი ხარჯები თითქმის ნახევარია, ხოლო საერთაშორისო კოსმოსური სადგურის მშენებლობა და შენარჩუნება თითქმის ერთნახევარჯერ მეტი ღირს.

ტოკამაკი

დღეს მსოფლიოში არსებობს თერმობირთვული რეაქტორების ორი პერსპექტიული პროექტი: ტოკამაკი ( რომროიდული კაგავზომოთ ერთად მამიდამპალი რომატუშკი) და ვარსკვლავური. ორივე ინსტალაციაში პლაზმა შეიცავს მაგნიტური ველითუმცა, ტოკამაკში ის იღებს ტოროიდული კაბელის ფორმას, რომლითაც გადის ელექტრული დენი, ხოლო ვარსკვლავურში მაგნიტური ველი გამოწვეულია გარე ხვეულებით. თერმობირთვულ რეაქტორებში ხდება მსუბუქი ელემენტების მძიმე ელემენტების სინთეზის რეაქციები (ჰელიუმი წყალბადის იზოტოპებიდან - დეიტერიუმი და ტრიტიუმი), განსხვავებით ჩვეულებრივი რეაქტორებისგან, სადაც იწყება მძიმე ბირთვების დაშლის პროცესები მსუბუქებად.

ფოტო: ეროვნული კვლევითი ცენტრი „კურჩატოვის ინსტიტუტი“ / nrcki.ru

Ელექტროობატოკამაკში იგი ასევე გამოიყენება პლაზმის საწყისი გასათბობად დაახლოებით 30 მილიონი გრადუს ცელსიუს ტემპერატურამდე; შემდგომი გათბობა ხორციელდება სპეციალური მოწყობილობებით.

ტოკამაკის თეორიული დიზაინი 1951 წელს შემოგვთავაზეს საბჭოთა ფიზიკოსებმა ანდრეი სახაროვმა და იგორ ტამმა, ხოლო პირველი ინსტალაცია აშენდა სსრკ-ში 1954 წელს. თუმცა, მეცნიერებმა ვერ შეძლეს პლაზმის სტაბილურ მდგომარეობაში დიდხანს შენარჩუნება და 1960-იანი წლების შუა პერიოდისთვის მსოფლიო დარწმუნდა, რომ ტოკამაკის საფუძველზე კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმა შეუძლებელი იყო.

მაგრამ მხოლოდ სამი წლის შემდეგ, კურჩატოვის ატომური ენერგიის ინსტიტუტში T-3 ინსტალაციაზე, ლევ არციმოვიჩის ხელმძღვანელობით, შესაძლებელი გახდა პლაზმის გაცხელება ხუთ მილიონ გრადუს ცელსიუსზე მეტ ტემპერატურაზე და მისი ხანმოკლე შენახვა. დრო; დიდი ბრიტანეთის მეცნიერებმა, რომლებიც ესწრებოდნენ ექსპერიმენტს, დააფიქსირეს დაახლოებით ათი მილიონი გრადუსი ტემპერატურა მათ აღჭურვილობაზე. ამის შემდეგ მსოფლიოში დაიწყო ნამდვილი ტოკამაკის ბუმი, ასე რომ მსოფლიოში აშენდა 300-მდე ინსტალაცია, რომელთაგან ყველაზე დიდი მდებარეობს ევროპაში, იაპონიაში, აშშ-სა და რუსეთში.

სურათი: Rfassbind/ wikipedia.org

ITER მენეჯმენტი

რა არის ნდობის საფუძველი, რომ ITER ამოქმედდება 5-10 წელიწადში? რა პრაქტიკულ და თეორიულ განვითარებაზე?

რუსეთის მხრიდან ჩვენ ვასრულებთ დადგენილ სამუშაო გრაფიკს და არ ვაპირებთ მის დარღვევას. სამწუხაროდ, ჩვენ ვხედავთ გარკვეულ შეფერხებებს სხვების მიერ განხორციელებულ სამუშაოებში, ძირითადად ევროპაში; ამერიკაში ნაწილობრივ შეფერხებაა და არის ტენდენცია, რომ პროექტი გარკვეულწილად შეფერხდეს. დააკავეს, მაგრამ არ გააჩერეს. არსებობს რწმენა, რომ ის იმუშავებს. თავად პროექტის კონცეფცია არის სრულიად თეორიული და პრაქტიკულად გათვლილი და სანდო, ასე რომ, ვფიქრობ, იმუშავებს. მისცემს თუ არა სრულად გამოცხადებულ შედეგებს... დაველოდოთ და ვნახოთ.

არის თუ არა პროექტი უფრო კვლევითი პროექტი?

Რა თქმა უნდა. მითითებული შედეგი არ არის მიღებული შედეგი. თუ სრულად მიიღება, ძალიან ბედნიერი ვიქნები.

რა ახალი ტექნოლოგიები გამოჩნდა, ჩნდება ან გამოჩნდება ITER პროექტში?

ITER პროექტი არ არის მხოლოდ სუპერ კომპლექსი, არამედ სუპერ სტრესული პროექტი. სტრესული ენერგეტიკული დატვირთვის, გარკვეული ელემენტების მუშაობის პირობების, მათ შორის ჩვენი სისტემების თვალსაზრისით. ამიტომ, ამ პროექტში უბრალოდ უნდა დაიბადოს ახალი ტექნოლოგიები.

არის მაგალითი?

სივრცე. მაგალითად, ჩვენი ალმასის დეტექტორები. ჩვენ განვიხილეთ ჩვენი ალმასის დეტექტორების გამოყენების შესაძლებლობა კოსმოსურ სატვირთო მანქანებზე, რომლებიც წარმოადგენენ ბირთვულ მანქანებს, რომლებიც გადააქვთ გარკვეული ობიექტები, როგორიცაა თანამგზავრები ან სადგურები ორბიტიდან ორბიტაზე. არსებობს ასეთი პროექტი კოსმოსური სატვირთო მანქანისთვის. ვინაიდან ეს არის მოწყობილობა ბირთვული რეაქტორის ბორტზე, რთული სამუშაო პირობები მოითხოვს ანალიზს და კონტროლს, ამიტომ ჩვენს დეტექტორებს ამის გაკეთება მარტივად შეუძლიათ. ამ დროისთვის ასეთი დიაგნოსტიკის შექმნის თემა ჯერ არ არის დაფინანსებული. თუ ის შეიქმნება, მისი გამოყენება შესაძლებელია და მაშინ არ იქნება საჭირო მასში თანხის ჩადება განვითარების ეტაპზე, არამედ მხოლოდ განვითარებისა და განხორციელების ეტაპზე.

როგორია 2000-1990-იანი წლების თანამედროვე რუსული მოვლენები საბჭოთა და დასავლურ მოვლენებთან შედარებით?

ITER-ში რუსული სამეცნიერო წვლილი გლობალურთან შედარებით ძალიან დიდია. ზუსტად არ ვიცი, მაგრამ ძალიან მნიშვნელოვანია. ეს აშკარად არ არის ნაკლები, ვიდრე პროექტში ფინანსური მონაწილეობის რუსული პროცენტი, რადგან ბევრ სხვა გუნდში არის რუსების დიდი რაოდენობა, რომლებიც საზღვარგარეთ წავიდნენ სხვა ინსტიტუტებში სამუშაოდ. იაპონიასა და ამერიკაში, ყველგან, ჩვენ მათთან ძალიან კარგად ვუკავშირდებით და ვმუშაობთ, ზოგი ევროპას წარმოადგენს, ზოგი ამერიკას. გარდა ამისა, იქ არის სამეცნიერო სკოლებიც. მაშასადამე, იმაზე ვავითარებთ თუ არა იმას, რასაც ადრე ვაკეთებდით... ერთ-ერთმა დიდმა თქვა, რომ „ტიტანების მხრებზე ვდგავართ“, ამიტომ ის ბაზა, რომელიც საბჭოთა პერიოდში შეიქმნა, უდავოდ დიდია და ამის გარეშე ჩვენ ვართ. არაფერი არ შეგვეძლო. მაგრამ იმ მომენტშიც კი არ ვდგავართ, ვმოძრაობთ.

კონკრეტულად რას აკეთებს თქვენი ჯგუფი ITER-ში?

განყოფილებაში მაქვს სექტორი. დეპარტამენტი ავითარებს რამდენიმე დიაგნოსტიკას, ჩვენი სექტორი სპეციალურად ავითარებს ვერტიკალურ ნეიტრონულ კამერას, ITER ნეიტრონულ დიაგნოსტიკას და წყვეტს დიდი წრეამოცანები დიზაინიდან წარმოებამდე და ასევე ატარებს შესაბამის კვლევით სამუშაოებს, რომლებიც დაკავშირებულია ალმასის დეტექტორების შემუშავებასთან. ალმასის დეტექტორი უნიკალური მოწყობილობაა, რომელიც თავდაპირველად შეიქმნა ჩვენს ლაბორატორიაში. ადრე გამოიყენებოდა მრავალ თერმობირთვულ დანადგარებში, ახლა მას საკმაოდ ფართოდ იყენებენ მრავალი ლაბორატორია ამერიკიდან იაპონიამდე; ისინი, ვთქვათ, მოგვყვნენ, მაგრამ ჩვენ ვაგრძელებთ ზევით დარჩენას. ახლა ვამზადებთ ალმასის დეტექტორებს და ვაპირებთ სამრეწველო წარმოების დონეს (მცირე მასშტაბის წარმოება) მივაღწიოთ.

რა ინდუსტრიებში შეიძლება ამ დეტექტორების გამოყენება?

ამ შემთხვევაში, ეს არის თერმობირთვული კვლევები, მომავალში, ჩვენ ვვარაუდობთ, რომ მათზე მოთხოვნა იქნება ბირთვული ენერგია.

კონკრეტულად რას აკეთებენ დეტექტორები, რას ზომავენ ისინი?

ნეიტრონები. არ არსებობს უფრო ღირებული პროდუქტი, ვიდრე ნეიტრონი. მე და შენც ნეიტრონებისაგან ვართ.

ნეიტრონების რა მახასიათებლებს ზომავენ ისინი?

სპექტრული. უპირველეს ყოვლისა, დაუყოვნებელი ამოცანა, რომელიც წყდება ITER-ზე, არის ნეიტრონული ენერგიის სპექტრის გაზომვა. გარდა ამისა, ისინი აკონტროლებენ ნეიტრონების რაოდენობას და ენერგიას. მეორე, დამატებითი ამოცანა ეხება ბირთვულ ენერგიას: ჩვენ გვაქვს პარალელური განვითარება, რომელსაც ასევე შეუძლია თერმული ნეიტრონების გაზომვა, რომლებიც ბირთვული რეაქტორების საფუძველია. ეს ჩვენთვის მეორეხარისხოვანი ამოცანაა, მაგრამ ასევე მუშავდება, ანუ ჩვენ შეგვიძლია ვიმუშაოთ აქ და ამავდროულად მოვახერხოთ ისეთი განვითარება, რომელიც შეიძლება საკმაოდ წარმატებით იქნას გამოყენებული ბირთვულ ენერგიაში.

რა მეთოდებს იყენებთ კვლევაში: თეორიულ, პრაქტიკულ, კომპიუტერულ მოდელირებას?

ყველა: რთული მათემატიკიდან (მათემატიკური ფიზიკის მეთოდები) და მათემატიკური მოდელირებიდან ექსპერიმენტებამდე. ყველა სხვადასხვა ტიპის გამოთვლა, რომელსაც ჩვენ ვატარებთ, დასტურდება და დამოწმებულია ექსპერიმენტებით, რადგან ჩვენ პირდაპირ გვაქვს ექსპერიმენტული ლაბორატორია რამდენიმე მოქმედი ნეიტრონული გენერატორით, რომლებზეც ჩვენ ვამოწმებთ სისტემებს, რომლებსაც თავად ვავითარებთ.

გაქვთ თუ არა მოქმედი რეაქტორი თქვენს ლაბორატორიაში?

არა რეაქტორი, არამედ ნეიტრონის გენერატორი. ნეიტრონული გენერატორი, ფაქტობრივად, არის მოცემული თერმობირთვული რეაქციების მინი მოდელი. იქ ყველაფერი იგივეა, მხოლოდ პროცესია ოდნავ განსხვავებული. იგი მუშაობს ამაჩქარებლის პრინციპით – ეს არის გარკვეული იონების სხივი, რომელიც ხვდება სამიზნეს. ანუ პლაზმის შემთხვევაში გვაქვს ცხელი ობიექტი, რომელშიც თითოეულ ატომს აქვს მაღალი ენერგია და ჩვენს შემთხვევაში სპეციალურად აჩქარებული იონი ხვდება მსგავსი იონებით გაჯერებულ სამიზნეს. შესაბამისად, რეაქცია ხდება. ვთქვათ, ეს არის ერთი გზა, რომლითაც შეგიძლიათ გააკეთოთ იგივე შერწყმის რეაქცია; ერთადერთი რაც დადასტურდა არის ის, რომ ამ მეთოდს არ აქვს მაღალი ეფექტურობა, ანუ თქვენ არ მიიღებთ დადებით ენერგიას, არამედ მიიღებთ თავად რეაქციას - ჩვენ პირდაპირ ვაკვირდებით ამ რეაქციას და ნაწილაკებს და ყველაფერს, რაც შედის მასში. .

Დიდი ხანის განმვლობაში ტრუდნოფისაკა მთხოვა მშენებარე თერმობირთვული რეაქტორის შესახებ პოსტის გაკეთება. გაეცანით ტექნოლოგიის საინტერესო დეტალებს, გაარკვიეთ, რატომ ჭირდება ამ პროექტის განხორციელებას ამდენი დრო. საბოლოოდ შევაგროვე მასალა. მოდით გავეცნოთ პროექტის დეტალებს.

როგორ დაიწყო ეს ყველაფერი? „ენერგეტიკული გამოწვევა“ წარმოიშვა შემდეგი სამი ფაქტორის კომბინაციის შედეგად:

1. კაცობრიობა ახლა მოიხმარს უზარმაზარ ენერგიას.

ამჟამად მსოფლიოში ენერგიის მოხმარება დაახლოებით 15,7 ტერავატს (TW) შეადგენს. ამ მნიშვნელობის მსოფლიო პოპულაციაზე გაყოფით, ჩვენ ვიღებთ დაახლოებით 2400 ვატს ერთ ადამიანზე, რაც შეიძლება ადვილად შეფასდეს და ვიზუალურად გამოიყურებოდეს. დედამიწის ყოველი მკვიდრის (მათ შორის ბავშვების) მიერ მოხმარებული ენერგია შეესაბამება 24 ასეულ ვატიანი ელექტრო ნათურის 24 საათის მუშაობას. თუმცა, ამ ენერგიის მოხმარება მთელს პლანეტაზე ძალიან არათანაბარია, რადგან ის ძალიან დიდია რამდენიმე ქვეყანაში და უმნიშვნელო სხვაში. მოხმარება (გამოითვლება ერთ ადამიანზე) არის 10,3 კვტ აშშ-ში (ერთ-ერთი რეკორდული მნიშვნელობა), 6,3 კვტ რუსეთის ფედერაცია, 5,1 კვტ დიდ ბრიტანეთში და ა.შ., მაგრამ მეორეს მხრივ, ეს არის მხოლოდ 0,21 კვტ ბანგლადეშში (აშშ ენერგიის მოხმარების მხოლოდ 2%!).

2. მსოფლიო ენერგიის მოხმარება მკვეთრად იზრდება.

საერთაშორისო ენერგეტიკის სააგენტოს (2006) პროგნოზის მიხედვით, 2030 წლისთვის გლობალური ენერგიის მოხმარება 50%-ით უნდა გაიზარდოს. განვითარებულ ქვეყნებს შეუძლიათ, რა თქმა უნდა, მშვენივრად იმოქმედონ დამატებითი ენერგიის გარეშე, მაგრამ ეს ზრდა აუცილებელია განვითარებად ქვეყნებში ხალხის სიღარიბიდან გამოსაყვანად, სადაც 1,5 მილიარდი ადამიანი განიცდის ელექტროენერგიის მწვავე დეფიციტს.

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

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

ამჟამად, ატომური ელექტროსადგურები აწარმოებენ ენერგიას, რომელიც გამოიყოფა ატომური ბირთვების დაშლის რეაქციების დროს დიდი მასშტაბით. ასეთი სადგურების შექმნა და განვითარება ყველანაირად უნდა წახალისდეს, მაგრამ გასათვალისწინებელია, რომ მათი ფუნქციონირებისთვის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მასალის (იაფი ურანის) რეზერვები ასევე შეიძლება სრულად იქნას გამოყენებული მომდევნო 50 წლის განმავლობაში. . ბირთვული დაშლაზე დაფუძნებული ენერგიის შესაძლებლობები შეიძლება (და უნდა) მნიშვნელოვნად გაფართოვდეს უფრო ეფექტური ენერგეტიკული ციკლების გამოყენებით, რაც საშუალებას მისცემს წარმოებული ენერგიის რაოდენობას თითქმის გაორმაგდეს. ამ მიმართულებით ენერგიის განსავითარებლად აუცილებელია თორიუმის რეაქტორების შექმნა (ე.წ. თორიუმის სელექციონერი რეაქტორები ან სელექციონერი რეაქტორები), რომლებშიც რეაქცია წარმოქმნის უფრო მეტ თორიუმს, ვიდრე ორიგინალური ურანი, რის შედეგადაც წარმოებული ენერგიის მთლიანი რაოდენობა. ნივთიერების მოცემული რაოდენობა იზრდება 40-ჯერ. ასევე იმედისმომცემია პლუტონიუმის სელექციონერების შექმნა სწრაფი ნეიტრონების გამოყენებით, რომლებიც ბევრად უფრო ეფექტურია ვიდრე ურანის რეაქტორები და შეუძლიათ 60-ჯერ მეტი ენერგიის გამომუშავება. შესაძლოა, ამ ტერიტორიების განვითარებისთვის საჭირო გახდეს ურანის მოპოვების ახალი, არასტანდარტული მეთოდების შემუშავება (მაგალითად, ზღვის წყალი, რომელიც, როგორც ჩანს, ყველაზე ხელმისაწვდომია).

fusion ელექტროსადგურები

ნახატზე ნაჩვენებია თერმობირთვული ელექტროსადგურის მოწყობილობისა და მუშაობის პრინციპის სქემატური დიაგრამა (არა მასშტაბური). ცენტრალურ ნაწილში არის ტოროიდული (დონატის ფორმის) კამერა ~2000 მ3 მოცულობით, სავსე ტრიტიუმ-დეიტერიუმის (T-D) პლაზმით, რომელიც გაცხელებულია 100 M°C-ზე მაღალ ტემპერატურაზე. შერწყმის რეაქციის დროს წარმოქმნილი ნეიტრონები (1) ტოვებენ „მაგნიტურ ბოთლს“ და შედიან ნახატზე გამოსახულ გარსში დაახლოებით 1 მ სისქით.

გარსის შიგნით ნეიტრონები ეჯახება ლითიუმის ატომებს, რის შედეგადაც ხდება რეაქცია, რომელიც წარმოქმნის ტრიტიუმს:

ნეიტრონი + ლითიუმი → ჰელიუმი + ტრიტიუმი

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

გარდა ამისა, ნეიტრონებმა უნდა გაათბონ გარსი ეგრეთ წოდებულ საპილოტე ქარხნებში (რომლებშიც გამოყენებული იქნება შედარებით „ჩვეულებრივი“ სამშენებლო მასალები) დაახლოებით 400°C-მდე. სამომავლოდ დაგეგმილია გაუმჯობესებული დანადგარების შექმნა გარსის გათბობის ტემპერატურით 1000°C-ზე მეტი, რაც მიიღწევა უახლესი მაღალი სიმტკიცის მასალების (როგორიცაა სილიციუმის კარბიდის კომპოზიტები) გამოყენებით. გარსში წარმოქმნილი სითბო, როგორც ჩვეულებრივ სადგურებში, მიიღება პირველადი გაგრილების სქემით გამაგრილებლით (შეიცავს, მაგალითად, წყალს ან ჰელიუმს) და გადადის მეორად წრეში, სადაც წარმოიქმნება წყლის ორთქლი და მიეწოდება ტურბინებს.

1985 - საბჭოთა კავშირმა შესთავაზა შემდეგი თაობის ტოკამაკის ქარხანა, ოთხი წამყვანი ქვეყნის გამოცდილების გამოყენებით შერწყმის რეაქტორების შექმნისას. ამერიკის შეერთებულმა შტატებმა იაპონიასთან და ევროკავშირთან ერთად წამოაყენა წინადადება პროექტის განხორციელების შესახებ.

ამჟამად, საფრანგეთში, მიმდინარეობს მშენებლობა საერთაშორისო ექსპერიმენტულ თერმობირთვულ რეაქტორზე ITER (International Tokamak Experimental Reactor), რომელიც აღწერილია ქვემოთ, რომელიც იქნება პირველი ტოკამაკი, რომელსაც შეუძლია პლაზმის „ანთება“.

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

რატომ გვჭირდება ეს?

ბირთვული შერწყმის მთავარი უპირატესობა ის არის, რომ მას სჭირდება მხოლოდ ძალიან მცირე რაოდენობით ნივთიერებები, რომლებიც ბუნებაში ძალიან გავრცელებულია, როგორც საწვავი. აღწერილ დანადგარებში ბირთვული შერწყმის რეაქციამ შეიძლება გამოიწვიოს უზარმაზარი ენერგიის გამოყოფა, ათ მილიონჯერ მეტი ვიდრე ჩვეულებრივი ქიმიური რეაქციების დროს გამოთავისუფლებული სტანდარტული სითბო (როგორიცაა წიაღისეული საწვავის წვა). შედარებისთვის, ჩვენ აღვნიშნავთ, რომ ქვანახშირის რაოდენობა, რომელიც საჭიროა 1 გიგავატი სიმძლავრის თბოელექტროსადგურისთვის, არის 10000 ტონა დღეში (ათი რკინიგზის ვაგონი), ხოლო იგივე სიმძლავრის ქარხანა მოიხმარს მხოლოდ დაახლოებით. 1 კილოგრამი D+T ნარევი დღეში.

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

ამრიგად, შერწყმის რეაქტორის საწყისი საწვავი არის ლითიუმი და წყალი. ლითიუმი არის ჩვეულებრივი ლითონი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება საყოფაცხოვრებო ტექნიკაში (ბატარეები მობილური ტელეფონებიდა ასე შემდეგ.). ზემოთ აღწერილი ინსტალაცია, თუნდაც არაიდეალური ეფექტურობის გათვალისწინებით, შეძლებს 200 000 კვტ/სთ ელექტროენერგიის წარმოებას, რაც 70 ტონა ნახშირში შემავალი ენერგიის ექვივალენტურია. ამისთვის საჭირო ლითიუმის რაოდენობას შეიცავს ერთი კომპიუტერის ბატარეა, ხოლო დეიტერიუმის რაოდენობა 45 ლიტრ წყალშია. აღნიშნული მნიშვნელობა შეესაბამება ელექტროენერგიის მიმდინარე მოხმარებას (გამოითვლება ერთ ადამიანზე) ევროკავშირის ქვეყნებში 30 წლის განმავლობაში. ის ფაქტი, რომ ლითიუმის ასეთ უმნიშვნელო რაოდენობას შეუძლია უზრუნველყოს ასეთი რაოდენობის ელექტროენერგიის გამომუშავება (CO2 გამონაბოლქვისა და ჰაერის ოდნავი დაბინძურების გარეშე) საკმაოდ სერიოზული არგუმენტია თერმობირთვული ენერგიის ყველაზე სწრაფი და ენერგიული განვითარებისათვის (მიუხედავად ყველა სირთულეები და პრობლემები) და თუნდაც ასეთი კვლევის წარმატების ასპროცენტიანი ნდობის გარეშე.

დეიტერიუმი უნდა არსებობდეს მილიონობით წლის განმავლობაში, ხოლო ადვილად მოპოვებული ლითიუმის მარაგი საკმარისია ასობით წლის განმავლობაში საჭიროების დასაკმაყოფილებლად. მაშინაც კი, თუ კლდეებში ლითიუმი ამოიწურება, ჩვენ შეგვიძლია მისი ამოღება წყლიდან, სადაც ის საკმარისად მაღალ კონცენტრაციებშია (ურანის კონცენტრაციაზე 100-ჯერ მეტი), რათა მისი მოპოვება ეკონომიკურად შესაძლებელი გახდეს.

საფრანგეთში ქალაქ კადარაშის მახლობლად შენდება ექსპერიმენტული თერმობირთვული რეაქტორი (International thermonuclear experimental reactor). ITER-ის პროექტის მთავარი მიზანია სამრეწველო მასშტაბით კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმის რეაქციის განხორციელება.

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

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

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

თერმობირთვული შერწყმის პრინციპზე დაფუძნებულ რეაქტორს არ გააჩნია რადიოაქტიური გამოსხივება და სრულიად უსაფრთხოა გარემოსთვის. ის შეიძლება განთავსდეს მსოფლიოს ნებისმიერ წერტილში და მისთვის საწვავი ჩვეულებრივი წყალია. ITER-ის მშენებლობა, სავარაუდოდ, დაახლოებით ათი წელი გაგრძელდება, რის შემდეგაც რეაქტორი სავარაუდოდ 20 წელი იქნება გამოყენებული.

დაწკაპუნებადი 4000 px

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

მშენებლობის მთლიანი ღირებულება 5 მილიარდ ევროდ არის შეფასებული და იგივე თანხა იქნება საჭირო რეაქტორის საცდელი ფუნქციონირებისთვის. ინდოეთის, ჩინეთის, კორეის, რუსეთის, აშშ-სა და იაპონიის აქციები თითოეული შეადგენს მთლიანი ღირებულების დაახლოებით 10 პროცენტს, 45 პროცენტი მოდის ევროკავშირის ქვეყნებზე. თუმცა, ჯერჯერობით ევროპული სახელმწიფოებიისინი არ შეთანხმდნენ იმაზე, თუ როგორ გადანაწილდებოდა მათ შორის ხარჯები. ამის გამო მშენებლობის დაწყება 2010 წლის აპრილისთვის გადაიდო. ბოლო შეფერხების მიუხედავად, ITER-ში ჩართული მეცნიერები და ოფიციალური პირები ამბობენ, რომ პროექტის დასრულებას 2018 წლისთვის შეძლებენ.

ITER-ის სავარაუდო თერმობირთვული სიმძლავრეა 500 მეგავატი. ცალკეული მაგნიტური ნაწილების წონა აღწევს 200-დან 450 ტონამდე. ITER-ის გასაგრილებლად დღეში 33 ათასი კუბური მეტრი წყალი იქნება საჭირო.

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

მონაწილეთა რაოდენობის მიხედვით, პროექტი შედარებულია სხვა დიდ საერთაშორისო სამეცნიერო პროექტთან - საერთაშორისო კოსმოსურ სადგურთან. ITER-ის ღირებულება, რომელიც ადრე 8 მილიარდ დოლარს აღწევდა, მაშინ 4 მილიარდზე ნაკლებს შეადგენდა. შეერთებული შტატების მონაწილეობიდან გამოსვლის შედეგად გადაწყდა, რომ რეაქტორის სიმძლავრე 1,5 გვტ-დან 500 მეგავატამდე შემცირდეს. შესაბამისად, პროექტის ფასიც შემცირდა.

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

2010 წლის ივლისში, ITER-ის საერთაშორისო თერმობირთვული რეაქტორის პროექტში მონაწილე ქვეყნების წარმომადგენლებმა დაამტკიცა მისი ბიუჯეტი და მშენებლობის განრიგი საგანგებო შეხვედრაზე, რომელიც გაიმართა საფრანგეთში, კადარაში. .

ბოლო საგანგებო შეხვედრაზე პროექტის მონაწილეებმა დაამტკიცეს პლაზმაზე პირველი ექსპერიმენტების დაწყების თარიღი - 2019 წელი. სრული ექსპერიმენტები დაგეგმილია 2027 წლის მარტისთვის, თუმცა პროექტის მენეჯმენტმა ტექნიკურ სპეციალისტებს სთხოვა, რომ პროცესის ოპტიმიზაცია და ექსპერიმენტების დაწყება 2026 წელს. შეხვედრის მონაწილეებმა ასევე გადაწყვიტეს რეაქტორის მშენებლობის ხარჯები, თუმცა ინსტალაციის შესაქმნელად დაგეგმილი თანხები არ გახმაურებულა. პორტალ ScienceNOW-ის რედაქტორის მიერ უსახელო წყაროდან მიღებული ინფორმაციის თანახმად, ექსპერიმენტების დაწყების დროისთვის ITER-ის პროექტის ღირებულებამ შეიძლება 16 მილიარდ ევროს მიაღწიოს.

კადარაში შეხვედრამ ასევე აღნიშნა პირველი ოფიციალური სამუშაო დღე პროექტის ახალი დირექტორისთვის, იაპონელი ფიზიკოსისთვის ოსამუ მოტოჯიმასთვის. მანამდე პროექტს 2005 წლიდან ხელმძღვანელობდა იაპონელი კანამე იკედა, რომელმაც თანამდებობა დატოვა ბიუჯეტის და მშენებლობის ვადების დამტკიცებისთანავე.

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

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

Fusion არის იაფი და ეკოლოგიურად სუფთა უსაფრთხო გზაენერგიის წარმოება. უკონტროლო თერმობირთვული შერწყმა მზეზე მილიარდობით წლის განმავლობაში ხდება - ჰელიუმი წარმოიქმნება მძიმე წყალბადის იზოტოპის დეიტერიუმისგან. ეს გამოყოფს ენერგიის უზარმაზარ რაოდენობას. თუმცა, დედამიწაზე ადამიანებმა ჯერ არ ისწავლეს ასეთი რეაქციების კონტროლი.

ITER რეაქტორი გამოიყენებს წყალბადის იზოტოპებს საწვავად. თერმობირთვული რეაქციის დროს ენერგია გამოიყოფა, როდესაც მსუბუქი ატომები უფრო მძიმე ატომებად შერწყმულია. ამ მიზნის მისაღწევად, გაზი უნდა გაცხელდეს 100 მილიონ გრადუსზე მეტ ტემპერატურაზე - ბევრად უფრო მაღალი ვიდრე ტემპერატურა მზის ცენტრში. ამ ტემპერატურაზე გაზი გადაიქცევა პლაზმად. ამავდროულად, წყალბადის იზოტოპების ატომები ერწყმის, დიდი რაოდენობით ნეიტრონების გამოთავისუფლებით ჰელიუმის ატომებად იქცევა. ამ პრინციპით მოქმედი ელექტროსადგური გამოიყენებს ნეიტრონების ენერგიას, რომელიც შენელებულია მკვრივი მასალის (ლითიუმის) ფენით.

რატომ დასჭირდა ამდენი დრო თერმობირთვული დანადგარების შექმნას?

რატომ არ არის შექმნილი ჯერ კიდევ ასეთი მნიშვნელოვანი და ღირებული ინსტალაციები, რომელთა სარგებლობაზე უკვე თითქმის ნახევარი საუკუნეა განხილული? არსებობს სამი ძირითადი მიზეზი (ქვემოთ განხილული), რომელთაგან პირველს შეიძლება ეწოდოს გარეგანი ან სოციალური, ხოლო დანარჩენ ორს - შიდა, ანუ განისაზღვრება თავად თერმობირთვული ენერგიის განვითარების კანონებითა და პირობებით.

1. დიდი ხნის განმავლობაში ითვლებოდა, რომ თერმობირთვული შერწყმის ენერგიის პრაქტიკული გამოყენების პრობლემა არ მოითხოვდა გადაუდებელ გადაწყვეტილებებს და მოქმედებებს, რადგან ჯერ კიდევ გასული საუკუნის 80-იან წლებში წიაღისეული საწვავის წყაროები ამოუწურავი ჩანდა, ხოლო ეკოლოგიური პრობლემები და კლიმატის ცვლილება. არ ეხება საზოგადოებას. 1976 წელს, აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის შერწყმა ენერგეტიკის მრჩეველთა კომიტეტმა სცადა შეეფასებინა R&D და დემონსტრაციული შერწყმის ელექტროსადგურის დრო. სხვადასხვა ვარიანტებიკვლევის დაფინანსება. ამასთან, გაირკვა, რომ ამ მიმართულებით კვლევების წლიური დაფინანსების მოცულობა სრულიად არასაკმარისია და თუ არსებული ასიგნებების დონე შენარჩუნდება, თერმობირთვული დანადგარების შექმნა არასოდეს იქნება წარმატებული, რადგან გამოყოფილი თანხები არ შეესაბამება. თუნდაც მინიმალურ, კრიტიკულ დონემდე.

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

3. თერმობირთვული ენერგიის განვითარება ძალიან რთული იყო (მიუხედავად არასაკმარისი დაფინანსებისა და სირთულეების არჩევისას JET და ITER დანადგარების შესაქმნელად) ბოლო წლებიაშკარა პროგრესია, თუმცა მოქმედი სადგური ჯერ არ შექმნილა.

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

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

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

იმედი ვიქონიოთ, რომ თერმობირთვული ენერგიის განვითარების გზაზე დიდი და მოულოდნელი სიურპრიზები არ იქნება. ამ შემთხვევაში, დაახლოებით 30 წელიწადში ჩვენ შევძლებთ მისგან ელექტრო დენის მიწოდებას ენერგეტიკულ ქსელებში პირველად, ხოლო სულ რაღაც 10 წელიწადში პირველი რეკლამა. fusion ელექტროსადგური. შესაძლებელია, რომ ამ საუკუნის მეორე ნახევარში, ბირთვული შერწყმის ენერგია დაიწყებს წიაღისეული საწვავის ჩანაცვლებას და თანდათანობით დაიწყებს მზარდი როლის შესრულებას კაცობრიობის ენერგიის მიწოდებაში გლობალური მასშტაბით.

არ არსებობს აბსოლუტური გარანტია იმისა, რომ თერმობირთვული ენერგიის (როგორც მთელი კაცობრიობის ენერგიის ეფექტური და ფართომასშტაბიანი წყაროს) შექმნის ამოცანა წარმატებით დასრულდება, მაგრამ ამ მიმართულებით წარმატების ალბათობა საკმაოდ მაღალია. თერმობირთვული სადგურების უზარმაზარი პოტენციალის გათვალისწინებით, მათი სწრაფი (და თუნდაც დაჩქარებული) განვითარების პროექტების ყველა ხარჯი შეიძლება ჩაითვალოს გამართლებულად, მით უმეტეს, რომ ეს ინვესტიციები ძალიან მოკრძალებულად გამოიყურება ამაზრზენი გლობალური ენერგეტიკული ბაზრის ფონზე (4 ტრილიონი აშშ დოლარი წელიწადში8). კაცობრიობის ენერგეტიკული მოთხოვნილებების დაკმაყოფილება ძალიან სერიოზული პრობლემაა. რამდენადაც წიაღისეული საწვავი ნაკლებად ხელმისაწვდომი ხდება (და მათი გამოყენება არასასურველი ხდება), სიტუაცია იცვლება და ჩვენ უბრალოდ არ შეგვიძლია არ განვავითაროთ შერწყმის ენერგია.

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

ITER იქნება პირველი შერწყმის რეაქტორი, რომელიც უფრო მეტ ენერგიას გამოიმუშავებს, ვიდრე მოიხმარს. მეცნიერები ამ მახასიათებელს გაზომავენ მარტივი კოეფიციენტის გამოყენებით, რომელსაც "Q"-ს უწოდებენ. თუ ITER მიაღწევს თავის ყველა სამეცნიერო მიზანს, ის გამოიმუშავებს 10-ჯერ მეტ ენერგიას, ვიდრე მოიხმარს. ბოლო აშენებული მოწყობილობა, ერთობლივი ევროპული ტორუსი ინგლისში, არის უფრო მცირე პროტოტიპის შერწყმა რეაქტორი, რომელმაც სამეცნიერო კვლევის ბოლო ეტაპებზე მიაღწია Q მნიშვნელობას თითქმის 1-ს. ეს ნიშნავს, რომ მან გამოიმუშავა ზუსტად იგივე რაოდენობის ენერგია, რასაც მოიხმარდა. . ITER ამას სცილდება შერწყმის შედეგად ენერგიის შექმნის დემონსტრირებით და Q მნიშვნელობის 10-ის მიღწევით. იდეა არის 500 მეგავატის გამომუშავება დაახლოებით 50 მეგავატი ენერგიის მოხმარებიდან. ამრიგად, ITER-ის ერთ-ერთი სამეცნიერო მიზანია დაამტკიცოს, რომ Q მნიშვნელობის 10 მიღწევა შესაძლებელია.

კიდევ ერთი სამეცნიერო მიზანია, რომ ITER-ს ექნება ძალიან დიდი „დაწვის“ დრო – პულსი გახანგრძლივებული ერთ საათამდე. ITER არის კვლევითი ექსპერიმენტული რეაქტორი, რომელსაც არ შეუძლია მუდმივად აწარმოოს ენერგია. როდესაც ITER დაიწყებს მუშაობას, ის ჩართული იქნება ერთი საათის განმავლობაში, რის შემდეგაც საჭირო იქნება მისი გამორთვა. ეს მნიშვნელოვანია, რადგან აქამდე ჩვენს მიერ შექმნილ სტანდარტულ მოწყობილობებს შეეძლოთ რამდენიმე წამის ან წამის მეათედიც კი წვის დრო ჰქონოდათ - ეს არის მაქსიმუმი. "ერთობლივი ევროპული ტორუსი" მიაღწია Q მნიშვნელობას 1-ს დაწვის დროით დაახლოებით ორი წამი, პულსის სიგრძით 20 წამი. მაგრამ პროცესი, რომელიც რამდენიმე წამს გრძელდება, ნამდვილად არ არის მუდმივი. მანქანის ძრავის გაშვების ანალოგიით: ძრავის ხანმოკლე ჩართვა და შემდეგ მისი გამორთვა ჯერ არ არის მანქანის რეალური მოქმედება. მხოლოდ მაშინ, როდესაც მართავთ თქვენს მანქანას ნახევარი საათის განმავლობაში, ის მიაღწევს მუდმივ მუშაობის რეჟიმს და აჩვენებს, რომ ასეთი მანქანის მართვა რეალურად შეიძლება.

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

თერმობირთვული შერწყმის პროგრამა მართლაც საერთაშორისო და ფართო ხასიათისაა. ხალხი უკვე იმედოვნებს ITER-ის წარმატებას და ფიქრობს შემდეგ ნაბიჯზე - შექმნას სამრეწველო თერმობირთვული რეაქტორის პროტოტიპი სახელწოდებით DEMO. მის ასაშენებლად, ITER უნდა იმუშაოს. ჩვენ უნდა მივაღწიოთ ჩვენს მეცნიერულ მიზნებს, რადგან ეს ნიშნავს, რომ ჩვენს მიერ წამოყენებული იდეები სრულიად განხორციელებადია. თუმცა, ვეთანხმები, რომ ყოველთვის უნდა იფიქრო იმაზე, თუ რა მოხდება შემდეგ. გარდა ამისა, რამდენადაც ITER მუშაობს 25-30 წლის განმავლობაში, ჩვენი ცოდნა თანდათან გაღრმავდება და გაფართოვდება და ჩვენ შევძლებთ უფრო ზუსტად ჩამოვაყალიბოთ ჩვენი შემდეგი ნაბიჯი.

მართლაც, არ არსებობს კამათი იმის შესახებ, უნდა იყოს თუ არა ITER ტოკამაკი. ზოგიერთი მეცნიერი სულ სხვაგვარად სვამს კითხვას: უნდა არსებობდეს თუ არა ITER? სპეციალისტები სხვა და სხვა ქვეყნებიაჰ, საკუთარი, არც თუ ისე მასშტაბური თერმობირთვული პროექტების შემუშავება, ამტკიცებენ, რომ ასეთი დიდი რეაქტორი საერთოდ არ არის საჭირო.

თუმცა, მათი აზრი ძნელად უნდა ჩაითვალოს ავტორიტეტულად. ITER-ის შექმნაში მონაწილეობდნენ ფიზიკოსები, რომლებიც მუშაობდნენ ტოროიდულ ხაფანგებთან რამდენიმე ათეული წლის განმავლობაში. ყარადაშის ექსპერიმენტული თერმობირთვული რეაქტორის დიზაინი ეფუძნებოდა ყველა ცოდნას, რომელიც მიღებულ იქნა ათობით წინამორბედი ტოკამაკზე ექსპერიმენტების დროს. და ეს შედეგები მიუთითებს იმაზე, რომ რეაქტორი უნდა იყოს ტოკამაკი, თანაც დიდი.

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

ეს არის პლაზმის ფიზიკა, რომელიც განსაზღვრავს ენერგეტიკულ ბალანსს“, - განუცხადა იგორ სემენოვმა Infox.ru-ს. რა არის ენერგეტიკული ბალანსი, აღწერა MIPT ასოცირებულმა პროფესორმა მარტივი მაგალითი: „ყველამ ვნახეთ, რომ ცეცხლი იწვა. იქ ფაქტობრივად შეშა კი არა, გაზი იწვის. ენერგეტიკული ჯაჭვი იქ ასეთია: გაზი იწვის, ხე თბება, ხე ორთქლდება, გაზი ისევ იწვის. მაშასადამე, თუ წყალს ცეცხლზე დავყრით, სისტემიდან უეცრად მივიღებთ ენერგიას თხევადი წყლის ორთქლის მდგომარეობაში გადასვლის ფაზაში. ბალანსი უარყოფითი გახდება და ცეცხლი ჩაქრება. არსებობს სხვა გზა - ჩვენ შეგვიძლია უბრალოდ ავიღოთ ცეცხლსასროლი იარაღი და გავავრცელოთ სივრცეში. ხანძარიც ჩაქრება. იგივეა თერმობირთვულ რეაქტორში, რომელსაც ჩვენ ვაშენებთ. ზომები არჩეულია ამ რეაქტორისთვის შესაბამისი დადებითი ენერგიის ბალანსის შესაქმნელად. საკმარისია მომავალში რეალური ატომური ელექტროსადგურის ასაშენებლად, რომელიც ამ ექსპერიმენტულ ეტაპზე გადაჭრის ყველა იმ პრობლემას, რომელიც ამჟამად გადაუჭრელი რჩება“.

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

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

საჭიროა თუ არა თერმობირთვული ენერგია?

ჩართულია ამ სცენაზეცივილიზაციის განვითარება, თამამად შეგვიძლია ვთქვათ, რომ კაცობრიობის წინაშე დგას „ენერგეტიკული გამოწვევა“. ეს გამოწვეულია რამდენიმე ფუნდამენტური ფაქტორით:

— კაცობრიობა ახლა უზარმაზარ ენერგიას მოიხმარს.

ამჟამად მსოფლიოში ენერგიის მოხმარება დაახლოებით 15,7 ტერავატს (TW) შეადგენს. ამ მნიშვნელობის დაყოფით პლანეტის პოპულაციაზე, მივიღებთ დაახლოებით 2400 ვატს ერთ ადამიანზე, რაც ადვილად შეიძლება შეფასდეს და წარმოვიდგინოთ. დედამიწის თითოეული მკვიდრის (მათ შორის ბავშვების) მიერ მოხმარებული ენერგია შეესაბამება 24 100 ვატიანი ელექტრო ნათურის 24 საათის მუშაობას.

— მსოფლიო ენერგიის მოხმარება სწრაფად იზრდება.

ენერგეტიკის საერთაშორისო სააგენტოს (2006) მონაცემებით, 2030 წლისთვის გლობალური ენერგიის მოხმარება 50%-ით გაიზრდება.

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

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

როგორც ჩანს, ეს ასეა, რადგან ყველა სერიოზული პროგნოზია, რომ მსოფლიოს ნავთობის მარაგი დიდწილად ამოიწურება დაახლოებით 50 წელიწადში.

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

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

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

კაცობრიობამ უნდა მოძებნოს ენერგიის სხვა წყაროები, რისთვისაც ამჟამად მხოლოდ მზე და თერმობირთვული შერწყმის რეაქციები შეიძლება განიხილებოდეს.

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

ამჟამად, ატომური ელექტროსადგურები აწარმოებენ ენერგიას, რომელიც გამოიყოფა ატომური ბირთვების დაშლის რეაქციების დროს დიდი მასშტაბით. მიმაჩნია, რომ ასეთი სადგურების შექმნა და განვითარება ყველანაირად უნდა წახალისდეს, მაგრამ გასათვალისწინებელია, რომ მათი ფუნქციონირებისთვის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მასალის (იაფი ურანის) რეზერვები ასევე შეიძლება მთლიანად გამოიყენოს. მომდევნო 50 წელი.

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

რა არის ბირთვული შერწყმა?

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

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

ბირთვული შერწყმის პროცესები არის რეაქციები, რომლებიც მოიცავს მსუბუქი ატომის ბირთვების შერწყმას უფრო მძიმე ბირთვებში, გამოყოფს ენერგიის გარკვეულ რაოდენობას.

პირველ რიგში, მათ შორის უნდა აღინიშნოს რეაქცია წყალბადის ორ იზოტოპს (დეიტერიუმი და ტრიტიუმი) შორის, რაც დედამიწაზე ძალზედ გავრცელებულია, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ჰელიუმი და გამოიყოფა ნეიტრონი. რეაქცია შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:

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

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

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

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

ამ პრობლემის გადასაჭრელად გამოიგონეს "მაგნიტური ხაფანგები", სახელწოდებით Tokamak, რომლებიც ხელს უშლიან პლაზმის ურთიერთქმედებას რეაქტორის კედლებთან.

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

ამჟამად, საფრანგეთში, იწყება მშენებლობა საერთაშორისო ექსპერიმენტულ თერმობირთვულ რეაქტორზე ITER (საერთაშორისო თერმობირთვული ექსპერიმენტული რეაქტორი), რომელიც აღწერილია ქვემოთ, რომელიც იქნება პირველი ტოკამაკი, რომელსაც შეუძლია პლაზმის „აანთება“.

ყველაზე მოწინავე არსებულ ტოკამაკის ტიპის დანადგარებში დიდი ხანია მიღწეულია დაახლოებით 150 M გრადუსი ტემპერატურა, რაც ახლოსაა თერმობირთვული სადგურის მუშაობისთვის საჭირო მნიშვნელობებთან, მაგრამ ITER რეაქტორი უნდა გახდეს პირველი ფართომასშტაბიანი სიმძლავრე. ქარხანა განკუთვნილია გრძელვადიანი მუშაობისთვის. მომავალში, საჭირო იქნება მისი მუშაობის პარამეტრების მნიშვნელოვნად გაუმჯობესება, რაც, პირველ რიგში, მოითხოვს პლაზმაში წნევის მატებას, რადგან მოცემულ ტემპერატურაზე ბირთვული შერწყმის სიჩქარე პროპორციულია კვადრატის. წნევა.

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

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

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

თერმობირთვული ელექტროსადგურის დიზაინი

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

გარსის შიგნით ნეიტრონები ეჯახება ლითიუმის ატომებს, რის შედეგადაც ხდება რეაქცია, რომელიც წარმოქმნის ტრიტიუმს:

ნეიტრონი + ლითიუმი = ჰელიუმი + ტრიტიუმი.

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

სწორედ ეს ოპერაციული კონცეფცია უნდა შემოწმდეს და განხორციელდეს ქვემოთ აღწერილ ITER რეაქტორში.

ნეიტრონები უნდა გააცხელონ გარსი ეგრეთ წოდებულ საპილოტე ქარხნებში (რომლებშიც გამოყენებული იქნება შედარებით „ჩვეულებრივი“ სამშენებლო მასალები) დაახლოებით 400 გრადუს ტემპერატურამდე. სამომავლოდ დაგეგმილია გაუმჯობესებული დანადგარების შექმნა გარსის გათბობის ტემპერატურით 1000 გრადუსზე მეტი, რაც მიიღწევა უახლესი მაღალი სიმტკიცის მასალების (როგორიცაა სილიციუმის კარბიდის კომპოზიტები) გამოყენებით. გარსში წარმოქმნილი სითბო, როგორც ჩვეულებრივ სადგურებში, მიიღება პირველადი გაგრილების სქემით გამაგრილებლით (შეიცავს, მაგალითად, წყალს ან ჰელიუმს) და გადადის მეორად წრეში, სადაც წარმოიქმნება წყლის ორთქლი და მიეწოდება ტურბინებს.

ბირთვული შერწყმის მთავარი უპირატესობა ის არის, რომ მას სჭირდება მხოლოდ ძალიან მცირე რაოდენობით ნივთიერებები, რომლებიც ბუნებაში ძალიან გავრცელებულია, როგორც საწვავი.

აღწერილ დანადგარებში ბირთვული შერწყმის რეაქციამ შეიძლება გამოიწვიოს უზარმაზარი ენერგიის გამოყოფა, ათ მილიონჯერ მეტი ვიდრე ჩვეულებრივი ქიმიური რეაქციების დროს გამოთავისუფლებული სტანდარტული სითბო (როგორიცაა წიაღისეული საწვავის წვა). შედარებისთვის, ჩვენ აღვნიშნავთ, რომ ქვანახშირის რაოდენობა, რომელიც საჭიროა 1 გიგავატი სიმძლავრის თბოელექტროსადგურისთვის, არის 10000 ტონა დღეში (ათი რკინიგზის ვაგონი), ხოლო იგივე სიმძლავრის ქარხანა მოიხმარს მხოლოდ დაახლოებით. 1 კგ D+ ნარევი დღეში T.

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

ამრიგად, შერწყმის რეაქტორის საწყისი საწვავი არის ლითიუმი და წყალი.

ლითიუმი არის ჩვეულებრივი ლითონი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება საყოფაცხოვრებო ტექნიკაში (მაგალითად, მობილური ტელეფონების ბატარეები). ზემოთ აღწერილი ინსტალაცია, თუნდაც არაიდეალური ეფექტურობის გათვალისწინებით, შეძლებს 200 000 კვტ/სთ ელექტროენერგიის წარმოებას, რაც 70 ტონა ნახშირში შემავალი ენერგიის ექვივალენტურია. ამისთვის საჭირო ლითიუმის რაოდენობას შეიცავს ერთი კომპიუტერის ბატარეა, ხოლო დეიტერიუმის რაოდენობა 45 ლიტრ წყალშია. აღნიშნული მნიშვნელობა შეესაბამება ელექტროენერგიის მიმდინარე მოხმარებას (გამოითვლება ერთ ადამიანზე) ევროკავშირის ქვეყნებში 30 წლის განმავლობაში. ის ფაქტი, რომ ლითიუმის ასეთ უმნიშვნელო რაოდენობას შეუძლია უზრუნველყოს ასეთი რაოდენობის ელექტროენერგიის გამომუშავება (CO 2 გამონაბოლქვის გარეშე და ჰაერის ოდნავი დაბინძურების გარეშე) საკმაოდ სერიოზული არგუმენტია თერმობირთვული განვითარების კვლევის სწრაფი და ენერგიული განვითარებისთვის. ენერგია (მიუხედავად ყველა სირთულისა და პრობლემისა) თუნდაც ეფექტური თერმობირთვული რეაქტორის შექმნის გრძელვადიანი პერსპექტივით.

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

მაშინაც კი, თუ კლდეებში ლითიუმი ამოიწურება, ჩვენ შეგვიძლია მისი ამოღება წყლიდან, სადაც ის საკმარისად მაღალ კონცენტრაციებშია (ურანის კონცენტრაციაზე 100-ჯერ მეტი), რათა მისი მოპოვება ეკონომიკურად შესაძლებელი გახდეს.

შერწყმის ენერგია არა მხოლოდ ჰპირდება კაცობრიობას, პრინციპში, მომავალში უზარმაზარი ენერგიის წარმოების შესაძლებლობას (CO 2-ის გამოყოფის და ჰაერის დაბინძურების გარეშე), არამედ აქვს მრავალი სხვა უპირატესობა.

1 ) მაღალი შიდა უსაფრთხოება.

თერმობირთვულ დანადგარებში გამოყენებულ პლაზმას აქვს ძალიან დაბალი სიმკვრივე (დაახლოებით მილიონჯერ დაბალია, ვიდრე ატმოსფეროს სიმკვრივე), რის შედეგადაც დანადგარების საოპერაციო გარემო არასოდეს შეიცავს საკმარის ენერგიას სერიოზული ინციდენტების ან ავარიების გამოწვევისთვის.

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

რა საფრთხეებია დაკავშირებული თერმობირთვულ ენერგიასთან? პირველ რიგში, აღსანიშნავია, რომ მიუხედავად იმისა, რომ შერწყმის პროდუქტები (ჰელიუმი და ნეიტრონები) არ არის რადიოაქტიური, რეაქტორის გარსი შეიძლება გახდეს რადიოაქტიური ნეიტრონის გახანგრძლივებული დასხივების პირობებში.

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

თუნდაც ყველაზე მძიმე სიტუაციებში და უბედურ შემთხვევებში (ჭურვის სრული განადგურება და მასში შემავალი მთელი ტრიტიუმის გამოყოფა, მაგალითად, მიწისძვრისა და სადგურზე თვითმფრინავის ჩამოვარდნის დროს) გარემოჩამოვა მხოლოდ მცირე რაოდენობით საწვავი, რაც არ საჭიროებს მოსახლეობის ევაკუაციას მიმდებარე დასახლებებიდან.

2 ) ენერგიის ღირებულება.

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

საერთაშორისო ექსპერიმენტული თერმობირთვული რეაქტორი ITER

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

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

ამ რეაქტორის შექმნის მიზანია წარმოაჩინოს ფიზიკოსებისა და ინჟინრების ერთობლივი ძალისხმევის შესაძლებლობები ფართომასშტაბიანი შერწყმის ელექტროსადგურის მშენებლობაში.

დიზაინერების მიერ დაგეგმილი ინსტალაციის სიმძლავრე არის 500 მეგავატი (ენერგიის მოხმარება სისტემაში მხოლოდ დაახლოებით 50 მეგავატი). 3

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

ITER-ის რეაქტორის მაგნიტური ხვეულები დაფუძნებულია ზეგამტარ მასალებზე (რომლებიც, პრინციპში, უწყვეტი მუშაობის საშუალებას იძლევა, სანამ დენი შენარჩუნებულია პლაზმაში), ამიტომ დიზაინერები იმედოვნებენ, რომ უზრუნველყოფენ გარანტირებულ სამუშაო ციკლს მინიმუმ 10 წუთის განმავლობაში. ცხადია, რომ სუპერგამტარი მაგნიტური ხვეულების არსებობა ფუნდამენტურად მნიშვნელოვანია რეალური თერმობირთვული ელექტროსადგურის უწყვეტი მუშაობისთვის. სუპერგამტარი ხვეულები უკვე გამოიყენებოდა ტოკამაკის ტიპის მოწყობილობებში, მაგრამ ისინი ადრე არ გამოიყენებოდა ტრიტიუმის პლაზმისთვის განკუთვნილ ასეთ ფართომასშტაბიან დანადგარებში. გარდა ამისა, ITER-ის ობიექტი იქნება პირველი, ვინც გამოიყენებს და გამოცდის სხვადასხვა ჭურვის მოდულებს, რომლებიც შექმნილია რეალურ სადგურებზე მუშაობისთვის, სადაც შესაძლებელია ტრიტიუმის ბირთვების წარმოქმნა ან „აღდგენა“.

ინსტალაციის მშენებლობის მთავარი მიზანია აჩვენოს პლაზმის წვის წარმატებული კონტროლი და თერმობირთვული მოწყობილობებიდან ენერგიის რეალურად მიღების შესაძლებლობა ტექნოლოგიების განვითარების არსებულ დონეზე.

ამ მიმართულებით შემდგომი განვითარება, რა თქმა უნდა, მოითხოვს დიდ ძალისხმევას მოწყობილობების ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად, განსაკუთრებით მათი ეკონომიკური მიზანშეწონილობის თვალსაზრისით, რაც დაკავშირებულია სერიოზულ და ხანგრძლივ კვლევასთან, როგორც ITER-ის რეაქტორზე, ასევე მათზე. სხვა მოწყობილობები. დაკისრებულ დავალებებს შორის განსაკუთრებით უნდა გამოვყოთ შემდეგი სამი:

1) აუცილებელია იმის ჩვენება, რომ მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების არსებული დონე უკვე იძლევა ენერგიის 10-ჯერ გაზრდის მიღებას (პროცესის შესანარჩუნებლად დახარჯულთან შედარებით) კონტროლირებადი ბირთვული შერწყმის პროცესში. რეაქცია უნდა მიმდინარეობდეს საშიში არასტაბილური პირობების წარმოქმნის გარეშე, სტრუქტურული მასალების გადახურებისა და დაზიანების გარეშე და პლაზმის მინარევებით დაბინძურების გარეშე. პლაზმური გათბობის სიმძლავრის 50%-ის შერწყმის ენერგიის სიმძლავრეებით, ეს მიზნები უკვე მიღწეულია ექსპერიმენტებში მცირე ობიექტებში, მაგრამ ITER რეაქტორის შექმნა შეამოწმებს კონტროლის მეთოდების საიმედოობას ბევრად უფრო დიდ ობიექტში, რომელიც ბევრს გამოიმუშავებს. მეტი ენერგია დიდი ხნის განმავლობაში. ITER რეაქტორი შექმნილია მომავალი შერწყმის რეაქტორის მოთხოვნების შესამოწმებლად და შესათანხმებლად და მისი მშენებლობა ძალიან რთული და საინტერესო ამოცანაა.

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

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

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

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

თუ არ არის მნიშვნელოვანი და მოულოდნელი სიურპრიზები თერმობირთვული ენერგიის განვითარების გზაზე, მაშინ ექვემდებარება შემუშავებულ გონივრულ და მოწესრიგებულ სამოქმედო პროგრამას, რომელიც (რა თქმა უნდა, სამუშაოს კარგი ორგანიზებით და საკმარისი დაფინანსებით) უნდა გამოიწვიოს შექმნას. თერმობირთვული ელექტროსადგურის პროტოტიპი. ამ შემთხვევაში, დაახლოებით 30 წელიწადში ჩვენ შევძლებთ მისგან ელექტრო დენის მიწოდებას ენერგეტიკულ ქსელებში, ხოლო სულ რაღაც 10 წელიწადში დაიწყებს მუშაობას პირველი კომერციული თერმობირთვული ელექტროსადგური. შესაძლებელია, რომ ამ საუკუნის მეორე ნახევარში, ბირთვული შერწყმის ენერგია დაიწყებს წიაღისეული საწვავის ჩანაცვლებას და თანდათანობით დაიწყებს მზარდი როლის შესრულებას კაცობრიობის ენერგიის მიწოდებაში გლობალური მასშტაბით.

გაზვიადების გარეშე, საერთაშორისო ექსპერიმენტული თერმობირთვული რეაქტორი ITER შეიძლება ეწოდოს ჩვენი დროის ყველაზე მნიშვნელოვან კვლევით პროექტს. კონსტრუქციის მასშტაბით, ის ადვილად გადააჭარბებს დიდ ადრონულ კოლაიდერს და წარმატების შემთხვევაში, მთელი კაცობრიობისთვის გაცილებით დიდ ნაბიჯს გადადგამს, ვიდრე მთვარეზე ფრენა. მართლაც, პოტენციურად კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმა არის უპრეცედენტო იაფი და სუფთა ენერგიის თითქმის ამოუწურავი წყარო.

ამ ზაფხულს იყო რამდენიმე კარგი მიზეზი ITER პროექტის ტექნიკური დეტალების გასაცნობად. ჯერ ერთი, გრანდიოზული წამოწყება, რომლის ოფიციალურ დასაწყისად მიხეილ გორბაჩოვისა და რონალდ რეიგანის შეხვედრა ჯერ კიდევ 1985 წელს ითვლება, ჩვენს თვალწინ მატერიალურ განსახიერებას იღებს. ახალი თაობის რეაქტორის დაპროექტებას რუსეთის, აშშ-ის, იაპონიის, ჩინეთის, ინდოეთის, სამხრეთ კორეისა და ევროკავშირის მონაწილეობით 20 წელზე მეტი დასჭირდა. დღეს, ITER აღარ არის კილოგრამი ტექნიკური დოკუმენტაცია, არამედ 42 ჰექტარი (1 კმ 420 მ) იდეალურად ბრტყელი ზედაპირი მსოფლიოში ერთ-ერთი უდიდესი ხელოვნური პლატფორმის, რომელიც მდებარეობს საფრანგეთის ქალაქ კადარაში, მარსელიდან ჩრდილოეთით 60 კმ-ში. . ასევე მომავალი 360,000 ტონიანი რეაქტორის საძირკველი, რომელიც შედგება 150,000 კუბური მეტრი ბეტონის, 16,000 ტონა არმატურის და 493 სვეტისგან რეზინის-ლითონის ანტისეისმური საფარით. და, რა თქმა უნდა, ათასობით დახვეწილი სამეცნიერო ინსტრუმენტი და კვლევითი დაწესებულება მიმოფანტული მსოფლიოს უნივერსიტეტებში.

2007 წლის მარტი. მომავალი ITER პლატფორმის პირველი ფოტო ჰაერიდან.

რეაქტორის ძირითადი კომპონენტების წარმოება კარგად მიმდინარეობს. გაზაფხულზე საფრანგეთმა გამოაცხადა 70 ჩარჩოს წარმოება D- ფორმის ტოროიდული ველის ხვეულებისთვის, ხოლო ივნისში დაიწყო სუპერგამტარი კაბელების პირველი ხვეულების დახვევა, რომელიც რუსეთიდან მიიღო პოდოლსკის საკაბელო ინდუსტრიის ინსტიტუტიდან.

მეორე კარგი მიზეზი ITER-ის დასამახსოვრებლად ახლა არის პოლიტიკური. ახალი თაობის რეაქტორი გამოცდაა არა მხოლოდ მეცნიერებისთვის, არამედ დიპლომატებისთვისაც. ეს იმდენად ძვირი და ტექნიკურად რთული პროექტია, რომ მსოფლიოს ვერც ერთი ქვეყანა ვერ განახორციელებს მას მარტო. სახელმწიფოთა უნარიდან შეთანხმდნენ ერთმანეთთან როგორც მეცნიერულად, ისე ფინანსური სექტორიდამოკიდებულია თუ არა საკითხის დასრულება.

2009 წლის მარტი. სამეცნიერო კომპლექსის მშენებლობის დაწყებას ელოდება 42 ჰექტარი მიწის ნაკვეთი.

ITER-ის საბჭო სანქტ-პეტერბურგში 18 ივნისს უნდა გამართულიყო, მაგრამ აშშ-ის სახელმწიფო დეპარტამენტმა სანქციების ფარგლებში ამერიკელ მეცნიერებს რუსეთში შესვლა აუკრძალა. იმის გათვალისწინებით, რომ ტოკამაკის იდეა (ტოროიდული კამერა მაგნიტური ხვეულებით, რომელიც წარმოადგენს ITER-ის საფუძველს) ეკუთვნის საბჭოთა ფიზიკოს ოლეგ ლავრენტიევს, პროექტის მონაწილეებმა ეს გადაწყვეტილება კურიოზიდ მიიჩნიეს და უბრალოდ გადაიტანეს. შეხვედრა კადარაში იმავე დღეს. ამ მოვლენებმა კიდევ ერთხელ შეახსენა მთელ მსოფლიოს, რომ რუსეთი (სამხრეთ კორეასთან ერთად) არის ყველაზე პასუხისმგებელი ITER-ის პროექტის წინაშე ნაკისრი ვალდებულებების შესრულებაზე.

2011 წლის თებერვალი. სეისმოიზოლაციის შახტაში გაბურღულია 500-ზე მეტი ხვრელი, ყველა მიწისქვეშა ღრუ ივსება ბეტონით.

მეცნიერები იწვიან

ფრაზა "fusion reactor" ბევრ ადამიანს აფრთხილებს. ასოციაციური ჯაჭვი ნათელია: თერმობირთვული ბომბი უფრო საშინელია, ვიდრე უბრალოდ ბირთვული, რაც ნიშნავს, რომ თერმობირთვული რეაქტორი უფრო საშიშია, ვიდრე ჩერნობილი.

სინამდვილეში, ბირთვული შერწყმა, რომელზედაც დაფუძნებულია ტოკამაკის მუშაობის პრინციპი, ბევრად უფრო უსაფრთხო და ეფექტურია, ვიდრე თანამედროვე ატომურ ელექტროსადგურებში გამოყენებული ბირთვული დაშლა. შერწყმას თავად ბუნება იყენებს: მზე სხვა არაფერია, თუ არა ბუნებრივი თერმობირთვული რეაქტორი.

ASDEX tokamak, რომელიც აშენდა 1991 წელს გერმანიის მაქს პლანკის ინსტიტუტში, გამოიყენება რეაქტორის წინა კედლის სხვადასხვა მასალის, განსაკუთრებით ვოლფრამისა და ბერილიუმის შესამოწმებლად. პლაზმის მოცულობა ASDEX-ში არის 13 მ 3, თითქმის 65-ჯერ ნაკლები ვიდრე ITER-ში.

რეაქციაში შედის დეიტერიუმის და ტრიტიუმის ბირთვები - წყალბადის იზოტოპები. დეიტერიუმის ბირთვი შედგება პროტონისა და ნეიტრონისგან, ხოლო ტრიტიუმის ბირთვი შედგება პროტონისა და ორი ნეიტრონისაგან. ნორმალურ პირობებში, თანაბრად დამუხტული ბირთვები იგერიებენ ერთმანეთს, მაგრამ ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე მათ შეუძლიათ შეჯახება.

შეჯახებისას ძალაში შედის ძლიერი ურთიერთქმედება, რომელიც პასუხისმგებელია პროტონებისა და ნეიტრონების ბირთვებად გაერთიანებაზე. ჩნდება ახალი ქიმიური ელემენტის - ჰელიუმის ბირთვი. ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება ერთი თავისუფალი ნეიტრონი და გამოიყოფა დიდი რაოდენობით ენერგია. ძლიერი ურთიერთქმედების ენერგია ჰელიუმის ბირთვში ნაკლებია, ვიდრე ძირითადი ელემენტების ბირთვებში. ამის გამო წარმოქმნილი ბირთვი კი კარგავს მასას (ფარდობითობის თეორიის მიხედვით ენერგია და მასა ექვივალენტურია). გავიხსენოთ ცნობილი განტოლება E = mc 2, სადაც c არის სინათლის სიჩქარე, შეიძლება წარმოვიდგინოთ ბირთვული შერწყმის კოლოსალური ენერგიის პოტენციალი.

2011 წლის აგვისტო. დაიწყო მონოლითური რკინაბეტონის სეისმური საიზოლაციო ფილის ჩამოსხმა.

ორმხრივი მოგერიების ძალის დასაძლევად, საწყისი ბირთვები ძალიან სწრაფად უნდა მოძრაობდნენ, ამიტომ ტემპერატურა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ბირთვულ შერწყმაში. მზის ცენტრში პროცესი 15 მილიონი გრადუსი ცელსიუსის ტემპერატურაზე მიმდინარეობს, მაგრამ მას ხელს უწყობს მატერიის კოლოსალური სიმკვრივე გრავიტაციის მოქმედების გამო. ვარსკვლავის კოლოსალური მასა მას ეფექტურ თერმობირთვულ რეაქტორად აქცევს.

დედამიწაზე ასეთი სიმკვრივის შექმნა შეუძლებელია. რაც შეგვიძლია გავაკეთოთ არის ტემპერატურის გაზრდა. იმისთვის, რომ წყალბადის იზოტოპებმა თავიანთი ბირთვების ენერგია დედამიწაზე გაათავისუფლონ, საჭიროა 150 მილიონი გრადუსი ტემპერატურა, ანუ ათჯერ მეტი, ვიდრე მზეზე.

Არავინ მძიმე მასალასამყაროში ასეთ ტემპერატურასთან პირდაპირ კონტაქტში არ შეიძლება. ასე რომ, მხოლოდ ღუმელის აშენება ჰელიუმის მოსამზადებლად არ იმუშავებს. იგივე ტოროიდული კამერა მაგნიტური ხვეულებით, ანუ ტოკამაკი, ეხმარება პრობლემის მოგვარებაში. ტოკამაკის შექმნის იდეა გაჩნდა 1950-იანი წლების დასაწყისში სხვადასხვა ქვეყნის მეცნიერთა ნათელ გონებაში, მაშინ როდესაც პირველობა აშკარად მიეკუთვნება საბჭოთა ფიზიკოსს ოლეგ ლავრენტიევს და მის გამოჩენილ კოლეგებს ანდრეი სახაროვს და იგორ ტამს.

ტორუსის ფორმის ვაკუუმური კამერა (ღრმა დონატი) გარშემორტყმულია ზეგამტარი ელექტრომაგნიტებით, რომლებიც მასში ქმნიან ტოროიდულ მაგნიტურ ველს. სწორედ ეს ველი ინახავს პლაზმას, მზეზე ათჯერ გაცხელებულს, კამერის კედლებიდან გარკვეულ მანძილზე. ცენტრალურ ელექტრომაგნიტთან (ინდუქტორთან) ერთად ტოკამაკი არის ტრანსფორმატორი. ინდუქტორში დენის შეცვლით ისინი წარმოქმნიან დენის ნაკადს პლაზმაში - სინთეზისთვის საჭირო ნაწილაკების მოძრაობას.

2012 წლის თებერვალი. დამონტაჟდა 493 1,7 მეტრიანი სვეტი რეზინო-ლითონის სენდვიჩისგან დამზადებული სეისმოიზოლაციის ბალიშებით.

ტოკამაკი სამართლიანად შეიძლება ჩაითვალოს ტექნოლოგიური ელეგანტურობის მოდელად. ელექტრული დენი, რომელიც მიედინება პლაზმაში, ქმნის პოლოიდურ მაგნიტურ ველს, რომელიც გარს აკრავს პლაზმურ კაბელს და ინარჩუნებს მის ფორმას. პლაზმა არსებობს მკაცრად განსაზღვრულ პირობებში და ოდნავი ცვლილებისას რეაქცია მაშინვე ჩერდება. ატომური ელექტროსადგურის რეაქტორისგან განსხვავებით, ტოკამაკი არ შეიძლება "გარეული იყოს" და უკონტროლოდ გაზარდოს ტემპერატურა.

ტოკამაკის განადგურების ნაკლებად სავარაუდო შემთხვევაში, არ არის რადიოაქტიური დაბინძურება. ატომური ელექტროსადგურისგან განსხვავებით, თერმობირთვული რეაქტორი არ წარმოქმნის რადიოაქტიურ ნარჩენებს, ხოლო შერწყმის რეაქციის ერთადერთი პროდუქტი - ჰელიუმი - არ არის სათბურის გაზი და სასარგებლოა ეკონომიკაში. დაბოლოს, ტოკამაკი საწვავს ძალიან იშვიათად იყენებს: სინთეზის დროს, მხოლოდ რამდენიმე ასეული გრამი ნივთიერება შეიცავს ვაკუუმურ პალატაში, ხოლო სამრეწველო ელექტროსადგურისთვის საწვავის სავარაუდო წლიური მიწოდება მხოლოდ 250 კგ.

2014 წლის აპრილი დასრულდა კრიოსტატის შენობის მშენებლობა, ჩამოისხა 1,5 მეტრი სისქის ტოკამაკის საძირკვლის კედლები.

რატომ გვჭირდება ITER?

ზემოთ აღწერილი კლასიკური დიზაინის ტოკამაკები აშენდა აშშ-სა და ევროპაში, რუსეთსა და ყაზახეთში, იაპონიასა და ჩინეთში. მათი დახმარებით შესაძლებელი გახდა მაღალი ტემპერატურის პლაზმის შექმნის ფუნდამენტური შესაძლებლობის დამტკიცება. თუმცა, სამრეწველო რეაქტორის აშენება, რომელსაც შეუძლია იმაზე მეტი ენერგიის მიწოდება, ვიდრე მოიხმარს, ფუნდამენტურად განსხვავებული მასშტაბის ამოცანაა.

კლასიკურ ტოკამაკში პლაზმაში დენის დინება იქმნება ინდუქტორში დენის შეცვლით და ეს პროცესი არ შეიძლება იყოს გაუთავებელი. ამრიგად, პლაზმის სიცოცხლის ხანგრძლივობა შეზღუდულია და რეაქტორს შეუძლია იმუშაოს მხოლოდ იმპულსური რეჟიმში. პლაზმის აალება მოითხოვს კოლოსალურ ენერგიას - არ არის ხუმრობა რაიმეს გაცხელება 150 000 000 °C ტემპერატურამდე. ეს ნიშნავს, რომ აუცილებელია პლაზმის სიცოცხლის ხანგრძლივობა, რომელიც გამოიმუშავებს ენერგიას, რომელიც იხდის ანთებას.

შერწყმის რეაქტორი არის ელეგანტური ტექნიკური კონცეფცია მინიმალური უარყოფითი გვერდითი ეფექტებით. პლაზმაში დენის ნაკადი სპონტანურად აყალიბებს პოლოიდურ მაგნიტურ ველს, რომელიც ინარჩუნებს პლაზმის ძაფის ფორმას და შედეგად მიღებული მაღალი ენერგიის ნეიტრონები ლითიუმთან ერთად ქმნიან ძვირფას ტრიტიუმს.

მაგალითად, 2009 წელს, ჩინურ ტოკამაკ EAST-ზე ექსპერიმენტის დროს (ITER პროექტის ნაწილი), შესაძლებელი გახდა პლაზმის შენარჩუნება 10 7 K ტემპერატურაზე 400 წამის განმავლობაში და 10 8 K ტემპერატურაზე 60 წამის განმავლობაში.

პლაზმის უფრო დიდხანს შესანარჩუნებლად საჭიროა რამდენიმე ტიპის დამატებითი გამათბობელი. ყველა მათგანი შემოწმდება ITER-ში. პირველი მეთოდი - ნეიტრალური დეიტერიუმის ატომების ინექცია - ვარაუდობს, რომ ატომები შევლენ პლაზმაში წინასწარ აჩქარებულ 1 მევ კინეტიკურ ენერგიამდე დამატებითი ამაჩქარებლის გამოყენებით.

ეს პროცესი თავდაპირველად წინააღმდეგობრივია: მხოლოდ დამუხტული ნაწილაკები შეიძლება აჩქარდეს (მათზე გავლენას ახდენს ელექტრომაგნიტური ველი), და მხოლოდ ნეიტრალური შეიძლება შევიდეს პლაზმაში (წინააღმდეგ შემთხვევაში ისინი იმოქმედებენ პლაზმური კაბელის შიგნით დენის ნაკადზე). ამიტომ, ელექტრონი პირველად ამოღებულია დეიტერიუმის ატომებიდან და დადებითად დამუხტული იონები შედიან ამაჩქარებელში. შემდეგ ნაწილაკები შედიან ნეიტრალიზატორში, სადაც იონიზებულ აირთან ურთიერთქმედებით ნეიტრალურ ატომებად მცირდება და პლაზმაში შეჰყავთ. ITER მეგაძაბვის ინჟექტორი ამჟამად მუშავდება პადუაში, იტალიაში.

გათბობის მეორე მეთოდს აქვს რაღაც საერთო მიკროტალღურ ღუმელში საკვების გათბობასთან. იგი გულისხმობს პლაზმის ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას ნაწილაკების მოძრაობის სიჩქარის შესაბამისი სიხშირით (ციკლოტრონის სიხშირე). დადებითი იონებისთვის ეს სიხშირე არის 40−50 MHz, ხოლო ელექტრონებისთვის ეს არის 170 GHz. ასეთი მაღალი სიხშირის მძლავრი გამოსხივების შესაქმნელად გამოიყენება მოწყობილობა სახელად გიროტრონი. ITER-ის 24 გიროტრონიდან ცხრა იწარმოება ნიჟნი ნოვგოროდის Gycom-ის ობიექტში.

ტოკამაკის კლასიკური კონცეფცია ვარაუდობს, რომ პლაზმური ძაფის ფორმას მხარს უჭერს პოლოიდური მაგნიტური ველი, რომელიც თავად წარმოიქმნება, როდესაც დენი მიედინება პლაზმაში. ეს მიდგომა არ გამოიყენება გრძელვადიანი პლაზმური შეზღუდვისთვის. ITER tokamak-ს აქვს სპეციალური პოლოიდური ველის ხვეულები, რომელთა დანიშნულებაა ცხელი პლაზმის შენარჩუნება რეაქტორის კედლებისგან. ეს ხვეულები ყველაზე მასიური და რთული სტრუქტურული ელემენტებია.

იმისათვის, რომ შეძლოთ პლაზმის ფორმის აქტიური კონტროლი, სწრაფად აღმოფხვრათ ვიბრაცია სადენის კიდეებზე, დეველოპერებმა უზრუნველყო მცირე, დაბალი სიმძლავრის ელექტრომაგნიტური სქემებიმდებარეობს პირდაპირ ვაკუუმ კამერაში, გარსაცმის ქვეშ.

fusion საწვავის ინფრასტრუქტურა ცალკეა საინტერესო თემა. დეიტერიუმი გვხვდება თითქმის ნებისმიერ წყალში და მისი მარაგი შეიძლება ჩაითვალოს შეუზღუდავი. მაგრამ ტრიტიუმის მსოფლიო მარაგი ათეულ კილოგრამს შეადგენს. 1 კგ ტრიტიუმი დაახლოებით $30 მილიონი ღირს.ITER-ის პირველი გაშვებისთვის საჭიროა 3 კგ ტრიტიუმი. შედარებისთვის, წელიწადში დაახლოებით 2 კგ ტრიტიუმია საჭირო შეერთებული შტატების არმიის ბირთვული შესაძლებლობების შესანარჩუნებლად.

თუმცა, მომავალში რეაქტორი თავს ტრიტიუმით მოამარაგებს. ძირითადი შერწყმის რეაქცია წარმოქმნის მაღალი ენერგიის ნეიტრონებს, რომლებსაც შეუძლიათ ლითიუმის ბირთვების ტრიტიუმად გარდაქმნა. პირველი ლითიუმის რეაქტორის კედლის შემუშავება და ტესტირება ITER-ის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მიზანია. პირველ ტესტებში გამოყენებული იქნება ბერილიუმ-სპილენძის მოპირკეთება, რომლის მიზანია რეაქტორის მექანიზმების დაცვა სითბოსგან. გათვლებით, თუნდაც პლანეტის მთელ ენერგეტიკულ სექტორს გადავიტანოთ ტოკამაკებზე, ლითიუმის მსოფლიო მარაგი საკმარისი იქნება ათასი წლის მუშაობისთვის.

104-კილომეტრიანი ITER Path-ის მომზადება საფრანგეთს 110 მილიონი ევრო და ოთხწლიანი სამუშაო დაუჯდა. გზა ფოს-სურ-მერის პორტიდან კადარაშიმდე გაფართოვდა და გამაგრდა ისე, რომ ტოკამაკის უმძიმესი და უდიდესი ნაწილების ადგილზე მიტანა შესაძლებელი იყო. ფოტოზე: 800 ტონა წონის საცდელი დატვირთვით გადამზიდი.

სამყაროდან ტოკამაკის გავლით

შერწყმის რეაქტორის ზუსტი კონტროლი მოითხოვს ზუსტ დიაგნოსტიკურ ინსტრუმენტებს. ITER-ის ერთ-ერთი მთავარი ამოცანაა შეარჩიოს ყველაზე შესაფერისი ხუთი ათეული ინსტრუმენტიდან, რომლებიც ამჟამად ტესტირებას განიცდის და დაიწყოს ახლის შემუშავება.

რუსეთში სულ მცირე ცხრა სადიაგნოსტიკო მოწყობილობა შეიმუშავებს. სამი იმყოფება მოსკოვის კურჩატოვის ინსტიტუტში, მათ შორის ნეიტრონული სხივის ანალიზატორი. ამაჩქარებელი აგზავნის ნეიტრონების ფოკუსირებულ ნაკადს პლაზმაში, რომელიც განიცდის სპექტრულ ცვლილებებს და იჭერს მიმღები სისტემის მიერ. სპექტრომეტრია 250 გაზომვის სიხშირით წამში აჩვენებს პლაზმის ტემპერატურასა და სიმკვრივეს, ძალას ელექტრული ველიდა ნაწილაკების ბრუნვის სიჩქარე არის პარამეტრები, რომლებიც აუცილებელია რეაქტორის გასაკონტროლებლად პლაზმის გრძელვადიანი შეზღუდვისთვის.

Ioffe კვლევითი ინსტიტუტი ამზადებს სამ ინსტრუმენტს, მათ შორის ნეიტრალური ნაწილაკების ანალიზატორს, რომელიც იჭერს ატომებს ტოკამაკიდან და ეხმარება დეიტერიუმის და ტრიტიუმის კონცენტრაციის მონიტორინგს რეაქტორში. დანარჩენი მოწყობილობები დამზადდება Trinity-ში, სადაც ამჟამად მზადდება ITER ვერტიკალური ნეიტრონული კამერისთვის ალმასის დეტექტორები. ყველა ზემოთ ჩამოთვლილი ინსტიტუტი იყენებს საკუთარ ტოკამაკებს ტესტირებისთვის. ხოლო Efremov NIIEFA-ს თერმულ პალატაში მიმდინარეობს პირველი კედლის ფრაგმენტები და მომავალი ITER რეაქტორის გადამყვანი სამიზნე ტესტირება.

სამწუხაროდ, ის ფაქტი, რომ მომავალი მეგარეაქტორის მრავალი კომპონენტი უკვე არსებობს მეტალში, სულაც არ ნიშნავს, რომ რეაქტორი აშენდება. გასული ათწლეულის განმავლობაში, პროექტის სავარაუდო ღირებულება გაიზარდა 5-დან 16 მილიარდ ევრომდე, ხოლო დაგეგმილი პირველი გაშვება 2010 წლიდან 2020 წლამდე გადაიდო. ITER-ის ბედი მთლიანად დამოკიდებულია ჩვენს დღევანდელ რეალობაზე, პირველ რიგში, ეკონომიკურ და პოლიტიკურზე. იმავდროულად, პროექტში ჩართულ ყველა მეცნიერს გულწრფელად სჯერა, რომ მის წარმატებას შეუძლია შეცვალოს ჩვენი მომავალი აღიარების მიღმა.

ლაზერები,

ჩვენ ვამბობთ, რომ მზეს ყუთში ჩავსვამთ. იდეა მშვენიერია. პრობლემა ის არის, რომ ჩვენ არ ვიცით როგორ გავაკეთოთ ყუთი.

პიერ-ჟილ დე ჟენი
ფრანგი ნობელის პრემიის ლაურეატი

ყველას ელექტრონული მოწყობილობებიდა მანქანებს სჭირდება ენერგია და კაცობრიობა მოიხმარს მას. მაგრამ წიაღისეული საწვავი იწურება და ალტერნატიული ენერგია ჯერ კიდევ არ არის საკმარისად ეფექტური.
არსებობს ენერგიის მიღების მეთოდი, რომელიც იდეალურად შეესაბამება ყველა მოთხოვნას - თერმობირთვული შერწყმა. თერმობირთვული შერწყმის რეაქცია (წყალბადის გადაქცევა ჰელიუმად და ენერგიის გამოყოფა) მუდმივად ხდება მზეზე და ეს პროცესი პლანეტას აძლევს ენერგიას. მზის სხივები. თქვენ უბრალოდ უნდა მიბაძოთ მას დედამიწაზე, უფრო მცირე მასშტაბით. საკმარისია უზრუნველყოს მაღალი წნევა და ძალიან მაღალი ტემპერატურა (10-ჯერ მეტი ვიდრე მზეზე) და დაიწყება შერწყმის რეაქცია. ასეთი პირობების შესაქმნელად საჭიროა თერმობირთვული რეაქტორის აშენება. ის გამოიყენებს უფრო უხვი რესურსს დედამიწაზე, იქნება უფრო უსაფრთხო და ძლიერი ვიდრე ჩვეულებრივი ატომური ელექტროსადგურები. 40 წელზე მეტია მისი აშენების მცდელობები და ექსპერიმენტები ტარდება. ბოლო წლებში ერთ-ერთმა პროტოტიპმა მოახერხა იმაზე მეტი ენერგიის მოპოვება, ვიდრე დაიხარჯა. ამ სფეროში ყველაზე ამბიციური პროექტები წარმოდგენილია ქვემოთ:

სამთავრობო პროექტები

საზოგადოების ყველაზე მეტი ყურადღება Ბოლო დროსმიდის თერმობირთვული რეაქტორის სხვა დიზაინზე - Wendelstein 7-X ვარსკვლავური სისტემა (ვარსკვლავური სტრუქტურა უფრო რთულია, ვიდრე ITER, რომელიც არის ტოკამაკი). 1 მილიარდ დოლარზე ცოტა მეტი დახარჯვის შემდეგ გერმანელმა მეცნიერებმა 2015 წლისთვის 9 წელიწადში შექმნეს რეაქტორის შემცირებული საჩვენებელი მოდელი. თუ ის აჩვენებს კარგი შედეგიაშენდება უფრო დიდი ვერსია.

ფრანგული MegaJoule Laser იქნება მსოფლიოში ყველაზე მძლავრი ლაზერი და შეეცდება განავითაროს ლაზერზე დაფუძნებული მეთოდი შერწყმის რეაქტორის შესაქმნელად. ფრანგული ინსტალაცია, სავარაუდოდ, ექსპლუატაციაში 2018 წელს შევა.

NIF (National Ignition Facility) აშენდა შეერთებულ შტატებში 12 წლის განმავლობაში და 4 მილიარდი დოლარი 2012 წლისთვის. ისინი ელოდნენ ტექნოლოგიის გამოცდას და შემდეგ დაუყოვნებლივ რეაქტორის აშენებას, მაგრამ აღმოჩნდა, რომ, როგორც ვიკიპედია იუწყება, მნიშვნელოვანი სამუშაოა საჭირო, თუ სისტემა ოდესმე მიაღწევს ანთებას. შედეგად, გრანდიოზული გეგმები გაუქმდა და მეცნიერებმა დაიწყეს ლაზერის თანდათანობითი გაუმჯობესება. საბოლოო გამოწვევა არის ენერგიის გადაცემის ეფექტურობის 7%-დან 15%-მდე გაზრდა. წინააღმდეგ შემთხვევაში, კონგრესის დაფინანსება სინთეზის მიღწევის ამ მეთოდისთვის შეიძლება შეწყდეს.

2015 წლის ბოლოს საროვში მსოფლიოში ყველაზე ძლიერი ლაზერული ინსტალაციის შენობის მშენებლობა დაიწყო. ის უფრო ძლიერი იქნება, ვიდრე ამჟამინდელი ამერიკული და მომავალი ფრანგული და შესაძლებელს გახდის რეაქტორის "ლაზერული" ვერსიის ასაგებად საჭირო ექსპერიმენტების ჩატარებას. მშენებლობის დასრულება 2020 წელს.

შეერთებულ შტატებში მდებარე MagLIF შერწყმის ლაზერი აღიარებულია, როგორც ბნელი ცხენი თერმობირთვული შერწყმის მიღწევის მეთოდებს შორის. ცოტა ხნის წინ, ამ მეთოდმა აჩვენა უკეთესი შედეგი, ვიდრე მოსალოდნელი იყო, მაგრამ სიმძლავრე მაინც უნდა გაიზარდოს 1000-ჯერ. ლაზერი ამჟამად განახლებას გადის და 2018 წლისთვის მეცნიერები იმედოვნებენ, რომ მიიღებენ იმდენივე ენერგიას, რამდენიც დახარჯეს. წარმატების შემთხვევაში, უფრო დიდი ვერსია აშენდება.

რუსეთის ბირთვული ფიზიკის ინსტიტუტი დაჟინებით ცდილობდა „ღია ხაფანგის“ მეთოდს, რომელიც შეერთებულმა შტატებმა მიატოვა 90-იან წლებში. შედეგად მიიღეს ინდიკატორები, რომლებიც შეუძლებლად ითვლებოდა ამ მეთოდისთვის. BINP-ის მეცნიერები თვლიან, რომ მათი მონტაჟი ახლა გერმანულ Wendelstein 7-X-ის დონეზეა (Q=0.1), მაგრამ უფრო იაფი. ახლა ისინი აშენებენ ახალ ინსტალაციას 3 მილიარდ რუბლზე

კურჩატოვის ინსტიტუტის ხელმძღვანელი მუდმივად იხსენებს რუსეთში მცირე თერმობირთვული რეაქტორის - Ignitor-ის აშენების გეგმებს. გეგმის მიხედვით, ის ისეთივე ეფექტური უნდა იყოს, როგორც ITER, თუმცა უფრო მცირე. მისი მშენებლობა 3 წლის წინ უნდა დაწყებულიყო, მაგრამ ეს მდგომარეობა დამახასიათებელია დიდი სამეცნიერო პროექტებისთვის.

2016 წლის დასაწყისში ჩინურმა tokamak EAST-მა მოახერხა 50 მილიონი გრადუსი ტემპერატურის მიღწევა და მისი შენარჩუნება 102 წამის განმავლობაში. სანამ უზარმაზარი რეაქტორებისა და ლაზერების მშენებლობა დაიწყება, თერმობირთვული შერწყმის შესახებ ყველა სიახლე ასეთი იყო. შეიძლება ვიფიქროთ, რომ ეს მხოლოდ მეცნიერთა შორის კონკურენციაა იმის დასანახად, თუ ვის შეუძლია გაუძლოს უფრო მაღალ ტემპერატურას უფრო დიდხანს. რაც უფრო მაღალია პლაზმური ტემპერატურა და რაც უფრო დიდხანს შეიძლება მისი შენარჩუნება, მით უფრო ახლოს ვართ შერწყმის რეაქციის დასაწყისთან. მსოფლიოში ათობით ასეთი ინსტალაციაა, კიდევ რამდენიმე () () შენდება, ამიტომ EAST-ის რეკორდი მალე მოიხსნება. არსებითად, ეს მცირე რეაქტორები მხოლოდ ამოწმებენ აღჭურვილობას ITER-ში გაგზავნამდე.

Lockheed Martin-მა 2015 წელს გამოაცხადა შერწყმის ენერგეტიკული გარღვევა, რომელიც მათ საშუალებას მისცემს აეშენებინათ პატარა და მობილური შერწყმის რეაქტორი 10 წლის განმავლობაში. იმის გათვალისწინებით, რომ 2040 წლამდე არ იყო მოსალოდნელი თუნდაც ძალიან დიდი და სულაც არ მოძრავი კომერციული რეაქტორები, კორპორაციის განცხადებას სკეპტიციზმი მოჰყვა. მაგრამ კომპანიას აქვს ბევრი რესურსი, ასე რომ, ვინ იცის. პროტოტიპს 2020 წელს ელოდებიან.

სილიკონის ველის პოპულარულ სტარტაპ Helion Energy-ს აქვს საკუთარი უნიკალური გეგმა თერმობირთვული შერწყმის მისაღწევად. კომპანიამ 10 მილიონ დოლარზე მეტი შეაგროვა და პროტოტიპის შექმნას 2019 წლისთვის ელის.

დაბალპროფილურმა სტარტაპმა Tri Alpha Energy-მა ცოტა ხნის წინ მიაღწია შთამბეჭდავ შედეგებს თავისი შერწყმის მეთოდის პოპულარიზაციაში (თეორეტიკოსებმა შექმნეს 100-ზე მეტი თეორიული გზა შერწყმის მისაღწევად, ტოკამაკი უბრალოდ უმარტივესი და ყველაზე პოპულარულია). კომპანიამ ასევე შეაგროვა 100 მილიონ დოლარზე მეტი ინვესტორების სახსრები.

კანადური სტარტაპ General Fusion-ის რეაქტორის პროექტი კიდევ უფრო განსხვავდება სხვებისგან, მაგრამ დეველოპერები მასში დარწმუნებულნი არიან და 10 წელიწადში 100 მილიონ დოლარზე მეტი შეაგროვეს რეაქტორის ასაშენებლად 2020 წლისთვის.

გაერთიანებული სამეფოს სტარტაპ First light-ს აქვს ყველაზე ხელმისაწვდომი ვებგვერდი, რომელიც ჩამოყალიბდა 2014 წელს და გამოაცხადა უახლესი სამეცნიერო მონაცემების გამოყენების გეგმები, რათა მიაღწიოს ბირთვულ შერწყმას დაბალ ფასად.

MIT-ის მეცნიერებმა დაწერეს ნაშრომი, რომელშიც აღწერილია კომპაქტური შერწყმის რეაქტორი. ისინი ეყრდნობიან ახალ ტექნოლოგიებს, რომლებიც გაჩნდა გიგანტური ტოკამაკების მშენებლობის დაწყების შემდეგ და გვპირდებიან, რომ პროექტს 10 წელიწადში დაასრულებენ. ჯერ-ჯერობით უცნობია აენთო თუ არა მათ მწვანე შუქი მშენებლობის დასაწყებად. დამტკიცების შემთხვევაშიც კი, ჟურნალში სტატია კიდევ უფრო მეტია ადრეული სტადიავიდრე სტარტაპი

ბირთვული შერწყმა ალბათ ყველაზე ნაკლებად შესაფერისი ინდუსტრიაა crowdfunding-ისთვის. მაგრამ სწორედ მისი დახმარებით და ასევე NASA-ს დაფინანსებით აპირებს კომპანია Lawrenceville Plasma Physics თავისი რეაქტორის პროტოტიპის აშენებას. ყველა მიმდინარე პროექტს შორის ეს ყველაზე მეტად თაღლითობას ჰგავს, მაგრამ ვინ იცის, იქნებ რამე სასარგებლო მოუტანონ ამ გრანდიოზულ საქმეს.

ITER იქნება მხოლოდ პროტოტიპი სრულფასოვანი DEMO ინსტალაციის - პირველი კომერციული შერწყმის რეაქტორის მშენებლობისთვის. მისი გაშვება ახლა დაგეგმილია 2044 წელს და ეს ჯერ კიდევ ოპტიმისტური პროგნოზია.

მაგრამ არსებობს გეგმები შემდეგი ეტაპისთვის. ჰიბრიდული თერმობირთვული რეაქტორი ენერგიას მიიღებს როგორც ატომური დაშლისგან (როგორც ჩვეულებრივი ატომური ელექტროსადგური) ასევე შერწყმა. ამ კონფიგურაციაში ენერგია შეიძლება იყოს 10-ჯერ მეტი, მაგრამ უსაფრთხოება უფრო დაბალია. ჩინეთი იმედოვნებს, რომ 2030 წლისთვის ააშენებს პროტოტიპს, მაგრამ ექსპერტები ამბობენ, რომ ეს ჰიბრიდული მანქანების აშენების მცდელობას ჰგავს შიდა წვის ძრავის გამოგონებამდე.

ქვედა ხაზი

არ არის იმ ადამიანების ნაკლებობა, რომელთაც სურთ სამყაროში ენერგიის ახალი წყაროს შემოტანა. ITER-ის პროექტს აქვს ყველაზე დიდი შანსი მისი მასშტაბებისა და დაფინანსების გათვალისწინებით, მაგრამ სხვა მეთოდები, ისევე როგორც კერძო პროექტები, არ უნდა იყოს ფასდაკლებული. მეცნიერები ათწლეულების განმავლობაში მუშაობდნენ, რათა შერწყმის რეაქცია დიდი წარმატების გარეშე მიეღოთ. მაგრამ ახლა უფრო მეტი პროექტია თერმობირთვული რეაქციის მისაღწევად, ვიდრე ოდესმე. ყოველი მათგანის წარუმატებლობის შემთხვევაშიც კი, ახალი მცდელობები იქნება. ნაკლებად სავარაუდოა, რომ ჩვენ დავისვენებთ, სანამ არ გავანათებთ მზის მინიატურულ ვერსიას, აქ, დედამიწაზე.

ტეგები:

• შერწყმის რეაქტორი
• ენერგია
• მომავალი პროექტები

ტეგების დამატება