ИТЭР
Как я уже писала, в воскресенье, 17 мая 2009 года, 12.00, в конференц-зале ФИАНа (адрес: Москва, Ленинский проспект, д. 53, Физический институт им. П. Н. Лебедева) состоится публичная лекция «На пути к термоядерной энергетике» профессора Оксфордского университета, председателя Совета ИТЭР, председателя Совета СЕЗАМа (SESAME), вице-президента Королевского Общества Великобритании Кристофера Ллевеллин-Смита.
В связи с этим предлагаю вниманию отрывки из статьи академика Е.П. Велихова и С.В. Мирнова (скачать статью целиком в pdf можно тут).
Управляемый термоядерный синтез выходит на финишную прямую
Она (эта задача) обязательно будет решена, когда термоядерная энергия будет совершенно необходима человечеству.
Академик Л. А. Арцимович
"Что мы понимаем под финишной прямой? Очевидно, что у разных людей, вовлечённых в цикл производства энергии, понятие это различается существенным образом. Известно, например, что Эдисон, изобретая электрическое освещение, одновременно изобретал всё: лампочку, знаменитый патрон, которым пользуемся по сей день, электросети и даже генераторы электроосветительных подстанций. И, тем не менее, тогда это ему мало помогло - внедрение электрического освещения в повседневную жизнь затянулось чуть ли не на полвека после создания первой лампочки. Не было «совершенной необходимости».
Продолжая эту аналогию, можно было бы сказать, что сегодняшние физики-термоядерщики пока ещё сосредоточены на проблеме «нити» своей лампочки, полагая, что её техническое решение и явится тем финишем, после которого они смогут передать дело в руки специалистов, более близких к практической энергетике и её эксплуатации. А те уже вплотную займутся «патроном и цоколем»".
"Уже в конце 70-х годов прошлого столетия в США на токамаке PLT была получена плазма с температурой реакторного масштаба 70 млн. 0С. И, наконец, 30 октября 1997 года в одном из экспериментов с ДТ-смесью 50/50% на объединённом европейском токамаке-реакторе JET (Англия) удалось достичь мощности ядерного энерговыделения более 16 МВт, что примерно сравнялось с мощностью плазменных потерь. Этот принципиальный рубеж в исследованиях по управляемому синтезу получил название режима «перевала» - равенства тепловых потерь горячей зоны реактора и энерговыхода реакции термоядерного синтеза. Правда, пока этот рекордный результат получен лишь в переходном импульсном режиме длительностью в секунду.
Скажем прямо, это ещё только «чирканье» термоядерными спичками. Для энергетического реактора необходим режим стационарного или квазистационарного (многосекундного) горения. Похожие режимы длительностью в десятки секунд уже реализованы в некоторых крупных токамаках, но тепловые потери в них пока ещё заметно превышают возможное энерговыделение. А в энергетическом реакторе ядерное энерговыделение должно быть раз в пять выше плазменных потерь.
Дело в том, что продуктами ДТ-синтеза являются быстрый нейтрон (14 МэВ, 1 эВ = 1,6·10-19 Дж) и достаточно энергичный (3,6 МэВ) ион 4Не, который в отличие от «свободного» нейтрона «связан» магнитным полем и не может покинуть плазму. Его энергия по мере торможения идет на нагрев плазмы как бы изнутри. Как только мощность этого внутреннего нагрева, составляющая 1/5 от полного ядерного энерговыделения, скомпенсирует тепловые плазменные потери, станет возможным самоподдерживающееся термоядерное горение. При этом системы внешнего нагрева плазмы - пучки нейтральных атомов высоких энергий, ВЧ и СВЧ-генераторы - можно будет отключить, что, несомненно, упростит и удешевит реактор. Этот момент называют «зажиганием». Можно ожидать, что оно произойдёт, когда полная тепловая мощность ядерного синтеза достигнет 300 - 500 МВт.
Таким образом, следующим логическим шагом программы токамаков становится большой проект, который на основе базовых достижений физики и существующих технологий соединил бы идеи зажигания и стационарного термоядерного горения. Таким проектом и является ИТЭР".
ИТЭР
Краткая хронология (подробнее - на сайте Российского Агенства ИТЭР):
В 1985 г. поступило предложение от тогда ещё Советского Союза совместно построить установку Токамак следующего поколения.
Что было далее? Шло проектирование ИТЭРа. Возникли финансовые затруднения, проект переделывался. Был также спор, где размещать реактор: во Франции или в Японии.
2005 г. - 28 июня 2005 г. было окончательно выбрано место для строительства установки - окрестности города Кадараш на юге Франции. Началась подготовка к сооружению комплекса ИТЭР на выбранной площадке.
2007 г. - 24 октября официально вступило в силу Соглашение о создании Организации ИТЭР, подписанное представителями Европейского сообщества по атомной энергии, Правительств Индии, Китая, Республики Корея, России, США и Японии.
"Главная задача ИТЭРа заключалась в зажигании и получении квазистационарной ДТ-реакции синтеза, которая позволила бы испытать основные функциональные узлы энергетического реактора, в том числе различные варианты модулей для воспроизводства из лития второго компонента топлива - трития".
Перспективы
"Что обещает человечеству управляемый термоядерный синтез? Для специалистов давно очевидно, что ДТ-энергетика - естественная часть атомной. Их роднит быстрый (14 МэВ) нейтрон и неизбежная активация реакторных конструкций. Более того, сегодня активно обсуждается перспектива использования ДТ-синтеза для «дожигания» радиоактивных отходов реакторов деления, то есть для улучшения экологии существующей атомной энергетики. Удивительно, но все составные элементы, которые при этом могут потребоваться, уже есть, только в разных странах и разных лабораториях. Когда экологически чистая энергетика деления станет «совершенно необходима», собрать всё воедино не составит большого труда.
Что же касается электроэнергетики, ДТ-энергетика почти не ограничена ресурсами. Литий - элемент, широко распространенный в природе, а запасы дейтерия практически безграничны (на каждые 7000 атомов водорода в обычной воде приходится атом дейтерия). ДТ-энергетика, по оценкам экспертов, будет безопасней примерно на два порядка энергетики деления урана. Главным образом, за счёт того, что в ней должны отсутствовать газообразные и жидкие радиоактивные отходы, а твердые, по мнению экспертов, не представляют большой опасности. Наконец, термоядерная энергетика, в отличие от деления, практически безынерционна. Ситуации типа чернобыльской исключены в ней по определению. И она не требует урана. Соединение же её с урановой (гибридные реакторы) сулит последней большие перспективы в области реакторной безопасности, но эти вопросы уже выходят за рамки нашей статьи.
Может ли ДТ-энергетика быть использована для производства оружия? Может. Как любая, где фигурируют нейтроны. Потребуется международный контроль".
"Когда можно ожидать выхода управляемого синтеза в большую энергетику? ИТЭР, к сожалению, ещё не прототип энергетического реактора. Это реактор экспериментальный, создаваемый на базе сегодняшних (точнее, вчерашних) апробированных технологий. Его цель - продемонстрировать практическую возможность термоядерного зажигания и стационарного горения, а не горения с производством электроэнергии. Это - цель следующего уже демонстрационного реактора - ДЕМО. Его контуры пока ещё плохо различимы, они будут определены ИТЭРом. Однако предполагаемые ключевые технологии ДЕМО обсуждаются, разрабатываются, а некоторые даже испытываются уже сегодня. Не исключено, что в итоге ДЕМО станет одной из очередных модификаций ИТЭРа. Это сэкономило бы время и средства. Но при всех даже самых благоприятных вариантах процесс создания первого энергетического реактора растянется не менее чем на 20-30 лет. Очевидно, что этот срок следует отсчитывать от начала реального строительства ИТЭРа".
И в заключение приведу характеристики ИТЭР:
Общий радиус конструкции: 10,7 м
Высота: 30 м
Большой радиус плазмы: 6,2 м
Малый радиус плазмы: 2,0 м
Объём плазмы: 837 м3
Магнитное поле: 5,3 Тл
Максимальный ток в плазменном шнуре: 15 МА
Мощность внешнего нагрева плазмы: 40 МВт
Термоядерная мощность: 500 МВт
Коэффициент усиления мощности: 10x
Средняя температура: 100 млн. К
Продолжительность импульса: > 400 c