Михаил (mikle1) wrote,
Михаил
mikle1

Чего хотят достичь физики с помощью промышленного термоядерного реактора

Учёные, работающие над созданием промышленного термоядерного реактора, назвали объём выработки энергии, которого они планируют достичь к середине 2030-х годов, если международный эксперимент ИТЭР (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor) увенчается успехом. Участники научной программы пытаются осуществить задуманное уже несколько десятков лет: часть используемых установок была внедрена ещё в СССР. О том, какова роль россиян в проекте и когда ждать экономической пользы от реактора размером с девятиэтажный дом, RT поговорил с одним из разработчиков ИТЭР, сотрудником кафедры физики плазмы Национального исследовательского ядерного университета МИФИ Александром Войтюком.

Что такое ИТЭР? Чем может быть полезен этот международный эксперимент?

— ИТЭР — это первый в мире международный экспериментальный термоядерный реактор. Он нужен, чтобы продемонстрировать возможности реализации управляемого термоядерного синтеза (УТС) в промышленном масштабе. Также на этом термоядерном реакторе можно опробовать в деле множество инженерных решений и технологий и накопить опыт, необходимый для развития термоядерной энергетики. Строительство ведётся в исследовательском центре Кадараш во Франции. В основе реактора лежит установка "токамак" (установка для магнитного удержания плазмы), разработанная в Советском Союзе ещё в 50-х годах прошлого века. В установке для удержания высокотемпературной плазмы применяются сильные магнитные поля определённой конфигурации — они не позволяют плазме касаться стенок камеры и разрушать их.


«Сердце» реактора — вакуумная камера в виде тора (бублика). Она окружена сверхпроводящими магнитными катушками, которые создают сильное магнитное поле. В камере, которая заполняется дейтериево-тритиевой смесью, при помощи индуктора наводится ток и происходит пробой газовой смеси — загорается разряд. Магнитное поле удерживает плазменный «бублик», не давая ему сильно расшириться и повредить стенки камеры. Затем различными методами повышают температуру плазмы — увеличивают энергию составляющих её ионов и электронов. Чем она больше, тем проще частицам взаимодействовать. При достаточной энергии произойдёт реакция синтеза двух ядер (дейтерия и трития), результатом которой станет выделение энергии. Вакуумная камера вместе с магнитными катушками, индуктором, откачивающей системой насосов, системами нагрева плазмы, диагностики её параметров и электропитанием находится внутри криостата — своеобразного гигантского «термоса» размером с девятиэтажку, который изолирует все элементы реактора от внешней среды и поддерживает необходимую температуру для работы сверхпроводников.

— В каких сферах проекта задействованы российские университеты?

— Во многих. На самом деле участие в ИТЭРе — прекрасная возможность развить в стране высокотехнологичное производство. Россия поставляет около 20% всех сверхпроводниковых материалов, одну из магнитных катушек, системы нагрева плазмы (гиротроны), элементы силовых цепей, части первой стенки, бланкета и дивертора (это элементы, которые будут принимать на себя все потоки частиц и излучения, идущие из плазмы), системы диагностики параметров плазмы и элементы вакуумной камеры. Каждая из вышеперечисленных задач — сложное, высокотехнологичное и наукоёмкое производство, результаты которого в дальнейшем могут быть использованы не только в термоядерной энергетике, но и в других, самых разных областях.

— На какой стадии сейчас находится эксперимент? Скоро ли удастся использовать полученные результаты в коммерческих целях?

— Сам эксперимент ещё и не начинался — он пока только строится. На сегодняшний день про какое-либо коммерческое использование управляемого термоядерного синтеза говорить не приходится — пока нет ни одного работающего реактора. Всё, что есть, — большое количество экспериментальных установок, на многих из которых получаются хорошие данные, как по параметрам плазмы, так и по времени её удержания. ИТЭР во многом поможет ускорить процесс развития термоядерной энергетики, но проблема УТС слишком сложна и многогранна, чтобы её можно было решить за короткое время.

Тут можно вспомнить цитату, которую приписывают Льву Андреевичу Арцимовичу (его и у нас, и на Западе считают пионером термоядерных исследований): «Надежда на быстрое решение проблемы УТС — то же, что надежда грешника попасть в рай, минуя чистилище».

О каких-то временных сроках тут говорить трудно — кто-то даёт оценки в 40-50 лет, кто-то меньше, а кто-то больше. В любом случае до окончания всех работ и экспериментов на ИТЭРе говорить о реализации промышленной термоядерной энергетики рано.

Сейчас идёт активное строительство зданий и создание систем и комплектующих, необходимых для реактора. Собственно, начало сборки самого реактора в шахте намечено на 2019 год, а окончание строительства и первая плазма — на конец 2025 года. При этом к 2025 году смонтируют не все системы, поэтому после первых экспериментов пройдёт ещё лет десять, прежде чем ИТЭР станет полноценной термоядерной установкой и сможет продемонстрировать термоядерную реакцию мощностью 500 мегаватт.

— Если говорить именно о вашей работе, в чём она заключается?

— В настоящий момент я работаю над проектом системы для диагностики пылевых частиц, образующихся в процессе работы реактора. Это серьёзная головная боль для инженеров: попадая в плазму, пылевые частицы могут охладить её, в результате реакция может просто затухнуть. Кроме того, из-за пыли могут возникать неустойчивости, которые могут привести к срывам плазмы на стенки камеры. Вдобавок пылевые частицы могут захватывать и накапливать радиоактивный тритий, что недопустимо по соображениям радиационной безопасности, — в ИТЭРе из-за этого установлен порог по допустимому содержанию трития в камере реактора (сейчас он на уровне 700-1000 грамм). Если больше — реактор должен быть остановлен и поставлен на обслуживание (детритизацию). Для промышленного «термояда» это очень плохо — простой будет влиять на экономическую выгодность.

ИТЭР в этом случае даёт прекрасную возможность обкатать как системы детектирования и анализа пылевых частиц, так и системы по их удалению. Сейчас мы разрабатываем систему, которая на первом этапе работы ИТЭРа будет использоваться для анализа образующихся частиц пыли — в нижней части камеры будут располагаться специальные технологические каналы, в которых пыль будет накапливаться. В дальнейшем в каналы будет запускаться специальное устройство, чтобы собирать её для анализа.

Tags: Ядерное оружие
Subscribe
promo mikle1 декабрь 4, 2013 18:13 18
Buy for 100 tokens
И ВСЕГО ЛИШЬ ЗА 100 ЖЕТОНОВ. ПОКА СВОБОДНО. Мы же открыли проект http://naspravdi.info, в котором не только материалы топ-блоггеров, но и новости с Украины. Живущие на остатках некогда самой процветавшей республики Союза вынуждены каждый миг переживать за свою жизнь, за своих близких и думать…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 1 comment