We say that we will put the sun into a box. The idea is pretty. The problema is we don"t know how to make the box.
Pierre-Gilles de Gennes
Французький нобелівський лауреат
Всім електронним пристроям і машинам потрібна енергія та людство споживає її дуже багато. Але викопне паливо закінчується, а альтернативна енергетика поки що недостатньо ефективна.
Є спосіб отримання енергії, що ідеально підходить всім вимогам - термоядерний синтез. Реакція термоядерного синтезу (перетворення водню на гелій та виділення енергії) постійно відбувається на сонці і цей процес дає планеті енергію у вигляді сонячних променів. Потрібно лише імітувати його на Землі, у меншому масштабі. Достатньо забезпечити високий тиск і дуже високу температуру (в 10 разів вище, ніж на Сонці), і реакція синтезу буде запущена. Щоб створити такі умови, потрібно збудувати термоядерний реактор. Він використовуватиме найпоширеніші землі ресурси, буде безпечним і потужнішим ніж звичайні атомні станції. Вже понад 40 років робляться спроби його будівництва та ведуться експерименти. В останні роки на одному з прототипів навіть вдалося отримати більше енергії, ніж було витрачено. Найбільш амбітні проекти у цій сфері представлені нижче:
Найбільшу увагу громадськості останнім часом дістається інший конструкції термоядерного реактора - стеллатору Wendelstein 7-X (стеларатор складніший за внутрішнім пристроєм ніж ITER, який є токамаком). Витративши трохи більше 1 млрд доларів німецькі вчені за 9 років спорудили до 2015 року зменшену, демонстраційну модель реактора. Якщо він показуватиме хороші результати буде побудована більш масштабна версія.
MegaJoule Laser у Франції буде найпотужнішим у світі лазером і намагатиметься просунути метод будівництва термоядерного реактора, заснований на використанні лазерів. Введення французької установки в дію очікується у 2018 році.
NIF (National ignition facility) було побудовано в США за 12 років і 4 млрд. доларів до 2012. Вони розраховували протестувати технологію і після одразу будувати реактор, але виявилося, що, як повідомляє вікіпедія - reach ignition. В результаті грандіозні плани було скасовано і вчені взялися за поступове вдосконалення лазера. Остання задача – підняти ефективність передачі енергії з 7% до 15%. Інакше фінансування від конгресу цього методу досягнення синтезу може припинитися.
Наприкінці 2015 року в Сарові розпочалося будівництво будівлі для найпотужнішої у світі лазерної установки. Вона буде потужнішою за поточну американську та майбутню французьку і дозволить провести експерименти необхідні для будівництва «лазерної» версії реактора. Завершення будівництва у 2020 році.
Розташований у США лазер – MagLIF fusion визнається темним конячком серед методів досягнення термоядерного синтезу. Нещодавно цей метод показав результати краще за очікувані, але потужність все ще потрібно збільшити в 1000 разів. Зараз лазер проходить апгрейд, і до 2018 року вчені сподіваються отримати стільки ж енергії, скільки витратили. У разі успіху буде збудовано збільшену версію.
У російському ІЯФ завзято проводили експерименти над методом «відкритих пасток», від якого відмовилися США в 90-ті. В результаті було отримано показники, які вважалися неможливими для цього методу. Вчені ІЯФ вважають, що їхня установка зараз знаходиться на рівні німецької Wendelstein 7-X (Q=0.1), але дешевше. Нині за 3 млрд. рублів вони будують нову установку
Керівник Курчатівського інституту постійно нагадує про плани збудувати в Росії невеликий термоядерний реактор – Ігнітор. За планом, він має бути також ефективним як ITER, хоч і менше. Будівництво його мало розпочатися ще 3 роки тому, але така ситуація типова для великих наукових проектів.
Китайський токамак EAST на початку 2016 року зумів отримати температуру 50 млн. градусів і протримати її 102 секунди. До початку будівництва великих реакторів і лазерів всі новини про термоядерний синтез були такими. Можна було подумати, що це просто змагання серед вчених – хто довше втримає все більш високу температуру. Чим вище температура плазми і що довше її вдається утримувати - тим ближче до початку реакції синтезу. Таких установок у світі десятки, ще кілька () () будується так що незабаром рекорд EAST буде побитий. По суті ці невеликі реактори, це просто тестування обладнання перед відправкою в ITER.
Lockheed Martin оголосив у 2015-му про прорив у термоядерній енергетики, який дозволить їм побудувати невеликий та мобільний термоядерний реактор за 10 років. Враховуючи, що навіть дуже великі і зовсім не мобільні комерційні реактори очікувалися не раніше 2040 року, заява корпорації була скептично зустрінута. Але компанія має у своєму розпорядженні великі ресурси так що хто знає. Прототип очікується у 2020 році.
Популярний у кремнієвій долині стартап Helion Energy має свій унікальний пландля досягнення термоядерного синтезу. Компанія залучила понад 10 млн. доларів і розраховує створити прототип до 2019 року.
Стартап Tri Alpha Energy, що тримається в тіні, нещодавно добився вражаючих результатів у просуванні свого методу термоядерного синтезу (теоретиками було розроблено >100 теоретичних способів добитися синтезу, токамак просто найпростіший і популярніший). Компанія також залучила понад 100 млн. доларів коштів інвесторів.
Проект реактора від Канадського стартапу General Fusion ще більше не схожий на решту, але розробники у ньому впевнені та залучили за 10 років більше 100 млн. доларів, щоб побудувати реактор до 2020 року.
Стартап зі Сполученого королівства - First light має найдоступніший для розуміння сайт, що утворився в 2014 році, і оголосив про плани використовувати останні наукові дані для менш витратного отримання термоядерного синтезу.
Вчені MIT написали статтю з описом компактного термоядерного реактора. Вони сподіваються на нові технології, що з'явилися вже після початку будівництва гігантських токамаків та обіцяють здійснити проект за 10 років. Поки невідомо, чи буде їм дано зелене світло на початок будівництва. Навіть у разі схвалення, стаття в журналі, це ще більше рання стадіячим стартап
Термоядерний синтез - це, мабуть, найменш підходяща для краудфандингу промисловість. Але саме з його допомогою і також з фінансуванням НАСА компанія Lawrenceville Plasma Physics збирається побудувати прототип свого реактора. З усіх проектів, що реалізуються, цей найбільше схожий на шахрайство, але хто знає, може, щось корисне вони привнесуть у цю грандіозну роботу.
ITER буде лише прототипом для будівництва повноцінної установки DEMO – першого комерційного термоядерного реактора. Його запуск зараз запланований на 2044 рік, і це ще оптимістичний прогноз.
Але є плани і наступного етапу. Гібридний термоядерний реактор отримуватиме енергію і від розпаду атома (як звичайна атомна станція) та від синтезу. У такій конфігурації енергії може бути у 10 разів більша, але безпека нижча. Китай розраховує побудувати прототип до 2030, але експерти кажуть, що це все одно, що намагатися зібрати гібридні автомобілі до винаходу двигуна внутрішнього згоряння.
Теги:
ІТЕР - міжнародний термоядерний реактор (ITER)
Споживання енергії людством зростає з кожним роком, що спонукає сферу енергетики до активного розвитку. Так з виникненням атомних станцій кількість енергії, що виробляється по всьому світу, значно зросла, що дозволило благополучно витрачати енергію на всі потреби людства. Наприклад, 72,3 % від електроенергії, що виробляється, у Франції припадає на атомні станції, в Україні — 52,3 %, у Швеції — 40,0 %, у Великобританії — 20,4 %, у Росії — 17,1 %. Проте технології не стоять на місці, і щоб догодити подальшим енергетичним потребам країн майбутнього, вчені працюють над рядом інноваційних проектів, одним із яких є ІТЕР - міжнародний термоядерний реактор (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor).
Хоча рентабельність даної установки ще перебуває під питанням, згідно з роботами багатьох дослідників – створення та подальший розвиток технології керованого термоядерного синтезу може в результаті дати потужне та безпечне джерело енергії. Розглянемо деякі позитивні сторони такої установки:
Термоядерний реактор - вид зсередини
Проте, існує низка технічних недоробок, із якими постійно стикаються дослідники.
Наприклад, нинішній варіант палива, представлений у вигляді суміші дейтерію та тритію, вимагає розробки нових технологій. Наприклад, після закінчення першої серії тестів на найбільшому на сьогоднішній день термоядерному реакторі ДЖЕТ реактор став настільки радіоактивним, що далі знадобилася розробка спеціальної роботизованої системи обслуговування для завершення експерименту. Іншим невтішним чинником роботи термоядерного реактора є його ККД – 20%, тоді як ККД АЕС – 33-34%, а ТЕС – 40%.
Проект ITER бере свій початок у 1985 році, коли Радянський Союз запропонував спільне створення токамака — тороїдальної камери з магнітними котушками, яка здатна утримувати плазму за допомогою магнітів, створюючи умови, необхідні для протікання реакції термоядерного синтезу. У 1992 році було підписано чотиристоронню угоду про розробку ІТЕР, сторонами якої виступили ЄС, США, Росія та Японія. 1994-го року до проекту приєдналася Республіка Казахстан, 2001-го – Канада, 2003-го – Південна Кореята Китай, 2005-го — Індія. 2005-го року було визначено місце для будівництва реактора – дослідницький центр ядерної енергетики Кадараш, Франція.
Будівництво реактора розпочалося з підготовки котловану для фундаменту. Так параметри котловану становили 130 х 90 х 17 метрів. Весь комплекс із токамаком важитиме 360 000 тонн, з яких 23 000 тонн посідає сам токамак.
Різні елементи комплексу ІТЕР розроблятимуться і доставлятимуться на місце будівництва з усіх куточків світу. Так у 2016-му році в Росії було розроблено частину провідників для полоідальних котушок, які далі вирушили до Китаю, який вироблятиме самі котушки.
Очевидно, таку масштабну роботу зовсім непросто організувати, низка країн неодноразово не встигала за графіком проекту, внаслідок чого запуск реактора постійно переносився. Так, згідно з минулорічним (2016 р.) червневим повідомленням: «отримання першої плазми заплановано на грудень 2025-го року».
Термін «токамак» походить з російського акроніма, який означає «тороїдальна камера з магнітними котушками».
Серцем токамака є його вакуумна камера у формі тора. Усередині під впливом екстремальної температури і тиску газоподібне водневе паливо стає плазмою - гарячим електрично зарядженим газом. Як відомо, зіркова речовина представлена плазмою, а термоядерні реакції в ядрі Сонця протікають саме в умовах підвищеної температури та тиску. Подібні умови для формування, утримання, стиснення та розігріву плазми створюються за допомогою масивних магнітних котушок, які розташовані навколо вакуумної судини. Дія магнітів дозволить обмежити гарячу плазму від стінок судини.
Перед початком процесу повітря та домішки видаляються з вакуумної камери. Потім заряджаються магнітні системи, які допоможуть контролювати плазму, та вводиться газоподібне паливо. Коли через посудину проходить потужний електричний струм, газ електрично розщеплюється і стає іонізованим (тобто електрони залишають атоми) та утворює плазму.
У міру того, як частинки плазми активуються і стикаються, вони також нагріваються. Допоміжні методи нагріву допомагають привести плазму до температур від 150 до 300 мільйонів °C. велика кількістьенергії.
Конструкція токамака складається з таких елементів:
(«пончик») – тороїдальна камера, виготовлена з нержавіючої сталі. Її великий діаметр становить 19 м, малий – 6 м, а висота – 11 м. Об'єм камери становить 1 400 м 3 , а маса – понад 5 000 т. Стінки вакуумної судини подвійні, між стінками циркулюватиме теплоносій, у ролі якого виступить дистильована вода. Щоб уникнути забруднення води, внутрішня стінка камери захищена від радіоактивного випромінювання за допомогою бланкета.
(«ковдра») – складається з 440 фрагментів, що вкривають внутрішню поверхнюкамери. Загальна площа банкету складає 700м2. Кожен фрагмент є чимось на зразок касети, корпус якої зроблений з міді, а передня стінка є знімною і зроблена з берилію. Параметри касет 1х1,5 м, а маса — не більше 4,6 т. Подібні касети берилію будуть уповільнювати високоенергетичні нейтрони, утворені в процесі реакції. Під час уповільнення нейтронів виділятиметься тепло, що відводиться системою охолодження. Слід зазначити, що берилієвий пил, що утворюється в результаті роботи реактора, може викликати тяжке захворювання під назвою бериліоз, також несе канцерогенну дію. З цієї причини у комплексі розробляються суворі заходи безпеки.
Токамак у розрізі. Жовтим – соленоїд, помаранчевим – магніти тороїдального поля (TF) та полоідального поля (PF), синім – бланкет, світло-синім – VV – вакуумний посуд, фіолетовим – дивертор.
(«попільничка») полоідального типу – пристрій, основним завданням якого є «очищення» плазми від бруду, що виникає в результаті нагрівання та взаємодії з нею стінок камери, покритих бланкетом. При попаданні подібних забруднень до плазми вони починають інтенсивно випромінювати, внаслідок чого виникають додаткові радіаційні втрати. Розташовується в нижній частині токомака і за допомогою магнітів направляє верхні шари плазми (які є найбільш забрудненими) в камеру, що охолоджує. Тут плазма охолоджується і перетворюється на газ, після чого відкачується із камери назад. Берилієвий пил після попадання в камеру практично нездатний повернутися назад у плазму. Таким чином, забруднення плазми залишається лише на поверхні і не проникає вглиб.
– найбільший компонент токомака, який є оболонкою з нержавіючої сталі об'ємом 16 000 м 2 (29,3 х 28,6 м) та масою 3 850 т. Усередині кріостата будуть розташовуватися інші елементи системи, а сам він служить бар'єром між токамаком і зовнішньою середовищем. На його внутрішніх стінках будуть розташовані теплові екрани, що охолоджуються циркулюючим азотом при температурі 80 К (-193,15 ° C).
– комплекс елементів, що служать для утримання та контролю плазми всередині вакуумної судини. Являє собою набір із 48 елементів:
Вищеописана «у двох словах» конструкція токамака є найскладнішим інноваційним механізмом, що збирається зусиллями кількох країн. Однак, для її повноцінної роботи потрібен цілий комплекс будівель, розташованих поблизу токамака. В тому числі:
Міжнародний термоядерний реактор ITER – досить дорогий захід, який спочатку оцінювався у 12 мільярдів доларів, де на Росію, США, Корею, Китай та Індію припадає на 1/11 частини суми, на Японію – 2/11, а на ЄС – 4/11 . Згодом ця сума зросла до 15 мільярдів доларів. Примітно, що фінансування відбувається за допомогою постачання необхідного для комплексу обладнання, яке розвинене у кожній із країн. Так, Росія постачає бланкети, пристрої нагрівання плазми та надпровідні магніти.
На даний момент відбувається будівництво комплексу ІТЕР та виробництво всіх необхідних компонентів для токамака. Після запланованого запуску токамака у 2025-му році розпочнеться проведення низки експериментів, на основі результатів яких буде відзначено аспекти, що потребують доопрацювання. Після успішного введення в дію ІТЕР планується будівництво електростанції на основі термоядерного синтезу під назвою DEMO (DEMOnstration Power Plant). Завдання DEMo полягає в демонстрації так званої комерційної привабливості термоядерної енергетики. Якщо ITER здатний виробляти лише 500 МВт енергії, то DEMO дозволить безперервно генерувати енергію 2 ГВт.
Однак, слід мати на увазі, що експериментальна установка ІТЕР не вироблятиме енергію, а її призначення полягає в отриманні суто наукової вигоди. А як відомо, той чи інший фізичний експеримент може не тільки виправдати очікування, а й принести людству нові знання та досвід.
Проект міжнародного експериментального термоядерного реактора ІТЕР стартував у 2007-му році. Розташований він у Кадараші, на півдні Франції. Головна задачаІТЕР полягає, на думку тих, хто проект задумував та втілює, у показі можливостей комерційного використання термоядерного синтезу.
ІТЕР – стратегічна міжнародна наукова ініціатива, у її реалізації беруть участь понад 30 країн.
“Ми знаходимося у самому серці майбутнього термоядерного реактора. Його вага - три Ейфелеві вежі, а загальна площа становитиме 60 футбольних полів”, - повідомляє журналіст euronews Клаудіо Рокко.
Термоядерний реактор або тороїдна установка для магнітного утримання плазми, інакше звана токомаком, створюється з метою досягнення умов, необхідних для протікання керованого термоядерного синтезу. Плазма в токамаку утримується не стінками камери, а спеціально створюваним комбінованим магнітним полем - тороїдальним зовнішнім і полоідальним полем струму, що протікає по плазмовому шнурі. У порівнянні з іншими установками, що використовують магнітне поле для утримання плазми, використання електричного струму є головною особливістютокамака
При здійсненні керованого термоядерного синтезу в токамаку будуть застосовуватися дейтерій і тритій.
Подробиці – в інтерв'ю генерального директора ІТЕР Бернара Біго.
У чому перевага енергії, виробленої з допомогою керованого термоядерного синтезу?
“Насамперед у використанні ізотопів водню, який у свою чергу вважається практично невичерпним джерелом: водень зустрічається скрізь, у тому числі й у Світовому океані. Тож поки на Землі буде вода, морська та прісна, ми будемо забезпечені паливом для токамака – йдеться про мільйони років. Друга перевага - радіоактивні відходи мають досить короткий період напіврозпаду: кілька сотень років порівняно з тим, що є у продуктів відходу ядерного синтезу”.
Термоядерний синтез має керований характер, і його, як стверджує Бернар Біго, порівняно просто перервати, якщо відбувається аварія. Інша ситуація у разі складається з ядерним синтезом.
Нагріваючи речовину, можна досягти ядерної реакції. Саме цей взаємозв'язок нагрівання речовини та ядерної реакції і відображає термін «термоядерна реакція».
Конструкція компонентів токамака здійснюється зусиллями країн-учасниць ІТЕР, а деталі та технологічні вузли токамака виготовляються в Японії, Південній Кореї, Росії, Китаї, США та інших країнах. При будівництві токамака враховується можливість різних типів аварій.
Бернар Біго: “Проте, можливий витік радіоактивних елементів. Якийсь відсік виявиться недостатньо герметичним. Але кількість їх буде мінімальною, і для тих, хто мешкає поблизу реактора, небезпеки ні для здоров'я, ні для життя великої не буде”.
Але можливість аварії та витоку передбачена у проекті, зокрема, приміщення, в яких йде термоядерний синтез та прилеглі до них зали, будуть обладнані особливими вентиляційними шахтами, в які будуть засмоктувати радіоактивні елементи, щоб не допустити їхнього виходу назовні.
“Я не думаю, що кошторис, що становить близько 16 мільярдів євро, виглядає таким уже гігантським, особливо, якщо враховувати собівартість енергії, яка тут вироблятиметься. Більше того, проводитися довго, дуже довго, тому всі витрати себе виправдають навіть у середньостроковій перспективі”, - робить висновок Бернар Біго.
Російський НДІЕФА нещодавно повідомив про успішне випробування натурного прототипу резистора, що гасить системи захисту надпровідних котушок, які були сконструйовані спеціально для ІТЕР.
А введення в дію всього комплексу ІТЕР у французькому Кадараш планується на 2020-й рік.
КАДАРАШ (Франція), 25 травня - РІА Новини, Вікторія Іванова.Південь Франції зазвичай пов'язують із відпочинком на Лазурному узбережжі, лавандовими полями та Канським фестивалем, але не з наукою, хоча недалеко від Марселя вже кілька років йде "будова століття" — поряд із дослідницьким центром Кадараш зводять міжнародний термоядерний експериментальний реактор (ІТЕР).
Як просувається наймасштабніше у світі будівництво єдиної у своєму роді установки і про те, які люди будують "прообраз Сонця", здатний виробляти 7 мільярдів кіловат-годин енергії на рік, дізналася кореспондент РИА Новости.
Спочатку проект міжнародного термоядерного експериментального реактора отримав назву ITER за абревіатурою від International Thermonuclear Experimental Reactor. Однак потім у імені з'явилося й красивіше трактування: назва проекту пояснюється перекладом латинського слова iter - "шлях", а від згадки слова "реактор" деякі країни почали обережно відходити, щоб не збуджувати в умах громадян асоціації з небезпекою та радіацією.
Новий реактор будують усім світом. На сьогоднішній день у проекті беруть участь Росія, Індія, Японія, Китай, Південна Корея та США, а також Євросоюз. Європейці, які виступають єдиною групою, відповідають за виконання 46% проекту, кожна з решти країн-учасниць взяла на себе 9%.
Щоб спростити систему взаєморозрахунків, усередині організації вигадали спеціальну валюту — розрахункову одиницю ІТЕР — IUA. Усі угоди про постачання комплектуючих учасниками ведуться саме у цих одиницях. Так результат будівництва став незалежним від коливань курсів нацвалют та вартості виробництва деталей у кожній конкретній країні.
За ці інвестиції, виражені не грошима, а компонентами майбутньої установки, учасники отримують повний доступ до всього спектра технологій, що задіяні в ІТЕР. Таким чином, у Франції зараз будується "Міжнародна школа зі створення термоядерного реактора".
Журналісти, та й самі співробітники ІТЕР, так часто порівнюють проект із Сонцем, що вигадати іншу асоціацію термоядерній установці досить складно. Глава одного з підрозділів Міжнародної організації ІТЕР - Маріо Мерола - зміг, назвавши реактор "найгарячішою штучкою нашої Сонячної системи".
"Температура всередині пристрою буде близько 150 мільйонів градусів Цельсія, це в 10 разів вище за температуру ядра Сонця. Магнітне поле установки буде приблизно в 200 тисяч разів більше, ніж у самої Землі", — розповідає Маріо про проект.
В основі ІТЕР лежить система токамак - тороїдальних камер з магнітними котушками. Ідея магнітного утримання високотемпературної плазми була розроблена і вперше у світі технологічно реалізована в Курчатівському інституті у середині минулого століття. Росія, що стояла біля витоків проекту, серед інших компонентів виготовляє одну з найважливіших частин установки, "серце ІТЕР" - надпровідну магнітну систему. Вона складається з різних типів надпровідників, що містять десятки тисяч ниток із спеціальною наноструктурою.
Для створення такої масштабної системи потрібні сотні тонн таких надпровідників. Їх виготовленням займаються шість із семи країн-учасниць. Серед них — і Росія, яка постачає надпровідники на основі сплаву ніобій-титан і ніобій-олово, які виявилися одними з найкращих у світі. Виробництвом цих матеріалів у Росії займаються підприємства Росатому та Курчатовський інститут.
© Фото: надане ITER Organization
© Фото: надане ITER Organization
Проте Росія та Китай, які виконують свої зобов'язання вчасно, мимоволі стали заручниками інших учасників проекту, які не завжди встигають вчасно доробити свою частину роботи. Специфіка проекту ІТЕР - у щільній взаємодії всіх сторін, і тому відставання якоїсь однієї країни призводить до того, що "буксувати" починає весь проект.
Щоб виправити ситуацію, новий керівник організації ІТЕР Бернар Біго ухвалив рішення змінити часові рамки проекту. Новий варіант плану-графіка, як очікується, більш реалістичний, буде представлений у листопаді.
Разом з тим Біго не виключив і перерозподілу робіт між учасниками.
"Я був би радий, якби затримок не було зовсім. Але маю зізнатися, що в деяких областях реалізація нашого глобального проекту зустріла труднощі. Я відкритий для будь-яких рішень, окрім скорочення потужностей ІТЕР. У тому, щоб перерозподілити роботи, я не бачу нічого поганого, але це питання треба серйозно обговорювати", - заявив генеральний директор організації.
Біго зазначив, що робота зі створення ІТЕР ведеться сотнями компаній та організацій із семи країн-учасниць. "Не можна просто клацнути пальцями і виконати план. Усі думали, що просто дотримуватиметься поставлених термінів завдяки сумлінності та добрим намірам. Тепер зрозуміли, що без суворого менеджменту нічого не вийде", — підкреслив Біго.
За його словами, труднощі при будівництві ІТЕР викликає і різниця в культурах країн-учасниць, і те, що раніше у світі подібних проектів не було, тому багато механізмів та установок, що виробляються вперше, потребують додаткових випробувань та оглядів у регуляторів, що забирає додатковий час. .
Одним із заходів запропонованого Біго "суворого менеджменту" стане створення ще одного органу управління, до якого увійдуть директори національних агентств та генеральний директор. Рішення цього органу будуть обов'язковими для всіх учасників проекту — Біго сподівається, що це дозволить підштовхнути процес взаємодії.
© Фото
Поки що ж на території ІТЕР на повну силу йде величезне будівництво. "Серце" об'єкта - сам токамак та службові приміщення - займе майданчик розміром кілометр на 400 метрів.
Для реактора вирили котлован глибиною 20 метрів, на дно якого по дзеркально гладкому асфальту привозять арматуру та інші необхідні на цьому етапі складові. Спочатку сегменти стін збирають горизонтально, з'єднуючи металеві конструкції із спеціальними пластинами. Потім за допомогою чотирьох будівельних кранів їх ставлять у потрібне положення.
Пройде кілька років, і майданчик не впізнатиме. Замість величезної дірки у платформі над нею підніметься колос розміром приблизно з Великий театр — близько 40 метрів заввишки.
Десь на майданчику будівництво ще не почалося — і тому інші країни не можуть точно розрахувати термін поставки комплектуючих термоядерного реактора, а десь — уже завершилося. Зокрема, до експлуатації готова штаб-квартира ІТЕР, будівля намотування полотоїдних котушок магнітної системи, енергетична підстанція, ще кілька допоміжних будівель.
В той час коли наукова роботане скрізь користується популярністю та повагою, ІТЕР об'єднав на своїй платформі 500 учених, інженерів та представників багатьох інших спеціальностей із різних країн. Ці фахівці - справжні мрійники і віддані своїй справі люди, - точно як у Стругацьких "прийняли робочу гіпотезу, що щастя - у безперервному пізнанні невідомого і сенс життя в тому ж".
А ось умови життя для співробітників проекту докорінно відрізняються від тих, що були в НІІЧАВО - Науково-дослідному інституті чарівництва та чарівництва, - де працювали герої повісті радянських фантастів "Понеділок починається в суботу". Гуртожитки для іноземців на території ІТЕР немає — всі вони винаймають житло в селах та селищах неподалік.
Усередині одного з вже збудованих будівель, крім робочих приміщень, розташовується величезних розмірів їдальня, де за дуже скромну суму співробітники проекту можуть перекусити або пообідати. У меню завжди знайдуться страви національних кухонь, японська локшина або італійський мінестроні.
Під час входу до їдальні висить дошка оголошень. На ній - пропозиції спільної оренди квартир та "заняття французькою мовою, якісно та недорого". Виділяється білий листок - "Хор Кадараша проводить набір учасників. Приходьте до головної будівлі ІТЕР". Крім хору, формування якого поки що не завершилося, співробітники проекту організували свій власний оркестр. На саксофоні у ньому грає і росіянин Євген Вєщов, який працює у Кадараші вже кілька років.
"Як ми тут живемо? Працюємо, репетируємо, граємо. Іноді їздимо на море і в гори, тут недалеко, — розповідає Євген, — За Росією, звичайно, сумую, вболіваю за неї. Але це вже не перше моє тривале закордонне відрядження, звик ".
Євген – фізик, і на проекті займається інтеграцією діагностичних систем.
"Зі студентських часів я був натхненний проектом ІТЕР, можливостями і перспективами, що лежали попереду, було відчуття, що за цим лежить майбутнє. Однак мій шлях сюди був тернистим, втім, як і у багатьох. Після закінчення навчання було не дуже добре з грошима, я навіть подумував йти з науки в бізнес, відкрити щось своє. Але поїхав у відрядження, потім у інше. Так, через десять років після того, як уперше почув про ІТЕР, я і опинився у Франції, на проекті", - каже фізик .
За словами російського вченого, "історія влучення в проект у кожного співробітника своя". Якими б не були "дороги до Сонця" у його адептів, навіть після найкоротшої розмови з будь-яким із них стає зрозуміло - тут працюють фанати своєї справи.
Ось, наприклад, американець Марк Хендерсон — фахівець із нагрівання плазми на ІТЕР. На зустріч він - коротко стрижений, сухий, в окулярах - прийшов "в образі" одного із засновників компанії Apple Стіва Джобса. Чорна сорочка вигорілі джинси, кросівки. Виявилося, що зовнішньою схожістю своєрідна близькість Хендерсона і Джобса не обмежується: обидва вони — мрійники, натхненні ідеєю змінити світ своїм винаходом.
"Ми, людство, все більше залежимо від ресурсів і тільки й робимо, що споживаємо їх. Невже наш колективний розум еквівалентний колективному розуму миски дріжджів? Нам потрібно думати про наступні покоління. Нам потрібно почати мріяти знову", - переконаний Гендерсон.
І вони думають, мріють, втілюють у життя найнеймовірніші та найфантастичніші ідеї. І жодні питання зовнішньополітичного порядку денного не можуть стати на заваді праці вчених: розбіжності рано чи пізно закінчаться, а тепло, отримане в результаті термоядерної реакції, грітиме всіх, незалежно від континенту та держави.
Нещодавно у Московському фізико-технічному інституті відбулася російська презентація проекту ІТЕР, у рамках якого планується створити термоядерний реактор, який працює за принципом токамака. Група вчених із Росії розповіла про міжнародному проектіі участь російських фізиків у створенні цього об'єкта. «Лента.ру» відвідала презентацію ІТЕР та поговорила з одним із учасників проекту.
ІТЕР (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor – Міжнародний термоядерний експериментальний реактор) – проект термоядерного реактора, що дозволяє продемонструвати та дослідити термоядерні технології для їх подальшого використання в мирних та комерційних цілях. Творці проекту вважають, що керований термоядерний синтез може стати енергетикою майбутнього та служити альтернативою сучасним газу, нафти та вугіллю. Дослідники відзначають безпеку, екологічність та доступність технології ІТЕР порівняно зі звичайною енергетикою. За складністю проект можна порівняти з Великим адронним колайдером; установка реактора включає більше десяти мільйонів конструктивних елементів.
Для тороїдальних магнітів токамака необхідно 80 тисяч кілометрів надпровідних ниток; загальна їх вага сягає 400 тонн. Сам реактор важитиме близько 23 тисячі тонн. Для порівняння - вага Ейфелевої вежі в Парижі дорівнює всього 7,3 тисяч тонн. Обсяг плазми в токамаку досягатиме 840 кубічних метрів, тоді як, наприклад, у найбільшому реакторі такого типу, що діє у Великій Британії, - JET - обсяг дорівнює ста кубічним метрам.
Висота токамака становитиме 73 метри, з яких 60 метрів будуть знаходитися над землею та 13 метрів - під нею. Для порівняння, висота Спаської вежі Московського Кремля дорівнює 71 метру. Основна платформа реактора займатиме площу, що дорівнює 42 гектарам, що можна порівняти з площею 60 футбольних полів. Температура в плазмі токамака досягатиме 150 мільйонів градусів Цельсія, що вдесятеро вище за температуру в центрі Сонця.
У будівництві ІТЕР у другій половині 2010 років планується задіяти одночасно до п'яти тисяч осіб - до них увійдуть як робітники та інженери, так і адміністративний персонал. Багато компонентів ІТЕР будуть доставлятися від порту у Середземного моряспеціально спорудженою дорогою завдовжки близько 104 кілометрів. Зокрема, нею буде перевезено найважчий фрагмент установки, маса якого складе понад 900 тонн, а довжина - близько десяти метрів. Понад 2,5 мільйона кубометрів землі вивезуть з місця будівництва установки ІТЕР.
Загальні витрати на проектні та будівельні роботи оцінюються у 13 мільярдів євро. Ці кошти виділяються сімома основними учасниками проекту, які представляють інтереси 35 країн. Для порівняння, сукупні витрати на будівництво та обслуговування Великого адронного колайдера майже вдвічі менші, а будівництво та підтримка працездатності Міжнародної космічної станціїобходиться майже в півтора рази дорожче.
Сьогодні у світі існують два перспективні проекти термоядерних реакторів: токамак ( тороїдальна каміра з магнітними доатушками) та стеларатор. В обох установках плазма утримується магнітним полем, проте в токамаку вона має форму тороїдального шнура, яким пропускається електричний струм, тоді як в стелараторі магнітне поле наводиться зовнішніми котушками. У термоядерних реакторах відбуваються реакції синтезу важких елементів з легень (гелію з ізотопів водню - дейтерію та тритію), на відміну від звичайних реакторів, де ініціюються процеси розпаду важких ядер на легші.
Фото: НДЦ «Курчатовський інститут»/nrcki.ru
Електричний струму токамаку використовується також і для початкового розігріву плазми до температури близько 30 мільйонів градусів Цельсія; подальше розігрів проводиться спеціальними пристроями.
Теоретична схема токамака була запропонована в 1951 радянськими фізиками Андрієм Сахаровим та Ігорем Таммом, і в 1954 в СРСР була побудована перша установка. Проте, вченим не вдавалося тривалий час підтримувати плазму стаціонарному режимі, і до середини 1960 років у світі склалося переконання, що керований термоядерний синтез на основі токамака неможливий.
Але вже через три роки на встановленні Т-3 в Інституті атомної енергії імені Курчатова під керівництвом Лева Арцимовича вдалося нагріти плазму до температури понад п'ять мільйонів градусів Цельсія та ненадовго втримати її; Вчені з Великобританії, які були присутні на експерименті, на своєму устаткуванні зафіксували температуру близько десяти мільйонів градусів. Після цього у світі почався справжній бум токамаків, тож у світі було побудовано близько 300 установок, найбільші з яких знаходяться в Європі, Японії, США та Росії.
Зображення: Rfassbind/wikipedia.org
На чому ґрунтується впевненість у тому, що ІТЕР запрацює через 5-10 років? На яких практичних та теоретичних розробках?
З російської сторони заявлений графік робіт ми виконуємо і не збираємось порушувати. На жаль, бачимо деяке запізнення робіт, виконуваних іншими, переважно Європою; частково є запізнення в Америки та спостерігається тенденція до того, що проект буде дещо затриманий. Затримано, але не зупинено. Є впевненість у тому, що він запрацює. Концепт самого проекту повністю теоретично і практично прорахований та надійний, тому я думаю, що він запрацює. Чи дасть він повністю заявлені результати... поживемо - побачимо.
Проект скоріше носить дослідницький характер?
Звичайно. Заявлений результат немає отриманого результату. Якщо його буде отримано повною мірою, я буду дуже щасливий.
Які нові технології з'явилися, з'являються чи з'являтимуться у проекті ІТЕР?
Проект ІТЕР є не просто надскладним, а ще й наднапруженим проектом. Напруженим у плані енергонавантаження, умов експлуатації певних елементів, у тому числі наших систем. Тому нові технології просто повинні народжуватися у цьому проекті.
А чи є приклад?
космос. Наприклад, наші алмазні детектори. Ми обговорювали можливість застосування наших алмазних детекторів на космічних вантажівках, які є ядерними машинами, які перевозять деякі об'єкти типу супутників або станцій з орбіти на орбіту. Є такий проект космічної вантажівки. Так як це апарат з ядерним реактором на борту, то складні умови експлуатації вимагають аналізу та контролю, тому наші детектори цілком могли б це зробити. На даний момент тема створення такої діагностики поки що не фінансується. Якщо вона буде створена, то може бути застосована, і тоді в неї не потрібно вкладати гроші на стадії розробки, а лише на стадії освоєння та впровадження.
Яка частка сучасних російських розробок нульових та дев'яностих років у порівнянні з радянськими та західними розробками?
Частка російського наукового внеску до ІТЕР і натомість загальносвітового дуже велика. Я не знаю її точно, але вона дуже вагома. Вона явно не менша за російський відсоток фінансової участі в проекті, тому що в багатьох інших командах є велика кількість росіян, які поїхали за кордон працювати в інші інститути. У Японії та Америці, скрізь, ми з ними дуже добре контактуємо та працюємо, хтось із них представляє Європу, хтось – Америку. Крім того, там є і свої наукові школи. Тому, сильніше ми чи більше розвиваємо те, що робили раніше... Один із великих сказав, що «ми стоїмо на плечах титанів», тому та база, яка була напрацьована за радянських часів, безперечно велика і без неї ми нічого би не змогли. Але і зараз ми не стоїмо на місці, ми рухаємося.
А чим займається саме ваша група в ІТЕР?
У мене сектор у відділі. Відділ займається розробкою кількох діагностик, наш сектор займається безпосередньо розробкою вертикальної нейтронної камери, нейтронної діагностики ІТЕР і вирішує велике коло завдань від проектування до виготовлення, а також проводить супутні науково-дослідні роботи, пов'язані з розробкою, зокрема алмазних детекторів. Алмазний детектор - унікальний прилад, що спочатку створений саме в нашій лабораторії. Раніше він використовувався на багатьох термоядерних установках, зараз він застосовується досить широко багатьма лабораторіями від Америки до Японії; вони, скажімо так, пішли слідом за нами, але ми продовжуємо залишатися на висоті. Зараз ми робимо алмазні детектори і збираємося вийти на рівень їхнього промислового виробництва (дрібносерійного виробництва).
В яких галузях промисловості можуть використовуватись ці детектори?
В даному випадку це термоядерні дослідження, надалі ми припускаємо, що вони будуть потрібні в ядерній енергетиці.
Що саме роблять детектори, що вони вимірюють?
нейтрони. Більш цінного продукту, ніж нейтрон, немає. Ми з вами також складаємося з нейтронів.
Які показники нейтронів вони вимірюють?
Спектральні. По-перше, безпосереднє завдання, яке вирішується в ІТЕРі, це вимір енергетичних спектрів нейтронів. Крім того, вони моніторять кількість та енергію нейтронів. Друге додаткове завдання стосується ядерної енергетики: у нас є паралельні розробки, які можуть вимірювати і теплові нейтрони, які є основою ядерних реакторів. У нас це завдання другорядне, але воно також відпрацьовується, тобто ми можемо працювати тут і в той же час робити напрацювання, які можуть бути успішно застосовані в ядерній енергетиці.
Якими методами ви користуєтесь у своїх дослідженнях: теоретичним, практичним, комп'ютерним моделюванням?
Усіми: від складної математики (методів математичної фізики) та математичного моделювання до експериментів. Усі самі різні типирозрахунків, які ми проводимо, підтверджуються та перевіряються експериментами, тому що у нас безпосередньо експериментальна лабораторія з кількома працюючими нейтронними генераторами, на яких ми проводимо тестування тих систем, які самі і розробляємо.
У вас в лабораторії є реактор, що діє?
Чи не реактор, а нейтронний генератор. Нейтронний генератор, по суті, це мінімодель тих термоядерних реакцій, про які йдеться. У ньому йде все те ж саме, тільки там процес дещо інший. Він працює за принципом прискорювача - це пучок певних іонів, що б'є по мішені. Тобто у разі плазми ми маємо гарячий об'єкт, у якому кожен атом має велику енергію, а в нашому випадку спеціально прискорений іон ударяється по мішені, насиченій подібними ж іонами. Відповідно відбувається реакція. Скажімо так, це один із способів, яким ви можете робити ту саму термоядерну реакцію; єдине тільки, що доведено, що даний спосіб не має високого ККД, тобто ви не отримаєте позитивного енерговиходу, але саму реакцію ви отримуєте - ми безпосередньо спостерігаємо цю реакцію і частки і все, що в ній йде.
