„Lockheed Martin pradėjo kurti kompaktišką termobranduolinį reaktorių... Bendrovės tinklalapyje rašoma, kad pirmasis prototipas bus pastatytas per metus. Jei tai pasitvirtins, po metų gyvensime visiškai kitame pasaulyje“, – taip prasideda vienas iš „Palėpės“. Nuo jo paskelbimo praėjo treji metai, o pasaulis nuo to laiko taip ir nepasikeitė.

Šiandien atominių elektrinių reaktoriuose energija susidaro irstant sunkiems branduoliams. Termobranduoliniuose reaktoriuose energija gaunama branduolių sintezės procese, kurio metu susidaro mažesnės masės branduoliai nei pirminių suma, o „likutis“ prarandamas energijos pavidalu. Branduolinių reaktorių atliekos yra radioaktyvios, o jų saugus šalinimas – didelis galvos skausmas. Branduolinės sintezės reaktoriai neturi šio trūkumo, be to, naudojamas plačiai prieinamas kuras, pavyzdžiui, vandenilis.

Jie turi tik vieną didelę problemą – pramoninio dizaino dar nėra. Užduotis nelengva: termobranduolinėms reakcijoms kuras turi būti suspaustas ir įkaitintas iki šimtų milijonų laipsnių – karščiau nei Saulės paviršiuje (kur termobranduolinės reakcijos vyksta natūraliai). Tokią aukštą temperatūrą pasiekti sunku, bet įmanoma, tačiau toks reaktorius sunaudoja daugiau energijos nei pagamina.

Tačiau jie vis dar turi tiek daug potencialių pranašumų, kad, žinoma, kūrime dalyvauja ne tik „Lockheed Martin“.

ITER

ITER yra didžiausias šios srities projektas. Jame dalyvauja Europos Sąjunga, Indija, Kinija, Korėja, Rusija, JAV ir Japonija, o pats reaktorius nuo 2007 m. statomas Prancūzijos teritorijoje, nors jo istorija siekia daug gilesnę praeitį: Reiganas ir Gorbačiovas susitarė dėl jo sukūrimo m. 1985 m. Reaktorius yra toroidinė kamera, „spurga“, kurioje plazmą laiko magnetiniai laukai, todėl jis vadinamas tokamaku. Tai roidinis ka matuoti su ma supuvęs Į atushki. Reaktorius generuos energiją susiliedamas vandenilio izotopams – deuterio ir tričio.

Planuojama, kad ITER gaus 10 kartų daugiau energijos nei suvartoja, tačiau tai įvyks dar negreitai. Iš pradžių buvo planuota, kad reaktorius eksperimentiniu režimu pradės veikti 2020 m., tačiau vėliau ši data buvo nukelta iki 2025 m. Tuo pačiu metu pramoninė energijos gamyba prasidės ne anksčiau kaip 2060 m., o šios technologijos plitimo galime tikėtis tik XXI amžiaus pabaigoje.

Wendelstein 7-X

Wendelstein 7-X yra didžiausias stelaratoriaus tipo branduolių sintezės reaktorius. Stellaratorius išsprendžia tokamakus kamuojančią problemą – plazmos „plitimą“ iš toro centro į jo sienas. Tai, su kuo tokamakas bando susidoroti dėl magnetinio lauko galios, stellaratorius išsprendžia dėl savo sudėtingos formos: magnetinis laukas, laikantis plazmą, pasilenkia, kad sustabdytų įkrautų dalelių judėjimą.

„Wendelstein 7-X“, kaip tikisi jo kūrėjai, 21-oje galės veikti pusvalandį, o tai suteiks „bilietą į gyvenimą“ panašaus dizaino termobranduolinių stočių idėjai.

Nacionalinė uždegimo įstaiga

Kito tipo reaktoriuose kurui suspausti ir šildyti naudojami galingi lazeriai. Deja, didžiausias lazerinis įrenginys termobranduolinei energijai gaminti – Amerikos NIF – nesugebėjo pagaminti daugiau energijos nei sunaudoja.

Kuris iš visų šių projektų tikrai pakils, o kurio ištiks toks pat likimas kaip NIF, sunku nuspėti. Viskas, ką galime padaryti, tai laukti, tikėtis ir sekti naujienas: 2020-ieji žada būti įdomus metas branduolinei energetikai.

„Branduolinės technologijos“ – vienas iš NTI moksleivių olimpiados profilių.

Sakome, kad įdėsime saulę į dėžutę. Idėja graži. Problema ta, kad mes nežinome, kaip padaryti dėžutę.

Pierre'as-Gilles'as de Gennes'as
Prancūzijos Nobelio premijos laureatas

Visiems elektroniniams prietaisams ir mašinoms reikia energijos, o žmonija jos sunaudoja labai daug. Tačiau iškastinis kuras baigiasi, o alternatyvi energija dar nėra pakankamai efektyvi.
Yra energijos gavimo būdas, kuris idealiai atitinka visus reikalavimus – termobranduolinė sintezė. Termobranduolinės sintezės reakcija (vandenilio pavertimas heliu ir energijos išsiskyrimas) nuolat vyksta saulėje ir šis procesas planetai suteikia energijos saulės spindulių pavidalu. Jums tereikia jį mėgdžioti Žemėje, mažesniu mastu. Pakanka užtikrinti aukštą slėgį ir labai aukštą temperatūrą (10 kartų aukštesnę nei Saulėje) ir prasidės sintezės reakcija. Norint sukurti tokias sąlygas, reikia pastatyti termobranduolinį reaktorių. Jis naudos gausesnius išteklius žemėje, bus saugesnis ir galingesnis nei įprastos atominės elektrinės. Daugiau nei 40 metų buvo bandoma jį statyti, buvo atliekami eksperimentai. Pastaraisiais metais vienam iš prototipų netgi pavyko gauti daugiau energijos nei buvo sunaudota. Žemiau pateikiami ambicingiausi šios srities projektai:

Vyriausybės projektai

Didžiausias visuomenės dėmesys pastaruoju metu buvo skirtas kitam termobranduolinio reaktoriaus dizainui – Wendelstein 7-X stelaratoriui (stellaratoriaus vidinė struktūra yra sudėtingesnė nei ITER, kuris yra tokamakas). Išleidę šiek tiek daugiau nei 1 milijardą dolerių, vokiečių mokslininkai per 9 metus iki 2015 metų sukūrė sumažintą demonstracinį reaktoriaus modelį. Jei jis parodys gerus rezultatus, bus sukurta didesnė versija.

Prancūzijos „MegaJoule Laser“ bus galingiausias pasaulyje lazeris ir bandys tobulinti lazeriu pagrįstą branduolių sintezės reaktoriaus statybos metodą. Tikimasi, kad prancūziška instaliacija bus pradėta eksploatuoti 2018 m.

NIF (National Ignition Facility) buvo pastatytas JAV per 12 metų ir iki 2012 m. už 4 milijardus dolerių. Jie tikėjosi išbandyti technologiją ir tuoj pat pastatyti reaktorių, tačiau paaiškėjo, kad, kaip praneša Vikipedija, reikės daug dirbti, jei sistema kada nors užsidegs. Dėl to grandioziniai planai buvo atšaukti ir mokslininkai ėmė palaipsniui tobulinti lazerį. Paskutinis iššūkis yra padidinti energijos perdavimo efektyvumą nuo 7% iki 15%. Priešingu atveju Kongreso finansavimas šiam sintezės metodui gali būti nutrauktas.

2015 m. pabaigoje Sarove buvo pradėtas statyti pastatas, skirtas galingiausiam pasaulyje lazeriniam įrenginiui. Jis bus galingesnis už dabartinius amerikietiškus ir būsimus prancūziškus ir leis atlikti eksperimentus, reikalingus „lazerinei“ reaktoriaus versijai statyti. Statybos pabaiga 2020 m.

JAV esantis MagLIF sintezės lazeris yra pripažintas tamsiuoju arkliu tarp termobranduolinės sintezės metodų. Pastaruoju metu šis metodas rodė geresnius rezultatus nei tikėtasi, tačiau galią vis tiek reikia padidinti 1000 kartų. Šiuo metu lazeris atnaujinamas, o iki 2018 metų mokslininkai tikisi gauti tiek pat energijos, kiek išleido. Jei pasiseks, bus sukurta didesnė versija.

Rusijos branduolinės fizikos institutas atkakliai eksperimentavo su „atvirų spąstų“ metodu, kurio Jungtinės Valstijos atsisakė 90-aisiais. Dėl to buvo gauti rodikliai, kurie buvo laikomi neįmanomi šiam metodui. BINP mokslininkai mano, kad jų įrengimas dabar yra vokiško Wendelstein 7-X lygio (Q=0,1), bet pigesnis. Dabar jie stato naują instaliaciją už 3 milijardus rublių

Kurchatovo instituto vadovas nuolat primena planus Rusijoje statyti nedidelį termobranduolinį reaktorių – „Ignitor“. Pagal planą jis turėtų būti toks pat efektyvus kaip ITER, nors ir mažesnis. Jo statyba turėjo būti pradėta prieš 3 metus, tačiau tokia situacija būdinga dideliems mokslo projektams.

2016 metų pradžioje Kinijos tokamakas EAST sugebėjo pasiekti 50 milijonų laipsnių temperatūrą ir išlaikyti ją 102 sekundes. Prieš pradedant statyti didžiulius reaktorius ir lazerius, visos naujienos apie termobranduolinę sintezę buvo tokios. Galima manyti, kad tai tik mokslininkų konkurencija, kas gali ilgiau išlaikyti vis aukštesnę temperatūrą. Kuo aukštesnė plazmos temperatūra ir kuo ilgiau ją galima išlaikyti, tuo arčiau sintezės reakcijos pradžios. Pasaulyje yra dešimtys tokių instaliacijų, statomos dar kelios () (), tad netrukus bus sumuštas RYTŲ rekordas. Iš esmės šie maži reaktoriai tik išbando įrangą prieš siunčiant į ITER.

„Lockheed Martin“ paskelbė apie sintezės energijos proveržį 2015 m., kuris leistų per 10 metų pastatyti nedidelį ir mobilų branduolių sintezės reaktorių. Atsižvelgiant į tai, kad net labai didelių ir visai ne mobilių komercinių reaktorių nebuvo tikimasi iki 2040 m., korporacijos pranešimas buvo sutiktas skeptiškai. Tačiau įmonė turi daug išteklių, tad kas gali žinoti. Prototipas tikimasi 2020 m.

Populiarus Silicio slėnio startuolis „Helion Energy“ turi savo unikalų planą pasiekti termobranduolinės sintezės. Bendrovė surinko daugiau nei 10 milijonų dolerių ir tikisi sukurti prototipą iki 2019 m.

Žemo profilio startuolis Tri Alpha Energy pastaruoju metu pasiekė įspūdingų rezultatų propaguodamas savo sintezės metodą (teoretikai sukūrė >100 teorinių būdų, kaip pasiekti sintezę, tokamakas yra tiesiog paprasčiausias ir populiariausias). Bendrovė taip pat pritraukė daugiau nei 100 milijonų dolerių investuotojų lėšų.

Kanados startuolio „General Fusion“ reaktoriaus projektas dar labiau skiriasi nuo kitų, tačiau kūrėjai juo pasitiki ir per 10 metų surinko daugiau nei 100 mln. USD, kad iki 2020 m.

JK įsikūręs startuolis „First light“ turi prieinamiausią svetainę, suformuotą 2014 m., ir paskelbė apie planus panaudoti naujausius mokslinius duomenis branduolių sintezei gaminti mažesnėmis sąnaudomis.

MIT mokslininkai parašė dokumentą, kuriame aprašomas kompaktiškas branduolių sintezės reaktorius. Jie remiasi naujomis technologijomis, atsiradusiomis pradėjus statyti milžiniškus tokamakus, ir žada projektą užbaigti per 10 metų. Kol kas nežinoma, ar jiems bus uždegta žalia šviesa pradėti statybas. Net ir patvirtinus, straipsnis žurnale yra dar ankstesnis etapas nei startuolis

Branduolinė sintezė yra turbūt mažiausiai tinkama pramonė sutelktiniam finansavimui. Tačiau būtent su jo pagalba ir NASA finansavimu Lawrenceville Plasma Physics kompanija ketina sukurti savo reaktoriaus prototipą. Iš visų vykdomų projektų šis labiausiai atrodo kaip sukčiai, bet kas žino, gal jie įneš ką nors naudingo į šį grandiozinį darbą.

ITER bus tik prototipas, skirtas statyti visavertį DEMO įrenginį – pirmąjį komercinį branduolių sintezės reaktorių. Dabar jo pristatymas numatytas 2044 m. ir tai vis dar yra optimistinė prognozė.

Tačiau yra planų kitam etapui. Hibridinis termobranduolinis reaktorius gaus energiją ir iš atominio skilimo (kaip ir įprastinė atominė elektrinė), ir iš sintezės. Šioje konfigūracijoje energijos gali būti 10 kartų daugiau, tačiau saugumas mažesnis. Kinija tikisi sukurti prototipą iki 2030 m., tačiau ekspertai teigia, kad tai būtų panašu į bandymą sukurti hibridinius automobilius prieš išradus vidaus degimo variklį.

Apatinė eilutė

Žymos: pridėti žymų

Sintezės jėgainė.

Šiuo metu mokslininkai kuria termobranduolinę elektrinę, kurios privalumas – aprūpinti žmoniją elektra neribotą laiką. Termobranduolinė elektrinė veikia termobranduolinės sintezės pagrindu – sunkiųjų vandenilio izotopų sintezės reakcija su helio susidarymu ir energijos išsiskyrimu. Termobranduolinės sintezės reakcijos metu nesusidaro dujinės ar skystos radioaktyviosios atliekos ir nesusidaro plutonis, kuris naudojamas branduoliniams ginklams gaminti. Jei dar atsižvelgsime į tai, kad termobranduolinių stočių kuras bus sunkusis vandenilio izotopas deuteris, gaunamas iš paprasto vandens – pusėje litro vandens yra sintezės energija, lygiavertė tai, kuri gaunama sudeginant benzino statinę – tai privalumai: išryškėja termobranduolinėmis reakcijomis pagrįstos elektrinės .

Termobranduolinės reakcijos metu energija išsiskiria, kai susijungia lengvieji atomai ir virsta sunkesniais. Norint tai pasiekti, būtina pašildyti dujas iki daugiau nei 100 milijonų laipsnių temperatūros – daug aukštesnės nei Saulės centro temperatūra.

Dujos šioje temperatūroje virsta plazma. Tuo pačiu metu vandenilio izotopų atomai susilieja, virsdami helio atomais ir neutronais ir išskirdami daug energijos. Šiuo principu veikiančioje komercinėje jėgainėje būtų naudojama tankios medžiagos (ličio) sluoksniu moderuojama neutronų energija.

Palyginti su atomine elektrine, branduolių sintezės reaktorius paliks daug mažiau radioaktyvių atliekų.

Tarptautinis termobranduolinis reaktorius ITER

Tarptautinio konsorciumo, kuriančio pirmąjį pasaulyje termobranduolinį reaktorių ITER, dalyviai Briuselyje pasirašė susitarimą, kuriuo pradedamas praktinis projekto įgyvendinimas.

Europos Sąjungos, JAV, Japonijos, Kinijos, Pietų Korėjos ir Rusijos atstovai eksperimentinį reaktorių ketina pradėti statyti 2007 metais ir užbaigti per aštuonerius metus. Jei viskas klostysis pagal planą, iki 2040 metų galėtų būti pastatyta nauju principu veikianti parodomoji jėgainė.

Norėtųsi tikėti, kad aplinkai pavojingų hidroelektrinių ir atominių elektrinių era greitai baigsis ir ateis laikas naujai elektrinei – termobranduolinei, kurios projektas jau įgyvendinamas. Tačiau nepaisant to, kad ITER (Tarptautinis termobranduolinis reaktorius) projektas yra beveik paruoštas; Nepaisant to, kad jau prie pirmųjų veikiančių eksperimentinių termobranduolinių reaktorių buvo gauta viršija 10 MW galia – pirmųjų atominių elektrinių lygis, pirmoji termobranduolinė elektrinė pradės veikti ne anksčiau kaip po dvidešimties metų, nes jos savikaina yra labai didelė. . Darbų kaina vertinama 10 milijardų eurų – tai brangiausias tarptautinės elektrinės projektas. Pusę reaktoriaus statybos išlaidų padengia Europos Sąjunga. Kiti konsorciumo dalyviai skirs 10% sąmatos.

Dabar brangiausiu visų laikų bendru moksliniu projektu tapsiančio reaktoriaus statybos planą turi patvirtinti konsorciumo šalių parlamentarai.

Reaktorius bus statomas pietinėje Prancūzijos Provanso provincijoje, netoli Kadarašo miesto, kuriame įsikūręs Prancūzijos branduolinių tyrimų centras.

Kaip viskas prasidėjo? „Energijos iššūkis“ atsirado dėl šių trijų veiksnių derinio:

1. Žmonija dabar sunaudoja didžiulį kiekį energijos.

Šiuo metu pasaulyje sunaudojama apie 15,7 teravatų (TW). Padalijus šią vertę iš pasaulio gyventojų skaičiaus, gauname maždaug 2400 vatų vienam žmogui, kurį galima lengvai įvertinti ir vizualizuoti. Kiekvieno Žemės gyventojo (taip pat ir vaikų) suvartojama energija atitinka 24 šimto vatų elektros lempų veikimą visą parą. Tačiau šios energijos suvartojimas visoje planetoje yra labai netolygus, nes kai kuriose šalyse jis yra labai didelis, o kitose – nereikšmingas. Sunaudojimas (vienam žmogui) lygus 10,3 kW JAV (viena iš rekordinių dydžių), 6,3 kW Rusijos Federacijoje, 5,1 kW JK ir tt, bet, kita vertus, lygus. tik 0,21 kW Bangladeše (tik 2% JAV energijos suvartojimo!).

2. Pasaulio energijos suvartojimas smarkiai didėja.

Tarptautinės energijos agentūros (2006 m.) duomenimis, iki 2030 m. pasaulio energijos suvartojimas turėtų padidėti 50 proc. Žinoma, išsivysčiusios šalys galėtų puikiai išsiversti ir be papildomos energijos, tačiau šis augimas būtinas, kad žmonės išbristų iš skurdo besivystančiose šalyse, kur 1,5 mlrd. žmonių kenčia nuo didelio energijos trūkumo.

3. Šiuo metu 80 % pasaulio energijos gaunama deginant iškastinį kurą (nafta, anglis ir dujos), kurių naudojimas:
a) gali sukelti katastrofiškų aplinkos pokyčių pavojų;
b) kada nors neišvengiamai turi baigtis.

Iš to, kas pasakyta, aišku, kad dabar turime pasiruošti iškastinio kuro naudojimo eros pabaigai

Šiuo metu atominės elektrinės dideliu mastu gamina energiją, išsiskiriančią vykstant atomų branduolių dalijimosi reakcijoms. Tokių stočių kūrimas ir plėtra turėtų būti skatinama visais įmanomais būdais, tačiau reikia atsižvelgti į tai, kad per artimiausius 50 metų gali būti visiškai išnaudotos ir vienos iš svarbiausių medžiagų jų veiklai (pigaus urano) atsargos. . Branduolio dalijimosi energijos galimybes galima (ir turėtų) gerokai išplėsti naudojant efektyvesnius energijos ciklus, leidžiančius pagaminamos energijos kiekį beveik padvigubinti. Norint plėtoti energiją šia kryptimi, reikia sukurti torio reaktorius (vadinamuosius torio reaktorius arba dauginamuosius reaktorius), kuriuose vykstant reakcijai susidaro daugiau torio nei pirminiame urane, dėl to bendras pagaminamos energijos kiekis. tam tikram medžiagos kiekiui padidėja 40 kartų. Taip pat atrodo perspektyvu sukurti plutonio augintojus naudojant greituosius neutronus, kurie yra daug efektyvesni nei urano reaktoriai ir gali pagaminti 60 kartų daugiau energijos. Gali būti, kad plėtojant šias sritis reikės sukurti naujus, nestandartinius urano gavimo būdus (pavyzdžiui, iš jūros vandens, kuris atrodo labiausiai prieinamas).

Sintezės jėgainės

Paveikslėlyje parodyta termobranduolinės elektrinės įrenginio ir veikimo principo schema (ne pagal mastelį). Centrinėje dalyje yra ~2000 m3 tūrio toroidinė (spurgos formos) kamera, užpildyta tričio-deuterio (T-D) plazma, įkaitinta iki aukštesnės nei 100 M°C temperatūros. Sintezės reakcijos metu susidarę neutronai (1) palieka „magnetinį butelį“ ir patenka į paveikslėlyje pavaizduotą apie 1 m storio apvalkalą.

Korpuso viduje neutronai susiduria su ličio atomais, todėl vyksta reakcija, kurios metu susidaro tritis:

neutronas + litis → helis + tritis

Be to, sistemoje vyksta konkuruojančios reakcijos (nesusidarant tričiui), taip pat daug reakcijų, kai išsiskiria papildomi neutronai, dėl kurių taip pat susidaro tritis (šiuo atveju gali atsirasti papildomų neutronų išsiskyrimo). žymiai sustiprintas, pavyzdžiui, į apvalkalą įvedant berilio atomus ir šviną). Bendra išvada yra tokia, kad šiame objekte (bent jau teoriškai) gali vykti branduolių sintezės reakcija, kurios metu susidarytų tritis. Tokiu atveju gaminamas tričio kiekis turėtų ne tik patenkinti paties įrenginio poreikius, bet ir būti dar kiek didesnis, o tai leis naujus įrenginius aprūpinti tričiu. Būtent ši veikimo koncepcija turi būti išbandyta ir įdiegta toliau aprašytame ITER reaktoriuje.

Be to, neutronai turi įkaitinti apvalkalą vadinamuosiuose bandomuosiuose įrenginiuose (kuriuose bus naudojamos santykinai „įprastos“ statybinės medžiagos) iki maždaug 400 °C. Ateityje planuojama sukurti patobulintus įrenginius, kurių korpuso šildymo temperatūra viršytų 1000°C, o tai būtų galima pasiekti naudojant naujausias didelio stiprumo medžiagas (pavyzdžiui, silicio karbido kompozitus). Korpuse susidariusią šilumą, kaip ir įprastose stotyse, paima pirminis aušinimo kontūras su aušinimo skysčiu (kuriame yra, pavyzdžiui, vandens arba helio) ir perduodama antriniam kontūrui, kur gaminamas vandens garas ir tiekiamas į turbinas.

1985 – Sovietų Sąjunga pasiūlė naujos kartos Tokamako elektrinę, pasinaudodama keturių pirmaujančių šalių patirtimi kuriant branduolių sintezės reaktorius. Jungtinės Amerikos Valstijos kartu su Japonija ir Europos bendrija pateikė pasiūlymą dėl projekto įgyvendinimo.

Šiuo metu Prancūzijoje statomas toliau aprašytas tarptautinis eksperimentinis termobranduolinis reaktorius ITER (International Tokamak Experimental Reactor), kuris bus pirmasis tokamakas, galintis „uždegti“ plazmą.

Pažangiausi esami tokamako įrenginiai jau seniai pasiekė apie 150 M°C temperatūrą, artimą sintezės stočiai reikalingų verčių, tačiau ITER reaktorius turėtų būti pirmoji didelės apimties elektrinė, sukurta ilgą laiką. - terminuota operacija. Ateityje reikės žymiai pagerinti jo veikimo parametrus, todėl pirmiausia reikės padidinti slėgį plazmoje, nes branduolių sintezės greitis tam tikroje temperatūroje yra proporcingas slėgio kvadratui. Pagrindinė mokslinė problema šiuo atveju susijusi su tuo, kad padidėjus slėgiui plazmoje, atsiranda labai sudėtingi ir pavojingi nestabilumai, tai yra nestabilūs darbo režimai.

Kodėl mums to reikia?

Pagrindinis branduolių sintezės privalumas yra tas, kad jai reikia tik labai nedidelio kiekio medžiagų, kurios gamtoje yra labai paplitusios kaip kuras. Branduolinės sintezės reakcija aprašytuose įrenginiuose gali sukelti milžinišką energijos kiekį, dešimt milijonų kartų didesnį nei standartinė šiluma, išsiskirianti vykstant įprastoms cheminėms reakcijoms (pvz., deginant iškastinį kurą). Palyginimui nurodome, kad 1 gigavato (GW) šiluminės elektrinės energijai gaminti reikalingas anglies kiekis yra 10 000 tonų per dieną (dešimt geležinkelio vagonų), o tokios pat galios termobranduolinės sintezės jėgainė sunaudos tik apie 1 kilogramas D+T mišinio per dieną.

Deuteris yra stabilus vandenilio izotopas; Maždaug vienoje iš 3350 paprasto vandens molekulių vienas iš vandenilio atomų yra pakeistas deuteriu (Didžiojo sprogimo palikimas). Šis faktas leidžia lengvai organizuoti gana pigią reikiamo kiekio deuterio gamybą iš vandens. Sunkiau gauti tričio, kuris yra nestabilus (pusėjimo laikas yra apie 12 metų, todėl jo kiekis gamtoje yra nereikšmingas), tačiau, kaip parodyta aukščiau, tritis eksploatacijos metu atsiras tiesiai termobranduolinio įrenginio viduje, dėl neutronų reakcijos su ličiu.

Taigi pradinis branduolių sintezės reaktoriaus kuras yra litis ir vanduo. Litis yra įprastas metalas, plačiai naudojamas buitiniuose prietaisuose (mobiliųjų telefonų baterijose ir kt.). Aukščiau aprašytas įrenginys, net ir įvertinus ne idealų efektyvumą, galės pagaminti 200 000 kWh elektros energijos, o tai prilygsta energijai, esančiai 70 tonų anglies. Tam reikalingas ličio kiekis yra vienoje kompiuterio baterijoje, o deuterio – 45 litrai vandens. Aukščiau pateikta vertė atitinka dabartinį elektros suvartojimą (skaičiuojant vienam asmeniui) ES šalyse per 30 metų. Pats faktas, kad toks nežymus ličio kiekis gali užtikrinti tokio kiekio elektros gamybą (be CO2 emisijų ir be menkiausios oro taršos), yra gana rimtas argumentas už sparčiausią ir energingiausią termobranduolinės energijos plėtrą (nepaisant visų sunkumų ir problemų) ir net šimtu procentų nepasitikėdami tokių tyrimų sėkme.

Deuterio turėtų užtekti milijonams metų, o lengvai išgaunamo ličio atsargų pakanka šimtų metų poreikiams patenkinti. Net jei uolienose baigiasi ličio kiekis, galime jį išgauti iš vandens, kur jo koncentracija yra pakankamai didelė (100 kartų didesnė už urano koncentraciją), kad jo išgavimas būtų ekonomiškai pagrįstas.

Netoli Kadarašo miesto Prancūzijoje statomas eksperimentinis termobranduolinis reaktorius (International thermonuclear experimental reactor). Pagrindinis ITER projekto tikslas – įgyvendinti kontroliuojamą termobranduolinės sintezės reakciją pramoniniu mastu.

Termobranduolinio kuro svorio vienetui gaunama apie 10 milijonų kartų daugiau energijos nei deginant tokį pat kiekį organinio kuro ir apie šimtą kartų daugiau nei skaldant urano branduolius šiuo metu veikiančių atominių elektrinių reaktoriuose. Jei mokslininkų ir dizainerių skaičiavimai išsipildys, tai suteiks žmonijai neišsenkamą energijos šaltinį.

Todėl nemažai šalių (Rusija, Indija, Kinija, Korėja, Kazachstanas, JAV, Kanada, Japonija, Europos Sąjungos šalys) suvienijo jėgas kurdamos Tarptautinį termobranduolinių tyrimų reaktorių – naujų elektrinių prototipą.

ITER yra įrenginys, sukuriantis sąlygas vandenilio ir tričio atomų (vandenilio izotopų) sintezei, todėl susidaro naujas atomas – helio atomas. Šį procesą lydi didžiulis energijos pliūpsnis: plazmos, kurioje vyksta termobranduolinė reakcija, temperatūra yra apie 150 milijonų laipsnių Celsijaus (palyginimui, Saulės šerdies temperatūra yra 40 milijonų laipsnių). Tokiu atveju izotopai išdega, todėl radioaktyviųjų atliekų praktiškai nelieka.
Dalyvavimo tarptautiniame projekte schemoje numatytas reaktoriaus komponentų tiekimas ir jo statybos finansavimas. Mainais už tai kiekviena dalyvaujanti šalis gauna visišką prieigą prie visų termobranduolinio reaktoriaus kūrimo technologijų ir visų eksperimentinių darbų, susijusių su šiuo reaktoriumi, rezultatais, kurie bus pagrindu kuriant serijinės galios termobranduolinius reaktorius.

Termobranduolinės sintezės principu veikiantis reaktorius neturi radioaktyvios spinduliuotės ir yra visiškai saugus aplinkai. Jis gali būti beveik bet kurioje pasaulio vietoje, o jo kuras yra paprastas vanduo. Numatoma, kad ITER statybos truks apie dešimt metų, o po to reaktorius bus naudojamas 20 metų.

Rusijos interesams Tarptautinės ITER termobranduolinio reaktoriaus statybos organizacijos taryboje artimiausiais metais atstovaus Rusijos mokslų akademijos narys korespondentas Michailas Kovalčiukas, Kurchatovo instituto direktorius, Rusijos akademijos Kristalografijos institutas. Prezidento tarybos mokslo, technologijų ir švietimo klausimais mokslai ir mokslinis sekretorius. Kovalčiukas šiose pareigose laikinai pakeis akademiką Jevgenijų Velikhovą, kuris kitiems dvejiems metams buvo išrinktas ITER tarptautinės tarybos pirmininku ir neturi teisės derinti šių pareigų su dalyvaujančios šalies oficialaus atstovo pareigomis.

Bendra statybų kaina skaičiuojama 5 milijardais eurų, tiek pat reikės bandomajam reaktoriaus eksploatavimui. Indijos, Kinijos, Korėjos, Rusijos, JAV ir Japonijos akcijos sudaro apie 10 procentų visos vertės, 45 procentus – iš Europos Sąjungos šalių. Tačiau Europos valstybės dar nesusitarė, kaip tiksliai bus paskirstytos išlaidos. Dėl šios priežasties statybų pradžia buvo nukelta į 2010 m. balandžio mėn. Nepaisant paskutinio vėlavimo, su ITER susiję mokslininkai ir pareigūnai teigia, kad projektą galės užbaigti iki 2018 m.

Numatoma ITER termobranduolinė galia yra 500 megavatų. Atskiros magnetinės dalys pasiekia 200–450 tonų svorį. ITER vėsinimui per dieną reikės 33 tūkst. kubinių metrų vandens.

1998 metais JAV nustojo finansuoti savo dalyvavimą projekte. Respublikonams atėjus į valdžią ir Kalifornijoje prasidėjus elektros energijos tiekimui, Busho administracija paskelbė apie didinančias investicijas į energetiką. JAV neketino dalyvauti tarptautiniame projekte ir užsiėmė savo termobranduoliniu projektu. 2002 m. pradžioje prezidento Bušo patarėjas technologijų klausimais Johnas Marburgeris III pasakė, kad Jungtinės Valstijos persigalvojo ir ketina grįžti prie projekto.

Dalyvių skaičiumi projektas lyginamas su kitu dideliu tarptautiniu moksliniu projektu – Tarptautine kosmine stotimi. ITER kaina, kuri anksčiau siekė 8 milijardus dolerių, tada siekė mažiau nei 4 mlrd. JAV pasitraukus iš dalyvavimo, buvo nuspręsta reaktoriaus galią sumažinti nuo 1,5 GW iki 500 MW. Atitinkamai sumažėjo ir projekto kaina.

2002 m. birželį Rusijos sostinėje vyko simpoziumas „ITER Days in Moscow“. Jame buvo aptartos teorinės, praktinės ir organizacinės projekto atgaivinimo problemos, kurių sėkmė gali pakeisti žmonijos likimą ir suteikti jai naujos rūšies energijos, efektyvumu ir ekonomiškumu prilygstančią tik Saulės energijai.

2010 m. liepą ITER tarptautinio termobranduolinio reaktoriaus projekte dalyvaujančių šalių atstovai neeiliniame posėdyje, vykusiame Kadaraše (Prancūzija), patvirtino jo biudžetą ir statybos grafiką. .

Paskutiniame neeiliniame posėdyje projekto dalyviai patvirtino pirmųjų eksperimentų su plazma pradžios datą – 2019 m. Visi eksperimentai planuojami 2027 m. kovo mėnesį, nors projekto vadovybė paprašė techninių specialistų pabandyti optimizuoti procesą ir pradėti eksperimentus 2026 m. Susitikimo dalyviai sprendė ir dėl reaktoriaus statybos sąnaudų, tačiau sumos, kurias planuojama išleisti įrenginiui sukurti, neatskleidžiamos. Remiantis informacija, kurią portalo ScienceNOW redaktorius gavo iš neįvardijamo šaltinio, iki eksperimentų pradžios ITER projekto kaina gali siekti 16 milijardų eurų.

Susitikimas Kadaraše taip pat buvo pirmoji oficiali naujojo projekto direktoriaus, japonų fiziko Osamu Motojimos darbo diena. Prieš jį projektui nuo 2005 metų vadovavo japonas Kaname Ikeda, kuris panoro palikti savo postą iš karto po to, kai buvo patvirtintas biudžetas ir statybos terminai.

ITER branduolių sintezės reaktorius yra bendras Europos Sąjungos, Šveicarijos, Japonijos, JAV, Rusijos, Pietų Korėjos, Kinijos ir Indijos projektas. ITER kūrimo idėja buvo svarstoma dar praėjusio amžiaus 80-aisiais, tačiau dėl finansinių ir techninių sunkumų projekto kaina nuolat auga, o statybų pradžios data vis atidedama. 2009 metais ekspertai tikėjosi, kad reaktoriaus kūrimo darbai prasidės 2010 metais. Vėliau ši data buvo perkelta ir iš pradžių 2018-ieji, o vėliau 2019-ieji buvo įvardinti kaip reaktoriaus paleidimo laikas.

Termobranduolinės sintezės reakcijos – tai lengvųjų izotopų branduolių susiliejimo reakcijos į sunkesnį branduolį, kurią lydi didžiulis energijos išsiskyrimas. Teoriškai branduolių sintezės reaktoriai gali pagaminti daug energijos už mažą kainą, tačiau šiuo metu mokslininkai išleidžia daug daugiau energijos ir pinigų sintezės reakcijai pradėti ir palaikyti.

Termobranduolinė sintezė yra pigus ir aplinkai nekenksmingas energijos gamybos būdas. Nekontroliuojama termobranduolinė sintezė Saulėje vyksta jau milijardus metų – helis susidaro iš sunkaus vandenilio izotopo deuterio. Taip išsiskiria didžiulis energijos kiekis. Tačiau žmonės Žemėje dar neišmoko valdyti tokių reakcijų.

ITER reaktoriuje kaip kuras bus naudojami vandenilio izotopai. Termobranduolinės reakcijos metu energija išsiskiria, kai lengvieji atomai susijungia į sunkesnius. Norint tai pasiekti, dujos turi būti įkaitintos iki daugiau nei 100 milijonų laipsnių temperatūros – daug didesnės nei temperatūra Saulės centre. Dujos šioje temperatūroje virsta plazma. Tuo pačiu metu vandenilio izotopų atomai susilieja, virsdami helio atomais, išskirdami daug neutronų. Tokiu principu veikianti jėgainė naudos tankios medžiagos (ličio) sluoksnio sulėtintą neutronų energiją.

Kodėl termobranduolinių įrenginių kūrimas užtruko taip ilgai?

Kodėl tokios svarbios ir vertingos instaliacijos, apie kurių naudą kalbama beveik pusę amžiaus, dar nesukurtos? Yra trys pagrindinės priežastys (aptartos toliau), iš kurių pirmoji gali būti vadinama išorine arba socialine, o kitos dvi – vidinės, tai yra nulemtos pačios termobranduolinės energijos vystymosi dėsnių ir sąlygų.

1. Ilgą laiką buvo manoma, kad praktinio termobranduolinės sintezės energijos panaudojimo problema nereikalauja skubių sprendimų ir veiksmų, nes dar praėjusio amžiaus 80-aisiais iškastinio kuro šaltiniai atrodė neišsenkantys, o aplinkos problemos ir klimato kaita – tai. nerūpi visuomenei. 1976 m. JAV Energetikos departamento Branduolinės sintezės energijos patariamasis komitetas bandė įvertinti mokslinių tyrimų ir plėtros bei demonstracinės branduolių sintezės elektrinės laiką pagal įvairias mokslinių tyrimų finansavimo galimybes. Kartu buvo nustatyta, kad metinis finansavimas šios krypties tyrimams yra visiškai nepakankamas, o jei bus išlaikytas esamas asignavimų lygis, termobranduolinių įrenginių kūrimas niekada nebus sėkmingas, nes skirtos lėšos neatitinka net iki minimalaus, kritinio lygio.

2. Rimtesnė kliūtis plėtoti šios srities tyrimus yra ta, kad aptariamo tipo termobranduolinis įrenginys negali būti sukurtas ir demonstruojamas nedideliu mastu. Iš toliau pateiktų paaiškinimų paaiškės, kad termobranduolinės sintezės metu reikia ne tik magnetinio plazmos uždarymo, bet ir pakankamo jos kaitinimo. Išnaudotos ir gaunamos energijos santykis didėja bent jau proporcingai įrenginio linijinių matmenų kvadratui, dėl to termobranduolinių įrenginių mokslines ir technines galimybes bei pranašumus galima išbandyti ir įrodyti tik gana didelėse stotyse, pvz. kaip minėtas ITER reaktorius. Visuomenė tiesiog nebuvo pasirengusi finansuoti tokių didelių projektų, kol nebuvo pakankamai pasitikėjimo sėkme.

3. Termobranduolinės energijos plėtra buvo labai sudėtinga, tačiau (nepaisant nepakankamo finansavimo ir sunkumų parenkant centrus JET ir ITER įrenginiams kurti), pastaraisiais metais buvo pastebėta aiški pažanga, nors veikiančios stoties dar nebuvo sukurta.

Šiuolaikinis pasaulis susiduria su labai rimtu energetikos iššūkiu, kurį tiksliau būtų galima pavadinti „neaiškia energijos krize“. Problema susijusi su tuo, kad iškastinio kuro atsargos gali baigtis antroje šio amžiaus pusėje. Be to, deginant iškastinį kurą gali tekti kažkaip sekvestruoti ir „sandėliuoti“ į atmosferą išleistą anglies dioksidą (aukščiau minėta CCS programa), kad būtų išvengta didelių planetos klimato pokyčių.

Šiuo metu beveik visa žmonijos suvartojama energija sukuriama deginant iškastinį kurą, o problemos sprendimas gali būti siejamas su saulės energijos ar branduolinės energijos panaudojimu (greitai besiskleidžiančių reaktorių kūrimu ir pan.). Pasaulinė problema, kurią sukelia augantis besivystančių šalių gyventojų skaičius ir poreikis gerinti gyvenimo lygį bei didinti gaminamos energijos kiekį, negali būti išspręsta remiantis vien šiais metodais, nors, žinoma, bet kokie bandymai sukurti alternatyvius energijos gamybos būdus. turėtų būti skatinami.

Griežtai kalbant, turime nedidelį elgesio strategijų pasirinkimą, o termobranduolinės energijos plėtra yra nepaprastai svarbi, net nepaisant sėkmės garantijos stokos. „Financial Times“ laikraštis (2004 m. sausio 25 d.) rašė apie tai:

Tikėkimės, kad termobranduolinės energetikos plėtros kelyje didelių ir netikėtų netikėtumų nebus. Tokiu atveju maždaug po 30 metų iš jos pirmą kartą galėsime tiekti elektros srovę į energetikos tinklus, o po kiek daugiau nei 10 metų pradės veikti pirmoji komercinė termobranduolinė elektrinė. Gali būti, kad antroje šio amžiaus pusėje branduolinės sintezės energija pradės pakeisti iškastinį kurą ir palaipsniui pradės vaidinti vis svarbesnį vaidmenį aprūpinant žmoniją energija pasauliniu mastu.

Nėra absoliučios garantijos, kad termobranduolinės energijos (kaip veiksmingo ir didelio masto energijos šaltinio visai žmonijai) kūrimo užduotis bus sėkmingai atlikta, tačiau sėkmės tikimybė šia kryptimi yra gana didelė. Atsižvelgiant į didžiulį termobranduolinių stočių potencialą, visos sąnaudos projektams, skirtoms jų sparčiai (ir netgi paspartintai) plėtrai, gali būti laikomos pagrįstomis, juolab kad šios investicijos atrodo labai kuklios milžiniškos pasaulinės energijos rinkos fone (4 trilijonai USD per metus8). Žmonijos energijos poreikių tenkinimas yra labai rimta problema. Kadangi iškastinis kuras tampa vis mažiau prieinamas (o jo naudojimas tampa nepageidautinas), situacija keičiasi, ir mes tiesiog negalime sau leisti nevystyti sintezės energijos.

Į klausimą „Kada atsiras termobranduolinė energija? Levas Artsimovičius (pripažintas šios srities tyrimų pradininkas ir lyderis) kartą atsakė, kad „jis bus sukurtas tada, kai tai taps tikrai reikalinga žmonijai“.

ITER bus pirmasis branduolių sintezės reaktorius, kuris pagamins daugiau energijos nei sunaudoja. Mokslininkai išmatuoja šią charakteristiką naudodami paprastą koeficientą, kurį jie vadina „Q“. Jei ITER pasieks visus savo mokslinius tikslus, jis pagamins 10 kartų daugiau energijos nei suvartoja. Paskutinis pastatytas prietaisas, Jungtinės Europos Torus Anglijoje, yra mažesnis prototipas branduolių sintezės reaktorius, kurio paskutiniuose mokslinių tyrimų etapuose Q vertė buvo beveik 1. Tai reiškia, kad jis pagamino lygiai tiek pat energijos, kiek sunaudojo. . ITER bus daugiau nei tai, pademonstruodamas energijos kūrimą sintezės būdu ir pasiekęs 10 Q vertę. Idėja yra pagaminti 500 MW sunaudojant maždaug 50 MW energijos. Taigi vienas iš mokslinių ITER tikslų yra įrodyti, kad galima pasiekti Q reikšmę 10.

Kitas mokslinis tikslas yra tai, kad ITER turėtų labai ilgą „degimo“ laiką – pailgintos trukmės impulsą iki vienos valandos. ITER yra eksperimentinis mokslinių tyrimų reaktorius, kuris negali nuolat gaminti energijos. Kai ITER pradės veikti, jis veiks vieną valandą, po to jį reikės išjungti. Tai svarbu, nes iki šiol mūsų sukurti tipiniai įrenginiai galėjo degti kelias sekundes ar net dešimtąsias sekundės dalis – tai maksimalus. „Joint European Torus“ pasiekė savo Q reikšmę 1, degimo trukmei maždaug dvi sekundės, o impulso trukmė – 20 sekundžių. Tačiau kelias sekundes trunkantis procesas tikrai nėra nuolatinis. Pagal analogiją su automobilio variklio užvedimu: trumpam užvesti variklį, o paskui jį išjungti, dar nėra tikras automobilio veikimas. Tik važinėjant savo automobiliu pusvalandį, jis pasieks pastovų darbo režimą ir pademonstruos, kad tokį automobilį tikrai galima vairuoti.

Tai reiškia, kad techniniu ir moksliniu požiūriu ITER užtikrins Q reikšmę 10 ir padidins degimo laiką.

Termobranduolinės sintezės programa yra tikrai tarptautinė ir plataus pobūdžio. Žmonės jau tikisi ITER sėkmės ir galvoja apie kitą žingsnį – sukurti pramoninio termobranduolinio reaktoriaus prototipą, pavadintą DEMO. Norint jį sukurti, ITER turi veikti. Turime pasiekti savo mokslinius tikslus, nes tai reikš, kad mūsų pateiktos idėjos yra visiškai įgyvendinamos. Tačiau sutinku, kad visada reikia galvoti apie tai, kas bus toliau. Be to, ITER veikiant 25–30 metų, mūsų žinios palaipsniui gilės ir plėsis ir galėsime tiksliau nubrėžti kitą žingsnį.

Iš tiesų, nėra diskusijų, ar ITER turėtų būti tokamakas. Kai kurie mokslininkai klausimą kelia visai kitaip: ar ITER turėtų egzistuoti? Įvairių šalių ekspertai, plėtodami savo, ne tokio didelio masto termobranduolinius projektus, įrodinėja, kad tokio didelio reaktoriaus apskritai nereikia.

Tačiau jų nuomonė vargu ar turėtų būti laikoma autoritetinga. Kuriant ITER dalyvavo fizikai, kelis dešimtmečius dirbantys su toroidiniais spąstais. Eksperimentinio termobranduolinio reaktoriaus Karadaše projektavimas buvo pagrįstas visomis žiniomis, įgytomis eksperimentuojant su dešimtimis pirmtakų tokamakų. Ir šie rezultatai rodo, kad reaktorius turi būti tokamakas ir tuo pačiu didelis.

JET Šiuo metu sėkmingiausiu tokamaku galima laikyti JET, kurį ES pastatė Didžiosios Britanijos Abingdono mieste. Tai didžiausias iki šiol sukurtas tokamako tipo reaktorius, kurio didelis plazminio toro spindulys siekia 2,96 metro. Termobranduolinės reakcijos galia jau pasiekė daugiau nei 20 megavatų, o sulaikymo laikas yra iki 10 sekundžių. Reaktorius grąžina apie 40% energijos, įdėtos į plazmą.

Būtent plazmos fizika lemia energijos balansą“, – Infox.ru sakė Igoris Semenovas. MIPT docentas, kas yra energijos balansas, apibūdino paprastu pavyzdžiu: „Visi matėme, kaip dega ugnis. Tiesą sakant, ten dega ne mediena, o dujos. Energijos grandinė ten tokia: dega dujos, malkos įkaista, mediena išgaruoja, dujos vėl dega. Todėl, jei mes įmesime vandenį į ugnį, mes staiga paimsime energiją iš sistemos skysto vandens faziniam perėjimui į garų būseną. Likutis taps neigiamas ir ugnis užges. Yra ir kitas būdas – galime tiesiog paimti ugnies ženklus ir paskleisti juos erdvėje. Ugnis taip pat užges. Tas pats yra termobranduoliniame reaktoriuje, kurį statome. Matmenys parenkami taip, kad būtų sukurtas tinkamas teigiamas šio reaktoriaus energijos balansas. Pakanka ateityje pastatyti tikrą atominę elektrinę, šiame eksperimentiniame etape išsprendžiant visas šiuo metu neišspręstas problemas.

Vieną kartą buvo pakeisti reaktoriaus matmenys. Tai atsitiko 20–21 amžių sandūroje, kai JAV pasitraukė iš projekto, o likę nariai suprato, kad ITER biudžetas (tuo metu buvo įvertintas 10 mlrd. JAV dolerių) yra per didelis. Fizikai ir inžinieriai turėjo sumažinti įrengimo išlaidas. Ir tai buvo galima padaryti tik dėl dydžio. ITER „perprojektavimui“ vadovavo prancūzų fizikas Robertas Aymaras, anksčiau dirbęs prie prancūziško Tore Supra tokamako Karadaše. Išorinis plazminio toro spindulys sumažintas nuo 8,2 iki 6,3 metro. Tačiau riziką, susijusią su dydžio sumažėjimu, iš dalies kompensavo keli papildomi superlaidūs magnetai, kurie leido įgyvendinti tuo metu atvirą ir ištirtą plazmos uždarymo režimą.

Kaip viskas prasidėjo? „Energijos iššūkis“ atsirado dėl šių trijų veiksnių derinio:

1. Žmonija dabar sunaudoja didžiulį kiekį energijos.

Šiuo metu pasaulyje sunaudojama apie 15,7 teravatų (TW). Padalijus šią vertę iš pasaulio gyventojų skaičiaus, gauname maždaug 2400 vatų vienam žmogui, kurį galima lengvai įvertinti ir vizualizuoti. Kiekvieno Žemės gyventojo (taip pat ir vaikų) suvartojama energija atitinka 24 šimto vatų elektros lempų veikimą visą parą. Tačiau šios energijos suvartojimas visoje planetoje yra labai netolygus, nes kai kuriose šalyse jis yra labai didelis, o kitose – nereikšmingas. Sunaudojimas (vienam žmogui) lygus 10,3 kW JAV (viena iš rekordinių dydžių), 6,3 kW Rusijos Federacijoje, 5,1 kW JK ir tt, bet, kita vertus, lygus. tik 0,21 kW Bangladeše (tik 2% JAV energijos suvartojimo!).

2. Pasaulio energijos suvartojimas smarkiai didėja.

Tarptautinės energijos agentūros (2006 m.) duomenimis, iki 2030 m. pasaulio energijos suvartojimas turėtų padidėti 50 proc. Žinoma, išsivysčiusios šalys galėtų puikiai išsiversti ir be papildomos energijos, tačiau šis augimas būtinas, kad žmonės išbristų iš skurdo besivystančiose šalyse, kur 1,5 mlrd. žmonių kenčia nuo didelio energijos trūkumo.

3. Šiuo metu 80 % pasaulio energijos gaunama deginant iškastinį kurą(nafta, anglis ir dujos), kurių naudojimas:

a) gali sukelti katastrofiškų aplinkos pokyčių pavojų;

b) kada nors neišvengiamai turi baigtis.

Iš to, kas pasakyta, aišku, kad dabar turime pasiruošti iškastinio kuro naudojimo eros pabaigai

Šiuo metu atominės elektrinės dideliu mastu gamina energiją, išsiskiriančią vykstant atomų branduolių dalijimosi reakcijoms. Tokių stočių kūrimas ir plėtra turėtų būti skatinama visais įmanomais būdais, tačiau reikia atsižvelgti į tai, kad per artimiausius 50 metų gali būti visiškai išnaudotos ir vienos iš svarbiausių medžiagų jų veiklai (pigaus urano) atsargos. . Branduolio dalijimosi energijos galimybes galima (ir turėtų) gerokai išplėsti naudojant efektyvesnius energijos ciklus, leidžiančius pagaminamos energijos kiekį beveik padvigubinti. Norint plėtoti energiją šia kryptimi, reikia sukurti torio reaktorius (vadinamuosius torio reaktorius arba dauginamuosius reaktorius), kuriuose vykstant reakcijai susidaro daugiau torio nei pirminiame urane, dėl to bendras pagaminamos energijos kiekis. tam tikram medžiagos kiekiui padidėja 40 kartų. Taip pat atrodo perspektyvu sukurti plutonio augintojus naudojant greituosius neutronus, kurie yra daug efektyvesni nei urano reaktoriai ir gali pagaminti 60 kartų daugiau energijos. Gali būti, kad plėtojant šias sritis reikės sukurti naujus, nestandartinius urano gavimo būdus (pavyzdžiui, iš jūros vandens, kuris atrodo labiausiai prieinamas).

Sintezės jėgainės

Paveikslėlyje parodyta termobranduolinės elektrinės įrenginio ir veikimo principo schema (ne pagal mastelį). Centrinėje dalyje yra ~2000 m3 tūrio toroidinė (spurgos formos) kamera, užpildyta tričio-deuterio (T–D) plazma, įkaitinta iki aukštesnės nei 100 M°C temperatūros. Sintezės reakcijos metu susidarę neutronai (1) palieka „magnetinį butelį“ ir patenka į paveikslėlyje pavaizduotą apie 1 m storio apvalkalą.

Korpuso viduje neutronai susiduria su ličio atomais, todėl vyksta reakcija, kurios metu susidaro tritis:

neutronas + litis → helis + tritis

Be to, sistemoje vyksta konkuruojančios reakcijos (nesusidarant tričiui), taip pat daug reakcijų, kai išsiskiria papildomi neutronai, dėl kurių taip pat susidaro tritis (šiuo atveju gali atsirasti papildomų neutronų išsiskyrimo). žymiai sustiprintas, pavyzdžiui, į apvalkalą įvedant berilio atomus ir šviną). Bendra išvada yra tokia, kad šiame objekte (bent jau teoriškai) gali vykti branduolių sintezės reakcija, kurios metu susidarytų tritis. Tokiu atveju gaminamas tričio kiekis turėtų ne tik patenkinti paties įrenginio poreikius, bet ir būti dar kiek didesnis, o tai leis naujus įrenginius aprūpinti tričiu. Būtent ši veikimo koncepcija turi būti išbandyta ir įdiegta toliau aprašytame ITER reaktoriuje.

Be to, neutronai turi įkaitinti apvalkalą vadinamuosiuose bandomuosiuose įrenginiuose (kuriuose bus naudojamos santykinai „įprastos“ statybinės medžiagos) iki maždaug 400 °C. Ateityje planuojama sukurti patobulintus įrenginius, kurių korpuso šildymo temperatūra viršytų 1000°C, o tai būtų galima pasiekti naudojant naujausias didelio stiprumo medžiagas (pavyzdžiui, silicio karbido kompozitus). Korpuse susidariusią šilumą, kaip ir įprastose stotyse, paima pirminis aušinimo kontūras su aušinimo skysčiu (kuriame yra, pavyzdžiui, vandens arba helio) ir perduodama antriniam kontūrui, kur gaminamas vandens garas ir tiekiamas į turbinas.

1985 – Sovietų Sąjunga pasiūlė naujos kartos Tokamako elektrinę, pasinaudodama keturių pirmaujančių šalių patirtimi kuriant branduolių sintezės reaktorius. Jungtinės Amerikos Valstijos kartu su Japonija ir Europos bendrija pateikė pasiūlymą dėl projekto įgyvendinimo.

Šiuo metu Prancūzijoje statomas toliau aprašytas tarptautinis eksperimentinis termobranduolinis reaktorius ITER (International Tokamak Experimental Reactor), kuris bus pirmasis tokamakas, galintis „uždegti“ plazmą.

Pažangiausi esami tokamako įrenginiai jau seniai pasiekė apie 150 M°C temperatūrą, artimą sintezės stočiai reikalingų verčių, tačiau ITER reaktorius turėtų būti pirmoji didelės apimties elektrinė, sukurta ilgą laiką. - terminuota operacija. Ateityje reikės žymiai pagerinti jo veikimo parametrus, todėl pirmiausia reikės padidinti slėgį plazmoje, nes branduolių sintezės greitis tam tikroje temperatūroje yra proporcingas slėgio kvadratui. Pagrindinė mokslinė problema šiuo atveju susijusi su tuo, kad padidėjus slėgiui plazmoje, atsiranda labai sudėtingi ir pavojingi nestabilumai, tai yra nestabilūs darbo režimai.

Kodėl mums to reikia?

Pagrindinis branduolių sintezės privalumas yra tas, kad jai reikia tik labai nedidelio kiekio medžiagų, kurios gamtoje yra labai paplitusios kaip kuras. Branduolinės sintezės reakcija aprašytuose įrenginiuose gali sukelti milžinišką energijos kiekį, dešimt milijonų kartų didesnį nei standartinė šiluma, išsiskirianti vykstant įprastoms cheminėms reakcijoms (pvz., deginant iškastinį kurą). Palyginimui nurodome, kad 1 gigavato (GW) šiluminės elektrinės energijai gaminti reikalingas anglies kiekis yra 10 000 tonų per dieną (dešimt geležinkelio vagonų), o tokios pat galios termobranduolinės sintezės jėgainė sunaudos tik apie 1 kilogramas D+T mišinio per dieną.

Deuteris yra stabilus vandenilio izotopas; Maždaug vienoje iš 3350 paprasto vandens molekulių vienas iš vandenilio atomų yra pakeistas deuteriu (Didžiojo sprogimo palikimas). Šis faktas leidžia lengvai organizuoti gana pigią reikiamo kiekio deuterio gamybą iš vandens. Sunkiau gauti tričio, kuris yra nestabilus (pusėjimo laikas yra apie 12 metų, todėl jo kiekis gamtoje yra nereikšmingas), tačiau, kaip parodyta aukščiau, tritis eksploatacijos metu atsiras tiesiai termobranduolinio įrenginio viduje, dėl neutronų reakcijos su ličiu.

Taigi pradinis branduolių sintezės reaktoriaus kuras yra litis ir vanduo. Litis yra įprastas metalas, plačiai naudojamas buitiniuose prietaisuose (mobiliųjų telefonų baterijose ir kt.). Aukščiau aprašytas įrenginys, net ir įvertinus ne idealų efektyvumą, galės pagaminti 200 000 kWh elektros energijos, o tai prilygsta energijai, esančiai 70 tonų anglies. Tam reikalingas ličio kiekis yra vienoje kompiuterio baterijoje, o deuterio – 45 litrai vandens. Aukščiau pateikta vertė atitinka dabartinį elektros suvartojimą (skaičiuojant vienam asmeniui) ES šalyse per 30 metų. Pats faktas, kad toks nežymus ličio kiekis gali užtikrinti tokio kiekio elektros gamybą (be CO2 emisijų ir be menkiausios oro taršos), yra gana rimtas argumentas už sparčiausią ir energingiausią termobranduolinės energijos plėtrą (nepaisant visų sunkumų ir problemų) ir net šimtu procentų nepasitikėdami tokių tyrimų sėkme.

Deuterio turėtų užtekti milijonams metų, o lengvai išgaunamo ličio atsargų pakanka šimtų metų poreikiams patenkinti. Net jei uolienose baigiasi ličio kiekis, galime jį išgauti iš vandens, kur jo koncentracija yra pakankamai didelė (100 kartų didesnė už urano koncentraciją), kad jo išgavimas būtų ekonomiškai pagrįstas.

Netoli Kadarašo miesto Prancūzijoje statomas eksperimentinis termobranduolinis reaktorius (International thermonuclear experimental reactor). Pagrindinis ITER projekto tikslas – įgyvendinti kontroliuojamą termobranduolinės sintezės reakciją pramoniniu mastu.

Termobranduolinio kuro svorio vienetui gaunama apie 10 milijonų kartų daugiau energijos nei deginant tokį pat kiekį organinio kuro ir apie šimtą kartų daugiau nei skaldant urano branduolius šiuo metu veikiančių atominių elektrinių reaktoriuose. Jei mokslininkų ir dizainerių skaičiavimai išsipildys, tai suteiks žmonijai neišsenkamą energijos šaltinį.

Todėl nemažai šalių (Rusija, Indija, Kinija, Korėja, Kazachstanas, JAV, Kanada, Japonija, Europos Sąjungos šalys) suvienijo jėgas kurdamos Tarptautinį termobranduolinių tyrimų reaktorių – naujų elektrinių prototipą.

ITER yra įrenginys, sukuriantis sąlygas vandenilio ir tričio atomų (vandenilio izotopų) sintezei, todėl susidaro naujas atomas – helio atomas. Šį procesą lydi didžiulis energijos pliūpsnis: plazmos, kurioje vyksta termobranduolinė reakcija, temperatūra yra apie 150 milijonų laipsnių Celsijaus (palyginimui, Saulės šerdies temperatūra yra 40 milijonų laipsnių). Tokiu atveju izotopai išdega, todėl radioaktyviųjų atliekų praktiškai nelieka.

Dalyvavimo tarptautiniame projekte schemoje numatytas reaktoriaus komponentų tiekimas ir jo statybos finansavimas. Mainais už tai kiekviena dalyvaujanti šalis gauna visišką prieigą prie visų termobranduolinio reaktoriaus kūrimo technologijų ir visų eksperimentinių darbų, susijusių su šiuo reaktoriumi, rezultatais, kurie bus pagrindu kuriant serijinės galios termobranduolinius reaktorius.

Termobranduolinės sintezės principu veikiantis reaktorius neturi radioaktyvios spinduliuotės ir yra visiškai saugus aplinkai. Jis gali būti beveik bet kurioje pasaulio vietoje, o jo kuras yra paprastas vanduo. Numatoma, kad ITER statybos truks apie dešimt metų, o po to reaktorius bus naudojamas 20 metų.

Rusijos interesams Tarptautinės ITER termobranduolinio reaktoriaus statybos organizacijos taryboje artimiausiais metais atstovaus Rusijos mokslų akademijos narys korespondentas Michailas Kovalčiukas – Kurchatovo instituto direktorius, Rusijos akademijos Kristalografijos institutas. Prezidento tarybos mokslo, technologijų ir švietimo klausimais mokslai ir mokslinis sekretorius. Kovalčiukas šiose pareigose laikinai pakeis akademiką Jevgenijų Velikhovą, kuris kitiems dvejiems metams buvo išrinktas ITER tarptautinės tarybos pirmininku ir neturi teisės derinti šių pareigų su dalyvaujančios šalies oficialaus atstovo pareigomis.

Bendra statybų kaina skaičiuojama 5 milijardais eurų, tiek pat reikės bandomajam reaktoriaus eksploatavimui. Indijos, Kinijos, Korėjos, Rusijos, JAV ir Japonijos akcijos sudaro apie 10 procentų visos vertės, 45 procentus – iš Europos Sąjungos šalių. Tačiau Europos valstybės dar nesusitarė, kaip tiksliai bus paskirstytos išlaidos. Dėl šios priežasties statybų pradžia buvo nukelta į 2010 m. balandžio mėn. Nepaisant paskutinio vėlavimo, su ITER susiję mokslininkai ir pareigūnai teigia, kad projektą galės užbaigti iki 2018 m.

Numatoma ITER termobranduolinė galia yra 500 megavatų. Atskiros magnetinės dalys pasiekia 200–450 tonų svorį. ITER vėsinimui per dieną reikės 33 tūkst. kubinių metrų vandens.

1998 metais JAV nustojo finansuoti savo dalyvavimą projekte. Respublikonams atėjus į valdžią ir Kalifornijoje prasidėjus elektros energijos tiekimui, Busho administracija paskelbė apie didinančias investicijas į energetiką. JAV neketino dalyvauti tarptautiniame projekte ir užsiėmė savo termobranduoliniu projektu. 2002 m. pradžioje prezidento Bušo patarėjas technologijų klausimais Johnas Marburgeris III pasakė, kad Jungtinės Valstijos persigalvojo ir ketina grįžti prie projekto.

Dalyvių skaičiumi projektas lyginamas su kitu dideliu tarptautiniu moksliniu projektu – Tarptautine kosmine stotimi. ITER kaina, kuri anksčiau siekė 8 milijardus dolerių, tada siekė mažiau nei 4 mlrd. JAV pasitraukus iš dalyvavimo, buvo nuspręsta reaktoriaus galią sumažinti nuo 1,5 GW iki 500 MW. Atitinkamai sumažėjo ir projekto kaina.

2002 m. birželį Rusijos sostinėje vyko simpoziumas „ITER Days in Moscow“. Jame buvo aptartos teorinės, praktinės ir organizacinės projekto atgaivinimo problemos, kurių sėkmė gali pakeisti žmonijos likimą ir suteikti jai naujos rūšies energijos, efektyvumu ir ekonomiškumu prilygstančią tik Saulės energijai.

2010 m. liepą ITER tarptautinio termobranduolinio reaktoriaus projekte dalyvaujančių šalių atstovai neeiliniame posėdyje, vykusiame Kadaraše (Prancūzija), patvirtino jo biudžetą ir statybos grafiką. Susitikimo ataskaitą rasite čia.

Paskutiniame neeiliniame posėdyje projekto dalyviai patvirtino pirmųjų eksperimentų su plazma pradžios datą – 2019 m. Visi eksperimentai planuojami 2027 m. kovo mėnesį, nors projekto vadovybė paprašė techninių specialistų pabandyti optimizuoti procesą ir pradėti eksperimentus 2026 m. Susitikimo dalyviai sprendė ir dėl reaktoriaus statybos sąnaudų, tačiau sumos, kurias planuojama išleisti įrenginiui sukurti, neatskleidžiamos. Remiantis informacija, kurią portalo ScienceNOW redaktorius gavo iš neįvardijamo šaltinio, iki eksperimentų pradžios ITER projekto kaina gali siekti 16 milijardų eurų.

Susitikimas Kadaraše taip pat buvo pirmoji oficiali naujojo projekto direktoriaus, japonų fiziko Osamu Motojimos darbo diena. Prieš jį projektui nuo 2005 metų vadovavo japonas Kaname Ikeda, kuris panoro palikti savo postą iš karto po to, kai buvo patvirtintas biudžetas ir statybos terminai.

ITER branduolių sintezės reaktorius yra bendras Europos Sąjungos, Šveicarijos, Japonijos, JAV, Rusijos, Pietų Korėjos, Kinijos ir Indijos projektas. ITER kūrimo idėja buvo svarstoma dar praėjusio amžiaus 80-aisiais, tačiau dėl finansinių ir techninių sunkumų projekto kaina nuolat auga, o statybų pradžios data vis atidedama. 2009 metais ekspertai tikėjosi, kad reaktoriaus kūrimo darbai prasidės 2010 metais. Vėliau ši data buvo perkelta ir iš pradžių 2018-ieji, o vėliau 2019-ieji buvo įvardinti kaip reaktoriaus paleidimo laikas.

Termobranduolinės sintezės reakcijos – tai lengvųjų izotopų branduolių susiliejimo reakcijos į sunkesnį branduolį, kurią lydi didžiulis energijos išsiskyrimas. Teoriškai branduolių sintezės reaktoriai gali pagaminti daug energijos už mažą kainą, tačiau šiuo metu mokslininkai išleidžia daug daugiau energijos ir pinigų sintezės reakcijai pradėti ir palaikyti.

Termobranduolinė sintezė yra pigus ir aplinkai nekenksmingas energijos gamybos būdas. Nekontroliuojama termobranduolinė sintezė Saulėje vyksta jau milijardus metų – helis susidaro iš sunkaus vandenilio izotopo deuterio. Taip išsiskiria didžiulis energijos kiekis. Tačiau žmonės Žemėje dar neišmoko valdyti tokių reakcijų.

ITER reaktoriuje kaip kuras bus naudojami vandenilio izotopai. Termobranduolinės reakcijos metu energija išsiskiria, kai lengvieji atomai susijungia į sunkesnius. Norint tai pasiekti, dujos turi būti įkaitintos iki daugiau nei 100 milijonų laipsnių temperatūros – daug didesnės nei temperatūra Saulės centre. Dujos šioje temperatūroje virsta plazma. Tuo pačiu metu vandenilio izotopų atomai susilieja, virsdami helio atomais, išskirdami daug neutronų. Tokiu principu veikianti jėgainė naudos tankios medžiagos (ličio) sluoksnio sulėtintą neutronų energiją.

Kodėl termobranduolinių įrenginių kūrimas užtruko taip ilgai?

Kodėl tokios svarbios ir vertingos instaliacijos, apie kurių naudą kalbama beveik pusę amžiaus, dar nesukurtos? Yra trys pagrindinės priežastys (aptartos toliau), iš kurių pirmoji gali būti vadinama išorine arba socialine, o kitos dvi – vidinės, tai yra nulemtos pačios termobranduolinės energijos vystymosi dėsnių ir sąlygų.

1. Ilgą laiką buvo manoma, kad praktinio termobranduolinės sintezės energijos panaudojimo problema nereikalauja skubių sprendimų ir veiksmų, nes dar praėjusio amžiaus 80-aisiais iškastinio kuro šaltiniai atrodė neišsenkantys, o aplinkos problemos ir klimato kaita – tai. nerūpi visuomenei. 1976 m. JAV Energetikos departamento Branduolinės sintezės energijos patariamasis komitetas bandė įvertinti mokslinių tyrimų ir plėtros bei demonstracinės branduolių sintezės elektrinės laiką pagal įvairias mokslinių tyrimų finansavimo galimybes. Kartu buvo nustatyta, kad metinis finansavimas šios krypties tyrimams yra visiškai nepakankamas, o jei bus išlaikytas esamas asignavimų lygis, termobranduolinių įrenginių kūrimas niekada nebus sėkmingas, nes skirtos lėšos neatitinka net iki minimalaus, kritinio lygio.

2. Rimtesnė kliūtis plėtoti šios srities tyrimus yra ta, kad aptariamo tipo termobranduolinis įrenginys negali būti sukurtas ir demonstruojamas nedideliu mastu. Iš toliau pateiktų paaiškinimų paaiškės, kad termobranduolinės sintezės metu reikia ne tik magnetinio plazmos uždarymo, bet ir pakankamo jos kaitinimo. Išnaudotos ir gaunamos energijos santykis didėja bent jau proporcingai įrenginio linijinių matmenų kvadratui, dėl to termobranduolinių įrenginių mokslines ir technines galimybes bei pranašumus galima išbandyti ir įrodyti tik gana didelėse stotyse, pvz. kaip minėtas ITER reaktorius. Visuomenė tiesiog nebuvo pasirengusi finansuoti tokių didelių projektų, kol nebuvo pakankamai pasitikėjimo sėkme.

3. Termobranduolinės energijos plėtra buvo labai sudėtinga, tačiau (nepaisant nepakankamo finansavimo ir sunkumų parenkant centrus JET ir ITER įrenginiams kurti), pastaraisiais metais buvo pastebėta aiški pažanga, nors veikiančios stoties dar nebuvo sukurta.

Šiuolaikinis pasaulis susiduria su labai rimtu energetikos iššūkiu, kurį tiksliau būtų galima pavadinti „neaiškia energijos krize“. Problema susijusi su tuo, kad iškastinio kuro atsargos gali baigtis antroje šio amžiaus pusėje. Be to, deginant iškastinį kurą gali tekti kažkaip sekvestruoti ir „sandėliuoti“ į atmosferą išleistą anglies dioksidą (aukščiau minėta CCS programa), kad būtų išvengta didelių planetos klimato pokyčių.

Šiuo metu beveik visa žmonijos suvartojama energija sukuriama deginant iškastinį kurą, o problemos sprendimas gali būti siejamas su saulės energijos ar branduolinės energijos panaudojimu (greitai besiskleidžiančių reaktorių kūrimu ir pan.). Pasaulinė problema, kurią sukelia augantis besivystančių šalių gyventojų skaičius ir poreikis gerinti gyvenimo lygį bei didinti gaminamos energijos kiekį, negali būti išspręsta remiantis vien šiais metodais, nors, žinoma, bet kokie bandymai sukurti alternatyvius energijos gamybos būdus. turėtų būti skatinami.

Griežtai kalbant, turime nedidelį elgesio strategijų pasirinkimą, o termobranduolinės energijos plėtra yra nepaprastai svarbi, net nepaisant sėkmės garantijos stokos. „Financial Times“ laikraštis (2004 m. sausio 25 d.) rašė apie tai:

„Net jei ITER projekto sąnaudos gerokai viršys pradinę sąmatą, mažai tikėtina, kad jos pasieks 1 mlrd. USD per metus lygį. Toks išlaidų lygis turėtų būti laikomas labai kuklia kaina už labai pagrįstą galimybę sukurti naują energijos šaltinį visai žmonijai, ypač atsižvelgiant į tai, kad jau šiame amžiuje neišvengiamai turėsime atsisakyti įpročio švaistyti. ir beatodairiškas iškastinio kuro deginimas“.

Tikėkimės, kad termobranduolinės energetikos plėtros kelyje didelių ir netikėtų netikėtumų nebus. Tokiu atveju maždaug po 30 metų iš jos pirmą kartą galėsime tiekti elektros srovę į energetikos tinklus, o po kiek daugiau nei 10 metų pradės veikti pirmoji komercinė termobranduolinė elektrinė. Gali būti, kad antroje šio amžiaus pusėje branduolinės sintezės energija pradės pakeisti iškastinį kurą ir palaipsniui pradės vaidinti vis svarbesnį vaidmenį aprūpinant žmoniją energija pasauliniu mastu.

Nėra absoliučios garantijos, kad termobranduolinės energijos (kaip veiksmingo ir didelio masto energijos šaltinio visai žmonijai) kūrimo užduotis bus sėkmingai atlikta, tačiau sėkmės tikimybė šia kryptimi yra gana didelė. Atsižvelgiant į didžiulį termobranduolinių stočių potencialą, visos sąnaudos projektams, skirtoms jų sparčiai (ir netgi paspartintai) plėtrai, gali būti laikomos pagrįstomis, juolab kad šios investicijos atrodo labai kuklios milžiniškos pasaulinės energijos rinkos fone (4 trilijonai USD per metus8). Žmonijos energijos poreikių tenkinimas yra labai rimta problema. Kadangi iškastinis kuras tampa vis mažiau prieinamas (o jo naudojimas tampa nepageidautinas), situacija keičiasi, ir mes tiesiog negalime sau leisti nevystyti sintezės energijos.

Į klausimą „Kada atsiras termobranduolinė energija? Levas Artsimovičius (pripažintas šios srities tyrimų pradininkas ir lyderis) kartą atsakė, kad „jis bus sukurtas tada, kai tai taps tikrai reikalinga žmonijai“.

ITER bus pirmasis branduolių sintezės reaktorius, kuris pagamins daugiau energijos nei sunaudoja. Mokslininkai išmatuoja šią charakteristiką naudodami paprastą koeficientą, kurį jie vadina „Q“. Jei ITER pasieks visus savo mokslinius tikslus, jis pagamins 10 kartų daugiau energijos nei suvartoja. Paskutinis pastatytas prietaisas, Jungtinės Europos Torus Anglijoje, yra mažesnis prototipas branduolių sintezės reaktorius, kurio paskutiniuose mokslinių tyrimų etapuose Q vertė buvo beveik 1. Tai reiškia, kad jis pagamino lygiai tiek pat energijos, kiek sunaudojo. . ITER bus daugiau nei tai, pademonstruodamas energijos kūrimą sintezės būdu ir pasiekęs 10 Q vertę. Idėja yra pagaminti 500 MW sunaudojant maždaug 50 MW energijos. Taigi vienas iš mokslinių ITER tikslų yra įrodyti, kad galima pasiekti Q reikšmę 10.

Kitas mokslinis tikslas yra tai, kad ITER turėtų labai ilgą „degimo“ laiką – pailgintos trukmės impulsą iki vienos valandos. ITER yra eksperimentinis mokslinių tyrimų reaktorius, kuris negali nuolat gaminti energijos. Kai ITER pradės veikti, jis veiks vieną valandą, po to jį reikės išjungti. Tai svarbu, nes iki šiol mūsų sukurti standartiniai įrenginiai galėjo degti kelias sekundes ar net dešimtąsias sekundės dalis – tai yra maksimumas. „Joint European Torus“ pasiekė savo Q reikšmę 1, degimo trukmei maždaug dvi sekundės, o impulso trukmė – 20 sekundžių. Tačiau kelias sekundes trunkantis procesas tikrai nėra nuolatinis. Pagal analogiją su automobilio variklio užvedimu: trumpam užvesti variklį, o paskui jį išjungti, dar nėra tikras automobilio veikimas. Tik važinėjant savo automobiliu pusvalandį, jis pasieks pastovų darbo režimą ir pademonstruos, kad tokį automobilį tikrai galima vairuoti.

Tai reiškia, kad techniniu ir moksliniu požiūriu ITER užtikrins Q reikšmę 10 ir padidins degimo laiką.

Termobranduolinės sintezės programa yra tikrai tarptautinė ir plataus pobūdžio. Žmonės jau tikisi ITER sėkmės ir galvoja apie kitą žingsnį – sukurti pramoninio termobranduolinio reaktoriaus prototipą, pavadintą DEMO. Norint jį sukurti, ITER turi veikti. Turime pasiekti savo mokslinius tikslus, nes tai reikš, kad mūsų pateiktos idėjos yra visiškai įgyvendinamos. Tačiau sutinku, kad visada reikia galvoti apie tai, kas bus toliau. Be to, ITER veikiant 25–30 metų, mūsų žinios palaipsniui gilės ir plėsis ir galėsime tiksliau nubrėžti kitą žingsnį.

Iš tiesų, nėra diskusijų, ar ITER turėtų būti tokamakas. Kai kurie mokslininkai klausimą kelia visai kitaip: ar ITER turėtų egzistuoti? Įvairių šalių ekspertai, plėtodami savo, ne tokio didelio masto termobranduolinius projektus, įrodinėja, kad tokio didelio reaktoriaus apskritai nereikia.

Tačiau jų nuomonė vargu ar turėtų būti laikoma autoritetinga. Kuriant ITER dalyvavo fizikai, kelis dešimtmečius dirbantys su toroidiniais spąstais. Eksperimentinio termobranduolinio reaktoriaus Karadaše projektavimas buvo pagrįstas visomis žiniomis, įgytomis eksperimentuojant su dešimtimis pirmtakų tokamakų. Ir šie rezultatai rodo, kad reaktorius turi būti tokamakas ir tuo pačiu didelis.

JET Šiuo metu sėkmingiausiu tokamaku galima laikyti JET, kurį ES pastatė Didžiosios Britanijos Abingdono mieste. Tai didžiausias iki šiol sukurtas tokamako tipo reaktorius, kurio didelis plazminio toro spindulys siekia 2,96 metro. Termobranduolinės reakcijos galia jau pasiekė daugiau nei 20 megavatų, o sulaikymo laikas yra iki 10 sekundžių. Reaktorius grąžina apie 40% energijos, įdėtos į plazmą.

Būtent plazmos fizika lemia energijos balansą“, – Infox.ru sakė Igoris Semenovas. MIPT docentas, kas yra energijos balansas, apibūdino paprastu pavyzdžiu: „Visi matėme, kaip dega ugnis. Tiesą sakant, ten dega ne mediena, o dujos. Energijos grandinė ten tokia: dega dujos, malkos įkaista, mediena išgaruoja, dujos vėl dega. Todėl, jei mes įmesime vandenį į ugnį, mes staiga paimsime energiją iš sistemos skysto vandens faziniam perėjimui į garų būseną. Likutis taps neigiamas ir ugnis užges. Yra ir kitas būdas – galime tiesiog paimti ugnies ženklus ir paskleisti juos erdvėje. Ugnis taip pat užges. Tas pats yra termobranduoliniame reaktoriuje, kurį statome. Matmenys parenkami taip, kad būtų sukurtas tinkamas teigiamas šio reaktoriaus energijos balansas. Pakanka ateityje pastatyti tikrą atominę elektrinę, šiame eksperimentiniame etape išsprendžiant visas šiuo metu neišspręstas problemas.

Vieną kartą buvo pakeisti reaktoriaus matmenys. Tai atsitiko 20–21 amžių sandūroje, kai JAV pasitraukė iš projekto, o likę nariai suprato, kad ITER biudžetas (tuo metu buvo įvertintas 10 mlrd. JAV dolerių) yra per didelis. Fizikai ir inžinieriai turėjo sumažinti įrengimo išlaidas. Ir tai buvo galima padaryti tik dėl dydžio. ITER „perprojektavimui“ vadovavo prancūzų fizikas Robertas Aymaras, anksčiau dirbęs prie prancūziško Tore Supra tokamako Karadaše. Išorinis plazminio toro spindulys sumažintas nuo 8,2 iki 6,3 metro. Tačiau riziką, susijusią su dydžio sumažėjimu, iš dalies kompensavo keli papildomi superlaidūs magnetai, kurie leido įgyvendinti tuo metu atvirą ir ištirtą plazmos uždarymo režimą.