Энэ бүхэн яаж эхэлсэн бэ? "Эрчим хүчний сорилт" нь дараах гурван хүчин зүйлийн хослолын үр дүнд бий болсон.

1. Хүн төрөлхтөн одоо асар их эрчим хүч хэрэглэж байна.

Одоогоор дэлхийн эрчим хүчний хэрэглээ ойролцоогоор 15.7 тераватт (ТВ) байна. Энэ утгыг дэлхийн хүн амд хуваавал бид нэг хүнд 2400 ватт зарцуулдаг бөгөөд үүнийг хялбархан тооцоолж, нүдээр харж болно. Дэлхийн оршин суугч бүрийн (хүүхдүүдийг оруулаад) хэрэглэдэг эрчим хүч нь 24 зуун ваттын цахилгаан чийдэнгийн өдрийн цагаар ажилладагтай тохирч байна. Гэсэн хэдий ч энэ эрчим хүчний хэрэглээ нь хэд хэдэн оронд маш их, бусад оронд бараг байхгүй тул дэлхий даяар маш жигд бус байдаг. Хэрэглээ (нэг хүний ​​хувьд) АНУ-д 10.3 кВт (дээд амжилтын нэг), ОХУ-д 6.3 кВт, Их Британид 5.1 кВт гэх мэттэй тэнцүү боловч нөгөө талаас энэ нь тэнцүү байна. Бангладеш улсад ердөө 0.21 кВт (АНУ-ын эрчим хүчний хэрэглээний ердөө 2%!).

2. Дэлхийн эрчим хүчний хэрэглээ эрс нэмэгдэж байна.

Олон улсын эрчим хүчний агентлагийн (2006) мэдээлснээр 2030 он гэхэд дэлхийн эрчим хүчний хэрэглээ 50%-иар нэмэгдэх төлөвтэй байна. Хөгжингүй орнууд мэдээж нэмэлт эрчим хүч ашиглахгүйгээр зүгээр байж чадна, гэхдээ энэ өсөлт нь 1.5 тэрбум хүн эрчим хүчний хомсдолд нэрвэгдсэн хөгжиж буй орнуудын хүмүүсийг ядуурлаас гаргахад зайлшгүй шаардлагатай юм.

3. Одоогийн байдлаар дэлхийн эрчим хүчний 80% нь чулуужсан түлшийг шатаахаас бүрддэг (газрын тос, нүүрс, хий) ашиглах нь:
a) хүрээлэн буй орчны гамшгийн өөрчлөлтийн эрсдэлийг үүсгэж болзошгүй;
б) хэзээ нэгэн цагт зайлшгүй дуусах ёстой.

Ярьсан зүйлээс харахад одооноос бид чулуужсан түлш ашиглах эрин үе дуусахад бэлтгэх ёстой нь тодорхой байна.

Одоогийн байдлаар атомын цахилгаан станцууд атомын цөмийн задралын урвалын үед ялгарах энергийг их хэмжээгээр үйлдвэрлэдэг. Ийм станцуудыг бий болгох, хөгжүүлэхийг бүх талаар дэмжих ёстой, гэхдээ тэдгээрийг ажиллуулах хамгийн чухал материалын нэг болох хямд ураны нөөцийг ойрын 50 жилийн дотор бүрэн ашиглах боломжтой гэдгийг анхаарах хэрэгтэй. . Цөмийн задралд суурилсан энергийн боломжийг илүү үр ашигтай эрчим хүчний эргэлтийг ашиглах замаар мэдэгдэхүйц өргөжүүлэх боломжтой (мөн хийх ёстой) нь үйлдвэрлэсэн эрчим хүчний хэмжээг бараг хоёр дахин нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог. Энэ чиглэлд эрчим хүчийг хөгжүүлэхийн тулд торийн реакторуудыг (ториум үржүүлэгч реакторууд эсвэл үржүүлэгч реакторууд гэж нэрлэдэг) бий болгох шаардлагатай бөгөөд энэ нь урвалын үр дүнд анхны уранаас илүү их торийг үүсгэдэг бөгөөд үүний үр дүнд нийт эрчим хүч үйлдвэрлэгддэг. тухайн бодисын хувьд 40 дахин нэмэгддэг. Мөн ураны реактороос хамаагүй илүү үр ашигтай, 60 дахин их эрчим хүч үйлдвэрлэх чадвартай, хурдан нейтрон ашиглан плутонийн үржүүлэгчдийг бий болгох ирээдүйтэй юм шиг санагдаж байна. Эдгээр газрыг хөгжүүлэхийн тулд уран (жишээлбэл, далайн уснаас хамгийн хүртээмжтэй мэт) олж авах шинэ, стандарт бус аргыг боловсруулах шаардлагатай байж магадгүй юм.

Хайлуулах цахилгаан станцууд

Зураг дээр термоядролын цахилгаан станцын төхөөрөмж ба ажиллах зарчмын бүдүүвч диаграммыг (масштабтай биш) харуулав. Төв хэсэгт ~2000 м3 эзэлхүүнтэй, 100 МС-ээс дээш температурт халсан тритий-дейтерийн (T-D) плазмаар дүүрсэн тороид (пончик хэлбэртэй) камер байдаг. Холимог урвалын явцад үүссэн нейтронууд (1) "соронзон савыг" орхиж, 1 м орчим зузаантай зурагт үзүүлсэн бүрхүүлд ордог.

Бүрхүүлийн дотор нейтронууд литийн атомуудтай мөргөлдөж, трити үүсгэдэг:

нейтрон + литий → гели + тритий

Нэмж дурдахад системд өрсөлдөх урвалууд (трити үүсэхгүйгээр), түүнчлэн нэмэлт нейтрон ялгарах олон урвал явагддаг бөгөөд энэ нь трити үүсэхэд хүргэдэг (энэ тохиолдолд нэмэлт нейтрон ялгарах боломжтой). Жишээ нь, бериллийн атомыг бүрхүүл, хар тугалгад оруулах замаар ихээхэн сайжруулсан). Ерөнхий дүгнэлт нь энэ байгууламж нь (наад зах нь онолын хувьд) тритий үйлдвэрлэх цөмийн хайлуулах урвалд орж болно. Энэ тохиолдолд үйлдвэрлэсэн тритиумын хэмжээ нь угсралтын хэрэгцээг хангахаас гадна арай илүү байх ёстой бөгөөд энэ нь шинэ суурилуулалтыг тритиумаар хангах боломжийг олгоно. Доор тайлбарласан ITER реакторт турших, хэрэгжүүлэх ёстой энэхүү үйл ажиллагааны үзэл баримтлал юм.

Нэмж дурдахад нейтрон нь туршилтын үйлдвэр гэж нэрлэгддэг (харьцангуй "ердийн" барилгын материалыг ашигладаг) бүрхүүлийг ойролцоогоор 400 ° C хүртэл халаах ёстой. Цаашид 1000 хэмээс дээш халах температуртай сайжруулсан суурилуулалтыг бий болгохоор төлөвлөж байгаа бөгөөд энэ нь хамгийн сүүлийн үеийн өндөр бат бэх материалыг (жишээлбэл, цахиурын карбидын нийлмэл материал) ашиглах замаар хүрч болно. Ердийн станцуудын нэгэн адил бүрхүүлд үүссэн дулааныг хөргөлтийн шингэн (жишээлбэл, ус эсвэл гели агуулсан) бүхий анхдагч хөргөлтийн хэлхээгээр авч, усны уур гаргаж, турбинуудад нийлүүлдэг хоёрдогч хэлхээнд шилжүүлдэг.

1985 он - Зөвлөлт Холбоот Улс хайлуулах реактор бүтээх чиглэлээр тэргүүлэгч дөрвөн орны туршлагыг ашиглан дараагийн үеийн Токамак станцыг санал болгов. Америкийн Нэгдсэн Улс Япон, Европын хамтын нийгэмлэгтэй хамтран уг төслийг хэрэгжүүлэх саналыг дэвшүүлсэн.

Одоогоор Францад доор тайлбарласан олон улсын туршилтын термоядролын реактор ITER (Олон улсын Токамак туршилтын реактор) дээр баригдаж байгаа бөгөөд энэ нь плазмыг "гал асаах" чадвартай анхны токамак болно.

Одоо байгаа хамгийн дэвшилтэт токамакийн суурилуулалтууд нь 150 М°С-ийн температурт удаан хугацаанд хүрч, хайлуулах станцыг ажиллуулахад шаардагдах утгын ойролцоо байсан боловч ITER реактор нь удаан хугацааны туршид зориулагдсан анхны том хэмжээний цахилгаан станц байх ёстой. - хугацааны үйл ажиллагаа. Ирээдүйд түүний үйл ажиллагааны параметрүүдийг мэдэгдэхүйц сайжруулах шаардлагатай бөгөөд энэ нь юуны түрүүнд плазм дахь даралтыг нэмэгдүүлэх шаардлагатай болно, учир нь өгөгдсөн температурт цөмийн хайлуулах хурд нь даралтын квадраттай пропорциональ байна. Энэ тохиолдолд шинжлэх ухааны гол асуудал нь сийвэн дэх даралт ихсэх үед маш нарийн төвөгтэй, аюултай тогтворгүй байдал, өөрөөр хэлбэл тогтворгүй ажиллах горимууд үүсдэгтэй холбоотой юм.

Энэ яагаад бидэнд хэрэгтэй байна вэ?

Цөмийн нэгдлийн гол давуу тал нь байгальд маш түгээмэл байдаг маш бага хэмжээний бодисыг түлш болгон шаарддаг явдал юм. Тодорхойлсон байгууламжууд дахь цөмийн хайлуулах урвал нь ердийн химийн урвалын үед (тухайлбал, чулуужсан түлшний шаталт) ялгарах стандарт дулаанаас арван сая дахин их хэмжээний энерги ялгаруулж болно. Харьцуулбал, 1 гигаватт (ГВт) хүчин чадалтай дулааны цахилгаан станцыг тэжээхэд шаардагдах нүүрсний хэмжээ өдөрт 10,000 тонн (арван төмөр замын вагон) бөгөөд ижил хүчин чадалтай хайлуулах үйлдвэр нь зөвхөн ойролцоогоор 10 мянган тонн нүүрс зарцуулна. Өдөрт 1 кг D+T хольц .

Дейтерий бол устөрөгчийн тогтвортой изотоп юм; Энгийн усны 3350 молекул тутмын нэг нь устөрөгчийн атомын нэг нь дейтерий (Их тэсрэлтийн үеийн өв) -ээр солигддог. Энэ баримт нь уснаас шаардлагатай хэмжээний дейтерийн нэлээд хямд үйлдвэрлэлийг зохион байгуулахад хялбар болгодог. Тогтворгүй тритиумыг олж авах нь илүү хэцүү байдаг (хагас задралын хугацаа нь ойролцоогоор 12 жил, үүний үр дүнд байгальд агуулагдах агууламж бага байдаг), гэхдээ дээр дурдсанчлан тритиум нь термоядролын суурилуулалтын явцад шууд гарч ирэх болно. нейтроны литийн урвалын улмаас.

Тиймээс хайлуулах реакторын анхны түлш нь лити ба ус юм. Лити нь гэр ахуйн цахилгаан хэрэгсэлд (гар утасны батерей гэх мэт) өргөн хэрэглэгддэг түгээмэл металл юм. Дээр дурдсан суурилуулалт нь оновчтой бус үр ашгийг тооцсон ч 70 тонн нүүрсэнд агуулагдах эрчим хүчтэй тэнцэх 200,000 кВт.ц цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх боломжтой юм. Үүнд шаардагдах литийн хэмжээ нь нэг компьютерийн зайнд агуулагддаг ба дейтерийн хэмжээ 45 литр усанд байдаг. Дээрх утга нь ЕХ-ны орнуудад 30-аас дээш жилийн одоогийн цахилгаан эрчим хүчний хэрэглээтэй (нэг хүнд ногдох тооцоо) тохирч байна. Ийм өчүүхэн хэмжээний лити нь ийм хэмжээний цахилгаан эрчим хүчийг (CO2 ялгаруулалтгүй, агаарын өчүүхэн ч бохирдолгүй) бий болгож чадна гэдэг нь термоядролын энергийг хамгийн хурдан бөгөөд эрчимтэй хөгжүүлэх нэлээд ноцтой аргумент юм. бэрхшээл, асуудал) тэр ч байтугай ийм судалгааны амжилтанд зуун хувь итгэлгүй байсан ч.

Дейтери нь хэдэн сая жил үргэлжлэх ёстой бөгөөд амархан олборлосон литийн нөөц нь хэдэн зуун жилийн хэрэгцээг хангахад хангалттай. Чулуунд агуулагдах литийн нөөц дууссан ч бид үүнийг уснаас гаргаж авах боломжтой бөгөөд энэ нь хангалттай өндөр (уранаас 100 дахин их) агууламжтай байдаг бөгөөд олборлолтыг эдийн засгийн хувьд боломжтой болгодог.

Францын Кадараш хотын ойролцоо туршилтын термоядролын реактор (Олон улсын термоядролын туршилтын реактор) баригдаж байна. ITER төслийн гол зорилго нь хяналттай термоядролын хайлуулах урвалыг үйлдвэрлэлийн хэмжээнд хэрэгжүүлэх явдал юм.

Термоядролын түлшний нэгж жинд ижил хэмжээний органик түлш шатаахаас 10 сая дахин их энерги, одоо ажиллаж байгаа атомын цахилгаан станцуудын реактор дахь ураны цөмийг хуваахаас 100 дахин их энерги авдаг. Эрдэмтэд, зохион бүтээгчдийн тооцоо биелвэл энэ нь хүн төрөлхтөнд шавхагдашгүй эрчим хүчний эх үүсвэрийг өгөх болно.

Тиймээс хэд хэдэн улс (Орос, Энэтхэг, Хятад, Солонгос, Казахстан, АНУ, Канад, Япон, Европын Холбооны орнууд) шинэ цахилгаан станцуудын прототип болох Олон улсын дулааны цөмийн судалгааны реакторыг бий болгоход хүчээ нэгтгэв.

ITER бол устөрөгч ба тритий атомыг (устөрөгчийн изотоп) нийлэгжүүлэх нөхцлийг бүрдүүлдэг байгууламж бөгөөд үүний үр дүнд шинэ атом - гелийн атом үүсдэг. Энэ үйл явц нь асар их эрчим хүчний тэсрэлт дагалддаг: термоядролын урвал явагдах плазмын температур нь ойролцоогоор 150 сая градус Цельсийн (харьцуулбал, нарны цөмийн температур 40 сая градус). Энэ тохиолдолд изотопууд шатаж, цацраг идэвхт хог хаягдал бараг үлдэхгүй.
Олон улсын төсөлд оролцох схемд реакторын эд ангиудыг нийлүүлэх, түүний барилгын санхүүжилтийг тусгасан болно. Үүний хариуд оролцогч улс бүр термоядролын реакторыг бий болгох бүх технологи, энэ реактор дээрх бүх туршилтын ажлын үр дүнд бүрэн нэвтрэх эрхтэй бөгөөд энэ нь цуваа эрчим хүчний термоядролын реакторыг зохион бүтээх үндэс суурь болно.

Термоядролыг нэгтгэх зарчимд суурилсан реактор нь цацраг идэвхт цацраггүй, байгаль орчинд бүрэн аюулгүй. Энэ нь дэлхийн бараг хаана ч байж болох бөгөөд түлш нь энгийн ус юм. ITER-ийн бүтээн байгуулалт арав орчим жил үргэлжлэх бөгөөд үүний дараа реакторыг 20 жил ашиглах төлөвтэй байна.

Ирэх жилүүдэд ITER термоядролын реактор барих олон улсын байгууллагын зөвлөл дэх Оросын ашиг сонирхлыг ОХУ-ын Шинжлэх ухааны академийн корреспондент гишүүн Михаил Ковальчук, Курчатовын хүрээлэнгийн захирал, Оросын ШУА-ийн Кристаллографийн хүрээлэнгийн захирал төлөөлнө. Ерөнхийлөгчийн дэргэдэх Шинжлэх ухаан, технологи, боловсролын зөвлөлийн шинжлэх ухаан, эрдэмтэн нарийн бичгийн дарга. Ковальчук энэ албан тушаалд академич Евгений Велиховыг түр орлох бөгөөд тэрээр ойрын хоёр жилийн хугацаанд ITER-ийн олон улсын зөвлөлийн даргаар сонгогдсон бөгөөд энэ албан тушаалыг оролцогч улсын албан ёсны төлөөлөгчийн үүрэг хариуцлагатай хослуулах эрхгүй.

Барилгын нийт өртөг нь 5 тэрбум еврогоор үнэлэгдэж байгаа бөгөөд реакторыг туршилтаар ажиллуулахад мөн ийм хэмжээний мөнгө шаардлагатай болно. Энэтхэг, Хятад, Солонгос, Орос, АНУ, Япон улсын хувьцаа нийт үнийн дүнгийн 10 орчим хувийг эзэлдэг бол 45 хувь нь Европын холбооны орнуудаас бүрддэг. Гэхдээ Европын улсууд зардлаа яг яаж хуваарилах талаар тохиролцоогүй байна. Үүнээс болоод барилгын ажил эхлэх хугацааг 2010 оны дөрөвдүгээр сар хүртэл хойшлуулсан. Хамгийн сүүлд саатсан хэдий ч ITER-д оролцсон эрдэмтэд болон албаны хүмүүс уг төслийг 2018 он гэхэд дуусгах боломжтой гэж мэдэгджээ.

ITER-ийн тооцоолсон дулааны цөмийн эрчим хүч нь 500 мегаватт юм. Соронзны бие даасан хэсгүүд нь 200-аас 450 тонн жинтэй байдаг. ITER-ийг хөргөхийн тулд өдөрт 33 мянган шоо метр ус шаардагдана.

1998 онд АНУ төсөлд оролцох санхүүжилтээ зогсоосон. Бүгд найрамдахчууд засгийн эрхэнд гарч, Калифорнид цахилгаан тасарч эхэлсний дараа Бушийн засаг захиргаа эрчим хүчний салбарт хөрөнгө оруулалтаа нэмэгдүүлсэн гэж зарлав. АНУ олон улсын төсөлд оролцох бодолгүй байсан бөгөөд өөрийн гэсэн термоядролын төсөл хэрэгжүүлж байсан. 2002 оны эхээр Ерөнхийлөгч Бушийн технологийн зөвлөх III Жон Марбургер АНУ бодлоо өөрчилж, төсөлдөө эргэн орох бодолтой байна гэж мэдэгджээ.

Оролцогчдын тоогоор уг төслийг олон улсын шинжлэх ухааны томоохон төсөл болох Олон улсын сансрын станцтай харьцуулах боломжтой. Өмнө нь 8 тэрбум долларт хүрч байсан ITER-ийн өртөг дараа нь 4 тэрбум хүрэхгүй болжээ. АНУ оролцохоос татгалзсаны үр дүнд реакторын хүчийг 1.5 ГВт-аас 500 МВт хүртэл бууруулах шийдвэр гаргасан. Үүний дагуу төслийн үнэ ч буурсан.

2002 оны 6-р сард Оросын нийслэлд "Москва дахь ITER өдрүүд" симпозиум болов. Амжилт нь хүн төрөлхтний хувь заяаг өөрчилж, үр ашиг, хэмнэлтийн хувьд зөвхөн нарны энергитэй дүйцэхүйц шинэ төрлийн эрчим хүчийг өгөх төслийг сэргээх онол, практик, зохион байгуулалтын асуудлуудыг хэлэлцэв.

2010 оны 7-р сард Францын Кадараш хотод болсон ээлжит бус хурлаар ITER олон улсын термоядролын реакторын төсөлд оролцогч орнуудын төлөөлөгчид түүний төсөв, барилгын ажлын хуваарийг баталжээ. .

Сүүлчийн ээлжит бус хурлаар төслийн оролцогчид плазмын анхны туршилт эхлэх огноо - 2019 оныг батлав. Бүрэн туршилтыг 2027 оны 3-р сард хийхээр төлөвлөж байгаа ч төслийн удирдлага техникийн мэргэжилтнүүдээс үйл явцыг оновчтой болгож, 2026 онд туршилтаа эхлүүлэхийг хүссэн. Уулзалтад оролцогчид реактор барих зардлын талаар мөн шийдсэн боловч уг байгууламжийг бий болгоход зарцуулахаар төлөвлөж буй хөрөнгийн хэмжээг зарлаагүй байна. ScienceNOW порталын редакторын нэрээ нууцалсан эх сурвалжаас авсан мэдээллээр туршилт эхлэхэд ITER төслийн өртөг 16 тэрбум евро хүрч магадгүй юм.

Кадарач дахь уулзалт нь төслийн шинэ захирал, Японы физикч Осаму Мотожимагийн анхны албан ёсны ажлын өдрийг тэмдэглэв. Түүний өмнө уг төслийг 2005 оноос хойш Японы Канамэ Икэда удирдаж байсан бөгөөд тэрээр төсөв, барилгын ажлын эцсийн хугацаа батлагдсаны дараа албан тушаалаа нэн даруй орхихыг хүссэн юм.

ITER хайлуулах реактор нь Европын холбоо, Швейцарь, Япон, АНУ, Орос, Өмнөд Солонгос, Хятад, Энэтхэгийн хамтарсан төсөл юм. ITER-ийг бий болгох санаа өнгөрсөн зууны 80-аад оноос хойш яригдаж байсан боловч санхүүгийн болон техникийн хүндрэлээс болж төслийн өртөг байнга өсч, барилгын ажил эхлэх хугацааг байнга хойшлуулсаар байна. 2009 онд шинжээчид уг реакторыг бүтээх ажил 2010 онд эхэлнэ гэж таамаглаж байсан. Дараа нь энэ огноог шилжүүлж, эхлээд 2018, дараа нь 2019 оныг реакторыг хөөргөх цаг гэж нэрлэсэн.

Термоядролын нэгдлийн урвал гэдэг нь хөнгөн изотопуудын цөмүүдийг нэгтгэж, илүү хүнд цөм үүсгэх урвал бөгөөд асар их энерги ялгаруулдаг. Онолын хувьд хайлуулах реакторууд нь бага зардлаар их хэмжээний эрчим хүч гаргаж чаддаг ч одоогоор эрдэмтэд хайлуулах урвалыг эхлүүлэх, хадгалахад илүү их эрчим хүч, мөнгө зарцуулж байна.

Термоядролын нэгдэл нь эрчим хүч үйлдвэрлэх хямд бөгөөд байгаль орчинд ээлтэй арга юм. Наран дээр хяналтгүй термоядролын нэгдэл олон тэрбум жилийн турш явагдсаар ирсэн - гели нь хүнд устөрөгчийн изотоп дейтерийээс үүсдэг. Энэ нь асар их хэмжээний энерги ялгаруулдаг. Гэсэн хэдий ч дэлхий дээрх хүмүүс ийм урвалыг удирдаж сураагүй байна.

ITER реактор нь устөрөгчийн изотопуудыг түлш болгон ашиглах болно. Термоядролын урвалын үед хөнгөн атомууд нэгдэж хүнд атомууд үүсэхэд энерги ялгардаг. Үүнд хүрэхийн тулд хийг 100 сая градусаас дээш температурт халаах ёстой - нарны төвийн температураас хамаагүй өндөр. Энэ температурт хий нь плазм болж хувирдаг. Үүний зэрэгцээ устөрөгчийн изотопын атомууд нэгдэж, олон тооны нейтрон ялгарснаар гелийн атом болж хувирдаг. Энэ зарчмаар ажилладаг цахилгаан станц нь нягт материал (литийн) давхаргаар удаашруулсан нейтроны энергийг ашиглана.

Термоядролын байгууламжийг бий болгоход яагаад ийм удаан үргэлжилсэн бэ?

Бараг хагас зуун жилийн турш үр өгөөж нь яригдсан ийм чухал, үнэ цэнэтэй байгууламжууд яагаад одоо болтол бүтээгдээгүй байна вэ? Гурван үндсэн шалтгаан байдаг (доор хэлэлцэх), эхнийх нь гадаад эсвэл нийгмийн, нөгөө хоёр нь дотоод, өөрөөр хэлбэл термоядролын энергийн хөгжлийн хууль, нөхцлөөр тодорхойлогддог.

1. Өнгөрсөн зууны 80-аад оны үед чулуужсан түлшний эх үүсвэр шавхагдашгүй мэт санагдаж, байгаль орчны асуудал, уур амьсгалын өөрчлөлтөөс үүдэн термоядролын эрчим хүчийг практик ашиглах асуудал нь яаралтай шийдвэр, арга хэмжээ авах шаардлагагүй гэж удаан хугацааны туршид үздэг байв. олон нийтэд хамаагүй. 1976 онд АНУ-ын Эрчим Хүчний Яамны Шинжлэх Ухааны Эрчим Хүчний Зөвлөх Хороо нь судалгааны санхүүжилтийн янз бүрийн хувилбаруудын хүрээнд R&D болон үзүүлэн хайлуулах цахилгаан станцын хугацааг тооцоолохыг оролдсон. Үүний зэрэгцээ, энэ чиглэлээр судалгаа хийх жилийн санхүүжилтийн хэмжээ бүрэн хангалтгүй байгаа бөгөөд хэрэв одоо байгаа санхүүжилтийн түвшинг хадгалах юм бол дулааны цөмийн байгууламжийг бий болгох нь хэзээ ч амжилтанд хүрэхгүй, учир нь хуваарилсан хөрөнгө нь тохирохгүй байна. бүр хамгийн бага, эгзэгтэй түвшинд хүртэл.

2. Энэ чиглэлийн судалгааг хөгжүүлэхэд илүү ноцтой саад тотгор учруулж байгаа зүйл бол хэлэлцэж буй төрлийн термоядролын суурилуулалтыг бага хэмжээгээр бүтээж, үзүүлэх боломжгүй юм. Доор үзүүлсэн тайлбараас харахад термоядролын нэгдэл нь зөвхөн плазмын соронзон хоригоос гадна түүнийг хангалттай халаахыг шаарддаг нь тодорхой болно. Зарцуулсан болон хүлээн авсан энергийн харьцаа нь наад зах нь угсралтын шугаман хэмжээсийн квадраттай пропорциональ хэмжээгээр нэмэгддэг бөгөөд үүний үр дүнд термоядролын байгууламжийн шинжлэх ухаан, техникийн чадавхи, давуу талыг зөвхөн нэлээд том станцуудад туршиж, харуулах боломжтой. дурдсан ITER реактор шиг. Амжилтанд хангалттай итгэл найдвар бий болтол нийгэм ийм том төслүүдийг санхүүжүүлэхэд бэлэн биш байсан.

3. Дулааны цөмийн эрчим хүчийг хөгжүүлэх нь маш нарийн төвөгтэй байсан боловч (хангалттай санхүүжилтгүй, JET болон ITER суурилуулалтыг бий болгох төвүүдийг сонгоход бэрхшээлтэй байсан ч) сүүлийн жилүүдэд тодорхой ахиц дэвшил ажиглагдаж байгаа боловч ашиглалтын станц хараахан байгуулагдаагүй байна.

Орчин үеийн ертөнц эрчим хүчний маш ноцтой сорилттой тулгарч байгаа бөгөөд үүнийг "тодорхойгүй эрчим хүчний хямрал" гэж нэрлэж болно. Асуудал нь чулуужсан түлшний нөөц энэ зууны хоёрдугаар хагаст дуусч магадгүй байгаатай холбоотой юм. Түүгээр ч зогсохгүй, чулуужсан түлшийг шатаах нь дэлхийн цаг уурын томоохон өөрчлөлтөөс урьдчилан сэргийлэхийн тулд агаар мандалд ялгарах нүүрстөрөгчийн давхар ислийг (дээр дурдсан CCS хөтөлбөр) ямар нэгэн байдлаар хурааж, "хадгалах" хэрэгцээг бий болгож магадгүй юм.

Одоогийн байдлаар хүн төрөлхтний хэрэглэж буй бараг бүх эрчим хүчийг чулуужсан түлш шатаах замаар бий болгодог бөгөөд асуудлыг шийдэх арга нь нарны эрчим хүч эсвэл цөмийн эрчим хүчийг ашиглахтай холбоотой байж болох юм (хурдан үржүүлэгч реакторуудыг бий болгох гэх мэт). Хөгжиж буй орнуудын хүн амын өсөлт, тэдний амьжиргааны түвшинг дээшлүүлэх, үйлдвэрлэсэн эрчим хүчний хэмжээг нэмэгдүүлэх хэрэгцээ шаардлагаас үүдэлтэй дэлхийн асуудлыг зөвхөн эдгээр хандлагын үндсэн дээр шийдвэрлэх боломжгүй, гэхдээ мэдээжийн хэрэг эрчим хүч үйлдвэрлэх өөр аргыг хөгжүүлэх оролдлого хийх боломжгүй юм. урамшуулах ёстой.

Хатуухан хэлэхэд бидэнд зан үйлийн стратегийн сонголт бага байгаа бөгөөд амжилтанд хүрэх баталгаа байхгүй ч гэсэн термоядролын энергийг хөгжүүлэх нь туйлын чухал юм. Financial Times сонин (2004 оны 1-р сарын 25) энэ тухай бичжээ.

Дулааны цөмийн эрчим хүчийг хөгжүүлэх замд томоохон, гэнэтийн гэнэтийн зүйл тохиолдохгүй гэж найдаж байна. Энэ тохиолдолд 30 орчим жилийн дараа бид түүнээс анх удаа эрчим хүчний сүлжээнд цахилгаан гүйдэл нийлүүлж, 10 гаруйхан жилийн дараа анхны арилжааны дулааны цөмийн цахилгаан станц ажиллаж эхэлнэ. Магадгүй энэ зууны хоёрдугаар хагаст цөмийн хайлуулах эрчим хүч нь чулуужсан түлшийг орлож, аажмаар хүн төрөлхтнийг дэлхийн хэмжээнд эрчим хүчээр хангахад чухал үүрэг гүйцэтгэж эхлэх байх.

Термоядролын энергийг (бүх хүн төрөлхтний үр дүнтэй, өргөн цар хүрээтэй эрчим хүчний эх үүсвэр) бий болгох ажлыг амжилттай дуусгах үнэмлэхүй баталгаа байхгүй ч энэ чиглэлд амжилтанд хүрэх магадлал нэлээд өндөр байна. Дулааны цөмийн станцуудын асар их нөөц бололцоог харгалзан тэдгээрийг эрчимтэй (тэр ч байтугай хурдасгасан) хөгжүүлэх төслүүдийн бүх зардлыг үндэслэлтэй гэж үзэж болно, ялангуяа дэлхийн эрчим хүчний аймшигт зах зээлийн нөхцөлд эдгээр хөрөнгө оруулалт маш даруухан харагдаж байна (жилд 4 их наяд доллар8). Хүн төрөлхтний эрчим хүчний хэрэгцээг хангах нь маш ноцтой асуудал юм. Чулуужсан түлш улам бүр хомсдох тусам (тэдгээрийн хэрэглээ нь хүсээгүй болж) нөхцөл байдал өөрчлөгдөж, бид хайлуулах энергийг хөгжүүлэхгүй байх боломжгүй юм.

"Термоядролын энерги хэзээ гарч ирэх вэ?" Лев Арцимович (энэ салбарын эрдэм шинжилгээний нэр хүндтэй анхдагч, удирдагч) нэг удаа "энэ нь хүн төрөлхтөнд үнэхээр хэрэгтэй болсон үед бүтээгдэнэ" гэж хариулсан байдаг.

ITER нь хэрэглэснээсээ илүү эрчим хүч үйлдвэрлэдэг анхны хайлуулах реактор байх болно. Эрдэмтэд энэ шинж чанарыг "Q" гэж нэрлэдэг энгийн коэффициент ашиглан хэмждэг. Хэрэв ITER шинжлэх ухааны бүх зорилгодоо хүрвэл хэрэглэснээсээ 10 дахин их эрчим хүч үйлдвэрлэх болно. Хамгийн сүүлд Англид үйлдвэрлэгдсэн Европын хамтарсан Torus төхөөрөмж нь шинжлэх ухааны судалгааны эцсийн шатанд Q утгыг бараг 1 болгосон жижиг хайлуулах реакторын анхны загвар юм. Энэ нь хэрэглэсэн эрчим хүчээ яг ижил хэмжээгээр үйлдвэрлэсэн гэсэн үг юм. . ITER нь хайлуулах замаар эрчим хүч бүтээж байгааг харуулж, Q утгыг 10-д хүргэх замаар үүнээс цааш явах болно. Ойролцоогоор 50 МВт-ын эрчим хүчний хэрэглээнээс 500 МВт үйлдвэрлэх санаа юм. Тиймээс ITER-ийн шинжлэх ухааны зорилтуудын нэг нь Q утгыг 10 болгох боломжтой гэдгийг батлах явдал юм.

Шинжлэх ухааны өөр нэг зорилго бол ITER нь маш урт "шатаах" хугацаатай байдаг - импульс нь нэг цаг хүртэл үргэлжилдэг. ITER бол тасралтгүй эрчим хүч үйлдвэрлэх боломжгүй судалгааны туршилтын реактор юм. ITER ажиллаж эхлэхэд нэг цагийн турш асаалттай байх бөгөөд дараа нь унтраах шаардлагатай болно. Энэ нь маш чухал бөгөөд учир нь бидний бүтээсэн ердийн төхөөрөмжүүд нь хэдэн секунд, бүр секундын аравны нэг хүртэл шатах чадвартай байсан - энэ бол хамгийн дээд хэмжээ юм. "Joint European Torus" нь 20 секундын импульсийн урттай, ойролцоогоор хоёр секундын шаталтын хугацаатайгаар Q утгаараа 1 болсон. Гэхдээ хэдхэн секунд үргэлжилдэг үйл явц нь үнэхээр байнгын биш юм. Машины хөдөлгүүрийг асаахтай зүйрлэвэл: хөдөлгүүрийг богино хугацаанд асааж, дараа нь унтраах нь машины бодит ажиллагаа хараахан болоогүй байна. Та машинаа хагас цаг жолоодоход л энэ нь байнгын ажиллагааны горимд хүрч, ийм машиныг үнэхээр жолоодох боломжтой гэдгийг харуулах болно.

Техникийн болон шинжлэх ухааны үүднээс авч үзвэл ITER нь Q утгыг 10, шатаах хугацааг нэмэгдүүлэх болно.

Термоядролыг нэгтгэх хөтөлбөр нь үнэхээр олон улсын шинж чанартай бөгөөд өргөн цар хүрээтэй юм. Хүмүүс ITER-ийн амжилтанд аль хэдийн найдаж байгаа бөгөөд дараагийн алхам болох DEMO хэмээх үйлдвэрлэлийн термоядролын реакторын прототипийг бүтээх талаар бодож байна. Үүнийг бүтээхийн тулд ITER ажиллах шаардлагатай. Бид шинжлэх ухааны зорилгодоо хүрэх ёстой, учир нь энэ нь бидний дэвшүүлсэн санааг бүхэлд нь хэрэгжүүлэх боломжтой гэсэн үг юм. Гэсэн хэдий ч та дараа нь юу болохыг үргэлж бодож байх ёстой гэдэгтэй би санал нэг байна. Түүнчлэн ITER нь 25-30 жил үйл ажиллагаагаа явуулж байгаа тул бидний мэдлэг аажмаар гүнзгийрч, өргөжиж, дараагийн алхамаа илүү нарийвчлалтай тодорхойлох боломжтой болно.

Үнэн хэрэгтээ ITER токамак байх эсэх талаар маргаан байхгүй. Зарим эрдэмтэд асуултыг огт өөрөөр тавьдаг: ITER байх ёстой юу? Өөрсдийн, тийм ч том биш термоядролын төслүүдийг боловсруулж буй өөр өөр орны мэргэжилтнүүд ийм том реактор огт хэрэггүй гэж маргадаг.

Гэсэн хэдий ч тэдний санал бодлыг эрх мэдэлтэй гэж үзэх нь бараг боломжгүй юм. ITER-ийг бий болгоход хэдэн арван жилийн турш тороид зангатай ажиллаж байсан физикчид оролцсон. Карадаш дахь туршилтын термоядролын реакторын загвар нь өмнөх хэдэн арван токамак дээр хийсэн туршилтын явцад олж авсан бүх мэдлэг дээр суурилжээ. Эдгээр үр дүн нь реактор нь токамак, тэр дундаа том хэмжээтэй байх ёстойг харуулж байна.

JET Одоогийн байдлаар хамгийн амжилттай токамак бол Британийн Абингдон хотод ЕХ-ноос барьсан JET гэж үзэж болно. Энэ бол өнөөг хүртэл бүтээгдсэн хамгийн том токамак төрлийн реактор бөгөөд плазмын торусын том радиус нь 2.96 метр юм. Термоядролын урвалын хүч аль хэдийн 20 гаруй мегаватт хүрч, 10 секунд хүртэл хадгалах хугацаатай болжээ. Реактор нь сийвэн дэх энергийн 40 орчим хувийг буцааж өгдөг.

Энэ бол энергийн тэнцвэрийг тодорхойлдог плазмын физик юм” гэж Игорь Семенов Infox.ru сайтад ярьжээ. MIPT-ийн дэд профессор энергийн тэнцвэр гэж юу байдгийг энгийн жишээгээр тайлбарлав: “Бид бүгд гал шатаж байгааг харсан. Үнэн хэрэгтээ тэнд шатдаг мод биш, хий шатдаг. Тэнд байгаа эрчим хүчний хэлхээ нь иймэрхүү байна: хий шатдаг, мод халаадаг, мод ууршдаг, хий дахин шатдаг. Тиймээс, хэрэв бид гал дээр ус хаях юм бол шингэн усыг уурын төлөвт шилжүүлэх системээс эрчим хүчийг гэнэт авах болно. Үлдэгдэл сөрөг болж, гал унтарна. Өөр нэг арга бий - бид зүгээр л галын цацрагийг аваад сансарт тарааж болно. Гал бас унтарна. Бидний барьж буй термоядролын реакторт ч мөн адил. Энэ реакторт тохирох эерэг энергийн тэнцвэрийг бий болгохын тулд хэмжээсүүдийг сонгосон. Ирээдүйд жинхэнэ атомын цахилгаан станц барихад хангалттай бөгөөд одоогоор шийдэгдээгүй байгаа бүх асуудлыг туршилтын шатандаа шийдэж чадна."

Реакторын хэмжээсийг нэг удаа өөрчилсөн. Энэ нь 20-21-р зууны зааг дээр АНУ төслөөс гарах үед болсон бөгөөд үлдсэн гишүүд ITER-ийн төсөв (тэр үед 10 тэрбум ам. доллараар хэмжигдэж байсан) хэтэрхий том байсныг ойлгосон. Суурилуулалтын зардлыг бууруулахыг физикч, инженерүүд шаардсан. Үүнийг зөвхөн хэмжээнээс нь хамаарч хийх боломжтой. ITER-ийн "дахин дизайн" -ыг өмнө нь Карадаш дахь Францын Торе Супра токамак дээр ажиллаж байсан Францын физикч Роберт Аймар удирдсан. Плазмын торны гаднах радиусыг 8.2 метрээс 6.3 метр болгон бууруулсан. Гэсэн хэдий ч хэмжээ багассантай холбоотой эрсдлийг хэд хэдэн нэмэлт хэт дамжуулагч соронзоор нөхсөн бөгөөд энэ нь тухайн үед нээлттэй, судалж байсан плазмын хорих горимыг хэрэгжүүлэх боломжтой болсон.

Гутранги үзэлтнүүд:

"Та үүнийг коммунизмтай харьцуулж болно. Энэ салбарт тодорхой шийдэл гэхээсээ илүү олон асуудал бий...”;

"Энэ бол гэрэлт ирээдүйн тухай футурист нийтлэл бичих дуртай сэдвүүдийн нэг ..."

Өөдрөг үзэлтнүүд:

"Итгэмээргүй бүх зүйл эхэндээ боломжгүй, эсвэл дэвшил нь технологийн хөгжилд нэн чухал хүчин зүйл болсон зүйл болсон тул ийм зүйл тохиолдох болно ...";

"Залуус аа, термоядролын энерги бол бидний зайлшгүй ирээдүй бөгөөд үүнээс зугтах аргагүй..."

Нэр томъёог тодорхойлъё

– Хяналттай термоядролын нэгдэл гэж юу вэ?

Елена Корешева: Хяналттай термоядролын нэгдэл (CTF) нь хөнгөн элементийн термоядролын нэгдлийн урвалын энергийг үйлдвэрлэлийн зориулалтаар ашиглах зорилготой судалгааны салбар юм.

Семипалатинскийн ойролцоох дэлхийн анхны устөрөгчийн бөмбөг дэлбэрч байхдаа термоядролын хайлалтыг хяналтгүй үе шатанд нь харуулсан үед дэлхийн эрдэмтэд энэхүү судалгааг эхлүүлжээ. Ийм бөмбөг хийх төслийг 1949 онд ЗХУ-д Лебедевийн нэрэмжит физикийн хүрээлэнгийн ирээдүйн Нобелийн шагналт Андрей Сахаров, Виталий Гинзбург нар боловсруулжээ. ЗХУ-ын Шинжлэх ухааны академийн П.Н.Лебедев, 1951 оны 5-р сарын 5-нд И.В.Курчатовын удирдлаган дор термоядролын хөтөлбөрийн ажлыг хөгжүүлэх тухай ЗХУ-ын Сайд нарын Зөвлөлийн тогтоол гарчээ.

Цөмийн бөмбөгөөс ялгаатай нь дэлбэрэлтийн үеэр атомын цөм задралын үр дүнд энерги ялгардаг бол устөрөгчийн бөмбөгөнд термоядролын урвал явагддаг бөгөөд гол энерги нь устөрөгчийн хүнд изотопыг шатаах үед ялгардаг. дейтерий.

Устөрөгчийн бөмбөг дэх өндөр температур (~100 сая ° C) ба түлшний өндөр нягтрал зэрэг нь термоядролын урвал эхлүүлэхэд шаардлагатай нөхцөл нь жижиг хэмжээтэй цөмийн гал хамгаалагчийг дэлбэхэд хүрдэг.

Лабораторид ижил нөхцөлийг хэрэгжүүлэхийн тулд, өөрөөр хэлбэл хяналтгүй термоядролын нэгдлээс хяналттай болгохын тулд FIAN-ийн эрдэмтэд 1964 онд Нобелийн шагналт академич Н.Г.Басов, академич О.Н.Крохин нар лазерын цацрагийг ашиглахыг санал болгов. Тэр үед 1964 онд Физикийн дээд сургуульд байсан. П.Н.Лебедев, дараа нь манай улсын бусад шинжлэх ухааны төвүүдэд инерцийн плазмын хоригийн чиглэлээр CTS-ийн судалгааг эхлүүлсэн. Энэ чиглэлийг инерцийн термоядролын нэгдэл буюу ITS гэж нэрлэдэг.

ITS-ийн туршилтанд ашигласан сонгодог түлшний зорилт нь үүрлэсэн бөмбөрцөг давхаргын систем бөгөөд хамгийн энгийн хувилбар нь гаднах полимер бүрхүүл ба дотоод гадаргуу дээр үүссэн криоген түлшний давхарга юм. ITS-ийн үндсэн санаа нь бөмбөрцөг хэлбэрийн түлшний таван миллиграммыг хатуу биетийн нягтаас мянга дахин их нягтралд шахах явдал юм.

Шахалтыг зорилгын гаднах бүрхүүлээр гүйцэтгэдэг бөгөөд түүний бодис нь хэт хүчирхэг лазер туяа эсвэл өндөр энергитэй ионы цацрагийн нөлөөн дор эрчимтэй ууршиж, реактив буцаалтыг үүсгэдэг. Бүрхүүлийн ууршаагүй хэсэг нь хүчирхэг поршений адил зорилтот дотор байрлах түлшийг шахаж, хамгийн их шахалтын үед нэгдэх цочролын долгион нь шахсан түлшний төв дэх температурыг ихэсгэснээр термоядролын шаталт эхэлдэг. .

Зорилтот объектуудыг ITS реакторын камерт 1-15 Гц давтамжтайгаар цацаж, тэдгээрийн тасралтгүй цацраг, үүний дагуу эрчим хүч өгдөг термоядролын бичил дэлбэрэлтийн тасралтгүй дарааллыг хангана гэж таамаглаж байна. Энэ нь дотоод шаталтат хөдөлгүүрийн ажиллагааг санагдуулдаг бөгөөд зөвхөн энэ процессоор бид илүү их хэмжээний эрчим хүчийг олж авах боломжтой.

CTS-ийн өөр нэг арга нь соронзон плазмын хоригтой холбоотой юм. Энэ чиглэлийг соронзон термоядролын нэгдэл (MTF) гэж нэрлэдэг. Энэ чиглэлийн судалгаа арван жилийн өмнө буюу 1950-иад оны эхээр эхэлсэн. нэрэмжит хүрээлэн И.В.Курчатова бол манай улсад энэ судалгааны анхдагч юм.

– Эдгээр судалгааны эцсийн зорилго юу вэ?

Владимир Николаев: Эцсийн зорилго бол бараг шавхагдашгүй эрчим хүчний нөөцийг ашигладаг орчин үеийн өндөр технологи бүхий байгаль орчинд ээлтэй үйлдвэрүүдэд цахилгаан болон дулааны энерги үйлдвэрлэхэд термоядролын урвалыг ашиглах явдал юм. Энэхүү шинэ төрлийн цахилгаан станц нь нүүрсустөрөгчийн түлш (хий, нүүрс, мазут) ашигладаг дулааны цахилгаан станцууд (ДЦС), мөн атомын цахилгаан станцуудыг (АЦС) орлуулах ёстой. Энэ хэзээ болох вэ? Манай улсын ЦТС-ийн судалгааны удирдагчдын нэг, академич Л.А.Арцимовичийн хэлснээр хүн төрөлхтөнд үнэхээр хэрэгтэй болсон цагт термоядролын энерги бий болно. Энэ хэрэгцээ жил бүр улам бүр нэн яаралтай болж байгаа бөгөөд дараах шалтгааны улмаас:

1. Олон улсын эрчим хүчний агентлагийн (ОУЭА) 2011 онд гаргасан урьдчилсан мэдээгээр 2009-2035 оны хооронд дэлхийн цахилгаан эрчим хүчний жилийн хэрэглээ 1,8 дахин буюу жилд 17,200 ТВтц-аас 31,700 ТВт цаг болж, жил бүр өсөх хандлагатай байна. 2.4 хувьтай байна.

2. Хүн төрөлхтний эрчим хүч хэмнэх, төрөл бүрийн эрчим хүч хэмнэх технологийг үйлдвэрлэл, гэртээ ашиглахад чиглэсэн арга хэмжээнүүд нь харамсалтай нь бодит үр дүнд хүрэхгүй байна.

3. Одоо дэлхийн эрчим хүчний хэрэглээний 80 гаруй хувийг чулуужсан түлш буюу газрын тос, нүүрс, байгалийн хий шатаах замаар гаргаж байна. Энэхүү чулуужсан түлшний нөөцийг таваас зуун жилийн хугацаанд урьдчилан таамаглаж байгаа, түүнчлэн эдгээр чулуужсан олдворуудын ордуудын тэгш бус байршил, эдгээр ордууд нь цахилгаан станцаас алслагдсан, эрчим хүчний нөөцийг тээвэрлэхэд нэмэлт зардал шаардагддаг, зарим тохиолдолд шаардлагатай байдаг. баяжуулах, түлш шатаахад бэлтгэхэд маш их хэмжээний нэмэлт зардал гаргах.

4. Нарны эрчим хүч, салхины эрчим хүч, усан цахилгаан станц, био хий (одоогийн байдлаар эдгээр эх үүсвэрүүд нь дэлхийн хэрэглээний эрчим хүчний 13-15 орчим хувийг эзэлж байна) дээр суурилсан сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрийг хөгжүүлэх нь дэлхийн цаг уурын онцлогоос хамаарах зэрэг хүчин зүйлээр хязгаарлагдаж байна. цахилгаан станцын байршил, жилийн цаг, тэр ч байтугай өдрийн цаг хугацаанаас хамаарал. Энд бид салхин үүсгүүр, нарны станцуудын харьцангуй бага нэрлэсэн хүчин чадал, салхин цахилгаан станцуудад том талбайг хуваарилах хэрэгцээ, салхи, нарны цахилгаан станцуудын ажиллах горимын тогтворгүй байдал зэрэг нь эдгээр байгууламжийг эрчим хүчний системд нэгтгэхэд техникийн хүндрэл учруулдаг. цахилгаан эрчим хүчний системийн ажиллах горим гэх мэт.

– Ирээдүйд ямар таамаг дэвшүүлж байна вэ?

Владимир Николаев: Ирээдүйн эрчим хүчний салбарт тэргүүлэх байр суурь эзлэх гол нэр дэвшигч нь цөмийн эрчим хүч - АЦС-ын эрчим хүч, хяналттай термоядролын хайлалтын эрчим хүч юм. Одоогийн байдлаар ОХУ-д хэрэглэж буй эрчим хүчний 18 орчим хувийг атомын цахилгаан станцын эрчим хүч эзэлдэг бол хяналттай термоядролын хайлалтыг аж үйлдвэрийн хэмжээнд хараахан хэрэгжүүлээгүй байна. CTS-ийн практик хэрэглээний үр дүнтэй шийдэл нь байгаль орчинд ээлтэй, аюулгүй, бараг шавхагдашгүй эрчим хүчний эх үүсвэрийг эзэмших боломжийг танд олгоно.

Хэрэгжүүлэх бодит туршлага хаана байна вэ?

– ҮЗХ яагаад хэрэгжүүлэхийг ийм удаан хүлээдэг юм бэ? Эцсийн эцэст, энэ чиглэлийн анхны ажлыг Курчатов 1950-иад онд хийж байсан уу?

Владимир Николаев: Өнгөрсөн зууны 80-аад оны үед чулуужсан түлшний эх үүсвэр шавхагдашгүй мэт санагдаж, байгаль орчны асуудал, уур амьсгалын өөрчлөлтийн улмаас термоядролын эрчим хүчийг практик ашиглах асуудал яаралтай шийдэл шаарддаггүй гэж удаан хугацааны туршид ерөнхийд нь үзэж байсан. одоогийнх шиг тулгамдсан биш.

Нэмж дурдахад CTS-ийн асуудлыг эзэмшихийн тулд эхлээд шинжлэх ухааны цоо шинэ чиглэлүүд болох өндөр температурын плазмын физик, хэт өндөр энергийн нягтын физик, хэвийн бус даралтын физикийг хөгжүүлэх шаардлагатай байв. Энэ нь компьютерийн технологийг хөгжүүлэх, термоядролын урвал эхлүүлэх үед материйн зан байдлын хэд хэдэн математик загварыг боловсруулах шаардлагатай байв. Онолын үр дүнг баталгаажуулахын тулд лазер, ион ба электрон эх үүсвэр, түлшний бичил зорилтот төхөөрөмж, оношилгооны төхөөрөмжийг бий болгох, түүнчлэн томоохон хэмжээний лазер, ионы суурилуулалтыг бий болгоход технологийн нээлт хийх шаардлагатай байв.

Мөн эдгээр хүчин чармайлт дэмий хоосон байсангүй. Саяхан, 2013 оны 9-р сард АНУ-ын хүчирхэг NIF лазерын байгууламжид хийсэн туршилтаар "шинжлэх ухааны эвдрэл" гэж нэрлэгддэг зүйлийг анх удаа харуулсан: термоядролын урвалд ялгарах энерги нь түлшийг шахаж, халаахад зарцуулсан энергиэс давсан. ITS схемийн дагуу зорилтот . Энэ нь хайлуулах реакторыг арилжааны зорилгоор ашиглах боломжийг харуулахад чиглэсэн дэлхий даяар одоо байгаа хөтөлбөрүүдийн хөгжлийг хурдасгах нэмэлт хөшүүрэг болж байна.

Төрөл бүрийн урьдчилсан мэдээгээр олон улсын олон улсын төсөл, засгийн газрын хөтөлбөрүүд, тэр дундаа MTS-д суурилсан олон улсын ITER реактор, түүнчлэн реактор барих үндэсний хөтөлбөрүүдийн үр дүнд термоядролын реакторын анхны загварыг 2040 оноос өмнө ашиглалтад оруулах болно. АНУ, Европ, Японд ITS. Ийнхүү хяналтгүй термоядролыг нэгтгэх процессыг эхлүүлэхээс эхлээд анхны CTS цахилгаан станцыг ажиллуулах хүртэл далан наян жил өнгөрөх болно.

ЗТХ-ийн хэрэгжилтийн үргэлжлэх хугацааны тухайд 80 жил гэдэг тийм ч их хугацаа биш гэдгийг тодруулмаар байна. Жишээлбэл, 1800 онд Алессандро Вольта анхны вольт эсийг зохион бүтээснээс хойш 1882 онд Томас Эдисон анхны прототип цахилгаан станцыг ажиллуулж эхэлтэл наян хоёр жил өнгөрчээ. Хэрэв бид Уильям Гилбертийн (1600) цахилгаан, соронзон үзэгдлийн нээлт, анхны судалгааны талаар ярих юм бол эдгээр үзэгдлийг практикт хэрэглэхээс өмнө хоёр зуун гаруй жил өнгөрчээ.

– Инерцийн удирдлагатай термоядролын хайлалтыг ашиглах шинжлэх ухаан, практикийн чиглэл юу вэ?

Елена Корешева: ITS реактор нь байгальд ээлтэй эрчим хүчний эх үүсвэр бөгөөд уламжлалт чулуужсан түлшний эх үүсвэр болон атомын цахилгаан станцуудтай эдийн засгийн хувьд өрсөлдөх чадвартай. Тодруулбал, АНУ-ын Ливерморын үндэсний лабораторийн урьдчилсан мэдээгээр 2090 он гэхэд АНУ-ын эрчим хүчний салбар орчин үеийн атомын цахилгаан станцуудыг бүрэн орхиж, ITS системээр бүрэн солино гэж таамаглаж байна.

ITS реакторыг бүтээх явцад боловсруулсан технологийг тус улсын янз бүрийн салбарт ашиглах боломжтой.

Гэхдээ юуны өмнө реакторын механик загвар буюу SMR-ийг бий болгох шаардлагатай бөгөөд энэ нь түлшний зорилтот бодисыг термоядролын шаталтын бүсэд хүргэх давтамж, синхрончлолтой холбоотой үндсэн процессуудыг оновчтой болгох боломжийг олгоно. SMR-г ажиллуулж, туршилтын туршилт хийх нь арилжааны реакторын элементүүдийг боловсруулах зайлшгүй үе шат юм.

Эцэст нь ITS реактор нь 1020 н/сек хүртэл нейтроны гарцтай нейтроны хүчирхэг эх үүсвэр бөгөөд түүний доторх нейтроны урсгалын нягт нь асар их утгад хүрч, дунджаар 1020 н/сек-см 2, 1027-оос хэтрэх боломжтой. Урвалын бүсийн ойролцоох импульсийн н/сек-см 2. ITS реактор нь нейтроны хүчирхэг эх үүсвэрийн хувьд суурь судалгаа, эрчим хүч, нано болон биотехнологи, анагаах ухаан, геологи, аюулгүй байдлын асуудал зэрэг салбарт судалгааны өвөрмөц хэрэгсэл юм.

ITS-ийг ашиглах шинжлэх ухааны чиглэлүүдийн хувьд хэт шинэ болон бусад астрофизикийн объектуудын хувьсалтай холбоотой физикийн судалгаа, эрс тэс нөхцөлд материйн төлөв байдлыг судлах, байгальд байдаггүй трансуран элемент, изотопуудыг үйлдвэрлэх зэрэг орно. , лазерын цацрагийн плазмтай харилцан үйлчлэлийн физикийн судалгаа болон бусад.

– Таны бодлоор эрчим хүчний өөр эх үүсвэр болох CTS-д шилжих шаардлага бий юу?

Владимир Николаев: Ийм шилжилтийн хэрэгцээ хэд хэдэн талтай. Юуны өмнө энэ нь байгаль орчны асуудал юм: нүүрсустөрөгчийн болон цөмийн эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн уламжлалт технологи нь байгаль орчинд хортой нөлөө үзүүлж буй баримтыг сайн мэддэг бөгөөд нотлогдсон.

Энэ асуудлын улс төрийн талыг мартаж болохгүй, учир нь альтернатив эрчим хүчийг хөгжүүлэх нь тус улсыг дэлхийд тэргүүлж, түлшний нөөцийн үнийг бодитоор тогтоох боломжийг олгоно.

Дараа нь бид түлшний нөөцийг олборлох нь илүү үнэтэй болж, тэдгээрийг шатаах нь улам бүр багасч байгааг тэмдэглэж байна. Д.И.Менделеевийн хэлснээр "Тосонд живэх нь мөнгөн дэвсгэртээр живэхтэй адил". Тиймээс эрчим хүчний салбарт өөр технологид шилжих нь тус улсын нүүрсустөрөгчийн нөөцийг химийн болон бусад үйлдвэрүүдэд ашиглахад ашиглах боломжийг олгоно.

Эцэст нь, хүн амын тоо, нягтрал байнга өсөхийн хэрээр эрчим хүч үйлдвэрлэх нь байгаль орчинд ашигтай, аюулгүй АЦС, улсын цахилгаан станц барих газар олоход улам бүр хэцүү болж байна.

Тиймээс хяналттай термоядролын нэгдэл бий болгох нийгэм, улс төр, эдийн засаг, байгаль орчны үүднээс авч үзвэл ямар ч асуулт гарч ирэхгүй.

Гол бэрхшээл нь зорилгодоо хүрэхийн тулд шинжлэх ухаанд урьд өмнө тулгарч байгаагүй олон асуудлыг шийдвэрлэх шаардлагатай байдаг, тухайлбал:

урвалд орж буй түлшний хольцод тохиолддог нарийн төвөгтэй физик процессуудыг ойлгож, тайлбарлах,

Тохиромжтой барилгын материалыг сонгох, турших,

Хүчтэй лазер болон рентген туяаны эх үүсвэрийг хөгжүүлэх,

Хүчтэй бөөмийн цацраг үүсгэх чадвартай импульсийн эрчим хүчний системийг хөгжүүлэх,

Түлшний зорилтот массыг бөөнөөр үйлдвэрлэх технологи, тэдгээрийг реакторын камерт лазерын цацрагийн импульс эсвэл бөөмийн цацраг синхроноор тасралтгүй нийлүүлэх системийг боловсруулах, бусад олон зүйлийг хийх.

Тиймээс манай улсад инерцийн удирдлагатай термоядролын хайлалтыг хөгжүүлэх холбооны зорилтот улсын хөтөлбөрийг бий болгох асуудал, түүнийг санхүүжүүлэх асуудал гарч ирж байна.

– Хяналттай термоядролын нэгдэл аюулгүй байх уу? Онцгой байдлын улмаас байгаль орчин, хүн амд ямар үр дагавар гарах вэ?

Елена Корешева: Нэгдүгээрт, үйл ажиллагааны зарчмаас шалтгаалан дулааны цөмийн цахилгаан станцад ноцтой осол гарах магадлалыг бүрэн үгүйсгэдэг. Термоядролыг нэгтгэх түлш нь чухал масстай байдаггүй бөгөөд атомын цахилгаан станцын реакторуудаас ялгаатай нь UTS реакторт аливаа онцгой байдлын үед урвалын процессыг секундын дотор зогсоож болно.

Дулааны атомын цахилгаан станцын бүтцийн материалыг нейтрон идэвхжсэнээр удаан эдэлгээтэй изотоп үүсгэхгүй байхаар сонгоно. Цацраг идэвхт хаягдлыг удаан хугацаагаар хадгалах асуудалгүй “цэвэр” реактор бий болгох боломжтой гэсэн үг. Тооцоолсноор бол ядарсан дулааны цөмийн цахилгаан станцыг хаасны дараа тусгай хамгаалалтын арга хэмжээ авахгүйгээр хорь-гучин жилийн дараа устгаж болно.

Термоядролын нэгдлийн эрчим хүч нь эрчим хүчний хүчирхэг, байгаль орчинд ээлтэй эх үүсвэр бөгөөд эцсийн дүндээ далайн энгийн усыг түлш болгон ашигладаг гэдгийг онцлон тэмдэглэх нь зүйтэй. Энэхүү эрчим хүчний олборлолтын схемийн тусламжтайгаар органик түлш шатаах, удаан эдэлгээтэй цацраг идэвхт хаягдал, атомын цахилгаан станц ажиллуулахтай адил хүлэмжийн үр нөлөө үүсэхгүй.

Хайлуулах реактор нь цөмийн реактороос хамаагүй аюулгүй, ялангуяа цацрагийн хувьд. Дээр дурдсанчлан, дулааны атомын цахилгаан станцад ноцтой осол гарах магадлалыг үгүйсгэдэг. Үүний эсрэгээр, атомын цахилгаан станцад цацрагийн томоохон осол гарах магадлалтай бөгөөд энэ нь түүний үйл ажиллагааны зарчимтай холбоотой юм. Хамгийн тод жишээ бол 1986 онд Чернобылийн атомын цахилгаан станц, 2011 онд Фукушима-1 АЦС-д гарсан осол юм. CTS реактор дахь цацраг идэвхт бодисын хэмжээ бага. Энд байгаа гол цацраг идэвхит элемент нь тритиум бөгөөд цацраг идэвхт чанар муутай, хагас задралын хугацаа 12.3 жил, амархан устгагддаг. Үүнээс гадна UTS реакторын дизайн нь цацраг идэвхт бодис тархахаас сэргийлдэг хэд хэдэн байгалийн саадыг агуулдаг. Атомын цахилгаан станцын ашиглалтын хугацаа нь ашиглалтын хугацааг сунгахыг харгалзан гучин таваас тавин жил хүртэл байдаг бөгөөд үүний дараа станцыг татан буулгах ёстой. Атомын цахилгаан станцын реактор болон реакторын эргэн тойронд маш их хэмжээний цацраг идэвхт бодис үлдэж байгаа бөгөөд цацраг идэвхит бодис буурах хүртэл олон арван жил хүлээх болно. Энэ нь өргөн уудам нутаг дэвсгэр, материаллаг баялгийг эдийн засгийн эргэлтээс гаргахад хүргэдэг.

Тритиум яаралтай алдагдах магадлалын үүднээс авч үзвэл ITS-д суурилсан ирээдүйн станцууд нь соронзон термоядролын нэгдэлд суурилсан станцуудаас давуу талтай гэдгийг бид мөн тэмдэглэж байна. ITS станцуудад түлшний эргэлтэнд нэгэн зэрэг агуулагдах тритиумын хэмжээг граммаар, хамгийн ихдээ хэдэн арван граммаар тооцдог бол соронзон системд энэ хэмжээ хэдэн арван килограмм байх ёстой.

– Инерцийн термоядролын нэгдлийн зарчмаар ажиллаж байгаа байгууламжууд аль хэдийн бий юу? Хэрэв тийм бол тэдгээр нь хэр үр дүнтэй вэ?

Елена Корешева: ITS схемийг ашиглан олж авсан термоядролын нэгдлийн энергийг харуулахын тулд дэлхийн олон оронд туршилтын лабораторийн байгууламжуудыг барьсан. Тэдгээрийн дотроос хамгийн хүчирхэг нь дараах байдалтай байна.

2009 оноос хойш АНУ-ын Лоуренс Ливерморын үндэсний лаборатори нь лазерын 192 туяанд төвлөрсөн 1.8 МЖ лазерын энерги бүхий NIF лазерын байгууламжийг ажиллуулж байна;

Францад (Бордо) 240 лазер туяанд 1.8 МЖ лазерын энерги бүхий хүчирхэг LMJ суурилуулалтыг ашиглалтад оруулсан;

Европын Холбоонд 0.3-0.5 МЖ эрчим хүч бүхий хүчирхэг лазер суурилуулалт HiPER (High Power laser Energy Research) бүтээгдэж байгаа бөгөөд түүний үйл ажиллагаа нь >1 Гц-ийн өндөр давтамжтай түлшний зорилтот үйлдвэрлэл, нийлүүлэлтийг шаарддаг;

АНУ-ын Лазерын эрчим хүчний лаборатори нь OMEGA лазер суурилуулалтыг ажиллуулдаг бөгөөд 30 кЖ энергийн лазерын энерги нь жаран цацрагийн цацрагт төвлөрдөг;

АНУ-ын Тэнгисийн цэргийн лаборатори (NRL) дэлхийн хамгийн хүчирхэг NIKE криптон-фторын лазерыг тавин зургаан лазер туяанд 3-5 кЖ-ийн энергитэй;

Японд Осака их сургуулийн Лазер технологийн лабораторид олон цацрагт лазер суурилуулалт GEKKO-XII, лазерын энерги - 15-30 кЖ;

Хятадад жаран дөрвөн лазер туяанд 200 кЖ лазерын энерги бүхий SG-III суурилуулалт байдаг;

ОХУ-ын Холбооны цөмийн төв - Бүх Оросын туршилтын физикийн судалгааны хүрээлэн (RFNC-VNIIEF, Саров) нь ISKRA-5 (лазерын арван хоёр цацраг) болон LUCH (лазер цацрагийн дөрвөн цацраг) суурилуулалтыг ажиллуулдаг. Эдгээр суурилуулалтын лазерын энерги нь 12-15 кЖ байна. Энд 2012 онд 192 цацрагт 2.8 МЖ лазерын энерги бүхий UFL-2M шинэ суурилуулалтыг барьж эхэлсэн. Энэ дэлхийн хамгийн хүчирхэг лазерыг 2020 онд хөөргөхөөр төлөвлөж байна.

Жагсаалтад орсон ITS-ийн суурилуулалтыг ажиллуулах зорилго нь термоядролын урвалд ялгарах энерги нь нийт оруулсан эрчим хүчнээс давсан тохиолдолд ITS-ийн техникийн ашигтай байдлыг харуулах явдал юм. Өнөөдрийг хүртэл шинжлэх ухааны эвдрэл, өөрөөр хэлбэл ITS-ийн шинжлэх ухааны ашиг тусыг харуулсан: термоядролын урвалд ялгарсан энерги нь түлшийг шахаж, халаахад зарцуулсан эрчим хүчнээс анх удаа давсан.

– Таны бодлоор өнөөдөр хяналттай термоядролын хайлалтыг ашигласан суурилуулалт эдийн засгийн хувьд ашигтай байж болох уу? Тэд одоо байгаа станцуудтай үнэхээр өрсөлдөж чадах уу?

Владимир Николаев: UTS цахилгаан станцын түлшний нөөц бараг шавхагдашгүй тул хяналттай термоядролын хайлуулалт нь нүүрсустөрөгчийн түлш, атомын цахилгаан станц зэрэг батлагдсан эрчим хүчний эх үүсвэрүүдийн жинхэнэ өрсөлдөгч юм. Дэлхийн далай дахь дейтерий агуулсан хүнд усны хэмжээ ~1015 тонн орчим байдаг. Термоядролын түлшний хоёр дахь бүрэлдэхүүн хэсэг болох тритиум үйлдвэрлэдэг лити нь дэлхийд аль хэдийн жилд хэдэн арван мянган тонноор үйлдвэрлэгддэг бөгөөд хямдхан байдаг. Түүгээр ч зогсохгүй 1 грамм дейтерий нь 1 грамм нүүрснээс 10 сая дахин их эрчим хүч, 1 грамм дейтерий-тритий хольц нь 8 тонн газрын тостой ижил энерги өгөх болно.

Нэмж дурдахад, хайлуулах урвал нь уран-235-ын задралын урвалаас илүү хүчтэй энергийн эх үүсвэр юм: дейтерий ба тритиумын термоядролын нэгдэл нь ижил масстай уран-235 цөмийн задралаас 4.2 дахин их энерги ялгаруулдаг.

Атомын цахилгаан станцын хог хаягдлыг зайлуулах нь нарийн төвөгтэй, үнэтэй технологийн процесс бөгөөд термоядролын реактор нь бараг хаягдалгүй, үүний дагуу цэвэр байдаг.

Эрчим хүчний горимын өөрчлөлтөд системийн дасан зохицох чадвар гэх мэт ITES-ийн үйл ажиллагааны шинж чанаруудын чухал талыг бид мөн тэмдэглэж байна. Атомын цахилгаан станцуудаас ялгаатай нь ITES-ийн хүчийг бууруулах үйл явц нь маш энгийн байдаг - энэ нь термоядролын түлшний зорилтуудыг реакторын камерт нийлүүлэх давтамжийг багасгахад хангалттай юм. Тиймээс уламжлалт атомын цахилгаан станцтай харьцуулахад ITES-ийн өөр нэг чухал давуу тал нь ITES нь илүү маневрлах чадвартай юм. Магадгүй энэ нь ирээдүйд хүчирхэг ITES-ийг эрчим хүчний системийн ачааллын хуваарийн "суурь" хэсэгт, хүчирхэг "суурь" усан цахилгаан станц, атомын цахилгаан станцуудын хамт ашиглахаас гадна ITES-ийг хамгийн их гэж үзэх боломжийг олгоно. том эрчим хүчний системийн тогтвортой ажиллагааг хангадаг маневрлах чадвартай "оргил" цахилгаан станцууд. Эсвэл бусад станцуудын боломжит хүчин чадал хүрэлцэхгүй байх үед цахилгаан системийн өдөр тутмын ачааллын оргил үед ITES-ийг ашиглах.

– Өрсөлдөх чадвартай, хэмнэлттэй, аюулгүй инерцийн дулааны цөмийн цахилгаан станцыг бий болгох чиглэлээр өнөөдөр Орос эсвэл бусад оронд шинжлэх ухааны бүтээн байгуулалтууд хийгдэж байна уу?

Елена Корешева: АНУ, Европ, Японд 2040 он гэхэд ITS-д суурилсан цахилгаан станц барих урт хугацааны үндэсний хөтөлбөрүүд аль хэдийн хэрэгжсэн. 2015-2018 он гэхэд оновчтой технологид хүрч, 2020-2025 он гэхэд тасралтгүй эрчим хүч үйлдвэрлэх горимд туршилтын үйлдвэр ажиллаж байгааг харуулахаар төлөвлөж байна. Хятад улс 2020 онд 1.5 МЖ лазерын эрчим хүч бүхий реакторын хэмжээтэй SG-IV лазерын байгууламжийг барьж ашиглалтад оруулах хөтөлбөртэй.

Эрчим хүч үйлдвэрлэх тасралтгүй горимыг хангахын тулд ITES реакторын камерын төв рүү түлш нийлүүлэх, лазерын цацрагийг нэгэн зэрэг 1-10 Гц давтамжтайгаар хийх ёстой гэдгийг сануулъя.

Реакторын технологийг туршихын тулд АНУ-ын Тэнгисийн цэргийн лаборатори (NRL) 5 Гц давтамжтай, 500-700 Жоулийн лазерын энергитэй ELEKTRA суурилуулалтыг бүтээжээ. 2020 он гэхэд лазерын энергийг мянга дахин нэмэгдүүлэхээр төлөвлөж байна.

Европын HiPER төслийн хүрээнд давтамжийн горимд ажиллах 0.3-0.5 МЖ эрчим хүч бүхий хүчирхэг ITS суурилуулалтыг бий болгож байна. Энэхүү хөтөлбөрийн зорилго нь инерцийн термоядролын цахилгаан станцын үйл ажиллагааны ердийн давтамжийн горимд термоядролын хайлуулах энергийг олж авах боломжийг харуулах явдал юм.

БНСУ-ын Физик технологийн дэвшилтэт хүрээлэнгийн KAIST-д шинэлэг өндөр чадлын давтамжийн лазер бүтээх БНСУ-ын төрийн төслийг мөн энд онцолж байна.

ОХУ-д нэрэмжит Физикийн хүрээлэнд. П.Н.Лебедевийн хэлснээр FST-ийн өвөрмөц аргыг боловсруулж, харуулсан бөгөөд энэ нь давтамж үүсэх, криоген түлшний зорилтуудыг ITS реакторт хүргэх асуудлыг шийдвэрлэх ирээдүйтэй арга юм. Реакторын зорилтот объектыг түлшээр дүүргэхээс эхлээд лазерын фокус руу давтамж хүргэх хүртэлх бүх процессыг дуурайлган хийдэг лабораторийн төхөөрөмжийг энд бүтээсэн. HiPER хөтөлбөрийн хүсэлтээр FIAN-ийн мэргэжилтнүүд FST аргын үндсэн дээр ажиллаж байгаа зорилтот үйлдвэрийн дизайныг боловсруулж, түлшний зорилтот бүтээгдэхүүнийг тасралтгүй үйлдвэрлэх, HiPER туршилтын камерын анхаарлын төвд давтамжийг хүргэх боломжийг хангасан.

АНУ-д 2040 он гэхэд анхны ITS цахилгаан станцыг барих зорилготой урт хугацааны LIFE хөтөлбөр байдаг. LIFE хөтөлбөрийг АНУ-д ажиллаж байгаа 1.8 МЖ лазерын эрчим хүч бүхий хүчирхэг NIF лазерын байгууламж дээр үндэслэн боловсруулна.

Сүүлийн жилүүдэд маш хүчтэй (1017-1018 Вт/см 2 ба түүнээс дээш) лазерын цацрагийн бодистой харилцан үйлчлэлцэх судалгаа нь урьд өмнө мэдэгдээгүй байсан шинэ физик нөлөөг илрүүлэхэд хүргэсэн болохыг анхаарна уу. Энэ нь гуч гаруй жилийн өмнө санал болгож байсан боловч тухайн үеийн технологийн дагуу хэрэгжүүлэх боломжгүй байсан плазмын блокуудыг (хажуугийн гал асаах гэж нэрлэдэг) ашиглан шахсан түлшинд термоядролын урвалыг асаах энгийн бөгөөд үр дүнтэй аргын итгэл найдварыг сэргээв. түвшин. Энэ аргыг хэрэгжүүлэхийн тулд пикосекундын импульсийн үргэлжлэх хугацаатай, 10-100 петаВт чадалтай лазер шаардлагатай. Одоогоор энэ сэдвээр судалгааг дэлхий даяар эрчимтэй явуулж байгаа бөгөөд 10 петватт (PW) чадалтай лазерууд аль хэдийн баригдсан. Жишээлбэл, энэ бол Их Британийн Рутерфорд, Апплтон лабораторийн VULCAN лазерын байгууламж юм. Тооцооллоос харахад ийм лазерыг ITS-д ашиглах үед протон-бор эсвэл протон-литий зэрэг нейтронгүй урвалын гал асаах нөхцөл бүрэн боломжтой байдаг. Энэ тохиолдолд зарчмын хувьд цацраг идэвхт бодисын асуудал арилдаг.

CTS-ийн хүрээнд инерцийн термоядролын нэгдлээс өөр технологи бол соронзон термоядролын нэгдэл юм. Энэ технологийг дэлхий даяар ITS-тэй зэрэгцүүлэн хөгжүүлж байна, тухайлбал, олон улсын ITER хөтөлбөрийн хүрээнд. TOKAMAK төрлийн системд суурилсан ITER олон улсын туршилтын термоядролын реакторыг Францын өмнөд хэсэгт байрлах Кадараче судалгааны төвд барьж байна. Оросын талаас Росатомын байгуулсан “ITER төслийн төв”-ийн ерөнхий зохицуулалтаар “Росатом” болон бусад агентлагийн олон аж ахуйн нэгжүүд ITER төсөлд оролцож байна. ITER-ийг бий болгох зорилго нь хайлуулах цахилгаан станцуудын ашиглалтын явцад хангагдсан байх нөхцөлийг судлах, мөн үүний үндсэн дээр хэмжигдэхүүн тус бүрээр ITER-ээс 30-аас доошгүй хувиар илүү хэмнэлттэй цахилгаан станцуудыг бий болгох явдал юм.

Орос улсад хэтийн төлөв бий

– ОХУ-д дулааны атомын цахилгаан станцыг амжилттай барихад юу саад болж болох вэ?

Владимир Николаев: Өмнө дурьдсанчлан, CTS-ийн хөгжлийн хоёр чиглэл байдаг: соронзон ба инерцийн плазмын хязгаарлалттай. Дулааны атомын цахилгаан станц барих асуудлыг амжилттай шийдвэрлэхийн тулд холбооны холбогдох хөтөлбөрүүд, Оросын болон олон улсын төслүүдийн хүрээнд хоёр чиглэлийг зэрэгцүүлэн хөгжүүлэх ёстой.

Орос улс UTS реакторын анхны прототипийг бүтээх олон улсын төсөлд аль хэдийн оролцож байна - энэ бол соронзон термоядролын хайлуулахтай холбоотой ITER төсөл юм.

ITS-д суурилсан цахилгаан станцын хувьд Орос улсад ийм улсын хөтөлбөр хараахан байхгүй байна. Энэ салбарт санхүүжилт дутмаг байгаа нь Орос улсыг дэлхийд ихээхэн хоцорч, одоо байгаа тэргүүлэх чиглэлээ алдахад хүргэж болзошгүй юм.

Үүний эсрэгээр, зохих санхүүгийн хөрөнгө оруулалтаар Оросын нутаг дэвсгэрт инерцийн дулааны цөмийн цахилгаан станц буюу ITES барих бодит хэтийн төлөв нээгдэж байна.

– ОХУ-д хангалттай санхүүгийн хөрөнгө оруулалт хийх тохиолдолд инерцийн дулааны цөмийн цахилгаан станц барих хэтийн төлөв бий юу?

Елена Корешева: Хэтийн төлөв бий. Үүнийг илүү дэлгэрэнгүй авч үзье.

ITES нь зайлшгүй шаардлагатай дөрвөн хэсгээс бүрдэнэ.

1. Шатаах камер буюу реакторын камерт термоядролын бичил дэлбэрэлт үүсч, энерги нь хөргөлтийн шингэн рүү шилждэг.

2. Жолооч – хүчирхэг лазер буюу ионы хурдасгуур.

3. Зорилтот үйлдвэр - реакторын камерт түлш бэлтгэх, нэвтрүүлэх систем.

4. Дулааны болон цахилгаан тоног төхөөрөмж.

Ийм станцын түлш нь дейтерий, тритий, мөн реакторын камерын хананы нэг хэсэг болох литий байх болно. Тритиум нь байгальд байдаггүй боловч реакторт термоядролын урвалын нейтронтой харьцах үед литийээс үүсдэг. Дэлхийн далай дахь дейтерий агуулсан хүнд усны хэмжээ энд дурдсанчлан ~1015 тонн орчим байдаг. Практик талаас нь авч үзвэл энэ бол хязгааргүй үнэ цэнэ юм! Уснаас дейтерийг гаргаж авах нь сайн батлагдсан бөгөөд хямдхан үйл явц юм. Лити бол дэлхийн царцдасаас олддог хүртээмжтэй, нэлээд хямд элемент юм. ITES-д литийг хэрэглэхэд хэдэн зуун жил үргэлжилнэ. Нэмж дурдахад, урт хугацаанд хүчирхэг хөтчүүдийн технологи (өөрөөр хэлбэл лазер, ионы цацраг) хөгжихийн хэрээр термоядролын урвалыг цэвэр дейтерий эсвэл бага хэмжээний тритий агуулсан түлшний хольц дээр хийхээр төлөвлөж байна. Улмаар түлшний өртөг нь хайлуулах цахилгаан станцын үйлдвэрлэсэн эрчим хүчний өртөгт маш бага буюу 1 хувиас бага хувь нэмэр оруулах болно.

ITES-ийн шатаах камер нь ойролцоогоор 10 метрийн бөмбөрцөг бөгөөд түүний дотоод ханан дээр шингэний эргэлтийг хангадаг бөгөөд станцын зарим хувилбарт лити зэрэг нунтаг хөргөлтийн бодисыг нэгэн зэрэг ашигладаг. термоядролын бичил дэлбэрэлтийн энергийг зайлуулж, тритиум үйлдвэрлэх. Нэмж дурдахад камер нь зорилтот болон жолоочийн цацрагийг оруулахад шаардлагатай тооны оролтын цонхоор хангадаг. Энэхүү загвар нь хүчирхэг цөмийн реакторууд эсвэл зарим үйлдвэрлэлийн химийн синтезийн үйлдвэрүүдийн орон сууцыг санагдуулдаг бөгөөд тэдгээрийн практик туршлага байдаг. Шийдвэрлэх олон асуудал байсаар байгаа ч үндсэн хязгаарлалт байхгүй. Энэхүү дизайны материал болон бие даасан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн талаархи зарим боловсруулалт, ялангуяа ITER төсөлд аль хэдийн бий болсон.

Дулааны болон цахилгаан тоног төхөөрөмж нь атомын цахилгаан станцуудад удаан хугацаанд ашиглагдаж ирсэн нэлээд сайн хөгжсөн техникийн төхөөрөмж юм. Мэдээжийн хэрэг, термоядролын станцад эдгээр системүүд харьцуулж болохуйц өртөгтэй байх болно.

Хамгийн төвөгтэй ITES системүүд болох жолооч нар ба зорилтот үйлдвэрүүдийн хувьд Орос улсад ITES-ийн улсын хөтөлбөрийг батлах, Оросын хүрээлэнгүүдтэй хамтран болон олон улсын хамтын ажиллагааны хүрээнд хэд хэдэн төслийг хэрэгжүүлэхэд шаардлагатай сайн үндэс суурь бий. хамтын ажиллагаа. Энэ үүднээс авч үзвэл Оросын судалгааны төвүүдэд аль хэдийн боловсруулсан арга, технологи нь чухал зүйл юм.

Ялангуяа Саров дахь Оросын Холбооны цөмийн төв нь өндөр хүчин чадалтай лазер үүсгэх, нэг түлшний объект үйлдвэрлэх, лазерын систем, термоядролын плазмыг оношлох, мөн ITS-д болж буй үйл явцыг компьютерт загварчлах чиглэлээр тэргүүлэх ач холбогдолтой бүтээн байгуулалтуудтай. Одоогоор RFNC-VNIIEF нь 2.8 МЖ энерги бүхий дэлхийн хамгийн хүчирхэг лазерыг бүтээх UFL-2M хөтөлбөрийг хэрэгжүүлж байна. Хөтөлбөрт Оросын бусад хэд хэдэн байгууллага, түүний дотор нэрэмжит Физикийн хүрээлэн оролцдог. П.Н.Лебедева. 2012 онд хэрэгжиж эхэлсэн UFL-2M хөтөлбөр амжилттай хэрэгжсэн нь Оросын хувьд термоядролын эрчим хүчийг эзэмших зам дахь бас нэг том алхам юм.

ОХУ-ын "Курчатовын хүрээлэн" (Москва) шинжлэх ухааны төвд Санкт-Петербургийн Политехникийн их сургуультай хамтран соронзон термоядролын хайлуулах системд аль хэдийн ашиглагдаж байгаа пневматик форсунк ашиглан криоген түлшийг хүргэх чиглэлээр судалгаа хийжээ. ТОКАМАК гэх мэт; ITS реакторын камерт хүргэх явцад түлшний зорилтуудыг хамгаалах янз бүрийн системийг судалсан; ITS-ийг нейтроны хүчирхэг эх үүсвэр болгон өргөнөөр ашиглах боломжийг судалсан.

нэрэмжит Физикийн дээд сургуульд. П.Н. Лебедев РАС (Москва) реакторын зорилтот үйлдвэрийг бий болгоход шаардлагатай бүтээн байгуулалтууд байна. Энд түлшний зорилтот давтамжийг үйлдвэрлэх өвөрмөц технологийг боловсруулж, 0.1 Гц давтамжтай ажилладаг зорилтот үйлдвэрийн загвар загварыг бий болгосон. Энд мөн таталцлын форсунк, цахилгаан соронзон форсунк, түүнчлэн квантын левитацид суурилсан шинэ тээврийн хэрэгсэл зэрэг зорилтот хүргэх янз бүрийн системийг бий болгож, судалжээ. Эцэст нь хүргэх явцад өндөр нарийвчлалтай зорилтот чанарын хяналт, оношлогооны технологийг энд боловсруулсан. Энэ ажлын заримыг олон улсын болон Оросын арван төслийн хүрээнд өмнө дурдсан ITS төвүүдтэй хамтран гүйцэтгэсэн.

Гэсэн хэдий ч Орос улсад боловсруулсан арга, технологийг хэрэгжүүлэх зайлшгүй нөхцөл бол ITS, түүний санхүүжилтийн холбооны урт хугацааны зорилтот хөтөлбөрийг батлах явдал юм.

– Таны бодлоор ITS-д суурилсан дулааны цөмийн энергийг хөгжүүлэх эхний алхам юу байх ёстой вэ?

Владимир Николаев: Эхний алхам нь “Криоген түлшээр инерцийн термоядролын хайлуулах үндсэн дээр ажиллаж байгаа цахилгаан станцын давтамжийг нөхөх реакторын механик загвар, ЗОРИЛТ ҮЙЛДВЭРИЙН загвар боловсруулах” төсөл байж болно. нэрэмжит Физикийн хүрээлэнтэй хамтран Эрчим хүчний хэмнэлт “ИНТЕР РАО ЕЭС”. П.Н.Лебедева, Үндэсний судалгааны төв Курчатовын хүрээлэн. Төслийн хүрээнд олж авсан үр дүн нь Орос улсад ITS-ийн салбарт дэлхийд тогтвортой тэргүүлэх байр суурийг эзлэх төдийгүй ITS дээр суурилсан арилжааны цахилгаан станц барихад ойртох боломжийг олгоно.

Ирээдүйн ITES-ийг хамгийн багадаа хэд хэдэн гигаватт багтаамжтайгаар барих нь тодорхой болсон. Ийм нөхцөлд тэд орчин үеийн атомын цахилгаан станцуудтай нэлээд өрсөлдөх чадвартай болно. Түүнчлэн ирээдүйн термоядролын эрчим хүч нь цөмийн энергийн хамгийн тулгамдсан асуудлууд болох цацрагийн ослын аюул, өндөр түвшний хог хаягдлыг булшлах, атомын цахилгаан станцын түлшний өртөг болон хомсдол зэргийг арилгах болно. Инерцийн өөрчлөлтийг анхаарна уу. 1 гигаватт (ГВт) дулааны хүчин чадалтай термоядролын цахилгаан станц нь зөвхөн 1 кВт чадалтай цацрагийн аюултай задралын реакторын үүднээс авч үзвэл тэнцүү юм!

– ITES-ийг аль бүс нутагт байрлуулахыг зөвлөж байна вэ? Оросын эрчим хүчний систем дэх инерцийн дулааны цөмийн цахилгаан станцын байр суурь?

Владимир Николаев: Дээр дурьдсанчлан дулааны цахилгаан станцаас (Улсын хорооллын цахилгаан станц, ТЭЦ, ХЦС) ялгаатай нь ITES-ийн байршил нь түлшний эх үүсвэрийн байршлаас хамаардаггүй. Жилийн түлшний хэрэгцээ нь ойролцоогоор 1 тонн бөгөөд эдгээр нь аюулгүй, тээвэрлэхэд хялбар материал юм.

Цөмийн реакторыг хүн ам шигүү суурьшсан газрын ойролцоо байрлуулах боломжгүй, учир нь осол гарах эрсдэлтэй. Атомын цахилгаан станцуудын онцлог шинж чанартай эдгээр хязгаарлалтууд нь ITES-ийн байршлыг сонгоход байхгүй болно. ITES нь томоохон хотууд болон аж үйлдвэрийн төвүүдийн ойролцоо байрладаг. Энэ нь станцыг эрчим хүчний нэгдсэн системд холбох асуудлыг арилгадаг. Нэмж дурдахад, ITES-ийн хувьд атомын цахилгаан станцын барилга байгууламж, ашиглалтын нарийн төвөгтэй байдал, цөмийн хаягдлыг боловсруулах, устгах, атомын цахилгаан станцын байгууламжийг буулгахтай холбоотой хүндрэлүүдтэй холбоотой сул тал байхгүй.

ITES нь алслагдсан, хүн ам цөөтэй, хүрэхэд хэцүү бүс нутагт байрладаг бөгөөд бие даасан байдлаар ажиллаж, эрчим хүч их шаарддаг технологийн процессуудыг хангадаг, тухайлбал, Зүүн Сибирь, Магадан муж, хөнгөн цагаан, өнгөт металлын үйлдвэрлэл гэх мэт. Чукотка, Якут очир алмааз гэх мэт.

Удаан хугацааны турш труднописака баригдаж буй термоядролын реакторын талаар нийтлэл хийхийг надаас хүссэн. Технологийн сонирхолтой нарийн ширийн зүйлийг олж мэдээрэй, энэ төсөл яагаад ийм удаан хэрэгжиж байгааг олж мэдээрэй. Би материалыг эцэст нь цуглуулсан. Ингээд төслийн дэлгэрэнгүйтэй танилцацгаая.

Энэ бүхэн яаж эхэлсэн бэ? "Эрчим хүчний сорилт" нь дараах гурван хүчин зүйлийн хослолын үр дүнд бий болсон.

1. Хүн төрөлхтөн одоо асар их эрчим хүч хэрэглэж байна.

Одоогоор дэлхийн эрчим хүчний хэрэглээ ойролцоогоор 15.7 тераватт (ТВ) байна. Энэ утгыг дэлхийн хүн амд хуваавал бид нэг хүнд 2400 ватт зарцуулдаг бөгөөд үүнийг хялбархан тооцоолж, нүдээр харж болно. Дэлхийн оршин суугч бүрийн (хүүхдүүдийг оруулаад) хэрэглэдэг эрчим хүч нь 24 зуун ваттын цахилгаан чийдэнгийн өдрийн цагаар ажилладагтай тохирч байна. Гэсэн хэдий ч энэ эрчим хүчний хэрэглээ нь хэд хэдэн оронд маш их, бусад оронд бараг байхгүй тул дэлхий даяар маш жигд бус байдаг. Хэрэглээ (нэг хүний ​​хувьд) АНУ-д 10.3 кВт (дээд амжилтын нэг), ОХУ-д 6.3 кВт, Их Британид 5.1 кВт гэх мэттэй тэнцүү боловч нөгөө талаас энэ нь тэнцүү байна. Бангладеш улсад ердөө 0.21 кВт (АНУ-ын эрчим хүчний хэрэглээний ердөө 2%!).

Олон улсын эрчим хүчний агентлагийн (2006) мэдээлснээр 2030 он гэхэд дэлхийн эрчим хүчний хэрэглээ 50%-иар нэмэгдэх төлөвтэй байна. Хөгжингүй орнууд мэдээж нэмэлт эрчим хүч ашиглахгүйгээр зүгээр байж чадна, гэхдээ энэ өсөлт нь 1.5 тэрбум хүн эрчим хүчний хомсдолд нэрвэгдсэн хөгжиж буй орнуудын хүмүүсийг ядуурлаас гаргахад зайлшгүй шаардлагатай юм.

3. Одоогийн байдлаар дэлхийн эрчим хүчний 80% нь чулуужсан түлшийг шатаахаас бүрддэг(газрын тос, нүүрс, хий) ашиглах нь:
a) хүрээлэн буй орчны гамшгийн өөрчлөлтийн эрсдэлийг үүсгэж болзошгүй;
б) хэзээ нэгэн цагт зайлшгүй дуусах ёстой.

Ярьсан зүйлээс харахад одооноос бид чулуужсан түлш ашиглах эрин үе дуусахад бэлтгэх ёстой нь тодорхой байна.

Одоогийн байдлаар атомын цахилгаан станцууд атомын цөмийн задралын урвалын үед ялгарах энергийг их хэмжээгээр үйлдвэрлэдэг. Ийм станцуудыг бий болгох, хөгжүүлэхийг бүх талаар дэмжих ёстой, гэхдээ тэдгээрийг ажиллуулах хамгийн чухал материалын нэг болох хямд ураны нөөцийг ойрын 50 жилийн дотор бүрэн ашиглах боломжтой гэдгийг анхаарах хэрэгтэй. . Цөмийн задралд суурилсан энергийн боломжийг илүү үр ашигтай эрчим хүчний эргэлтийг ашиглах замаар мэдэгдэхүйц өргөжүүлэх боломжтой (мөн хийх ёстой) нь үйлдвэрлэсэн эрчим хүчний хэмжээг бараг хоёр дахин нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог. Энэ чиглэлд эрчим хүчийг хөгжүүлэхийн тулд торийн реакторуудыг (ториум үржүүлэгч реакторууд эсвэл үржүүлэгч реакторууд гэж нэрлэдэг) бий болгох шаардлагатай бөгөөд энэ нь урвалын үр дүнд анхны уранаас илүү их торийг үүсгэдэг бөгөөд үүний үр дүнд нийт эрчим хүч үйлдвэрлэгддэг. тухайн бодисын хувьд 40 дахин нэмэгддэг. Мөн ураны реактороос хамаагүй илүү үр ашигтай, 60 дахин их эрчим хүч үйлдвэрлэх чадвартай, хурдан нейтрон ашиглан плутонийн үржүүлэгчдийг бий болгох ирээдүйтэй юм шиг санагдаж байна. Эдгээр газрыг хөгжүүлэхийн тулд уран (жишээлбэл, далайн уснаас хамгийн хүртээмжтэй мэт) олж авах шинэ, стандарт бус аргыг боловсруулах шаардлагатай байж магадгүй юм.

Хайлуулах цахилгаан станцууд

Зураг дээр термоядролын цахилгаан станцын төхөөрөмж ба ажиллах зарчмын бүдүүвч диаграммыг (масштабтай биш) харуулав. Төв хэсэгт ~2000 м3 эзэлхүүнтэй, 100 МС-ээс дээш температурт халсан тритий-дейтерийн (T-D) плазмаар дүүрсэн тороид (пончик хэлбэртэй) камер байдаг. Холимог урвалын явцад үүссэн нейтронууд (1) "соронзон савыг" орхиж, 1 м орчим зузаантай зурагт үзүүлсэн бүрхүүлд ордог.

Бүрхүүлийн дотор нейтронууд литийн атомуудтай мөргөлдөж, трити үүсгэдэг:

нейтрон + литий → гели + тритий

Нэмж дурдахад системд өрсөлдөх урвалууд (трити үүсэхгүйгээр), түүнчлэн нэмэлт нейтрон ялгарах олон урвал явагддаг бөгөөд энэ нь трити үүсэхэд хүргэдэг (энэ тохиолдолд нэмэлт нейтрон ялгарах боломжтой). Жишээ нь, бериллийн атомыг бүрхүүл, хар тугалгад оруулах замаар ихээхэн сайжруулсан). Ерөнхий дүгнэлт нь энэ байгууламж нь (наад зах нь онолын хувьд) тритий үйлдвэрлэх цөмийн хайлуулах урвалд орж болно. Энэ тохиолдолд үйлдвэрлэсэн тритиумын хэмжээ нь угсралтын хэрэгцээг хангахаас гадна арай илүү байх ёстой бөгөөд энэ нь шинэ суурилуулалтыг тритиумаар хангах боломжийг олгоно. Доор тайлбарласан ITER реакторт турших, хэрэгжүүлэх ёстой энэхүү үйл ажиллагааны үзэл баримтлал юм.

Нэмж дурдахад нейтрон нь туршилтын үйлдвэр гэж нэрлэгддэг (харьцангуй "ердийн" барилгын материалыг ашигладаг) бүрхүүлийг ойролцоогоор 400 ° C хүртэл халаах ёстой. Цаашид 1000 хэмээс дээш халах температуртай сайжруулсан суурилуулалтыг бий болгохоор төлөвлөж байгаа бөгөөд энэ нь хамгийн сүүлийн үеийн өндөр бат бэх материалыг (жишээлбэл, цахиурын карбидын нийлмэл материал) ашиглах замаар хүрч болно. Ердийн станцуудын нэгэн адил бүрхүүлд үүссэн дулааныг хөргөлтийн шингэн (жишээлбэл, ус эсвэл гели агуулсан) бүхий анхдагч хөргөлтийн хэлхээгээр авч, усны уур гаргаж, турбинуудад нийлүүлдэг хоёрдогч хэлхээнд шилжүүлдэг.

1985 он - Зөвлөлт Холбоот Улс хайлуулах реактор бүтээх чиглэлээр тэргүүлэгч дөрвөн орны туршлагыг ашиглан дараагийн үеийн Токамак станцыг санал болгов. Америкийн Нэгдсэн Улс Япон, Европын хамтын нийгэмлэгтэй хамтран уг төслийг хэрэгжүүлэх саналыг дэвшүүлсэн.

Одоогоор Францад доор тайлбарласан олон улсын туршилтын термоядролын реактор ITER (Олон улсын Токамак туршилтын реактор) дээр баригдаж байгаа бөгөөд энэ нь плазмыг "гал асаах" чадвартай анхны токамак болно.

Одоо байгаа хамгийн дэвшилтэт токамакийн суурилуулалтууд нь 150 М°С-ийн температурт удаан хугацаанд хүрч, хайлуулах станцыг ажиллуулахад шаардагдах утгын ойролцоо байсан боловч ITER реактор нь удаан хугацааны туршид зориулагдсан анхны том хэмжээний цахилгаан станц байх ёстой. - хугацааны үйл ажиллагаа. Ирээдүйд түүний үйл ажиллагааны параметрүүдийг мэдэгдэхүйц сайжруулах шаардлагатай бөгөөд энэ нь юуны түрүүнд плазм дахь даралтыг нэмэгдүүлэх шаардлагатай болно, учир нь өгөгдсөн температурт цөмийн хайлуулах хурд нь даралтын квадраттай пропорциональ байна. Энэ тохиолдолд шинжлэх ухааны гол асуудал нь сийвэн дэх даралт ихсэх үед маш нарийн төвөгтэй, аюултай тогтворгүй байдал, өөрөөр хэлбэл тогтворгүй ажиллах горимууд үүсдэгтэй холбоотой юм.

Энэ яагаад бидэнд хэрэгтэй байна вэ?

Цөмийн нэгдлийн гол давуу тал нь байгальд маш түгээмэл байдаг маш бага хэмжээний бодисыг түлш болгон шаарддаг явдал юм. Тодорхойлсон байгууламжууд дахь цөмийн хайлуулах урвал нь ердийн химийн урвалын үед (тухайлбал, чулуужсан түлшний шаталт) ялгарах стандарт дулаанаас арван сая дахин их хэмжээний энерги ялгаруулж болно. Харьцуулбал, 1 гигаватт (ГВт) хүчин чадалтай дулааны цахилгаан станцыг тэжээхэд шаардагдах нүүрсний хэмжээ өдөрт 10,000 тонн (арван төмөр замын вагон) бөгөөд ижил хүчин чадалтай хайлуулах үйлдвэр нь зөвхөн ойролцоогоор 10 мянган тонн нүүрс зарцуулна. Өдөрт 1 кг D+T хольц .

Дейтерий бол устөрөгчийн тогтвортой изотоп юм; Энгийн усны 3350 молекул тутмын нэг нь устөрөгчийн атомын нэг нь дейтерий (Их тэсрэлтийн үеийн өв) -ээр солигддог. Энэ баримт нь уснаас шаардлагатай хэмжээний дейтерийн нэлээд хямд үйлдвэрлэлийг зохион байгуулахад хялбар болгодог. Тогтворгүй тритиумыг олж авах нь илүү хэцүү байдаг (хагас задралын хугацаа нь ойролцоогоор 12 жил, үүний үр дүнд байгальд агуулагдах агууламж бага байдаг), гэхдээ дээр дурдсанчлан тритиум нь термоядролын суурилуулалтын явцад шууд гарч ирэх болно. нейтроны литийн урвалын улмаас.

Тиймээс хайлуулах реакторын анхны түлш нь лити ба ус юм. Лити нь гэр ахуйн цахилгаан хэрэгсэлд (гар утасны батерей гэх мэт) өргөн хэрэглэгддэг түгээмэл металл юм. Дээр дурдсан суурилуулалт нь оновчтой бус үр ашгийг тооцсон ч 70 тонн нүүрсэнд агуулагдах эрчим хүчтэй тэнцэх 200,000 кВт.ц цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх боломжтой юм. Үүнд шаардагдах литийн хэмжээ нь нэг компьютерийн зайнд агуулагддаг ба дейтерийн хэмжээ 45 литр усанд байдаг. Дээрх утга нь ЕХ-ны орнуудад 30-аас дээш жилийн одоогийн цахилгаан эрчим хүчний хэрэглээтэй (нэг хүнд ногдох тооцоо) тохирч байна. Ийм өчүүхэн хэмжээний лити нь ийм хэмжээний цахилгаан эрчим хүчийг (CO2 ялгаруулалтгүй, агаарын өчүүхэн ч бохирдолгүй) бий болгож чадна гэдэг нь термоядролын энергийг хамгийн хурдан бөгөөд эрчимтэй хөгжүүлэх нэлээд ноцтой аргумент юм. бэрхшээл, асуудал) тэр ч байтугай ийм судалгааны амжилтанд зуун хувь итгэлгүй байсан ч.

Дейтери нь хэдэн сая жил үргэлжлэх ёстой бөгөөд амархан олборлосон литийн нөөц нь хэдэн зуун жилийн хэрэгцээг хангахад хангалттай. Чулуунд агуулагдах литийн нөөц дууссан ч бид үүнийг уснаас гаргаж авах боломжтой бөгөөд энэ нь хангалттай өндөр (уранаас 100 дахин их) агууламжтай байдаг бөгөөд олборлолтыг эдийн засгийн хувьд боломжтой болгодог.

Францын Кадараш хотын ойролцоо туршилтын термоядролын реактор (Олон улсын термоядролын туршилтын реактор) баригдаж байна. ITER төслийн гол зорилго нь хяналттай термоядролын хайлуулах урвалыг үйлдвэрлэлийн хэмжээнд хэрэгжүүлэх явдал юм.

Термоядролын түлшний нэгж жинд ижил хэмжээний органик түлш шатаахаас 10 сая дахин их энерги, одоо ажиллаж байгаа атомын цахилгаан станцуудын реактор дахь ураны цөмийг хуваахаас 100 дахин их энерги авдаг. Эрдэмтэд, зохион бүтээгчдийн тооцоо биелвэл энэ нь хүн төрөлхтөнд шавхагдашгүй эрчим хүчний эх үүсвэрийг өгөх болно.

Тиймээс хэд хэдэн улс (Орос, Энэтхэг, Хятад, Солонгос, Казахстан, АНУ, Канад, Япон, Европын Холбооны орнууд) шинэ цахилгаан станцуудын прототип болох Олон улсын дулааны цөмийн судалгааны реакторыг бий болгоход хүчээ нэгтгэв.

ITER бол устөрөгч ба тритий атомыг (устөрөгчийн изотоп) нийлэгжүүлэх нөхцлийг бүрдүүлдэг байгууламж бөгөөд үүний үр дүнд шинэ атом - гелийн атом үүсдэг. Энэ үйл явц нь асар их эрчим хүчний тэсрэлт дагалддаг: термоядролын урвал явагдах плазмын температур нь ойролцоогоор 150 сая градус Цельсийн (харьцуулбал, нарны цөмийн температур 40 сая градус). Энэ тохиолдолд изотопууд шатаж, цацраг идэвхт хог хаягдал бараг үлдэхгүй.
Олон улсын төсөлд оролцох схемд реакторын эд ангиудыг нийлүүлэх, түүний барилгын санхүүжилтийг тусгасан болно. Үүний хариуд оролцогч улс бүр термоядролын реакторыг бий болгох бүх технологи, энэ реактор дээрх бүх туршилтын ажлын үр дүнд бүрэн нэвтрэх эрхтэй бөгөөд энэ нь цуваа эрчим хүчний термоядролын реакторыг зохион бүтээх үндэс суурь болно.

Термоядролыг нэгтгэх зарчимд суурилсан реактор нь цацраг идэвхт цацраггүй, байгаль орчинд бүрэн аюулгүй. Энэ нь дэлхийн бараг хаана ч байж болох бөгөөд түлш нь энгийн ус юм. ITER-ийн бүтээн байгуулалт арав орчим жил үргэлжлэх бөгөөд үүний дараа реакторыг 20 жил ашиглах төлөвтэй байна.

4000 пиксел дарах боломжтой

Ирэх жилүүдэд ITER термоядролын реактор барих олон улсын байгууллагын зөвлөл дэх Оросын ашиг сонирхлыг ОХУ-ын Шинжлэх ухааны академийн корреспондент гишүүн Михаил Ковальчук - Оросын ШУА-ийн Кристаллографийн хүрээлэнгийн Курчатовын хүрээлэнгийн захирал төлөөлөх болно. Ерөнхийлөгчийн дэргэдэх Шинжлэх ухаан, технологи, боловсролын зөвлөлийн шинжлэх ухаан, эрдэмтэн нарийн бичгийн дарга. Ковальчук энэ албан тушаалд академич Евгений Велиховыг түр орлох бөгөөд тэрээр ойрын хоёр жилийн хугацаанд ITER-ийн олон улсын зөвлөлийн даргаар сонгогдсон бөгөөд энэ албан тушаалыг оролцогч улсын албан ёсны төлөөлөгчийн үүрэг хариуцлагатай хослуулах эрхгүй.

Барилгын нийт өртөг нь 5 тэрбум еврогоор үнэлэгдэж байгаа бөгөөд реакторыг туршилтаар ажиллуулахад мөн ийм хэмжээний мөнгө шаардлагатай болно. Энэтхэг, Хятад, Солонгос, Орос, АНУ, Япон улсын хувьцаа нийт үнийн дүнгийн 10 орчим хувийг эзэлдэг бол 45 хувь нь Европын холбооны орнуудаас бүрддэг. Гэхдээ Европын улсууд зардлаа яг яаж хуваарилах талаар тохиролцоогүй байна. Үүнээс болоод барилгын ажил эхлэх хугацааг 2010 оны дөрөвдүгээр сар хүртэл хойшлуулсан. Хамгийн сүүлд саатсан хэдий ч ITER-д оролцсон эрдэмтэд болон албаны хүмүүс уг төслийг 2018 он гэхэд дуусгах боломжтой гэж мэдэгджээ.

ITER-ийн тооцоолсон дулааны цөмийн эрчим хүч нь 500 мегаватт юм. Соронзны бие даасан хэсгүүд нь 200-аас 450 тонн жинтэй байдаг. ITER-ийг хөргөхийн тулд өдөрт 33 мянган шоо метр ус шаардагдана.

1998 онд АНУ төсөлд оролцох санхүүжилтээ зогсоосон. Бүгд найрамдахчууд засгийн эрхэнд гарч, Калифорнид цахилгаан тасарч эхэлсний дараа Бушийн засаг захиргаа эрчим хүчний салбарт хөрөнгө оруулалтаа нэмэгдүүлсэн гэж зарлав. АНУ олон улсын төсөлд оролцох бодолгүй байсан бөгөөд өөрийн гэсэн термоядролын төсөл хэрэгжүүлж байсан. 2002 оны эхээр Ерөнхийлөгч Бушийн технологийн зөвлөх III Жон Марбургер АНУ бодлоо өөрчилж, төсөлдөө эргэн орох бодолтой байна гэж мэдэгджээ.

Оролцогчдын тоогоор уг төслийг олон улсын шинжлэх ухааны томоохон төсөл болох Олон улсын сансрын станцтай харьцуулах боломжтой. Өмнө нь 8 тэрбум долларт хүрч байсан ITER-ийн өртөг дараа нь 4 тэрбум хүрэхгүй болжээ. АНУ оролцохоос татгалзсаны үр дүнд реакторын хүчийг 1.5 ГВт-аас 500 МВт хүртэл бууруулах шийдвэр гаргасан. Үүний дагуу төслийн үнэ ч буурсан.

2002 оны 6-р сард Оросын нийслэлд "Москва дахь ITER өдрүүд" симпозиум болов. Амжилт нь хүн төрөлхтний хувь заяаг өөрчилж, үр ашиг, хэмнэлтийн хувьд зөвхөн нарны энергитэй дүйцэхүйц шинэ төрлийн эрчим хүчийг өгөх төслийг сэргээх онол, практик, зохион байгуулалтын асуудлуудыг хэлэлцэв.

2010 оны 7-р сард Францын Кадараш хотод болсон ээлжит бус хурлаар ITER олон улсын термоядролын реакторын төсөлд оролцогч орнуудын төлөөлөгчид түүний төсөв, барилгын ажлын хуваарийг баталжээ. .

Сүүлчийн ээлжит бус хурлаар төслийн оролцогчид плазмын анхны туршилт эхлэх огноо - 2019 оныг батлав. Бүрэн туршилтыг 2027 оны 3-р сард хийхээр төлөвлөж байгаа ч төслийн удирдлага техникийн мэргэжилтнүүдээс үйл явцыг оновчтой болгож, 2026 онд туршилтаа эхлүүлэхийг хүссэн. Уулзалтад оролцогчид реактор барих зардлын талаар мөн шийдсэн боловч уг байгууламжийг бий болгоход зарцуулахаар төлөвлөж буй хөрөнгийн хэмжээг зарлаагүй байна. ScienceNOW порталын редакторын нэрээ нууцалсан эх сурвалжаас авсан мэдээллээр туршилт эхлэхэд ITER төслийн өртөг 16 тэрбум евро хүрч магадгүй юм.

Кадарач дахь уулзалт нь төслийн шинэ захирал, Японы физикч Осаму Мотожимагийн анхны албан ёсны ажлын өдрийг тэмдэглэв. Түүний өмнө уг төслийг 2005 оноос хойш Японы Канамэ Икэда удирдаж байсан бөгөөд тэрээр төсөв, барилгын ажлын эцсийн хугацаа батлагдсаны дараа албан тушаалаа нэн даруй орхихыг хүссэн юм.

ITER хайлуулах реактор нь Европын холбоо, Швейцарь, Япон, АНУ, Орос, Өмнөд Солонгос, Хятад, Энэтхэгийн хамтарсан төсөл юм. ITER-ийг бий болгох санаа өнгөрсөн зууны 80-аад оноос хойш яригдаж байсан боловч санхүүгийн болон техникийн хүндрэлээс болж төслийн өртөг байнга өсч, барилгын ажил эхлэх хугацааг байнга хойшлуулсаар байна. 2009 онд шинжээчид уг реакторыг бүтээх ажил 2010 онд эхэлнэ гэж таамаглаж байсан. Дараа нь энэ огноог шилжүүлж, эхлээд 2018, дараа нь 2019 оныг реакторыг хөөргөх цаг гэж нэрлэсэн.

Термоядролын нэгдлийн урвал гэдэг нь хөнгөн изотопуудын цөмүүдийг нэгтгэж, илүү хүнд цөм үүсгэх урвал бөгөөд асар их энерги ялгаруулдаг. Онолын хувьд хайлуулах реакторууд нь бага зардлаар их хэмжээний эрчим хүч гаргаж чаддаг ч одоогоор эрдэмтэд хайлуулах урвалыг эхлүүлэх, хадгалахад илүү их эрчим хүч, мөнгө зарцуулж байна.

Термоядролын нэгдэл нь эрчим хүч үйлдвэрлэх хямд бөгөөд байгаль орчинд ээлтэй арга юм. Наран дээр хяналтгүй термоядролын нэгдэл олон тэрбум жилийн турш явагдсаар ирсэн - гели нь хүнд устөрөгчийн изотоп дейтерийээс үүсдэг. Энэ нь асар их хэмжээний энерги ялгаруулдаг. Гэсэн хэдий ч дэлхий дээрх хүмүүс ийм урвалыг удирдаж сураагүй байна.

ITER реактор нь устөрөгчийн изотопуудыг түлш болгон ашиглах болно. Термоядролын урвалын үед хөнгөн атомууд нэгдэж хүнд атомууд үүсэхэд энерги ялгардаг. Үүнд хүрэхийн тулд хийг 100 сая градусаас дээш температурт халаах ёстой - нарны төвийн температураас хамаагүй өндөр. Энэ температурт хий нь плазм болж хувирдаг. Үүний зэрэгцээ устөрөгчийн изотопын атомууд нэгдэж, олон тооны нейтрон ялгарснаар гелийн атом болж хувирдаг. Энэ зарчмаар ажилладаг цахилгаан станц нь нягт материал (литийн) давхаргаар удаашруулсан нейтроны энергийг ашиглана.

Термоядролын байгууламжийг бий болгоход яагаад ийм удаан үргэлжилсэн бэ?

Бараг хагас зуун жилийн турш үр өгөөж нь яригдсан ийм чухал, үнэ цэнэтэй байгууламжууд яагаад одоо болтол бүтээгдээгүй байна вэ? Гурван үндсэн шалтгаан байдаг (доор хэлэлцэх), эхнийх нь гадаад эсвэл нийгмийн, нөгөө хоёр нь дотоод, өөрөөр хэлбэл термоядролын энергийн хөгжлийн хууль, нөхцлөөр тодорхойлогддог.

1. Өнгөрсөн зууны 80-аад оны үед чулуужсан түлшний эх үүсвэр шавхагдашгүй мэт санагдаж, байгаль орчны асуудал, уур амьсгалын өөрчлөлтөөс үүдэн термоядролын эрчим хүчийг практик ашиглах асуудал нь яаралтай шийдвэр, арга хэмжээ авах шаардлагагүй гэж удаан хугацааны туршид үздэг байв. олон нийтэд хамаагүй. 1976 онд АНУ-ын Эрчим Хүчний Яамны Шинжлэх Ухааны Эрчим Хүчний Зөвлөх Хороо нь судалгааны санхүүжилтийн янз бүрийн хувилбаруудын хүрээнд R&D болон үзүүлэн хайлуулах цахилгаан станцын хугацааг тооцоолохыг оролдсон. Үүний зэрэгцээ, энэ чиглэлээр судалгаа хийх жилийн санхүүжилтийн хэмжээ бүрэн хангалтгүй байгаа бөгөөд хэрэв одоо байгаа санхүүжилтийн түвшинг хадгалах юм бол дулааны цөмийн байгууламжийг бий болгох нь хэзээ ч амжилтанд хүрэхгүй, учир нь хуваарилсан хөрөнгө нь тохирохгүй байна. бүр хамгийн бага, эгзэгтэй түвшинд хүртэл.

2. Энэ чиглэлийн судалгааг хөгжүүлэхэд илүү ноцтой саад тотгор учруулж байгаа зүйл бол хэлэлцэж буй төрлийн термоядролын суурилуулалтыг бага хэмжээгээр бүтээж, үзүүлэх боломжгүй юм. Доор үзүүлсэн тайлбараас харахад термоядролын нэгдэл нь зөвхөн плазмын соронзон хоригоос гадна түүнийг хангалттай халаахыг шаарддаг нь тодорхой болно. Зарцуулсан болон хүлээн авсан энергийн харьцаа нь наад зах нь угсралтын шугаман хэмжээсийн квадраттай пропорциональ хэмжээгээр нэмэгддэг бөгөөд үүний үр дүнд термоядролын байгууламжийн шинжлэх ухаан, техникийн чадавхи, давуу талыг зөвхөн нэлээд том станцуудад туршиж, харуулах боломжтой. дурдсан ITER реактор шиг. Амжилтанд хангалттай итгэл найдвар бий болтол нийгэм ийм том төслүүдийг санхүүжүүлэхэд бэлэн биш байсан.

3. Дулааны цөмийн эрчим хүчийг хөгжүүлэх нь маш нарийн төвөгтэй байсан боловч (хангалттай санхүүжилтгүй, JET болон ITER суурилуулалтыг бий болгох төвүүдийг сонгоход бэрхшээлтэй байсан ч) сүүлийн жилүүдэд тодорхой ахиц дэвшил ажиглагдаж байгаа боловч ашиглалтын станц хараахан байгуулагдаагүй байна.

Орчин үеийн ертөнц эрчим хүчний маш ноцтой сорилттой тулгарч байгаа бөгөөд үүнийг "тодорхойгүй эрчим хүчний хямрал" гэж нэрлэж болно. Асуудал нь чулуужсан түлшний нөөц энэ зууны хоёрдугаар хагаст дуусч магадгүй байгаатай холбоотой юм. Түүгээр ч зогсохгүй, чулуужсан түлшийг шатаах нь дэлхийн цаг уурын томоохон өөрчлөлтөөс урьдчилан сэргийлэхийн тулд агаар мандалд ялгарах нүүрстөрөгчийн давхар ислийг (дээр дурдсан CCS хөтөлбөр) ямар нэгэн байдлаар хурааж, "хадгалах" хэрэгцээг бий болгож магадгүй юм.

Одоогийн байдлаар хүн төрөлхтний хэрэглэж буй бараг бүх эрчим хүчийг чулуужсан түлш шатаах замаар бий болгодог бөгөөд асуудлыг шийдэх арга нь нарны эрчим хүч эсвэл цөмийн эрчим хүчийг ашиглахтай холбоотой байж болох юм (хурдан үржүүлэгч реакторуудыг бий болгох гэх мэт). Хөгжиж буй орнуудын хүн амын өсөлт, тэдний амьжиргааны түвшинг дээшлүүлэх, үйлдвэрлэсэн эрчим хүчний хэмжээг нэмэгдүүлэх хэрэгцээ шаардлагаас үүдэлтэй дэлхийн асуудлыг зөвхөн эдгээр хандлагын үндсэн дээр шийдвэрлэх боломжгүй, гэхдээ мэдээжийн хэрэг эрчим хүч үйлдвэрлэх өөр аргыг хөгжүүлэх оролдлого хийх боломжгүй юм. урамшуулах ёстой.

Хатуухан хэлэхэд бидэнд зан үйлийн стратегийн сонголт бага байгаа бөгөөд амжилтанд хүрэх баталгаа байхгүй ч гэсэн термоядролын энергийг хөгжүүлэх нь туйлын чухал юм. Financial Times сонин (2004 оны 1-р сарын 25) энэ тухай бичжээ.

Дулааны цөмийн эрчим хүчийг хөгжүүлэх замд томоохон, гэнэтийн гэнэтийн зүйл тохиолдохгүй гэж найдаж байна. Энэ тохиолдолд 30 орчим жилийн дараа бид түүнээс анх удаа эрчим хүчний сүлжээнд цахилгаан гүйдэл нийлүүлж, 10 гаруйхан жилийн дараа анхны арилжааны дулааны цөмийн цахилгаан станц ажиллаж эхэлнэ. Магадгүй энэ зууны хоёрдугаар хагаст цөмийн хайлуулах эрчим хүч нь чулуужсан түлшийг орлож, аажмаар хүн төрөлхтнийг дэлхийн хэмжээнд эрчим хүчээр хангахад чухал үүрэг гүйцэтгэж эхлэх байх.

Термоядролын энергийг (бүх хүн төрөлхтний үр дүнтэй, өргөн цар хүрээтэй эрчим хүчний эх үүсвэр) бий болгох ажлыг амжилттай дуусгах үнэмлэхүй баталгаа байхгүй ч энэ чиглэлд амжилтанд хүрэх магадлал нэлээд өндөр байна. Дулааны цөмийн станцуудын асар их нөөц бололцоог харгалзан тэдгээрийг эрчимтэй (тэр ч байтугай хурдасгасан) хөгжүүлэх төслүүдийн бүх зардлыг үндэслэлтэй гэж үзэж болно, ялангуяа дэлхийн эрчим хүчний аймшигт зах зээлийн нөхцөлд эдгээр хөрөнгө оруулалт маш даруухан харагдаж байна (жилд 4 их наяд доллар8). Хүн төрөлхтний эрчим хүчний хэрэгцээг хангах нь маш ноцтой асуудал юм. Чулуужсан түлш улам бүр хомсдох тусам (тэдгээрийн хэрэглээ нь хүсээгүй болж) нөхцөл байдал өөрчлөгдөж, бид хайлуулах энергийг хөгжүүлэхгүй байх боломжгүй юм.

"Термоядролын энерги хэзээ гарч ирэх вэ?" Лев Арцимович (энэ салбарын эрдэм шинжилгээний нэр хүндтэй анхдагч, удирдагч) нэг удаа "энэ нь хүн төрөлхтөнд үнэхээр хэрэгтэй болсон үед бүтээгдэнэ" гэж хариулсан байдаг.

ITER нь хэрэглэснээсээ илүү эрчим хүч үйлдвэрлэдэг анхны хайлуулах реактор байх болно. Эрдэмтэд энэ шинж чанарыг "Q" гэж нэрлэдэг энгийн коэффициент ашиглан хэмждэг. Хэрэв ITER шинжлэх ухааны бүх зорилгодоо хүрвэл хэрэглэснээсээ 10 дахин их эрчим хүч үйлдвэрлэх болно. Хамгийн сүүлд Англид үйлдвэрлэгдсэн Европын хамтарсан Torus төхөөрөмж нь шинжлэх ухааны судалгааны эцсийн шатанд Q утгыг бараг 1 болгосон жижиг хайлуулах реакторын анхны загвар юм. Энэ нь хэрэглэсэн эрчим хүчээ яг ижил хэмжээгээр үйлдвэрлэсэн гэсэн үг юм. . ITER нь хайлуулах замаар эрчим хүч бүтээж байгааг харуулж, Q утгыг 10-д хүргэх замаар үүнээс цааш явах болно. Ойролцоогоор 50 МВт-ын эрчим хүчний хэрэглээнээс 500 МВт үйлдвэрлэх санаа юм. Тиймээс ITER-ийн шинжлэх ухааны зорилтуудын нэг нь Q утгыг 10 болгох боломжтой гэдгийг батлах явдал юм.

Шинжлэх ухааны өөр нэг зорилго бол ITER нь маш урт "шатаах" хугацаатай байдаг - импульс нь нэг цаг хүртэл үргэлжилдэг. ITER бол тасралтгүй эрчим хүч үйлдвэрлэх боломжгүй судалгааны туршилтын реактор юм. ITER ажиллаж эхлэхэд нэг цагийн турш асаалттай байх бөгөөд дараа нь унтраах шаардлагатай болно. Энэ нь чухал юм, учир нь өнөөг хүртэл бидний бүтээсэн стандарт төхөөрөмжүүд нь хэдэн секунд эсвэл секундын аравны нэг хүртэл шатах чадвартай байсан - энэ бол хамгийн дээд хэмжээ юм. "Joint European Torus" нь 20 секундын импульсийн урттай, ойролцоогоор хоёр секундын шаталтын хугацаатайгаар Q утгаараа 1 болсон. Гэхдээ хэдхэн секунд үргэлжилдэг үйл явц нь үнэхээр байнгын биш юм. Машины хөдөлгүүрийг асаахтай зүйрлэвэл: хөдөлгүүрийг богино хугацаанд асааж, дараа нь унтраах нь машины бодит ажиллагаа хараахан болоогүй байна. Та машинаа хагас цаг жолоодоход л энэ нь байнгын ажиллагааны горимд хүрч, ийм машиныг үнэхээр жолоодох боломжтой гэдгийг харуулах болно.

Техникийн болон шинжлэх ухааны үүднээс авч үзвэл ITER нь Q утгыг 10, шатаах хугацааг нэмэгдүүлэх болно.

Термоядролыг нэгтгэх хөтөлбөр нь үнэхээр олон улсын шинж чанартай бөгөөд өргөн цар хүрээтэй юм. Хүмүүс ITER-ийн амжилтанд аль хэдийн найдаж байгаа бөгөөд дараагийн алхам болох DEMO хэмээх үйлдвэрлэлийн термоядролын реакторын прототипийг бүтээх талаар бодож байна. Үүнийг бүтээхийн тулд ITER ажиллах шаардлагатай. Бид шинжлэх ухааны зорилгодоо хүрэх ёстой, учир нь энэ нь бидний дэвшүүлсэн санааг бүхэлд нь хэрэгжүүлэх боломжтой гэсэн үг юм. Гэсэн хэдий ч та дараа нь юу болохыг үргэлж бодож байх ёстой гэдэгтэй би санал нэг байна. Түүнчлэн ITER нь 25-30 жил үйл ажиллагаагаа явуулж байгаа тул бидний мэдлэг аажмаар гүнзгийрч, өргөжиж, дараагийн алхамаа илүү нарийвчлалтай тодорхойлох боломжтой болно.

Үнэн хэрэгтээ ITER токамак байх эсэх талаар маргаан байхгүй. Зарим эрдэмтэд асуултыг огт өөрөөр тавьдаг: ITER байх ёстой юу? Өөрсдийн, тийм ч том биш термоядролын төслүүдийг боловсруулж буй өөр өөр орны мэргэжилтнүүд ийм том реактор огт хэрэггүй гэж маргадаг.

Гэсэн хэдий ч тэдний санал бодлыг эрх мэдэлтэй гэж үзэх нь бараг боломжгүй юм. ITER-ийг бий болгоход хэдэн арван жилийн турш тороид зангатай ажиллаж байсан физикчид оролцсон. Карадаш дахь туршилтын термоядролын реакторын загвар нь өмнөх хэдэн арван токамак дээр хийсэн туршилтын явцад олж авсан бүх мэдлэг дээр суурилжээ. Эдгээр үр дүн нь реактор нь токамак, тэр дундаа том хэмжээтэй байх ёстойг харуулж байна.

JET Одоогийн байдлаар хамгийн амжилттай токамак бол Британийн Абингдон хотод ЕХ-ноос барьсан JET гэж үзэж болно. Энэ бол өнөөг хүртэл бүтээгдсэн хамгийн том токамак төрлийн реактор бөгөөд плазмын торусын том радиус нь 2.96 метр юм. Термоядролын урвалын хүч аль хэдийн 20 гаруй мегаватт хүрч, 10 секунд хүртэл хадгалах хугацаатай болжээ. Реактор нь сийвэн дэх энергийн 40 орчим хувийг буцааж өгдөг.

Энэ бол энергийн тэнцвэрийг тодорхойлдог плазмын физик юм” гэж Игорь Семенов Infox.ru сайтад ярьжээ. MIPT-ийн дэд профессор энергийн тэнцвэр гэж юу байдгийг энгийн жишээгээр тайлбарлав: “Бид бүгд гал шатаж байгааг харсан. Үнэн хэрэгтээ тэнд шатдаг мод биш, хий шатдаг. Тэнд байгаа эрчим хүчний хэлхээ нь иймэрхүү байна: хий шатдаг, мод халаадаг, мод ууршдаг, хий дахин шатдаг. Тиймээс, хэрэв бид гал дээр ус хаях юм бол шингэн усыг уурын төлөвт шилжүүлэх системээс эрчим хүчийг гэнэт авах болно. Үлдэгдэл сөрөг болж, гал унтарна. Өөр нэг арга бий - бид зүгээр л галын цацрагийг аваад сансарт тарааж болно. Гал бас унтарна. Бидний барьж буй термоядролын реакторт ч мөн адил. Энэ реакторт тохирох эерэг энергийн тэнцвэрийг бий болгохын тулд хэмжээсүүдийг сонгосон. Ирээдүйд жинхэнэ атомын цахилгаан станц барихад хангалттай бөгөөд одоогоор шийдэгдээгүй байгаа бүх асуудлыг туршилтын шатандаа шийдэж чадна."

Реакторын хэмжээсийг нэг удаа өөрчилсөн. Энэ нь 20-21-р зууны зааг дээр АНУ төслөөс гарах үед болсон бөгөөд үлдсэн гишүүд ITER-ийн төсөв (тэр үед 10 тэрбум ам. доллараар хэмжигдэж байсан) хэтэрхий том байсныг ойлгосон. Суурилуулалтын зардлыг бууруулахыг физикч, инженерүүд шаардсан. Үүнийг зөвхөн хэмжээнээс нь хамаарч хийх боломжтой. ITER-ийн "дахин дизайн" -ыг өмнө нь Карадаш дахь Францын Торе Супра токамак дээр ажиллаж байсан Францын физикч Роберт Аймар удирдсан. Плазмын торны гаднах радиусыг 8.2 метрээс 6.3 метр болгон бууруулсан. Гэсэн хэдий ч хэмжээ багассантай холбоотой эрсдлийг хэд хэдэн нэмэлт хэт дамжуулагч соронзоор нөхсөн бөгөөд энэ нь тухайн үед нээлттэй, судалж байсан плазмын хорих горимыг хэрэгжүүлэх боломжтой болсон.

эх сурвалж
http://ehorussia.com
http://oko-planet.su

Бид нарыг хайрцганд хийнэ гэж ярьдаг. Санаа нь хөөрхөн. Асуудал нь бид хайрцгийг яаж хийхээ мэдэхгүй байна.

Пьер-Жил де Женнес
Францын Нобелийн шагналтан

Бүх электрон төхөөрөмж, машинууд эрчим хүч шаарддаг бөгөөд хүн төрөлхтөн үүнийг их хэмжээгээр хэрэглэдэг. Гэвч чулуужсан түлш дуусч байгаа бөгөөд өөр эрчим хүч хараахан хангалттай үр дүнтэй биш байна.
Бүх шаардлагад тохирсон эрчим хүчийг олж авах арга байдаг - Термоядролын нэгдэл. Термоядролын нэгдлийн урвал (устөрөгчийг гелий болгон хувиргах, энерги ялгарах) наранд байнга явагддаг бөгөөд энэ үйл явц нь нарны туяа хэлбэрээр гаригийн энергийг өгдөг. Та зүгээр л үүнийг дэлхий дээр, бага хэмжээгээр дуурайх хэрэгтэй. Өндөр даралт, маш өндөр температурыг (нарнаас 10 дахин их) хангахад хангалттай бөгөөд хайлуулах урвал эхэлнэ. Ийм нөхцлийг бүрдүүлэхийн тулд термоядролын реактор барих хэрэгтэй. Энэ нь дэлхий дээрх илүү их нөөцийг ашиглаж, ердийн атомын цахилгаан станцуудаас илүү аюулгүй, илүү хүчтэй байх болно. 40 гаруй жил барих гэж оролдсон, туршилт хийсэн. Сүүлийн жилүүдэд прототипүүдийн нэг нь зарцуулснаасаа илүү их эрчим хүч авч чадсан. Энэ чиглэлийн хамгийн амбицтай төслүүдийг доор үзүүлэв.

Засгийн газрын төслүүд

Сүүлийн үед олон нийтийн анхаарлыг өөр нэг термоядролын реакторын загвар болох Wendelstein 7-X одны төхөөрөмж (токамак болох ITER-ээс илүү дотоод бүтцээрээ илүү нарийн төвөгтэй) өгсөн. Германы эрдэмтэд 1 тэрбум гаруй доллар зарцуулсны эцэст 2015 он гэхэд реакторын жижигрүүлсэн загварчлалыг 9 жилийн хугацаанд бүтээжээ. Хэрэв энэ нь сайн үр дүнг харуулбал илүү том хувилбарыг бүтээх болно.

Францын MegaJoule Laser нь дэлхийн хамгийн хүчирхэг лазер болох бөгөөд лазерын үндсэн дээр хайлуулах реактор барих аргыг ахиулах оролдлого хийх болно. Францын суурилуулалтыг 2018 онд ашиглалтад оруулахаар төлөвлөж байна.

NIF (Үндэсний гал асаах байгууламж) нь АНУ-д 12 жилийн хугацаанд 2012 он гэхэд 4 тэрбум доллараар баригдсан. Тэд энэ технологийг туршиж, дараа нь тэр даруй реактор барина гэж найдаж байсан боловч Википедиагийн мэдээлснээр, хэрэв энэ нь цахилгаан эрчим хүчний хангамжийг сайжруулахад ихээхэн хэмжээний ажил хийх шаардлагатай болсон. систем нь хэзээ нэгэн цагт гал асаах түвшинд хүрдэг. Үүний үр дүнд томоохон төлөвлөгөөнүүд цуцлагдаж, эрдэмтэд лазерыг аажмаар сайжруулж эхлэв. Эцсийн асуудал бол эрчим хүчний дамжуулалтын үр ашгийг 7% -иас 15% хүртэл нэмэгдүүлэх явдал юм. Үгүй бол синтезийг бий болгох энэ аргыг Конгрессоос санхүүжүүлэхээ больж магадгүй юм.

2015 оны сүүлээр Саров хотод дэлхийн хамгийн хүчирхэг лазер суурилуулалтын барилгын ажил эхэлсэн. Энэ нь одоогийн Америк болон ирээдүйн Францынхаас илүү хүчирхэг байх бөгөөд реакторын "лазер" хувилбарыг барихад шаардлагатай туршилтуудыг хийх боломжтой болно. 2020 онд барилгын ажил дуусна.

АНУ-д байрладаг MagLIF хайлуулах лазер нь термоядролыг нэгтгэх аргуудын дунд харанхуй морь гэж тооцогддог. Энэ арга нь саяхан хүлээгдэж буй үр дүнгээ харуулсан боловч хүчийг 1000 дахин нэмэгдүүлэх шаардлагатай хэвээр байна. Одоогоор лазерыг сайжруулж байгаа бөгөөд 2018 он гэхэд эрдэмтэд зарцуулсан эрчим хүчээ авах болно гэж найдаж байна. Хэрэв амжилттай болвол илүү том хувилбарыг бүтээх болно.

ОХУ-ын Цөмийн физикийн хүрээлэн АНУ-ын 90-ээд онд орхисон "нээлттэй урхи" аргыг тууштай туршиж үзсэн. Үүний үр дүнд энэ аргын хувьд боломжгүй гэж үзсэн үзүүлэлтүүдийг олж авсан. BINP-ийн эрдэмтэд тэдний суурилуулалт одоо Германы Wendelstein 7-X (Q=0.1) түвшинд байгаа боловч хямд байна гэж үзэж байна. Одоо тэд 3 тэрбум рублийн шинэ суурилуулалтыг барьж байна

Курчатовын хүрээлэнгийн дарга Орост гал асаах жижиг термоядролын реактор барих төлөвлөгөөг байнга сануулдаг. Төлөвлөгөөний дагуу бага ч гэсэн ITER шиг үр дүнтэй байх ёстой. Барилга нь 3 жилийн өмнө эхлэх ёстой байсан ч шинжлэх ухааны томоохон төслүүдэд ийм нөхцөл байдал ажиглагдаж байна.

2016 оны эхээр Хятадын токамак EAST 50 сая градусын температурт хүрч, 102 секундын турш барьж чадсан. Асар том реактор, лазерын бүтээн байгуулалт эхлэхээс өмнө термоядролын нэгдлийн тухай бүх мэдээ ийм байсан. Энэ бол улам өндөр температурыг хэн удаан барьж чадах вэ гэсэн эрдэмтдийн дундах өрсөлдөөн гэж хэн нэгэн бодож магадгүй. Цусны сийвэнгийн температур өндөр байх тусам түүнийг удаан хадгалах боломжтой бол бид нэгдэх урвалын эхлэлд ойртоно. Дэлхий дээр ийм олон арван суурилуулалт байдаг, хэд хэдэн () () баригдаж байгаа тул EAST рекорд удахгүй эвдэгдэх болно. Үндсэндээ эдгээр жижиг реакторууд нь ITER-д илгээгдэхээсээ өмнө зөвхөн тоног төхөөрөмжийг турших явдал юм.

Lockheed Martin 2015 онд хайлуулах эрчим хүчний нээлтийг зарласан бөгөөд энэ нь тэдэнд 10 жилийн дотор жижиг, хөдөлгөөнт хайлуулах реактор барих боломжийг олгоно. 2040 он хүртэл маш том, огтхон ч биш хөдөлгөөнт арилжааны реакторууд ч төлөвлөгдөөгүй байсан тул корпорацийн мэдэгдэл эргэлзээтэй хүлээж авсан. Гэхдээ энэ компани асар их нөөцтэй болохоор хэн мэдлээ. Прототипийг 2020 онд гаргахаар төлөвлөж байна.

Цахиурын хөндийн алдартай стартап Helion Energy нь термоядролыг нэгтгэх өөрийн өвөрмөц төлөвлөгөөтэй. Тус компани 10 сая гаруй доллар цуглуулсан бөгөөд 2019 он гэхэд прототипийг бүтээхээр төлөвлөж байна.

Бага зэрэг нэртэй стартап Tri Alpha Energy саяхан хайлуулах аргыг сурталчлах чиглэлээр гайхалтай үр дүнд хүрсэн (онолчид нэгдэх аргад хүрэх 100 гаруй онолын аргыг боловсруулсан. Токамак бол хамгийн энгийн бөгөөд хамгийн алдартай нь). Мөн тус компани 100 гаруй сая ам.долларын хөрөнгө оруулагчдын хөрөнгө босгосон.

Канадын “General Fusion” стартапын реакторын төсөл нь бусдаасаа илүү ялгаатай ч бүтээгчид үүнд итгэлтэй байгаа бөгөөд 2020 он гэхэд реакторыг барихын тулд 10 жилийн дотор 100 гаруй сая ам.доллар цуглуулсан байна.

Их Британид төвтэй First light стартап нь 2014 онд байгуулагдсан хамгийн хүртээмжтэй вэб сайттай бөгөөд хамгийн сүүлийн үеийн шинжлэх ухааны мэдээллийг ашиглан бага зардлаар цөмийн хайлуулагч үйлдвэрлэх төлөвлөгөөгөө зарлав.

Массачусетсийн Технологийн Технологийн Технологийн Эрдэмтэд авсаархан хайлуулах реакторын тухай өгүүлсэн нийтлэл бичжээ. Тэд аварга том токамак барьж эхэлсний дараа бий болсон шинэ технологид найдаж, 10 жилийн дараа төслийг дуусгана гэж амлаж байна. Тэднийг барилгын ажлыг эхлүүлэх ногоон гэрэл асаах эсэх нь одоогоор тодорхойгүй байна. Зөвшөөрсөн ч сэтгүүлд гарсан нийтлэл нь гарааны бизнесээс ч эрт үе шат юм

Цөмийн нэгдэл нь олон нийтийн санхүүжилт хийхэд хамгийн тохиромжтой салбар байж магадгүй юм. Гэхдээ түүний тусламжтайгаар, мөн НАСА-гийн санхүүжилтээр Lawrenceville Plasma Physics компани реакторынхоо анхны загварыг бүтээх гэж байна. Одоо хэрэгжиж буй бүх төслүүдээс энэ нь луйвар мэт харагдаж байгаа ч энэ том ажилд хэрэгтэй зүйл авчрах болов уу, хэн мэдлээ.

ITER нь зөвхөн анхны арилжааны хайлуулах реактор болох бүрэн хэмжээний DEMO суурилуулалтыг бүтээх прототип байх болно. Түүнийг 2044 онд хөөргөхөөр төлөвлөж байгаа бөгөөд энэ нь өөдрөг таамаг хэвээр байна.

Гэхдээ дараагийн шатны төлөвлөгөө бий. Эрлийз термоядролын реактор нь атомын задрал (ердийн атомын цахилгаан станц гэх мэт) болон хайлуулах үйл явцаас эрчим хүч авах болно. Энэ тохиргоонд эрчим хүч нь 10 дахин их байж болох ч аюулгүй байдал нь бага байдаг. Хятад улс 2030 он гэхэд анхны загвараа бүтээнэ гэж найдаж байгаа ч энэ нь дотоод шаталтат хөдөлгүүрийг бүтээхээс өмнө эрлийз машин бүтээх оролдлоготой адил зүйл гэж шинжээчид үзэж байна.

Доод шугам

Шошго: шошго нэмэх

Олон улсын туршилтын термоядролын реактор ITER-ийг хэтрүүлэлгүйгээр манай цаг үеийн хамгийн чухал судалгааны төсөл гэж нэрлэж болно. Барилгын цар хүрээний хувьд энэ нь Том адрон мөргөлдөөнийг хялбархан гүйцэж түрүүлэх бөгөөд амжилттай болвол бүх хүн төрөлхтний хувьд сар руу нисэхээс хамаагүй том алхам болох болно. Үнэн хэрэгтээ, хяналттай байж болох термоядролын нэгдэл нь урьд өмнө хэзээ ч байгаагүй хямд, цэвэр эрчим хүчний бараг шавхагдашгүй эх үүсвэр юм.

Энэ зун ITER төслийн техникийн нарийн ширийн зүйлийг шинэчлэх хэд хэдэн сайн шалтгаан байсан. Нэгдүгээрт, 1985 онд болсон Михаил Горбачев, Рональд Рейган нарын уулзалт албан ёсны эхлэл гэж тооцогддог томоохон ажил бидний нүдний өмнө материаллаг биелэл болж байна. Орос, АНУ, Япон, Хятад, Энэтхэг, Өмнөд Солонгос, Европын холбооны оролцоотой шинэ үеийн реакторын зураг төслийг боловсруулахад 20 гаруй жил зарцуулсан. Өнөөдөр ITER нь килограмм техникийн баримт бичиг байхаа больсон, Марсель хотоос хойд зүгт 60 км-ийн зайд орших Францын Кадараш хотод байрладаг дэлхийн хамгийн том хүний ​​гараар бүтээгдсэн платформын 42 га (1 км х 420 м) төгс тэгш гадаргуу юм. . Түүнчлэн 150,000 шоо метр бетон, 16,000 тонн арматур, газар хөдлөлтийн эсрэг резинэн металл бүрээстэй 493 баганаас бүрдэх ирээдүйн 360,000 тонн хүчин чадалтай реакторын суурь юм. Мэдээжийн хэрэг, олон мянган шинжлэх ухааны нарийн багаж хэрэгсэл, судалгааны байгууламжууд дэлхийн өнцөг булан бүрт их дээд сургуулиудад тархсан.

2007 оны 3-р сар. Ирээдүйн ITER платформын анхны зураг агаараас.

Реакторын гол бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн үйлдвэрлэл сайн явагдаж байна. Хавар Франц улс D хэлбэрийн торойд хээрийн ороомогт зориулж 70 рам үйлдвэрлэж, 6-р сард Подольск дахь Кабелийн аж үйлдвэрийн хүрээлэнгээс Оросоос хүлээн авсан хэт дамжуулагч кабелийн анхны ороомог ороомгийн ажил эхэлсэн.

Яг одоо ITER-г санах хоёр дахь сайн шалтгаан бол улс төр юм. Шинэ үеийн реактор нь эрдэмтдийн төдийгүй дипломатуудын хувьд ч сорилт юм. Энэ бол дэлхийн аль ч улс дангаараа хэрэгжүүлэх боломжгүй өндөр өртөгтэй, техникийн хувьд төвөгтэй төсөл юм. Улс орнуудын шинжлэх ухаан, санхүүгийн салбарт харилцан тохиролцоонд хүрэх чадвар нь энэ асуудал дуусах эсэхийг тодорхойлдог.

2009 оны 3-р сар. 42 га талбайг тэгшлээд шинжлэх ухааны цогцолбор барих ажил эхлэхийг хүлээж байна.

ITER-ийн зөвлөлийг зургадугаар сарын 18-нд Санкт-Петербургт хийхээр товлосон ч АНУ-ын Төрийн департамент хориг арга хэмжээнийхээ хүрээнд Америкийн эрдэмтдийг Орост айлчлахыг хориглов. Токамак (ITER-ийн үндэс болсон соронзон ороомогтой тороид камер)-ийн санаа нь Зөвлөлтийн физикч Олег Лаврентьевт хамааралтай болохыг харгалзан төсөлд оролцогчид энэхүү шийдвэрийг сониуч зан гэж үзэж, зүгээр л хөдөлгөв. ижил өдөр Кадарачтай уулзах. Эдгээр үйл явдлууд нь Орос (Өмнөд Солонгостой хамт) ITER төслийн өмнө хүлээсэн үүргээ биелүүлэх хамгийн хариуцлагатай гэдгийг дэлхий дахинд дахин санууллаа.

2011 оны 2-р сар. Газар хөдлөлтөөс хамгаалах босоо аманд 500 гаруй цооног өрөмдөж, газар доорх бүх хөндийг бетоноор дүүргэсэн.

Эрдэмтэд шатаж байна

"Гүйлтийн реактор" гэсэн хэллэг нь олон хүнийг болгоомжлоход хүргэдэг. Ассоциатив гинжин хэлхээ нь тодорхой байна: термоядролын бөмбөг нь зөвхөн цөмийн бөмбөгөөс илүү аймшигтай бөгөөд энэ нь термоядролын реактор Чернобылаас илүү аюултай гэсэн үг юм.

Үнэн хэрэгтээ, токамакийн үйл ажиллагааны зарчимд суурилдаг цөмийн нэгдэл нь орчин үеийн атомын цахилгаан станцуудад ашиглагдаж буй цөмийн задралаас хамаагүй аюулгүй бөгөөд илүү үр ашигтай юм. Fusion-ийг байгаль өөрөө ашигладаг: Нар бол байгалийн термоядролын реактороос өөр зүйл биш юм.

ХБНГУ-ын Макс Планкийн хүрээлэнд 1991 онд баригдсан ASDEX токамак нь реакторын урд талын ханын янз бүрийн материал, ялангуяа вольфрам, бериллийг туршихад ашиглагддаг. ASDEX дахь сийвэнгийн хэмжээ 13 м 3 буюу ITER-ээс бараг 65 дахин бага байна.

Урвалд дейтерий ба тритиумын цөм - устөрөгчийн изотопууд оролцдог. Дейтерийн цөм нь протон ба нейтроноос, тритий цөм нь протон, хоёр нейтроноос бүрдэнэ. Хэвийн нөхцөлд ижил цэнэгтэй цөмүүд бие биенээ няцаах боловч маш өндөр температурт мөргөлдөж болно.

Мөргөлдөх үед протон ба нейтроныг цөм болгон нэгтгэх үүрэгтэй хүчтэй харилцан үйлчлэл үүсдэг. Шинэ химийн элементийн цөм болох гелий гарч ирэв. Энэ тохиолдолд нэг чөлөөт нейтрон үүсч, их хэмжээний энерги ялгардаг. Гелийн цөм дэх хүчтэй харилцан үйлчлэлийн энерги нь эх элементүүдийн цөмүүдээс бага байдаг. Үүнээс болж үүссэн цөм нь бүр массаа алддаг (харьцангуйн онолын дагуу энерги ба масс нь тэнцүү). Алдарт E = mc 2 тэгшитгэлийг эргэн санахад c нь гэрлийн хурд бөгөөд цөмийн нэгдэлд агуулагдах асар их энергийг төсөөлж болно.

2011 оны 8 сар. Цул төмөр бетон газар хөдлөлт тусгаарлагч хавтанг цутгаж эхэллээ.

Харилцан түлхэлтийн хүчийг даван туулахын тулд анхны цөмүүд маш хурдан хөдөлж байх ёстой тул температур нь цөмийн нэгдэлд гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Нарны төвд процесс нь 15 сая градусын температурт явагддаг боловч таталцлын нөлөөгөөр материйн асар их нягтрал нь үүнийг хөнгөвчилдөг. Оддын асар том масс нь түүнийг үр дүнтэй термоядролын реактор болгодог.

Дэлхий дээр ийм нягтрал үүсгэх боломжгүй. Бидний хийж чадах зүйл бол температурыг нэмэгдүүлэх явдал юм. Устөрөгчийн изотопууд цөмийн энергийг дэлхий рүү гаргахын тулд 150 сая градусын температур шаардлагатай, өөрөөр хэлбэл нарнаас арав дахин өндөр температур шаардлагатай.

Орчлон ертөнцөд ямар ч хатуу материал ийм температуртай шууд харьцаж чадахгүй. Тиймээс гелийг бэлтгэхийн тулд зүгээр л зуух барих нь ажиллахгүй болно. Соронзон ороомог буюу токамак бүхий ижил тороид камер нь асуудлыг шийдвэрлэхэд тусалдаг. Токамак бүтээх санаа нь 1950-иад оны эхээр янз бүрийн орны эрдэмтдийн оюун ухаанд гарч ирсэн бол Зөвлөлтийн физикч Олег Лаврентьев болон түүний нэрт хамтрагчид Андрей Сахаров, Игорь Тамм нар тэргүүлэх байр суурь эзэлдэг.

Торус (хөндий пончик) хэлбэртэй вакуум камер нь хэт дамжуулагч цахилгаан соронзонгоор хүрээлэгдсэн байдаг бөгөөд энэ нь түүний дотор тороид соронзон орон үүсгэдэг. Энэ талбар нь нарнаас арав дахин их халсан плазмыг камерын хананаас тодорхой зайд хадгалдаг. Төвийн цахилгаан соронзон (индуктор) хамт токамак нь трансформатор юм. Ороомог дахь гүйдлийг өөрчилснөөр тэд сийвэн дэх гүйдлийн урсгалыг үүсгэдэг - синтез хийхэд шаардлагатай бөөмсийн хөдөлгөөн.

2012 оны 2-р сар. Резин-металл сэндвичээр хийсэн газар хөдлөлтөөс хамгаалах дэвсгэр бүхий 1.7 метрийн 493 ширхэг багана суурилуулсан.

Токамак нь технологийн дэгжин загвар гэж зүй ёсоор тооцогддог. Плазм дахь цахилгаан гүйдэл нь плазмын утсыг хүрээлж, хэлбэрээ хадгалдаг полоид соронзон орон үүсгэдэг. Цусны сийвэн нь хатуу тодорхойлогдсон нөхцөлд байдаг бөгөөд өчүүхэн өөрчлөлт гарсан тохиолдолд урвал шууд зогсдог. Атомын цахилгаан станцын реактороос ялгаатай нь токамак нь "зэрлэг" болж, температурыг хяналтгүй өсгөж чадахгүй.

Токамакыг устгах магадлал багатай тохиолдолд цацраг идэвхт бохирдол байхгүй. Атомын цахилгаан станцаас ялгаатай нь термоядролын реактор нь цацраг идэвхт хог хаягдал үүсгэдэггүй бөгөөд хайлуулах урвалын цорын ганц бүтээгдэхүүн болох гели нь хүлэмжийн хий биш бөгөөд ахуйн хэрэглээнд ашигтай байдаг. Эцэст нь, токамак түлшийг маш хэмнэлттэй ашигладаг: синтезийн явцад вакуум камерт хэдхэн зуун грамм бодис агуулагддаг бөгөөд үйлдвэрлэлийн цахилгаан станцын жилийн түлшний тооцоо нь ердөө 250 кг байдаг.

2014 оны 4-р сар. Криостатын барилгын ажил дуусч, 1.5 метр зузаан токамак суурийн ханыг цутгав.

Бидэнд яагаад ITER хэрэгтэй байна вэ?

Дээр дурдсан сонгодог загварын токамакуудыг АНУ, Европ, Орос, Казахстан, Япон, Хятадад барьсан. Тэдгээрийн тусламжтайгаар өндөр температурт плазм үүсгэх үндсэн боломжийг батлах боломжтой болсон. Гэсэн хэдий ч хэрэглэснээсээ илүү эрчим хүч гаргах чадвартай үйлдвэрийн реактор барих нь огт өөр цар хүрээтэй ажил юм.

Сонгодог токамакийн хувьд индуктор дахь гүйдлийг өөрчлөх замаар плазм дахь гүйдлийн урсгал үүсдэг бөгөөд энэ үйл явц нь төгсгөлгүй байж болохгүй. Тиймээс плазмын ашиглалтын хугацаа хязгаарлагдмал бөгөөд реактор нь зөвхөн импульсийн горимд ажиллах боломжтой. Плазмыг асаахад асар их энерги шаардагддаг - ямар нэг зүйлийг 150,000,000 хэм хүртэл халаах нь тоглоом биш юм. Энэ нь гал асаах төлбөрийг төлдөг энерги үйлдвэрлэх плазмын насан туршдаа хүрэх шаардлагатай гэсэн үг юм.

Хайлуулах реактор нь сөрөг нөлөө багатай техникийн гоёмсог концепц юм. Плазм дахь гүйдлийн урсгал нь аяндаа плазмын судлын хэлбэрийг хадгалдаг полоид соронзон орон үүсгэдэг бөгөөд үүнээс үүссэн өндөр энергитэй нейтронууд нь лититэй нийлж үнэт тритий үүсгэдэг.

Жишээлбэл, 2009 онд Хятадын токамак EAST (ITER төслийн нэг хэсэг) туршилтын үеэр плазмыг 400 секундын турш 10 7 К, 60 секундын турш 10 8 К температурт байлгах боломжтой болсон.

Плазмыг удаан барихын тулд хэд хэдэн төрлийн нэмэлт халаагуур хэрэгтэй. Бүгдээрээ ITER-д шалгагдана. Эхний арга - төвийг сахисан дейтерийн атомыг шахах нь атомууд нэмэлт хурдасгуур ашиглан 1 МэВ-ийн кинетик энергийг урьдчилан хурдасгасан плазм руу орох болно гэж үздэг.

Энэ үйл явц нь эхлээд зөрчилддөг: зөвхөн цэнэглэгдсэн хэсгүүдийг хурдасгах боломжтой (тэдгээр нь цахилгаан соронзон орны нөлөөлөлд өртдөг), зөвхөн төвийг сахисан хэсгүүдийг плазм руу оруулж болно (эс тэгвэл тэдгээр нь плазмын утасн дахь гүйдлийн урсгалд нөлөөлнө). Тиймээс эхлээд электроныг дейтерийн атомуудаас салгаж, эерэг цэнэгтэй ионууд хурдасгуур руу ордог. Дараа нь бөөмс нь саармагжуулагч руу орж, ионжсон хийтэй харилцан үйлчлэлцэж саармаг атом болж хувирч, плазм руу оруулна. Одоогоор Италийн Падуа хотод ITER мегахүчдэлийн форсункийг боловсруулж байна.

Хоёр дахь халаалтын арга нь хоолыг богино долгионы зууханд халаахтай ижил төстэй зүйлтэй байдаг. Энэ нь сийвэнг бөөмийн хөдөлгөөний хурдтай (циклотроны давтамж) тохирох давтамжтай цахилгаан соронзон цацрагт өртөх явдал юм. Эерэг ионуудын хувьд энэ давтамж 40−50 МГц, электронуудын хувьд 170 ГГц байна. Ийм өндөр давтамжийн хүчтэй цацраг үүсгэхийн тулд гиротрон хэмээх төхөөрөмжийг ашигладаг. 24 ITER гиротроны есийг Нижний Новгород дахь Gycom байгууламжид үйлдвэрлэдэг.

Токамакийн сонгодог үзэл баримтлал нь плазмын утаснуудын хэлбэр нь плазмд гүйдэл урсах үед өөрөө үүсдэг полоид соронзон оронгоор дэмжигддэг гэж үздэг. Энэ арга нь цусны сийвэн дээр удаан хугацаагаар хоригдох үед хамаарахгүй. ITER токамак нь тусгай полоид хээрийн ороомогтой бөгөөд тэдгээрийн зорилго нь халуун плазмыг реакторын хананаас хол байлгах явдал юм. Эдгээр ороомог нь хамгийн том, нарийн төвөгтэй бүтцийн элементүүдийн нэг юм.

Утасны ирмэг дээрх чичиргээг нэн даруй арилгахын тулд плазмын хэлбэрийг идэвхтэй хянахын тулд хөгжүүлэгчид шууд вакуум камерт, яндангийн доор байрлах жижиг, бага чадлын цахилгаан соронзон хэлхээг гаргаж өгсөн.

Термоядролыг нэгтгэх түлшний дэд бүтэц нь тусдаа сонирхолтой сэдэв юм. Дейтери нь бараг бүх усанд байдаг бөгөөд түүний нөөцийг хязгааргүй гэж үзэж болно. Гэхдээ дэлхийн тритиумын нөөц хэдэн арван кг хүрдэг. 1 кг тритиум нь ойролцоогоор 30 сая долларын үнэтэй ITER-ийг анх хөөргөхөд 3 кг тритиум шаардлагатай болно. Харьцуулбал, АНУ-ын армийн цөмийн хүчин чадлыг хадгалахын тулд жилд 2 кг орчим тритиум шаардлагатай байдаг.

Гэсэн хэдий ч ирээдүйд реактор нь тритиумаар өөрийгөө хангах болно. Гол хайлуулах урвал нь литийн цөмийг тритиум болгон хувиргах чадвартай өндөр энергитэй нейтронуудыг үүсгэдэг. Эхний лити реакторын ханыг бүтээх, турших нь ITER-ийн хамгийн чухал зорилтуудын нэг юм. Эхний туршилтууд нь реакторын механизмыг дулаанаас хамгаалах зорилготой берилли-зэс бүрээсийг ашиглах болно. Тооцоолсноор манай гарагийн эрчим хүчний салбарыг бүхэлд нь токамакт шилжүүлсэн ч дэлхийн литийн нөөц мянган жил ажиллахад хүрэлцэнэ.

104 км урт ITER замыг бэлтгэхэд Франц 110 сая евро, дөрвөн жилийн хөдөлмөр зарцуулсан. Фос-сюр-Мер боомтоос Кадарач хүртэлх замыг өргөтгөж, бэхжүүлснээр токамакийн хамгийн хүнд, том хэсгүүдийг тухайн газарт хүргэх боломжтой болсон. Зураг дээр: 800 тонн жинтэй туршилтын ачаатай тээвэрлэгч.

Токамакаар дамжуулан дэлхийгээс

Хайлуулах реакторыг нарийн хянах нь нарийн оношилгооны хэрэгсэл шаарддаг. ITER-ийн гол ажлуудын нэг нь одоогоор туршиж байгаа таван арван хэрэглүүрээс хамгийн тохиромжтойг нь сонгож, шинээр бүтээх ажлыг эхлүүлэх явдал юм.

Орост наад зах нь есөн оношилгооны аппарат гаргана. Гурав нь Москвагийн Курчатовын хүрээлэнд, түүний дотор нейтрон цацрагийн анализатор байдаг. Хурдасгуур нь плазмаар дамжуулан төвлөрсөн нейтроны урсгалыг илгээдэг бөгөөд энэ нь спектрийн өөрчлөлтөд орж, хүлээн авагч системд баригддаг. Секундэд 250 хэмжилтийн давтамжтай спектрометр нь плазмын температур, нягтрал, цахилгаан талбайн хүч, бөөмийн эргэлтийн хурдыг харуулдаг - реакторыг удаан хугацаагаар плазмыг хадгалахад шаардлагатай параметрүүдийг хянах.

Ioffe судалгааны хүрээлэн нь токамакаас атомуудыг авч, реактор дахь дейтерий, тритиумын концентрацийг хянахад тусалдаг төвийг сахисан бөөмийн анализатор зэрэг гурван багажийг бэлтгэж байна. Үлдсэн төхөөрөмжүүдийг одоо ITER босоо нейтроны камерт зориулсан алмааз илрүүлэгч үйлдвэрлэж байгаа Trinity-д хийх болно. Дээрх бүх институтууд өөрсдийн токамакуудыг туршилтанд ашигладаг. Ефремовын NIIEFA-ийн дулааны камерт ирээдүйн ITER реакторын эхний хананы хэлтэрхий ба чиглүүлэгч зорилтот туршилтыг хийж байна.

Харамсалтай нь, ирээдүйн мега-реакторын олон бүрэлдэхүүн хэсэг нь металд аль хэдийн байгаа нь реакторыг барих болно гэсэн үг биш юм. Сүүлийн 10 жилийн хугацаанд төслийн тооцоолсон өртөг 5-аас 16 тэрбум евро болж өссөн бөгөөд төлөвлөсөн анхны хөөргөх хугацааг 2010 оноос 2020 он хүртэл хойшлуулсан байна. ITER-ийн хувь заяа бидний өнөөгийн бодит байдлаас, ялангуяа эдийн засаг, улс төрийн бодит байдлаас бүрэн хамаарна. Үүний зэрэгцээ, төсөлд оролцсон эрдэмтэн бүр түүний амжилт бидний ирээдүйг танигдахын аргагүй өөрчилж чадна гэдэгт чин сэтгэлээсээ итгэдэг.