Схема реактора ИТЭР: габаритные размеры реактора ~ 40?40 м; 1 — центральный соленоид (индуктор); 2 — катушки полоидального магнитного поля; 3 — катушка тороидального магнитного поля; 4 — вакуумная камера; 5 — криостат; 6 — дивертор
Через четырнадцать лет после получения официального разрешения учёные наконец-то начали сборку гигантского термоядерного реактора ИТЭР. Экспериментальный реактор призван продемонстрировать, что ядерный синтез может быть безопасным источником энергии на Земле.
ИТЭР — самое сложное техническое сооружение в истории человечества. Основная конструкция состоит из 10 млн деталей. Это больше, чем в Большом адронном коллайдере. Инженеры называют её «крупнейшим в мире паззлом».
Для сборки конструкции в крошечную коммуну Сен-Поль-Ле-Дюранс на юге Франции в последние несколько месяцев поступали компоненты с производственных площадок по всему миру. Теперь их тщательно соберут вместе.
Семь уровней здания ITER вмещают все виды оборудования, трубы, электрические кабели, линии питания токамака и др. 3D-модель
Комплекс ИТЭР с реактором в центре. 3D-модель
Непосредственно сам реактор состоит из миллиона частей
Вакуумная камера
Катушки тороидального магнитного поля
Катушки полоидального магнитного поля
Криостат ИТЭР высотой 30 метров
Система водяного охлаждения
На сборке реактора работает около 2300 человек. «Построение машины по частям похоже на сборку трёхмерного паззла с жёсткими требованиями по времени», — сказал генеральный директор ИТЭР Бернард Биго.
«Все аспекты управления проектами, инженерии, управления рисками и логистики должны сочетаться с точностью швейцарских часов, — сказал он, — У нас есть сложный сценарий, которому нужно следовать в течение следующих нескольких лет».
Проект ИТЭР идёт с отставанием от графика на пять лет, а его первоначальный бюджет уже вырос в три раза примерно до 20 миллиардов евро.
ИТЭР относится к термоядерным реакторам типа «токамак» — тороидальная установка для магнитного удержания плазмы с целью достижения условий, необходимых для протекания управляемого термоядерного синтеза. В вакуумной камере ядра дейтерия и трития сливаются, с образованием ядра гелия (альфа-частица) и высокоэнергетического нейтрона. Плазма в токамаке удерживается не стенками камеры, а комбинированным магнитным полем — тороидальным внешним и полоидальным полем тока.
В амбициозном международном проекте принимают участие Россия, США, ЕС, Китай, всего 35 стран. Термоядерный реактор, предложенный советскими физиками в 1985 году, был согласован на встрече президентов Рейгана и Горбачёва. С тех пор шла подготовка и проектирование, в 2001 году подготовлен технический проект, а в 2005 году страны-участники определились с местом строительства — окрестности города Кадараш на юге Франции.
Площадка ИТЭР
Задача ИТЭР — продемонстрировать управляемую реакцию синтеза с термоядерной мощностью несколько сотен мегаватт и отработкой технологии её практического использования. После этого можно строить такие же установки по всему миру.
На первом этапе реактор будет работать в импульсном режиме при мощности термоядерных реакций 400–500 МВт и длительности импульса около 400 с. На втором этапе будет отрабатываться режим непрерывной работы реактора, а также система воспроизводства трития.
Сборка реактора продолжится пять лет.
Первые эксперименты с рабочей плазмой на ИТЭР должны начаться в декабре 2025 года. На полную мощность реактор планируют вывести к 2035 году.
Учёные едины во мнении, что за термоядом — будущее энергетики. Запасы дейтерия в воде океанов неисчерпаемы, содержание лития в земной коре в 200 раз больше, чем урана (из лития получают тритий непосредственно на ИТЭР). Есть и другие преимущества: радиационная биологическая опасность термоядерных реакторов примерно в тысячу раз ниже, чем реакторов деления; возможность размещения реактора в любом месте; отсутствие «тяжёлых» радиоактивных отходов, которые можно использовать для изготовления «грязных» бомб; физическая невозможность разгона («взрыва») реактора.
См. также:
v1000
А какой у сабжа планируемый коэффициент усиления по энергии?
Вообще удивляет, как долго и как сложно эта тема продвигается. При этом даже коэффициент усиления по энергии больше 1 ни о чем не говорит, потому что мы еще не умеем извлекать полезную энергию в импульсном режиме в таких объемах.
unclejocker
У сабджа не предполагается полезного выхода. Вся энергия с системы охлаждения будет сбрасываться в атмосферу. Это исследовательская установка.
Кстати и сложная такая отчасти по той же причине — очень много исследовательских приборов/установок. И многие системы одинаковые по назначению — продублированы в разных реализациях, попробовать и так и эдак.
v1000
Это понятно, что это очередная дорогостоящая игрушка для ученых и инженеров. Меня удивляет, неужели компьютерное моделирование не позволяет проверить большинство этих идей? Тот же БАК сразу собрали и запустили, а тут постоянное допиливание напильником с непонятным эффектом.
unclejocker
Нет, не позволяет. Для моделирования нужны данные, которые на таких установках как раз и получают.
И потом, эту тоже запустят и тоже заработает, БАК же не промышленная установка, она «на гора» научные результаты выдает. И ITER тоже научные результаты даст.
Есть мнение, что промышленная термоядерная энергетика пока, по разным причинам, человечеству не нужна, иначе бы давно была, залили бы тему деньгами (20 млрд. на фоне военных бюджетов это просто смешно, за эти деньги даже истребитель, который на порядок проще, не разработать).
midmor
А можно по-конкретнее, чьё это мнение и по каким причинам термояд человечеству пока не нужен? Воцарится
коммунизмрай на Земле? Так для рядового землянина с этого ведь одни ништяки.unclejocker
В основном по косвенным признакам — никто не готов платить за ее изобретение.
И еще читал такое рассуждение: судя по всему, «минимальный» промышленный реактор выходит большой — гигаватт на 10 минимум, и чтобы отбить НИОКР — надо бы построить их побольше, несколько десятков, а лучше — сотен.
А такая концентрированная мощность неудобна — больших точечных потребителей (например — алюминиевый комбинат) столько нет, а доставлять электричество на большие расстояния без потерь (задешево, сверхпроводники не берем в расчет) — мы тоже пока не умеем.
halted
Сделать из таких реакторов пояс по экватору и проблема энергетики сильно ослабнет.
Бесплатные энергозатраты на транссибирской магистрали… эх… фантазия так и рисует будущее яркими красками!!!!
unclejocker
Заодно и планету подогреем:) Я как то заинтересовался о влиянии выработки электричества из атома и ископаемого топлива на общий энергетический баланс, но оказалось что текущее производство на два или три порядка меньше, чем планета от солнца получает, т.е. можно не брать в расчет. Но с кольцом из реакторов это можно поправить:)
Dvlbug
Но не стоит забывать, что будет больше выбрасываться молекул, излучения в космос и, в какой-то точке, будет достигнуто равновесное состояние.
Hardcoin
В Японии две атомных электростанции по 8 ГВт (одна, понятное дело, теперь не функционирует). Запорожская — 6 ГВт. А это не один энергоблок, а целых 6. Вполне можно было построить две электростанции вместо одной, если бы точечность была такой огромной проблемой.
Очаковская распределительная подстанция имеет мощность в 3.5 ГВт. Легко ли будет распределить 10ГВт? Не особо легко, но абсолютно реально. Китайцы же распределяют 20+ ГВт от трёх ущелий.
Кстати, сотня реакторов на 10 ГВт позволят заменить едва ли половину электростанций на ископаемом топливе. Так что вы очень недооцениваете ни потребности, при возможности человечества. Человечество потребляет очень много электричества. А при цене в два раза меньше потребляло бы ещё больше.
unclejocker
Дело не только в этом. 6 блоков можно например на профилактику и перегрузку по очереди останавливать — потребителям норм будет, ну или компенсировать из другого места можно потерю одного гигавата.
А вот если останавливать один блок на 10+… вам нужен как минимум второй такой же на подмену, или 10 атомных блоков. А когда работ нет — что делать с лишними?
Цена не будет в два раза меньше. Затраты на строительство космические. Пока по подсчетам стоимость получается дороже атомной энергии, например.
Hardcoin
Один единственный эксклюзивный проект по технологиям девяностых конечно будет крайне дорог. Даже, банально высокотемпературные сверхпроводники уже делают проект дешевле и в строительстве и в эксплуатации.
В любом случае термояд нужен только дешёвый. За дорого есть возобновляемая энергетика. Если термояд будет дешёвый, то проблемы с подменой и передачей энергии будут решены. 1000км не проблема в современных условиях. Если можно пережить отключение 8ГВт (Фукусима), то организовать плановое отключение 10 — решаемая и посильная задача.
unclejocker
Про «дорогую игрушку» отдельно — 20 миллиардов за 25 лет в складчину кучей стран, да еще на самом деле и большая часть не живыми деньгами, а продукцией, произведенной на территории этих же стран, т.е. инвестициями в свою же экономику.
Да это просто чтоб ученые не разбежались, вдруг когда термояд понадобится, на всякий случай.
v1000
Всего-то в четыре раза дороже БАК и чуть дешевле нового БАК, который должен быть в десять раз мощнее. Но дело не в цене-почему-то ощущение, что сам принцип не правильный-а поэтому так сложно и долго реализуется. Словно упорно хотят построить сверхзвуковой самолёт с поршневым двигателем, а нужно изобрести реактивный.
unclejocker
Ну что то такое есть, да. Там несколько лет назад руководитель кажется сменился, и с тех пор все начало более-менее двигаться.
По поводу «сверхзвукового самолета» — нет единого мнения относительно того, как строить термоядерный реактор: есть токамаки, есть стелараторы, есть открытые ловушки, есть D+T реакция, есть бор-протонная реакция, даже насчет гелия-3 есть идеи. В общем научный поиск.
P.S. это еще на высокотемпературные сверхпроводники ITER не стали переделывать, хотя перспективное направление, но они появились когда уже проект был готов.
P.P.S. вспомнил еще из заметных задержек — уже начали строить, как случилась фукусима и французский атомнадзор начал закручивать гайки, это же ядерный объект. Кое что пришлось переделывать.
norguhtar
Для того чтобы моделировать надо знать что и как моделировать, а они не знают. А малые установки не дают долгого удержания плазмы и объемы не те. Вот построят изучат и тогда появятся оптимизированные установки подешевле и с выдачей энергии. Смотрите следующий запланированный проект демонстратор.
Hardcoin
Самые полезные люди на этой планете. Пусть играют.
Большинство — позволяет. Но не все. Обратите внимание, даже ракету спроектировать с первого раза особо не получается (а ракеты намного проще, чем токамак). Для SpaceX оказалось в разы дешевле провести десятки экспериментов вживую, чем всё полностью отмоделировать.
Дело в том, что наши модели далеко не идеальны, а вычислительные мощности недостаточны.
Lexxnech
Планируется коэффициент 10. Собственно по своим параметрам ITER уже будет близок к промышленным установкам, средняя мощность термоядерной реакции 0,5 гигаватта, продолжительность импульса более 400 секунд.
v1000
А вот это круто. Я думал, они до сих пор недалеко от единички топчутся.