Привет, Хабр! С вами Александр Баулин — ведущий менеджер МТС Диджитал и по‑прежнему фанат космоса и технологий.
В этом месяце появилось официальное заявление представителей ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) — одного из крупнейших строящихся термоядерных реакторов. Суть документа — предварительный запуск («первая плазма») перенесен с 2025 года на 2036, а полноценная работа реактора начнется не раньше 2039 года. Учитывая, что ITER — это демореактор, устойчиво получать энергию из управляемого термоядерного синтеза снова планируется лет через 20. Прямо как в начале 90-х годов XX века, когда автор этого поста купил первую книжку по термоядерным реакторам. Вздохнул.
Подробнее о трудностям и перспективах управляемого термоядерного синтеза — под катом.
Что случилось?
Получить первую плазму на международном термоядерном реакторе планировали уже в 2025 году. Теперь организаторы заявили, что испытания не только откладываются на 11 лет, но и потребуют увеличения затрат — сразу на $5,4 млрд. Сам перенос вызван техническими проблемами и нехваткой средств.
Глава ИТЭР Пьетро Барабаски (Pietro Barabaschi) заявил, что даже без выявления брака сроки нельзя было выдержать. Процесс создания реактора оказался сложнее, чем планировалось. Но перенос пуска реактора не означает, что площадка на 11 лет превратится в сонное царство: будут продолжены научные исследования — например, эксперименты с малыми токами плазмы. Глава проекта добавил, что даже овладение управляемым ядерным синтезом не решит самые острые проблемы, которые сейчас стоят перед человечеством.
Это уже второй глобальный пересмотр бюджета и сроков проекта за последние восемь лет. Сразу после старта строительства планировалось, что общая стоимость ITER не превысит $5 млрд, а испытания удастся начать в 2020 году. Сейчас бюджет уже превысил $22 млрд, а первого запуска придется ждать 15 лет.
Последствия переноса пуска
Ученые постарались найти и положительные последствия переноса. Они планируют, что в 2034 году смогут сразу запустить непрерывные двухлетние исследования, а не набор отдельных экспериментов. Это позволит быстрее вывести реактор на полную мощность. В результате, хотя первые эксперименты с плазмой в реакторе откладываются почти на десятилетие, система достигнет проектной мощности всего на три года позже, чем ожидалось по предыдущему плану.
К сожалению, задержки порождают серьезные риски. Некоторые страны-участники могут выйти из проекта, забрав свою часть финансов и ресурсов.
К тому же другие исследовательские группы тоже работают с термоядерными реакторами и могут добиться своего раньше ITER. Правда, период ожидания быстрых успехов от них прошел. Это в 2014 году всерьез обсуждалось обещание Lockheed Martin создать компактный термоядерный реактор за пять лет. Сейчас удается достичь и нужных температур, и удержать плазму необходимое время… но в разных экспериментах. Более того, в 2022 году одна научная группа заявила о положительном выходе энергии: получили от термоядерной реакции больше, чем затратили на разогрев плазмы. Но честный подсчет показывает, что полные энергетические затраты составили в десятки раз больше полученного значения. В общем, перед конкурентами теперь долгая и тернистая (хотя очень интересная) дорога к постоянно действующему реактору — но ITER уже прошел ее часть. А что уже успела сделать международная группа ученых и как вообще появился реактор? Спойлер: как всегда не обошлось без СССР и России.
Как появился ITER и что планируют ученые
Идея создания реактора появилась в далеком 1985 году. Академик СССР Евгений Велихов предложил ученым Европы, США и Японии вместе создать термоядерный реактор. Идея показалась интересной правительствам указанных государств и регионов, так что началось обсуждение возможного распределения ролей научных коллективов со всего мира в едином проекте. В 1986 году удалось достичь соглашения о проектировании научной установки, которая и получила название International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). Тип реактора — классический токамак. Принцип работы — термоядерный синтез с магнитным удержанием.
В 1992 году страны-участники подписали четырехстороннее соглашение о разработке инженерного проекта реактора. После этого долгое время велись переговоры, планировались работы, выбиралось место возможного строительства — в 2005 году предпочтение отдали окрестностям города Кадараш на юге Франции.
В 2011 году строительство, наконец, началось. В классическую схему реактора типа токамак добавили дивертор, который очищает плазму от примесей. Сначала сборка шла относительно гладко, хотя и не без проблем. Но уже ближе к завершению строительства была выявлена масса недостатков. В январе 2023 г. оказалось, что трубы охлаждения придется менять — используемая технология сварки труб и панелей привела к появлению микротрещин. Этому способствовали остатки хлора, которые попадали в крошечные полости в процессе сварки, что вело к коррозии, а возникающее после сварки напряжение металла разрывало сами трубы. Предстояло выбрать новую технологию сварки и заменить 23 километра (!) труб.
В июне 2023 года оказалось, что на проекте термоядерного реактора ИТЭР часть сварных операций проводили сварщики с поддельными сертификатами. Выполненную ими работу пришлось инспектировать заново.
В июле того же года обнаружились дефекты производства компонентов и сборки — секторы изготовлены с нарушением габаритов, а система охлаждения пошла трещинами. Именно это оказалось «соломинкой, которая сломала спину верблюда» — замена секторов займет годы.
Тем не менее проект продолжает жить, а реактор, как надеются ученые, сможет показать жизнеспособность самой идеи получения энергии в результате термоядерного синтеза. Кстати, ITER не будет производить электрическую энергию. Это лишь демо, доказательство концепции запуска управляемой термоядерной реакции с получением избытка энергии. Реактор должен в течение не менее 400 секунд вырабатывать 500 МВт энергии при затратах на запуск 50 МВт. Если жизнеспособность идеи докажут, то начнется создание уже рабочего термоядерного реактора.
Так что до создания полноценного управляемого термоядерного синтеза снова лет 20. Но процесс интересный.
Что происходит внутри токамака?
И напоследок напомню, что происходит внутри токамака: вещество разогревается до температуры около 150 млн градусов — в 10 раз выше, чем в центре Солнца. При такой температуре любой материал переходит в состояние плазмы, поэтому вещество можно удержать только дистанционно — с помощью мощных магнитных полей. Согласно данным предыдущих экспериментов, такой температуры хватит для возникновения самоподдерживающейся реакции синтеза: изотопы водорода — дейтерий и тритий — будут сталкиваться с образованием ядра гелия, нейтрона и гигантским выделением энергии. Получаемой энергии с лихвой хватит на многократное покрытие затрат на разогрев плазмы. По крайней мере, таков план.
Комментарии (28)
Advisers
16.07.2024 14:04+5"Теперь организаторы заявили, что испытания не только откладываются на 11 лет, но и потребуют увеличения затрат — сразу на $5,4 млрд."
...
"— Скажите, Шура, честно, сколько вам нужно денег для счастья? — спросил Остап. — Только подсчитайте все.
— Сто рублей, — ответил Балаганов, с сожалением отрываясь от хлеба с колбасой.
— Да нет, вы меня не поняли. Не на сегодняшний день, а вообще. Для счастья. Ясно? Чтобы вам было хорошо на свете.
Балаганов долго думал, несмело улыбаясь, и, наконец, объявил, что для полного счастья ему нужно шесть тысяч четыреста рублей и что с этой суммой ему будет на свете очень хорошо." (С)
hren-s-gori
16.07.2024 14:04Просто надо [негласно] предложить какому-нибудь нефтемагнату солидную долю рынка сбыта ЭЭ из ТЯ, и, я уверен, он очень быстро наведёт порядок. Сварщиков с поддельными сертификатами мы точно больше не увидим, во всяком случае. Во всех смыслах.
ilriv
16.07.2024 14:04Не надо заниматься ерундой, термоядерные станции надо строить на орбите Земли.
exTvr
16.07.2024 14:04+11На орбите Земли уже есть одна мощная естественная термоядерная станция. Осталось только решить вопрос каким образом получать энергию от этой станции с высоким КПД на поверхности планеты.
iliasam
16.07.2024 14:04+2"Сейчас бюджет уже превысил $22 млрд"
Сколько лет уже строят и проектируют ITER?
Уже больше 20. Получается, что куча стран суммарно тратят в год менее миллиарда долларов.
Для такой амбициозной задачи, важной для долгосрочного выживания человечества, это просто мизер. Поэтому и имеем шутки про запуск термояда через 20 лет.
Ilya_JOATMON
16.07.2024 14:04Какое отношение это имеет к выживанию человечества? Такую байду, если она будет работать, смогут позволить себе построить очень немногие страны.
iliasam
16.07.2024 14:04+2ITER - экспериментальный реактор, если не ошибаюсь, он несколько переусложнен именно из-за исследовательских целей.
Кроме того, как только появится хотя бы одна действующая электростанция, можно будет начинать массовое производство компонентов реакторов, что заметно уменьшит стоимость последующих станций.Ilya_JOATMON
16.07.2024 14:04В нем побольше датчиков и измерителей, но герметичный бублик из нержавейки с жесткими допусками по размерам и сверхпроводящие охлаждаемые гелием катушки, они останутся и в промышленном. Плюс вся обвязка: сброс тепла, нагрев плазмы, крионика. Я не вижу где особо цену сбросить можно. Так что 15 млрд (считаем что часть всеже скинули) ну не каждый рискнет тратить.
Fahrain
16.07.2024 14:04+4Сначала они забанили из-за санкций российских производителей главных элементов конструкции кольца. Причем элементов, которые на тот момент больше никто в мире делать не мог. При этом часть уже готовых к поставки конструкций так и остались в России - их нельзя привезти из-за всё тех же санкций.
Потом они выгнали большинство (или уже всех? Я как-то перестал следить) российских ученых из проекта - за связь с ранее забаненными подсанкционными российскими университетами.
Теперь вдруг внезапно проект как-то забуксовал. Интересно, а что случилось?..
Matshishkapeu
16.07.2024 14:04+7Кажется, вы с ЦЕРНом путаете. Это оттуда российских учёных старательно исключили. Отгрузки на ИТЕР продолжаются. Вот НИИЭФА отправлял, например
http://www.niiefa.spb.su/site/top/news/20230214_itercom1/?lang=ru
Matshishkapeu
16.07.2024 14:04+2Хорошая иллюстрация измельчения причастных и массового распространения рукожопости. Для сравнения в 80-е крупнейший научный проект своего времени, ускоритель LEP в ЦЕРНе ( в его 27 километрах тоннелей находится сейчас LHC) построили за 5 лет и 11 месяцев. От первой лопаты выкопанной земли до первого столкновения пучков. Постройка LHC от разборки LEP в 2001 году до открытия бозона Хиггса, с факапом 2008 года заняла 11 лет. Эту могилу финансов и талантов будут строить бесконечно, как Саграда Фамилию.
Ilya_JOATMON
16.07.2024 14:04Это несколько разные вещи. Их в лоб сравнивать нельзя именно по технической сложности.
Matshishkapeu
16.07.2024 14:04Тащемта чтобы было проще сравнивать - LHC крупнейшее криогенное сооружение в мире на момент постройки. Там реально завод построен, который эту халабуду охлаждает. И крупнейшее сверхпроводящее устройство, поглотившее все американские наработки по сверхпроводящее у суперколлайдеру, который они прибили в процессе постройки. А сколько там веселья с детекторами и высокоскоростной обработкой данных. У них даже потребление энергии примерно одинаковое, в ЦЕРНе в среднем 150 МВт ( в пике выше) у ИТЕРа от 110 в покое до 600 в пике на импульсе. Вопщем вполне сравнимые вещи. Катастрофа ИТЕРа не техническая, а административная. Представьте себе восьмидвигательный самолёт ( ну как Б52 американский) у которого каждый двигатель с нуля делается в отдельной стране, которая на нем отрабатывает процесс дизайна и производства авиадвигателей не имея в этом никакого опыта. Собственно так построен весь ИТЕР. Именно по этому он из кусков не сваривается из-за не стыкующихся размеров.
Ilya_JOATMON
16.07.2024 14:04Рано или поздно, ИТЕР достроят. Слишком много в него вбухано, чтобы сейчас отказываться.
Однако, когда его построят и погоняют несколько лет, окажется что термояд: это сложно, не надежно, дорого. И то что соляр, ветряки и накопители решают проблему дешевле и надежнее.
leok
16.07.2024 14:04+2Дешевле - может быть, надёжнее - так себе. Соляр и ветряки плохо масштабируются и требуют относительно много земли, т.е плотность производимой мощности на занятую землю невысока. Не говоря даже про необходимость запасать огромное количество энергии. При этом энергопотребление продолжает расти. Вот ядерные станции вполне могут быть дешевле и надёжнее, но у них дурная слава.
Ilya_JOATMON
16.07.2024 14:04Есть пустыни и моря. Есть технологии сверхвысоковольтных линий для передачи энергии. Ну или можно на месте генерить водород или метан, и его уже транспортировать.
И не зря у ядерных станций дурная слава. Вы предпочли бы чтобы дикари на танках заехали на АЭС или на солнечную станцию?
ababich
16.07.2024 14:04Однако, когда его построят и погоняют несколько лет, окажется что термояд: это сложно, не надежно, дорого. И то что соляр, ветряки и накопители решают проблему дешевле и надежнее.
1)не достроят 2)альтернативные источники действительно решат проблему со временем,тем более вроде не видно зачем цивилизации так много энергии ...хватит классических и альтернативных
Ilya_JOATMON
16.07.2024 14:04Нефти при нынешних темпах потребления осталось лет на 50, если не перевести автопарк на элекро, будет задница.
RedWolf
16.07.2024 14:04Ещё в конце 80-ых читал в Технике Молодежи про Токамак, с тех пор несильно что изменилось :(
leon_shtuet
16.07.2024 14:04Термояд станет доступен через 20 лет (опять).
Вы в слове "опять" сделали две ошибки. Первые две буквы должны быть "бл"
И чего это никто ни разу не упомянул слово "распил". Как статья про РФ, так сразу прибегают "эксперты" с подозрениями, а тут - тишина.
Mitya78
16.07.2024 14:04Хочу в ИТЕР чтобы меня взяли!
Там есть две возможности попасть, через компании-подрядчики и напрямую в штат.
Первое не очень интересно, что по плюшкам, что по деньгам, но даёт шанс перейти потом в основной состав.
aboba488