Shtëpi Kërpudha Shkurtimisht reaktor i shkrirjes. Termocentrali termonuklear - projekti ITER. Ka perspektiva në Rusi

Kërpudha

Shkurtimisht reaktor i shkrirjes. Termocentrali termonuklear - projekti ITER. Ka perspektiva në Rusi

Keni nevojë për energji termonukleare?

Në këtë fazë të zhvillimit të qytetërimit, mund të themi me siguri se njerëzimi po përballet me një "sfidë energjetike". Kjo është për shkak të disa faktorëve themelorë në të njëjtën kohë:

- Njerëzimi tani konsumon një sasi të madhe energjie.

- Konsumi botëror i energjisë po rritet me shpejtësi.

Sipas parashikimit të Agjencisë Ndërkombëtare të Energjisë (2006), konsumi botëror i energjisë pritet të rritet me 50% deri në vitin 2030.

- Aktualisht, 80% e energjisë së konsumuar nga bota krijohet nga djegia e lëndëve djegëse natyrore fosile (nafta, qymyri dhe gazi).), përdorimi i të cilave mbart potencialisht rrezikun e ndryshimeve katastrofike mjedisore.

Shakaja e mëposhtme është e popullarizuar në mesin e sauditëve: “Babai im hipi në një deve. Mora një makinë dhe djali im tashmë po fluturon me aeroplan. Por tani djali i tij do të ulet përsëri në një deve ".

Duket se është kështu, pasi sipas të gjitha parashikimeve serioze, rezervat botërore të naftës do të mbarojnë kryesisht për rreth 50 vjet.

Edhe bazuar në vlerësimet e Shërbimit Gjeologjik të SHBA-së (ky parashikim është shumë më optimist se të tjerët), rritja e prodhimit botëror të naftës do të vazhdojë jo më shumë se 20 vitet e ardhshme (ekspertë të tjerë parashikojnë që prodhimi do të arrijë kulmin pas 5-10 vjetësh. vjet), pas së cilës vëllimi i naftës së prodhuar do të fillojë të ulet me një normë prej rreth 3% në vit. Perspektiva për gazin natyror nuk duket shumë më e mirë. Zakonisht thonë se do të ketë mjaftueshëm qymyr bituminoz edhe për 200 vite të tjera, por ky parashikim bazohet në ruajtjen e nivelit aktual të prodhimit dhe konsumit. Ndërkohë konsumi i qymyrit tani po rritet me 4.5% në vit, çka e redukton menjëherë periudhën e përmendur prej 200 vjetësh në vetëm 50 vjet.

Kështu, tashmë tani është e nevojshme të përgatitemi për fundin e epokës së përdorimit të lëndëve djegëse fosile.

Fatkeqësisht, burimet alternative ekzistuese të energjisë nuk janë në gjendje të mbulojnë nevojat në rritje të njerëzimit. Sipas vlerësimeve më optimiste, sasia maksimale e energjisë (në ekuivalentin termik të specifikuar) e gjeneruar nga burimet e listuara është vetëm 3 TW (erë), 1 TW (hidrocentrale), 1 TW (burime biologjike) dhe 100 GW ( instalimet gjeotermale dhe detare). Sasia totale e energjisë shtesë (edhe në këtë, parashikimi më optimal) është vetëm rreth 6 TW. Duhet të theksohet se zhvillimi i burimeve të reja të energjisë është një detyrë teknike shumë komplekse, kështu që kostoja e energjisë që ata prodhojnë në çdo rast do të jetë më e lartë se sa me djegien e zakonshme të qymyrit etj. Duket mjaft e qartë se

Njerëzimi duhet të kërkojë disa burime të tjera energjie, të cilat aktualisht mund të konsiderohen vetëm Dielli dhe reaksionet e shkrirjes termonukleare.

Dielli është potencialisht një burim pothuajse i pashtershëm energjie. Sasia e energjisë që bie vetëm në 0.1% të sipërfaqes së planetit është e barabartë me 3.8 TW (edhe nëse konvertohet me një efikasitet prej vetëm 15%). Problemi qëndron në pamundësinë tonë për të kapur dhe konvertuar këtë energji, e cila shoqërohet si me koston e lartë të paneleve diellore ashtu edhe me problemet e akumulimit, ruajtjes dhe transferimit të mëtejshëm të energjisë së marrë në rajonet e kërkuara.

Aktualisht, në termocentralet bërthamore, në një shkallë të madhe, merret energjia e çliruar nga reaksionet e ndarjes së bërthamave atomike. Unë besoj se krijimi dhe zhvillimi i stacioneve të tilla duhet të inkurajohet në çdo mënyrë të mundshme, por duhet pasur parasysh se stoqet e një prej materialeve më të rëndësishme për funksionimin e tyre (uraniumi i lirë) gjithashtu mund të përdoren plotësisht brenda 50 vitet e ardhshme.

Një drejtim tjetër i rëndësishëm i zhvillimit është përdorimi i shkrirjes bërthamore (bashkimi i bërthamave), i cili tani vepron si shpresa kryesore për shpëtim, megjithëse koha e krijimit të termocentraleve të para termonukleare është ende e pasigurt. Kjo leksion i kushtohet kësaj teme.

Çfarë është fuzioni bërthamor?

Shkrirja bërthamore, e cila është baza për ekzistencën e Diellit dhe yjeve, potencialisht përfaqëson një burim të pashtershëm energjie për zhvillimin e Universit në përgjithësi. Eksperimentet e kryera në Rusi (Rusia është vendlindja e instalimit termonuklear Tokamak), SHBA, Japoni, Gjermani, si dhe në Mbretërinë e Bashkuar në kuadër të programit të përbashkët evropian Torus (JET), i cili është një nga kërkimet kryesore. programet në botë, tregojnë se shkrirja bërthamore mund të sigurojë jo vetëm nevojat aktuale për energji të njerëzimit (16 TW), por edhe një sasi shumë më të madhe energjie.

Energjia e shkrirjes bërthamore është krejtësisht reale dhe pyetja kryesore është nëse ne mund të krijojmë instalime termonukleare mjaft të besueshme dhe ekonomikisht të qëndrueshme.

Proceset e shkrirjes bërthamore quhen reaksione të shkrirjes së bërthamave të lehta atomike në ato më të rënda me lëshimin e një sasie të caktuar energjie.

Para së gjithash, ndër to, duhet theksuar reagimi midis dy izotopeve (deuterium dhe tritium) të hidrogjenit, i cili është shumë i zakonshëm në Tokë, si rezultat i të cilit formohet helium dhe lirohet një neutron. Reagimi mund të shkruhet si më poshtë:

D + T = 4 He + n + energji (17,6 MeV).

Energjia e çliruar, që lind nga fakti se helium-4 ka lidhje bërthamore shumë të forta, shndërrohet në energji të zakonshme kinetike, e shpërndarë midis neutronit dhe bërthamës së helium-4 në raportin 14.1 MeV / 3.5 MeV.

Për të filluar (ndezur) reaksionin e shkrirjes, është e nevojshme të jonizohet plotësisht dhe të ngrohet gazi nga një përzierje e deuteriumit dhe tritiumit në një temperaturë mbi 100 milion gradë Celsius (do ta shënojmë me gradë M), e cila është rreth pesë herë më e lartë. sesa temperatura në qendër të Diellit. Tashmë në një temperaturë prej disa mijëra gradësh, përplasjet ndëratomike çojnë në largimin e elektroneve nga atomet, si rezultat i së cilës formohet një përzierje e bërthamave dhe elektroneve të ndara, e njohur si plazma, në të cilën deuteronet e ngarkuar pozitivisht dhe me energji të lartë dhe tritonët (d.m.th., bërthamat e deuteriumit dhe tritiumit) përjetojnë një zmbrapsje të fortë reciproke. Megjithatë, temperatura e lartë e plazmës (dhe energjia e lartë jonike e lidhur) i lejon këto jone deuterium dhe tritium të kapërcejnë zmbrapsjen e Kulombit dhe të përplasen me njëri-tjetrin. Në temperaturat mbi 100 M gradë, deuteronët dhe tritonët më "energjikë" i afrohen njëri-tjetrit në përplasje në distanca kaq të afërta, saqë forcat e fuqishme bërthamore fillojnë të veprojnë midis tyre, duke i detyruar ata të bashkohen me njëri-tjetrin në një tërësi të vetme.

Kryerja e këtij procesi në laborator paraqet tre probleme shumë të vështira. Para së gjithash, përzierja e gazit e bërthamave D dhe T duhet të nxehet në temperatura mbi 100 M gradë, duke parandaluar disi ftohjen dhe ndotjen e saj (për shkak të reagimeve me muret e enës).

Për të zgjidhur këtë problem, u shpikën "kurthe magnetike", të quajtura Tokamak, të cilat parandalojnë ndërveprimin e plazmës me muret e reaktorit.

Në metodën e përshkruar, plazma nxehet nga një rrymë elektrike që rrjedh brenda torusit në rreth 3 M gradë, e cila, megjithatë, është ende e pamjaftueshme për të filluar reaksionin. Për ngrohjen shtesë të plazmës, energjia ose "pompohet" nga rrezatimi i radiofrekuencës (si në një furrë me mikrovalë), ose në të futen rreze grimcash neutrale me energji të lartë, të cilat e transferojnë energjinë e tyre në plazmë gjatë përplasjeve. Për më tepër, lëshimi i nxehtësisë ndodh për shkak të, në fakt, reaksioneve termonukleare (siç do të përshkruhet më poshtë), si rezultat i të cilave, në një instalim mjaft të madh, duhet të ndodhë "ndezja" e plazmës.

Aktualisht, në Francë po fillon ndërtimi i Reaktorit Eksperimental Termonuklear Ndërkombëtar (ITER), i përshkruar më poshtë, i cili do të jetë Tokamak i parë i aftë për të "ndezur" një plazmë.

Në instalimet ekzistuese më të avancuara të tipit Tokamak, temperaturat e rendit 150 M gradë janë arritur prej kohësh, afër vlerave të kërkuara për funksionimin e një stacioni termonuklear, megjithatë, reaktori ITER duhet të bëhet i pari i madh. termocentrali në shkallë i projektuar për funksionim afatgjatë. Në të ardhmen, do të jetë e nevojshme të përmirësohen ndjeshëm parametrat e funksionimit të tij, gjë që do të kërkojë, para së gjithash, një rritje të presionit në plazmë, pasi shkalla e shkrirjes bërthamore në një temperaturë të caktuar është proporcionale me katrorin e presioni.

Problemi kryesor shkencor në këtë rast lidhet me faktin se me rritjen e presionit në plazmë, lindin paqëndrueshmëri shumë komplekse dhe të rrezikshme, domethënë mënyra të paqëndrueshme të funksionimit.

Bërthamat e heliumit të ngarkuara elektrike që dalin nga reaksioni i shkrirjes mbahen brenda një "kurthi magnetik", ku ato ngadalësohen gradualisht për shkak të përplasjeve me grimcat e tjera dhe energjia e çliruar gjatë përplasjeve ndihmon në ruajtjen e një temperature të lartë të kolonës plazmatike. Neutronet neutrale (që nuk kanë ngarkesë elektrike) largohen nga sistemi dhe e transferojnë energjinë e tyre në muret e reaktorit, dhe nxehtësia e marrë nga muret është burimi i energjisë për funksionimin e turbinave që prodhojnë energji elektrike. Problemet dhe vështirësitë në funksionimin e një objekti të tillë janë kryesisht për shkak të faktit se një fluks i fuqishëm i neutroneve me energji të lartë dhe i energjisë së çliruar (në formën e rrezatimit elektromagnetik dhe grimcave të plazmës) ndikojnë seriozisht në reaktorin dhe mund të shkatërrojnë materialet nga të cilat ai. është krijuar.

Për shkak të kësaj, dizajni i instalimeve termonukleare është shumë kompleks. Fizikanët dhe inxhinierët përballen me detyrën për të siguruar besueshmëri të lartë të punës së tyre. Projektimi dhe ndërtimi i stacioneve termonukleare kërkon që ata të zgjidhin një sërë problemesh teknologjike të ndryshme dhe shumë komplekse.

Pajisja e një termocentrali termonuklear

Figura tregon një diagram skematik (pa vëzhguar shkallën) të pajisjes dhe parimin e funksionimit të një termocentrali termonuklear. Në pjesën qendrore ndodhet një dhomë toroidale (në formë donuti) me vëllim ~ 2000 m 3, e mbushur me plazmë tritium-deuterium (T-D) të ngrohur në temperatura mbi 100 M gradë. Neutronet e krijuara gjatë reaksionit të shkrirjes largohen nga "kurthi magnetik" dhe hyjnë në guaskën e treguar në figurë me një trashësi rreth 1 m. 1

Brenda guaskës, neutronet përplasen me atomet e litiumit, duke rezultuar në një reagim me formimin e tritiumit:

neutron + litium = helium + tritium.

Përveç kësaj, në sistem ndodhin reaksione konkurruese (pa formimin e tritiumit), si dhe shumë reaksione me çlirimin e neutroneve shtesë, të cilat më pas çojnë edhe në formimin e tritiumit (në këtë rast, lirimi i neutroneve shtesë mund të jetë përmirësuar ndjeshëm, për shembull, për shkak të futjes së atomeve në berilium dhe plumb në guaskë). Përfundimi i përgjithshëm është se në këtë instalim, mund të ndodhë një reaksion i shkrirjes bërthamore (të paktën teorikisht), në të cilin do të formohet tritium. Në këtë rast, sasia e tritiumit të formuar jo vetëm që duhet të plotësojë nevojat e vetë instalimit, por edhe të jetë disi më e madhe, gjë që do të bëjë të mundur sigurimin e tritiumit edhe për instalimet e reja.

Është ky koncept i funksionimit që duhet të testohet dhe zbatohet në reaktorin ITER të përshkruar më poshtë.

Neutronet supozohet të ngrohin guaskën në të ashtuquajturat instalime pilot (të cilat do të përdorin materiale ndërtimi relativisht "konvencionale") në rreth 400 gradë. Në të ardhmen, është planifikuar të krijohen instalime të përmirësuara me një temperaturë të ngrohjes së guaskës mbi 1000 gradë, e cila mund të arrihet përmes përdorimit të materialeve më të fundit me rezistencë të lartë (si p.sh. kompozitat e karbitit të silikonit). Nxehtësia e lëshuar në guaskë, si në impiantet konvencionale, merret nga qarku primar i ftohjes me një ftohës (që përmban, për shembull, ujë ose helium) dhe transferohet në qarkun dytësor, ku prodhohet avulli i ujit dhe furnizohet me turbinat.

Avantazhi kryesor i shkrirjes bërthamore është se ai kërkon vetëm një sasi shumë të vogël të substancave natyrale si lëndë djegëse.

Reaksioni i shkrirjes bërthamore në instalimet e përshkruara mund të çojë në çlirimin e një sasie të madhe energjie, dhjetë milionë herë më e lartë se lirimi standard i nxehtësisë nga reaksionet kimike konvencionale (të tilla si djegia e lëndëve djegëse fosile). Për krahasim, le të theksojmë se sasia e qymyrit që kërkohet për të mbështetur funksionimin e një termocentrali 1 gigavat (GW) është 10,000 ton në ditë (dhjetë makina hekurudhore), dhe një termobërthamorë me të njëjtën fuqi do të konsumojë vetëm rreth 1 kg përzierje D + në ditë. T.

Deuteriumi është një izotop i qëndrueshëm i hidrogjenit; në rreth një në çdo 3350 molekula të ujit të zakonshëm, një nga atomet e hidrogjenit zëvendësohet nga deuteriumi (një trashëgimi që kemi trashëguar nga Big Bengu i Universit). Ky fakt e bën të lehtë organizimin e një prodhimi mjaft të lirë të sasisë së kërkuar të deuteriumit nga uji. Është më e vështirë për të marrë tritium, i cili është i paqëndrueshëm (gjysma e jetës është rreth 12 vjet, si rezultat i së cilës përmbajtja e tij në natyrë është e papërfillshme), megjithatë, siç tregohet më lart, tritium do të prodhohet direkt brenda një instalimi termonuklear gjatë funksionimit. për shkak të reaksionit të neutroneve me litiumin.

Kështu, karburanti fillestar për një reaktor të shkrirjes është litiumi dhe uji.

Litiumi është një metal i zakonshëm që përdoret gjerësisht në pajisjet shtëpiake (për shembull, në bateritë e telefonave celularë). Impianti i përshkruar më sipër, edhe duke marrë parasysh efikasitetin e papërsosur, do të jetë në gjendje të prodhojë 200,000 kWh energji elektrike, e cila është e barabartë me energjinë që përmban 70 ton qymyr. Sasia e nevojshme e litiumit gjendet në një bateri kompjuteri, dhe sasia e deuteriumit gjendet në 45 litra ujë. Vlera e mësipërme korrespondon me konsumin aktual të energjisë elektrike (për një person) në vendet e BE-së për 30 vjet. Vetë fakti që një sasi kaq e parëndësishme e litiumit mund të sigurojë prodhimin e një sasie të tillë të energjisë elektrike (pa emetim të CO2 dhe pa ndotjen më të vogël të atmosferës) është një argument mjaft serioz për zhvillimin më të shpejtë dhe më energjik të kërkimit mbi zhvillimin. të energjisë termonukleare (me gjithë vështirësitë dhe problemet), edhe me një perspektivë afatgjatë të krijimit të një reaktori shkrirje ekonomikisht efikas.

Deuteriumi duhet të zgjasë për miliona vjet dhe rezervat e litiumit lehtësisht të arritshëm janë të mjaftueshme për të plotësuar nevojat për qindra vjet.

Edhe nëse rezervat e litiumit në shkëmbinj mbarojnë, ne mund ta nxjerrim atë nga uji, ku përmbahet në një përqendrim mjaft të lartë (100 herë më shumë se përqendrimi i uraniumit) për ta bërë atë ekonomikisht të qëndrueshëm.

Energjia e shkrirjes jo vetëm që i premton njerëzimit, në parim, mundësinë e prodhimit të një sasie të madhe energjie në të ardhmen (pa emetim CO2 dhe pa ndotje atmosferike), por gjithashtu ka një sërë avantazhesh të tjera.

1 ) Siguri e lartë e brendshme.

Plazma e përdorur në instalimet termonukleare ka një densitet shumë të ulët (rreth një milion herë më të ulët se dendësia e atmosferës), si rezultat i së cilës mjedisi i punës i instalimeve nuk do të përmbajë kurrë energji të mjaftueshme për të shkaktuar incidente ose aksidente të rënda.

Për më tepër, ngarkimi i "karburantit" duhet të kryhet vazhdimisht, gjë që e bën të lehtë ndalimin e funksionimit të tij, për të mos përmendur faktin se në rast aksidenti dhe një ndryshimi të mprehtë të kushteve mjedisore, "flaka" termonukleare duhet thjesht dil jashtë.

Cilat janë rreziqet që lidhen me energjinë termonukleare? Së pari, duhet të theksohet se megjithëse produktet e shkrirjes (heliumi dhe neutronet) nuk janë radioaktive, guaska e reaktorit mund të bëhet radioaktive nën rrezatim të zgjatur neutron.

Së dyti, tritiumi është radioaktiv dhe ka një gjysmë jetë relativisht të shkurtër (12 vjet). Por megjithëse vëllimi i plazmës së përdorur është i konsiderueshëm, për shkak të densitetit të ulët, ai përmban vetëm një sasi shumë të vogël tritium (me një peshë totale prej rreth dhjetë pulla postare). Kjo është arsyeja pse

edhe në situatat dhe aksidentet më të rënda (shkatërrimi i plotë i guaskës dhe lëshimi i të gjithë tritiumit që përmbahet në të, për shembull, gjatë një tërmeti dhe një përplasje avioni në stacion), vetëm një sasi e vogël karburanti do të hyjë në mjedis, e cila nuk kërkon evakuimin e popullsisë nga vendbanimet e afërta.

2 ) Kostoja e energjisë.

Pritet që i ashtuquajturi çmim “i brendshëm” i energjisë elektrike të marrë (vetë kostoja e prodhimit) të bëhet i pranueshëm nëse është 75% e çmimit tashmë ekzistues në treg. “Pranueshmëria” në këtë rast do të thotë se çmimi do të jetë më i ulët se çmimi i energjisë së përftuar nga karburantet e vjetra hidrokarbure. Kostoja "e jashtme" (efektet anësore, ndikimi në shëndetin publik, klimë, ekologji, etj.) do të jetë në thelb zero.

Reaktor Ndërkombëtar Eksperimental Termonuklear ITER

Hapi kryesor tjetër është ndërtimi i reaktorit ITER, i projektuar për të demonstruar vetë mundësinë e ndezjes së plazmës dhe për të marrë, mbi këtë bazë, një fitim të paktën dhjetëfish në energji (në raport me energjinë e shpenzuar për ngrohjen e plazmës). Reaktori ITER do të jetë një pajisje eksperimentale që nuk do të jetë e pajisur as me turbina për prodhimin e energjisë elektrike dhe pajisje për përdorimin e saj. Qëllimi i krijimit të tij është të studiojë kushtet që duhet të plotësohen gjatë funksionimit të termocentraleve të tillë, si dhe krijimin mbi këtë bazë të termocentraleve reale, ekonomikisht të qëndrueshme, të cilat, me sa duket, duhet të tejkalojnë madhësinë e ITER. Krijimi i prototipeve reale të termocentraleve termonukleare (pra impiante të pajisura plotësisht me turbina etj.) kërkon zgjidhjen e dy detyrave të mëposhtme. Së pari, është e nevojshme të vazhdohet me zhvillimin e materialeve të reja (të afta për t'i bërë ballë kushteve shumë të vështira të funksionimit në kushtet e përshkruara) dhe për t'i testuar ato në përputhje me rregullat e veçanta për pajisjet e sistemit IFMIF (International Fusion Rradiation Facility) të përshkruara më poshtë. . Së dyti, ka shumë probleme thjesht teknike për t'u zgjidhur dhe teknologji të reja për t'u zhvilluar në lidhje me telekomandën, ngrohjen, projektimin e veshjes, ciklet e karburantit, etj. 2

Figura tregon reaktorin ITER, i cili tejkalon objektin më të madh JET deri më sot, jo vetëm në të gjitha dimensionet e tij lineare (afërsisht dy herë), por edhe në madhësinë e fushave magnetike të përdorura në të dhe rrymat që rrjedhin nëpër plazmë.

Qëllimi i këtij reaktori është të demonstrojë aftësitë e përpjekjeve të kombinuara të fizikanëve dhe inxhinierëve në projektimin e një termocentrali termonuklear në shkallë të gjerë.

Kapaciteti projektues i instalimit është 500 MW (me konsumin e energjisë në hyrje të sistemit vetëm rreth 50 MW). 3

Njësia ITER po ndërtohet nga një konsorcium që përfshin BE-në, Kinën, Indinë, Japoninë, Korenë e Jugut, Rusinë dhe Shtetet e Bashkuara. Popullsia totale e këtyre vendeve është rreth gjysma e popullsisë totale të Tokës, kështu që projekti mund të quhet një përgjigje globale ndaj një sfide globale. Komponentët dhe montimet kryesore të reaktorit ITER tashmë janë krijuar dhe testuar, dhe ndërtimi tashmë ka filluar në qytetin e Cadarache (Francë). Nisja e reaktorit është planifikuar për vitin 2020, dhe prodhimi i plazmës së deuterium-tritiumit është planifikuar për vitin 2027, pasi vënia në punë e reaktorit kërkon teste të gjata dhe serioze për plazmën nga deuterium dhe tritium.

Bobinat magnetike të reaktorit ITER bazohen në materiale superpërçuese (të cilat, në parim, lejojnë funksionimin e vazhdueshëm me kusht që rryma në plazmë të ruhet), kështu që projektuesit shpresojnë të sigurojnë një cikël të garantuar pune prej të paktën 10 minutash. Është e qartë se prania e mbështjelljeve magnetike superpërcjellëse është thelbësisht e rëndësishme për funksionimin e vazhdueshëm të një termocentrali të vërtetë termonuklear. Mbështjelljet superpërcjellëse tashmë janë përdorur në pajisjet e tipit Tokamak, por ato nuk janë përdorur më parë në instalime të tilla në shkallë të gjerë të dizajnuara për plazmën e tritiumit. Përveç kësaj, objekti ITER do të përdorë dhe testojë për herë të parë module të ndryshme guaskë të dizajnuara për të funksionuar në stacione reale, ku bërthamat e tritiumit mund të gjenerohen ose "rikuperohen".

Qëllimi kryesor i instalimit është të demonstrojë kontrollin e suksesshëm të djegies së plazmës dhe mundësinë e prodhimit të vërtetë të energjisë në pajisjet termonukleare në nivelin aktual të zhvillimit të teknologjisë.

Zhvillimi i mëtejshëm në këtë drejtim, natyrisht, do të kërkojë shumë përpjekje për të përmirësuar efikasitetin e pajisjeve, veçanërisht nga pikëpamja e fizibilitetit ekonomik të tyre, i cili shoqërohet me kërkime serioze dhe afatgjata, si në reaktorin ITER ashtu edhe në pajisje të tjera. Ndër detyrat e vendosura, duhet të theksohen tre të mëposhtmet:

1) Është e nevojshme të tregohet se niveli ekzistues i shkencës dhe teknologjisë tashmë lejon që dikush të marrë një fitim 10-fish në energji (në krahasim me energjinë e shpenzuar për të ruajtur procesin) në një proces të kontrolluar të shkrirjes bërthamore. Reagimi duhet të vazhdojë pa shfaqjen e mënyrave të rrezikshme të paqëndrueshme, pa mbinxehje dhe dëmtim të materialeve të ndërtimit dhe pa kontaminim të plazmës me papastërti. Me fuqitë e energjisë termonukleare prej rreth 50% të fuqisë ngrohëse të plazmës, këto synime tashmë janë arritur në eksperimente në instalime të vogla, megjithatë, krijimi i reaktorit ITER do të bëjë të mundur testimin e besueshmërisë së metodave të kontrollit në një instalim shumë më të madh. , duke prodhuar shumë më tepër energji për një kohë të gjatë. Reaktori ITER është duke u projektuar për të verifikuar dhe rënë dakord mbi kërkesat për një reaktor të ardhshëm të shkrirjes dhe krijimi i tij është një detyrë shumë komplekse dhe interesante.

2) Është e nevojshme të studiohen metodat e rritjes së presionit në plazmë (kujtojmë se shpejtësia e reagimit në një temperaturë të caktuar është proporcionale me katrorin e presionit) për të parandaluar shfaqjen e mënyrave të rrezikshme të paqëndrueshme të sjelljes plazmatike. Suksesi i kërkimit në këtë drejtim do të bëjë të mundur ose sigurimin e funksionimit të reaktorit me një densitet më të lartë të plazmës, ose uljen e kërkesave për intensitetin e fushave magnetike të gjeneruara, gjë që do të ulë ndjeshëm koston e energjisë elektrike të prodhuar nga reaktori.

3) Testet duhet të konfirmojnë se funksionimi i vazhdueshëm i reaktorit në një gjendje të qëndrueshme mund të sigurohet në realitet (nga pikëpamja ekonomike dhe teknike, kjo kërkesë duket të jetë shumë e rëndësishme, nëse jo themelore), dhe fillimi i instalimi mund të kryhet pa kosto të mëdha të energjisë. Studiuesit dhe projektuesit shpresojnë shumë që rrjedha "e vazhdueshme" e rrymës elektromagnetike përmes plazmës mund të sigurohet nga gjenerimi i saj në plazmë (për shkak të rrezatimit me frekuencë të lartë dhe injektimit të atomeve të shpejta).

Bota moderne po përballet me një sfidë shumë serioze energjetike, e cila më saktë mund të quhet “krizë e pasigurt energjetike”.

Aktualisht, pothuajse e gjithë energjia e konsumuar nga njerëzimi krijohet nga djegia e lëndëve djegëse fosile, dhe zgjidhja e problemit mund të lidhet me përdorimin e energjisë diellore ose të energjisë bërthamore (krijimi i reaktorëve të shpejtë neutron, etj.). Problemi global i shkaktuar nga popullsia në rritje e vendeve në zhvillim dhe nevoja e tyre për të përmirësuar standardet e jetesës dhe për të rritur vëllimin e energjisë së prodhuar nuk mund të zgjidhet në bazë të qasjeve të konsideruara, megjithëse, natyrisht, çdo përpjekje për të zhvilluar metoda alternative të prodhimit të energjisë duhet inkurajuar.

Nëse nuk ka surpriza të mëdha dhe të papritura në rrugën e zhvillimit të energjisë termonukleare, atëherë në përputhje me programin e zhvilluar të arsyeshëm dhe të rregullt të veprimit, i cili (sigurisht, me kusht që puna të jetë e organizuar mirë dhe me financim të mjaftueshëm) duhet të çojë në krijimi i një prototipi të një termocentrali termonuklear. Në këtë rast, pas rreth 30 vitesh do të mund të furnizojmë për herë të parë rrymë elektrike prej tij në rrjetet e energjisë elektrike dhe pas pak më shumë se 10 vitesh do të fillojë të funksionojë termocentrali i parë komercial termonuklear. Është e mundur që në gjysmën e dytë të këtij shekulli, energjia e shkrirjes bërthamore të fillojë të zëvendësojë lëndët djegëse fosile dhe gradualisht të luajë një rol gjithnjë e më të rëndësishëm në sigurimin e njerëzimit me energji në shkallë globale.

Laser,

Ne themi se do ta vendosim diellin në një kuti. Ideja është e bukur. Problemi është se ne nuk dimë si ta bëjmë kutinë.

Pierre-Gilles de Gennes
Fituesi francez i Nobelit

Të gjitha pajisjet dhe makinat elektronike kanë nevojë për energji dhe njerëzimi konsumon shumë prej saj. Por karburantet fosile po mbarojnë dhe energjia alternative nuk është ende mjaft efikase.
Ekziston një mënyrë për të marrë energji, e përshtatshme në mënyrë ideale për të gjitha kërkesat - Fusioni termonuklear. Reaksioni i shkrirjes termonukleare (shndërrimi i hidrogjenit në helium dhe çlirimi i energjisë) ndodh vazhdimisht në diell dhe ky proces i jep planetit energji në formën e rrezeve të diellit. Thjesht duhet ta imitoni atë në Tokë, në një shkallë më të vogël. Mjafton të sigurohet presion i lartë dhe temperaturë shumë e lartë (10 herë më e lartë se në Diell) dhe reaksioni i shkrirjes do të nisë. Për të krijuar kushte të tilla, ju duhet të ndërtoni një reaktor shkrirje. Ai do të përdorë burime më të përhapura në tokë, do të jetë më i sigurt dhe më i fuqishëm se termocentralet konvencionale bërthamore. Për më shumë se 40 vjet, janë bërë përpjekje për ta ndërtuar atë dhe eksperimentet janë duke u zhvilluar. Vitet e fundit, një nga prototipet madje arriti të merrte më shumë energji sesa ishte shpenzuar. Projektet më ambicioze në këtë fushë janë paraqitur më poshtë:

Projektet qeveritare

Kohët e fundit, vëmendja më e madhe e publikut i është kushtuar një modeli tjetër të një reaktori termonuklear - yjorit Wendelstein 7-X (yjori është më kompleks për sa i përket strukturës së tij të brendshme sesa ITER, i cili është një tokamak). Duke shpenzuar pak më shumë se 1 miliard dollarë, shkencëtarët gjermanë në 9 vjet ndërtuan një model të reduktuar, demonstrues të reaktorit deri në vitin 2015. Nëse tregon rezultate të mira, do të ndërtohet një version më i madh.

MegaJoule Laser në Francë do të jetë lazeri më i fuqishëm në botë dhe do të përpiqet të avancojë metodën e ndërtimit të një reaktori shkrirje bazuar në përdorimin e lazerëve. Vënia në punë e uzinës franceze pritet në vitin 2018.

NIF (National ignition Facility) u ndërtua në Shtetet e Bashkuara në 12 vjet dhe 4 miliardë dollarë deri në vitin 2012. Ata prisnin të testonin teknologjinë dhe më pas të ndërtonin menjëherë një reaktor, por rezultoi se, siç raporton Wikipedia, kërkohet punë e konsiderueshme nëse sistemi është gjithmonë për të arritur ndezjen. Si rezultat, planet ambicioze u anuluan dhe shkencëtarët filluan të përmirësojnë gradualisht lazerin. Detyra e fundit është rritja e efikasitetit të transmetimit të energjisë nga 7% në 15%. Përndryshe, financimi i kongresit për këtë metodë të arritjes së sintezës mund të përfundojë.

Në fund të vitit 2015, në Sarov filloi ndërtimi i një ndërtese për objektin më të fuqishëm të lazerit në botë. Ai do të jetë më i fuqishëm se ai amerikan aktual dhe francez i ardhshëm dhe do të lejojë eksperimentet e nevojshme për të ndërtuar një version "lazer" të reaktorit. Përfundimi i ndërtimit në vitin 2020.

Lazeri me bazë në SHBA - MagLIF fusion njihet si kali i errët i teknologjisë së shkrirjes. Kohët e fundit, kjo metodë ka treguar rezultate më të mira se sa pritej, por fuqia ende duhet të rritet 1000 herë. Tani lazeri po i nënshtrohet një përmirësimi dhe deri në vitin 2018 shkencëtarët shpresojnë të marrin aq energji sa shpenzuan. Nëse është i suksesshëm, do të ndërtohet një version më i madh.

Në INP ruse, eksperimentet u kryen me kokëfortësi mbi metodën e "kurtheve të hapura", të cilat Shtetet e Bashkuara braktisën në vitet '90. Si rezultat, u morën tregues që konsideroheshin të pamundur për këtë metodë. Shkencëtarët e INP besojnë se instalimi i tyre tani është në nivelin e gjermanit Wendelstein 7-X (Q = 0.1), por më i lirë. Tani ata po ndërtojnë një instalim të ri për 3 miliardë rubla.

Kreu i Institutit Kurchatov vazhdimisht kujton planet për të ndërtuar një reaktor të vogël termonuklear në Rusi - Ignitor. Sipas planit, ai duhet të jetë po aq efektiv sa ITER, megjithëse më pak. Ndërtimi i tij ishte menduar të fillonte 3 vite më parë, por kjo situatë është tipike për projektet e mëdha shkencore.

Tokamak kinez EAST në fillim të vitit 2016 arriti të marrë një temperaturë prej 50 milion gradë dhe ta mbajë atë për 102 sekonda. Para se të fillonte ndërtimi i reaktorëve dhe lazerëve të mëdhenj, të gjitha lajmet për shkrirjen termonukleare ishin të tilla. Dikush mund të mendojë se kjo është vetëm një garë midis shkencëtarëve - të cilët do ta mbajnë temperaturën gjithnjë e më të lartë më gjatë. Sa më e lartë të jetë temperatura e plazmës dhe sa më gjatë të mbahet ajo, aq më afër fillimit të reaksionit të shkrirjes jemi. Ka dhjetëra instalime të tilla në botë, disa të tjera () () po ndërtohen, kështu që rekordi i Lindjes së shpejti do të thyhet. Në thelb, këta reaktorë të vegjël janë vetëm duke testuar pajisjet përpara se të dërgohen në ITER.

Lockheed Martin njoftoi një përparim në fuqinë e shkrirjes në 2015 që do t'i lejojë ata të ndërtojnë një reaktor të vogël, të lëvizshëm të shkrirjes në 10 vjet. Duke pasur parasysh se edhe reaktorë tregtarë shumë të mëdhenj dhe aspak të lëvizshëm priten jo më herët se 2040, deklarata e korporatës u prit me skepticizëm. Por kompania ka shumë burime, kështu që kush e di. Prototipi pritet në vitin 2020.

Startup i Silicon Valley Helion Energy ka planin e tij unik për të arritur shkrirjen termonukleare. Kompania ka mbledhur më shumë se 10 milionë dollarë dhe pret të ketë një prototip të ndërtuar deri në vitin 2019.

Startup-i në hije Tri Alpha Energy kohët e fundit ka bërë përparim mbresëlënës në promovimin e metodës së tij të shkrirjes (teoricienët kanë zhvilluar> 100 mënyra teorike për të arritur bashkimin, tokamak është thjesht më i thjeshti dhe më i popullarizuari). Kompania gjithashtu mblodhi mbi 100 milionë dollarë fonde investitore.

Projekti i reaktorit nga startup-i kanadez General Fusion është edhe më i ndryshëm nga të tjerët, por zhvilluesit janë të sigurt në të dhe kanë tërhequr më shumë se 100 milionë dollarë në 10 vjet për të ndërtuar reaktorin deri në vitin 2020.

Startup First light me bazë në Mbretërinë e Bashkuar ka uebsajtin më të aksesueshëm, të formuar në vitin 2014 dhe njoftoi planet për të përdorur të dhënat më të fundit shkencore për të gjeneruar shkrirje me një kosto më të ulët.

Shkencëtarët në MIT kanë shkruar një artikull që përshkruan një reaktor kompakt me shkrirje. Ata mbështeten në teknologjitë e reja që u shfaqën pas fillimit të ndërtimit të tokamakëve gjigantë dhe premtojnë të përfundojnë projektin në 10 vjet. Nuk dihet ende nëse do t'u jepet drita jeshile për të nisur ndërtimin. Edhe nëse miratohet, artikulli në revistë është një fazë edhe më e hershme se një startup.

Fusion është ndoshta industria më pak crowdfunding. Por është me ndihmën e tij, dhe gjithashtu me financimin e NASA-s, që Lawrenceville Plasma Physics do të ndërtojë një prototip të reaktorit të saj. Nga të gjitha projektet që po zbatohen, ky duket më shumë si një mashtrim, por kush e di, mbase do t'i sjellin diçka të dobishme kësaj vepre madhështore.

ITER do të jetë vetëm një prototip për ndërtimin e një objekti të plotë DEMO, reaktorin e parë komercial të shkrirjes. Nisja e tij tani është planifikuar për vitin 2044 dhe ky është ende një parashikim optimist.

Por ka plane për fazën tjetër. Një reaktor termonuklear hibrid do të marrë energji si nga prishja e një atomi (si një termocentral bërthamor konvencional) ashtu edhe nga shkrirja. Në këtë konfigurim, energjia mund të jetë 10 herë më shumë, por siguria është më e ulët. Kina pret të ndërtojë një prototip deri në vitin 2030, por ekspertët thonë se është si të përpiqesh të ndërtosh makina hibride përpara se të shpiket motori me djegie të brendshme.

Rezultati

Nuk ka mungesë të njerëzve të gatshëm për të sjellë një burim të ri energjie në botë. Projekti ITER ka shanset më të mëdha, duke pasur parasysh shkallën dhe financimin e tij, por metodat e tjera, si dhe projektet private, nuk duhen zbritur. Shkencëtarët kanë punuar për dekada për të filluar reaksionin e shkrirjes pa shumë sukses. Por tani ka më shumë projekte për të arritur një reaksion termonuklear se kurrë më parë. Edhe nëse secili prej tyre dështon, do të bëhen përpjekje të reja. Nuk ka gjasa që ne të pushojmë derisa të ndezim një version miniaturë të Diellit, këtu në Tokë.

Etiketa:

reaktor i shkrirjes
energjike
projektet e së ardhmes

Shto etiketa

Si filloi gjithçka. "Sfida e Energjisë" u ngrit nga një kombinim i tre faktorëve të mëposhtëm:

1. Njerëzimi tani konsumon një sasi të madhe energjie.

Konsumi aktual i energjisë në botë është rreth 15.7 teravat (TW). Duke e ndarë këtë vlerë me popullsinë e planetit, marrim rreth 2400 vat për person, të cilat mund të vlerësohen dhe imagjinohen lehtësisht. Energjia e konsumuar nga çdo banor i Tokës (përfshirë fëmijët) korrespondon me funksionimin 24-orësh të 24 llambave elektrike prej njëqind vat. Megjithatë, konsumi i kësaj energjie rreth planetit është shumë i pabarabartë, pasi është shumë i lartë në disa vende dhe i papërfillshëm në të tjera. Konsumi (për person) është 10,3 kW në SHBA (një nga vlerat rekord), 6,3 kW në Federatën Ruse, 5,1 kW në MB, etj., por, nga ana tjetër, është i barabartë me vetëm 0,21 kW në Bangladeshi (vetëm 2% e konsumit të energjisë në SHBA!).

2. Konsumi i energjisë botërore po rritet në mënyrë dramatike.

Sipas parashikimit të Agjencisë Ndërkombëtare të Energjisë (2006), konsumi botëror i energjisë pritet të rritet me 50% deri në vitin 2030. Vendet e zhvilluara, natyrisht, mund të bëjnë mirë pa energji shtesë, por kjo rritje është e nevojshme për të nxjerrë popullsinë nga varfëria në vendet në zhvillim, ku 1.5 miliardë njerëz po përjetojnë një mungesë akute të energjisë elektrike.

3. Aktualisht, 80% e energjisë së konsumuar nga bota gjenerohet nga djegia e lëndëve djegëse fosile(naftë, qymyr dhe gaz), përdorimi i të cilave:

a) mbart potencialisht rrezikun e ndryshimeve katastrofike mjedisore;

b) në mënyrë të pashmangshme duhet të përfundojë një ditë.

Nga sa u tha është e qartë se tashmë tani duhet të përgatitemi për fundin e epokës së përdorimit të lëndëve djegëse fosile.

Aktualisht, në termocentralet bërthamore, në një shkallë të madhe, merret energjia e çliruar nga reaksionet e ndarjes së bërthamave atomike. Krijimi dhe zhvillimi i stacioneve të tilla duhet të inkurajohet në çdo mënyrë të mundshme, por duhet pasur parasysh se stoqet e një prej materialeve më të rëndësishme për funksionimin e tyre (uraniumi i lirë) gjithashtu mund të përdoren plotësisht brenda 50 viteve të ardhshme. . Aftësitë e inxhinierisë energjetike të bazuar në ndarjen bërthamore mund (dhe duhet) të zgjerohen ndjeshëm përmes përdorimit të cikleve më efikase të energjisë, të cilat bëjnë të mundur pothuajse dyfishimin e sasisë së energjisë së marrë. Për zhvillimin e energjisë në këtë drejtim, kërkohet të krijohen reaktorë mbi torium (të ashtuquajturit reaktorë riprodhues të toriumit ose reaktorë riprodhues), në të cilët reaksioni prodhon më shumë torium se urani fillestar, si rezultat i të cilit sasia totale energjia e marrë për një sasi të caktuar të materies rritet 40 herë ... Gjithashtu duket premtuese krijimi i gjeneruesve të shpejtë të plutoniumit neutron, të cilët janë shumë më efikas se reaktorët e uraniumit dhe bëjnë të mundur marrjen e 60 herë më shumë energji. Ndoshta, për të zhvilluar këto zona, do të jetë e nevojshme të zhvillohen metoda të reja, jo standarde për marrjen e uraniumit (për shembull, nga uji i detit, i cili duket të jetë më i arritshëm).

Termocentrale me shkrirje

Figura tregon një diagram skematik (pa vëzhguar shkallën) të pajisjes dhe parimin e funksionimit të një termocentrali termonuklear. Në pjesën qendrore ndodhet një dhomë toroidale (në formë donuti) me vëllim ~ 2000 m3, e mbushur me plazmë tritium-deuterium (T – D) të ngrohur në temperatura mbi 100 M ° C. Neutronet e formuara gjatë reaksionit të shkrirjes (1) largohen nga "shishja magnetike" dhe hyjnë në guaskën e treguar në figurë me një trashësi rreth 1 m.

Brenda guaskës, neutronet përplasen me atomet e litiumit, duke rezultuar në një reagim me formimin e tritiumit:

neutron + litium → helium + tritium

Përveç kësaj, në sistem ndodhin reaksione konkurruese (pa formimin e tritiumit), si dhe shumë reagime me lëshimin e neutroneve shtesë, të cilat më pas çojnë në formimin e tritiumit (në këtë rast, lirimi i neutroneve shtesë mund të jetë përmirësuar ndjeshëm, për shembull, për shkak të futjes së atomeve të beriliumit në guaskë dhe plumb). Përfundimi i përgjithshëm është se në këtë instalim, mund të ndodhë një reaksion i shkrirjes bërthamore (të paktën teorikisht), në të cilin do të formohet tritium. Në këtë rast, sasia e tritiumit të formuar jo vetëm që duhet të plotësojë nevojat e vetë instalimit, por edhe të jetë disi më e madhe, gjë që do të bëjë të mundur sigurimin e tritiumit edhe për instalimet e reja. Është ky koncept i funksionimit që duhet të testohet dhe zbatohet në reaktorin ITER të përshkruar më poshtë.

Për më tepër, neutronet duhet të ngrohin veshjen në të ashtuquajturat instalime pilot (të cilat do të përdorin materiale ndërtimi relativisht "konvencionale") në rreth 400 ° C. Në të ardhmen, është planifikuar të krijohen instalime të përmirësuara me një temperaturë të ngrohjes së guaskës mbi 1000 ° C, e cila mund të arrihet përmes përdorimit të materialeve më të fundit me rezistencë të lartë (si p.sh. kompozitat e karbitit të silikonit). Nxehtësia e lëshuar në guaskë, si në impiantet konvencionale, merret nga qarku primar i ftohjes me një ftohës (që përmban, për shembull, ujë ose helium) dhe transferohet në qarkun dytësor, ku prodhohet avulli i ujit dhe furnizohet me turbinat.

1985 - Bashkimi Sovjetik propozoi gjeneratën e ardhshme Tokamak, duke përdorur përvojën e katër vendeve kryesore në krijimin e reaktorëve të shkrirjes. Shtetet e Bashkuara të Amerikës, së bashku me Japoninë dhe Komunitetin Evropian, parashtruan një propozim për një projekt.

Aktualisht, ndërtimi i Reaktorit Eksperimental Ndërkombëtar Tokamak, i përshkruar më poshtë, është duke u zhvilluar në Francë, i cili do të jetë tokamak i parë i aftë për të "ndezur" një plazmë.

Në instalimet më të avancuara ekzistuese tokamak, temperaturat e rendit 150 M ° C, afër vlerave të kërkuara për funksionimin e një stacioni shkrirjeje, janë arritur prej kohësh, por reaktori ITER duhet të bëhet fuqia e parë në shkallë të gjerë. impiant i projektuar për funksionim afatgjatë. Në të ardhmen, do të jetë e nevojshme të përmirësohen ndjeshëm parametrat e funksionimit të tij, gjë që do të kërkojë, para së gjithash, një rritje të presionit në plazmë, pasi shkalla e shkrirjes bërthamore në një temperaturë të caktuar është proporcionale me katrorin e presioni. Problemi kryesor shkencor në këtë rast lidhet me faktin se me rritjen e presionit në plazmë, lindin paqëndrueshmëri shumë komplekse dhe të rrezikshme, domethënë mënyra të paqëndrueshme të funksionimit.

Pse na duhet kjo?

Avantazhi kryesor i shkrirjes bërthamore është se ai kërkon vetëm një sasi shumë të vogël të substancave natyrale si lëndë djegëse. Reaksioni i shkrirjes bërthamore në instalimet e përshkruara mund të çojë në çlirimin e një sasie të madhe energjie, dhjetë milionë herë më e lartë se lirimi standard i nxehtësisë nga reaksionet kimike konvencionale (të tilla si djegia e lëndëve djegëse fosile). Për krahasim, le të theksojmë se sasia e qymyrit që kërkohet për të mbështetur funksionimin e një termocentrali 1 gigavat (GW) është 10,000 ton në ditë (dhjetë makina hekurudhore), dhe një instalim termonuklear me të njëjtën fuqi do të konsumojë vetëm rreth 1 kilogram përzierje D + T në ditë. ...

Deuteriumi është një izotop i qëndrueshëm i hidrogjenit; në rreth një në çdo 3,350 molekula të ujit të zakonshëm, një nga atomet e hidrogjenit zëvendësohet nga deuteriumi (një trashëgimi nga Big Bengu). Ky fakt e bën të lehtë organizimin e një prodhimi mjaft të lirë të sasisë së kërkuar të deuteriumit nga uji. Është më e vështirë për të marrë tritium, i cili është i paqëndrueshëm (gjysmëjeta është rreth 12 vjet, si rezultat i së cilës përmbajtja e tij në natyrë është e papërfillshme), megjithatë, siç tregohet më lart, tritiumi do të lindë direkt brenda një instalimi termonuklear gjatë funksionimit, për shkak të reaksionit të neutroneve me litiumin.

Kështu, karburanti fillestar për një reaktor të shkrirjes është litiumi dhe uji. Litiumi është një metal i zakonshëm që përdoret gjerësisht në pajisjet shtëpiake (bateritë e telefonave celularë, etj.). Impianti i përshkruar më sipër, edhe duke marrë parasysh efikasitetin e papërsosur, do të jetë në gjendje të prodhojë 200,000 kWh energji elektrike, e cila është e barabartë me energjinë që përmban 70 ton qymyr. Sasia e nevojshme e litiumit gjendet në një bateri kompjuteri, dhe sasia e deuteriumit gjendet në 45 litra ujë. Vlera e mësipërme korrespondon me konsumin aktual të energjisë elektrike (për një person) në vendet e BE-së për 30 vjet. Vetë fakti që një sasi kaq e parëndësishme litium mund të sigurojë prodhimin e një sasie të tillë të energjisë elektrike (pa emetim CO2 dhe pa ndotjen më të vogël të atmosferës) është një argument mjaft serioz për zhvillimin më të shpejtë dhe më energjik të energjisë termonukleare (pavarësisht të gjitha vështirësitë dhe problemet) dhe madje pa besim qind për qind në suksesin e një kërkimi të tillë.

Deuteriumi duhet të zgjasë për miliona vjet dhe rezervat e litiumit lehtësisht të arritshëm janë të mjaftueshme për të plotësuar nevojat për qindra vjet. Edhe nëse rezervat e litiumit në shkëmbinj mbarojnë, ne mund ta nxjerrim atë nga uji, ku përmbahet në një përqendrim mjaft të lartë (100 herë më shumë se përqendrimi i uraniumit) për ta bërë atë ekonomikisht të qëndrueshëm.

Një reaktor eksperimental termonuklear (International thermonuclear Experimental Reactor) po ndërtohet pranë qytetit të Cadarache në Francë. Objektivi kryesor i projektit ITER është kryerja e një reaksioni të fuzionit termonuklear të kontrolluar në një shkallë industriale.

Për njësi të peshës së karburantit termonuklear, fitohet afërsisht 10 milionë herë më shumë energji sesa kur digjet e njëjta sasi lëndë djegëse fosile dhe rreth njëqind herë më shumë se kur bërthamat e uraniumit shpërndahen në reaktorët e termocentraleve bërthamore që funksionojnë aktualisht. Nëse llogaritjet e shkencëtarëve dhe projektuesve justifikohen, kjo do t'i japë njerëzimit një burim të pashtershëm energjie.

Prandaj, një numër vendesh (Rusia, India, Kina, Koreja, Kazakistani, SHBA, Kanadaja, Japonia, vendet e BE-së) kanë kombinuar përpjekjet e tyre për të krijuar një Reaktor Ndërkombëtar të Kërkimit Termonuklear - një prototip i termocentraleve të reja.

ITER është një instalim që krijon kushte për sintezën e atomeve të hidrogjenit dhe tritiumit (izotopi i hidrogjenit), si rezultat i të cilit formohet një atom i ri - një atom helium. Ky proces shoqërohet nga një shpërthim i madh energjie: temperatura e plazmës në të cilën zhvillohet reaksioni termonuklear është rreth 150 milion gradë Celsius (për krahasim, temperatura e bërthamës së diellit është 40 milion gradë). Në këtë rast, izotopet digjen, duke mos lënë praktikisht mbetje radioaktive.

Skema e pjesëmarrjes në një projekt ndërkombëtar parashikon furnizimin e komponentëve të reaktorit dhe financimin e ndërtimit të tij. Në këmbim të kësaj, secili nga vendet pjesëmarrëse merr akses të plotë në të gjitha teknologjitë për krijimin e një reaktori shkrirje dhe në rezultatet e të gjithë punës eksperimentale në këtë reaktor, i cili do të shërbejë si bazë për projektimin e reaktorëve të shkrirjes së energjisë serike.

Reaktori i bazuar në parimin e shkrirjes termonukleare nuk ka rrezatim radioaktiv dhe është plotësisht i sigurt për mjedisin. Mund të gjendet pothuajse kudo në botë dhe ushqehet nga uji i zakonshëm. Ndërtimi i ITER do të zgjasë rreth dhjetë vjet, pas së cilës reaktori pritet të përdoret për 20 vjet.

Interesat e Rusisë në Këshillin e Organizatës Ndërkombëtare për Ndërtimin e Reaktorit Termonuklear ITER në vitet e ardhshme do të përfaqësohen nga Anëtari korrespondues i Akademisë së Shkencave Ruse Mikhail Kovalchuk - Drejtor i Institutit RRC Kurchatov, Instituti i Kristalografisë Ruse. Akademia e Shkencave dhe Sekretar Shkencor i Këshillit Presidencial për Shkencë, Teknologji dhe Arsim. Kovalchuk do të zëvendësojë përkohësisht në këtë post akademikun Yevgeny Velikhov, i cili u zgjodh Kryetar i Këshillit Ndërkombëtar ITER për dy vitet e ardhshme dhe nuk ka të drejtë ta kombinojë këtë pozicion me detyrat e një përfaqësuesi zyrtar të një vendi pjesëmarrës.

Kostoja totale e ndërtimit llogaritet në 5 miliardë euro, e njëjta shumë do të kërkohet për funksionimin pilot të reaktorit. Aksionet e Indisë, Kinës, Koresë, Rusisë, Shteteve të Bashkuara dhe Japonisë janë afërsisht 10 për qind e totalit, 45 për qind janë në vendet e Bashkimit Evropian. Megjithatë, shtetet evropiane ende nuk kanë rënë dakord se si do të shpërndahen saktësisht kostot mes tyre. Për shkak të kësaj, fillimi i ndërtimit u shty për në prill 2010. Pavarësisht një vonese tjetër, shkencëtarët dhe zyrtarët e përfshirë në krijimin e ITER pretendojnë se ata mund ta përfundojnë projektin deri në vitin 2018.

Fuqia termonukleare e llogaritur e ITER është 500 megavat. Pjesët individuale të magnetit arrijnë një peshë prej 200 deri në 450 tonë. Për të ftohur ITER-in, do të nevojiten 33,000 metra kub ujë në ditë.

Në vitin 1998, Shtetet e Bashkuara ndaluan financimin e pjesëmarrjes së saj në projekt. Pasi republikanët erdhën në pushtet në vend dhe filluan ndërprerjet e energjisë elektrike në Kaliforni, administrata e Bush njoftoi një rritje të investimeve në energji. Shtetet e Bashkuara nuk kishin ndërmend të merrnin pjesë në projektin ndërkombëtar dhe ishin të angazhuara në projektin e tyre termonuklear. Në fillim të vitit 2002, këshilltari i Presidentit Bush për teknologjinë, John Marburger III, njoftoi se Shtetet e Bashkuara kishin ndryshuar mendje dhe synonin t'i ktheheshin projektit.

Për sa i përket numrit të pjesëmarrësve, projekti është i krahasueshëm me një projekt tjetër të madh shkencor ndërkombëtar - Stacionin Ndërkombëtar të Hapësirës. Kostoja e ITER, e cila më parë arriti në 8 miliardë dollarë, atëherë arriti në më pak se 4 miliardë. Si rezultat i tërheqjes nga anëtarësimi i Shteteve të Bashkuara, u vendos që fuqia e reaktorit të reduktohej nga 1.5 GW në 500 MW. Prandaj, çmimi i projektit ka "humbur peshë".

Në qershor 2002, kryeqyteti rus priti simpoziumin ITER Days në Moskë. Diskutoi problemet teorike, praktike dhe organizative të ringjalljes së projektit, suksesi i të cilit është në gjendje të ndryshojë fatin e njerëzimit dhe t'i japë atij një lloj të ri energjie, për sa i përket efikasitetit dhe ekonomisë, të krahasueshme vetëm me energjinë e Diellit.

Në korrik 2010, përfaqësuesit e vendeve pjesëmarrëse në projektin e reaktorit ndërkombëtar termonuklear ITER miratuan buxhetin e tij dhe afatet kohore të ndërtimit në një takim të jashtëzakonshëm të mbajtur në Cadarache franceze. Raporti i takimit është i disponueshëm këtu.

Në një takim të jashtëzakonshëm, pjesëmarrësit e projektit miratuan datën e fillimit të eksperimenteve të para me plazmën - 2019. Provat e plota janë planifikuar për në mars 2027, megjithëse menaxhimi i projektit u kërkoi teknikëve të përpiqeshin të optimizonin procesin dhe të fillonin provat në 2026. Pjesëmarrësit në takim kanë vendosur edhe për kostot e ndërtimit të reaktorit, por nuk janë bërë të ditura shumat që janë planifikuar të shpenzohen për krijimin e objektit. Sipas informacioneve të marra nga redaktori i portalit ScienceNOW nga një burim i paidentifikuar, deri në kohën e fillimit të eksperimenteve, kostoja e projektit ITER mund të jetë 16 miliardë euro.

Takimi në Cadarash u bë gjithashtu dita e parë zyrtare e punës për drejtorin e ri të projektit, fizikanin japonez Osamu Motojima. Para tij, projekti drejtohej që në vitin 2005 nga japonezi Kaname Ikeda, i cili dëshironte të largohej nga posti menjëherë pas miratimit të buxhetit dhe afateve të ndërtimit.

Reaktori i shkrirjes ITER është një projekt i përbashkët i shteteve të BE-së, Zvicrës, Japonisë, SHBA-së, Rusisë, Koresë së Jugut, Kinës dhe Indisë. Ideja e krijimit të ITER është konsideruar që nga vitet 80 të shekullit të kaluar, megjithatë, për shkak të vështirësive financiare dhe teknike, kostoja e projektit po rritet gjatë gjithë kohës, dhe data e fillimit të ndërtimit po shtyhet vazhdimisht. . Në vitin 2009, ekspertët prisnin që puna për krijimin e reaktorit të fillonte në vitin 2010. Më vonë, kjo datë u zhvendos dhe si koha e lëshimit të reaktorit, fillimisht u quajt 2018, e më pas 2019.

Reaksionet e shkrirjes janë reaksione të shkrirjes së bërthamave të izotopeve të dritës për të formuar një bërthamë më të rëndë, të cilat shoqërohen nga një lëshim i madh energjie. Në teori, reaktorët e shkrirjes mund të gjenerojnë shumë energji me kosto të ulët, por për momentin shkencëtarët po shpenzojnë shumë më tepër energji dhe para për të filluar dhe mbajtur një reaksion shkrirjeje.

Fusioni është një mënyrë e lirë dhe miqësore me mjedisin për të gjeneruar energji. Për miliarda vjet, shkrirja termonukleare e pakontrolluar ka ndodhur në Diell - heliumi është formuar nga izotopi i rëndë i hidrogjenit, deuterium. Në të njëjtën kohë, lëshohet një sasi kolosale energjie. Megjithatë, në Tokë, njerëzit nuk kanë mësuar ende se si të menaxhojnë reagime të tilla.

Izotopet e hidrogjenit do të përdoren si lëndë djegëse në reaktorin ITER. Gjatë një reaksioni termonuklear, energjia lirohet kur atomet e lehta bashkohen në ato më të rënda. Për ta bërë këtë, ju duhet të ngrohni gazin në temperatura mbi 100 milion gradë - shumë më e lartë se temperatura në qendër të diellit. Gazi në këtë temperaturë shndërrohet në plazmë. Në të njëjtën kohë, atomet e izotopeve të hidrogjenit bashkohen, duke u shndërruar në atome të heliumit me lëshimin e një numri të madh neutronesh. Një termocentral që funksionon në këtë parim do të përdorë energjinë e neutroneve të moderuar nga një shtresë e lëndës së dendur (litium).

Pse u vonua kaq shumë krijimi i instalimeve termonukleare?

Pse nuk janë krijuar ende udhëzime kaq të rëndësishme dhe të vlefshme, avantazhet e të cilave janë diskutuar për gati gjysmë shekulli? Ekzistojnë tre arsye kryesore (të diskutuara më poshtë), e para prej të cilave mund të quhet e jashtme ose publike, dhe dy të tjerat - të brendshme, domethënë të kushtëzuara nga ligjet dhe kushtet e zhvillimit të vetë energjisë termonukleare.

1. Për një kohë të gjatë besohej se problemi i përdorimit praktik të energjisë së shkrirjes termonukleare nuk kërkon zgjidhje dhe veprime urgjente, pasi që në vitet '80 të shekullit të kaluar, burimet e lëndëve djegëse fosile dukeshin të pashtershme, dhe problemet e ekologjisë dhe ndryshimi i klimës nuk shqetësoi publikun. Në vitin 1976, Komiteti Këshillimor i Energjisë së Fusionit të Departamentit të Energjisë së SHBA-së u përpoq të vlerësonte kohën e R&D dhe një termocentrali demonstrues me shkrirje sipas opsioneve të ndryshme të financimit të kërkimit. Në të njëjtën kohë, u konstatua se vëllimi i financimit vjetor për kërkime në këtë drejtim është plotësisht i pamjaftueshëm, dhe duke ruajtur nivelin ekzistues të alokimeve, krijimi i instalimeve termonukleare nuk do të përfundojë kurrë me sukses, pasi fondet e alokuara as nuk korrespondojnë me nivelin minimal, kritik.

2. Një pengesë më serioze për zhvillimin e kërkimit në këtë fushë është se një instalim termonuklear i tipit në diskutim nuk mund të krijohet dhe demonstrohet në përmasa të vogla. Nga shpjegimet e paraqitura më poshtë, do të bëhet e qartë se shkrirja termonukleare kërkon jo vetëm mbylljen magnetike të plazmës, por edhe ngrohjen e saj të mjaftueshme. Raporti i energjisë së konsumuar dhe marrë rritet të paktën në proporcion me katrorin e dimensioneve lineare të instalimit, si rezultat i të cilit aftësitë dhe avantazhet shkencore dhe teknike të instalimeve termonukleare mund të testohen dhe demonstrohen vetëm në stacione mjaft të mëdha, si p.sh. si reaktori i lartpërmendur ITER. Shoqëria thjesht nuk ishte gati të financonte projekte kaq të mëdha derisa të kishte besim të mjaftueshëm në sukses.

3. Zhvillimi i energjisë termonukleare ishte shumë kompleks, megjithatë (megjithë financimin e pamjaftueshëm dhe vështirësitë në zgjedhjen e qendrave për krijimin e instalimeve JET dhe ITER), është vërejtur përparim i qartë në vitet e fundit, megjithëse stacioni operativ ende nuk është krijuar.

Bota moderne po përballet me një sfidë shumë serioze energjetike, e cila më saktë mund të quhet “krizë e pasigurt energjetike”. Problemi lidhet me faktin se rezervat e lëndëve djegëse fosile mund të thahen në gjysmën e dytë të këtij shekulli. Për më tepër, djegia e lëndëve djegëse fosile mund të çojë në nevojën për të lidhur disi dhe "ruajtur" dioksidin e karbonit të lëshuar në atmosferë (programi CCS i përmendur më lart) në mënyrë që të parandalohen ndryshime serioze në klimën e planetit.

Aktualisht, pothuajse e gjithë energjia e konsumuar nga njerëzimi krijohet nga djegia e lëndëve djegëse fosile, dhe zgjidhja e problemit mund të lidhet me përdorimin e energjisë diellore ose të energjisë bërthamore (krijimi i reaktorëve të rritjes së shpejtë, etj.). Problemi global i shkaktuar nga popullsia në rritje e vendeve në zhvillim dhe nevoja e tyre për të përmirësuar standardet e jetesës dhe për të rritur vëllimin e energjisë së prodhuar nuk mund të zgjidhet në bazë të qasjeve të konsideruara, megjithëse, natyrisht, çdo përpjekje për të zhvilluar metoda alternative të prodhimit të energjisë duhet inkurajuar.

Në fakt, ne kemi një zgjedhje të vogël të strategjive të sjelljes dhe zhvillimi i energjisë termonukleare është jashtëzakonisht i rëndësishëm, edhe pse nuk ka asnjë garanci për sukses. Gazeta Financial Times (dt. 25.01.2004) shkruante me këtë rast:

“Edhe nëse kostot e projektit ITER tejkalojnë ndjeshëm vlerësimin fillestar, ato nuk kanë gjasa të arrijnë nivelin e 1 miliard dollarëve në vit. Ky nivel kostosh duhet të konsiderohet një pagesë shumë modeste për një mundësi shumë të arsyeshme për të krijuar një burim të ri energjie për të gjithë njerëzimin, veçanërisht duke pasur parasysh faktin se tashmë në këtë shekull do të na duhet të ndahemi nga zakoni i shpërdorimit dhe i pamatur. djegia e lëndëve djegëse fosile”.

Le të shpresojmë se nuk do të ketë surpriza të mëdha dhe të papritura në rrugën e zhvillimit të energjisë termonukleare. Në këtë rast, pas rreth 30 vitesh do të mund të furnizojmë për herë të parë rrymë elektrike prej tij në rrjetet e energjisë elektrike dhe pas pak më shumë se 10 vitesh do të fillojë të funksionojë termocentrali i parë komercial termonuklear. Është e mundur që në gjysmën e dytë të këtij shekulli, energjia e shkrirjes bërthamore të fillojë të zëvendësojë lëndët djegëse fosile dhe gradualisht të luajë një rol gjithnjë e më të rëndësishëm në sigurimin e njerëzimit me energji në shkallë globale.

Nuk ka asnjë garanci absolute që detyra e krijimit të energjisë termonukleare (si një burim efektiv dhe në shkallë të gjerë energjie për të gjithë njerëzimin) do të përfundojë me sukses, por gjasat për sukses në këtë drejtim janë mjaft të larta. Duke pasur parasysh potencialin e madh të termocentraleve termonukleare, të gjitha kostot e projekteve për zhvillimin e tyre të shpejtë (dhe madje të përshpejtuar) mund të konsiderohen të justifikuara, veçanërisht pasi këto investime duken shumë modeste në sfondin e tregut monstruoz global të energjisë (4 trilion dollarë në vit8 ). Plotësimi i nevojave energjetike të njerëzimit është një problem shumë serioz. Ndërsa lëndët djegëse fosile bëhen gjithnjë e më pak të disponueshme (përveç kësaj, përdorimi i tyre bëhet i padëshirueshëm), situata po ndryshon dhe ne thjesht nuk mund të përballojmë të mos zhvillojmë energji të shkrirjes.

Në pyetjen "Kur do të shfaqet energjia termonukleare?" Lev Artsimovich (një pionier dhe udhëheqës i njohur i kërkimit në këtë fushë) u përgjigj një herë se "do të krijohet kur të bëhet vërtet i nevojshëm për njerëzimin".

ITER do të jetë reaktori i parë i shkrirjes që gjeneron më shumë energji sesa konsumon. Shkencëtarët matin këtë karakteristikë duke përdorur një koeficient të thjeshtë që ata e quajnë "Q". Nëse ITER bën të mundur arritjen e të gjitha qëllimeve të përcaktuara shkencore, atëherë ai do të prodhojë 10 herë më shumë energji sesa konsumon. E fundit nga pajisjet e ndërtuara - "Joint European Torus" në Angli - është një prototip më i vogël i një reaktori termonuklear, i cili në fazën përfundimtare të kërkimit shkencor arriti një vlerë Q prej pothuajse 1. Kjo do të thotë se prodhoi saktësisht të njëjtën sasi të energjisë së konsumuar. ITER do ta kalojë këtë rezultat duke demonstruar krijimin e energjisë në procesin e shkrirjes termonukleare dhe duke arritur një vlerë prej Q të barabartë me 10. Ideja është që të gjenerohen 500 MW me një konsum energjie prej rreth 50 MW. Kështu, një nga qëllimet shkencore të ITER është të vërtetojë se mund të arrihet një vlerë Q prej 10.

Një qëllim tjetër shkencor është që ITER të ketë një kohë "djegie" shumë të gjatë - një puls me kohëzgjatje të shtuar deri në një orë. ITER është një reaktor eksperimental i kërkimit dhe zhvillimit që nuk mund të prodhojë energji vazhdimisht. Kur ITER të fillojë të punojë, do të ndizet për një orë, pas së cilës do të duhet të fiket. Kjo është e rëndësishme sepse deri tani pajisjet tipike që kemi krijuar kanë mundur të kenë një kohë djegieje prej disa sekondash apo edhe të dhjeta të sekondës - ky është maksimumi. Torusi bashkë-evropian arriti vlerën e tij Q prej 1 me një kohë djegieje afërsisht dy sekonda dhe një gjatësi pulsi prej 20 sekondash. Por një proces që zgjat disa sekonda nuk është vërtet i përhershëm. Për analogji me ndezjen e motorit të një makine: ndezja e motorit për një kohë të shkurtër dhe më pas fikja e tij nuk është ende funksionimi real i makinës. Vetëm kur të keni drejtuar makinën tuaj për gjysmë ore, ajo do të hyjë në funksionim të vazhdueshëm dhe do të demonstrojë se është vërtet e mundur të drejtoni një makinë të tillë.

Kjo do të thotë, nga pikëpamja teknike dhe shkencore, ITER do të sigurojë një vlerë Q prej 10 dhe një rritje të kohës së djegies.

Programi i shkrirjes termonukleare është vërtet ndërkombëtar dhe i gjerë në natyrë. Njerëzit tashmë po llogarisin në suksesin e ITER dhe po mendojnë për hapin tjetër - krijimin e një prototipi të një reaktori termonuklear industrial të quajtur DEMO. Për ta ndërtuar atë, ITER duhet të punojë. Ne duhet të arrijmë qëllimet tona shkencore, sepse kjo do të thotë se idetë që ne parashtrojmë janë mjaft të realizueshme. Megjithatë, jam dakord që gjithmonë duhet të mendoni për atë që vjen më pas. Përveç kësaj, gjatë funksionimit të ITER për 25-30 vjet, njohuritë tona gradualisht do të thellohen dhe zgjerohen dhe ne do të jemi në gjendje të përshkruajmë më saktë hapin tonë të ardhshëm.

Në të vërtetë, nuk ka asnjë debat nëse ITER duhet të jetë një tokamak. Disa shkencëtarë e shtrojnë pyetjen krejt ndryshe: a duhet të ketë ITER? Ekspertët në vende të ndryshme që zhvillojnë projektet e tyre, jo aq të mëdha termonukleare, argumentojnë se një reaktor kaq i madh nuk nevojitet fare.

Megjithatë, mendimi i tyre vështirë se mund të konsiderohet autoritativ. Fizikanët që kanë punuar me kurthe toroidale janë përfshirë në krijimin e ITER për disa dekada. Dizajni i reaktorit eksperimental termonuklear në Karadash u bazua në të gjitha njohuritë e marra gjatë eksperimenteve në dhjetëra tokamaks paraardhës. Dhe këto rezultate tregojnë se reaktori duhet të ketë domosdoshmërisht një tokamak, dhe një të madh.

JET Për momentin, tokamak më i suksesshëm mund të konsiderohet JET, i ndërtuar nga BE në qytetin britanik Ebingdon. Ky është më i madhi nga reaktorët e tipit tokamak të krijuar deri më sot, me një rreze të madhe torusi plazmatik prej 2,96 metrash. Fuqia e një reaksioni termonuklear tashmë ka arritur më shumë se 20 megavat me një kohë mbajtjeje deri në 10 sekonda. Reaktori kthen rreth 40% të energjisë së futur në plazmë.

Është fizika e plazmës ajo që përcakton bilancin e energjisë, - tha Igor Semenov për Infox.ru. Profesori i asociuar i MIPT-it përshkroi se çfarë është bilanci i energjisë duke përdorur një shembull të thjeshtë: “Të gjithë e pamë se si digjet një zjarr. Në fakt nuk digjen dru zjarri, por gaz. Zinxhiri i energjisë atje është si vijon: gazi digjet, druri po ngrohet, druri po avullohet, gazi digjet përsëri. Prandaj, nëse hedhim ujë në zjarr, atëherë befas do të marrim energji nga sistemi për kalimin fazor të ujit të lëngshëm në gjendje avulli. Bilanci do të kthehet negativ, zjarri do të shuhet. Ekziston një mënyrë tjetër - ne thjesht mund t'i marrim flakët dhe t'i përhapim ato në hapësirë. Zjarri do të shuhet gjithashtu. Po kështu edhe në reaktorin termonuklear që po ndërtojmë. Dimensionet janë zgjedhur në mënyrë që të krijojnë një bilanc pozitiv pozitiv të energjisë për një reaktor të caktuar. Mjaftueshëm për të ndërtuar një TNEC të vërtetë në të ardhmen, pasi të ketë zgjidhur në këtë fazë eksperimentale të gjitha problemet që mbeten të pazgjidhura për momentin”.

Dimensionet e reaktorit u ndryshuan një herë. Kjo ndodhi në fund të shekullit XX-XXI, kur Shtetet e Bashkuara u tërhoqën nga projekti dhe anëtarët e mbetur kuptuan se buxheti i ITER (deri në atë kohë vlerësohej në 10 miliardë dollarë amerikanë) ishte shumë i madh. Fizikanëve dhe inxhinierëve iu kërkua të ulnin koston e instalimit. Dhe kjo mund të bëhej vetëm për shkak të madhësisë. "Ridizajnimi" i ITER u drejtua nga fizikani francez Robert Aymar, i cili më parë ka punuar në tokamak francez Tore Supra në Karadash. Rrezja e jashtme e torusit të plazmës është zvogëluar nga 8.2 metra në 6.3 metra. Megjithatë, rreziqet që lidhen me zvogëlimin e përmasave u kompensuan pjesërisht nga disa magnet shtesë superpërçues, të cilët bënë të mundur zbatimin e regjimit të izolimit të plazmës, i cili u zbulua dhe u hetua në atë kohë.

Ne themi se do ta vendosim diellin në një kuti. Ideja është e bukur. Problemi është se ne nuk dimë si ta bëjmë kutinë.

Pierre-Gilles de Gennes
Fituesi francez i Nobelit

Projektet qeveritare

Rezultati

Etiketa: Shto etiketa

Shkrirja e kontrolluar termonukleare është një ëndërr e fizikantëve dhe kompanive të energjisë që ata e kanë dashur për dekada. Mbajtja e një dielli artificial në kafaz është një ide e shkëlqyer. "Por problemi është se ne nuk dimë se si të krijojmë një kuti të tillë,"- tha nobelisti Pierre Gilles de Gennes në 1991. Sidoqoftë, nga mesi i vitit 2018, ne tashmë e dimë se si. Dhe ne madje ndërtojmë. Mendjet më të mira në botë po punojnë në projektin e reaktorit ndërkombëtar eksperimental termonuklear ITER - eksperimenti më ambicioz dhe më i shtrenjtë në shkencën moderne.

Një reaktor i tillë kushton pesë herë më shumë se përplasësi i madh i Hadronit. Qindra shkencëtarë anembanë botës po punojnë për këtë projekt. Financimi i tij mund të kalojë lehtësisht 19 miliardë euro, dhe plazma e parë përmes reaktorit do të nisë vetëm në dhjetor 2025. Dhe pavarësisht vonesave të vazhdueshme, vështirësive teknologjike, financimit të pamjaftueshëm nga vendet pjesëmarrëse individuale, po ndërtohet "makina e lëvizjes së përhershme" më e madhe termonukleare në botë. Ka shumë më tepër avantazhe sesa disavantazhe. Cilet? Ne e fillojmë historinë për kantierin më ambicioz shkencor të kohës sonë me teori.

Çfarë është një tokamak?

Nën ndikimin e temperaturave të mëdha dhe gravitetit, shkrirja termonukleare ndodh në thellësitë e Diellit tonë dhe yjeve të tjerë. Bërthamat e hidrogjenit përplasen, formojnë atome më të rënda të heliumit dhe në të njëjtën kohë lëshojnë neutrone dhe një sasi të madhe energjie.

Shkenca moderne ka arritur në përfundimin se në temperaturën më të ulët fillestare, sasia më e madhe e energjisë prodhohet nga reaksioni midis izotopeve të hidrogjenit - deuterium dhe tritium. Por tre kushte janë të rëndësishme për këtë: temperatura e lartë (rreth 150 milionë gradë Celsius), dendësia e lartë e plazmës dhe koha e lartë e mbajtjes.

Fakti është se ne nuk do të jemi në gjendje të krijojmë një dendësi kaq kolosale si ajo e Diellit. E tëra që mbetet është ngrohja e gazit në një gjendje plazmatike me anë të temperaturave ultra të larta. Por asnjë material nuk mund të përballojë kontaktin me një plazmë kaq të nxehtë. Për këtë, akademiku Andrei Sakharov (me sugjerimin e Oleg Lavrentyev) në vitet 1950 propozoi përdorimin e dhomave toroidale (në formën e një donuti të zbrazët) me një fushë magnetike që do të mbante plazmën. Më vonë, termi u shpik - tokamak.

Termocentralet moderne, duke djegur lëndë djegëse fosile, konvertojnë fuqinë mekanike (rotacionin e turbinës, për shembull) në energji elektrike. Tokamaks do të përdorë energjinë e shkrirjes të përthithur në formën e nxehtësisë nga muret e pajisjes për të ngrohur dhe gjeneruar avull, i cili do të kthejë turbinat.

Tokamaku i parë në botë. T-1 Sovjetik. viti 1954

Tokamakë të vegjël eksperimentalë u ndërtuan në të gjithë botën. Dhe ata vërtetuan me sukses se një person mund të krijojë një plazmë me temperaturë të lartë dhe ta mbajë atë në një gjendje të qëndrueshme për ca kohë. Por dizajnet industriale janë ende shumë larg.

Instalimi i T-15. 1980

Avantazhet dhe disavantazhet e reaktorëve të shkrirjes

Reaktorët tipikë bërthamorë punojnë me dhjetëra ton lëndë djegëse radioaktive (të cilat përfundimisht shndërrohen në dhjetëra tonë mbetje radioaktive), ndërsa një reaktor i shkrirjes ka nevojë vetëm për qindra gram tritium dhe deuterium. E para mund të prodhohet në vetë reaktorin: neutronet e lëshuara gjatë sintezës do të veprojnë në muret e reaktorit me papastërtitë e litiumit, nga të cilat shfaqet tritiumi. Rezervat e litiumit do të zgjasin për mijëra vjet. Nuk do të mungojë as deuteriumi - ai prodhohet në botë në dhjetëra mijëra tonë në vit.

Një reaktor i shkrirjes nuk lëshon gazra serë, gjë që është tipike për lëndët djegëse fosile. Dhe nënprodukti në formën e helium-4 është një gaz inert i padëmshëm.

Përveç kësaj, reaktorët e shkrirjes janë të sigurt. Në çdo fatkeqësi, reaksioni termonuklear thjesht do të ndalet pa ndonjë pasojë serioze për mjedisin ose personelin, pasi nuk do të ketë asgjë për të mbështetur reagimin e shkrirjes: ai ka nevojë për kushte shumë serë.

Megjithatë, reaktorët termonuklear kanë gjithashtu disavantazhe. Para së gjithash, kjo është vështirësia banale e nisjes së një reagimi të vetë-qëndrueshëm. Ajo ka nevojë për një vakum të thellë. Sistemet komplekse të izolimit magnetik kërkojnë mbështjellje të mëdha magnetike superpërçuese.

Dhe mos harroni për rrezatimin. Përkundër disa stereotipeve për padëmshmërinë e reaktorëve termonuklearë, bombardimi i rrethinës së tyre me neutrone të krijuara gjatë shkrirjes nuk mund të anulohet. Ky bombardim rezulton në rrezatim. Prandaj, mirëmbajtja e reaktorit duhet të kryhet nga distanca. Duke parë përpara, le të themi se pas lëshimit, robotët do të angazhohen në mirëmbajtjen e drejtpërdrejtë të ITER tokamak.

Përveç kësaj, tritiumi radioaktiv mund të jetë i rrezikshëm nëse gëlltitet. Vërtetë, do të mjaftojë të kujdeset për ruajtjen e duhur të tij dhe të krijojë pengesa sigurie në të gjitha rrugët e mundshme të shpërndarjes së tij në rast aksidenti. Për më tepër, gjysma e jetës së tritiumit është 12 vjet.

Kur të jetë hedhur baza minimale e nevojshme e teorisë, mund të shkoni te heroi i artikullit.

Projekti më ambicioz i kohës sonë

Në vitin 1985, në Gjenevë u zhvillua takimi i parë pas shumë vitesh personal i krerëve të BRSS dhe SHBA. Para kësaj, Lufta e Ftohtë kishte arritur kulmin e saj: superfuqitë bojkotuan Lojërat Olimpike, ndërtuan potencialin e tyre bërthamor dhe nuk do të negocionin. Ky samit i dy vendeve në territorin neutral shquhet edhe për një rrethanë tjetër të rëndësishme. Gjatë tij, Sekretari i Përgjithshëm i Komitetit Qendror të CPSU Mikhail Gorbachev propozoi zbatimin e një projekti të përbashkët ndërkombëtar për zhvillimin e energjisë termonukleare për qëllime paqësore.

Ata mbërrijnë në Francë nga deti dhe nga porti në kantier transportohen përgjatë një rruge të ndryshuar posaçërisht nga qeveria franceze. Vendi shpenzoi 110 milionë euro për 104 km rrugë ITER dhe 4 vite punë. Pista u zgjerua dhe u forcua. Fakti është se deri në vitin 2021, 250 autokolona me ngarkesa të mëdha do të kalojnë nëpër të. Pjesët më të rënda arrijnë 900 tonë, më e larta - 10 metra, më e gjata - 33 metra.

ITER nuk është vënë ende në funksion. Megjithatë, ekziston tashmë një projekt për një termocentral me shkrirje termonukleare DEMO, detyra e të cilit është pikërisht të demonstrojë atraktivitetin e përdorimit komercial të teknologjisë. Ky kompleks do të duhet të gjenerojë vazhdimisht (dhe jo pulsues, si ITER) 2 GW energji.

Koha e zbatimit të projektit të ri global varet nga suksesi i ITER, por sipas planit të vitit 2012, nisja e parë e DEMO do të bëhet jo më herët se 2044.