Termobranduolinio reaktoriaus pasirodymo tikėtasi daugiau nei pusę amžiaus. Lūkesčiai taip perkaito, kad atsirado labai populiari sąmokslo teorija, tarsi iš tikrųjų ji buvo sugalvota jau seniai, tačiau naftos magnatai išradimą slepia nuo masių, kad neprarastų superpelno. Kaip ir bet kurios sąmokslo teorijos, tokia teorija neatlaiko kritikos ir lieka detektyvinės prozos tema. Tačiau tai suprasdamas nepaneigsi pagrindinio klausimo: kada įsisavinsime termobranduolinę energiją?
SUNNY BOSTER
Termobranduolinę reakciją (arba branduolio sintezės reakciją), kai lengvesni branduoliai susilieja į sunkesnius, fizikai aprašė dar 1910 m. Pirmą kartą tai pastebėjo anglų mokslininkas Ernstas Rutherfordas. 1919 m. Jis dideliu greičiu pastūmė helį azotu, kad gautų vandenilį ir sunkųjį deguonį. Praėjus penkeriems metams, Rutherfordas sėkmingai užbaigė sunkiojo vandenilio tričio sintezę iš sunkiųjų deuterio vandenilio branduolių. Maždaug tuo pačiu metu astrofizikas Arthuras Eddingtonas pateikė drąsią hipotezę, kad žvaigždės dega dėl termobranduolinių reakcijų eigos jų gylyje. 1937 m. Amerikiečių mokslininkas Hansas Bethe sugebėjo įrodyti termobranduolinių reakcijų atsiradimą Saulėje - todėl Eddingtonas buvo teisus.
„Saulės ugnies“atkūrimo Žemėje idėja priklausė japonų fizikui Tokutaro Hagiwara, kuris 1941 m. Pasiūlė galimybę inicijuoti termobranduolinę reakciją tarp vandenilio branduolių naudojant sprogstamą urano dalijimosi grandininę reakciją - tai yra, atominis sprogimas turėtų sukurti sąlygas (ypač aukšta temperatūra ir slėgis). pradėti termobranduolinę sintezę. Kiek vėliau to paties sumanymo sulaukė Enrico Fermi, dalyvavęs kuriant Amerikos atominę bombą. 1946 m., Vadovaujant Edwardui Telleriui, Los Alamoso laboratorijoje buvo pradėtas termobranduolinės energijos naudojimo tyrimų projektas.
Pirmąjį termobranduolinį įtaisą JAV kariuomenė susprogdino 1952 m. Lapkričio 1 d. Enewetoko atole Ramiajame vandenyne. Panašų eksperimentą atlikome 1953 m. Taigi žmonija termobranduolinę sintezę naudoja daugiau nei šešiasdešimt metų, tačiau tik destruktyviais tikslais. Kodėl negalite jo naudoti racionaliau?
PLAZMO MEISTRAI
Reklaminis vaizdo įrašas:
Energijos požiūriu optimali termobranduolinės reakcijos plazmos temperatūra yra 100 milijonų laipsnių. Tai kelis kartus aukštesnė nei temperatūra Saulės interjere. Kaip būti?
Fizikai pasiūlė plazmą laikyti „magnetinėje gaudyklėje“. 1950-ųjų pradžioje Andrejus Sacharovas ir Igoris Tammas apskaičiavo magnetinių laukų, galinčių suspausti plazmą į ploną giją ir neleisti jai nukristi ant kameros sienų, konfigūraciją. Remiantis jų pasiūlyta schema, buvo sukurta daugybė tokamakų.
Manoma, kad terminas „TOKAMAK“atsirado kaip frazės „TOroidinė KAMERA su magnetinėmis ritėmis“santrumpa. Pagrindinis dizaino elementas iš tikrųjų yra ritės, sukuriančios galingą magnetinį lauką. Tokamako darbo kamera užpildyta dujomis. Dėl suskaidymo veikiant sūkurio laukui, kameroje atsiranda sustiprinta dujų jonizacija, kuri paverčia plazma. Susidaro plazmos gija, judanti palei toroidinę kamerą ir kaitinama išilgine elektros srove. Magnetiniai laukai palaiko laidą pusiausvyroje ir suteikia jam formą, neleidžiančią jai liesti sienų ir sudeginti.
Iki šiol tokamakų plazmos temperatūra pasiekė 520 milijonų laipsnių. Tačiau apšilimas yra pati kelionės pradžia. Tokamakas nėra elektrinė - priešingai, jis sunaudoja energiją nieko neduodamas. Termobranduolinė elektrinė turėtų būti statoma skirtingais principais.
Visų pirma, fizikai nusprendė kurą. Beveik idealus reaktoriui yra reakcija, pagrįsta vandenilio izotopų - deuterio ir tričio (D + T) branduolių susiliejimu, dėl kurio susidaro helio-4 branduolys ir neutronas. Įprastas vanduo bus deuterio šaltinis, o tritis bus gaunamas iš ličio, apšvitinto neutronais.
Tada plazma turi būti įkaitinta iki 100 milijonų laipsnių ir stipriai suspausta, ilgai išlaikant tokią būseną. Inžinerinio projektavimo požiūriu tai yra nepaprastai sudėtinga ir brangi užduotis. Būtent sudėtingumas ir didelės išlaidos ilgą laiką stabdė šios energijos krypties plėtrą. Bendrovė nebuvo pasirengusi finansuoti tokio didelio projekto, kol nepasitikėjo jo sėkme.
KELIAS Į ATEITĮ
Sovietų Sąjunga, kurioje buvo pastatyti unikalūs tokamakai, nustojo egzistuoti, tačiau idėja įvaldyti termobranduolinę energiją nemirė, o pirmaujančios šalys suprato, kad problemą galima išspręsti tik kartu.
Dabar Cadarache kaime, Prancūzijos pietryčiuose, netoli Aix-en-Provence miesto, šiandien statomas pirmasis eksperimentinis termobranduolinis reaktorius energetikai. Įgyvendinant šį puikų projektą dalyvauja Rusija, JAV, Europos Sąjunga, Japonija, Kinija, Pietų Korėja, Indija ir Kazachstanas.
Griežtai tariant, Kadarache statomas objektas vis tiek negalės veikti kaip termobranduolinė elektrinė, tačiau tai gali priartinti savo laiką. Neatsitiktinai jis buvo vadinamas ITER - ši santrumpa reiškia tarptautinį termobranduolinį eksperimentinį reaktorių, tačiau ji turi ir simbolinę prasmę: lotynų kalba iter yra kelias, kelias. Taigi „Cadarash“reaktorius turėtų atverti kelią į termobranduolinę ateities energiją, kuri užtikrins žmonijos išlikimą išeikvojus iškastinį kurą.
ITER struktūra bus tokia. Centrinėje jo dalyje yra toroidinė kamera, kurios tūris yra apie 2000 m3, užpildyta tričio-deuterio plazma, įkaitinta iki aukštesnės nei 100 milijonų laipsnių temperatūros. Lydymosi reakcijos metu susidarę neutronai palieka „magnetinį buteliuką“ir pro „pirmąją sieną“patenka į maždaug metro storio laisvą antklodės erdvę. Antklodės viduje neutronai susiduria su ličio atomais, todėl susidaro tričio susidarymas, kuris bus gaminamas ne tik ITER, bet ir kitiems reaktoriams, jei jie bus pastatyti. Šiuo atveju „pirmoji siena“neutronais pašildoma iki 400 ° C. Išleista šiluma, kaip ir įprastose stotyse, paimama pirminio aušinimo kontūre su aušinimo skysčiu (kuriame yra, pavyzdžiui, vandens ar helio), ir perduodama į antrinę grandinę, kur susidaro vandens garai,einantis į elektrines gaminančias turbinas.
ITER diegimas yra tikrai mega mašina. Jo svoris yra 19 000 tonų, vidinis toroidinės kameros spindulys yra 2 metrai, išorinis - daugiau nei 6 metrai. Statybos jau įsibėgėjo, tačiau niekas negali tiksliai pasakyti, kada įrenginyje bus gauta pirmoji teigiama energijos produkcija. Tačiau ITER planuoja pagaminti 200 000 kWh, o tai atitinka energiją, esančią 70 tonų anglies. Reikalingas ličio kiekis yra vienoje mini baterijoje, skirtoje kompiuteriui, o deuterio - 45 litruose vandens. Ir tai bus visiškai švari energija.
Šiuo atveju deuterio turėtų pakakti milijonams metų, o lengvai išgaunamo ličio atsargų pakanka šimtui metų patenkinti jo poreikį. Net jei baigsis ličio atsargos uolose, fizikai galės ją išgauti iš jūros vandens.
ITER tikrai bus pastatytas. Ir, žinoma, džiaugiuosi, kad mūsų šalis dalyvauja šiame būsimame projekte. Tik Rusijos specialistai turi ilgametę patirtį kuriant didelius superlaidžius magnetus, be kurių neįmanoma išlaikyti plazmos kaitinimo siūle: dėka tokamakų!
Antonas Pervushinas