Строящийся реактор за $ 14 млрд должен открыть путь к термоядерной энергии

Самый большой реактор в своем классе сейчас находится в стадии строительства во французском научно-исследовательском центре Кадараш, который специализируется в области исследований ядерной энергетики. Он называется ITER, что на латыни означает "путь", и, как ожидается, позволит вступить в новую эру термоядерного электричества - над этим ученые и инженеры работали более 40 лет.
Соединяя два изотопа водорода - дейтерий и тритий вместе, реактор будет генерировать 500 мегаватт электроэнергии. Это в 10 раз больше энергии, чем ему потребуется для работы.

После постройки ITER будет иметь 30 метров в диаметре и в высоту, представляя новый класс реактора ядерного синтеза. Если он достигнет своих целей по выходу энергии, то это будет первое устройство в мире, которое преодолеет разрыв от исследований в лабораториях до легко доступной мощности энергии.

По состоянию на июнь 2015 года, затраты на строительство для ITER превысили $ 14 млрд США . Но, в конце концов, эксперты говорят, что это того стоит. Ядерный синтез представляет собой процесс, происходящий внутри звезды, например в нашем Солнце и имеет ряд преимуществ перед текущими источниками энергии, если мы сможем использовать эту силу здесь, на Земле:

- Термояд не создает радиоактивных отходов, продукты реакции могут быть полностью переработаны в течение 100 лет. В отличие от токсичных радиоактивных продуктов, производимых сегодняшними ядерными реакторами.
- Также в термоядерных реакторах не может возникнуть цепная реакция, потому что любая неисправность приведет к остановке синтеза.
- Это чистый источник энергии по сравнению с углем, природным газом, и нефтью.
- Термоядерные реакторы могут работать на морской воде, предлагая относительно возобновляемый источник энергии.

Сейчас самая большая проблема заключается в следующем: реактор потребляет больше энергии для запуска реакции, чем он должен производить, что является полной противоположностью того, что вы ждете от электростанции.

Проблема связана с нагревом плазмы. Сильный нагрев нужен для запуска реакции слияния. Ниже представлена схема реактора, плазма показана фиолетовым цветом:



Достижение таких температур само по себе является инженерным подвигом. При этом токамаки не могут долго выдерживать поток плазмы. Рекорд длительности удержания плазмы - 6 минут и 30 секунд , который поставил французский токамак в 2003 году.

Такой пульсирующий режим, при котором плазма создается короткими импульсами, ученые пытаются обойти в течение многих лет, потому, что постоянный нагрев потребляет слишком много энергии. В таком режиме полученная энергия меньше потраченной.

Поэтому, идеальным подходом будет создание реактора, который может производить самоподдерживающуюся плазму. Для этого и строится ITER. Плазма внутри ITER будет достигать температуры в 150 млн градусов по Цельсию, или в 10 раз горячее, чем в центре Солнца.

Важным побочным продуктом синтеза является гелий. Его атомы помогают сохранить температуру плазмы, без помощи дополнительного, внешнего источника энергии.

"Реакция будет почти полностью самообеспечивающаяся", сказал Джонатан Менар,из Princeton Plasma Physics Lab (PPPL).

Этот тип термоядерного синтеза очень похож на тот, что происходит в ядре нашего Солнца.



Другой реактор в Германии называется Wendelstein 7-X и относится к типу стелларатор. Не так давно в нем была получена пробная плазма. Тем не менее, Менар отметил, что это научный реактор - то есть он вероятно не сможет генерировать энергию и служить электростанцией.

Еще один тип термоядерных реакторов используют лазеры вместо плазмы, как National Ignition Facility в Калифорнии, но эта область исследований еще мало проработана для конкуренции с токамаками.

Строительство ITER началось в 2007 году и, должно завершится в 2019 году. Получение первой плазмы запланировано на 2020 год. На полномасштабные эксперименты с дейтерием и тритием реактор выйдет к 2027 году.

Виртуальная экскурсия по ITER (на английском языке):