Термоядерный реактор ITER: рукотворное Солнце для снабжения Земли энергией

Реактор ITER призван продемонстрировать промышленную осуществимость термоядерного синтеза.
Реактор ITER призван продемонстрировать промышленную осуществимость термоядерного синтеза. Авторское право ITER
By Aisling Ní Chúláin
Поделиться статьейКомментарии
Поделиться статьейClose Button
Эта статья была первоначально опубликована на английском языке

Euronews побывал на необычной стройке: во французском Провансе учёные и инженеры создают крупнейший реактор ядерного синтеза, чтобы получить энергию от реакции, питающей Солнце и другие звёзды.

РЕКЛАМА

В самом сердце Прованса лучшие ядерщики мира трудятся над одним из самых амбициозных энергетических проектов в истории.

"Мы строим, пожалуй, самую сложную машину из всех, что когда-либо видело человечество", – признаётся Лабан Кобленц, представитель ITER.

Задача международной команды состоит в том, чтобы продемонстрировать возможность использования ядерного синтеза – той же реакции, которая питает энергией Солнце и все другие звёзды, – в промышленных масштабах.

Для создания условий, необходимых для протекания контролируемого термоядерного синтеза, на юге Франции, в 65 км от Марселя, строится крупнейшая в мире установка магнитного удержания плазмы или токамак (тороидальная камера с магнитными катушками).

Соглашение о проекте Международного термоядерного экспериментального реактора (ITER) было официально подписано в 2006 году США, ЕС, Россией, Китаем, Индией и Южной Кореей в Елисейском дворце в Париже.

В настоящее время более 30 стран сотрудничают в создании экспериментального устройства, которое, по прогнозам, будет весить 23 000 тонн и выдерживать температуру до 150 миллионов градусов Цельсия.

"В каком-то смысле это похоже на национальную лабораторию, крупный исследовательский институт. Но на самом деле это объединение национальных лабораторий 35 стран", – сказал Кобленц, глава отдела коммуникаций ITER, в интервью Euronews Next.

Как происходит ядерный синтез?

Ядерный синтез – это процесс, при котором два лёгких атомных ядра сливаются в одно более тяжелое, что приводит к мощному выбросу энергии.

В случае с Солнцем атомы водорода в его ядре буквально сплавляются под действием чудовищного давления.

Мы и раньше сталкивались с трудностями, просто из-за сложности и множества уникальных материалов, уникальных компонентов в уникальной машине.
Лабан Кобленц
глава отдела коммуникаций ITER

Тем временем здесь, на Земле, изучаются два основных метода получения термоядерного синтеза.

Первым занимаются в Национальном комплексе лазерных термоядерных реакций США (NIF).

"Вы берете очень, крошечную топливную "таблетку" – размером с перчинку – двух изотопов водорода: дейтерия и трития. И "стреляете" в них из лазерной установки. Таким образом, вы сжимаете давление, а также добавляете тепло, и получается взрыв энергии, E = mc². Небольшое количество материи преобразуется в энергию", – поясняет Лабан Кобленц.

Проект ITER сосредоточен на втором возможном пути: термоядерном синтезе с магнитным удержанием.

"В этом случае мы используем огромную камеру объёмом 800 м³ и помещаем в неё небольшое количество топлива – от 2 до 3 г дейтерия и трития – и нагреваем эту смесь до 150 миллионов градусов с помощью различных систем нагрева, – говорит Кобленц. – Это температура, при которой скорость частиц настолько высока, что вместо того, чтобы отталкиваться друг от друга своим положительным зарядом, они объединяются и сплавляются. А когда они сливаются, это даёт альфа-частицу и нейтрон". 

В токамаке заряженные частицы удерживаются магнитным полем, за исключением высокоэнергетических нейтронов, которые вылетают и ударяются о стенки камеры, передают своё тепло и тем самым нагревают воду, протекающую за стенкой.

Теоретически энергию можно было бы получить из образующегося пара, приводящего в движение турбину.

"Это, если хотите, преемник длинного ряда исследовательских устройств", – пояснил Ричард Питтс, руководитель секции научного отдела ITER.

"Физика токамаков изучается уже около 70 лет, с тех пор как первые эксперименты были проведены в России в 1940-50-х годах", – добавил он.

РЕКЛАМА

По словам Питтса, ранние токамаки представляли собой небольшие настольные устройства. "Затем, постепенно, они становились всё больше и больше", – добавил он.

Преимущества термоядерного синтеза

Атомные электростанции существуют с 1950-х годов, используя реакцию деления, при которой атом расщепляется в реакторе, выделяя при этом огромное количество энергии.

Преимущество деления в том, что это уже проверенный и испытанный метод: сегодня в мире работает более 400 ядерных реакторов для организации управляемой, самоподдерживающейся цепной реакции деления.

Но хотя ядерные катастрофы в истории случались нечасто, взрыв на 4-м энергоблоке Чернобыльской АЭС в апреле 1986 года стал убедительным напоминанием о том, что риски существуют.

Более того, остро стоит проблема захоронения радиоактивных отходов.

РЕКЛАМА

Специалисты ITER отмечают, что термоядерная установка аналогичного масштаба будет вырабатывать энергию из гораздо меньшего количества химических веществ – всего нескольких граммов водорода.

Кроме того, отмечает Лабан Кобленц, в термоядерной установке используются дейтерий и тритий, а на выходе образуется нерадиоактивный гелий и нейтрон. 

Проблемы ITER

Проблема термоядерного синтеза, подчеркивает Кобленц, заключается в том, что эти подобные реакторы по-прежнему чрезвычайно сложно построить.

"Вам нужно довести температуру до 150 миллионов градусов. Вам нужна огромная камера и так далее. Это просто трудно сделать", – говорит он.

Первоначальный график проекта ITER предусматривал 2025 год в качестве даты запуска первой плазмы, а полный ввод системы в эксплуатацию был запланирован на 2035 год.

РЕКЛАМА

Однако сбои в работе компонентов и задержки, связанные с пандемией COVID-19, привели к сдвигу сроков и увеличению бюджета.

В начале пути (iter - "путь" на латыни) смета проекта составляла 5 миллиардов евро, но теперь она выросла до более чем 20 миллиардов.

"Мы и раньше сталкивались с трудностями, просто из-за сложности и множества уникальных материалов, уникальных компонентов в уникальной машине", – объясняет Кобленц.

Одна из существенных неудач была связана с несоответствием сварочных поверхностей сегментов вакуумной камеры, изготовленных в Южной Корее.

Кобленц говорит, что в настоящее время команда TER занята новыми расчётами, в надежде как можно ближе подойти к намеченному на 2035 год сроку начала термоядерных операций.

РЕКЛАМА

"Вместо того чтобы сосредоточиться на том, что мы должны были сделать до первой плазмы, первого испытания машины в 2025 году, а затем успешно пройти серию из четырёх этапов, чтобы получить термоядерную энергию в 2035 году, мы просто пропустим первую плазму. Мы позаботимся о том, чтобы эти испытания были проведены другим способом", – сказал он.

Термоядерный мир

Что касается международного сотрудничества, ITER противостоит ветрам геополитической напряжённости между многими странами, участвующими в проекте.

Чем дольше мы ждем, пока произойдет термоядерный синтез, тем больше он нам нужен. Поэтому самое разумное решение - запустить его как можно скорее.
Лабан Кобленц
глава отдела коммуникаций ITER

"Страны-участницы, очевидно, не всегда идеологически едины. При этом они взяли на себя 40-летнее обязательство работать вместе. И никогда не будет уверенности в том, что конфликтов не возникнет", – отметил Кобленц.

Учёный считает, что мирное сосуществование держав в рамках проекта объясняется тем, что запуск ядерного синтеза – это мечта многих поколений учёных.

"Это то, что нас объединяет. Именно поэтому ITER пережил нынешние санкции, которые Европа и другие страны ввели против России в связи с войной в Украине", – добавил он.

РЕКЛАМА

Изменение климата и чистая энергия

Учитывая масштабы проблемы, связанной с изменением климата, неудивительно, что учёные пытаются найти источник энергии, не содержащий углерода.

Но до стабильных поставок термоядерной энергии ещё далеко, и даже ITER признаёт, что нынешний проект – это долгосрочный ответ на проблемы со снабжением и экологией. 

В ответ на мнение о том, что термоядерный синтез слишком поздно придёт на помощь в борьбе с климатическим кризисом, Кобленц утверждает, что термоядерная энергия может сыграть свою роль и в будущем.

"А что, если уровень моря действительно поднимется настолько, что нам понадобится энергия для перемещения городов? ", – прогнозирует учёный.

"Чем дольше мы ждём, пока произойдёт термоядерный синтез, тем больше он нам нужен. Поэтому самое разумное решение – запустить его как можно скорее", – резюмирует он.

РЕКЛАМА

Видеомонтаж • Aisling Ní Chúláin

Дополнительные источники • Alexander Kazakevich, Océane Duboust

Поделиться статьейКомментарии

Также по теме

Швеция, Латвия, Люксембург: лидеры и аутсайдеры "чистой энергетики"

Путин подписал закон об отзыве ратификации Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний

"Жара во благо": солнечная энергетика предотвратила энергодефицит в Европе