Да създадеш Слънце на Земята
Проектът ITER ще демонстрира как научно и технологично може да се осъществи термоядрен синтез на Земята
Проектът ITER ще демонстрира как научно и технологично може да се осъществи термоядрен синтез на Земята.
Веднъж построен, той ще бъде най-голямото експериментално съоръжение на света.
Партньори са Европейският съюз, Япония, САЩ, Русия, Корея, Индия и Китай, като пусковият срок е 2025 г.
ITER е най-големият научно-технически проект в света и при успех може да разкрие едно по-различно бъдеще на енергетиката.
ДДа създадеш тер- моядрен синтез като този, който поддържа Слънцето и звездите, и след това да използваш неизчерпаемата му енергия. Тази на пръв поглед невъзможна задача си е поставил за цел Международният експериментален реактор за термоядрен синтез – един изключително амбициозен световен проект. От края на 2008 г. ITER, както съкратено се нарича съоръжението, е със статут на международна организация, в която участват 7 партньори: Европейският съюз, Япония, САЩ, Русия, Корея, Индия и Китай. Всеки от тях участва с определен процент във финансирането, като Европа е с приблизително 50%, а останалите са разпределени поравно. На практика към момента това е най-големият научно-технически проект в света, в който се инвестират над 20 млрд. евро и при успех може да разкрие едно по-различно бъдеще на енергетиката.
В края на юли се състоя и официалната церемония, която даде старт на монтажа на термоядрения
експериментален реактор. “След много години на подготовка и огромни усилия от страна на всички участници в проекта днес сме готови да започнем да сглобяваме реактора. Другите компоненти на установката ще пристигнат на площадката през следващите две години“, обяви Бернар Биго, ръководител на проекта. Плановете са през 2025 г. съоръжението да е завършено и да може да произвежда електроенергия.
„Фактът, че САЩ, Русия, Китай, Япония, Европа, Индия и Корея привличат най-добрите си учени и експертиза в полза на обща кауза, е доказателство, че това, което сближава хората и народите, е много по-силно от това, което ги разединява“, коментира в свое онлайн изявление френският президент Еманюел Макрон. „ITER, който се превърна в най-големия международен научно-технически проект, е ярък пример за ефективно и взаимно изгодно многостранно сътрудничество. Днес проектът навлиза в решаващата фаза на своята реализация. Това ни дава основание да вярваме, че целите му ще бъдат постигнати в набелязаните срокове и в обозримо бъдеще ще можем да получим уникален по своята мощност и сигурност източник на енергия”, каза и руският президент Владимир Путин.
ITER обаче не е единственият по рода си в света. Подобни проекти има още в САЩ, Китай, както и във Великобритания, като до момента най-успешният работещ експеримент от такъв тип се намира близо до Оксфорд, Англия. Най-добрите резултати, постигнати досега там, са електроенергия с мощност 16 мегавата, генерирана за няколко секунди.
Как започва всичко
„Термоядреният синтез е открит от руснаците през 50-те години.
Естествено първото му приложение било във водородната бомба. По принцип за бащи на бомбата се броят физиците акад. Игор Там и неговият ученик акад. Андрей Сахаров. Но на малцина е известно, че всъщност сержант от Червената армия ражда тази идея, описва я подробно и я изпраща в ЦК на КПСС. ЦК мълчи, но всъщност прехвърля идеята към екипа на Там и Сахаров“, разказва Анна Енчева, която е български инженер и работи от 13 години в ITER.
„При досега експлоатираните атомни реактори, които са на основата на разпадането на атомното ядро, се използват уран и плутоний. Новите експериментални реактори залагат на противоположната реакция - термоядрения синтез. Тоест две леки ядра - деутерий и тритий, които са изотопи на водорода, се сливат и се получава едно по-тежко ядро (на елемента хелий), като при това се отделя огромно количество енергия. Такива реакции протичат в ядрото на Слънцето. Андрей Сахаров пръв ражда идеята за реактор с контролиран ядрен синтез, която и днес е в основата на повечето изследвания
в тази област. Заедно с Игор Там предлагат затварянето на силно нагорещена плазма в тороидно магнитно поле, за да се контролира синтезът. Това довежда до разработването на устройството ТОКАМАК (съкр. от руския израз „ТОроидальная КАмера в МАгнитных Катушках“)“, разказва още тя.
В земни условия обаче е много трудно да се реализира термоядрен синтез. Първото условие за него е наличието на много висока температура - около 100 милиона градуса. Второто е продължителността на реакцията, тъй като е много трудно да се задържи плазмата, която всъщност е четвъртото агрегатно състояние на веществата - при него електроните се отделят от ядрото на атома и се получава йонизиран газ.
В момента продължителността на успешните експерименти в тази посока стига до няколко секунди. За да започне производство на електроенергия обаче, плазмата трябва да бъде задържана от двайсетина минути до един час. Затова стените на термоядрените реактори трябва да са изградени от материали, които могат да издържат на огромните температури. Реално на Земята обаче такива вещества не съществуват. Това се компенсира с добро охлаждане на елементите, които са в пряк досег с плазмата.
Проектът с главно П
През последните години преди подписването на договора за строежа на ITER оживено е бил обсъждан въпросът къде точно да бъде построен термоядреният реактор - дали в Япония или във Валенсия, Испания. Тъй като енергийният глад в световен мащаб се изостря, местоположението на реактора било на път да се превърне и в политически въпрос. В крайна сметка кандидатурата на Япония била отхвърлена и е взето решение реакторът да бъде в Кадараш, Южна Франция.
„Кадараш не е град, не е и село, това е голям научноизследователски център в областта Прованс. Намира се на 800 километра южно от Париж и е само на 70 километра от Марсилия. В този център има и отдели, които работят за френските атомни подводници. Друга част от института, разположен на огромна площ, се занимава с термоядрения синтез“, разказва още инж. Анна Енчева.
Размерите на ITER са много по-големи от тези на досега съществуващите експериментални реактори. Радиусът на тороидалния пръстен е 6.2 метра, като плазмата в него ще се задържа чрез мощни електромагнити, чиито бобини ще бъдат направени от свръхпроводими материали. Върху площадка 42 хектара в Кадараш булдозери, бетоновози и кранове работят от сутрин до здрач. В момента общият брой на работниците там е около 2500.
Като водещ партньор на проекта ITER Европейската агенция по ядрена енергия (Fusion for Energy) носи отговорност за финансовото участие и техническия надзор, свързани с изграждането на 39 сгради и специализирани помещения върху площадката. “Според първоначалното споразумение поръчките се поделят между 7-те членове на ITER, като 89% от елементите ще бъдат предоставени в „натура”, а останалата част ще се купуват чрез съвместен фонд под контрола на организацията ITER. Точната последователност по производство и доставка на компонентите е прецизно координирана. Над 1 000 000 съставни части, произведени в заводите на страните - участнички в ITER по целия свят, ще бъдат доставени в Кадараш”, обяснява още Енчева.
ITER e проектиран с мощност 500 мВт. За стартирането на ядрения синтез са нужни около 50 мВт енергия, което показва, че коефициентът на полезно действие на реактора е 10, тоест получената енергия ще надвишава 10 пъти вложената.
Какво е свършено досега
Може да се каже, че за момента проектът е изпълнен около 70%. Индия вече е приключила с производството на основата и долния цилиндър на криостата и е предала компоненти на ITER, разказва Енчева. Корея пък завършва производството на първия сектор от вакуумната камера. Масивният инструмент за монтаж на един сектор от вакуумната камера заедно с топлинния щит и тороидалните бобини вече е доставен в ITER.
Европа и Китай от своя страна са произвели първите полоидални бобини, които се тестват. “С цел компонентите да се доставят в монтажното хале ще се построи ново надграждане върху ТОКАМАК сградата и ще бъдат удължени релсите на мостовия кран”, обяснява Енчева. Миналия септември първият сегмент от стоманената конТермоядреният синтез е процес, който поддържа Слънцето и звездите. При него леки атомни ядра се сливат, образувайки по-тежки, като се отделя огромно количество енергия. Изследванията в тази сфера са насочени към разработването на безопасен и екологично чист източник на енергия. ITER представлява първи по рода си подобен проект, в който има многостранно международно сътрудничество. Европа поема почти половината от разходите, докато останалите шест членки (Китай, Южна Корея, Индия, Япония, САЩ, Русия) си разделят поравно останалата част. Инсталацията се изгражда в Saint-Paul-lez-Durance, в южната част на Франция, и се намира на 70 км северно от Марсилия.
струкция беше монтиран и дълбоко закотвен в горната част на ТОКАМАК сградата. Три месеца по-късно е монтирана и покривната конструкция, която се крепи върху 20 стабилно поставени високи стълба – става дума за пет модула с тегло между 62 и 78 тона, разпростиращи се на 50 метра разстояние между двата паралелни реда опорни колони.
“Операцията се подготвяше повече от година. Повдигането не е проста операция - трябва много да се внимава при планирането и последователността от дейности и при координирането им. Трябва да се вземат под внимание непредсказуеми явления като силния вятър, който е типичен за района и който се появява често”, казва Енчева.
В момента проектът е в стратегическата си фаза: монтажа на ТОКАМАК-а. Предвижда се, когато бъде завършено, съоръжението да се експлоатира 20 години. Ако всичко премине успешно, това може да отвори нова страница в производството на енергия на Земята, която да спомогне за преориентирането на света към нисковъглеродната икономика.