Термоядерні реактори в світі. Перший термоядерний реактор
Сьогодні багато країн беруть участь у термоядерних дослідженнях. Лідерами є Європейський союз, США, Росія і Японія, а програми Китаю, Бразилії, Канади та Кореї стрімко нарощуються. Спочатку термоядерні реактори в США і СРСР були пов`язані з розробкою ядерної зброї і залишалися засекреченими до конференції «Атоми для миру», яка відбулася в Женеві в 1958 році. Після створення радянського токамака дослідження ядерного синтезу в 1970 роки стали «великою наукою». Але вартість і складність пристроїв збільшувалася до точки, коли міжнародне співробітництво стало єдиною можливістю просуватися вперед.
Термоядерні реактори в світі
Починаючи з 1970 років, початок комерційного використання енергії синтезу постійно відсувалися на 40 років. Однак в останні роки відбулося багато, завдяки чому цей термін може бути скорочений.
Побудовано кілька токамаков, в тому числі європейський JET, британський MAST і експериментальний термоядерний реактор TFTR в Прінстоні, США. Міжнародний проект ITER в даний час знаходиться в стадії будівництва в Кадараші, Франція. Він стане найбільшим токамака, коли запрацює в 2020 роках. У 2030 року в Китаї буде побудований CFETR, який перевершить ITER. Тим часом КНР проводить дослідження на експериментальному сверхпроводящем токамаке EAST.
Термоядерні реактори іншого типу - стеллатори - також популярні у дослідників. Один з найбільших, LHD, почав роботу в японському Національному інституті термоядерного синтезу в 1998 році. Він використовується для пошуку кращої магнітної конфігурації утримання плазми. Німецький Інститут Макса Планка в період з 1988 по 2002 рік проводив дослідження на реакторі Wendelstein 7-AS в Гархинге, а в даний час - на Wendelstein 7-X, будівництво якої тривало понад 19 років. Інший стелларатор TJII експлуатується в Мадриді, Іспанія. У США Прінстонського лабораторія фізики плазми (PPPL), де був побудований перший термоядерний реактор даного типу в 1951 році, в 2008 році зупинила будівництво NCSX через перевитрати коштів і відсутність фінансування.
Крім того, досягнуто значних успіхів у дослідженнях инерциального термоядерного синтезу. Будівництво National Ignition Facility (NIF) вартістю 7 млрд $ в Ліверморської національної лабораторії (LLNL), що фінансується Національною адміністрацією з ядерної безпеки, було завершено в березні 2009 р Французький Laser M gajoule (LMJ) почав роботу в жовтні 2014 року. Термоядерні реактори використовують доставлені лазерами протягом декількох мільярдних часток секунди близько 2 млн джоулів світлової енергії в ціль розміром в кілька міліметрів для запуску реакції ядерного синтезу. Основним завданням NIF і LMJ є дослідження щодо підтримки національних військових ядерних програм.
ITER
У 1985 р Радянський Союз запропонував побудувати токамак наступного покоління спільно з Європою, Японією і США. Робота велася під егідою МАГАТЕ. У період з 1988 по 1990 рік були створені перші проекти Міжнародного термоядерного експериментального реактора ITER, що також означає «шлях» або «подорож» на латині, з метою довести, що синтез може виробляти більше енергії, ніж поглинати. Канада і Казахстан також взяли участь при посередництві Євратому та Росії відповідно.
Через 6 років рада ITER схвалив перший комплексний проект реактора на основі усталеної фізики і технології вартістю 6 млрд $. Тоді США вийшли з консорціуму, що змусило вдвічі скоротити витрати і змінити проект. Результатом став ITER-FEAT вартістю 3 млрд дол., Але дозволяє досягти реакції, що самопідтримується і позитивного балансу потужності.
У 2003 р США знову приєдналися до консорціуму, а Китай оголосив про своє бажання в ньому брати участь. В результаті в середині 2005 року партнери домовилися про будівництво ITER в Кадараші на півдні Франції. ЄС і Франція вносили половину від 12,8 млрд євро, а Японія, Китай, Південна Корея, США і Росія - по 10% кожен. Японія надавала високотехнологічні компоненти, містила установку IFMIF вартістю 1 млрд євро, призначену для випробування матеріалів, і мала право на зведення наступного тестового реактора. Загальна вартість ITER включає половину витрат на 10-річне будівництво і половину - на 20 років експлуатації. Індія стала сьомим членом ІТЕР в кінці 2005 р
Експерименти повинні початися в 2018 р з використанням водню, щоб уникнути активації магнітів. Використання D-T плазми не очікується раніше 2026 р
Мета ITER - виробити 500 МВт (хоча б протягом 400 с), використовуючи менше 50 МВт вхідної потужності без генерації електроенергії.
Двухгігаваттная демонстраційна електростанція Demo буде виробляти великомасштабне виробництво електроенергії на постійній основі. Концептуальний дизайн Demo буде завершено до 2017 року, а його будівництво почнеться в 2024 році. Пуск відбудеться в 2033 році.
Відео: "горизонти атома" від 17.10.15. Термоядерний реактор ІТЕР
JET
У 1978 р ЄС (Євратом, Швеція і Швейцарія) розпочали спільний європейський проект JET в Великобританії. JET сьогодні є найбільшим працюючим токамака в світі. Подібний реактор JT-60 працює в японському Національному інституті термоядерного синтезу, але тільки JET може використовувати дейтерій-тритієвого паливо.
Реактор був запущений в 1983 році, і став першим експериментом, в результаті якого в листопаді 1991 року було проведено керований термоядерний синтез потужністю до 16 МВт протягом однієї секунди і 5 МВт стабільної потужності на дейтерій-тритиевой плазмі. Було проведено безліч експериментів з метою вивчення різних схем нагріву і інших технік.
Подальші удосконалення JET стосуються підвищення його потужності. Компактний реактор MAST розробляється разом з JET і є частиною проекту ITER.
K-STAR
K-STAR - корейський надпровідний токамак Національного інституту термоядерних досліджень (NFRI) в Теджон, який зробив свою першу плазму в середині 2008 року. Це пілотний проект ITER, що є результатом міжнародного співробітництва. Токамак радіусом 1,8 м - перший реактор, який використовує надпровідні магніти Nb3Sn, такі ж, які планується використовувати в ITER. В ході першого етапу, що завершився до 2012 року, K-STAR повинен був довести життєздатність базових технологій і досягти плазмових імпульсів тривалістю до 20 с. На другому етапі (2013-2017) проводиться його модернізація для вивчення довгих імпульсів до 300 з в режимі H і переходу до високопродуктивної AT-режиму. Метою третьої фази (2018-2023) є досягнення високої продуктивності і ефективності в режимі тривалих імпульсів. На 4 етапі (2023-2025) будуть проходити випробування технології DEMO. Пристрій не здатне працювати з тритієм і D-T паливо не використовує.
K-DEMO
Розроблений у співпраці з Прінстонської лабораторією фізики плазми (PPPL) Міністерства енергетики США та південно-корейським інститутом NFRI, K-DEMO повинен стати наступним кроком на шляху створення комерційних реакторів після ITER, і буде першою електростанцією, здатної генерувати потужність в електричну мережу, а саме 1 млн кВт протягом декількох тижнів. Його діаметр складе 6,65 м, і він буде мати модуль зони відтворення, створюваний в рамках проекту DEMO. Міністерство освіти, науки і технологій Кореї планує інвестувати в нього близько трильйона корейських вон (941 млн $).
EAST
Китайський експериментальний вдосконалений надпровідний токамак (EAST) в Інституті фізики Китаю в Хефее створив водневу плазму температурою 50 млн ° C і утримував її протягом 102 с.
Відео: [104] Стрім. . Завершення будівництва термоядерного реактора. # 65
TFTR
В американській лабораторії PPPL експериментальний термоядерний реактор TFTR працював з 1982 по 1997 роки. У грудні 1993 р TFTR став першим магнітним токамака, на якому проводилися великі експерименти з плазмою з дейтерій-тритію. У наступному році реактор справив рекордні в той час 10,7 МВт керованої потужності, а в 1995 році був досягнутий рекорд температури іонізованого газу в 510 млн ° C. Однак установка не досягнула мети беззбитковості енергії термоядерного синтезу, але з успіхом виконала мети проектування апаратних засобів, зробивши значний внесок у розвиток ITER.
LHD
LHD в японському Національному інституті термоядерного синтезу в Токи, префектура Гіфу, був найбільшим стелараторі в світі. Запуск термоядерного реактора відбувся в 1998 р, і він продемонстрував якості утримання плазми, які можна порівняти з іншими великими установками. Була досягнута температура іонів 13,5 кеВ (близько 160 млн ° C) і енергія 1,44 МДж.
Wendelstein 7-X
Після року випробувань, що почалися в кінці 2015 року, температура гелію на короткий час досягла 1 млн ° C. З 2016 року термоядерний реактор з водневої плазмою, використовуючи 2 МВт потужності, досяг температури 80 млн ° C протягом чверті секунди. W7-X є найбільшим стелараторі в світі і планується його безперервна робота протягом 30 хвилин. Вартість реактора склала 1 млрд €.
NIF
National Ignition Facility (NIF) в Ліверморської національної лабораторії (LLNL) був завершений в березні 2009 року. Використовуючи свої 192 лазерних променів, NIF здатна сконцентрувати в 60 разів більше енергії, ніж будь-яка попередня лазерна система.
Холодний ядерний синтез
У березні 1989 року два дослідники, американець Стенлі Понс і британець Мартін Флейшман, заявили, що вони запустили простий настільний холодний термоядерний реактор, який працює при кімнатній температурі. Процес полягав в електролізі важкої води з використанням паладієвих електродів, на яких ядра дейтерію концентрувалися з високою щільністю. Дослідники стверджують, що вироблялося тепло, яке можна було пояснити тільки з точки зору ядерних процесів, а також були побічні продукти синтезу, включаючи гелій, тритій і нейтрони. Однак іншим експериментаторам не вдалося повторити цей досвід. Велика частина наукового співтовариства не вважає, що холодні термоядерні реактори реальні.
Відео: В Німеччині починаються випробування термоядерного реактора майбутнього
Низькоенергетичні ядерні реакції
Ініційовані претензіями на «холодний термоядерний синтез», дослідження продовжилися в області низькоенергетичних ядерних реакцій, мають деяку емпіричну підтримку, але не загальноприйняте наукове пояснення. Мабуть, для створення і захоплення нейтронів використовуються слабкі ядерні взаємодії (а не потужна сила, як при розподілі ядер або їх синтезі). Експерименти включають проникнення водню або дейтерію через каталітичний шар і реакцію з металом. Дослідники повідомляють про спостережуваному вивільненні енергії. Основним практичним прикладом є взаємодія водню з порошком нікелю з виділенням тепла, кількість якого більше, ніж може дати будь-яка хімічна реакція.
