Omenirea aștepta de mai bine de jumătate de secol apariția unui adevărat reactor termonuclear pentru a produce oceane cu energie aproape liberă. Și pentru că subiectul se învecinează cu visele unui „viitor luminos” și așteptările sunt incredibil de mari, apar inevitabil multe teorii ale conspirației conform cărora tehnologia a fost creată cu mult timp în urmă, dar magnatii petrolieri ascund în mod deliberat invenția față de umanitate - pentru a nu-și pierde profiturile uriașe .


Dacă există sau nu conspirații este o problemă separată. Dar chiar dacă unele dintre ele sunt adevărate, întrebarea principală în acest caz rămâne și este: când poate aștepta omenirea adevărata stăpânire a energiei termonucleare, pe care o cunoaștem astăzi doar sub forma unor explozii terifiante puternice ale bombelor de hidrogen?.

Cuptorul solar

Reacția termonucleară (numită și reacția nucleară de fuziune), în care nucleele mai ușoare se îmbină în cele mai grele, a fost descrisă de fizicieni încă din 1910. A fost observat pentru prima dată de un om de știință englez Ernest Rutherford. În 1919, s-a ciocnit cu viteză mare cu atomii de heliu și azot, producând hidrogen și oxigen greu. Cinci ani mai târziu, el a sintetizat cu succes izotopul supraîncărcat hidrogen - tritiu, din nucleele izotopului mai ușor deuteriu.

Cam în același timp, astrofizicianul Arthur Eddington afirmă ipoteza îndrăzneață de la acea vreme că stelele au ars timp de miliarde de ani din cauza reacțiilor termonucleare care au loc în interiorul lor. Această presupunere a devenit un fapt în 1937, când americanul Hans Bethe dovedește cursul reacțiilor termonucleare în steaua noastră - Soarele.

energia

Ideea reproducerii „cuptorului solar” pe Pământ aparține fizicianului japonez Tokutaro Hagiwara, care în 1941 a sugerat posibilitatea inducerii unei reacții termonucleare între atomii de hidrogen prin intermediul unei reacții în lanț explozive în fisiunea nucleilor de uraniu. Sau asta înseamnă o explozie nucleară (bombă atomică), care, atunci când este detonată, creează condiții (temperatură ultra-ridicată) pentru începutul fuziune termonucleară. O astfel de idee este exprimată de celebrul Enrico Fermi, participant la proiectul de creare a bombei atomice americane. În 1946 sub conducerea Edward Teller în laboratorul Los Alamos lansează un proiect științific privind utilizarea energiei termonucleare (nu pentru bombe!).

Câțiva ani mai târziu, la 1 noiembrie 1952, armata SUA a detonat primul dispozitiv de fuziune din lume, așa-numita bombă cu hidrogen, în Atolul Pacificului. Ениветок. Anul urmator URSS creează și detonează cu succes o bombă cu hidrogen. Deci, de fapt, omenirea folosește fuziunea de mai bine de 60 de ani, dar. în scopuri distructive. Nu există o modalitate de a folosi această cantitate uriașă de energie în mod rațional?

Lorzi de plasmă

Iată câteva informații suplimentare despre tehnologia în sine. Din punct de vedere al energiei, temperatura optimă a plasmei (starea materiei care apare în reacțiile termonucleare) este de ordinul 100 de milioane de grade. Dar această temperatură este de câteva ori mai mare decât în ​​miezul Soarelui! Cum putem face față unui astfel de lucru?

Fizicienii sugerează ca această plasmă supraîncălzită să fie ținută în interior prin capcane magnetice speciale. La începutul anilor 50 ai secolului trecut Andrei Saharov și Igor Tam calculați configurația câmpurilor magnetice capabile să țină plasma într-un filament subțire și să împiedice căderea acesteia pe pereții camerei. Pe baza acestor calcule multe astfel de instalații de laborator ale „Tokamak".

Iată ce înseamnă termenul TOKAMAK. Se crede că a apărut ca o abreviere a sintagmei LAroidal KAmasura cu MAbobine putrede. În rusă, „coil” este „coil”, deci nu vă întrebați de ce ultima literă din traducerea mea este „B”.

Elementul principal al construcției este bobina, care trebuie să creeze un câmp magnetic extrem de puternic. Camera de lucru a „Tokamak” este umplută cu un gaz special și, atunci când este eliberată o gaură mică, sub acțiunea câmpurilor de vortex, se dezvoltă ionizarea intensivă a gazului din cameră, care îl transformă în plasmă. Se formează apoi un filament de plasmă, care se deplasează în jos în camera toroidală. Câmpurile magnetice mențin firul în echilibru și îi conferă o formă care îl împiedică să atingă pereții și să-i ardă.

În prezent, în dispozitivele de laborator „Tokamak” se atinge temperatura plasmei formidabilele 520 de milioane de grade! Dar acesta este doar începutul drumului. Tokamak nu este o centrală electrică în sine, dimpotrivă - aspiră energie și nu dă nimic în schimb. Prin urmare, adevărata centrală termonucleară trebuie creată cu ideea de a lucra exact în direcția opusă.

Una dintre cele mai importante sarcini pentru fizicieni este determinarea tipului exact de „combustibil” utilizat. Reacția bazată pe fuziunea nucleilor izotopi de hidrogen este aproape ideală pentru un reactor de energie - deuteriu și tritiu, rezultând formarea unui nucleu de heliu 4 plus 1 neutron. Pentru sursele de deuteriu avem cu toții apă de mare. Iar tritiul se obține cel mai ușor din litiu iradiat de neutroni.

Plasma trebuie apoi încălzită la 100 de milioane de grade și îngroșată puternic, rămânând în această stare mult timp. Dar toate aceste lucruri din punctul de vedere al proiectării tehnice sunt destul de complexe și costisitoare. Din cauza acestor obstacole, dezvoltarea acestui tip de energie a fost întârziată de ani de zile. În plus, țările nu erau pregătite să finanțeze un proiect atât de important până când nu existau dovezi puternice de succes.

ITER - o cale spre viitor

Gigantul URSS, unde a fost construit unicul Tokamak cu ani în urmă nu mai există, dar ideea de a stăpâni energia termonucleară nu a murit. Și țările de frunte în domeniu știu deja că rezolvarea acestei probleme este posibilă numai cu eforturi comune.

Construcția primului reactor termonuclear experimental, adaptat pentru a genera electricitate reală, este deja în desfășurare. El este situat în Kadarash - sud-estul Franței și forțele și-au unit forțele pentru a realiza acest proiect revoluționar Rusia, Statele Unite, Uniunea Europeană, Japonia, China, Coreea de Sud, India și Kazahstan.

Dacă trebuie să fim preciși, instalația care va fi construită acolo nu va funcționa în curând ca o adevărată centrală termonucleară, ci va aduce omenirea mai aproape de adevăratul său aspect. Se numește ITER probabil nu întâmplător. Abrevierea înseamnă Reactor experimental termonuclear internațional, dar are și o semnificație simbolică, deoarece în latină iter înseamnă „drum”. Așadar, reactorul din Kadarash își propune să deschidă drumul către energia de fuziune a viitorului, care va asigura supraviețuirea rasei umane după epuizarea combustibililor neregenerabili.

ITER va fi construit după cum urmează. În partea sa centrală există o cameră toroidală cu un volum de aproximativ 2000 de metri cubi, umplută cu plasmă de tritiu-deuteriu, încălzită la o temperatură de peste 100 de milioane de grade. Neutronii formați în timpul reacțiilor de fuziune părăsesc „sticla” magnetică și prin această primă barieră cad în spațiul liber din lateral cu o dimensiune de aproximativ 1 metru. În interior, neutronii se ciocnesc cu atomii de litiu, rezultând reacții cu formarea de tritiu - necesare nu numai pentru munca ITER, dar și pentru alte reactoare care vor fi construite în viitor.
În acest proces, prima etapă este încălzită de neutroni la 400 de grade Celsius. Căldura generată, la fel ca în centralele tradiționale, este preluată de un circuit primar de răcire cu un purtător de căldură (conținând, de exemplu, apă sau heliu) și transferată într-un circuit secundar unde este produs abur. La rândul său, merge la turbine care produc electricitate.

Instalarea ITER este o adevărată megamachine. Greutatea ei este de aproximativ 23.000 de tone, raza interioară a camerei toroidale este de 2 metri, iar cea exterioară - mai mult de 6 metri.

Construcția reactorului funcționează de câțiva ani, dar când se va obține exact primul randament pozitiv de energie nu este clar. Conform planurilor, ITER poate produce 200.000 de kilowați-oră de energie - echivalentul celei conținute în 70 de tone de cărbune. Cantitatea de litiu necesară pentru aceasta este conținută într-o mini-baterie pentru computer și cantitatea de deuteriu - în 45 de litri de apă! Și, în plus, producția acestei energii va fi complet ecologică și nepoluantă!

Dacă calculăm ideea destul de aproximativ, atunci deuteriul poate fi extras din apă timp de milioane de ani, iar rezervele de litiu ușor recuperabile sunt suficiente pentru sute de ani viitori. Și chiar dacă se termină la un moment dat, fizicienii o vor putea extrage din apa de mare.

Fapte interesante

În cele din urmă, iată câteva fapte interesante interesante de pe site-ul web ITER - www.iter.org

100.000 de kilometri de cablu
Sistemul supraconductor al ITER este compus din aproximativ 100.000 de kilometri de sârmă din aliaj de staniu-niobiu (Nb3Sn). Ele formează toroizi atât de necesari, generând un câmp magnetic care deține plasmă. A fost fabricat în diferite țări din Europa, China, Japonia, Coreea, Rusia și Statele Unite din 2009. Dacă întindeți aceste fire pe lungime, acestea vor orbita Pământul mai mult de două ori la ecuator.

Drum special de 104 km
Cele mai grele componente ITER vor fi livrate la cel mai apropiat port mediteranean și apoi transportate 104 km pe un drum special construit numit Calea ITER. Dimensiunile acestor componente sunt impresionante. Cel mai greu va cântări aproape 900 de tone cu vehiculul, iar cel mai mare va fi la fel de înalt ca o clădire cu 4 etaje. Unele părți vor avea o lungime de până la 33 de metri.

150 de milioane de grade
Temperatura suprafeței noastre Soarele are 6000 de grade. Și în centrul său - 15 milioane. Temperatura este combinată cu presiunea enormă din nucleul său pentru a obține condițiile necesare fuziunii. Și pentru că aceste condiții gravitaționale nu pot fi reproduse pe Pământ, sunt necesare temperaturi mult mai ridicate pentru a compensa procesul. Prin urmare, dispozitivul ITER Tokamak va atinge o temperatură de 150 de milioane de grade Celsius - de 10 ori mai mare decât cea din miezul Soarelui.

23.000 de tone
ITER va cântări până la 23.000 de tone. Dacă comparăm această cantitate de metal cu cea din Turnul Eiffel (7300 tone), se dovedește că reactorul va cântări până la trei Turnuri Eiffel. Vasul de vid care acoperă reactorul, împreună cu conductele și alte instalații, va cântări încă 8.000 de tone. Și toată această mașină complexă va avea încorporate în jur de 1 milion de componente individuale!

De 2 ori ridicarea unei navete
Structura solenoidului central al ITER este imensă, greu 1000 de tone de electromagnet. Va fi suficient de puternic pentru a se compara cu puterea a două navete spațiale și a ridicării lor. Se estimează că magnetul va avea o putere de 60 meganewtoni, sau calculat în sarcină utilă pentru lansarea în spațiu - aproximativ 6000 de tone!

400.000 de tone
Placa seismică care va ține întreaga instalație trebuie să fie cu adevărat serioasă. Baza, pe care se află totul, cântărește aproximativ 400.000 de tone, inclusiv construcții Deasupra ei.

5000 de oameni
În timpul activității de vârf în jurul construcției ITER, care se așteaptă să fie în 2018 - 2019, aproximativ 5.000 de persoane vor fi angajate să lucreze la construcție. Începând cu 2014, numărul lor total (muncitori + alt personal) era doar 1400.

500 de megawați
Scopul programului ITER este de a produce mai multă energie decât a investit și de a demonstra utilitatea viitoarelor reactoare de acest tip. ITER este conceput pentru a produce 500 de megawatti de energie de ieșire împotriva a 50 de megawatti de intrare. De peste zece ori energie utilă, literalmente „ieșită din nicăieri”. Recordul de astăzi pentru energia de ieșire este de numai 16 megawați și este deținut de instalația din Kulum, Marea Britanie.