Расползающийся ландшафт строительных кранов и частично завершенных зданий, наряду с массивным кольцом из металла и стали, был описан The New York Times в марте 2017 года как «современный Стоунхендж». десятилетие с тех пор, как началось строительство Международного термоядерного экспериментального реактора, известного как ИТЭР. Проект, в котором участвуют 35 стран, включая США, направлен на демонстрацию того, что ядерный синтез - соединение изотопов водорода с образованием гелия, тот же самый процесс, посредством которого звезды генерируют свет и тепло, - может стать жизнеспособным источником энергии в будущем для энергетики. -голодный мир.
Проект преследовали задержки, и его прогнозируемая стоимость увеличилась почти в четыре раза за эти годы до 18 миллиардов евро (22 миллиарда долларов) и даже в 2016 году. В отчете Министерства энергетики С., поддерживающем проект, выражается неуверенность в том, будет ли он в конечном итоге успешным. В начале декабря 2017 года официальные лица ИТЭР объявили, что достигли важной вехи, выполнив 50 процентов всех строительных работ, необходимых для достижения «Первой плазмы». Этот начальный этап работы, на котором водород будет превращен в горячий газ с электрическим зарядом, в настоящее время запланирован на 2025 год.
«Когда мы докажем, что термоядерный синтез является жизнеспособным источником энергии, он в конечном итоге заменит сжигание ископаемого топлива, которое является невозобновляемым и неустойчивым», - пояснил Бернар Биго, генеральный директор ИТЭР, в заявлении о проекте. Веб-сайт. «Слияние будет дополнять энергию ветра, солнца и других возобновляемых источников энергии. Демонстрируя возможности синтеза как чистого, безопасного и почти безграничного источника энергии, мы можем оставить сильное наследие будущим поколениям."
В электронном письме профессор Колумбийского университета Джеральд А. Навратил, ведущий исследователь термоядерной энергии, чья работа повлияла на дизайн ИТЭР, описывает веху строительства как «значительное событие в развитии практической термоядерной энергетики».
ИТЭР будет содержать самый большой в мире токамак, магнитное устройство, впервые разработанное советскими исследователями в конце 1960-х годов, которое по существу имитирует сильное тепло и давление внутри внутренней печи звезды. Согласно объяснению на веб-сайте ИТЭР, устройство использует мощный электрический ток для разрушения газообразного водорода, отрывая электроны от ядер с образованием плазмы - горячего, электрически заряженного газа. Когда частицы плазмы получают энергию и сталкиваются, они нагреваются, в конечном итоге достигая температуры от 100 до 300 миллионов градусов по Цельсию (примерно от 180 до 360 миллионов градусов по Фаренгейту). В этот момент ядра водорода получают такую энергию, что могут преодолеть свою естественную склонность отталкиваться друг от друга, так что они могут сливаться с образованием гелия. При этом они выделяют огромное количество энергии.
Как подробно рассказывается в этой статье Всемирной ядерной ассоциации, экспериментальные токамаки генерируют энергию на протяжении десятилетий. Но до сих пор им требовалось больше энергии для работы, чем вырабатывается при синтезе. Но ИТЭР надеется преодолеть это ограничение, частично, за счет одного только размера. В статье New York Times за март 2017 года о проекте токамак описывается как имеющий высоту 100 футов (30,5 метра) и расширяющийся еще на 100 футов в диаметре, а в описании на веб-сайте ИТЭР говорится, что он будет весить более 25 000 фунтов (23 метрических метра). тонн), объемом 30 000 кубических футов (840 кубических метров). Это в 10 раз больше, чем у любого предыдущего устройства.
Больше определенно лучше
Как поясняется на веб-сайте ИТЭР, более крупное устройство с большим объемом создает больше возможностей для термоядерных реакций, увеличивая выходную мощность и делая устройство более эффективным. Если он будет работать, как планировалось, когда он будет полностью введен в эксплуатацию в 2035 году, ИТЭР будет использовать 50 мегаватт потребляемой мощности для выработки 500 мегаватт термоядерной энергии в виде тепла. Хотя ИТЭР не будет использовать эту энергию для выработки электричества, он предназначен для того, чтобы проложить путь для будущих поколений термоядерных электростанций, которые будут это делать.
«Дизайн эксперимента ИТЭР основан на консервативной экстраполяции термоядерных характеристик наших существующих термоядерных устройств», - пишет Навратил в своем электронном письме. «Есть уверенность, что размер и напряженность магнитного поля ИТЭР позволят нам достичь своей цели по производству 500 мегаватт термоядерной энергии с 50 мегаваттами энергии, подводимой к плазме. самонагревающейся плазмы, мы будем использовать эти результаты, чтобы подтвердить наше понимание состояния горящей плазмы и, возможно, открыть некоторые важные новые явления физики плазмы. Информация, которую мы получим от ИТЭР, послужит основой для уверенного проектирования активной зоны следующего шага в развитие термоядерной энергетики, которое будет направлено на производство чистой электроэнергии и заложит основу для коммерческого развертывания термоядерных энергетических систем."
Преимущества перед атомной энергетикой
Согласно пресс-релизу ИТЭР, термоядерные электростанции в конечном итоге будут сопоставимы по стоимости с обычными атомными электростанциями. Но, в отличие от электростанций, термоядерные установки не будут производить радиоактивные отходы, а также решать дорогостоящую проблему, что с ними делать. Термоядерный синтез также будет иметь большое преимущество перед ископаемым топливом, поскольку он не будет выбрасывать в атмосферу огромное количество углекислого газа и других загрязняющих веществ и не будет способствовать изменению климата.
И, как отмечает Навратил, термоядерный синтез также может иметь некоторые преимущества перед низкоуглеродными возобновляемыми источниками энергии.
" В случае успеха термоядерные электростанции, основанные на характеристиках термоядерной плазмы в ИТЭР, обеспечат безуглеродный источник непрерывного производства электроэнергии без недостатков ветряных и солнечных энергетических систем, которые производят электроэнергию только для части в день и нуждаются в накопителях энергии или «резервных» энергосистемах для поддержания стабильной электросети», - объясняет Навратил.«Учитывая многие триллионы долларов, вложенные в инфраструктуру нашей энергетической системы, доступность такого термоядерного источника энергии в конце этого века станет очень важным дополнением к нашим источникам безуглеродной электроэнергии».
Интересно
Согласно ИТЭР, объем водорода размером с ананас потенциально может генерировать столько же энергии путем синтеза, сколько 10 000 метрических тонн (22 040 фунтов) угля.