ИТЭР - ITER

Координаты : 43.70831 ° N 5.77741 ° E 43 ° 42′30 ″ с.ш., 5 ° 46′39 ″ в.д. /  / 43.70831; 5,77741

ИТЭР
Логотип ИТЭР NoonYellow.svg
Участники ИТЭР.svg
Восемь участвующих членов
Формирование 24 октября 2007 г.
Штаб-квартира Сен-Поль-ле-Дюранс , Франция
Членство
 Китай Европейский союз Индия Япония Россия Южная Корея США
 
 
 
 
 
 

Другие: Австралия Канада Казахстан Таиланд Соединенное Королевство (в рамках Соглашения ЕС по энергетике ) Швейцария (как член Евратома )
 
 
 
 
 
  
Генеральный директор
Бернар Биго
Веб-сайт www .iter .org
ИТЭР
Экспонат ИТЭР (01810402) (12219071813) (обрезано) .jpg
Малогабаритная модель ИТЭР
Тип устройства Токамак
Место нахождения Сен-Поль-ле-Дюранс , Франция
Технические характеристики
Большой радиус 6,2 м (20 футов)
Объем плазмы 840  м 3
Магнитное поле 11,8  Тл (пиковое тороидальное поле на катушке)
5,3  Тл (тороидальное поле на оси)
Тл (пиковое полоидальное поле на катушке)
Мощность нагрева 320  МВт (эл. Ввод)
50  МВт (поглощенное тепло)
Сила термоядерного синтеза МВт (производство электроэнергии)
500  МВт (тепловая от термоядерного синтеза)
Продолжительность разряда вплоть до 1000  с
История
Дата (даты) постройки 2013 - 2025 гг.

ИТЭР (первоначально Международный термоядерный экспериментальный реактор , «iter» означает «путь» или «путь» на латыни) - это международный мегапроект в области исследований и инженерии ядерного синтеза, направленный на воспроизведение процессов синтеза Солнца для создания энергии на Земле. После завершения строительства и первой плазмы, запланированного на конец 2025 года, это будет крупнейший в мире эксперимент по физике плазмы с магнитным удержанием и крупнейший экспериментальный ядерный термоядерный реактор токамак , который строится рядом с объектом Кадараш на юге Франции. ИТЭР будет крупнейшим из более чем 100 термоядерных реакторов, построенных с 1950-х годов, с объемом плазмы в десять раз больше, чем любой другой токамак, работающий сегодня.

Долгосрочная цель исследований в области термоядерного синтеза - производство электроэнергии. Заявленная цель ИТЭР - научные исследования и демонстрация технологии большого термоядерного реактора без выработки электроэнергии. Цели ИТЭР заключаются в следующем: добиться синтеза, достаточного для выработки тепловой выходной мощности, в 10 раз превышающей тепловую мощность, поглощаемую плазмой в течение коротких периодов времени; продемонстрировать и протестировать технологии, которые потребуются для работы термоядерной электростанции, включая криогенику, системы нагрева, управления и диагностики, включая дистанционное обслуживание; добиваться и извлекать уроки из горящей плазмы; для тестирования размножения трития ; и продемонстрировать безопасность термоядерной установки.

Термоядерный термоядерный реактор ИТЭР будет использовать более 300 МВт электроэнергии, чтобы заставить плазму поглощать 50 МВт тепловой мощности, создавая 500 МВт тепла от термоядерного синтеза в течение периодов от 400 до 600 секунд. Это означало бы десятикратное увеличение мощности нагрева плазмы или, если измерять тепловую мощность на входе и выходе, Q ≥ 10. Европейский проект по термоядерному синтезу STOA предупреждает, что эта цифра относится только к энергии самой плазмы, а также к практическому улавливанию. Использование этой энергии для производства электроэнергии приведет к значительному снижению эффективности, преодолеть которую ИТЭР не предназначен. Текущий рекорд по производству энергии с использованием ядерного синтеза удерживается реактором Joint European Torus , который в 1997 году выдал 24 МВт тепловой мощности для создания плазмы мощностью 16 МВт при Q = 0,67. Помимо нагрева плазмы, общее электричество потребляемая реактором и установками будет колебаться от 110 МВт до 620 МВт пикового значения в течение 30-секундных периодов во время работы в плазме. В исследовательском реакторе вырабатываемая тепловая энергия не будет преобразовываться в электричество, а просто сбрасываться .

ИТЭР финансируется и управляется семью участниками: Европейским союзом , Китаем , Индией , Японией , Россией , Южной Кореей и США ; Великобритания и Швейцария участвуют через Еврат, в то время как проект имеет соглашение о сотрудничестве с Австралией, Казахстаном и Канадой.

Строительство комплекса ИТЭР началось в 2013 году, а сборка токамака началась в 2020 году. Первоначальный бюджет составлял около 6 миллиардов евро, но общая стоимость строительства и эксплуатации прогнозируется в размере от 18 до 22 миллиардов евро; по другим оценкам, общая стоимость составляет от 45 до 65 миллиардов долларов, хотя ИТЭР оспаривает эти цифры. Независимо от окончательной стоимости, ИТЭР уже был назван самым дорогим научным экспериментом всех времен, самым сложным инженерным проектом в истории человечества и одним из самых амбициозных человеческих совместных проектов с момента создания Международной космической станции (100 миллиардов евро. бюджет) и Большой адронный коллайдер (бюджет 7,5 млрд евро).

Планируемый преемник ИТЭР , DEMO на основе EUROfusion , как ожидается, станет одним из первых термоядерных реакторов, вырабатывающих электроэнергию в экспериментальных условиях.

Фон

ИТЭР будет производить энергию путем сплавления дейтерия и трития с гелием.

Fusion направлен на воспроизведение процесса, происходящего в звездах, где интенсивное тепло в ядре объединяет ядра и производит огромное количество энергии в виде тепла и света. Использование термоядерной энергии в земных условиях обеспечило бы достаточное количество энергии для удовлетворения растущего спроса, причем делать это экологически устойчивым образом, оказывая относительно небольшое воздействие на окружающую среду. Один грамм дейтерий-тритиевой топливной смеси в процессе ядерного синтеза производит 90 000 киловатт-часов энергии, или эквивалент 11 тонн угля.

В ядерном синтезе используется другой подход к традиционной ядерной энергии. Современные атомные электростанции полагаются на ядерное деление, когда ядро ​​атома расщепляется для высвобождения энергии. Ядерный синтез включает несколько ядер и использует сильное тепло для их объединения, процесс, который также высвобождает энергию.

Ядерный синтез имеет много потенциальных преимуществ. Топлива относительно много, и его можно производить в термоядерном реакторе. После предварительных испытаний с дейтерием ITER будет использовать смесь дейтерия и трития для синтеза из-за высокого энергетического потенциала этой комбинации. Первый изотоп, дейтерий , можно извлечь из морской воды , а это значит, что это почти неисчерпаемый ресурс. Второй изотоп, тритий , встречается в природе только в следовых количествах, и предполагаемые мировые запасы (в основном производимые тяжеловодными реакторами деления CANDU ) составляют всего 20 килограммов в год, что недостаточно для электростанций. ИТЭР будет испытывать бланкетную технологию воспроизводства трития , которая позволит будущему термоядерному реактору создавать собственный тритий и, таким образом, быть самодостаточным. Кроме того, термоядерный реактор практически не будет производить выбросов CO 2 или загрязнителей атмосферы, не будет никаких шансов на расплавление, а его радиоактивные отходы будут в основном очень недолговечными по сравнению с продуктами, производимыми обычными ядерными реакторами (реакторами деления).

21 ноября 2006 года семь партнеров по проекту официально согласились профинансировать создание термоядерного реактора. Предполагается, что программа рассчитана на 30 лет: 10 лет на строительство и 20 лет эксплуатации. Первоначально предполагалось, что ИТЭР будет стоить около 5 миллиардов евро. Однако из-за задержек, роста цен на сырье и изменений первоначального проекта официальная бюджетная оценка увеличилась до 18-20 миллиардов евро.

Ожидалось, что на строительство реактора уйдет 10 лет, и ИТЭР планировал испытать свою первую плазму в 2020 году и достичь полного термоядерного синтеза к 2023 году, однако в настоящее время график предусматривает испытание первой плазмы в 2025 году и полного термоядерного синтеза в 2035 году. Подготовка площадки началась в Кадараш , Франция, и президент Франции Эммануэль Макрон начали этап сборки проекта на церемонии в 2020 году. В соответствии с пересмотренным графиком работы по достижению первого разряда водородной плазмы в настоящее время завершены на 70% и рассматриваются в соответствии с графиком.

Когда начнутся термоядерные эксперименты, заявленная цель ИТЭР - стать первым термоядерным устройством, производящим чистую энергию. Согласно официальным расчетам, в плазму будет введено 50 МВт тепловой мощности для создания термоядерной мощности 500 МВт для 400-секундных импульсов. При ядерном синтезе коэффициент усиления энергии синтеза выражается символом Q, где Q = 1 - ситуация безубыточности. Это означает, что цель ИТЭР - достичь минимальной энергии термоядерного синтеза Q = 10. Это сравнимо с текущим рекордом термоядерного синтеза, достигнутым JET , когда он впрыснул 24 МВт тепловой энергии для создания выходной энергии термоядерного синтеза 16 МВт, что означало добротность 0,67.

Однако существует альтернативный расчет энергии термоядерного синтеза, «инженерный» Q, который учитывает всю энергию, необходимую для работы термоядерного реактора, а не только энергию, используемую для нагрева плазмы. Как поясняется в книге « ИТЭР: гигантский термоядерный реактор» , написанной бывшим директором ИТЭР Мишелем Клаессенсом, «некоторые наблюдатели подсчитали, что ИТЭР будет использовать 300 МВт электроэнергии для производства эквивалента 500 МВт тепловой мощности, или инженерной Q 1,6. (Используя инженерный Q, общее потребление энергии JET составило 700 МВт электрической мощности для создания пиковой тепловой мощности 16 МВт.)

ИТЭР не будет производить достаточно тепла для производства чистой электроэнергии и, следовательно, не оснащен турбинами для выработки электроэнергии. Вместо этого будет отводиться тепло, выделяемое реакциями плавления. Реакторы класса DEMO, следующие за ИТЭР, предназначены для демонстрации чистого производства электроэнергии. Из-за неэффективности производства электроэнергии и других факторов некоторые инженеры-ядерщики считают, что для жизнеспособности коммерческих термоядерных электростанций требуется добротность 100 - стократная выработка энергии.

История организации

Первоначальное международное сотрудничество по проекту ядерного термоядерного синтеза, положившему начало ИТЭР, началось в 1979 году с Международного токамакского реактора, или INTOR, у которого было четыре партнера: Советский Союз, Европейское сообщество по атомной энергии , США и Япония. Однако проект INTOR застопорился до тех пор, пока Михаил Горбачев не стал генеральным секретарем Коммунистической партии Советского Союза в марте 1985 года. Горбачев сначала возродил интерес к совместному проекту термоядерного синтеза на встрече с президентом Франции Франсуа Миттераном в октябре 1985 года , а затем идея получила дальнейшее развитие. разработана в ноябре 1985 г. на Женевском саммите с Рональдом Рейганом .

Подготовка к саммиту Горбачев-Рейган показала, что никаких ощутимых договоренностей в работе к саммиту не было. Однако проект ИТЭР набирал обороты в политических кругах из-за тихой работы двух физиков: американского ученого Элвина Трайвелписа, который занимал должность директора Управления энергетических исследований в 1980-х годах, и российского ученого Евгения Велихова, который впоследствии возглавил Курчатовский институт ядерных исследований. Оба ученых поддержали проект строительства демонстрационного термоядерного реактора. В то время исследования магнитного термоядерного синтеза продолжались в Японии, Европе, Советском Союзе и США, но Трайвелпис и Велихов полагали, что следующий шаг в исследованиях термоядерного синтеза будет выходить за рамки бюджета любой из ключевых стран, и это сотрудничество будет выгодным. полезен на международном уровне.

Д-р Майкл Роберт, который является директором международных программ Управления термоядерной энергии Министерства энергетики США, объясняет: «В сентябре 1985 года я возглавил группу ученых из США в Москву в рамках нашей двусторонней деятельности по термоядерному синтезу. Однажды за обедом Велихов предложил мне свою идею о совместной работе СССР и США над созданием термоядерного реактора. Я ответил: «Отличная идея», но, с моей точки зрения, у меня нет возможности донести эту идею до президента ».

Это стремление к сотрудничеству в области ядерного синтеза называют ключевым моментом научной дипломатии , но, тем не менее, в правительстве США разгорелась крупная бюрократическая борьба за проект. Одним из аргументов против сотрудничества было то, что Советы будут использовать его для кражи американских технологий и опыта. Второй был символическим и включал американскую критику обращения с советским физиком Андреем Сахаровым . Сахаров был одним из первых сторонников мирного использования ядерных технологий, и вместе с Игорем Таммом он разработал идею токамака, который лежит в основе исследований ядерного синтеза. Однако Сахаров также поддерживал более широкие гражданские свободы в Советском Союзе, и его активность принесла ему Нобелевскую премию мира 1975 года и внутреннюю ссылку в России, против чего он выступил, объявив несколько голодовок. Совет национальной безопасности США созвал встречу под руководством Уильяма Флинна Мартина для обсуждения проекта ядерного синтеза, в результате которого был достигнут консенсус в отношении того, что США должны продвигать этот проект.

Это привело к обсуждению сотрудничества в области ядерного синтеза на саммите в Женеве и опубликованию исторического совместного заявления Рейгана и Горбачева, в котором подчеркивалась «потенциальная важность работы, направленной на использование управляемого термоядерного синтеза в мирных целях, и, в этой связи, поддерживалось максимально широкое практическое развитие международного сотрудничества в получении этого, по сути, неисчерпаемого источника энергии на благо всего человечества ». Для термоядерного сообщества это заявление было прорывом, и оно было подкреплено, когда Рейган упомянул возможности ядерного синтеза на Совместном заседании Конгресса в конце месяца.

В результате сотрудничество по международному термоядерному эксперименту начало продвигаться вперед. В октябре 1986 года на саммите в Рейкьявике был сформирован так называемый «Комитет четырехсторонней инициативы» (Европа через страны Евратома, Япония, СССР и США) для наблюдения за развитием проекта. Год спустя, в марте 1987 года, Комитет Четырехсторонней инициативы собрался в штаб-квартире Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) в Вене. Эта встреча ознаменовала начало исследований по концептуальному дизайну экспериментальных реакторов, а также начало переговоров по эксплуатационным вопросам, таким как правовые основы мирного использования термоядерной технологии, организационная структура и укомплектование персоналом, а также возможное местоположение проекта. На этой встрече в Вене проект получил название «Международный термоядерный экспериментальный реактор», хотя его быстро назвали одним лишь аббревиатурой и латинским значением «путь».

Этапы концептуального и инженерного проектирования выполнялись под эгидой МАГАТЭ. Первоначальные технические цели были установлены в 1992 году, а первоначальная проектная деятельность (EDA) была завершена в 1998 году. Приемлемый подробный проект был утвержден в июле 2001 года для завершения расширенного периода EDA, а затем утвержденный проект прошел проверку проекта, которая начался в ноябре 2006 г. и завершился в декабре 2007 г. Процесс проектирования был трудным из-за споров по таким вопросам, как: должны ли быть круглые поперечные сечения для магнитного удержания или D-образные поперечные сечения. Эти проблемы были частично причиной того, что Соединенные Штаты временно вышли из проекта в 1999 году до того, как снова присоединились к нему в 2003 году.

В то же время группа партнеров ИТЭР расширялась: в 2003 году к проекту присоединились Китай и Южная Корея, а в 2005 году официально присоединилась Индия.

Возникла ожесточенная конкуренция за право размещения проекта ИТЭР, кандидаты сузились до двух возможных площадок: Франции и Японии. Россия, Китай и Европейский союз поддержали выбор Кадараша во Франции, в то время как США, Южная Корея и Япония поддерживают выбор Роккашо в Японии. В июне 2005 г. было официально объявлено, что ИТЭР будет построен на юге Франции на площадке Кадараш. Переговоры, которые привели к этому решению, закончились компромиссом между ЕС и Японией, в котором Японии было обещано 20% исследовательского персонала на французском месте расположения ИТЭР, а также глава административного органа ИТЭР. Кроме того, было согласовано, что 8% бюджета строительства ИТЭР пойдет на партнерские объекты, которые будут построены в Японии.

21 ноября 2006 года на церемонии, устроенной президентом Франции Жаком Шираком в Елисейском дворце в Париже, международный консорциум подписал официальное соглашение о строительстве реактора. Первоначальные работы по расчистке площадки для строительства начались в Кадараше в марте 2007 года, и после того, как это соглашение было ратифицировано всеми партнерами, 24 октября 2007 года была официально учреждена организация ИТЭР.

В 2016 году Австралия стала первым партнером проекта, не являющимся его членом. ИТЭР подписал соглашение о техническом сотрудничестве с Австралийской организацией по ядерной науке и технологиям (ANSTO), предоставляя этой стране доступ к результатам исследований ИТЭР в обмен на строительство отдельных частей машины ИТЭР. В 2017 году Казахстан подписал соглашение о сотрудничестве, заложившее основу для технического сотрудничества между Национальным ядерным центром Республики Казахстан и ИТЭР. Совсем недавно, после сотрудничества с ИТЭР на ранних стадиях проекта, Канада подписала в 2020 году соглашение о сотрудничестве с упором на тритий и связанное с ним оборудование.

В июле 2020 года начался пятилетний этап сборки проекта, запущенный президентом Франции Эммануэлем Макроном в присутствии других участников проекта ИТЭР.

Генеральные директора

ИТЭР контролируется руководящим органом, известным как Совет ИТЭР, который состоит из представителей семи сторон, подписавших Соглашение ИТЭР. Совет ИТЭР отвечает за общее руководство организацией и решает такие вопросы, как бюджет. Совет ИТЭР также назначает генерального директора проекта. На данный момент было три генеральных директора:

Нынешний генеральный директор Бернар Биго был назначен для реформирования системы управления проектом ИТЭР. В январе 2019 года Совет ИТЭР единогласно проголосовал за повторное назначение Биго на второй пятилетний срок.

Цели

Заявленная миссия ИТЭР - продемонстрировать возможность использования термоядерной энергии в качестве крупномасштабного безуглеродного источника энергии. В частности, проект преследует следующие цели:

  • На мгновение создайте термоядерную плазму с тепловой мощностью, в десять раз превышающей введенную тепловую мощность ( значение Q, равное 10).
  • Создайте стационарную плазму со значением Q больше 5. ( Q = 1 - это научная безубыточность, как определено в коэффициенте выигрыша энергии термоядерного синтеза ).
  • Поддерживайте термоядерный пульс до 8 минут.
  • Разработка технологий и процессов, необходимых для термоядерной электростанции, включая сверхпроводящие магниты и удаленное управление (обслуживание с помощью робота).
  • Проверьте концепции воспроизводства трития .
  • Усовершенствуйте технологию нейтронной защиты / преобразования тепла (большая часть энергии в реакции синтеза D + T выделяется в виде быстрых нейтронов).

Цели проекта ИТЭР не ограничиваются созданием устройства ядерного синтеза, но гораздо шире, включая создание необходимых технических, организационных и материально-технических возможностей, навыков, инструментов, цепочек поставок и культуры, позволяющих управлять такими мегапроектами среди стран-участниц, начальной загрузкой. их местные отрасли ядерного синтеза.

Хронология и статус

Аэрофотоснимок площадки ИТЭР в 2018 г.
Статус строительства ИТЭР в 2018 году
Аэрофотоснимок площадки ИТЭР в 2020 году

По состоянию на май 2021 года готовность ITER для получения первой плазмы составила более 78%. Старт намечен на конец 2025 года.

Начало проекта можно отнести к 1978 году, когда Европейская комиссия , Япония , США и СССР объединились для проведения Международного семинара по реакторам токамака (INTOR). Эта инициатива проводилась под эгидой Международного агентства по атомной энергии, и ее цели заключались в оценке готовности магнитного термоядерного синтеза к переходу на стадию экспериментального энергетического реактора (EPR), в определении дополнительных НИОКР, которые необходимо провести, и в определении характеристики такого EPR с помощью концептуального проекта. С 1978 до середины 1980-х годов сотни ученых и инженеров в области термоядерного синтеза в каждой участвующей стране приняли участие в подробной оценке системы локализации токамака и конструктивных возможностей использования энергии ядерного синтеза.

В 1985 году на саммите в Женеве в 1985 году Михаил Горбачев предложил Рональду Рейгану , чтобы две страны совместно взяли на себя строительство токамака EPR, как это было предложено семинаром INTOR. Проект ИТЭР был начат в 1988 году.

Земля была заложена в 2007 году, а строительство комплекса токамака ИТЭР началось в 2013 году.

Сборка машины была начата 28 июля 2020 года. Ожидается, что строительство установки будет завершено в 2025 году, когда можно будет начать ввод в эксплуатацию реактора, а первые плазменные эксперименты планируется начать в конце того же года. Когда ИТЭР вступит в строй, это будет крупнейший в мире эксперимент по физике плазмы с магнитным удержанием с объемом плазмы 840 кубических метров, что в 8 раз превзойдет Объединенный европейский тор .

Основные этапы проекта
Дата Мероприятие
1988 г. Официально инициирован проект ИТЭР. Работы по концептуальному проектированию велись с 1988 по 1990 год.
1992 г. Инженерно-конструкторская деятельность с 1992 по 1998 гг.
2006 г. Утверждение сметы расходов в 10 миллиардов евро (12,8 миллиардов долларов США), предполагающая начало строительства в 2008 году и завершение через десять лет.
2007 г. Строительство сайта начинается
2008 г. Начало подготовки площадки, начало маршрута ИТЭР.
2009 г. Завершение подготовки площадки.
2010 г. Начало раскопок комплекса Токамак .
2013 Начинается строительство комплекса токамаков.
2015 г. Строительство токамака началось, но график продлен как минимум на шесть лет.
2017 г. Актовый зал готов к оборудованию.
2018–2025 гг. Сборка и интеграция:
  • Декабрь 2018: завершено строительство бетонной опоры.
  • Июль 2019: нижний и нижний цилиндры криостата собраны по частям.
  • Апрель 2020 года: завершено строительство первого участка вакуумной камеры.
  • Май 2020: установлена ​​нижняя часть криостата, начата сборка токамака.
  • Июль 2020 года: формально начата сборка машин.
  • Октябрь 2020: начать сварку вакуумного сосуда вместе.
  • Июнь 2022 г. (план): смонтирован вакуумный сосуд.
  • Ноябрь 2023 г. (план): начата установка центрального соленоида.
2025 г.
  • Планируется: окончание сборки; начинается этап ввода в эксплуатацию.
  • Планируется: достижение первой плазмы .
2035 г. Планируется: запуск дейтерий-тритиевой операции.

Обзор реактора

Когда дейтерий и тритий сливаются, два ядра объединяются, образуя ядро гелия ( альфа-частицу ) и нейтрон высокой энергии .

2
1
D
+ 3
1
Т
4
2
Он
+ 1
0
п
+ 17,59  МэВ

В то время как почти все стабильные изотопы, более легкие в периодической таблице, чем железо-56 и никель-62 , которые имеют самую высокую энергию связи на нуклон , будут сливаться с некоторыми другими изотопами и выделять энергию, дейтерий и тритий на сегодняшний день являются наиболее привлекательными для производства энергии. поскольку для этого им требуется самая низкая энергия активации (а значит, самая низкая температура), при этом производя наибольшее количество энергии на единицу веса.

Все прото- и средние звезды излучают огромное количество энергии, генерируемой процессами термоядерного синтеза. Масса для массы, процесс синтеза дейтерия и трития высвобождает примерно в три раза больше энергии, чем деление урана-235, и в миллионы раз больше энергии, чем химическая реакция, такая как горение угля. Задача термоядерной электростанции - использовать эту энергию для производства электроэнергии.

Энергии активации (в большинстве термоядерных систем это температура, необходимая для инициирования реакции) для термоядерных реакций обычно высоки, потому что протоны в каждом ядре будут стремиться сильно отталкиваться друг от друга, поскольку каждый из них имеет одинаковый положительный заряд . Эвристическим для оценки скорости реакции является то , что ядра должны быть в состоянии получить в пределах 100 femtometers (1 × 10 -13 метров) друг от друга, когда ядра все чаще будут проходить квантовое туннелирование мимо электростатического барьера и поворотную точку , где сильны ядерная сила и электростатическая сила одинаково уравновешены, что позволяет им слиться. В ИТЭР такое расстояние сближения стало возможным благодаря высоким температурам и магнитному удержанию. ИТЭР использует охлаждающее оборудование, такое как крионасос, для охлаждения магнитов почти до абсолютного нуля . Высокие температуры дают ядрам достаточно энергии, чтобы преодолеть их электростатическое отталкивание (см. Распределение Максвелла – Больцмана ). Для дейтерия и трития оптимальные скорости реакции происходят при температурах выше 100 миллионов ° C. В ИТЭР плазма будет нагрета до 150 миллионов ° C (примерно в десять раз больше температуры в ядре Солнца ) за счет омического нагрева (пропускания тока через плазму). Дополнительный нагрев применяется с использованием инжекции нейтрального луча (который пересекает силовые линии магнитного поля без общего отклонения и не вызывает большого электромагнитного нарушения) и радиочастотного (RF) или микроволнового нагрева.

При таких высоких температурах частицы обладают большой кинетической энергией и, следовательно, скоростью. Если они не ограничены, частицы будут быстро вылетать, забирая с собой энергию, охлаждая плазму до точки, в которой энергия больше не вырабатывается. Успешный реактор должен будет удерживать частицы в достаточно малом объеме в течение достаточно длительного времени, чтобы большая часть плазмы слилась. В ИТЭР и многих других реакторах магнитного удержания плазма, газ заряженных частиц, удерживается с помощью магнитных полей. Заряженная частица, движущаяся в магнитном поле, испытывает силу, перпендикулярную направлению движения, что приводит к центростремительному ускорению , тем самым ограничивая ее движение по кругу или спирали вокруг линий магнитного потока. ITER будет использовать четыре типа магнитов для удержания плазмы: центральный соленоидный магнит, полоидальные магниты по краям токамака, 18 D-образных катушек тороидального поля и корректирующие катушки.

Также необходим твердый защитный сосуд, как для защиты магнитов и другого оборудования от высоких температур, энергичных фотонов и частиц, так и для поддержания почти полного вакуума для заполнения плазмы. Защитный сосуд подвергается обстрелу очень энергичных частиц, при этом электроны, ионы, фотоны, альфа-частицы и нейтроны постоянно бомбардируют его и разрушают структуру. Материал должен быть спроектирован так, чтобы выдерживать эту среду, чтобы электростанция была экономичной. Испытания таких материалов будут проводиться как в ИТЭР, так и в IFMIF (Международная установка по облучению термоядерных материалов).

Как только термоядерный синтез начался, нейтроны высокой энергии будут излучаться из реактивных областей плазмы, легко пересекая силовые линии магнитного поля из-за нейтральности заряда (см. Поток нейтронов ). Поскольку большую часть энергии получают нейтроны, они будут основным источником энергии для ИТЭР. В идеале альфа-частицы будут расходовать свою энергию в плазме, дополнительно нагревая ее.

Внутренняя стенка защитной оболочки будет иметь 440 модулей бланкета, которые предназначены для замедления и поглощения нейтронов надежным и эффективным образом и, следовательно, защиты стальной конструкции и сверхпроводящих магнитов тороидального поля. На более поздних этапах проекта ИТЭР экспериментальные модули бланкета будут использоваться для тестирования воспроизводства трития для топлива из литийсодержащих керамических гальок, содержащихся в модуле бланкета, после следующих реакций:

1
0
п
+ 6
3
Ли
3
1
Т
+ 4
2
Он
1
0
п
+ 7
3
Ли
3
1
Т
+ 4
2
Он
+ 1
0
п

где нейтрон-реагент доставляется реакцией DT-синтеза.

Энергия, поглощенная быстрыми нейтронами, извлекается и передается в теплоноситель первого контура. Затем эта тепловая энергия будет использоваться для питания турбины, вырабатывающей электричество, на реальной электростанции; в ИТЭР эта система производства электроэнергии не представляет научного интереса, поэтому тепло будет извлекаться и утилизироваться.

Технический дизайн

Чертеж токамака ИТЭР и комплексных систем завода
Чертеж токамака ИТЭР и комплексных систем завода

Вакуумный сосуд

Поперечный разрез части планируемого термоядерного реактора ИТЭР.

Вакуумный сосуд является центральной частью машины ИТЭР: стальной контейнер с двойными стенками, в котором плазма удерживается с помощью магнитных полей.

ИТЭР вакуумный сосуд будет в два раза больше и в 16 раз тяжелее любого ранее изготовленного слитое судно: каждый из девять торы -образных сектора будет весить около 500 тонн на общую массу 5000 тонн. С учетом всех защитных и портовых конструкций это в сумме составляет 5 116 тонн. Его внешний диаметр составит 19,4 метра (64 фута), а внутренний 6,5 метра (21 фут). После сборки вся конструкция будет иметь высоту 11,3 метра (37 футов).

Основная функция вакуумного сосуда - создание герметичного контейнера для плазмы. Его основные компоненты - это основное судно, портовые конструкции и вспомогательная система. Главный сосуд представляет собой двустенную конструкцию с полоидальными и тороидальными ребрами жесткости между оболочками толщиной 60 миллиметров (2,4 дюйма) для усиления конструкции сосуда. Эти ребра также образуют проходы для охлаждающей воды. Пространство между двойными стенами заполнят щитовые конструкции из нержавеющей стали. Внутренние поверхности сосуда будут действовать как интерфейс с модулями родительского стада, содержащими компонент одеяла родительского стада. Эти модули будут обеспечивать защиту от нейтронов высокой энергии, образующихся в реакциях термоядерного синтеза, а некоторые из них также будут использоваться для концепций воспроизводства трития.

Вакуумный сосуд имеет в общей сложности 44 отверстия, которые называются портами - 18 верхних, 17 экваториальных и 9 нижних портов, которые будут использоваться для операций дистанционного управления, диагностических систем, инжекции нейтрального луча и вакуумной откачки. Дистанционное управление необходимо из-за радиоактивной внутренней части реактора после останова, вызванного нейтронной бомбардировкой во время работы.

Вакуумная откачка будет произведена до начала реакций синтеза, чтобы удалить все молекулы и создать необходимую низкую плотность, которая примерно в миллион раз ниже плотности воздуха.

Одеяло заводчика

В ИТЭР будет использоваться дейтерий-тритиевое топливо, и хотя дейтерия в природе много, тритий встречается гораздо реже, потому что это изотоп водорода с периодом полураспада всего 12,3 года, а природного трития на Земле всего около 3,5 кг. Из-за этих ограниченных наземных поставок трития ключевым компонентом конструкции реактора ИТЭР является бланкет-размножитель. Этот компонент, расположенный рядом с вакуумным сосудом, служит для производства трития в результате реакции с нейтронами из плазмы. Есть несколько реакций, которые производят тритий внутри бланкета. Литий-6 производит тритий посредством (n, t) реакций с замедленными нейтронами, в то время как Литий-7 производит тритий посредством взаимодействия с нейтронами более высоких энергий через (n, nt) реакции.

Концепции бланкета родительского стада включают методы литиево-свинцового охлаждения с гелиевым охлаждением (HCLL), гелиевого слоя с гелиевым охлаждением (HCPB) и литиево-свинцового охлаждения с водяным охлаждением (WCLL). Шесть различных систем воспроизводства трития, известных как модули тестового бланкета (TBM), будут протестированы в ИТЭР и будут иметь общую геометрию бокса. Материалы для использования в качестве нейтронов гальки в концепции НСРВА включают литий метатитанат и литий ортосиликат . Требования к материалам для размножения включают хорошее производство и извлечение трития, механическую стабильность и низкий уровень радиоактивной активации.

Магнитная система

ИТЭР основан на термоядерном синтезе с магнитным удержанием, который использует магнитные поля для удержания термоядерного топлива в плазменной форме. Магнитная система, используемая в токамаке ИТЭР, будет самой большой сверхпроводящей магнитной системой из когда-либо созданных. Система будет использовать четыре типа магнитов для удержания плазмы: центральный соленоидный магнит, полоидальные магниты, катушки тороидального поля и корректирующие катушки. Центральная катушка соленоида будет иметь высоту 18 метров, ширину 4,3 метра и вес 1000 тонн. Он будет использовать сверхпроводящий ниобий-олово, чтобы выдерживать ток 45 кА и создавать пиковое поле более 13 тесла .

18 катушек тороидального поля также будут использовать ниобий-олово. Это самые мощные сверхпроводящие магниты из когда-либо созданных с номинальной пиковой напряженностью поля 11,8 тесла и накопленной магнитной энергией 41 гигаджоуль . В других магнитах ИТЭР с более низким полем (полоидальное поле и катушки коррекции) в качестве сверхпроводящих элементов будет использоваться ниобий-титан .

Дополнительное отопление

Чтобы достичь термоядерного синтеза, частицы плазмы должны быть нагреты до температур, достигающих 150 миллионов ° C, и для достижения этих экстремальных температур необходимо использовать несколько методов нагрева. Внутри самого токамака изменяющиеся магнитные поля вызывают эффект нагрева, но также требуется внешний нагрев. В ИТЭР будет три типа внешнего нагрева:

  • Два инжектора нагревающего нейтрального пучка (HNB) на один миллион вольт , каждый из которых будет обеспечивать около 16,5 МВт горящей плазмы, с возможностью добавления третьего инжектора. Лучи генерируют электрически заряженные ионы дейтерия, которые ускоряются через пять решеток для достижения требуемой энергии 1 МВ, и лучи могут работать в течение всей длительности плазменного импульса, в общей сложности до 3600 секунд. Прототип строится на испытательном стенде нейтрального луча (NBTF), который был построен в Падуе , Италия. Также имеется нейтральный луч меньшего размера, который будет использоваться для диагностики, чтобы помочь обнаружить количество гелиевой золы внутри токамака.
  • Система ионно-циклотронного резонансного нагрева (ICRH), которая вводит в плазму 20 МВт электромагнитной мощности, используя антенны для генерации радиоволн, которые имеют ту же скорость колебаний, что и ионы в плазме.
  • Система электронного циклотронного резонансного нагрева (ECRH), которая нагревает электроны в плазме с помощью высокоинтенсивного пучка электромагнитного излучения.

Криостат

Криостат ИТЭР представляет собой большую конструкцию из нержавеющей стали массой 3850 тонн, окружающую вакуумный резервуар и сверхпроводящие магниты, с целью создания сверххолодной вакуумной среды. Его толщина (от 50 до 250 миллиметров (от 2,0 до 9,8 дюйма)) позволит ему выдерживать нагрузки, вызванные атмосферным давлением, действующим на закрытый объем в 8 500 кубических метров. 9 июня 2020 года компания Larsen & Toubro завершила доставку и установку модуля криостата. Криостат - главный компонент комплекса токамаков, который расположен на сейсмически изолированном основании.

Дивертор

Дивертора представляет собой устройство , в пределах токамака , который позволяет для удаления отходов и примесей из плазмы в то время как реактор работает. В ИТЭР дивертор будет извлекать тепло и золу, которые образуются в процессе термоядерного синтеза, а также защищать окружающие стены и уменьшать загрязнение плазмой.

Дивертор ИТЭР, который сравнивают с массивной пепельницей, состоит из 54 частей из нержавеющей стали, известных как кассеты. Каждая кассета весит около восьми тонн и имеет размеры 0,8 х 2,3 х 3,5 метра. Проектирование и строительство дивертора курирует агентство Fusion For Energy.

Когда токамак ИТЭР находится в эксплуатации, обращенные к плазме блоки выдерживают всплески тепла до 20 мегаватт на квадратный метр, что более чем в четыре раза выше, чем у космического корабля, входящего в атмосферу Земли.

Испытания дивертора проводятся на испытательном стенде дивертора ИТЭР (IDTF) в России. Этот объект был создан в Институте Ефремова в Санкт-Петербурге в рамках Соглашения о закупках ИТЭР, в рамках которого проектирование и производство распространяется на страны-участницы проекта.

Системы охлаждения

Токамак ИТЭР будет использовать взаимосвязанные системы охлаждения для управления теплом, выделяемым во время работы. Большая часть тепла будет отводиться первичным контуром водяного охлаждения, который сам охлаждается водой через теплообменник во вторичном ограждении здания токамака. Вторичный охлаждающий контур будет охлаждаться более крупным комплексом, включающим градирню, трубопровод длиной 5 км (3,1 мили), подающий воду из канала де Прованс, и бассейны, которые позволяют охлаждать охлаждающую воду и проверять ее на химическое загрязнение и тритий перед выпускается в реку Дюранс . Эта система должна будет рассеивать в среднем мощность450 МВт при работе токамака. Система жидкого азота обеспечит дополнительную1300 кВт охлаждения до 80  К (-193,2 ° C; -315,7 ° F), а система с жидким гелием обеспечит75 кВт охлаждения до 4,5 K (−268,65 ° C; −451,57 ° F). Система с жидким гелием будет спроектирована, изготовлена, установлена ​​и введена в эксплуатацию компанией Air Liquide во Франции.

Место нахождения

Расположение Кадараш во Франции

Процесс выбора места для размещения ИТЭР был долгим и затяжным. Япония предложила участок в Роккашо , Аомори . Были рассмотрены два европейских сайта: сайт Cadarache во Франции и сайт Vandellòs в Испании, но Европейский совет по конкурентоспособности назвал Caderache своим официальным кандидатом в ноябре 2003 года. Кроме того, Канада объявила о тендере на сайт в Кларингтоне в мае 2001 года, но отозвала его. с гонки 2003 года.

С этого момента выбор был между Францией и Японией. 3 мая 2005 года ЕС и Япония договорились о процессе урегулирования их спора к июлю. На заключительной встрече в Москве 28 июня 2005 г. участвующие стороны договорились о строительстве ИТЭР в Кадараше, при этом Япония получила привилегированное партнерство, которое включало японского генерального директора проекта и финансовый пакет для строительства объектов в Японии.

Fusion for Energy , агентство ЕС, отвечающее за европейский вклад в проект, находится в Барселоне , Испания. Fusion for Energy (F4E) - совместное предприятие Европейского союза по ИТЭР и развитию термоядерной энергии. По данным сайта агентства:

F4E отвечает за вклад Европы в ИТЭР, крупнейшее в мире научное партнерство, цель которого - продемонстрировать термоядерный синтез как жизнеспособный и устойчивый источник энергии. [...] F4E также поддерживает инициативы в области исследований и разработок в области термоядерного синтеза [...]

В Падуе , Италия, строится испытательная установка нейтрального пучка ИТЭР, нацеленная на разработку и оптимизацию прототипа инжектора нейтрального пучка . Это будет единственный объект ИТЭР за пределами площадки в Кадараше.

Большинство зданий ИТЭР будут или были облицованы чередующимся узором из отражающей нержавеющей стали и серого лакированного металла. Это было сделано из эстетических соображений, чтобы здания гармонично вписывались в окружающую среду, а также для улучшения теплоизоляции.

Участников

В проекте ИТЭР участвуют восемь членов.

В настоящее время Соглашение ИТЭР подписали семь государств: Европейский Союз (через юридически обособленную организацию Евратом ), Китай , Индия , Япония , Россия , Южная Корея и США .

В результате Brexit Великобритания официально вышла из Евратома 31 января 2020 года. Однако в соответствии с условиями Соглашения о торговле и сотрудничестве между ЕС и Великобританией Соединенное Королевство остается членом ИТЭР в рамках Fusion for Energy после окончание переходного периода 31 декабря 2020 года.

В 2007 году ИТЭР подписал Соглашение о сотрудничестве с Казахстаном . В марте 2009 года Швейцария, ассоциированный член Евратома с 1979 года, также ратифицировала присоединение страны к Европейскому внутреннему агентству Fusion for Energy в качестве третьей страны-члена.

В 2016 году ИТЭР объявил о партнерстве с Австралией в целях «технического сотрудничества в областях, представляющих взаимную выгоду и интерес», но Австралия не стала полноправным членом.

Таиланд также играет официальную роль в проекте после подписания соглашения о сотрудничестве между организацией ИТЭР и Таиландским институтом ядерных технологий в 2018 году. Соглашение предусматривает курсы и лекции для студентов и ученых в Таиланде и способствует развитию отношений между Таиландом и проектом ИТЭР. .

Ранее Канада была исключена из числа полноправных членов из-за отсутствия финансирования со стороны федерального правительства. Недостаток финансирования также привел к тому, что Канада отказалась от заявки на площадку ИТЭР в 2003 году. Канада снова присоединилась к проекту в 2020 году через соглашение о сотрудничестве, в котором основное внимание уделялось тритию и оборудованию, связанному с тритием.

Работа ИТЭР контролируется Советом ИТЭР, который имеет право назначать старших сотрудников, вносить поправки в правила, принимать решения по бюджетным вопросам и разрешать дополнительным государствам или организациям участвовать в ИТЭР. Нынешний председатель Совета ИТЭР - Вон Намкунг, а генеральный директор ИТЭР - Бернар Биго .

Члены

Не члены

Отечественные агентства

Каждый участник проекта ИТЭР - Китай, Европейский Союз, Индия, Япония, Корея, Россия и США - создал внутреннее агентство для выполнения своих взносов и обязательств по закупкам. Эти агентства нанимают собственный персонал, имеют собственный бюджет и непосредственно контролируют все промышленные контракты и субподряды.

ИТЭР Китай

Вклад Китая в ИТЭР регулируется через Китайскую международную программу ядерной термоядерной энергии или CNDA. Китайское агентство работает над такими компонентами, как корректирующая катушка, опоры магнитов, первая стена и защитный экран. Китай также проводит эксперименты на своем токамаке HL-2M в Чэнду, чтобы поддержать исследования ИТЭР.

Fusion для энергии

Fusion for Energy , часто называемое F4E, - это агентство Европейского Союза, которое отвечает за европейский вклад в ИТЭР. F4E была основана в 2007 году, ее штаб-квартира находится в Барселоне , Испания, с дополнительными офисами в Кадараше, Франция, Гархинге, Германия, и Роккашо, Япония. F4E отвечает за разработку и производство таких компонентов, как вакуумный резервуар, дивертор и магниты.

ИТЭР-Индия

ИТЭР-Индия - это специальный проект, осуществляемый Индийским институтом исследований плазмы . Научно - исследовательский центр ИТЭР Индии основан в Ахмадабаде в Гуджарате состоянии. Поставки Индии для проекта ИТЭР включают криостат, внутрикорпусную защиту, системы охлаждения и охлаждающей воды.

ИТЭР Япония

Японский национальный институт квантовых и радиологических наук и технологий (QST) в настоящее время является назначенным японским внутренним агентством для проекта ИТЭР. Организация базируется в Тиба , Япония. Япония сотрудничает с организацией ИТЭР и членами ИТЭР, чтобы помочь в разработке и производстве компонентов для токамака, включая систему дистанционного управления бланкетом, центральные соленоидные катушки, системы диагностики плазмы и системы нагрева с инжекцией нейтрального пучка.

ИТЭР Корея

ITER Korea был основан в 2007 году Корейским национальным научно-исследовательским институтом термоядерного синтеза, организация базируется в Тэджоне , Южная Корея. Среди закупок, за которые отвечает ИТЭР Корея, - четыре сектора вакуумной камеры, блок защитного экрана, тепловые экраны и система хранения и доставки трития.

ИТЭР Россия

Россия занимает одну из ключевых позиций в реализации международного проекта ИТЭР. Вклад Российской Федерации в проект ИТЭР заключается в производстве и поставке высокотехнологичного оборудования и основных реакторных систем. Вклад Российской Федерации осуществляется под эгидой Росатома или Государственной корпорации по атомной энергии. Российская Федерация имеет несколько обязательств перед проектом ИТЭР, включая поставку 22 км проводов на основе 80 тонн сверхпроводящих нитей Nb3Sn для намотки катушек тороидального поля и 11 км проводов на основе 40 тонн сверхпроводящих нитей NbTi для обмоток катушки полоидального поля магнитной системы ИТЭР. Россия производит 179 самых энергоемких (до 5 МВт / кв.м) панелей Первой стены. Панели покрыты бериллиевыми пластинами, припаянными к бронзе CuCrZr, которая соединена со стальным основанием. Размер панели до 2 м в ширину, 1,4 м в высоту; его масса около 1000 кг. В обязанности Российской Федерации входит также проведение тепловых испытаний компонентов ИТЭР, обращенных к плазме. Сегодня Россия, благодаря участию в Проекте, имеет полную конструкторскую документацию на реактор ИТЭР.

США ИТЭР

ИТЭР США входит в состав Министерства энергетики США и управляется Окриджской национальной лабораторией в Теннесси. ИТЭР США отвечает как за разработку, так и за производство компонентов для проекта ИТЭР, а участие США включает вклад в систему охлаждения токамака, системы диагностики, линии передачи электронного и ионного циклотронного нагрева, тороидальные и центральные соленоидные магнитные системы, а также системы впрыска пеллет.

Финансирование

В 2006 году соглашение ИТЭР было подписано исходя из ориентировочной стоимости в 5,9 млрд евро на десятилетний период. В 2008 году в результате анализа проекта смета была увеличена примерно до 19 миллиардов евро. Ожидается, что по состоянию на 2016 год общая стоимость строительства и эксплуатации эксперимента превысит 22 миллиарда евро, что на 4,6 миллиарда евро больше оценки 2010 года и 9,6 миллиарда евро по сравнению с оценкой 2009 года.

На июньской 2005 г. конференции в Москве участники сотрудничества ИТЭР согласовали следующее разделение финансовых взносов на этап строительства: 45,5% принимающим членом, Европейским Союзом, а остальное разделено между участниками, не являющимися принимающими сторонами, в размере ставка 9,1% для Китая, Индии, Японии, Южной Кореи, Российской Федерации и США. На этапах эксплуатации и деактивации Евратом будет вносить 34% общих затрат, Япония и США - 13 процентов, а Китай, Индия, Корея и Россия - 10 процентов.

Девяносто процентов взносов будет осуществляться «натурой» с использованием собственной валюты ИТЭР, расчетных единиц ИТЭР (IUA). Хотя финансовый вклад Японии в качестве не принимающего члена составляет одну одиннадцатую от общей суммы, ЕС согласился предоставить ему особый статус, с тем чтобы Япония предоставила две одиннадцатых исследовательского персонала в Кадараче и получила две одиннадцатых от общей суммы. строительные контракты, в то время как взносы сотрудников Европейского Союза и строительных компонентов будут сокращены с пяти одиннадцатых до четырех одиннадцатых.

Вклад Америки в ИТЭР был предметом споров. Министерство энергетики США оценило общие затраты на строительство до 2025 года, включая взносы натурой, в 65 миллиардов долларов, хотя ИТЭР оспаривает этот расчет. После сокращения финансирования ИТЭР в 2017 году Соединенные Штаты в конечном итоге удвоили свой первоначальный бюджет до 122 миллионов долларов в натуральной форме в 2018 году. По оценкам, общий вклад в ИТЭР на 2020 год составил 247 миллионов долларов, что является частью программа Министерства энергетики США по наукам о термоядерной энергии. В соответствии со стратегическим планом, направленным на руководство усилиями Америки в области термоядерной энергии, который был одобрен в январе 2021 года, Министерство энергетики США поручило Консультативному комитету по наукам о термоядерной энергии предположить, что США будут продолжать финансировать ИТЭР в течение десятилетнего периода.

Поддержка европейского бюджета ИТЭР также менялась в ходе проекта. В декабре 2010 года сообщалось, что Европейский парламент отказался утвердить план стран-членов по перераспределению 1,4 миллиарда евро из бюджета для покрытия нехватки затрат на строительство ИТЭР в 2012–2013 годах. Закрытие бюджета на 2010 год потребовало пересмотра этого плана финансирования, и Европейская комиссия (ЕК) была вынуждена выдвинуть предложение по бюджетной резолюции ИТЭР в 2011 году. В конце концов, европейский вклад в ИТЭР на период с 2014 по 2020 год составил установлен на уровне 2,9 млрд евро. Совсем недавно, в феврале 2021 года, Европейский совет одобрил финансирование ИТЭР в размере 5,61 миллиарда евро на период с 2021 по 2027 год.

Производство

Строительство токамака ИТЭР сравнивают со сборкой «гигантской трехмерной головоломки», потому что детали производятся по всему миру, а затем отправляются во Францию ​​для сборки. Эта система сборки является результатом Соглашения ИТЭР, которое предусматривает, что взносы членов должны быть в основном «натурой», поскольку страны производят компоненты, а не предоставляют деньги. Эта система была разработана для предоставления экономических стимулов и опыта слияния в странах, финансирующих проект, и общая структура предусматривала, чтобы 90% членских взносов были материальными или компонентами, а 10% - деньгами.

В результате с момента запуска проекта было подписано более 2800 контрактов на проектирование или изготовление. По оценке министра исследований, образования и инноваций Франции Фредерика Видаля на 2017 год, в строительстве ИТЭР участвовало 500 компаний, и Бернар Биго заявил, что с 2007 года только в Европе генеральным подрядчикам было предоставлено контрактов на сумму 7 миллиардов евро.

Полная сборка токамака находится под контролем в рамках контракта на 174 миллиона евро, присужденного Momentum, совместному предприятию Amec Foster Wheeler (Великобритания), Assystem (Франция) и Kepco (Южная Корея). Одним из крупнейших тендеров стал контракт на 530 миллионов евро на системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также механическое и электрическое оборудование, который был присужден европейскому консорциуму с участием ENGIE (Франция) и Exyte (Германия). Контракт на сборку токамака на сумму 200 млн евро также был заключен с европейским консорциумом Dynamic, в который входят компании Ansaldo Energia (Италия), ENGIE (Франция) и SIMIC (Италия). Французский промышленный конгломерат Daher заключил логистические контракты на сумму более 100 миллионов евро для ИТЭР, включая поставку тяжелых компонентов от различных производителей по всему миру.

В Америке US ITER заключил контракты с американскими компаниями на 1,3 миллиарда долларов с начала проекта, и, по оценкам, еще ожидаются будущие контракты на сумму 800 миллионов долларов. Основные контракты США включают выбор General Atomics для разработки и производства важнейшего центрального соленоидного магнита.

В 2019 году китайский консорциум во главе с China Nuclear Power Engineering Corporation подписал контракт на сборку оборудования в ИТЭР, который стал крупнейшим контрактом в области ядерной энергетики, когда-либо подписанным китайской компанией в Европе.

Россия поставляет магниты и системы вакуумного впрыска для ИТЭР, строительство ведется на Средне-Невском судостроительном заводе в Санкт-Петербурге.

В Индии контракт на строительство криостата, одной из основных частей токамака, был присужден компании Larsen & Toubro , у которых также есть контракты с ИТЭР на системы водяного охлаждения.

Два промышленных лидера Японии, Toshiba Energy Systems & Solutions и Mitsibishi Heavy Industries, имеют контракты на производство катушек тороидального возбуждения для ИТЭР. Строительство еще одной ключевой части токамака, вакуумной камеры, было поручено Hyundai Heavy Industries и строится в Корее.

Критика

Проект ИТЭР подвергался критике за такие вопросы, как его возможное воздействие на окружающую среду, его полезность в качестве реакции на изменение климата, дизайн его токамака и то, как были выражены цели эксперимента.

Когда в 2005 году Франция была объявлена ​​местом реализации проекта ИТЭР, несколько европейских экологов заявили о своем несогласии с проектом. Например, французский политик Ноэль Мамер утверждал, что в результате внедрения ИТЭР борьбе с глобальным потеплением можно будет пренебречь: «Это плохие новости для борьбы с парниковым эффектом, потому что мы собираемся вложить десять миллиардов евро в проект. срок его действия составляет 30–50 лет, когда мы даже не уверены, что он будет эффективен ». Однако другая французская экологическая ассоциация Association des Ecologistes Pour le Nucléaire (AEPN) приветствовала проект ИТЭР как важную часть реакции на климат. изменение.

В более широком секторе термоядерного синтеза ряд исследователей, работающих над системами, не являющимися токамаками, например, независимый ученый по термоядерному синтезу Эрик Лернер , утверждали, что другие проекты термоядерного синтеза будут составлять лишь часть стоимости ИТЭР и могут быть потенциально более жизнеспособными и / или более выгодными. рентабельный путь к термоядерной энергии. Другие критики, такие как Дэниел Джассби, обвиняют исследователей ИТЭР в нежелании решать технические и экономические потенциальные проблемы, создаваемые схемами термоядерного синтеза на токамаках.

Что касается конструкции токамака, одна проблема возникла в результате интерполяции базы данных параметров токамака 2013 года, которая показала, что силовая нагрузка на дивертор токамака будет в пять раз выше ожидаемого ранее значения. Учитывая, что прогнозируемая энергетическая нагрузка на дивертор ИТЭР уже будет очень высокой, эти новые результаты привели к новым инициативам по тестированию конструкции.

Другой вопрос, поднятый критиками в отношении ИТЭР и будущих проектов синтеза дейтерия и трития (DT), - это доступный запас трития. В его нынешнем виде ИТЭР будет использовать все существующие запасы трития для своих экспериментов, и нынешних современных технологий недостаточно для производства трития в количестве, достаточном для удовлетворения потребностей будущих экспериментов с топливным циклом DT для получения термоядерной энергии. Согласно заключению исследования 2020 года, в котором анализировалась проблема трития, «успешная разработка топливного цикла DT для DEMO и будущих термоядерных реакторов требует интенсивной программы НИОКР в ключевых областях физики плазмы и термоядерных технологий».

Ответы на критику

Сторонники считают, что большая часть критики ИТЭР вводит в заблуждение и неточна, в частности, утверждения о «внутренней опасности» эксперимента. Заявленные цели для проекта коммерческой термоядерной электростанции состоят в том, чтобы количество образующихся радиоактивных отходов было в сотни раз меньше, чем в реакторе деления, и чтобы он не производил долгоживущих радиоактивных отходов, и что это невозможно для любых такой реактор должен подвергнуться крупномасштабной цепной реакции безудержного управления . Прямой контакт плазмы с внутренними стенками ИТЭР приведет к ее загрязнению, немедленному охлаждению и остановке процесса термоядерного синтеза. Кроме того, количества топлива, содержащегося в камере термоядерного реактора (полграмма дейтерий-тритиевого топлива), достаточно только для поддержания импульса термоядерного горения от нескольких минут до часа самое большее, тогда как реактор деления обычно содержит несколько лет. стоит топлива. Кроме того, будут внедрены некоторые системы детритирования, так что при уровне запасов топливного цикла около 2 кг (4,4 фунта) ИТЭР в конечном итоге потребуется рециркулировать большие количества трития, а оборот будет на порядки выше, чем у любой предыдущей тритиевой установки в мире. .

В случае аварии (или саботажа) ожидается, что термоядерный реактор выбрасывает гораздо меньше радиоактивного загрязнения, чем обычная ядерная станция деления. Кроме того, термоядерная энергия ИТЭР имеет мало общего с технологией ядерного оружия и не производит расщепляющиеся материалы, необходимые для создания оружия. Сторонники отмечают, что крупномасштабная термоядерная энергия сможет производить надежную электроэнергию по запросу и с практически нулевым загрязнением (не образуются газообразные побочные продукты CO 2 , SO 2 или NO x ).

По мнению исследователей демонстрационного реактора в Японии, термоядерный генератор должен появиться в 2030-х годах, но не позднее 2050-х годов. Япония проводит собственную исследовательскую программу с несколькими действующими объектами, которые изучают несколько путей термоядерного синтеза.

Только в Соединенных Штатах годовой объем продаж электроэнергии составляет 210 миллиардов долларов США. В период с 1990 по 1999 год в электроэнергетический сектор Азии было привлечено 93 миллиарда долларов США в виде частных инвестиций. Эти цифры учитывают только текущие цены. Сторонники ИТЭР утверждают, что инвестиции в исследования сейчас следует рассматривать как попытку получить гораздо большую будущую прибыль, и исследование влияния инвестиций ИТЭР на экономику ЕС в 2017-18 годах пришло к выводу, что `` в среднесрочной и долгосрочной перспективе , вероятно, будет положительная отдача от инвестиций от обязательств ЕС в отношении ИТЭР ». Кроме того, мировые инвестиции в ИТЭР в размере менее 1 миллиарда долларов США в год не являются несовместимыми с параллельными исследованиями других методов производства электроэнергии, которые в 2007 году составили 16,9 миллиарда долларов США.

Сторонники ИТЭР подчеркивают, что единственный способ проверить идеи противостояния интенсивному потоку нейтронов - экспериментально подвергнуть материалы этому потоку, что является одной из основных задач ИТЭР и IFMIF, и обе установки будут иметь жизненно важное значение для этих усилий. Целью ИТЭР является изучение научных и инженерных вопросов, связанных с потенциальными термоядерными электростанциями. Практически невозможно получить удовлетворительные данные о свойствах материалов, которые, как ожидается, будут подвергаться интенсивному потоку нейтронов, и ожидается, что горящая плазма будет иметь свойства, совершенно отличные от свойств плазмы, нагретой извне. Сторонники утверждают, что для ответа на эти вопросы требуется эксперимент ИТЭР, особенно в свете огромных потенциальных преимуществ.

Более того, основное направление исследований с помощью токамаков было развито до такой степени, что теперь возможно предпринять предпоследний шаг в исследованиях физики плазмы магнитного удержания с помощью самоподдерживающейся реакции. В программе исследований токамака недавние достижения, посвященные управлению конфигурацией плазмы, привели к достижению значительного улучшения удержания энергии и давления, что снижает прогнозируемые затраты на электроэнергию от таких реакторов в два раза до значения всего около 50. % больше прогнозируемой стоимости электроэнергии от современных легководных реакторов . Кроме того, прогресс в разработке усовершенствованных конструкционных материалов с низкой активацией поддерживает перспективы создания экологически безопасных термоядерных реакторов, а исследования альтернативных концепций локализации дают надежду на улучшение условий локализации в будущем. Наконец, сторонники утверждают, что другие потенциальные заменители ископаемого топлива имеют собственные экологические проблемы. Солнечная , ветровая и гидроэлектростанция имеют очень низкую удельную мощность на поверхности по сравнению с преемником ITER DEMO, который при мощности 2000 МВт будет иметь плотность энергии, превышающую даже большие электростанции деления.

Безопасность проекта регулируется в соответствии с правилами ядерной энергетики Франции и ЕС. В 2011 году Французское управление по ядерной безопасности (ASN) вынесло положительное заключение, а затем, на основании Закона Франции о ядерной прозрачности и безопасности, заявка на лицензирование стала предметом общественного расследования, что позволило широкой общественности подавать запросы на информацию, касающуюся безопасности. проекта. Согласно опубликованным оценкам безопасности (одобренным ASN), в худшем случае утечки реактора, выбросы радиоактивности не превысят 1/1000 естественного радиационного фона, и никакой эвакуации местных жителей не потребуется. Вся установка включает ряд стресс-тестов для подтверждения эффективности всех барьеров. Все здание реактора построено на почти 500 сейсмических подвесных колоннах, а весь комплекс расположен почти на 300 м над уровнем моря. В целом, чрезвычайно редкие события, такие как 100-летнее наводнение близлежащей реки Дюранс и землетрясения продолжительностью 10 000 лет, были приняты во внимание при проектировании безопасности комплекса, и соответствующие меры безопасности являются частью проекта.

В период с 2008 по 2017 год только в экономике ЕС в рамках этого проекта было создано 34 000 рабочих лет. Предполагается, что в период 2018–2030 годов он создаст еще 74 000 человеко-лет работы и 15,9 млрд евро валовой стоимости.

Похожие проекты

Предшественниками ITER были EAST , SST-1 , KSTAR , JET и Tore Supra . Подобные реакторы включают Wendelstein 7-X . Россия разрабатывает токамак Т-15МД параллельно с участием в ИТЭР. Другие планируемые и предлагаемые термоядерные реакторы включают SPARC , DEMO , NIF , HiPER , MAST , SST-2 , CFETR ( испытательный реактор для термоядерной инженерии в Китае ), aТокамак мощностью 200 МВт и другие термоядерные электростанции, работающие в «ДЕМО-фазе» национального или частного сектора.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

Классенс, Мишель. (2020). ИТЭР: гигантский термоядерный реактор: Солнце на Земле . Springer.

Клери, Дэниел. (2013). Кусочек Солнца . Джеральд Дакворт и Ко.

ИТЭР. (2018). План исследований ИТЭР в рамках поэтапного подхода (уровень III - предварительная версия) . ИТЭР.

Венделл Хортон-младший, К. и Садруддин Бенкадда. (2015). Физика ИТЭР . World Scientific.

внешние ссылки