МЕЖДУНАРОДНЫЙ ПРОЕКТ ИТЭР

ИТЭР это важный шаг в решении энергетических проблем человечества.

ИТЭР - это установка, которая создает условия для синтеза атомов водорода и трития (изотопа водорода), в результате чего образуется новый элемент – атом гелия. При этом высвобождается огромное количество энергии: температура плазмы, в которой идет термоядерная реакция - около 150 млн градусов по Цельсию (для сравнения – температура ядра Солнца 40 млн градусов), выгорают  изотопы, практически не  оставляя радиоактивных отходов.

Наиболее известна реакция слияния ядер изотопов водорода – дейтерия (D) и трития (Т) (Рисунок 1). Вследствие протекания данной реакции газ превращается в полностью  ионизированную плазму. При такой температуре их скорости хватает для преодоления сил кулоновского отталкивания и слияния с образованием нейтрона и ядра гелия (α-частицы) с выделением энергии в 17,6 МэВ на один акт слияния.

Оба изотопа лития Li6(7,5%) и Li7(92,5%) генерируют тритий в следующих реакциях: Li7 + n = He4 + T + n (n =2,47 MэB),

Li6 + n = He4 + T + 4,8 MэB.

Это говорит о том, что топливом для термоядерного реактора являются дейтерий и литий. Достоинства термоядерной энергетики заключаются в следующем:

*   Огромное количество топлива: неисчерпаемы запасы дейтерия в водах мирового океана, в земной коре лития содержится в 200 раз больше, чем урана.

* Более безопасны в плане радиационно-биологической опасности.

* Отсутствие препятствий в расположении термоядерного реактора на местности.

* Отсутствие «тяжелых» РАО (радиоактивных отходов).

* Невозможность самопроизвольного разгона реактора.

Условия протекания энергетически выгодной термоядерной реакции

* Температура топлива (плазмы из дейтерия и трития) должна быть около 100 млн градусов.

*   Должны быть достаточно большими плотность (n) и время «жизни» (τE) горячей плазмы для того, чтобы успели произойти столкновение и слияние ядер дейтерия и трития (τE - время остывания плазмы при выключенной мощности нагрева).

Чтобы реализовать данный проект Япония, Россия, США и Европа объединились для того чтобы разработать технический проект первого в мире экспериментального термоядерного реактора, названного ИТЭР (ITER –International Thermonuclear Experimental Reactor) (Рисунок 2).

Стоимость разработки данного проекта составила примерно 2000 млн долларов США.

От участия в данном проекте Россия получила полную проектную документацию реактора ИТЭР. В Табл.1 представлены проектные параметры термоядерного реактора ИТЭР.

Основные цели программы ИТЭР:

Ø   Использования в мирных целях термоядерной энергии промышленных масштабов.

Ø   Достижение контролируемой термоядерной реакции при десятикратном превышении термоядерной мощности над мощностью, затраченной на создание и нагрев плазмы (Q больше 10).

Ø   Воссоздание режима длительного горения плазмы.

Ø   Разработка и испытание необходимых технологий и систем термоядерного реактора. Технологический проект реактора ИТЭР

В рамках Федеральной целевой программы «Международный термоядерный экспериментальный реактор ИТЭР» Российская Федерация приняла участие в разработке, изготовлении и испытании прототипов основных элементов реактора.

Таблица 1 

Проектные параметры термоядерного реактора ИТЭР

Схема реактора ИТЭР (Рисунок 3) в основном повторяет российский токамак, рожденный в давние 60-е годы ХХ века. Существенными техническими отличиями от первых ТОКАМАКОВ являются введение дивертора – устройства для очистки плазмы от примесей и использование сверхпроводников для создания магнитных полей в реакторе.

Рассматриваются два этапа работы реактора ИТЭР:

1)    реактор будет работать в импульсном режиме при мощности термоядерных реакций 400–500 МВт и длительности импульса примерно 400 с.

2)   будет отрабатываться непрерывной режим работы реактора, а также система воспроизводства трития. При непрерывной работе реактора с мощностью 500 МВт в течение одного года потребуется 20 кг трития. Безопасность

В термоядерном реакторе физически невозможен характер «разгонного» (взрывного) процесса. Безопасность термоядерного реактора обеспечивается за счет концепции глубокоэшелонированной защиты, которая основана на применении трехступенчатой системы физических барьеров на пути распространения ионизирующего излучения, токсических и радиоактивных веществ в окружающую среду, системы мер по сохранению эффективности защиты физических барьеров, а также мер по защите окружающей среды, населения и персонала.

Данный проект отвечает следующему требованию безопасности: не требуется эвакуации населения при авариях различной степени сложности.

О сооружении реактора

Комплекс ИТЭР – это площадка размером 0,4×0,6 км.

В изготовлении реактора принимают участие семь стран: Япония, Россия, Европейский союз, Китай, Республика Корея, Индия, США.

Продолжительность строительства от 8 до 10 лет.

Доля РФ в сооружении – до 10% от стоимости (в основном поставка оборудования). Место строительства: Франция, город Кадараш (Рисунок 4).

Вклад России в проект ИТЭР

Вклад России в проект ИТЭР (Рисунок 5) заключается в поставках основных систем реактора, разработкой и испытанием прототипов, высокотехнологического оборудования, которыми занимались российские специалисты на стадии технического проекта реактора ИТЭР.

Россия получит от участие в реализации проекта ИТЭР следующее:

*    Будет признан научный приоритет РФ, которая предложила миру концепцию установок Токамак в основе создания термоядерной энергетики.

*   Российская Федерация станет полноправным участником проработки технологий получения энергии с помощью управляемого термоядерного синтеза на реакторе ИТЭР и будет обладать технологической и научной базой данных, необходимых для развития энергетики будущего.

*       Изготовление и поставка элементов термоядерного реактора позволит РФ создать ведущие промышленные технологии и увеличить их долю в структуре российского экспорта, а также посодействует созданию в российской промышленности современной международной системы сертификации и контроля качества изготавливаемой продукции.

*     Российская Федерация получит исключительный опыт эксплуатации и сооружения термоядерных реакторов и обеспечит подготовку инженерных и научных кадров для создания последующих энергетических термоядерных реакторов в нашей стране.

Список литературы

1.     Проект государственной программы Развитие науки и технологий на 2012-2020 годы http://aidarkin.sfedu.ru.