В Инженерном подкасте мы разобрались, что кроется за аббревиатурой ИТЭР, в чем заключается особенность термоядерной энергетики. Делимся с нашими читателями!
Что такое ИТЭР и в чём цель этого проекта?
ИТЭР (англ. ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor) – это международный проект экспериментального термоядерного реактора типа токамак. Это самый перспективный термоядерный реактор, который придумало человечество.
Реакторы типа токамак были придуманы еще в Советском Союзе и строятся с 50-х годов. По всему миру таких установок было построено больше двухсот, а на данный момент порядка шестидесяти из них функционирует в разных размерах и вариациях. Ученые пришли к выводу, что для осуществления термоядерной реакции придётся создать «Царь-токамак» – самый большой, самый дорогой, самый сложный токамак. Из-за этих особенностей ни одна страна не в состоянии осуществить проект такого масштаба, поэтому было принято решение сделать его международным.
ИТЭР – это международный токамак, который спроектирован был ещё в 80-х годах. Конечно, дизайн со временем изменялся, но сама идея довольно старая, по ней сейчас его активным образом строят. Находится он во Франции, и у России довольно большая часть в этом проекте. Ожидается, что в нем будет продемонстрирован успешный термоядерный синтез. Ключевой показатель работы – это энергия, которая выделится в термоядерных реакциях. Она должна в 10 раз превысить энергию, которая будет вложена в этот токамак при запуске.
На текущий момент ни в одном из существующих токамаков этот параметр единицу не превысил, то есть в них реакции идут, но всё равно затраты энергии превышают получаемую. А вот в ИТЭР этот показатель по расчетам в 10 раз больше. Поэтому он должен продемонстрировать, что термоядерный реактор может быть энергетически выгодным. Все физики-термоядерщики очень надеются и ждут этого момента.
ИТЭР строят уже много лет, вкладывая в него огромные деньги. Его бюджет оценивают уже больше чем в 22 миллиарда долларов. Но опять важный момент: с чем мы сравниваем. Например, авианосец ВМС США стоит порядка десяти миллиардов долларов. Деньги, конечно, есть, но давать их сумасшедшим физикам на какую-то непонятную идею без гарантии всем боязно. Авианосец понятен, подводная лодка – тоже, поэтому на это деньги выделяются, а на развлечения каких-то непонятных людей пока не очень, но тем не менее всё-таки в этот проект вложились.
В любом случае, заработает установка или нет, она уже принесла огромную пользу для человечества. В процессе разработки ИТРЭРа был создан ряд технологий непосредственно для него, которые могут быть применены во многих высокотехнологичных производствах. Такой проект – это концентрация высокой инженерии во всех областях: криотехнике, магнитной технике, высокочастотной технике, вакуумной технике. Поэтому он тянет за собой развитие всех областей инженерии, технологий, что всегда двигает прогресс.
Какие ваши прогнозы: когда заработает ИТЭР?
Для проекта ИТЭР конкретная дата записана в документах. А вот ответ на вопрос о том, когда заработает термоядерная энергетика, довольно расплывчат. Классический ответ: через 20 лет, и он работает в любое время. В восьмидесятые считали, что через 20 лет, в двухтысячных считали, что через 20. В 2020 мы опять считаем, что через 20 лет заработает. Это немного удручающе, но те темпы, с которым действительно сейчас идёт сборка ИТЭР обнадёживают.
Есть очень чёткий план-график, когда какие системы собираются, когда собираются получить первую плазму и так далее. Первые плазменные эксперименты начнутся в 30х годах. Потом плавно будут наращивать мощность разрядов и уже ближе к концу 30-х годов будут разряды, в которых должна выделяться термоядерная энергия. К пятидесятому году запланирована работа промышленного реактора.
С другой стороны, можно упомянуть проект СПАРК (SPARC) от M.I.T., который уже в 2025ом году обещает показать зажигание с коэффициентом два на высокотемпературных сверхпроводниках. Это сейчас довольно модное направление. Дело в том, что ИТЭР проектировался еще с восьмидесятых, когда использовали традиционные сверхпроводники, низкотемпературными, для которых нужен жидкий гелий и так далее. Впоследствии переделывать его дизайн было поздно, когда вошли в обиход высокотемпературный сверхпроводники. Поэтому в какой-то степени эта машина уже немножко отстала. Сейчас эту идею подхватили и делают уже альтернативную установку на высокотемпературных сверхпроводниках, которые позволяют получить большие поля и не требуют жидкого гелия.
Термояд будет сделан тогда, когда он будет всем нужен. Сегодня люди из энергетики не воспринимают термоядерную энергетику как конкурента, потому что это что-то очень сложное, дорогое и, возможно, неработающее. А как только это будет доказано, на термоядерную энергетику уже совсем другими глазами смотреть, дело пойдет быстрее.
Почему термоядерная энергетика считается недоказанной?
Правильно сказать «не показано», что термоядерный реактор может выдавать положительный выход энергии, потому что все существующие реакторы её только потребляют. Реакции там идут, но энергию только потребляют и не вырабатывают, а вот ИТЭР должен показать, что такой реактор может вырабатывать энергию. В таком случае сразу интерес к этой теме именно со стороны занимающихся энергетикой людей повысится.
Важен еще и инженерный аспект, потому что для людей, которые в будущем будут принимать решение о строительстве атомной или термоядерной станции встанет вопрос технической реализуемости. Если с инженерной точки зрения такой объект будет крайне сложно реализовать, то даже при условии, что этот подход может обеспечить больше выигрыш по энергии, по экологическим вопросам, выбор будет в сторону атомной станции. Она будет в этом случае проще и надежней. Поэтому необходимо не только продемонстрировать принципиальную осуществимость, но и отработать в коммерческом виде технологии, которые позволят этот реактор массово создавать и воспроизводить его работу.
Необходим переход от лабораторных установок, которые перенасыщены сверхдорогими и сложными диагностическими комплексами для именно исследований, к промышленным образцам, где минимум диагностики. При этом оптимизация идёт на стоимость и на надёжность. Это совершенно другой инженерно-технический подход. Такой переход является ключевой задачей ДЕМО (DEMO, англ. DEMOnstration Power Plant). В дорожной карте развития термоядерной энергетики ДЕМО – демонстрационный термоядерный реактор, на котором будет демонстрироваться промышленная работа. То есть ИТЭР – это лабораторная демонстрация зажигания, то ДЕМО – это демонстрация промышленного реактора да некого инвестора. Наработки по проекту существуют, но многом его дизайн будет зависеть от результатов работы ИТЭР.
Читайте другие статьи, по этой теме. Подписывайтесь, чтобы не пропустить продолжение!
Следите за нами в Телеграмме, ВКонтакте, на официальном сайте.
#инженерный_подкаст
#все_ответы_в_науке_МИФИ
#десятилетиенауки #МинобрнаукиРоссии #популяризациянауки
