ITER (ИТЭР; первое название — англ. International Thermonuclear Experimental Reactor, Международный экспериментальный термоядерный реактор; в настоящее время название отсылает к лат. iter — путь) — проект международного экспериментального термоядерного реактора типа токамак. Задача ИТЭР заключается в демонстрации возможности коммерческого использования термоядерной реакции синтеза и решении физических и технологических проблем, которые могут встретиться на этом пути.
Проект разрабатывается с середины 1980-х годов, сооружение планировалось закончить в 2016 году. Строительство началось в 2010 году; летом 2020 года началась сборка реактора. Срок окончания постройки запланирован на 2035 год.
Сооружения ITER расположены на 180 га земли коммуны Сен-Поль-ле-Дюранс (Прованс-Альпы-Лазурный Берег), которая уже стала домом для французского ядерного научно-исследовательского центра СЕА (фр. Commissariat à l'énergie atomique, Комиссариат атомной энергетики).
История. Разработка и строительство
Проект начал разрабатываться в середине 1980-х годов. В 1992 году было подписано четырёхстороннее (ЕС, Россия, США, Япония) межправительственное соглашение о разработке инженерного проекта ITER, который был завершён в 2001 году.
Проектирование реактора было полностью закончено, и в 2005 году выбрано место для его строительства — исследовательский центр Кадараш (фр. Cadarache) на юге Франции, в 60 км от Марселя — (43°41,25′ с. ш. 5°45,70′ в. д.HGЯO).
Подготовка строительной площадки началась в январе 2007 года. В 2010 году началось строительство. Сооружения ITER расположены на 180 га земли коммуны Сен-Поль-ле-Дюранс (Прованс-Альпы-Лазурный Берег, регион южной Франции).
28 июля 2020 года началась сборка реактора из компонентов.
Стройку, стоимость которой первоначально оценивалась в 5 млрд евро, планировалось закончить в 2016 году. Однако в результате значительных технических трудностей и неопределённостей при проектировании и производстве компонентов, сроки неоднократно сдвигались:
в июне 2009 года был согласован перенос даты пуска на 2018 год;
в феврале 2010 года срок был сдвинут на 2019 год;
в ноябре 2015 года срок окончания постройки ITER сдвинули ещё на 6 лет (от ранее запланированного 2019) к 2025 году, а предполагаемая сумма расходов выросла до 19 млрд евро;
в ноябре 2022 года объявлено о переносе даты получения первой плазмы на более поздний срок без его указания (по последнему плану — 2025 год). Причина — более медленные темпы монтажа по сравнению с плановыми.
Токамак
Термин «токамак» — русскоязычный. Изначально И. Н. Головин предложил аббревиатуру «токамаг» — «тороидальная камера с магнитами», однако Н. А. Явлинский подметил, что глухая согласная на конце слова будет звучать более выразительно и предложил аббревиатуру «токамак» — «тороидальная камера с магнитными катушками».
Магнитная система
Магнитная система токамака состоит из 48 элементов: 18 катушек тороидального поля, 6 катушек полоидального поля, центрального соленоида, состоящего из 6 секций, и наконец, 18 корректирующих катушек.
Индукция поля, создаваемого магнитной системой, достигает 13 Тл. Это чрезвычайно высокое значение. Для сравнения: это поле превосходит магнитное поле Земли в 200 000 раз. Для снижения потерь на электрическое сопротивление в катушках тороидального поля и центрального соленоида используется проводник из сплава ниобия-олово (Nb3Sn). Для катушек полоидального поля и корректирующих катушек используется ниобий-титановый (NbTi) сплав. При температуре кипения жидкого гелия (примерно 4 К, или −269 °С) эти сплавы находятся в сверхпроводящем состоянии.
В ИТЭР, термоядерный реактор стоимостью 28 миллиардов долларов во Франции, установили последнюю магнитную катушку. Но сам реактор не запустится на полную мощность как минимум до 2039 года.
Объявлено об окончании строительства самого большого термоядерного реактора на Земле. Правда, он не заработает еще 15 лет. Первоначально планировалось, что первое полномасштабное испытание термоядерного реактора Международного проекта по термоядерной энергии (ИТЭР), состоящего из 19 массивных катушек, соединенных в несколько тороидальных магнитов, начнется в 2020 году. Теперь ученые говорят, что он запустится не раньше 2039 года, пишет Live Science.
«Безусловно, задержка ИТЭР не идет в правильном направлении, — комментирует генеральный директор ИТЭР Пьетро Барабаски. — С точки зрения влияния ядерного синтеза на проблемы, с которыми сталкивается человечество сейчас, мы не должны ждать, пока ядерный синтез решит их. Это неразумно». Речь идет о климатических проблемах.
Самый большой в мире термоядерный реактор стал результатом сотрудничества 35 стран, включая все государства Европейского Союза, Россию, Китай, Индию и США. ИТЭР содержит самый мощный в мире магнит, что позволяет ему создавать магнитное поле в 280 000 раз сильнее, чем то, что экранирует Землю.
Реактор впечатляет не только размахом и мощностью, но и ценой. Первоначально планировалось, что он будет стоить около 5 миллиардов долларов и запустится в 2020 году. Впоследствии он претерпел множество задержек, а бюджет превысил 22 миллиарда долларов. Кроме того, было предложено выделить еще 5 миллиардов долларов на покрытие дополнительных расходов. Эти непредвиденные расходы стали причиной новой 15-летней задержки.
Ученые пытаются использовать силу ядерного синтеза — процесса, посредством которого горят звезды — уже более 70 лет. Сплавляя атомы водорода для получения гелия при чрезвычайно высоких давлениях и температурах, звезды главной последовательности преобразуют материю в свет и тепло, генерируя огромное количество энергии и при этом не производя парниковых газов или долгоживущих радиоактивных отходов.
Воссоздание условий, существующих в недрах звезд, — непростая задача. Наиболее распространенная конструкция термоядерных реакторов, токамак, работает путем перегрева плазмы (одно из четырех состояний материи; состоит из положительных ионов и отрицательно заряженных свободных электронов) перед ее заключением в реакторную камеру в форме пончика с мощными магнитными полями.
Сложно удержать турбулентные и перегретые катушки плазмы на месте достаточно долго для того, чтобы произошел ядерный синтез. Советский ученый Натан Явлинский спроектировал первый токамак в 1958 году, но с тех пор никому не удалось создать реактор, способный вырабатывать больше энергии, чем он потребляет.
Одним из главных камней преткновения является работа с плазмой, которая достаточно горяча для синтеза. Термоядерные реакторы требуют очень высоких температур (во много раз горячее Солнца), поскольку они должны работать при гораздо более низких давлениях, чем те, что находятся внутри ядер звезд. Например, температура ядра настоящего Солнца достигает около 27 миллионов градусов по Фаренгейту (15 миллионов градусов по Цельсию), но давление там примерно в 340 миллиардов раз превышает давление воздуха на уровне моря на Земле.
Особенно непросто с технической точки зрения работать с плазмой на высоких температурах так, чтобы она не прожгла реактор и не сорвала реакцию синтеза. Обычно это делается либо с помощью лазеров, либо с помощью магнитных полей.
