Міжнародний експериментальний термоядерний реактор

Міжнародний Експериментальний Термоядерний Реактор (англ. International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER) — експериментальний проєкт, який передбачає побудову, випробовування і використання токамака, у якому завдяки реакції термоядерного синтезу вдасться отримувати значну кількість енергії без викидів діоксиду вуглецю та небезпеки радіації. Місцем його зведення обрано локацію біля дослідницького центру «CEA-Cadarache» в місті Сен-Поль-ле-Дюранс (Прованс, Франція)[2]. Термін будівництва основних компонент — 2007-2025 роки[3]. Термін завершення будівництва та початок використання дейтерій-тритьойової плазми заплановано на 2035 рік[4].

International Thermonuclear Experimental Reactor
( ITER )
Загальні відомості
Область дослідженняТермоядерний синтез
ТипТокамак
Країна Франція
МістоСен-Поль-ле-Дюранс
УстановаITER
Технічні характеристики
Висота30 м
Радіус конструкції10,7 м
Тороїдальне магнітне поле5,3 Tл
Q10
Потужність500 МВт
Нагрів50 МВт
Плазма
Зовнішній радіус6,2 м
Внутрішній радіус2,0[1] м
Струм плазми15 МА
Об'єм плазми837 м3
Густина плазми1020 м-3
Температура плазми108 °С
Тривалість імпульсу> 500 сек
Інше
ВебсторінкаITER

Учасники проєкту

Країни члени:

Країни що підписали договір про співпрацю:

Історія
Дослідницький центр в Кадараші, Франція
Будівельний майданчик (2018 рік)
  • 1985 — СРСР запропонувала створити «токамак» (Тороїдальна камера з магнітними котушками) нового покоління за участю країн-дослідників термоядерної реакції.
  • 1988—1990 — концептуальне доопрацювання проєкту термоядерного реактора за участю радянських, американських, японських та європейських вчених.
  • 21 липня 1992 — у Вашингтоні підписана чотиристороння міжурядова угода про розробку інженерного проєкту ITER.
  • 1996 — США припинили участь в проєкті.
  • 2001 — технічний проєкт реактора ITER успішно завершено.
  • 2001—2003 — Канада розпочала свою участь у проєкті.
  • 2003 — до проєкту повернулися США, до нього приєдналися Китай і Корея.
  • 28 червня 2005 — у Москві міністри країн-учасниць проєкту підписали протокол про місце будівництва реактора — дослідницький центр «КАЕ-Кадараш» (фр. CAE-Cadarache), Франція (на півдні країни).
  • 6 грудня 2005 — до проєкту приєдналася Індія.
  • 25 травня 2006 — в Брюселі учасниками консорціуму підписана угода про початок практичної реалізації проєкту у 2007 р.
  • 2007 — початок робіт на буд майданчику.
  • 2020 — розпочато інтеграцію компонентів токамака.
  • 2025 — запланована дата завершення будівництва базових компонентів; запуск першої плазми для демонстрації сумісної роботи компонентів[5].
  • 2035 — запланована дата завершення будівництва та початку роботи на дейтерій-тритьойовій плазмі[6].

Технічні дані
Дейтерій-трітієва реакція ядерного синтезу, внаслідок якої виділяється значна кількість енергії

Установка ITER — термоядерний реактор типу «токамак». Процес, що відбуватиметься у ньому, певною мірою протилежний тому, що проходить у атомному реакторі, де атоми контрольовано розщеплюють. У новітній установці ядра дейтерію і тритію зливатимуться із утворенням ядра гелію (альфа-частинка) і високоенергетичного нейтрону:

Це відбуватиметься у камері тороїдної форми, де під впливом високих температур та тиску атоми дейтерію і тритію втрачають електрони, і газ перетворюється на розпечену плазму. Від контакту зі стінками камери її утримуватиме дія надпотужних магнітних котушок. Однак, вона має тенденцію прориватися крізь магнітний бар'єр і завдавати ушкоджень внутрішній стінці реактора. Демострація стійкого утримання плазми в робочому стані є однією з цілей ITER[7].


Макет реактора ITER

Характеристики реактора за проєктом:

  • Загальний радіус конструкції — 10,7 м
  • Висота — 30 м
  • Великий радіус плазми — 6,2 м
  • Малий радіус плазми — 2,0 м
  • Об'єм плазми — 837 м3
  • Магнітне поле — 5,3 Тл
  • Максимальний струм у плазмовому шнурі — 15 МА
  • Потужність зовнішнього нагріву плазми — 50 МВт
  • Потужність теплової енергії що виділяється в плазмі внаслідок термоядерної реакції — 500 МВт
  • Коефіцієнт посилення потужності — 10x
  • Середня температура — 100 млн.°С
  • Тривалість стабільної плазми > 500 c

Фінансовий аспект

Вартість проєкту оцінюється в €20 млрд[8].

Частки учасників (на етапі створення): Китай, Індія, Корея, Росія, США — кожна по 1/11 суми, Японія — 2/11, ЄС — 4/11.

Вступ нової країни до проєкту — €1 млрд.

Участь України в проєкті

Попри те, що між Україною і ЄС існує договір про співпрацю в галузі термоядерного синтезу, на державному рівні участі в проєкті ITER Україна досі не бере. Ймовірною причиною є брак фінансування науки державою, адже для повноцінної участі в проєкті потрібно зібрати €1 млрд.

Однак, слід зазначити, що на рівні наукових інститутів, організацій та установ українські вчені беруть активну участь в проєкті. Зокрема фахівці з України працюють над розробкою окремих елементів: оболонки, засоби та пристрої магнітної діагностики реактора.

Однією з форм співпраці українських та європейських вчених — це міжнародні проєкти Українського Науково-Технологічного Центру (УНТЦ). Зокрема було виконано такі проєкти, що стосувались даної галузі:

  • Проєкт № 3535 «Інтелектуальні гальваномагнітні засоби для діагностики магнітного поля ITER» (2005—2007рр).
  • Проєкт № 3988 «Радіаційностійкі холлівські зонди та пристрої для JET» (2007—2010рр).

Цікаві факти
  • Один кілограм тритію коштував в 2010 році порядка 30 млн доларів[9]. Для запуску ITER буде потрібно як мінімум близько 3 кг тритію, для запуску DEMO знадобиться 4-10 кг[10]. Гіпотетичний тритієвий реактор витрачав би 56 кг тритію на виробництво 1 ГВт · рік електроенергії, тоді як всесвітні запаси тритію на 2003 рік становили 18 кг[10]. Світова комерційна потреба на 1995 рік становить щорічно близько 400 гр, і ще близько 2 кг було потрібно для підтримання ядерного арсеналу США[11](7 кг для світових військових споживачів). Близько 4 кг тритію в рік утворюється на АЕС, але не виділяється[12].
  • Однією з теоретичних концепцій, перевірка якої передбачається на ITER, є те, що тритію, утвореного в реакції поділу ядер літію (реакція ) буде достатньо щоб забезпечувати потреби самої установки, або навіть перевищить ці потреби, що теоретично дозволило б забезпечувати тритієм і нові установки. Літій, що використовується в реакції, у спеціальному Покриття по розведенню тритію, є частиною покриття камери токамаку а нейтрони породжуються самою основною термоядерною реакцією[13][14][15].
  • Для стабільної довготривалої роботи в умовах інтенсивного потоку нейтронів та високих температур розроблений спеціальний вид сталі[16].

Див. також

Примітки
  1. Tokamaks parameters (англ.). Процитовано 21 листопада 2021.
  2. ITER Access Plan (англ.). iter.org. Процитовано 29 лиcтопада 2021.
  3. Main construction milestones (англ.). iter.org. Процитовано 28 липня 2020.
  4. ITER Timeline (англ.). iter.org. Процитовано 28 липня 2020.
  5. What is ITER? (англ.). iter.org. Процитовано 20 липня 2020.
  6. ITER Council endorses updated project schedule to Deuterium-Tritium Operation (pdf). ITER (англ.).
  7. What are the consequences of disruptions? (англ.). iter.org. Процитовано 28 листопада 2021.
  8. U.S. cash contributions to ITER. Reuters. 26 березня 2018. Процитовано 29 листопада 2021.
  9. Is fusion power really viable? BBC News (5 березня 2010 р.)
  10. Tritium Supply Considerations, LANL, 2003. «ITER startup inventory estimated to be ~3 Kg»
  11. Hisham Zerriffi (1996). Tritium: The environmental, health, budgetary, and strategic effects of the Department of Energy’s decision to produce tritium. Institute for Energy and Environmental Research. Процитовано 13 листопада 2013.
  12. International Control of Tritium for Nuclear Nonproliferation and Disarmament, CRC Press, 2004, page 15
  13. ITER's targets (англ.). iter.org. Процитовано 28 листопада 2021.
  14. Will fusion run out of fuel? (англ.). iter.org. Процитовано 28 листопада 2021.
  15. Tritium Breeding (англ.). iter.org. Процитовано 28 листопада 2021.
  16. NRG completes testing of special steel for Iter , NEI Magazine (31 січня 2019 р.)

Посилання
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.