18+
Проекты
Фото JPG / GIF, до 15 мегабайт.
Я принимаю все условия Пользовательского соглашения
Введите цифры с изображения:
18:17 21.09.2018

Петербургские ученые создают термоядерный реактор в Европе

К 2050 году на Земле может появиться атомная станция с термоядерным реактором, который, в отличие от существующих АЭС, сможет вырабатывать в 3,5 раза больше энергии при меньшем объеме ядерного топлива. Экспериментальный реактор за 16 млрд евро строят во Франции, Россия вкладывает в него по 5 млрд рублей в год. Ученые убеждены, что «энергия будущего» поможет снять зависимость от нефти и газа. Насколько это возможно, «Фонтанка» узнала у участников конференции МАГАТЭ, которая проходит в Петербурге.

Петербургские ученые создают термоядерный реактор в Европе

Официальный сайт проекта ИТЭР

К 2050 году на Земле может появиться атомная станция с термоядерным реактором, который, в отличие от существующих АЭС, сможет вырабатывать в 3,5 раза больше энергии при меньшем объеме ядерного топлива. Экспериментальный реактор стоимостью 16 млрд евро (817 млрд рублей) сейчас строят во Франции, Россия вкладывает в него по 5 млрд рублей в год. Ученые убеждены, что «энергия будущего» поможет снять зависимость от нефти и газа. Насколько это возможно, «Фонтанка» узнала у участников конференции МАГАТЭ, которая проходит в Петербурге.

В Петербурге 13 октября началась Международная конференция по энергии термоядерного синтеза, организованная Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ) и правительством России при поддержке госкорпорации «Росатом». В ней принимают участие около 750 представителей 45 государств, среди которых представителей России — 180 человек. Большую часть проектных работ с российской стороны выполняют ученые петербургских физических институтов.

Предметом обсуждения стал проект создания первого в мире экспериментального термоядерного реактора, который сейчас строится в исследовательском центре «Кадараш», расположенном на юге Франции, в 60 км от Марселя. Его идея состоит в том, чтобы изучить возможность производства электроэнергии за счет соединения атомов, а не их распада, как сейчас работают все атомные станции в мире. Предполагается, что термоядерному реактору потребуется в несколько раз меньше топлива, чем сейчас требуется ядерному реактору, а в результате будет выпущено энергии в несколько раз больше.

Атомные станции вырабатывают электроэнергию за счет разделения атомов урана, который, в свою очередь, содержится в руде. Россия считается третьей в мире по запасам руды, основные месторождения расположены в республике Саха, в Якутии. Термоядерный реактор будет работать за счет другого ядерного топлива — изотопа водорода, который называется дейтерий, и изотопа водорода под названием тритий. Дейтерий содержится в воде, а тритий вырабатывается путем облучения лития. Водоемы есть практически в каждой стране, а вот почти 50% мирового лития производят в Чили и Аргентине — его добывают из озерных солей. Остальные месторождения лития распределены между Боливией, США, Конго, Китаем, Бразилией, Сербией и Австралией. На конференции прозвучало мнение, что запасов лития хватит на всех, однако некоторые ученые ранее в этом сомневались.

В проекте создания термоядерного реактора с 1985 года участвовали объединенная Европа, США, Япония, Советский Союз. Инициатива по реализации проекта принадлежала СССР, где был изобретен и разработан первый в мире токамак (тороидальная камера с магнитными катушками). Свою термоядерную программу развивали и в США. Впоследствии к проекту присоединились Китай, Индия и Южная Корея. Каждая страна предлагала свой участок для строительства реактора. Россия, например, предлагала землю в Сосновом Бору (Ленобласть), где находится Ленинградская атомная станция и сейчас строится ЛАЭС-2, и подмосковный город Троицк, где расположен институт инновационных и термоядерных исследований. Однако представители Европы, в частности, Франции оказались самыми настойчивыми и пускали в оборот все возможные средства, в том числе включали политику. По словам собеседников «Фонтанки», бывший до 2007 года президентом Франции Жак Ширак даже звонил президенту РФ Владимиру Путину, чтобы попросить его о поддержке. Желание европейцев было понятно, у них нет нефти и газа, за исключением Норвегии и нескольких северных стран.

Страны – участники проекта договорились направлять на стройку не деньги, а оборудование. Общая стоимость строительства оценивается в 16 млрд евро (817 млрд рублей). Правительство России выделяет по 5-6 млрд рублей в год, которые Росатом распределяет между проектировочными институтами и заводами. В дальнейшем выпущенные изделия направляют во Францию, где стройка сейчас находится на уровне фундамента, на сооружение которого потребовалось 150 тыс. тонн бетона и 16 тыс. тонн арматуры. Вес реактора составит 360 тыс. тонн. Он будет представлять собой вакуумную камеру в форме пустотелого бублика диаметром 30 метров, окруженную сверхпроводящими магнитами, создающими в ней магнитное поле. Внутри реактора будет температура 150 млн градусов (для сравнения — на Солнце температура около 15 млн градусов). Материалы реактора должны будут выдержать эту температуру, для охлаждения потребуется 33 тыс. кубометров воды в день. Для производства 500 МВт энергии реактору потребуется на входе 50 МВт.

Анатолий Красильников, директор учреждения «ИТЭР-Центр», подведомственного Росатому, занимающегося управлением проектом строительства реактора с российской стороны, по просьбе корреспондента «Фонтанки» привел цифры, которые бы раскрывали разницу между получением энергии в ядерном реакторе (на атомных станциях) и на термоядерном реакторе.

По его словам, в ядре урана 235 или 238 нуклонов (это общее название элементарных частиц — нейтронов и протонов, которые содержатся в уране). При разделении ядра урана выделяется мощность 200 мегаэлектронвольт (МэВ). Получается, что один нуклон дает энергию примерно 1 МэВ. В случае с термоядерным топливом, у дейтерия два нуклона, у трития — три. Пять нуклонов, которые они дают в сумме, при соединении вырабатывают энергию мощностью 17,5 МэВ. Получается, если сравнивать таким образом, термоядерный реактор окажется в 3,5 раза мощнее при том же количестве ядерного топлива.

«Я сделал сравнение как физик или как математик. Есть точка зрения, согласно которой энергии в термоядерном реакторе будет выделяться в 100 раз больше. Но объяснение этой цифры происходит из инженерной области, где учитывается масса реактора и другие параметры. Я за это отвечать не могу. Все же мне кажется, что лучше всего сравнивать по другим критериям. Безопасность, доступность топлива, его неисчерпаемость. Кроме того, не стоит забывать, что многие войны в мире происходят из-за борьбы за месторождения, так как полезные ископаемые неравномерно распределены между государствами. С созданием термоядерной энергетики исчезнет предмет для международных конфликтов», — считает Анатолий Красильников.

Предполагается, что реактор во Франции будет построен в 2020 году. В 2021 году планируется начать опыты с выделением энергии из обычных водородов. В 2027 году ученые хотят начать использовать в качестве топлива дейтеро-тритиевую смесь. В планах в 2040-2050 годах построить первую в мире коммерческую термоядерную атомную станцию, которая будет снабжать электроэнергией ближайшие территории. Где она будет находиться, впрочем, никто не знает. Это еще не обсуждалось. По крайней мере, в России обсуждается возможность строительства пока лишь экспериментального реактора (как во Франции) приблизительно к 2030 году.

Глава «ИТЭР-Центра» рассказал также о проблемах, с которыми сталкивается ученая мысль при ее воплощении. Изначально реактор хотели построить к 2016 году, и его стоимость составляла втрое меньше — 5 млрд евро. Однако сроки сдвинулись на 15 лет, стоимость выросла до 16 млрд евро. По словам Красильникова, первоначальные расчеты производились лишь на бумаге, поэтому, когда речь пошла о производстве, промышленники назвали свои сроки и свою стоимость. Сейчас проект находится в другой стадии — производители начинают выпускать составные части реактора, а французский ядерный регулятор выдвинул новые требования к производству.

«Франция нам сказала, условно говоря: "Давайте-ка делайте вот из этой стали, а не из той, вот из этой меди, а не из той, вот в таких конструктивах, а не других". То есть опять выяснилось, что деньги рассчитывали для одних технических решений, а строить стало можно только в других. Мы договорились, что до июня 2015 года будем обсуждать график и стоимость. К этому сроку они будут скорректированы. Я думаю, цена, которую сегодня называют — 15-16 млрд евро — вырастет еще больше. Не берусь сказать, насколько, но вырастет точно. Но я не вижу в этом ничего дурного. Многие проекты так воплощаются. Это неизбежно», — сказал Красильников.

В России в проекте ИТЭР участвуют около 30 различных организаций, институтов и предприятий. Около 50% всех проектных работ со стороны России выполняет петербургский институт — НИИ электрофизической аппаратуры имени Ефремова, остальные работы выполняют петербургский Физико-технический институт имени Иоффе, Институт прикладной физики (Нижний Новгород), Курчатовский институт (Москва), Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований (Москва), Институт ядерной физики имени Будкера (Новосибирск).

Замдиректора по науке Института ядерной физики Александр Бурдаков рассказал «Фонтанке», что на его предприятии разрабатывают для реактора защитные пробки («порт-плаги»), которые являются заслонками вакуумной камеры, через которые диагностическое оборудование выходит изнутри камеры наружу. Кроме того, институт занимается изготовлением мониторов, на которых можно видеть движение потока нейтронов.

Чепецкий механический завод (входит в топливную компанию «Твэл» Росатома, расположен в Удмуртии) выпускает в рамках проекта ИТЭР так называемые стренды — металлические пруты из меди, олова и титана диаметром с мизинец. Их растягивают до волокон диаметром в семь раз тоньше человеческого волоса. Около 7 тыс. таких волокон складывают воедино, и получается сверхпроводниковый провод. Из них, в свою очередь, будут строить магнитную систему реактора.

В СССР сверхпроводниковое производство существовало только в Усть-Каменогорске, который впоследствии отошел Казахстану. В очень маленьких масштабах производство было во ВНИИНМ имени Бочвара в Москве. «Примерно 20% всех сверхпроводящих материалов, из которых будет создана магнитная система международного термоядерного реактора, это наши сверхпроводящие материалы. Если говорить в абсолютных цифрах, то вклад России — это около 99 тонн ниобий-оловянных стрендов и более 120 тонн ниобий-титановых стрендов», — рассказал заместитель гендиректора ВНИИНМ Ильдар Абдюханов.

Еще одна деталь реактора — гиротроны (мощные микроволновые печи) — разрабатывается в Институте прикладной физики. Гиротроны будут вырабатывать электромагнитное излучение для поддержания температуры внутри реактора. Изначально предполагалось, что внутренняя стенка реактора будет из сверхзакаленной стали. Но впоследствии ученые пришли к выводу, что стали будет недостаточно для работы при большой температуре, так что решено строить стенки из бериллия.

Александр Аликин, «Фонтанка.ру»

Работа ФТИ им. А.Ф. Иоффе.

Наши партнёры

Lentainform

Загрузка...

24СМИ. Агрегатор

MarketGid

Загрузка...