Франція стає світовим науковим центром. На її швейцарському кордоні готують до запуску адронний колайдер (про нього Тиждень уже писав у №22, 2008). Водночас на півдні країни, в містечку Карадаш, починають будувати перший у світі справжній (тобто енергетично вигідний) термоядерний реактор. Результати роботи цього пристрою покажуть, чи здатне людство опанувати термоядерний синтез і використовувати його для власних енергетичних потреб.
ЗІРКИ НА ЗЕМЛІ
Ядерна реакція синтезу легких елементів – саме та реакція, що відбувається всередині зірок, забезпечуючи головну відому нам рушійну силу Всесвіту. Відтоді, як людство почало гратися з ядерними силами, спроби підкорити цю реакцію завжди закінчувалися невдало.
Для здійснення синтезу легких елементів у космосі потрібна лише достатня кількість водню. Під дією гравітаційних сил маси водню стискаються й нагріваються. Після того, як гравітація стає потужнішою за електричні сили відштовхування, відбувається злиття ядер елементів – вільних ядер водню. В таких реакціях виділяється велика кількість енергії.
А от на Землі з такою реакцією впоратися важко. Адже для того, щоб отримати від реакції більше енергії, ніж витрачено на її створення, температура плазми |див. словничок| має становити кілька десятків тисяч кельвінів |див. словничок| – у 5-6 разів більше за температуру на поверхні Сонця. Тож для успішного протікання реакції потрібно підтримувати температуру в кілька мільйонів кельвінів. З огляду на надвисокі температури реакція й називається термоядерною.
Найбільша проблема проведення космічної реакції в лабораторних умовах – як втримати плазму в розпеченому стані, щоб вона не охолонула й не зруйнувала реактор. На рівні проектування цю проблему вже вирішено, а от на практиці…
ТЕРМОЯДЕРНИЙ ШЛЯХ
У 1968 році вчені Інституту атомної енергії імені Курчатова відкрили найефективнішу з відомих пасток для гарячої плазми – так званий токамак |див. словничок|. У цьому пристрої плазму утримували надпотужні магнітні сили. Саме на принципі токамака ґрунтується новий проект. Він називається ITER – одночасно від International Thermonuclear Expe rimental Reactor і латинського iter – шлях.
ITER – це експериментальний реактор. Його створюють для того, щоб довести можливість постійного користування термоядерною енергією. Адже всі сьогоднішні реактори – в США, Великій Британії, Японії, Росії – можуть підтримувати горіння плазми лише кілька секунд, і на цей процес витрачається не менше енергії, ніж продукується реактором. А ITER продукує в 10 разів більше теплової енергії, ніж витрачається на його підтримку. Саме цей унікальний пристрій і будують нині у Франції.
Завершити будівництво планують у 2018 році. Це, зважаючи на сучасний темп життя, не таке вже й далеке майбутнє. Наразі повноправними учасниками проекту є Китай, Індія, Корея, Росія, США, Японія та Євросоюз. За роки проектування експериментального реактора деякі країни входили до проекту, зменшували фінансування, виходили й поверталися. До таких країн належать Канада, США, Іспанія. Нещодавно почав процедуру приєднання до проекту Казахстан.
Вартість спорудження реактора й належної інфраструктури – €10 млрд. Крім того, в 2008 році Євроатом заручився підтримкою іншої провідної наукової організації – Європейської ради ядерних досліджень (ЄРЯД), саме вона будує адронний колайдер. ЄРЯД, крім іншого, поділиться своїм досвідом роботи з надпровідними магнітами й системами охолодження до космічних температур.
[780][781][782][783]
ПАЛИВО ДЛЯ РЕАКТОРА
Зайвий нейтрон
У термоядерній реакції, яку найпростіше відтворити, зливаються два ядра ізотопів водню – дейтерій і тритій. Перший ізотоп відносно легко видобути з води. Технологія видобування відпрацьована давно – ще на постачанні супутніх компонентів для звичайних ядерних реакторів. А от тритію на Землі дуже мало – не вистачить для роботи навіть одного реактора. Але тут приходить на допомогу сама суть реакції. Коли зливається трітій із дейтерієм, утворюється гелій і один нейтрон. І цей нейтрон, реагуючи з ізотопом металу літію, утворює необхідний трітій.
СЛОВНИЧОК
Плазма – стан матерії, при якому значна кількість електронів відділена від атомів і утворює з ними змішаний газ. Розділеність позитивно зарядже- них ядер і негативно заряджених електронів робить плазму електро- провідною. Під дією зовнішніх елек- тричних сил у плазмі може утвори- тися самообмежувальне магнітне поле, що триматиме плазму в напе- ред заданих межах.
Кельвін (К) – одиниця вимірювання температури від абсолютного нуля – теоретичного стану відсутності теплової енергії. 1 кельвін дорівнює градусу Цельсія. 0 К = – 273,16 °С.
Токамак – найефективніший контейнер для плазми. Назва – абревіатура від «тороїдальна камера з магнітними котушками». Це великий, порожній усередині, металевий «бублик», обмотаний магнітними котушками. Саме ці магніти створюють поле, яке утримує плазму далеко від стінок контейнера – у вигляді тонкого гарячого шнура.
ПРЯМА МОВА
Володимир Терьошин
директор Інституту фізики плазми ННЦ «Харківський фізико-технічний інститут»
.jpg)
«Ми що, гірші від Казахстану?»
Між Україною і ЄС є договір про співпрацю в галузі термоядерного синтезу, однак у проекті ITER на державному рівні Україна участі не бере. Державне фінансування, що ми отримуємо, – просто смішне. Але ми підтримуємо зв’язки з проектом на рівні окремих інститутів: займаємося обладнанням діагностування реактора, іншими окремими елементами, наприклад оболонками. Відмовлятися від настільки перспективного джерела енергії нерозумно, особливо в нашому становищі. Ось дивіться: нещодавно до проекту ITER приєднався Казахстан! Щоб увійти в число учасників, вони зібрали € 1 млрд. Маючи не менше проблем, ніж Україна, вони знайшли ці гроші, і тепер Казахстан матиме всю інформацію щодо проекту. Казахстан отримає не тільки технологію, але й частину замовлень – деякі деталі реактора робитимуть самі, тож повернуть частину витрачених грошей.
ПЕРЕВАГИ і ПРОБЛЕМИ
.jpg)
.jpg)