EntradaReactor Experimental Termonuclear Internacional Iter. Reactor de fusión experimental internacional
Decimos que pondremos el sol en una caja. La idea es bonita. El problema es que no sabemos cómo hacer la caja.
Pierre-Gilles de Gennes
premio Nobel francés
Todos los dispositivos y máquinas electrónicos necesitan energía y la humanidad consume mucha de ella. Pero los combustibles fósiles se están agotando y las energías alternativas aún no son lo suficientemente efectivas.
Existe un método de obtención de energía que se adapta idealmente a todas las necesidades: la fusión termonuclear. La reacción de fusión termonuclear (la conversión de hidrógeno en helio y la liberación de energía) ocurre constantemente en el sol y este proceso proporciona energía al planeta en forma de rayos solares. Sólo hace falta imitarlo en la Tierra, a menor escala. Basta con proporcionar una presión alta y una temperatura muy alta (10 veces mayor que en el Sol) y se iniciará la reacción de fusión. Para crear tales condiciones, es necesario construir un reactor termonuclear. Utilizará recursos más abundantes en la Tierra, será más segura y más potente que las centrales nucleares convencionales. Durante más de 40 años se ha intentado construirlo y se han realizado experimentos. En los últimos años, uno de los prototipos incluso consiguió obtener más energía de la que gastaba. Los proyectos más ambiciosos en este ámbito se presentan a continuación:
Proyectos gubernamentales
Recientemente se ha prestado la mayor atención pública a otro diseño de reactor termonuclear: el estelarador Wendelstein 7-X (el estelarador es más complejo en su estructura interna que el ITER, que es un tokamak). Después de gastar poco más de mil millones de dólares, en 2015 los científicos alemanes construyeron un modelo de demostración a escala reducida del reactor en nueve años. Si muestra buenos resultados, se construirá una versión más grande.
El láser MegaJoule de Francia será el láser más potente del mundo e intentará avanzar en un método basado en láser para construir un reactor de fusión. Se espera que la instalación francesa entre en funcionamiento en 2018.
La NIF (National Ignition Facility) se construyó en EE.UU. en 12 años y en 2012 costó 4 mil millones de dólares. Se esperaba probar la tecnología y luego construir inmediatamente un reactor, pero resultó que, como informa Wikipedia, se necesita mucho trabajo para poder el sistema llegue a alcanzar el encendido. Como resultado, se cancelaron planes ambiciosos y los científicos comenzaron a mejorar gradualmente el láser. El último desafío es aumentar la eficiencia de la transferencia de energía del 7% al 15%. De lo contrario, el financiamiento del Congreso para este método de lograr síntesis podría cesar.
A finales de 2015 comenzó en Sarov la construcción del edificio para la instalación láser más potente del mundo. Será más potente que los actuales estadounidenses y los futuros franceses y permitirá realizar los experimentos necesarios para la construcción de una versión "láser" del reactor. Finalización de la construcción en 2020.
Ubicado en EE. UU., el láser de fusión MagLIF es reconocido como un caballo oscuro entre los métodos para lograr la fusión termonuclear. Recientemente, este método ha mostrado mejores resultados de lo esperado, pero aún es necesario aumentar la potencia 1000 veces. Actualmente el láser está siendo modernizado y para 2018 los científicos esperan recibir la misma cantidad de energía que gastan. Si tiene éxito, se construirá una versión más grande.
El Instituto Ruso de Física Nuclear experimentó persistentemente con el método de la “trampa abierta”, que Estados Unidos abandonó en los años 90. Como resultado se obtuvieron indicadores que se consideraban imposibles para este método. Los científicos del BINP creen que su instalación está ahora al nivel del Wendelstein 7-X alemán (Q=0,1), pero más barato. Ahora están construyendo una nueva instalación por 3 mil millones de rublos.
El director del Instituto Kurchatov recuerda constantemente los planes para construir un pequeño reactor termonuclear en Rusia: Ignitor. Según el plan, debería ser tan eficaz como el ITER, aunque más pequeño. Su construcción debería haber comenzado hace 3 años, pero esta situación es típica de grandes proyectos científicos.
A principios de 2016, el tokamak chino EAST logró alcanzar una temperatura de 50 millones de grados y mantenerla durante 102 segundos. Antes de que comenzara la construcción de enormes reactores y láseres, todas las noticias sobre la fusión termonuclear eran así. Se podría pensar que se trata simplemente de una competencia entre científicos para ver quién puede mantener por más tiempo la temperatura cada vez más alta. Cuanto mayor sea la temperatura del plasma y más tiempo pueda mantenerse, más cerca estaremos del inicio de la reacción de fusión. Hay docenas de instalaciones de este tipo en el mundo, se están construyendo varias más () (), por lo que pronto se batirá el récord del ESTE. En esencia, estos pequeños reactores son sólo equipos de prueba antes de ser enviados al ITER.
Lockheed Martin anunció un avance en la energía de fusión en 2015 que les permitiría construir un reactor de fusión pequeño y móvil en 10 años. Dado que hasta 2040 no se esperaban reactores comerciales muy grandes y nada móviles, el anuncio de la corporación fue recibido con escepticismo. Pero la empresa tiene muchos recursos, así que quién sabe. Se espera un prototipo en 2020.
La popular startup de Silicon Valley, Helion Energy, tiene su propio plan único para lograr la fusión termonuclear. La compañía ha recaudado más de 10 millones de dólares y espera crear un prototipo para 2019.
La startup de bajo perfil Tri Alpha Energy ha logrado recientemente resultados impresionantes en la promoción de su método de fusión (los teóricos han desarrollado más de 100 formas teóricas de lograr la fusión, el tokamak es simplemente el más simple y popular). La empresa también recaudó más de 100 millones de dólares en fondos de inversores.
El proyecto del reactor de la startup canadiense General Fusion es aún más diferente de los demás, pero los desarrolladores confían en él y han recaudado más de 100 millones de dólares en 10 años para construir el reactor hasta 2020.
La startup First Light, con sede en el Reino Unido, tiene el sitio web más accesible, se formó en 2014 y anunció planes para utilizar los datos científicos más recientes para producir fusión nuclear a un costo menor.
Los científicos del MIT escribieron un artículo que describe un reactor de fusión compacto. Se basan en las nuevas tecnologías que aparecieron después del inicio de la construcción de los tokamaks gigantes y prometen completar el proyecto en 10 años. Aún no se sabe si recibirán luz verde para comenzar la construcción. Incluso si se aprueba, un artículo en una revista es aún más etapa temprana que una startup
La fusión nuclear es quizás la industria menos adecuada para el crowdfunding. Pero es con su ayuda y también con financiación de la NASA que la empresa Lawrenceville Plasma Physics va a construir un prototipo de su reactor. De todos los proyectos en curso, este es el que más parece una estafa, pero quién sabe, tal vez aporten algo útil a este grandioso trabajo.
ITER será sólo un prototipo para la construcción de una instalación DEMO completa: el primer reactor de fusión comercial. Su lanzamiento está previsto ahora para 2044 y sigue siendo una previsión optimista.
Pero hay planes para la siguiente etapa. Un reactor termonuclear híbrido recibirá energía tanto de la desintegración atómica (como una central nuclear convencional) como de la fusión. En esta configuración, la energía puede ser 10 veces mayor, pero la seguridad es menor. China espera construir un prototipo para 2030, pero los expertos dicen que eso sería como intentar construir autos híbridos antes de la invención del motor de combustión interna.
En pocas palabras
No falta gente que quiera traer al mundo nueva fuente energía. El proyecto ITER tiene mayores posibilidades, dada su escala y financiación, pero no se deben descartar otros métodos, así como los proyectos privados. Los científicos han trabajado durante décadas para poner en marcha la reacción de fusión sin mucho éxito. Pero ahora hay más proyectos que nunca para lograr una reacción termonuclear. Incluso si cada uno de ellos falla, se harán nuevos intentos. Es poco probable que descansemos hasta que iluminemos una versión en miniatura del Sol, aquí en la Tierra.Etiquetas:
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CADARACHE (Francia), 25 de mayo - RIA Novosti, Victoria Ivanova. El sur de Francia suele asociarse con las vacaciones en la Costa Azul, los campos de lavanda y el Festival de Cannes, pero no con la ciencia, aunque ya hay varias cerca de Marsella. pasan los años“Construcción del siglo”: junto al centro de investigación de Cadarache se está construyendo el reactor termonuclear experimental internacional (ITER).
El corresponsal de RIA Novosti conoció cómo avanza la construcción de una instalación única en su tipo, la más grande del mundo, y qué personas construyen un "prototipo del Sol", capaz de generar 7 mil millones de kilovatios-hora de energía al año.
Inicialmente, el proyecto internacional de reactor termonuclear experimental se llamó ITER, acrónimo de International Thermonuclear Experimental Reactor. Sin embargo, más tarde apareció una interpretación más hermosa del nombre: el nombre del proyecto se explica por la traducción de la palabra latina iter - "camino", y algunos países comenzaron a evitar con cuidado mencionar la palabra "reactor" para no suscitar en la mente de los ciudadanos asociaciones con el peligro y la radiación.
El mundo entero está construyendo un nuevo reactor. Hasta la fecha, en el proyecto participan Rusia, India, Japón, China, Corea del Sur y Estados Unidos, además de la Unión Europea. Los europeos, actuando como un solo grupo, son responsables de la ejecución del 46% del proyecto, cada uno de los demás países participantes asumió el 9%.
Para simplificar el sistema de liquidaciones mutuas, se inventó una moneda especial dentro de la organización: la unidad de cuenta ITER, IUA. En estas unidades se llevan a cabo todos los acuerdos sobre el suministro de componentes por parte de los participantes. De esta manera, el resultado de la construcción se volvió independiente de las fluctuaciones en los tipos de cambio de las monedas nacionales y del costo de producción de piezas en cada país específico.
Por esta inversión, expresada no en dinero, sino en componentes de la futura instalación, los participantes reciben acceso completo a toda la gama de tecnologías involucradas en ITER. Así, actualmente se está construyendo en Francia la “Escuela Internacional para la Creación de Reactores Termonucleares”.
"Lo más caliente del sistema solar"
Los periodistas, e incluso los propios empleados del ITER, comparan con tanta frecuencia el proyecto con el Sol que resulta bastante difícil encontrar otra asociación para la instalación termonuclear. El jefe de una de las divisiones de la Organización Internacional ITER, Mario Merola, pudo calificar el reactor como "el objeto más caliente de nuestro Sistema Solar".
“La temperatura en el interior del aparato será de unos 150 millones de grados centígrados, diez veces mayor que la temperatura del núcleo del Sol. El campo magnético de la instalación será unas 200 mil veces mayor que el de la propia Tierra”, afirma Mario. sobre el proyecto.
ITER se basa en un sistema tokamak: cámaras toroidales con bobinas magnéticas. La idea del confinamiento magnético del plasma a alta temperatura fue desarrollada e implementada tecnológicamente por primera vez en el mundo en el Instituto Kurchatov a mediados del siglo pasado. Rusia, que estuvo en el origen del proyecto, entre otros componentes, fabrica una de las partes más esenciales de la instalación, el "corazón del ITER": el sistema magnético superconductor. Se compone de varios tipos de superconductores que contienen decenas de miles de filamentos con una nanoestructura especial.
Para crear un sistema de tan gran escala se necesitan cientos de toneladas de superconductores de este tipo. Seis de los siete países participantes participan en su producción. Entre ellos se encuentra Rusia, que suministra superconductores basados en aleaciones de niobio-titanio y niobio-estaño, que se encuentran entre los mejores del mundo. La producción de estos materiales en Rusia la llevan a cabo las empresas Rosatom y el Instituto Kurchatov.
© Foto: cortesía de la Organización ITER
© Foto: cortesía de la Organización ITER
Dificultades comunes
Sin embargo, Rusia y China, que cumplieron sus obligaciones a tiempo, se convirtieron involuntariamente en rehenes de otros participantes en el proyecto, que no siempre logran completar su parte del trabajo a tiempo. La especificidad del proyecto ITER es la estrecha interacción de todas las partes y, por lo tanto, el retraso de cualquier país lleva al hecho de que todo el proyecto comienza a "deslizarse".
Para rectificar la situación, el nuevo jefe de la organización ITER, Bernard Bigot, decidió cambiar el calendario del proyecto. En noviembre se presentará una nueva versión del calendario, que se espera sea más realista.
Al mismo tiempo, Bigo no descartó la redistribución del trabajo entre los participantes.
“Me alegraría que no hubiera ningún retraso. Pero debo admitir que en algunas áreas la implementación de nuestro proyecto global ha encontrado dificultades. Estoy abierto a otras soluciones que no veo. Cualquier cosa en la redistribución del trabajo es mala, pero este tema debe ser discutido seriamente”, afirmó el director general de la organización.
Bigo señaló que cientos de empresas y organizaciones de siete países participantes están trabajando en la creación del ITER. “No se puede simplemente chasquear los dedos y ejecutar el plan. Todos pensaban que sería fácil cumplir los plazos gracias a la buena fe y las buenas intenciones. Ahora entendemos que sin una gestión estricta nada funcionará”, enfatizó Bigo.
Según él, las dificultades en la construcción del ITER se deben a las diferencias en las culturas de los países participantes y al hecho de que anteriormente en el mundo proyectos similares no había ninguno, por lo que muchos mecanismos e instalaciones que se producen por primera vez requieren pruebas y certificaciones adicionales por parte de los reguladores, lo que requiere más tiempo.
Una de las medidas de la "gestión estricta" propuesta por Bigot sería la creación de otro órgano de gestión, que incluiría directores de agencias nacionales y un director general. Las decisiones de este organismo serán vinculantes para todos los participantes en el proyecto; Bigot espera que esto estimule el proceso de interacción.
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"Construcción del siglo"
Mientras tanto, en el territorio del ITER se está llevando a cabo un enorme proyecto de construcción. El “corazón” de la instalación (el propio tokamak y las oficinas) ocupará un área de un kilómetro por 400 metros.
Para el reactor se cavó un pozo de 20 metros de profundidad, hasta cuyo fondo se llevan los accesorios y otros componentes necesarios en esta etapa junto con asfalto liso como un espejo. Primero, los segmentos de pared se ensamblan horizontalmente, conectando estructuras metálicas con placas especiales. Luego, con la ayuda de cuatro grúas de construcción, finalmente se colocan en la posición deseada.
Pasarán varios años y el sitio quedará irreconocible. En lugar de un enorme agujero en la plataforma, un coloso aproximadamente del tamaño de Teatro Bolshói- unos 40 metros de altura.
En algún lugar del lugar la construcción aún no ha comenzado y, debido a esto, otros países no pueden calcular con precisión el tiempo de entrega de los componentes de un reactor termonuclear, y en algún lugar ya se ha completado. En particular, están listos para funcionar la sede del ITER, el edificio para enrollar las bobinas poloidales del sistema magnético, la subestación eléctrica y varios otros edificios auxiliares.
"La felicidad reside en el conocimiento continuo de lo desconocido"
En un momento en que el trabajo científico no es popular ni respetado en todas partes, ITER reunió en su plataforma a 500 científicos, ingenieros y representantes de muchas otras especialidades de diferentes países. Estos especialistas son verdaderos soñadores y personas dedicadas, al igual que los Strugatsky, “aceptaron la hipótesis de trabajo de que la felicidad reside en el conocimiento continuo de lo desconocido y el sentido de la vida reside en ello”.
Pero las condiciones de vida de los empleados del proyecto son fundamentalmente diferentes de las del NIICHAVO, el Instituto de Investigación sobre Magia y Hechicería, donde trabajaron los héroes de la historia de los escritores de ciencia ficción soviéticos "El lunes comienza el sábado". En el territorio del ITER no hay albergues para extranjeros; todos alquilan viviendas en pueblos y ciudades cercanas.
En el interior de uno de los edificios ya construidos, además de las instalaciones de trabajo, hay un enorme comedor, donde los empleados del proyecto pueden tomar un refrigerio o un buen almuerzo por una cantidad muy modesta. Siempre hay platos en el menú. cocinas nacionales, ya sean fideos japoneses o minestrone italiano.
A la entrada del comedor hay un tablón de anuncios. En él hay ofertas de alquiler conjunto de apartamentos y “actividades”. Francés, de alta calidad y económico." Sobresale un papel blanco: "El Coro Cadarache está reclutando participantes. Ven al edificio principal del ITER." Además del coro, cuya formación aún no está terminada, el personal del proyecto también organizó su propia orquesta. También toca el ruso Evgeniy Veshchev, que trabaja desde hace varios años en Cadarache. el saxofón en él.
Camino al sol
"¿Cómo vivimos aquí? Trabajamos, ensayamos, tocamos. A veces vamos al mar y a la montaña, no está lejos de aquí", dice Evgeniy. "Por supuesto, extraño a Rusia, pero esto me encanta. No es mi primer viaje de negocios de larga duración al extranjero, ya estoy acostumbrado”.
Evgeniy es físico y participa en la integración de los sistemas de diagnóstico en el proyecto.
“Desde mi época de estudiante me inspiró el proyecto ITER, las oportunidades y perspectivas que se avecinaban, tenía la sensación de que el futuro estaba detrás de él. Sin embargo, mi camino aquí fue espinoso, como el de muchos otros. No soy muy bueno con el dinero, incluso pensé en dejar la ciencia por los negocios y abrir algo propio, pero me fui a un viaje de negocios y luego a otro. Entonces, diez años después de que escuché por primera vez sobre ITER, terminé en Francia. en un proyecto”, afirma el físico.
Según el científico ruso, “cada empleado tiene su propia historia de cómo llegar al proyecto”. Cualesquiera que sean los "caminos hacia el sol" de sus seguidores, incluso después de una breve conversación con cualquiera de ellos, queda claro que aquí trabajan los amantes de su oficio.
Por ejemplo, el estadounidense Mark Henderson es especialista en calentamiento de plasma en el ITER. Llegó a la reunión - con el pelo corto, seco y con gafas - "disfrazado" de uno de los fundadores. Manzana Steve Jobs. Camisa negra, jeans descoloridos, zapatillas deportivas. Resultó que la peculiar cercanía de Henderson y Jobs no se limita a similitudes externas: ambos son soñadores, inspirados por la idea de cambiar el mundo con su invento.
“Nosotros, como humanidad, dependemos cada vez más de los recursos y no hacemos más que consumirlos. ¿Es nuestra inteligencia colectiva equivalente a la inteligencia colectiva de un plato de levadura? Necesitamos empezar a soñar de nuevo”. Henderson está convencido.
Y piensan, sueñan y hacen realidad las ideas más increíbles y fantásticas. Y ningún tema de la agenda de política exterior puede interferir con el trabajo de los científicos: los desacuerdos tarde o temprano terminarán y el calor obtenido como resultado de una reacción termonuclear calentará a todos, independientemente del continente y el estado.
La construcción científica más ambiciosa de nuestro tiempo. Cómo se construye el reactor de fusión ITER en Francia
La fusión termonuclear controlada es el sueño azul de los físicos y las empresas energéticas, que llevan décadas acariciando. Enjaular un sol artificial es una gran idea. "Pero el problema es que no sabemos cómo crear una caja así".- dijo el premio Nobel Pierre Gilles de Gennes en 1991. Sin embargo, a mediados de 2018 ya sabemos cómo. E incluso estamos construyendo. las mejores mentes En todo el mundo se trabaja en el proyecto del reactor termonuclear experimental internacional ITER, el experimento más ambicioso y costoso de la ciencia moderna.
Un reactor de este tipo cuesta cinco veces más que el Gran Colisionador de Hadrones. Cientos de científicos de todo el mundo están trabajando en el proyecto. Su financiación podría superar fácilmente los 19 mil millones de euros y el primer plasma no se liberará en el reactor hasta diciembre de 2025. Y a pesar de los constantes retrasos, las dificultades tecnológicas y la financiación insuficiente de los distintos países participantes, se está construyendo la “máquina de movimiento perpetuo” termonuclear más grande del mundo. Tiene muchas más ventajas que desventajas. ¿Cuales? Comenzamos la historia del proyecto de construcción científica más ambicioso de nuestro tiempo con teoría.
¿Qué es un tokamak?
Bajo la influencia de enormes temperaturas y gravedad, se produce la fusión termonuclear en las profundidades de nuestro Sol y otras estrellas. Los núcleos de hidrógeno chocan, forman átomos de helio más pesados y, al mismo tiempo, liberan neutrones y enormes cantidades de energía.
La ciencia moderna ha llegado a la conclusión de que a la temperatura inicial más baja, la mayor cantidad de energía se produce mediante la reacción entre los isótopos de hidrógeno: deuterio y tritio. Pero para ello son importantes tres condiciones: alta temperatura (alrededor de 150 millones de grados Celsius), alta densidad del plasma y ya es hora su retención.
El hecho es que no podremos crear una densidad tan colosal como la del Sol. Sólo queda calentar el gas hasta alcanzar el estado de plasma mediante temperaturas ultraaltas. Pero ningún material puede resistir el contacto con un plasma tan caliente. Para ello, el académico Andrei Sakharov (por sugerencia de Oleg Lavrentyev) propuso en la década de 1950 utilizar cámaras toroidales (en forma de donut hueco) con campo magnético, que retendría el plasma. Más tarde se acuñó el término: tokamak.
Las centrales eléctricas modernas, que queman combustibles fósiles, convierten poder mecanico(torciendo turbinas, por ejemplo) en electricidad. Los Tokamaks utilizarán energía de fusión, absorbida en forma de calor por las paredes del dispositivo, para calentar y producir vapor, que hará girar las turbinas.
El primer tokamak del mundo. T-1 soviético. 1954
Se construyeron pequeños tokamaks experimentales en todo el mundo. Y demostraron con éxito que una persona puede crear plasma a alta temperatura y mantenerlo estable durante algún tiempo. Pero los diseños industriales todavía están muy lejos.
Instalación de T-15. década de 1980
Ventajas y desventajas de los reactores de fusión.
Típico reactores nucleares funcionan con decenas de toneladas de combustible radiactivo (que con el tiempo se convierten en decenas de toneladas de residuos radiactivos), mientras que un reactor de fusión sólo requiere cientos de gramos de tritio y deuterio. El primero puede producirse en el propio reactor: los neutrones liberados durante la síntesis infectarán las paredes del reactor con impurezas de litio, de las que emerge el tritio. Las reservas de litio durarán miles de años. Tampoco habrá escasez de deuterio: se produce en el mundo decenas de miles de toneladas al año.
Un reactor de fusión no produce emisiones de gases de efecto invernadero, algo típico de los combustibles fósiles. Y el subproducto en forma de helio-4 es un gas inerte inofensivo.
Además, los reactores termonucleares son seguros. En cualquier catástrofe, la reacción termonuclear simplemente se detendrá sin consecuencias graves para ambiente o personal, ya que no habrá nada que apoye la reacción de síntesis: se necesitan condiciones de invernadero demasiado.
Sin embargo, los reactores termonucleares también tienen desventajas. En primer lugar, se trata de la banal dificultad de iniciar una reacción autosostenible. Necesita un vacío profundo. Los complejos sistemas de confinamiento magnético requieren enormes bobinas magnéticas superconductoras.
Y no te olvides de la radiación. A pesar de algunos estereotipos sobre la inocuidad de los reactores termonucleares, no se puede cancelar el bombardeo de su entorno con neutrones producidos durante la fusión. Este bombardeo produce radiación. Por tanto, el mantenimiento del reactor debe realizarse de forma remota. De cara al futuro, digamos que después del lanzamiento, los robots mantendrán directamente el tokamak ITER.
Además, el tritio radiactivo puede ser peligroso si ingresa al cuerpo. Es cierto que bastará con cuidar su correcto almacenamiento y crear barreras de seguridad en todos los caminos posibles de su distribución en caso de accidente. Además, la vida media del tritio es de 12 años.
Cuando se haya sentado la base mínima necesaria de la teoría, puede pasar al héroe del artículo.
El proyecto más ambicioso de nuestro tiempo
En 1985 tuvo lugar el primer foro en Ginebra. durante muchos años Reunión personal de los jefes de la URSS y Estados Unidos. Antes de eso guerra fría alcanzó su punto máximo: las superpotencias boicotearon los Juegos Olímpicos, desarrollaron su potencial nuclear y no iban a entablar ninguna negociación. Esta cumbre de los dos países en territorio neutral destaca por otra circunstancia importante. Durante el mismo, el secretario general del Comité Central del PCUS, Mijaíl Gorbachov, propuso implementar un proyecto internacional conjunto para desarrollar la energía termonuclear con fines pacíficos.
Un año después, científicos estadounidenses, soviéticos, europeos y japoneses llegaron a un acuerdo sobre el proyecto y comenzó el desarrollo del diseño conceptual del gran complejo termonuclear ITER. El desarrollo de los detalles de ingeniería se retrasó, Estados Unidos siguió saliendo y luego regresando al proyecto, y finalmente China, Corea del Sur e India se unieron a él. Los participantes compartieron responsabilidades de financiación y trabajo directo, y en 2010 finalmente comenzó la preparación del pozo para la cimentación del futuro complejo. Decidieron construirlo en el sur de Francia, cerca de la ciudad de Aix-en-Provence.
¿Qué es entonces ITER? Se trata de un enorme experimento científico y un ambicioso proyecto energético para construir el tokamak más grande del mundo. La construcción debe demostrar la posibilidad de uso comercial de un reactor de fusión, así como resolver los problemas físicos y tecnológicos que surjan en el camino.
¿En qué consiste el reactor ITER?
Un tokamak es una cámara de vacío toroidal con bobinas magnéticas y un criostato que pesa 23 mil toneladas. Como ya se desprende de la definición, tenemos una cámara. Cámara de vacío profundo. En el caso del ITER, el volumen libre de la cámara será de 850 metros cúbicos, en los que al principio habrá sólo 0,1 gramos de una mezcla de deuterio y tritio.
1. Cámara de vacío, donde vive el plasma. 2. Inyector de haz neutro y calentamiento de plasma por radiofrecuencia hasta 150 millones de grados. 3. Imanes superconductores que aprovechan el plasma. 4. Mantas que protegen la cámara y los imanes del bombardeo de neutrones y del calentamiento. 5. Desviador, que elimina el calor y los productos de reacción termonuclear. 6. Herramientas de diagnóstico para el estudio de la física del plasma. Incluye manómetros y cámaras de neutrones. 7. Criostato: un termo enorme con un vacío profundo que protege los imanes y la cámara de vacío del calentamiento.
Y así es una “pequeña” cámara de vacío con modelos de trabajadores en su interior. Tiene 11,4 metros de altura y, junto con las mantas y el desviador, pesará 8,5 mil toneladas.
En las paredes interiores de la cámara hay módulos especiales llamados mantas. El agua circula por su interior. Los neutrones libres que escapan del plasma caen dentro de estas mantas y son frenados por el agua. ¿Qué hace que se caliente? Las propias mantas protegen al resto del coloso de la radiación térmica, de los rayos X y de la ya mencionada radiación de neutrones del plasma.
Un sistema de este tipo es necesario para prolongar la vida útil del reactor. Cada manta pesa alrededor de 4,5 toneladas y serán reemplazadas por un brazo robótico aproximadamente cada 5-10 años, ya que esta primera línea de defensa estará sujeta a la evaporación y la radiación de neutrones.
Pero eso no es todo. La cámara está conectada a equipos internos, termopares, acelerómetros, los 440 bloques ya mencionados del sistema de manta, sistemas de enfriamiento, un bloque de blindaje, un desviador, un sistema magnético de 48 elementos, calentadores de plasma de alta frecuencia, un átomo neutro. inyector, etc. Y todo esto está ubicado dentro de un enorme criostato de 30 metros de altura, del mismo diámetro y volumen de 16 mil metros cúbicos. El criostato garantiza un vacío profundo y temperaturas ultrafrías para la cámara del tokamak y los imanes superconductores, que se enfrían con helio líquido a una temperatura de -269 grados Celsius.
Abajo. Un tercio de la base del criostato. En total, este “termo” estará compuesto por 54 elementos
Y así es como se ve el criostato en el render. Su producción está confiada a la India. Se montará un reactor dentro del “termo”
El criostato ya se está montando. Aquí, por ejemplo, se puede ver una ventana a través de la cual se lanzarán partículas al reactor para calentar el plasma.
La producción de todo este equipamiento se reparte entre los países participantes. Por ejemplo, están trabajando en algunas mantas en Rusia, en el cuerpo del criostato en la India y en segmentos de la cámara de vacío en Europa y Corea.
Pero este no es de ninguna manera un proceso rápido. Además, los diseñadores no tienen margen de error. El equipo de ITER primero modela las cargas y requisitos de los elementos estructurales, los prueba en bancos (por ejemplo, bajo la influencia de pistolas de plasma, como un desviador), los mejora y modifica, ensambla prototipos y los prueba nuevamente antes de lanzar el elemento final.
El primer cuerpo de la bobina toroidal. El primero de 18 imanes gigantes. La mitad se fabricó en Japón y la otra en Corea.
18 imanes gigantes en forma de D dispuestos en círculo para formar una pared magnética impenetrable. Dentro de cada uno de ellos hay 134 vueltas de cable superconductor.
Cada uno de estos carretes pesa aproximadamente 310 toneladas.
Pero armarlo es una cosa. Y otra cosa es mantener todo esto. Debido a los altos niveles de radiación, el acceso al reactor está prohibido. Se ha desarrollado toda una familia de sistemas robóticos para darle servicio. Algunos cambiarán mantas y casetes desviadores (que pesan hasta 10 toneladas), otros se controlarán de forma remota para eliminar accidentes, otros se ubicarán en los bolsillos de una cámara de vacío con cámaras HD y escáneres láser para una inspección rápida. Y todo esto debe hacerse en el vacío, en un espacio estrecho, con alta precisión y en clara interacción con todos los sistemas. La tarea es más difícil que reparar la ISS. El ITER Tokamak será el primer reactor termonuclear que generará más energía de la necesaria para calentar el propio plasma. Además, podrá mantenerlo en estado estable durante mucho más tiempo que las instalaciones actuales. Los científicos afirman que precisamente por eso se necesita un proyecto de tan gran escala.
Con la ayuda de un reactor de este tipo, los expertos cerrarán la brecha entre las pequeñas instalaciones experimentales actuales y las centrales de fusión del futuro. Por ejemplo, el récord de energía termonuclear se estableció en 1997 en un tokamak en Gran Bretaña: 16 MW con 24 MW consumidos, mientras que el ITER fue diseñado con miras a generar 500 MW de energía termonuclear a partir de 50 MW de entrada de energía térmica.
El tokamak probará tecnologías de calefacción, control, diagnóstico, criogenia y mantenimiento remoto, es decir, todas las técnicas necesarias para un prototipo industrial de reactor termonuclear.
La producción mundial de tritio no será suficiente para las centrales eléctricas del futuro. Por ello, el ITER también desarrollará la tecnología de una manta multiplicadora que contiene litio. A partir de él se sintetizará tritio bajo la influencia de neutrones termonucleares.
Sin embargo, no debemos olvidar que esto, aunque sea caro, es un experimento. El Tokamak no estará equipado con turbinas ni otros sistemas para convertir el calor en electricidad. Es decir, no habrá escape comercial en forma de generación directa de energía. ¿Por qué? Porque esto sólo complicaría el proyecto desde el punto de vista de ingeniería y lo encarecería aún más.
El esquema de financiación es bastante confuso. En la etapa de construcción, creación del reactor y otros sistemas del complejo, aproximadamente el 45% de los costes corren a cargo de los países de la UE, los demás participantes, el 9% cada uno. Sin embargo, la mayoría de las contribuciones son “en especie”. La mayoría de los componentes se suministran al ITER directamente desde los países participantes.
Llegan a Francia por mar y desde el puerto hasta la obra son entregados por una carretera especialmente habilitada por el gobierno francés. El país gastó 110 millones de euros y 4 años de trabajo en los 104 kilómetros de la Ruta ITER. La ruta ha sido ampliada y reforzada. El caso es que hasta 2021 pasarán por él 250 convoyes con enormes cargamentos. Las piezas más pesadas alcanzan las 900 toneladas, las más altas, 10 metros, las más largas, 33 metros.
El ITER aún no se ha puesto en funcionamiento. Sin embargo, ya existe un proyecto para una planta de energía de fusión nuclear DEMO, cuyo objetivo es demostrar el atractivo del uso comercial de esta tecnología. Este complejo deberá generar de forma continua (y no pulsante, como ITER) 2 GW de energía.
El calendario del nuevo proyecto global depende del éxito de ITER, pero según el plan de 2012, el primer lanzamiento de DEMO no se producirá antes de 2044.
Por mucho tiempo trudnopisaka Me pidió que hiciera un post sobre el reactor termonuclear en construcción. saber detalles interesantes tecnología, descubre por qué este proyecto está tardando tanto en implementarse. Por fin he recogido el material. Conozcamos los detalles del proyecto.
¿Cómo empezó todo? El “desafío energético” surgió como resultado de una combinación de los siguientes tres factores:
1. La humanidad consume actualmente una enorme cantidad de energía.
Actualmente, el consumo de energía mundial es de unos 15,7 teravatios (TW). Al dividir este valor por la población mundial, obtenemos aproximadamente 2400 vatios por persona, que pueden estimarse y visualizarse fácilmente. La energía consumida por cada habitante de la Tierra (incluidos los niños) corresponde al funcionamiento las 24 horas del día de 24 lámparas eléctricas de cien vatios. Sin embargo, el consumo de esta energía en todo el planeta es muy desigual, siendo muy elevado en varios países e insignificante en otros. El consumo (por persona) es igual a 10,3 kW en EE. UU. (uno de los valores récord), 6,3 kW en la Federación de Rusia, 5,1 kW en el Reino Unido, etc., pero, por otro lado, es igual sólo 0,21 kW en Bangladesh (¡sólo el 2% del consumo de energía de Estados Unidos!).
2. El consumo mundial de energía está aumentando dramáticamente.Según la Agencia Internacional de Energía (2006), se espera que el consumo mundial de energía aumente un 50% para 2030. Por supuesto, los países desarrollados podrían funcionar bien sin energía adicional, pero este crecimiento es necesario para sacar a la gente de la pobreza en los países en desarrollo, donde 1.500 millones de personas sufren graves cortes de energía.
3. Actualmente, el 80% de la energía mundial proviene de la quema de combustibles fósiles(petróleo, carbón y gas), cuyo uso:
a) potencialmente plantea un riesgo de cambios ambientales catastróficos;
b) inevitablemente debe terminar algún día.
De lo dicho se desprende claramente que ahora debemos prepararnos para el fin de la era del uso de combustibles fósiles.
Actualmente, las centrales nucleares producen energía liberada durante reacciones de fisión a gran escala. núcleos atómicos. Se debe fomentar por todos los medios la creación y el desarrollo de este tipo de estaciones, pero hay que tener en cuenta que las reservas de uno de los materiales más importantes para su funcionamiento (el uranio barato) también pueden agotarse por completo en los próximos 50 años. . Las posibilidades de la energía basada en la fisión nuclear pueden (y deben) ampliarse significativamente mediante el uso de ciclos energéticos más eficientes, permitiendo que la cantidad de energía producida casi se duplique. Para desarrollar energía en esta dirección, es necesario crear reactores de torio (los llamados reactores reproductores de torio o reactores reproductores), en los que la reacción produce más torio que el uranio original, como resultado de lo cual la cantidad total de energía producida. para una determinada cantidad de sustancia aumenta 40 veces. También parece prometedor crear reproductores de plutonio utilizando neutrones rápidos, que son mucho más eficientes que los reactores de uranio y pueden producir 60 veces más energía. Puede ser que para desarrollar estas áreas sea necesario desarrollar métodos nuevos y no estándar para obtener uranio (por ejemplo, del agua de mar, que parece ser el más accesible).
Plantas de energía de fusión
La figura muestra un diagrama esquemático (no a escala) del dispositivo y principio de funcionamiento de una central termonuclear. En la parte central hay una cámara toroidal (en forma de rosquilla) con un volumen de ~2000 m3, llena de plasma de tritio-deuterio (T-D) calentado a una temperatura superior a 100 M°C. Los neutrones producidos durante la reacción de fusión (1) abandonan la “botella magnética” y entran en la capa que se muestra en la figura con un espesor de aproximadamente 1 m.
Dentro de la capa, los neutrones chocan con los átomos de litio, lo que resulta en una reacción que produce tritio:
neutrón + litio → helio + tritio
Además, en el sistema se producen reacciones competitivas (sin formación de tritio), así como muchas reacciones con liberación de neutrones adicionales, que luego también conducen a la formación de tritio (en este caso, la liberación de neutrones adicionales puede ser mejorado significativamente, por ejemplo, mediante la introducción de átomos de berilio y plomo en la capa). La conclusión general es que esta instalación podría (al menos teóricamente) sufrir una reacción de fusión nuclear que produciría tritio. En este caso, la cantidad de tritio producida no sólo debería cubrir las necesidades de la propia instalación, sino también ser incluso algo mayor, lo que permitirá abastecer de tritio a nuevas instalaciones. Es este concepto operativo el que debe probarse e implementarse en el reactor ITER que se describe a continuación.
Además, los neutrones deben calentar la carcasa en las llamadas plantas piloto (en las que se utilizarán materiales de construcción relativamente "ordinarios") a aproximadamente 400°C. En el futuro está previsto crear instalaciones mejoradas con una temperatura de calentamiento de la carcasa superior a 1.000°C, lo que se puede lograr mediante el uso de los últimos materiales de alta resistencia (como los compuestos de carburo de silicio). El calor generado en la carcasa, como en las estaciones convencionales, es recogido por el circuito de refrigeración primario con un refrigerante (que contiene, por ejemplo, agua o helio) y transferido al circuito secundario, donde se produce vapor de agua y se suministra a las turbinas.
1985 – La Unión Soviética propuso la planta Tokamak de próxima generación, aprovechando la experiencia de cuatro países líderes en la creación de reactores de fusión. Los Estados Unidos de América, junto con Japón y la Comunidad Europea, presentaron una propuesta para la implementación del proyecto. 
Actualmente, en Francia se está construyendo el reactor termonuclear experimental internacional ITER (International Tokamak Experimental Reactor), que se describe a continuación, y que será el primer tokamak capaz de “encender” plasma.
Las instalaciones tokamak más avanzadas existentes han alcanzado durante mucho tiempo temperaturas de aproximadamente 150 M°C, cercanas a los valores necesarios para el funcionamiento de una estación de fusión, pero el reactor ITER debería ser la primera central eléctrica a gran escala diseñada durante mucho tiempo. -operación a plazo. En el futuro, será necesario mejorar significativamente sus parámetros de funcionamiento, lo que requerirá, en primer lugar, aumentar la presión en el plasma, ya que la velocidad de fusión nuclear a una temperatura determinada es proporcional al cuadrado de la presión. El principal problema científico en este caso está relacionado con el hecho de que cuando aumenta la presión en el plasma surgen inestabilidades muy complejas y peligrosas, es decir, modos de funcionamiento inestables.
¿Por qué necesitamos esto?
La principal ventaja de la fusión nuclear es que sólo requiere como combustible cantidades muy pequeñas de sustancias muy comunes en la naturaleza. La reacción de fusión nuclear en las instalaciones descritas puede provocar la liberación de una enorme cantidad de energía, diez millones de veces mayor que la liberación de calor estándar durante las operaciones convencionales. reacciones quimicas(como la quema de combustibles fósiles). A modo de comparación, señalamos que la cantidad de carbón necesaria para alimentar una central térmica con una capacidad de 1 gigavatio (GW) es de 10.000 toneladas por día (diez vagones de ferrocarril), y una planta de fusión de la misma potencia consumirá sólo alrededor de 1 kilogramo de la mezcla D+T al día.
El deuterio es un isótopo estable del hidrógeno; En aproximadamente una de cada 3.350 moléculas de agua ordinaria, uno de los átomos de hidrógeno es reemplazado por deuterio (un legado que heredamos de gran explosión). Este hecho facilita la organización de una producción bastante económica de la cantidad necesaria de deuterio a partir del agua. Es más difícil obtener tritio, que es inestable (la vida media es de unos 12 años, por lo que su contenido en la naturaleza es insignificante), sin embargo, como se muestra arriba, el tritio aparecerá directamente dentro de la instalación termonuclear durante el funcionamiento. debido a la reacción de los neutrones con el litio.
Así, el combustible inicial para un reactor de fusión es litio y agua. El litio es un metal común muy utilizado en electrodomésticos (baterías para teléfonos móviles etc.). La instalación descrita anteriormente, incluso teniendo en cuenta la eficiencia no ideal, podrá producir 200.000 kWh de energía eléctrica, lo que equivale a la energía contenida en 70 toneladas de carbón. La cantidad de litio necesaria para ello está contenida en una batería de ordenador y la cantidad de deuterio, en 45 litros de agua. El valor anterior corresponde al consumo actual de electricidad (calculado por persona) en los países de la UE durante 30 años. El hecho mismo de que una cantidad tan insignificante de litio pueda garantizar la generación de tal cantidad de electricidad (sin emisiones de CO2 y sin la más mínima contaminación del aire) es un argumento bastante serio a favor del desarrollo más rápido y vigoroso de la energía termonuclear (a pesar de todos los dificultades y problemas) e incluso sin confianza al cien por cien en el éxito de dicha investigación.
El deuterio debería durar millones de años, y las reservas de litio, que se pueden extraer fácilmente, son suficientes para satisfacer las necesidades durante cientos de años. Incluso si se agota el litio de las rocas, podemos extraerlo del agua, donde se encuentra en concentraciones suficientemente altas (100 veces la concentración de uranio) para que su extracción sea económicamente viable.
Se está construyendo un reactor termonuclear experimental (reactor termonuclear experimental internacional) cerca de la ciudad de Cadarache en Francia. tarea principal Proyecto ITER: implementación de una reacción de fusión termonuclear controlada a escala industrial.
Por unidad de peso de combustible termonuclear se obtienen aproximadamente 10 millones de veces más energía que cuando se quema la misma cantidad de combustible orgánico y aproximadamente cien veces más que cuando se dividen núcleos de uranio en los reactores de las centrales nucleares actualmente en funcionamiento. Si los cálculos de los científicos y diseñadores se hacen realidad, la humanidad tendrá una fuente inagotable de energía.
Por lo tanto, varios países (Rusia, India, China, Corea, Kazajstán, EE. UU., Canadá, Japón, países de la Unión Europea) unieron fuerzas para crear el Reactor Termonuclear Internacional de Investigación, un prototipo de nuevas centrales eléctricas.
ITER es una instalación que crea las condiciones para la síntesis de átomos de hidrógeno y tritio (un isótopo de hidrógeno), lo que da como resultado la formación de un nuevo átomo: el átomo de helio. Este proceso va acompañado de una enorme explosión de energía: la temperatura del plasma en el que se produce la reacción termonuclear es de unos 150 millones de grados Celsius (a modo de comparación, la temperatura del núcleo del Sol es de 40 millones de grados). En este caso, los isótopos se queman y prácticamente no quedan residuos radiactivos.
El plan de participación en el proyecto internacional prevé el suministro de componentes del reactor y la financiación de su construcción. A cambio de esto, cada uno de los países participantes recibe pleno acceso a todas las tecnologías para la creación de un reactor termonuclear y a los resultados de todos los trabajos experimentales en este reactor, que servirán de base para el diseño de reactores termonucleares de potencia en serie.
El reactor, basado en el principio de fusión termonuclear, no emite radiación radiactiva y es completamente seguro para el medio ambiente. Se puede ubicar casi en cualquier lugar globo, y el combustible para ello es agua corriente. Se espera que la construcción del ITER dure unos diez años, tras los cuales el reactor estará en funcionamiento durante 20 años.
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Los intereses de Rusia en el Consejo de la Organización Internacional para la Construcción del Reactor Termonuclear ITER en los próximos años estarán representados por el Miembro Correspondiente de la Academia Rusa de Ciencias Mikhail Kovalchuk - Director del Instituto Kurchatov, Instituto de Cristalografía de la Academia Rusa de Secretario Científico y de Ciencias del Consejo Presidencial de Ciencia, Tecnología y Educación. Kovalchuk sustituirá temporalmente en este cargo al académico Evgeniy Velikhov, quien fue elegido presidente del Consejo Internacional ITER para los próximos dos años y no tiene derecho a combinar este puesto con las funciones de representante oficial de un país participante.
El coste total de la construcción se estima en 5 mil millones de euros, y se necesitará la misma cantidad para la operación de prueba del reactor. Las participaciones de India, China, Corea, Rusia, EE.UU. y Japón representan aproximadamente el 10 por ciento del valor total, el 45 por ciento proviene de los países de la Unión Europea. Sin embargo, por ahora estados europeos no se pusieron de acuerdo sobre cómo exactamente se distribuirían los costos entre ellos. Debido a esto, el inicio de la construcción se pospuso hasta abril de 2010. A pesar del último retraso, los científicos y funcionarios involucrados en ITER dicen que podrán completar el proyecto en 2018.
La potencia termonuclear estimada del ITER es de 500 megavatios. Las piezas magnéticas individuales alcanzan un peso de 200 a 450 toneladas. Para enfriar el ITER se necesitarán 33.000 metros cúbicos de agua al día.
En 1998, Estados Unidos dejó de financiar su participación en el proyecto. Después de que los republicanos llegaron al poder y comenzaron los apagones en California, la administración Bush anunció una mayor inversión en energía. Estados Unidos no tenía la intención de participar en el proyecto internacional y estaba involucrado en su propio proyecto termonuclear. A principios de 2002, el asesor tecnológico del presidente Bush, John Marburger III, dijo que Estados Unidos había cambiado de opinión y tenía intención de volver al proyecto.
El proyecto es comparable en número de participantes a otro importante proyecto internacional. proyecto científico- Internacional estación espacial. El coste del ITER, que antes ascendía a 8 mil millones de dólares, entonces ascendía a menos de 4 mil millones. Como consecuencia de la retirada de Estados Unidos de su participación, se decidió reducir la potencia del reactor de 1,5 GW a 500 MW. En consecuencia, el precio del proyecto también ha disminuido.
En junio de 2002 se celebró en la capital rusa el simposio “Días ITER en Moscú”. Se discutieron temas teóricos, prácticos y problemas organizacionales la reactivación de un proyecto cuyo éxito puede cambiar el destino de la humanidad y darle un nuevo tipo de energía, comparable en eficiencia y economía sólo a la energía del Sol.
En julio de 2010, representantes de los países participantes en el proyecto del reactor termonuclear internacional ITER aprobaron su presupuesto y calendario de construcción en una reunión extraordinaria celebrada en Cadarache, Francia. .
En la última reunión extraordinaria, los participantes del proyecto aprobaron la fecha de inicio de los primeros experimentos con plasma: 2019. Los experimentos completos están previstos para marzo de 2027, aunque la dirección del proyecto pidió a los especialistas técnicos que intentaran optimizar el proceso y comenzar los experimentos en 2026. Los participantes en la reunión también decidieron los costes de construcción del reactor, pero no se revelaron las cantidades previstas para la construcción de la instalación. Según la información recibida por el editor del portal ScienceNOW de una fuente anónima, cuando comiencen los experimentos, el coste del proyecto ITER podría alcanzar los 16 mil millones de euros.
La reunión de Cadarache marcó también la primera jornada de trabajo oficial del nuevo director del proyecto, el físico japonés Osamu Motojima. Antes que él, el proyecto lo dirigió desde 2005 el japonés Kaname Ikeda, que quiso dejar su cargo inmediatamente después de que se aprobaran el presupuesto y los plazos de construcción.
El reactor termonuclear ITER es un proyecto conjunto de la Unión Europea, Suiza, Japón, Estados Unidos, Rusia, Corea del Sur, China e India. La idea de crear ITER se ha estado considerando desde los años 80 del siglo pasado, sin embargo, debido a dificultades financieras y técnicas, el costo del proyecto aumenta constantemente y la fecha de inicio de la construcción se pospone constantemente. En 2009, los expertos esperaban que los trabajos de construcción del reactor comenzarían en 2010. Posteriormente, esta fecha se trasladó y se fijó primero 2018 y luego 2019 como fecha de lanzamiento del reactor.
Las reacciones de fusión termonuclear son reacciones de fusión de núcleos de isótopos ligeros para formar un núcleo más pesado, que van acompañadas de una enorme liberación de energía. En teoría, los reactores termonucleares pueden producir mucha energía a bajo coste, pero en este momento Los científicos gastan mucha más energía y dinero para iniciar y mantener la reacción de fusión.
La fusión termonuclear es una forma barata y respetuosa con el medio ambiente de producir energía. En el Sol se produce desde hace miles de millones de años una fusión termonuclear incontrolada: el helio se forma a partir del isótopo pesado del hidrógeno, el deuterio. Esto libera una cantidad colosal de energía. Sin embargo, la gente en la Tierra aún no ha aprendido a controlar tales reacciones.
El reactor ITER utilizará isótopos de hidrógeno como combustible. Durante una reacción termonuclear, se libera energía cuando los átomos ligeros se combinan en otros más pesados. Para lograrlo, el gas debe calentarse a una temperatura de más de 100 millones de grados, mucho más alta que la temperatura en el centro del Sol. El gas a esta temperatura se convierte en plasma. Al mismo tiempo, los átomos de los isótopos de hidrógeno se fusionan y se convierten en átomos de helio con la liberación de una gran cantidad de neutrones. Una central eléctrica que funcione según este principio utilizará la energía de los neutrones ralentizados por una capa de material denso (litio).
¿Por qué tardó tanto en crear instalaciones termonucleares?
¿Por qué no se han creado todavía instalaciones tan importantes y valiosas, cuyos beneficios se han discutido durante casi medio siglo? Hay tres razones principales (que se analizan a continuación), la primera de las cuales puede llamarse externa o social, y las otras dos, internas, es decir, determinadas por las leyes y condiciones del desarrollo de la energía termonuclear.
1. Durante mucho tiempo se creyó que el problema uso práctico La energía de fusión termonuclear no requiere decisiones y acciones urgentes, ya que allá por los años 80 del siglo pasado las fuentes de combustibles fósiles parecían inagotables y los problemas ambientales y el cambio climático no preocupaban al público. En 1976, el Comité Asesor de Energía de Fusión del Departamento de Energía de Estados Unidos intentó estimar el plazo para la I+D y una planta de energía de fusión de demostración en diferentes opciones financiación de la investigación. Al mismo tiempo, se descubrió que el volumen de financiación anual para la investigación en en esta dirección son completamente insuficientes y, si se mantiene el nivel actual de créditos, la creación de instalaciones termonucleares nunca tendrá éxito, ya que los fondos asignados no corresponden ni siquiera al nivel mínimo crítico.
2. Un obstáculo más grave para el desarrollo de la investigación en este ámbito es que no es posible crear y demostrar en pequeña escala una instalación termonuclear del tipo que estamos examinando. De las explicaciones que se presentan a continuación, quedará claro que la fusión termonuclear requiere no sólo el confinamiento magnético del plasma, sino también un calentamiento suficiente del mismo. La proporción de energía gastada y recibida aumenta al menos en proporción al cuadrado de las dimensiones lineales de la instalación, como resultado de lo cual las capacidades y ventajas científicas y técnicas de las instalaciones termonucleares solo pueden probarse y demostrarse en estaciones bastante grandes, como como el mencionado reactor ITER. La sociedad simplemente no estaba preparada para financiar proyectos tan grandes hasta que hubiera suficiente confianza en el éxito.
3. El desarrollo de la energía termonuclear fue muy personaje complejo Sin embargo (a pesar de la financiación insuficiente y de las dificultades a la hora de seleccionar centros para la creación de instalaciones JET e ITER), en los últimos años se han observado claros avances, aunque todavía no se ha creado una estación operativa.
El mundo moderno se enfrenta a un desafío energético muy grave, que podría denominarse más exactamente una “crisis energética incierta”. El problema está relacionado con el hecho de que las reservas de combustibles fósiles pueden agotarse en la segunda mitad de este siglo. Además, la quema de combustibles fósiles puede resultar en la necesidad de secuestrar y “almacenar” de alguna manera el dióxido de carbono liberado a la atmósfera (el programa CAC mencionado anteriormente) para evitar cambios importantes en el clima del planeta.
Actualmente, casi toda la energía que consume la humanidad se obtiene de la quema de combustibles fósiles, y la solución al problema puede estar asociada al uso de energía solar o nuclear (creación de reactores reproductores rápidos, etc.). El problema global causado por la creciente población de los países en desarrollo y su necesidad de mejorar los niveles de vida y aumentar la cantidad de energía producida no puede resolverse únicamente con estos enfoques, aunque, por supuesto, cualquier intento de desarrollar métodos alternativos de producción de energía debe alentarse.
En sentido estricto, tenemos pocas opciones de estrategias de comportamiento y el desarrollo de la energía termonuclear es extremadamente importante, incluso a pesar de la falta de garantía de éxito. El periódico Financial Times (fechado el 25 de enero de 2004) escribió sobre esto:
Esperemos que no haya sorpresas importantes e inesperadas en el camino hacia el desarrollo de la energía termonuclear. En este caso, en unos 30 años podremos por primera vez suministrar corriente eléctrica a las redes energéticas, y en poco más de 10 años comenzará a funcionar la primera central termonuclear comercial. Es posible que en la segunda mitad de este siglo, la energía de fusión nuclear comience a reemplazar a los combustibles fósiles y gradualmente comience a desempeñar un papel cada vez más importante en el suministro de energía a la humanidad a escala global.
No existe una garantía absoluta de que la tarea de crear energía termonuclear (como fuente de energía eficaz y a gran escala para toda la humanidad) se complete con éxito, pero la probabilidad de éxito en esta dirección es bastante alta. Teniendo en cuenta el enorme potencial de las centrales termonucleares, todos los costos de los proyectos para su rápido (e incluso acelerado) desarrollo pueden considerarse justificados, sobre todo porque estas inversiones parecen muy modestas en el contexto del monstruoso mercado energético mundial (4 billones de dólares al año8). Satisfacer las necesidades energéticas de la humanidad es un problema muy grave. A medida que los combustibles fósiles son cada vez menos disponibles (y su uso se vuelve indeseable), la situación está cambiando y simplemente no podemos darnos el lujo de no desarrollar la energía de fusión.
A la pregunta "¿Cuándo aparecerá la energía termonuclear?" Lev Artsimovich (un reconocido pionero y líder de la investigación en este campo) respondió una vez que “se creará cuando sea verdaderamente necesario para la humanidad”.
ITER será el primer reactor de fusión que producirá más energía de la que consume. Los científicos miden esta característica utilizando un coeficiente simple que llaman "Q". Si ITER logra todos sus objetivos científicos, producirá 10 veces más energía de la que consume. El último dispositivo construido, el Joint European Torus en Inglaterra, es un prototipo de reactor de fusión más pequeño que, en sus últimas etapas de investigación científica, alcanzó un valor Q de casi 1. Esto significa que produjo exactamente la misma cantidad de energía que consumió. . ITER irá más allá demostrando la creación de energía a partir de la fusión y logrando un valor Q de 10. La idea es generar 500 MW a partir de un consumo de energía de aproximadamente 50 MW. Por tanto, uno de los objetivos científicos del ITER es demostrar que se puede alcanzar un valor Q de 10.
Otro objetivo científico es que el ITER tenga un tiempo de "combustión" muy largo: un pulso de duración prolongada de hasta una hora. ITER es un reactor experimental de investigación que no puede producir energía de forma continua. Cuando el ITER comience a funcionar, estará encendido durante una hora, después de la cual será necesario apagarlo. Esto es importante porque hasta ahora los dispositivos estándar que hemos creado eran capaces de tener un tiempo de grabación de varios segundos o incluso décimas de segundo; este es el máximo. El "Joint European Torus" alcanzó su valor Q de 1 con un tiempo de combustión de aproximadamente dos segundos y una duración de pulso de 20 segundos. Pero un proceso que dura unos segundos no es verdaderamente permanente. Por analogía con arrancar el motor de un automóvil: encender brevemente el motor y luego apagarlo aún no es un funcionamiento real del automóvil. Sólo cuando conduzca su automóvil durante media hora alcanzará un modo de funcionamiento constante y demostrará que un automóvil de este tipo realmente se puede conducir.
Es decir, desde lo técnico y puntos científicos A la vista, ITER proporcionará un valor Q de 10 y un mayor tiempo de funcionamiento.
El programa de fusión termonuclear es verdaderamente internacional y de naturaleza amplia. La gente ya cuenta con el éxito del ITER y está pensando en el siguiente paso: crear un prototipo de reactor termonuclear industrial llamado DEMO. Para construirlo, ITER necesita funcionar. Debemos alcanzar nuestros objetivos científicos porque esto significará que las ideas que proponemos sean totalmente factibles. Sin embargo, estoy de acuerdo en que siempre debes pensar en lo que viene después. Además, a medida que el ITER funcione durante 25 o 30 años, nuestro conocimiento se profundizará y ampliará gradualmente, y podremos delinear con mayor precisión nuestro próximo paso.
De hecho, no hay debate sobre si el ITER debería ser un tokamak. Algunos científicos plantean la pregunta de manera muy diferente: ¿debería existir el ITER? Especialistas en diferentes paises Los que desarrollan sus propios proyectos termonucleares, no a tan gran escala, argumentan que un reactor tan grande no es necesario en absoluto.
Sin embargo, su opinión difícilmente debería considerarse autorizada. En la creación del ITER participaron físicos que han trabajado con trampas toroidales durante varias décadas. El diseño del reactor termonuclear experimental en Karadash se basó en todos los conocimientos adquiridos durante los experimentos con decenas de tokamaks predecesores. Y estos resultados indican que el reactor debe ser un tokamak, y además, grande.
JET Actualmente, el tokamak de mayor éxito es el JET, construido por la UE en la ciudad británica de Abingdon. Este es el reactor tipo tokamak más grande creado hasta la fecha; el gran radio del toro de plasma es de 2,96 metros. La potencia de la reacción termonuclear ya ha alcanzado más de 20 megavatios con un tiempo de retención de hasta 10 segundos. El reactor devuelve aproximadamente el 40% de la energía introducida en el plasma.
Es la física del plasma la que determina el equilibrio energético”, dijo Ígor Semenov a Infox.ru. El profesor asociado del MIPT describió qué es el equilibrio energético con un ejemplo sencillo: “Todos hemos visto un incendio. De hecho, allí no arde madera, sino gas. La cadena energética allí es así: el gas arde, la madera se calienta, la madera se evapora, el gas vuelve a arder. Por lo tanto, si arrojamos agua al fuego, de repente tomaremos energía del sistema para la transición de fase del agua líquida al estado de vapor. El saldo se volverá negativo y el fuego se apagará. Hay otra manera: simplemente podemos tomar los tizones y esparcirlos en el espacio. El fuego también se apagará. Lo mismo ocurre con el reactor termonuclear que estamos construyendo. Las dimensiones se eligen para crear un equilibrio energético positivo apropiado para este reactor. Suficiente para construir en el futuro una verdadera central nuclear, resolviendo en esta etapa experimental todos los problemas que actualmente siguen sin resolver”.
Las dimensiones del reactor se cambiaron una vez. Esto sucedió a principios de los siglos XX y XXI, cuando Estados Unidos se retiró del proyecto y los miembros restantes se dieron cuenta de que el presupuesto del ITER (en ese momento se estimaba en 10 mil millones de dólares estadounidenses) era demasiado grande. Se requirió que físicos e ingenieros redujeran el costo de instalación. Y esto sólo se podía hacer por cuestión de tamaño. Lideró el “rediseño” del ITER físico francés Robert Aymar, que anteriormente trabajó en el tokamak francés Tore Supra en Karadash. El radio exterior del toro de plasma se ha reducido de 8,2 a 6,3 metros. Sin embargo, los riesgos asociados con la reducción de tamaño fueron compensados en parte por varios imanes superconductores adicionales, que permitieron implementar el modo de confinamiento de plasma, que estaba abierto y estudiado en ese momento.
fuente
http://ehorussia.com
http://oko-planet.su