Apariția unui reactor termonuclear este așteptată de mai bine de jumătate de secol. Așteptările sunt atât de supraîncălzite încât a apărut o teorie a conspirației foarte populară, ca și cum ar fi fost de fapt inventată cu mult timp în urmă, dar magneții petrolului ascund invenția de masă pentru a nu pierde superprofiturile. Ca orice teorie a conspirației, o astfel de teorie nu rezistă criticilor și rămâne un subiect pentru proza detectivului. Cu toate acestea, înțelegerea acestui lucru nu neagă întrebarea principală: când vom stăpâni energia termonucleară?
„SUNNY BOSTER”
O reacție termonucleară (sau reacție de fuziune nucleară), în care nucleele mai ușoare fuzionează în cele mai grele, a fost descrisă de fizicieni în anii 1910. Și pentru prima dată a fost observat de omul de știință englez Ernst Rutherford. În 1919, el a împins heliul cu azot la viteză mare pentru a produce hidrogen și oxigen greu. Cinci ani mai târziu, Rutherford a finalizat cu succes sinteza hidrogenului tritiului supraîncărcat din nucleele grele de deuteriu ale hidrogenului. În același timp, astrofizicianul Arthur Eddington a prezentat o ipoteză îndrăzneață că stelele ard din cauza cursului reacțiilor termonucleare în adâncurile lor. În 1937, omul de știință american Hans Bethe a reușit să demonstreze apariția reacțiilor termonucleare în Soare - prin urmare, Eddington avea dreptate.
Ideea reproducerii unui „foc solar” pe Pământ a aparținut fizicianului japonez Tokutaro Hagiwara, care în 1941 a sugerat posibilitatea inițierii unei reacții termonucleare între nucleele de hidrogen folosind o reacție în lanț explozivă de fisiune a uraniului - adică o explozie atomică ar trebui să creeze condiții (temperatură și presiune ultra-ridicate) pentru a începe fuziunea termonucleară. Puțin mai târziu, Enrico Fermi, care a participat la crearea bombei atomice americane, a venit la aceeași idee. În 1946, sub conducerea lui Edward Teller, a fost lansat un proiect de cercetare privind utilizarea energiei termonucleare la Laboratorul Los Alamos.
Primul dispozitiv termonuclear a fost detonat de armata SUA la 1 noiembrie 1952, la atolul Enewetok din Oceanul Pacific. Am realizat un experiment similar în 1953. Astfel, omenirea folosește fuziunea termonucleară de peste șaizeci de ani, dar numai în scopuri distructive. De ce nu o poți folosi mai rațional?
MASTERI PLASMA
Video promotional:
Din punct de vedere al energiei, temperatura optimă a plasmei pentru o reacție termonucleară este de 100 de milioane de grade. Aceasta este de câteva ori mai mare decât temperatura din interiorul Soarelui. Cum să fii?
Fizicienii au propus păstrarea plasmei în interiorul unei „capcane magnetice”. La începutul anilor 1950, Andrei Saharov și Igor Tamm au calculat configurația câmpurilor magnetice capabile să comprime plasma într-un filament subțire și să prevină căderea acesteia pe pereții camerei. Pe baza schemei pe care au propus-o, au fost create numeroase tokamak-uri.
Se crede că termenul „TOKAMAK” își are originea ca prescurtare pentru sintagma „TOroid CAMERA cu bobine magnetice”. Elementul principal de proiectare este într-adevăr bobinele care creează un câmp magnetic puternic. Camera de lucru a tokamakului este umplută cu gaz. Ca urmare a defalcării sub acțiunea câmpului vortex, are loc o ionizare îmbunătățită a gazului din cameră, motiv pentru care se transformă în plasmă. Se formează un filament de plasmă care se deplasează de-a lungul camerei toroidale și este încălzit de un curent electric longitudinal. Câmpurile magnetice mențin cablul în echilibru și îi conferă o formă care îl împiedică să atingă pereții și să-i ardă.
Până în prezent, temperatura plasmei la tokamaks a ajuns la 520 milioane de grade. Cu toate acestea, încălzirea este chiar începutul călătoriei. Un tokamak nu este o centrală electrică - dimpotrivă, consumă energie fără a da nimic în schimb. O centrală termonucleară ar trebui construită pe principii diferite.
În primul rând, fizicienii au decis combustibilul. Aproape ideal pentru un reactor de putere este o reacție bazată pe fuziunea nucleelor de izotopi de hidrogen - deuteriu și tritiu (D + T), în urma căreia se formează un nucleu de heliu-4 și un neutron. Apa obișnuită va servi ca sursă de deuteriu, iar tritiul va fi obținut din litiu iradiat cu neutroni.
Apoi, plasma trebuie încălzită la 100 de milioane de grade și puternic comprimată, menținându-se în această stare pentru o lungă perioadă de timp. Din punctul de vedere al proiectării inginerești, aceasta este o sarcină incredibil de complexă și costisitoare. Complexitatea și costul ridicat au împiedicat dezvoltarea acestei direcții a energiei pentru o lungă perioadă de timp. Compania nu a fost pregătită să finanțeze un proiect atât de mare până când nu a existat încredere în succesul său.
DRUMUL LA VIITOR
Uniunea Sovietică, unde au fost construite tokamak-uri unice, a încetat să mai existe, dar ideea de a stăpâni energia termonucleară nu a murit, iar țările conducătoare și-au dat seama că problema nu poate fi rezolvată decât împreună.
Și acum primul reactor termonuclear experimental pentru inginerie electrică este construit astăzi în satul Cadarache, în sud-estul Franței, lângă orașul Aix-en-Provence. Rusia, SUA, Uniunea Europeană, Japonia, China, Coreea de Sud, India și Kazahstan participă la implementarea acestui mare proiect.
Strict vorbind, instalația care va fi construită în Cadarache nu va mai putea funcționa în continuare ca o centrală termonucleară, dar poate să-și apropie timpul. Nu întâmplător s-a numit ITER - această abreviere înseamnă Reactor Experimental Termonuclear Internațional, dar are și o semnificație simbolică: în latină iter înseamnă drum, cale. Astfel, reactorul Cadarash ar trebui să deschidă calea către energia termonucleară a viitorului, care va asigura supraviețuirea umanității după epuizarea combustibililor fosili.
ITER va fi structurat după cum urmează. În partea sa centrală, există o cameră toroidală cu un volum de aproximativ 2000 m3, umplută cu plasmă de tritiu-deuteriu încălzită la temperaturi de peste 100 de milioane de grade. Neutronii formați în timpul reacției de fuziune părăsesc „sticla magnetică” și prin „primul perete” pătrund în spațiul liber al păturii de aproximativ un metru grosime. În interiorul păturii, neutronii se ciocnesc cu atomii de litiu, rezultând o reacție cu formarea de tritiu, care va fi produsă nu numai pentru ITER, ci și pentru alte reactoare dacă acestea sunt construite. În acest caz, „primul perete” este încălzit de neutroni la 400 ° C. Căldura eliberată, ca în stațiile convenționale, este preluată de circuitul primar de răcire cu un agent de răcire (conținând, de exemplu, apă sau heliu) și transferată în circuitul secundar, unde se produce vapori de apă,mergând la turbine care generează electricitate.
Instalarea ITER este cu adevărat o mega-mașină. Greutatea sa este de 19.000 de tone, raza interioară a camerei toroidale este de 2 metri, raza exterioară este mai mare de 6 metri. Construcția este deja în plină desfășurare, dar nimeni nu poate spune cu siguranță când va fi primită prima ieșire de energie pozitivă la instalație. Cu toate acestea, ITER intenționează să producă 200.000 kWh, care este echivalent cu energia conținută în 70 de tone de cărbune. Cantitatea necesară de litiu este conținută într-o mini-baterie pentru computer, iar cantitatea de deuteriu este conținută în 45 de litri de apă. Și va fi o energie absolut curată.
În același timp, deuteriul ar trebui să fie suficient timp de milioane de ani, iar rezervele de litiu ușor extrase sunt destul de suficiente pentru a satisface nevoia acestuia de sute de ani. Chiar dacă rezervele de litiu din roci se epuizează, fizicienii îl vor putea extrage din apa de mare.
ITER va fi cu siguranță construit. Și, desigur, mă bucur că țara noastră participă la acest proiect de viitor. Numai specialiștii ruși au mulți ani de experiență în crearea unor magneți supraconductori mari, fără de care este imposibil să păstrezi plasma în filament: datorită tokamak-urilor!
Anton Pervushin
