Vzhľad termonukleárneho reaktora sa očakával viac ako pol storočia. Očakávania sú tak prehriate, že vznikla veľmi populárna konšpiračná teória, akoby bola v skutočnosti vynájdená už dávno, ale ropní magnáti skrývajú vynález pred masami, aby nestratili superzisky. Ako každá konšpiračná teória, takáto teória neobstojí proti kritike a zostáva témou detektívnych próz. Pochopenie toho však nevyvracia hlavnú otázku: kedy budeme ovládať termonukleárnu energiu?
„SUNNY BOSTER“
Termonukleárnu reakciu (alebo reakciu jadrovej fúzie), pri ktorej fúzia ľahších jadier do ťažších, popísali fyzici už v 10. rokoch 20. storočia. A prvýkrát to spozoroval anglický vedec Ernst Rutherford. V roku 1919 tlačil héliom s dusíkom vysokou rýchlosťou na výrobu vodíka a ťažkého kyslíka. O päť rokov neskôr Rutherford úspešne dokončil syntézu ťažkého vodíkového trícia z ťažkých vodíkových jadier deutéria. Približne v rovnakom čase predložil astrofyzik Arthur Eddington odvážnu hypotézu, že hviezdy horia vďaka priebehu termonukleárnych reakcií v ich hĺbkach. V roku 1937 dokázal americký vedec Hans Bethe dokázať výskyt termonukleárnych reakcií na Slnku - preto mal Eddington pravdu.
Myšlienka reprodukcie „slnečného ohňa“na Zemi patrila japonskému fyzikovi Tokutarovi Hagiwarovi, ktorý v roku 1941 navrhol možnosť zahájenia termonukleárnej reakcie medzi atómami vodíka pomocou explozívnej reťazovej reakcie štiepenia uránu - to znamená, že atómový výbuch by mal vytvárať podmienky (ultravysoká teplota a tlak). spustiť termonukleárnu fúziu. O niečo neskôr dospel k rovnakej myšlienke Enrico Fermi, ktorý sa podieľal na vzniku americkej atómovej bomby. V roku 1946 bol pod vedením Edwarda Tellera zahájený výskumný projekt využívania termonukleárnej energie v laboratóriu Los Alamos.
Prvé termonukleárne zariadenie odpálila americká armáda 1. novembra 1952 na atole Enewetok v Tichom oceáne. Podobný experiment sme uskutočnili v roku 1953. Ľudstvo teda používa termonukleárnu fúziu už viac ako šesťdesiat rokov, ale iba na deštruktívne účely. Prečo to nemôžete použiť racionálnejšie?
PLASMA MASTERS
Propagačné video:
Z hľadiska energie je optimálna teplota plazmy pri termonukleárnej reakcii 100 miliónov stupňov. To je niekoľkonásobne vyššia teplota ako vo vnútri Slnka. Ako byť?
Fyzici navrhli držať plazmu vo vnútri „magnetickej pasce“. Na začiatku 50. rokov vypočítali Andrej Sacharov a Igor Tamm konfiguráciu magnetických polí schopných stlačiť plazmu na tenké vlákno a zabrániť jeho pádu na steny komory. Navrhli na základe schémy početné tokamaky.
Existuje názor, že termín „TOKAMAK“vznikol ako skratka pre výraz „TOroid CAMERA with Magnetic Coils“. Hlavným dizajnovým prvkom sú skutočne cievky, ktoré vytvárajú silné magnetické pole. Pracovná komora tokamaku je naplnená plynom. V dôsledku rozpadu pôsobením vírového poľa dochádza k zosilnenej ionizácii plynu v komore, ktorá ho premení na plazmu. Vytvorí sa plazmové vlákno, ktoré sa pohybuje pozdĺž toroidnej komory a je ohrievané pozdĺžnym elektrickým prúdom. Magnetické polia udržujú kábel v rovnováhe a dodajú mu tvar, ktorý mu zabráni dotknúť sa stien a spáliť ich.
K dnešnému dňu teplota plazmy na tokamakoch dosiahla 520 miliónov stupňov. Zahriatie je však úplne začiatkom cesty. Tokamak nie je elektráreň - naopak, spotrebováva energiu bez toho, aby za to niečo dával. Termonukleárna elektráreň by mala byť postavená na rôznych princípoch.
V prvom rade fyzici rozhodli o palive. Pre energetický reaktor je takmer ideálna reakcia založená na fúzii jadier izotopov vodíka - deutéria a trícia (D + T), v dôsledku čoho sa vytvorí jadro hélia-4 a neutrón. Bežná voda bude slúžiť ako zdroj deutéria a trícium sa bude získavať z lítia ožiareného neutrónmi.
Potom sa musí plazma zahriať na 100 miliónov stupňov a silne stlačiť, aby sa v tomto stave udržala dlho. Z hľadiska inžinierskeho dizajnu je to neuveriteľne zložitá a nákladná úloha. Je to práve zložitosť a vysoké náklady, ktoré dlho brzdili vývoj tohto smeru energie. Spoločnosť nebola pripravená financovať taký veľký projekt, kým sa neobjavila dôvera v jeho úspech.
CESTA DO BUDÚCNOSTI
Sovietsky zväz, kde sa stavali jedinečné tokamaky, prestal existovať, ale myšlienka zvládnutia termonukleárnej energie nezanikla a popredné krajiny si uvedomili, že problém je možné vyriešiť iba spoločne.
A teraz sa dnes v dedine Cadarache na juhovýchode Francúzska neďaleko mesta Aix-en-Provence stavia prvý experimentálny termonukleárny reaktor pre energetiku. Na realizácii tohto veľkého projektu sa podieľajú Rusko, USA, Európska únia, Japonsko, Čína, Južná Kórea, India a Kazachstan.
Prísne vzaté, zariadenie, ktoré sa má postaviť v Cadarache, stále nebude môcť fungovať ako termonukleárna elektráreň, ale môže to priblížiť jeho čas. Nie náhodou sa nazýval ITER - táto skratka znamená medzinárodný termonukleárny experimentálny reaktor, má však aj symbolický význam: v latinčine iter je cesta, cesta. Cadarashov reaktor by teda mal pripraviť pôdu pre termonukleárnu energiu budúcnosti, ktorá zabezpečí prežitie ľudstva po vyčerpaní fosílnych palív.
Štruktúra projektu ITER bude nasledovná. V jeho centrálnej časti sa nachádza toroidná komora s objemom asi 2 000 m3, naplnená plazmou trícia a deutéria zahriata na teploty nad 100 miliónov stupňov. Neutróny generované počas fúznej reakcie opúšťajú „magnetickú fľašu“a cez „prvú stenu“vstupujú do voľného priestoru prikrývky asi meter hrubého. Vo vnútri deky sa zrazia neutróny s atómami lítia, čo má za následok reakciu s tvorbou trícia, ktoré sa bude vyrábať nielen pre ITER, ale aj pre ďalšie reaktory, ak sú postavené. V tomto prípade je „prvá stena“zahrievaná neutrónmi na 400 ° C. Uvoľnené teplo, ako je to v bežných staniciach, je odoberané primárnym chladiacim okruhom s chladiacim médiom (obsahujúcim napríklad vodu alebo hélium) a odovzdávané do sekundárneho okruhu, kde sa vytvára vodná para,k turbínam, ktoré vyrábajú elektrinu.
Inštalácia ITER je skutočne mega-stroj. Jeho hmotnosť je 19 000 ton, vnútorný polomer toroidnej komory je 2 metre, vonkajší je viac ako 6 metrov. Stavba je už v plnom prúde, ale nikto nevie s určitosťou povedať, kedy bude v zariadení prijatý prvý pozitívny energetický výstup. ITER však plánuje vyrobiť 200 000 kWh, čo sa rovná energii obsiahnutej v 70 tonách uhlia. Potrebné množstvo lítia je obsiahnuté v jednej mini batérii pre počítač a množstvo deutéria je obsiahnuté v 45 litroch vody. A bude to absolútne čistá energia.
Deutérium by zároveň malo stačiť na milióny rokov a zásoby ľahko extrahovateľného lítia sú úplne dostatočné na to, aby bolo možné zabezpečiť jeho potrebu na stovky rokov. Aj keď zásoby lítia v horninách dôjdu, fyzici budú schopní získať ho z morskej vody.
ITER sa určite postaví. A samozrejme som rád, že sa naša krajina podieľa na tomto projekte budúcnosti. Iba ruskí špecialisti majú dlhoročné skúsenosti s vytváraním veľkých supravodivých magnetov, bez ktorých nie je možné udržať plazmu vo vlákne: vďaka tokamakom!
Anton Pervušin