Авторский блог Алексей Анпилогов 14:44 4 августа 2020

Первый настоящий термоядерный

ITER — один из самых сложных проектов, за которые когда-либо бралось человечество
9

На минувшей недели в исследовательском центре Кадараш на юге Франции официально стартовала сборка первого в мире полноценного термоядерного реактора, называющегося ITER (англ. International Thermonuclear Experimental Reactor, Международный экспериментальный термоядерный реактор). Эпитет «международный» в названии реактора — отнюдь не дань моде, а суть этого масштабнейшего проекта в истории человечества. В разработке и постройке ITER принимают участие Россия, США, страны ЕС, Индия, Китай, Южная Корея, Япония и Казахстан, что делает этот проект одним из самых значимых исходя даже из числа его участников. 

Но ещё интереснее суть проекта, стартовавшего почти тридцать лет тому назад с четырёхстороннего соглашения по разработке термоядерного реактора, которое подписали по инициативе нашей страны ЕС, Россия, США и Япония. В рамках ITER должен быть создан первый в мире промышленный термоядерный реактор, который устойчиво сможет выдавать больше энергии в сеть, нежели потреблять на поддержание термоядерной реакции. Ведь до сих пор энергетический выход из реальной термоядерной плазмы получали только эпизодически, в ходе коротких научных экспериментов. Согласно расчётам, ITER сможет генерировать около 500 МВт тепловой энергии при затрачиваемых 50 МВт на разогрев плазмы. Такое соотношение уже позволяет снабдить реактор в будущем паровыми турбинами, которые смогут генерировать электрический ток. Впрочем, на ITER установка турбин планируется тоже лишь в экспериментальном ключе, а полноценное производство электрической энергии сможет обеспечить следующий этап развития термоядерной энергетики — более мощный и совершенный реактор DEMO. 

ITER — один из самых сложных проектов, за которые когда-либо бралось человечество. Только на его начальное проектирование ушло около десятилетия — инженерный проект ITER был завершен в 2001 году. После этого ещё около пяти лет потратили на согласование роли каждой из стран-учредителей проекта, а также на превращение инженерных требований в реальные технические решения. Ведь для многих компонентов реактора инженерная задача ставилась предельно необычным способом: «Вот вам, товарищи инженеры, нужные параметры, а вы уж придумайте, какое оборудование их сможет достичь». Отсюда и специфика производства ITER: практически все его элементы, включая не только агрегаты, узлы или отдельные детали, но и даже составляющие их материалы — уникальные, изготовленные или под заказ, или и вовсе — в единственном экземпляре, специально для установки в ITER. 

Этот момент определил и предельно долгий срок строительства первого термоядерного реактора: площадка в Кадараше была выбрана ещё в 2005 год, а первый куб грунта из котлована вынули двумя годами позже. Последующие года ушли исключительно на подготовительные работы — сборка реактора из компонентов, которые 13 лет медленно стекались на строительную площадку, проверялись, увязывались между собой и готовились к окончательной установке, началась только 28 июля 2020 года. Столь длительный процесс подгонки деталей ITER практически вынужденный: после первых запусков с термоядерной плазмой реактор внутри станет очень радиоактивным и поменять что-либо в его конструкции станет гораздо сложнее. 

В отличие от существующих атомных электростанций, принцип действия которых основан на радиоактивном распаде тяжёлых ядер урана или плутония, термоядерный реактор будет опираться на синтез лёгких ядер водорода в более тяжёлые ядра других химических элементов. По сути, люди хотят повторить на Земле те реакции, которые, как мы уже знаем, идут в недрах всех звёзд — зажечь рукотворное Солнце на поверхности нашей планеты. 

Реакторы термоядерного синтеза будут намного безопаснее обычных ядерных, как с точки зрения своей эксплуатации, так и в процессе утилизации отходов, в качестве которых будут выступать очень незначительные количества лёгких радиоактивных элементов. Основным же продуктом реакции будет устойчивый газ — гелий, а в качестве топлива для реактора нужны тяжёлые изотопы водорода, которые можно добывать или из простой воды, или создавать прямо в термоядерном реакторе. Поэтому, как показывают расчёты, промышленный реактор DEMO, который планируется к постройке после ITER, должен быть экономичнее и эффективнее существующих ядерных энергоблоков, которые, в свою очередь, являются одними из самых дешёвых источников электроэнергии в мире. 

Новый мир, в котором термоядерная энергия будет общедоступной — а открытость всей документации является одним из принципов создания ITER, станет совсем иным местом, в котором свободный доступ к энергии перестанет быть уделом лишь избранной части человечества, которая получила уничижительное название «золотого миллиарда».  

Окончательная сборка ITER продлится ещё без малого пять лет: полностью готовым к запуску он будет только в 2025 году, а предполагаемая сумма расходов по его постройке составит 20 миллиардов евро. Только тогда можно будет окончательно убедиться в том, что тот смелый проект на грани возможного, который предложила миру Россия тридцать лет тому назад, увенчался успехом. 

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен!

Нажмите «Подписаться на канал», чтобы читать «Завтра» в ленте «Яндекса»

Комментарии Написать свой комментарий
4 августа 2020 в 18:11

Очень дорогой значит не реальный. После первой аварии при запуске забудут эту идею ещё на сто лет.Поучительна история с МГД генератором, в котором используется плазма с температурой 2800 градусов.Созданы они еще во второй половине прошлого века.Для работы генераторов требуются жаропрочные конструкционные материалы. Часть материалов разработано в рамках выполнения программ по термоядерному синтезу. Другие используются в ракетостроении и засекречены. В любом случае, эти материалы чрезвычайно дорогие.
Поэтому все созданные на сегодня энергоблоки с МГД генераторами демонстрируют скорее уровень достигнутых технологий, чем экономическую целесообразность.

4 августа 2020 в 20:29

Сравнение с МГД некорректное.
МГД работает на том же углеводороде, который скоро закончится. МГД пытались развивать пока не было ГТУ с хорошими параметрами - КПД прямого цикла 50-60% - как только такие машины появились, МГД стали не нужны. К тому же температура в канале МГД не может быть ниже, как вы верно заметили, 2800, а желательно и выше, а при этом образуются NOx и в огромных количествах.

К ГТУ можно присобачить паровой цикл, получится ПГУ, можно на хвост ПТУ вместо конденсатора пришпандорить еще цикл с аммиаком вместо воды - низкотемпературное рабочее тело.
В общем можно выжать процентов 70-80 чисто по электричеству.
Но это всё равно работает на углеводородах, которые скоро закончатся.

Термояд это, конечно, хорошо, но у меня есть сомнения.
Допустим с УТР ничего не получится, что тогда?
Есть два варианта.
1. Земля одичает, останется "золотой миллиард", который будет доедать остатки ресурсов, и дикие племена.
2. Народ все-таки поумнеет и умерит потребности - прежде всего в энергии. Народы объединятся. И даже евреи помирятся с арабами. Перестанут летать на выходные в Турцию, жрать ананасы, которые возят самолетами, переселятся в теплые края... В общем, как у Ефремова описано, почитайте лекцию Веды Конг.

Допустим, УТР загорится!
Опять же есть варианты.
Если народы мира не поумнеют и будут продолжать жрать энергию, как сегодня и всё больше и больше - поскольку теперь ее будет немеряно - то наступит реальный перегрев планеты. Законы термодинамики и электротехники. При любом преобразовании энергии всегда есть тепловые потери.
Радиоактивных отходов от УТР действительно меньше, но они есть, а также будут радиоактивными конструкции реакторов после выработки ресурса.

Не знаю, что лучше: зажечь УТР или не зажигать.
- ?

4 августа 2020 в 20:51

Кстати, сейчас перелистываю "Туманность Андромеды", многое смотрится иначе, чем в юности. Не такой уж он светлый этот мир Эры Великого Кольца.

4 августа 2020 в 19:29

А он окупится?

4 августа 2020 в 20:32

Если УТР загорится, то несомненно окупится.

5 августа 2020 в 13:25

Несомненно Кудинов больше знает, но я работал с энергетиками с Рязанской ГРЭС с энергоблока МГД генератором, интересовался почему тормознули науку. Они квартиры получили под строительство этого энергоблока. Всё хорошо было до первой аварии и первого ремонта, когда все преимущества энергоблока не окупились. Действительно, что МГД генератор не идёт в сравнение с термоядерным реактором по устройству и эффективности, но я сравнивал по цене строительства и дальнейшей эксплуатации, когда первая авария, которые неизбежны в энергетике, и ремонт сведут к закрытию проекта.
Перспективу вижу только в развитии КАТЭК по газификации угля (водяной газ),разделение водорода и СО. На основе водородной энергетики развитие промышленности топливных элементов, индивидуальное пользование-хочешь на машине катайся или отапливай квартиру.
Газификация отходов с/х и лесной промышленности возможны при возрождении деревень Нечерноземья и Сибири. Пока мы сжигаем леса напропалую, варварски вырубаем,уничтожаем чернозём Кубани, а на Украине додумались продавать.

5 августа 2020 в 14:30

Всё правильно, Степанов.
Газификация углей, водородная энергетика, топливные элементы, возобновляемые источники, биотехнологии.

Но базой будет термояд. Потому что запасов водорода-дейтерия много.
Термоядерные станции будут стоять в пустынях, для безопасности, и гнать электричество или работать на электролиз водорода. А водород с углем уже можно перерабатывать в метан. Газификация угля - кстати газифицировать будем сразу в пласте, на поверхность гнать готовый газ - газификация дает окись углерода, а если добавить водород с водой, то наполовину будет уже метан.
КАТЭК это хорошо, но и он не бездонный.

МГД-блок на 240 МВт стоял не на Рязанской ГРЭС, а рядом, через забор и назывался ТЭЦ-24 Мосэнерго. Был я там один раз, показывали им тренажеры. Работал он уже без МГД. Котел-утилизатор после МГД-канала там уникальный, многоходовой, как змея извивается. Но как-то он работал. Потом ТЭЦ-24 ликвидировали и присоединили к Рязанской ГРЭС.

6 августа 2020 в 04:08

"""Газифицировать будем в пласте""", к сожалению,господин Кудинов, это пройденный этап по газификации. Мой предлагаемый способ получения водяного газа и дальнейшее химическое преобразование можно назвать доисторическим, когда не было электрической лампочки, но был завод по газификации угля,который работал в автоматическом режиме (автоматика механическая). А далее Московский газовый завод. Как я сожалею,что раньше этого не знал и не видел красивейших зданий этого завода.
Мой внук кандидат химических наук похвалил меня, что я выступаю за бережное отношение к природным ресурсам. В США есть газовый завод получения водяного газа,но работает в паре с заводом получения кислорода.Далее принцип простой СО+Н. В Красноярске есть завод по газификации и получения кокса из бурого угля.Современные достижения химической науки и вольтовой дуги позволяют использовать азот воздуха в качестве окислителя. Открывается возможность переработать все свалки и терриконы угольных шахт.В США электростанция тепловая работает без дымовой трубы.Пока это дорогая химия,но перспективная.
Мне бы хотелось,чтобы Кудинов и все энергетики выступали за газификацию бурого угля КАТЭК, за возрождение деревень Нечерноземья и Сибири по программе народонаселения и развития безотходной энергетики. Бунтующий Хабаровск подразумевает такой путь нашего государства. Видимо сам Бог остановил строительство на КАТЭК 8 электростанций по 8 энергоблоков. В 90 году уже была дирекция Берёзовской ГРЭС-2 со знакомым мне директором.

5 августа 2020 в 17:38

Поздравляю г-на Анпилогова со вступлением в секту "свидетелей Токамака".
Ирония и сарказм не по адресу основоположников концепции "ТОКАМАК" (И.В. Курчатов, А.Д. Сахаров и содвижники). В 50-60-х годах минувшего века она действительно виделась наиболее перспективной. Однако, ныне ...(?!!!).
Так и не решена проблема "первой стенки". Все ухищрения по увеличению продолжительности цикла (эффективное удержание плазмы) привели к непомерному усложнению (систеный минус надежности) и удорожанию конструкции, что практически ставит крест на промышленной эксплуатации. Преобразование выделившейся энергии (в электрическую) отнесено на "когда-нибудь и как-нибудь", что в принципе плохо сопрягается с уникальной сложностью и параметрической критичностью объекта.
Чем действительно "хорош" "ТОКАМАК", то это потенциалом бесконечного доения бюджетов целого ряда стран под громогласные обещания. Идеальная "распилочная"!
Можно было бы, скрепя сердце, согласиться с творящимся абсурдом - если бы рассматриваемая концепция была безальтернативной. Ан -нет! Существуют и иные концепции - по крайней мере не уступающие системе "ТОКАМАК".
Но они так не пропиарены, а некоторые откровенно заблокированы в реализации.
Наиболее перспективна концепция УТС по росс. патенту № 2125303 ("Способ осуществления инерционного термоядерного синтеза и преобразования (!) полученной энергии"). Здесь предложен не только способ получения первичной (термоядерной) энергии, но и показано высокоэффективное её пребразование (в электрическую) в единой компактной установке. Таковое сочетание УНИКАЛЬНО!
Единственное преимущество "Токамаков" над предложенной альтернативой в горах технической документации, и сонме сделавших на сей ниве карьеру беспринципных ремесленников с громкими степенями и званиями. Скажете, что так не бывает? Мол в науке торжествует привеженность служению истине, а только в бизнесе и прочих скорбных делах "кое где у нас порой..." . Дескать только сфера науки свободна от сервильности, карьеризма, бепринципности, политиканства, клановости и т.п. Ну-ну...
Далее не в силах комментировать - так тема близка...

1.0x