Международный экспериментальный термоядерный реактор

Макет термоядерного реактора (сечение)

ITER (ИТЭР) — проект международного экспериментального термоядерного реактора. Задача ИТЭР заключается в демонстрации возможности коммерческого использования термоядерного реактора и решении физических и технологических проблем, которые могут встретиться на этом пути.

В настоящее время проектирование реактора полностью закончено и выбрано место для его строительства — исследовательский центр Кадараш (фр. Cadarache) на юге Франции, в 60 км от Марселя.

Первоначально название «ITER» было образовано как сокращение англ. International Thermonuclear Experimental Reactor, но в настоящее время оно официально не считается аббревиатурой, а связывается со словом лат. iter — путь.

Страны-участницы

• Страны ЕС (выступают как единое целое)
• Индия
• Китай
• Республика Корея
• Россия
• США
• Япония

История

• Ноябрь 1985 г. — СССР предложил создать токамак нового поколения с участием стран, наиболее продвинувшихся в изучении термоядерных реакций.
• 1988—1990 гг. — силами советских, американских, японских и европейских учёных и инженеров была проведена успешная концептуальная проработка проекта термоядерного реактора, получившего современное обозначение ITER.
• 21 июля 1992 г. — в Вашингтоне было подписано четырёхстороннее (ЕС, Россия, США, Япония) межправительственное соглашение о разработке инженерного проекта ITER.
• 1996 г. — США вышли из проекта.

Место расположения исследовательского центра «Кадараш»

• 2001 г. — технический проект реактора ITER был успешно завершён.
• 2001—2003 гг. — к участию в проекте присоединяется Канада.
• 2003 г. — США вернулись к участию в проекте, а также к ним присоединились Китай и Южная Корея.
• 28 июня 2005 г. — в Москве министры шести сторон-участниц проекта ИТЭР подписали протокол, который определяет место строительства. Международный экспериментальный термоядерный реактор будет построен на юге Франции в исследовательском центре Кадараш (43.6875, 5.76166743°41′ с. ш. 5°45′ в. д.43.6875° с. ш. 5.761667° в. д.  ).
• 6 декабря 2005 г. — к консорциуму присоединилась Индия.
• 25 мая 2006 г. в Брюсселе участниками консорциума подписано соглашение о начале практической реализации проекта в 2007 году.
• 1 сентября 2006 — правительство России приняло решение подписать соглашение о создании Международной организации по реализации проекта исследовательского термоядерного экспериментального реактора (ITER), которая будет обладать правами юридического лица способного заключать соглашения с государствами и международными организациями.
• Декабрь 2006 — подписано 40 первых контрактов с персоналом, объявлено о ещё 56 открытых рабочих местах.
• 2007—2019 гг. — период строительства реактора.
• 2019 г. — начало экспериментов.
• 2026 г. — первые реакции термоядерного синтеза.
• 2037 г. — конец экспериментальный части.
• После 2040 года реактор станет производить электроэнергию (при условии успешных экспериментов).

Строительство

Подготовка строительной площадки в Кадараш на юге Франции началась в январе 2007 года. Это важный первый этап в длительном десятилетнем строительном процессе, который подразделяется на две основных фазы:

• подготовка физического места
• последующее строительство зданий ITER.

Подготовка площадки

Сооружения ITER будут располагаться в общей сложности на 180 га земли коммуны Сен-Поль-ле-Дюранс (Прованс-Альпы-Лазурный Берег, регион южной Франции), которая уже стала домом для французского ядерного научно-исследовательского центра СЕА (Commissariat à l'énergie atomique, Комиссариат атомной энергетики).

Наиболее важная часть ITER — сам токамак и все служебные помещения — будут располагаться на площадке в 1 километр длиной и 400 метров шириной. Предполагается, что строительство продлится до 2017 года. Основная работа на этом этапе выполняется под руководством французского агентства ITER, а в сущности CEA.

В целом сооружения ITER будут представлять собой 60-метровый колосс весом 23 тыс. тонн [1]

Технические данные

ITER относится к термоядерным реакторам типа «токамак». Два ядра: дейтерия и трития сливаются, с образованием ядра гелия (альфа-частица) и высокоэнергетического нейтрона.

${}^{2}_{1}\mbox{H} + {}^{3}_{1}\mbox{H} \rightarrow {}^{4}_{2}\mbox{He} + {}^{1}_{0}\mbox{n} + 17.6 \mbox{ MeV}$

Проектные характеристики

Макет реактора ITER. Масштаб 1:50

Общий радиус конструкции	10,7 м
Высота	30 м
Большой радиус плазмы	6,2 м
Малый радиус плазмы	2,0 м
Объём плазмы	837 м³
Магнитное поле	5,3 Тл
Максимальный ток в плазменном шнуре	15 МА
Мощность внешнего нагрева плазмы	40 МВт
Термоядерная мощность	500 МВт
Коэффициент усиления мощности	10x
Средняя температура	100 МК
Продолжительность импульса	> 400 c

Финансирование

Стоимость проекта первоначально оценивалась в 12 млрд долларов. Доли участников распределятся следующим образом:

• Китай, Индия, Корея, Россия, США — каждая по 1/11 суммы;
• Япония — 2/11;
• ЕС — 4/11;

В июле 2010 году из-за изменения проекта и удорожания материалов стоимость строительства международного термоядерного реактора (ITER) была скорректирована и увеличилась до 15 млрд евро. Таким образом, доля ЕС в проекте должна быть увеличена с 4,36 млрд евро до 5,45 млрд.

Руководство проекта

Руководящий орган — Совет ИТЭР (ITER Council), принимающий решения об участии государств в проекте, по вопросам персонала, административных правил и бюджетных расходов.
Председатель совета ИТЭР — Евгений Павлович Велихов (избран в 2009)
Генеральным Директором Советом ИТЕР назначен (от 28 июля 2010) Осаму Мотодзима (Osamu Motojima)

Радиационная безопасность

Термоядерный реактор намного безопасней ядерного реактора в радиационном отношении. Прежде всего, количество находящихся в нем радиоактивных веществ сравнительно невелико. Энергия, которая может выделиться в результате какой-либо аварии тоже мала, и не может привести к разрушению реактора. При этом, в конструкции реактора есть несколько естественных барьеров, препятствующих распространению радиоактивных веществ. Например, вакуумная камера и оболочка криостата должны быть герметичными, иначе реактор просто не сможет работать. Тем не менее, при проектировании ITER большое внимание уделялось радиационной безопасности, как при нормальной эксплуатации, так и во время возможных аварий.

Есть несколько источников возможного радиоактивного загрязнения:

• радиоактивный изотоп водорода — тритий;
• наведённая радиоактивность в материалах установки в результате облучения нейтронами;
• радиоактивная пыль, образующаяся в результате воздействия плазмы на первую стенку;
• радиоактивные продукты коррозии, которые могут образовываться в системе охлаждения.

Для того, чтобы предотвратить распространение трития и пыли, если они выйдут за пределы вакуумной камеры и криостата, специальная система вентиляции будет поддерживать в здании реактора пониженное давление. Поэтому из здания не будет утечек воздуха, кроме как через фильтры вентиляции.

При строительстве реактора, где только возможно, будут применяться материалы, уже испытанные в ядерной энергетике. Благодаря этому, наведённая радиоактивность будет сравнительно небольшой. В частности, даже в случае отказа систем охлаждения, естественной конвекции будет достаточно для охлаждения вакуумной камеры и других элементов конструкции.

Оценки показывают, что даже в случае аварии, радиоактивные выбросы не будут представлять опасности для населения и не вызовут необходимости эвакуации.

Интересные факты

• Один килограмм трития стоил в 2010 году порядка 30 млн долларов. Для запуска ITER потребуется как минимум около 3 кг трития.
• Для стабильной долговременной работы в условиях интенсивного потока нейтронов и высоких температур разработан специальный вид стали.
• Одним из теоретических предположений, проверка которого предполагается на ITER, является то, что во время основной реакции также будет происходить реакция ядерного синтеза, при которой будет образовываться тритий в ходе реакции ${}^{1}_{0}\mbox{n} + {}^{6}_{3}\mbox{Li} \rightarrow {}^{4}_{2}\mbox{He} + {}^{3}_{1}\mbox{H}$. Литий, используемый для реакции, входит в состав оболочки камеры токамака. При этом количество образующегося трития должно не только обеспечивать потребности самой установки, но и быть даже несколько большим, что теоретически позволит обеспечивать тритием и новые установки.

См. также

• National Ignition Facility
• Термоядерный реактор
• Wendelstein 7-X

Ссылки

• Официальный сайт проекта  (англ.).
• Интерактивная схема  (англ.).
• К. Ллуэллин-Смит. На пути к термоядерной энергетике. Материалы лекции, прочитанной 17 мая 2009 года в ФИАНе.
• Укрощение плазмы // «Вокруг Света».
• «С плазменным приветом» — статья в журнале «Итоги».
• У проекта термоядерного реактора ITER появится новый директор
• Митришкин Ю.В., Докука В.Н., Хайрутдинов Р.Р., Кадурин А.В., Сушин И.С., Коростелев А.Я. Методология проектирования системы магнитного управления плазмой в термоядерном токамаке-реакторе // Идентификация систем и задачи управления (SICPRO'08). — 2008. — С. 1752—1795.
• Краткое видеоописание проекта
• http://ip.ntv.ru/news/25725/

43.6875, 5.761667