Международный экспериментальный термоядерный реактор

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «ITER»)
Перейти к: навигация, поиск
Макет термоядерного реактора (сечение)

ITER (изначально аббр. от англ. International Thermonuclear Experimental Reactor, 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.

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

Стройку, стоимость которой первоначально оценивалась в 5 миллиардов евро, первоначально планировалось закончить в 2016 году, однако постепенно предполагаемая сумма расходов выросла вдвое, и затем срок начала экспериментов сдвинулся к 2020 году.

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

Страны-участники[править | править исходный текст]

Наибольшую роль в реализации российской доли обязанностей по проекту ИТЭР играют[1] Курчатовский институт, госкорпорация Росатом, НИИ ЭФА им. Д. В. Ефремова, НИКИЭТ, Институт прикладной физики РАН, ТРИНИТИ, ФТИ им. А. Ф. Иоффе, ВНИИНМ, ВНИИКП, управляющая компания «Наука и инновации», ИЯФ СО РАН.

Участие Казахстана[править | править исходный текст]

Участие Казахстана в проекте ИТЭР[2] представляет[3] Национальный Ядерный Центр Республики Казахстан (НЯЦ РК), Научно-исследовательский институт экспериментальной и теоретической физики КазНУ им.аль-Фараби, Институт Ядерной Физики (ИЯФ), Ульбинский металлургический завод, КазНИПИЭнергопром[4], Казэлектромаш.

История[править | править исходный текст]

  • Ноябрь 1985 г. — СССР предложил создать токамак нового поколения с участием стран, наиболее продвинувшихся в изучении термоядерных реакций.
  • 19881990 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.
  • 28 июля 1994 г.— в рамках Решения 6 сессии Совета ITER по квоте Российской Федерации в проект присоединилась Республика Казахстан.
  • 1996 г. — США вышли из проекта.
Место расположения исследовательского центра «Кадараш»
  • 2001 г. — технический проект реактора ITER был успешно завершён.
  • 20012003 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°41′ с. ш. 5°45′ в. д. / 43.68750° с. ш. 5.7617° в. д. / 43.68750; 5.7617 (G) (O)).
  • 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.
  • 2010 г. — начало подготовки котлована под фундамент.[5]
  • 2012 г. — В декабре 2012 года руководством ITER был подписан гражданско-правовой договор с французско-испанским консорциумом VFR на строительство комплекса зданий токамака.
  • 2013 г. — начало строительства комплекса.[5].
    • По состоянию на май — завершены работы по созданию железобетонного фундамента под реактор. Возводятся стены котлована.
    • С 19 по 20 июня 2013 г. в столице Японии состоялось очередное — двенадцатое — заседание Совета ИТЭР, руководящего органа Международной организации ИТЭР, в котором приняли участие представители всех семи участников Проекта ИТЭР: ЕС, Китая, Индии, Японии, Республики Корея, России и США. Делегаты Совета отметили, что Проект ИТЭР полностью перешел на стадию сооружения.
    • К августу подготовлена площадка для горячей камеры токамака, построены два вспомогательных здания и энергетическая подстанция.
    • Сентябрь — появились сведения о первой успешной репетиции по транспортировке крупногабаритных деталей токамака из порта Bere l'Etang[6] (порт на озере Этан-де-Берр, озеро соединено 4-километровым каналом со Средиземным морем) до строительной площадки в Карадаше. Общая длина пути 104 километра[7]. Для транспортировки была расширена и модернизирована автомобильная дорога, в частности, построено несколько новых мостов, а некоторые мосты были разобраны[8], и на их месте построены более прочные. Транспортировка будет осуществляться на специально сконструированном для этой задачи 352-колесном автотрейлере[9]. Эта машина[10] способна перемещать груз массой 800 тонн, длиной 40 метров, высотой 11 метров, шириной 9 метров со скоростью 3.5 км/ч. Репетиция заключалась в перевозке весогабаритного макета (бетонные блоки плюс стальная рама)[11] наиболее впечатляющих деталей реактора из точки назначения в точку прибытия.
    • В ноябре были сформированы дренажные и вспомогательные туннели, окружающие комплекс токамака.
    • В начале декабря началась заливка бетоном 1.5 метровой плиты основания реактора[12]. Заливка ведется секциями размером 21х26 метров и продлится шесть месяцев. Всего секций пятнадцать. Заливка секции длится десять часов, затем месяц идет схватывание и отвердевание бетона. Затем опалубка и арматура демонтируются, и переносятся к следующей секции.
    • 11 декабря 2013 г. — заложен первый камень в фундамент будущего здания ITER[13].
  • 2014 — работы на фундаменте будущего здания токамака (на сайте ITER его называют Зданием Трития — Tritium Building), возведение Здания Криостата (Cryostat Building), создание узлов токамака, тренировки по доставке наиболее крупных деталей реактора от порта Бере к строительной площадке.
    • Февраль 2014 г. — Залито три секции фундамента будущего Тритиевого Здания. Таким образом, фундамент на южной стороне Здания Трития готов[14].
    • С февраля 2014 года на сайте проекта стали появляться фотографии изготовленных странами-участницами проекта отдельных частей токамака. Европа приступила к изготовлению 70 больших D-образных катушек радиального поля[15]. Россия в марте отправила [16] в Италию сверхпроводящие кабеля [17], из которых будет наматываться катушки торроидального поля. Корея изготавливает секции вакуумной камеры.[18] Китай представил фотографии смонтированных стативов с автоматикой управления магнитным полем. [19]. Индия приступила к изготовлению оболочки криостата[20][21].
    • 19 марта 2014 года начата[22] заливка первой из трех секций на северной стороне Здания Трития. Этот этап планируется завершить в июле 2014.
    • Март 2014 года — начата вторая репетиция транспортировки весогабаритного макета от порта Бере в Карадаш. Мероприятие успешно закончилось рано утром 8 апреля 2014 года, когда трейлер с макетом прибыл на строительную площадку. Это последняя репетиция: уже в этом году ожидается прибытие первых крупногабаритных деталей.
    • Полным ходом идет строительство здания вспомогательных устройств криостата токамака[23] (его зовут просто Зданием Криостата — Cryostat Building). Криостат[24] — огромная стальная оболочка, внутри которой будет располагаться токамак. Криостат, помимо механических функций (поддержка и защита деталей токамака) будет выполнять роль охладителя, удерживая обмотки токамака в состоянии сверхпроводимости. В Здании Криостата будут находится компрессоры, управляющая аппаратура и теплообменники.
    • 14 апреля 2014 г. Один из менеджеров проекта (Site, Buildings and Power Supplies project manager), Лоран Шмидер (Laurent Schmieder), на сайте ITER дал интервью, в котором рассказал, какие изменения будут происходить на строительной площадке в ближайшее время. По его словам, число рабочих, занятых на строительстве, возрастет с 600 до 1000 человек. В этом месяце на северо-восточном углу строительной площади начнется возведение Служебного здания (Services Building). В июле начнется возведение Сборочного цеха (Assembly Building) — это здание высотой 60 метров будет построено за три месяца. Скоро начнется строительство очистных сооружений (Cleaning Facility), Здания радиочастотного нагревателя (Radio Frequency Heating Building), Здания управления (Control Building), Здания управления магнитной системой и Здания компрессорной станции. В июле начнется строительство охлаждающих бассейнов и градирен. В сентябре планируется начать работы на цокольном этаже Комплекса токамака, а к концу года работы перейдут на следующий этаж.[25]
  • 3 квартал 2014 г. — прибытие первых деталей.[5]
  • 2015 г. — начало сборки.[5]
  • 2019 г. — конец сборки.[5]
  • 2020 г. — начало экспериментов с плазмой.[5]
  • 2027 г. — эксперименты с дейтериево-тритиевой плазмой.[5]

Строительство[править | править исходный текст]

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[править | править исходный текст]

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 массой 23 тыс. тонн [1]

Магнитная система[править | править исходный текст]

К концу июня 2013 года шестью участниками Проекта уже изготовлено более 420 тонн ниобий-оловянных стрендов для проводника тороидального поля, что составляет 90 % от их необходимого количества. Помимо этого, Китай, Евросоюз и Россия уже изготовили 133 тонны ниобий-титановых стрендов для проводников полоидального поля (51 % от требуемого количества).

Технические данные[править | править исходный текст]

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[26][27][править | править исходный текст]

Макет реактора ITER. Масштаб 1:50
Общий радиус конструкции 10,7 м
Высота 30 м
Большой радиус вакуумной камеры 6,2 м
Малый радиус вакуумной камеры 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[править | править исходный текст]

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 года из-за изменения проекта и удорожания материалов стоимость строительства международного термоядерного реактора (ITER) была скорректирована и увеличилась до 15 млрд евро[28]. Таким образом, доля ЕС в проекте должна быть увеличена с 4,36 млрд евро до 5,45 млрд.

Российская сторона за период 2013—2015 гг. вложит в проект 14,4 млрд рублей (около $500 млн): 5,6 миллиарда рублей в 2013 году, 4,8 млрд — в 2014 году и 3,99 млрд — в 2015 году[29].

Руководство проекта[править | править исходный текст]

Руководящий орган — Совет ИТЭР (ITER Council), принимающий решения об участии государств в проекте, по вопросам персонала, административных правил и бюджетных расходов.[30]
Председатель совета ИТЭР — Евгений Павлович Велихов (избран в 2009)[31]
Генеральным директором Советом ИТЭР назначен (от 28 июля 2010) Осаму Мотодзима (Osamu Motojima)[32]

Радиационная безопасность[править | править исходный текст]

Термоядерный реактор намного безопасней ядерного реактора в радиационном отношении. Прежде всего, количество находящихся в нём 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.

20 июня 2012 организация получила официальную справку о соответствии установки нормам безопасности.[33]

Интересные факты[править | править исходный текст]

  • Один килограмм трития стоил в 2010 году порядка 30 млн долларов.[34] Для запуска ITER потребуется как минимум около 3 кг трития, для запуска DEMO понадобится 4-10 кг[35]. Гипотетический тритиевый реактор потреблял бы 56 кг трития на производство 1 ГВт·года электроэнергии, тогда как всемирные запасы трития на 2003 год составляли 18 кг[35]. Мировая коммерческая потребность на 1995 год составляет ежегодно около 400 гр, и еще порядка 2 кг требовалось для поддержания ядерного арсенала США[36] (7 кг для мировых военных потребителей). Около 4 кг трития в год образуется на АЭС, но не извлекается.[37]
  • Для стабильной долговременной работы в условиях интенсивного потока нейтронов и высоких температур разработан специальный вид стали[38].
  • Одной из теоретических концепций, проверка которой предполагается на ITER, является то, что трития, образуемого в реакции деления ядер лития (реакция {}^{1}_{0}\mbox{n} + {}^{6}_{3}\mbox{Li} \rightarrow {}^{4}_{2}\mbox{He} + {}^{3}_{1}\mbox{H}) будет достаточно чтобы обеспечивать потребности самой установки, либо даже превысит эти потребности, что теоретически позволило бы обеспечивать тритием и новые установки. Литий, используемый для реакции, входит в состав оболочки камеры токамака. [39].

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Russian Major Partisipants
  2. Распоряжение Премьер-министра Республики Казахстан от 22 июля 1998 г. № 143-р О мерах по развитию деятельности в рамках решения 6 сессии Совета ИТЭР от 28 июля 1994 года о вкл...
  3. http://ktm.nnc.kz/fileadmin/downloads/presentations/ktm_2003.pdf
  4. АО «Институт«КазНИПИЭнергопром» - Об институте
  5. 1 2 3 4 5 6 7 ITER — the way to new energy
  6. https://www.iter.org/album/construction/transport#303
  7. https://www.iter.org/album/construction/transport#211
  8. https://www.iter.org/album/construction/transport#212
  9. https://www.iter.org/album/construction/transport#2533
  10. https://www.iter.org/album/construction/transport#2531
  11. https://www.iter.org/album/construction/transport#2573
  12. https://www.iter.org/album/media/5%20-%20site%20milestones#2726
  13. Construction starts of Iter Tokamak complex  (англ.), World Nuclear News (13 December 2013). Проверено 28 декабря 2013.
  14. https://www.iter.org/doc/all/content/com/img_galleries/3r%20pour_2_engage.jpg
  15. https://www.iter.org/album/media/2%20-%20manufacturing%20underway#2773
  16. https://www.iter.org/album/media/2%20-%20manufacturing%20underway#2819
  17. https://www.iter.org/album/media/2%20-%20manufacturing%20underway#2701
  18. https://www.iter.org/album/media/2%20-%20manufacturing%20underway#2641
  19. https://www.iter.org/album/media/2%20-%20manufacturing%20underway#2651
  20. https://www.iter.org/album/media/2%20-%20manufacturing%20underway#2757
  21. https://www.iter.org/album/media/2%20-%20manufacturing%20underway#2817
  22. https://www.iter.org/doc/all/content/com/img_galleries/tritium_bdg_pouring_4.jpg
  23. https://www.iter.org/doc/all/content/com/img_galleries/vue%20du%20cryostat.jpg
  24. ITER - the way to new energy
  25. https://www.iter.org/newsline/-/1872
  26. Официальный международный сайт проекта ITER
  27. Официальный российский сайт проекта ИТЕР
  28. L’Europe s’alarme de l’explosion du coût du réacteur à fusion nucléaire ITER, 13.05.2010.
  29. РФ в 2013-2015 гг вложит в проект ИТЭР 14,4 млрд руб (18.09.2012). Архивировано из первоисточника 16 октября 2012.
  30. The ITER Council
  31. http://www.iter.org/newsline/108/1496
  32. Osamu Motojima, Director-General, ITER Organization
  33. iter — A long-expected letter
  34. Is fusion power really viable? BBC News (5 марта 2010 г.)
  35. 1 2 Tritium Supply Considerations, LANL, 2003. «ITER startup inventory estimated to be ~3 Kg»
  36. Hisham Zerriffi. Tritium: The environmental, health, budgetary, and strategic effects of the Department of Energy’s decision to produce tritium. Institute for Energy and Environmental Research (1996). Проверено 13 ноября 2013.
  37. International Control of Tritium for Nuclear Nonproliferation and Disarmament, CRC Press, 2004, page 15
  38. Новая сталь позволит оптимизировать расходы на термоядерный реактор Lenta.ru (27 октября 2008 г.)
  39. На пути к термоядерной энергетике Элементы (17 мая 2009 г.)

См. также[править | править исходный текст]

Ссылки[править | править исходный текст]

Координаты: 43°41′15″ с. ш. 5°45′42″ в. д. / 43.68750° с. ш. 5.76167° в. д. / 43.68750; 5.76167 (G) (O)