Termo kodolreaktora parādīšanās tika gaidīta vairāk nekā pusgadsimtu. Cerības ir tik pārkarsušas, ka ir parādījusies ļoti populāra sazvērestības teorija, it kā patiesībā tā būtu izgudrota jau sen, taču naftas magnāti slēpj izgudrojumu no masām, lai nezaudētu superpelnu. Tāpat kā jebkuras sazvērestības teorijas, arī šāda teorija neiztur kritiku un paliek detektīvprozas tēma. Tomēr, to saprotot, netiek noliegts galvenais jautājums: kad mēs apgūsim kodolenerģiju?
SUNNY BOSTER
Termo kodolreakciju (vai kodolsintēzes reakciju), kurā vieglāki kodoli ir sapludināti smagākos, fiziķi aprakstīja vēl 1910. gados. Un pirmo reizi to novēroja angļu zinātnieks Ernsts Rezerfords. 1919. gadā viņš lielā ātrumā ar slāpekli spieda hēliju, lai iegūtu ūdeņradi un smago skābekli. Piecus gadus vēlāk Rutherford veiksmīgi pabeidza supercieta ūdeņraža tritija sintēzi no deitērija smagajiem ūdeņraža kodoliem. Aptuveni tajā pašā laikā astrofiziķis Artūrs Eddingtons izvirzīja drosmīgu hipotēzi, ka zvaigznes deg, jo to dziļumos notiek kodolreakcijas. 1937. gadā amerikāņu zinātnieks Hanss Bethe spēja pierādīt termonukleāro reakciju rašanos Saulē - tāpēc Eddingtonam bija taisnība.
Ideja par "saules uguns" atveidošanu uz Zemes piederēja japāņu fizikam Tokutaro Hagiwara, kurš 1941. gadā ieteica iespēju sākt kodoltermisko reakciju starp ūdeņraža kodoliem, izmantojot urāna sadalīšanās sprādzienbīstamu ķēdes reakciju - tas ir, atomu sprādzienam vajadzētu radīt apstākļus (īpaši augstu temperatūru un spiedienu). lai sāktu kodoltermisko kodolsintēzi. Nedaudz vēlāk Enrico Fermi, kurš piedalījās Amerikas atombumbas izveidē, nonāca pie šīs pašas idejas. 1946. gadā Edvarda Tellera vadībā Los Alamos laboratorijā tika uzsākts pētījums par kodolenerģijas izmantošanu.
Pirmo termoelektroierīci ASV armija uzspridzināja 1952. gada 1. novembrī Enewetok atolā Klusajā okeānā. Mēs veicām līdzīgu eksperimentu 1953. gadā. Tādējādi cilvēce vairāk nekā sešdesmit gadus izmanto kodolsintēzi, bet tikai destruktīvos nolūkos. Kāpēc jūs to nevarat izmantot racionālāk?
PLASMA MEISTARI
Reklāmas video:
No enerģijas viedokļa optimālā plazmas temperatūra kodolreakcijā ir 100 miljoni grādu. Tas ir vairākas reizes augstāks nekā temperatūra Saules iekšienē. Kā būt?
Fiziķi ir ierosinājuši plazmu turēt "magnētiskā slazdā". 50. gadu sākumā Andrejs Saharovs un Igors Tamm aprēķināja magnētisko lauku konfigurāciju, kas spēj plazmu saspiest plānā pavedienā un novērst tās nokrišanu uz kameras sienām. Pamatojoties uz viņu ierosināto shēmu, tika izveidoti daudzi tokamaki.
Tiek uzskatīts, ka termins "TOKAMAK" radies kā saīsinājums frāzei "TOroid CAMERA ar magnētiskām spolēm". Galvenais dizaina elements patiešām ir spoles, kas rada spēcīgu magnētisko lauku. Tokamaka darba kamera ir piepildīta ar gāzi. Sadalīšanās rezultātā virpuļa lauka iedarbībā kamerā notiek pastiprināta gāzes jonizācija, kas to pārvērš plazmā. Tiek izveidots plazmas pavediens, kas pārvietojas gar toroidālo kameru un tiek uzkarsēts ar garenisko elektrisko strāvu. Magnētiskie lauki uztur vadu līdzsvarā un piešķir tam formu, kas neļauj tai pieskarties sienām un tās sadedzināt.
Līdz šim plazmas temperatūra tokamakos ir sasniegusi 520 miljonus grādu. Tomēr iesildīšanās ir pats ceļa sākums. Tokamaks nav spēkstacija - gluži pretēji, tas patērē enerģiju, neko nedodot pretī. Termoelektrostacija būtu jābūvē pēc dažādiem principiem.
Pirmkārt, fiziķi nolēma degvielu. Gandrīz ideāls spēka reaktoram ir reakcija, kuras pamatā ir ūdeņraža izotopu - deitērija un tritija (D + T) kodolu saplūšana, kā rezultātā veidojas hēlija-4 kodols un neitrons. Parastais ūdens kalpos kā deitērija avots, un tritijs tiks iegūts no litija, kas apstarots ar neitroniem.
Tad plazma jāuzsilda līdz 100 miljoniem grādu un spēcīgi jāsaspiež, ilgi turoties šajā stāvoklī. No inženiertehniskā dizaina viedokļa tas ir neticami sarežģīts un dārgs uzdevums. Tieši sarežģītība un augstās izmaksas ilgu laiku ir kavējušas šī enerģijas virziena attīstību. Uzņēmums nebija gatavs finansēt tik lielu projektu, kamēr nebija pārliecības par tā panākumiem.
Ceļš uz nākotni
Padomju Savienība, kur tika uzcelti unikāli tokamaki, beidza pastāvēt, taču ideja par kodolenerģijas apgūšanu nemira, un vadošās valstis saprata, ka problēmu var atrisināt tikai kopā.
Un tagad Kadarache ciematā, Francijas dienvidaustrumos, netālu no Provansas-Provansas pilsētas, šodien tiek būvēts pirmais eksperimentālais kodolreaktors enerģētikas vajadzībām. Šī lieliskā projekta īstenošanā piedalās Krievija, ASV, Eiropas Savienība, Japāna, Ķīna, Dienvidkoreja, Indija un Kazahstāna.
Stingri sakot, Kadarache būvējamais objekts joprojām nevarēs darboties kā termoelektrostacija, taču tas var tuvināt savu laiku. Nav nejaušība, ka to sauca par ITER - šis saīsinājums apzīmē Starptautisko kodoltermisko eksperimentālo reaktoru, taču tam ir arī simboliska nozīme: latīņu valodā iter ir ceļš, ceļš. Tādējādi Kadaraša reaktoram vajadzētu pavērt ceļu nākotnes termoelektroenerģijai, kas nodrošinās cilvēces izdzīvošanu pēc fosilā kurināmā izsīkšanas.
ITER struktūru veidos šādi. Tās centrālajā daļā ir toroidāla kamera ar apmēram 2000 m3 tilpumu, kas piepildīta ar tritija-deitērija plazmu, kas uzkarsēta līdz temperatūrai virs 100 miljoniem grādu. Kodolsintēzes reakcijas laikā radītie neitroni atstāj "magnētisko pudeli" un caur "pirmo sienu" iekļūst apmēram metru biezā brīvajā segas telpā. Segas iekšpusē neitroni saduras ar litija atomiem, kā rezultātā rodas reakcija ar tritija veidošanos, kas tiks ražots ne tikai ITER, bet arī citiem reaktoriem, ja tie tiks uzbūvēti. Šajā gadījumā "pirmo sienu" ar neitroniem silda līdz 400 ° C. Izdalīto siltumu, tāpat kā parastajās stacijās, primārā dzesēšanas ķēde uzņem ar dzesēšanas šķidrumu (kas satur, piemēram, ūdeni vai hēliju) un pārnes sekundārajā kontūrā, kur rodas ūdens tvaiki,dodas uz turbīnām, kas ražo elektrību.
ITER instalācija patiešām ir mega mašīna. Tās svars ir 19 000 tonnu, toroidālās kameras iekšējais rādiuss ir 2 metri, ārējais - vairāk nekā 6 metri. Būvniecība jau rit pilnā sparā, taču neviens nevar precīzi pateikt, kad instalācijā tiks saņemta pirmā pozitīvā enerģija. Tomēr ITER plāno saražot 200 000 kWh, kas ir vienāda ar enerģiju, kas satur 70 tonnas ogļu. Nepieciešamais litija daudzums ir vienā datora mini akumulatorā, bet deitērija daudzums ir 45 litros ūdens. Un tā būs absolūti tīra enerģija.
Šajā gadījumā deitērijam vajadzētu pietikt miljoniem gadu, un viegli ekstrahējamā litija rezerves ir diezgan pietiekamas, lai simtiem gadu apmierinātu tā nepieciešamību. Pat ja litija rezerves klintīs beigsies, fiziķi to varēs iegūt no jūras ūdens.
ITER noteikti tiks uzbūvēts. Un, protams, es priecājos, ka mūsu valsts piedalās šajā nākotnes projektā. Tikai krievu speciālistiem ir daudzu gadu pieredze lielu supravadītāju magnētu izveidošanā, bez kuriem plazmu nav iespējams noturēt kvēldiega dēļ: pateicoties tokamakiem!
Antons Pervušins