Vzhled termonukleárního reaktoru se očekával více než půl století. Očekávání jsou tak přehřátá, že se objevila velmi populární konspirační teorie, jako by byla ve skutečnosti vynalezena už dávno, ale ropní magnáti tento vynález skrývají před masami, aby neztratili superzisky. Jako každá konspirační teorie, ani tato teorie neobstojí v kritice a zůstává tématem detektivních próz. Pochopení toho však nevyvrací hlavní otázku: kdy budeme ovládat termonukleární energii?
„SUNNY BOSTER“
Termonukleární reakci (nebo reakci jaderné fúze), při které jsou lehčí jádra fúzována na těžší, popsali fyzici již v 10. letech 20. století. A poprvé to pozoroval anglický vědec Ernst Rutherford. V roce 1919 tlačil vysokou rychlostí helium s dusíkem, aby vytvořil vodík a těžký kyslík. O pět let později Rutherford úspěšně dokončil syntézu těžkého vodíkového tritia z těžkých vodíkových jader deuteria. Přibližně ve stejné době předložil astrofyzik Arthur Eddington odvážnou hypotézu, že hvězdy hoří v důsledku termonukleárních reakcí v jejich útrobách. V roce 1937 dokázal americký vědec Hans Bethe dokázat výskyt termonukleárních reakcí na Slunci - Eddington měl proto pravdu.
Myšlenka reprodukce „slunečního ohně“na Zemi patřila japonskému fyzikovi Tokutaro Hagiwara, který v roce 1941 navrhl možnost zahájení termonukleární reakce mezi jádry vodíku pomocí explozivní řetězové reakce štěpení uranu - to znamená, že atomová exploze by měla vytvářet podmínky (ultravysoká teplota a tlak). zahájit termonukleární fúzi. O něco později dospěl ke stejné myšlence Enrico Fermi, který se podílel na vytvoření americké atomové bomby. V roce 1946 byl pod vedením Edwarda Tellera zahájen v laboratoři Los Alamos výzkumný projekt využití termonukleární energie.
První termonukleární zařízení odpálila americká armáda 1. listopadu 1952 na atolu Enewetok v Tichém oceánu. Podobný experiment jsme provedli v roce 1953. Lidstvo tedy používá termonukleární fúzi již více než šedesát let, ale pouze pro destruktivní účely. Proč to nemůžete použít racionálněji?
PLAZMA MASTERS
Propagační video:
Z hlediska energie je optimální teplota plazmy pro termonukleární reakci 100 milionů stupňů. To je několikrát vyšší než teplota ve vnitřku Slunce. Jak být?
Fyzici navrhli udržovat plazmu uvnitř „magnetické pasti“. Na počátku 50. let vypočítali Andrej Sacharov a Igor Tamm konfiguraci magnetických polí schopných stlačit plazmu na tenké vlákno a zabránit jeho pádu na stěny komory. Bylo navrženo na základě schématu, že bylo vytvořeno mnoho tokamaků.
Předpokládá se, že termín „TOKAMAK“vznikl jako zkratka výrazu „TOroidal CAMERA with Magnetic Coils“. Hlavním konstrukčním prvkem jsou skutečně cívky, které vytvářejí silné magnetické pole. Pracovní komora tokamaku je naplněna plynem. V důsledku rozpadu působením vírového pole dochází ke zvýšené ionizaci plynu v komoře, která ho přemění na plazmu. Vytvoří se plazmové vlákno, které se pohybuje podél toroidní komory a je ohříváno podélným elektrickým proudem. Magnetická pole udržují kabel v rovnováze a dávají mu tvar, který mu brání v kontaktu se stěnami a jejich spálení.
Dosud teplota plazmy na tokamakech dosáhla 520 milionů stupňů. Zahřívání je však úplně začátek cesty. Tokamak není elektrárna - naopak spotřebovává energii, aniž by na oplátku něco dával. Termonukleární elektrárna by měla být postavena na různých principech.
Nejprve se fyzici rozhodli pro palivo. Téměř ideální pro energetický reaktor je reakce založená na fúzi jader vodíkových izotopů - deuteria a tritia (D + T), v důsledku čehož se vytvoří jádro helia-4 a neutron. Obyčejná voda bude sloužit jako zdroj deuteria a tritium bude získáváno z lithia ozářeného neutrony.
Poté musí být plazma zahřátá na 100 milionů stupňů a silně stlačena, přičemž se v tomto stavu udrží po dlouhou dobu. Z hlediska inženýrského designu je to neuvěřitelně složitý a nákladný úkol. Byla to složitost a vysoké náklady, které po dlouhou dobu brzdily vývoj tohoto směru energie. Společnost nebyla připravena financovat tak velký projekt, dokud nebyla důvěra v jeho úspěch.
CESTA DO BUDOUCNOSTI
Sovětský svaz, kde se stavěly jedinečné tokamaky, přestal existovat, ale myšlenka zvládnutí termonukleární energie nezemřela a přední země si uvědomily, že problém lze vyřešit pouze společně.
A nyní se dnes ve vesnici Cadarache na jihovýchodě Francie poblíž města Aix-en-Provence staví první experimentální termonukleární reaktor pro energetiku. Na realizaci tohoto velkého projektu se podílí Rusko, USA, Evropská unie, Japonsko, Čína, Jižní Korea, Indie a Kazachstán.
Přísně vzato, zařízení, které má být postaveno v Cadarache, stále nebude fungovat jako termonukleární elektrárna, ale může přiblížit svůj čas. Není náhodou, že se jmenoval ITER - tato zkratka znamená International Thermonuclear Experimental Reactor, ale má také symbolický význam: v latině iter znamená cesta, cesta. Cadarashův reaktor by tedy měl připravit půdu pro termonukleární energii budoucnosti, která zajistí přežití lidstva po vyčerpání fosilních paliv.
ITER bude mít následující strukturu. V jeho centrální části je toroidní komora o objemu asi 2 000 m3, naplněná tritium-deuteriovou plazmou zahřátou na teploty nad 100 milionů stupňů. Neutrony generované během fúzní reakce opouštějí „magnetickou láhev“a přes „první stěnu“vstupují do volného prostoru přikrývky asi metr tlustého. Uvnitř deky se srážejí neutrony s atomy lithia, což má za následek reakci s tvorbou tritia, které bude produkováno nejen pro ITER, ale také pro další reaktory, pokud budou postaveny. V tomto případě je „první stěna“zahřátá neutrony na 400 ° C. Uvolněné teplo, stejně jako v konvenčních stanicích, je odebíráno do primárního chladicího okruhu s chladicí kapalinou (obsahující například vodu nebo helium) a předáváno do sekundárního okruhu, kde se vytváří vodní pára,jít na turbíny, které vyrábějí elektřinu.
Instalace ITER je skutečně mega-stroj. Jeho hmotnost je 19 000 tun, vnitřní poloměr toroidní komory je 2 metry, vnější poloměr je více než 6 metrů. Stavba je již v plném proudu, ale nikdo nemůže s jistotou říci, kdy bude v zařízení přijat první pozitivní energetický výstup. ITER však plánuje vyrobit 200 000 kWh, což odpovídá energii obsažené v 70 tunách uhlí. Potřebné množství lithia je obsaženo v jedné minibaterii pro počítač a množství deuteria je obsaženo ve 45 litrech vody. A bude to naprosto čistá energie.
V tomto případě by deuterium mělo stačit na miliony let a zásoby snadno extrahovatelného lithia jsou zcela dostačující k tomu, aby uspokojily jeho potřebu po stovky let. I když zásoby lithia v horninách dojdou, fyzici budou schopni těžit z mořské vody.
ITER bude určitě postaven. A samozřejmě jsem rád, že se naše země účastní tohoto projektu budoucnosti. Pouze ruští odborníci mají mnohaleté zkušenosti s vytvářením velkých supravodivých magnetů, bez nichž není možné udržet plazmu ve vlákně: díky tokamakům!
Anton Pervushin