Termonukleární reaktory ve světě. První termonukleární reaktor

Dnes se mnoho zemí účastní termonukleárního výzkumu. Vedoucími představiteli jsou Evropská unie, Spojené státy, Rusko a Japonsko a programy Číny, Brazílie, Kanady a Koreje rychle rostou. Zpočátku, fúzní reaktory ve Spojených státech a Sovětském svazu byly spojeny k vývoji jaderných zbraní a zůstal tajemstvím až do konference „Atomy pro mír“, která se konala v Ženevě v roce 1958. Po vytvoření sovětské tokamakové studie jaderné fúze v sedmdesátých letech se staly "velkou vědou". Náklady a složitost zařízení však vzrostly až do okamžiku, kdy mezinárodní spolupráce byla jedinou příležitostí pokročit.

Termonukleární reaktory ve světě

Od sedmdesátých let 20. století bylo zahájeno komerční využití energie z jaderné syntézy nepřetržitě 40 let. V posledních letech se však mnoho stalo, díky čemuž lze toto období snížit.

Bylo vybudováno několik tokamaků včetně evropského JET, britského MAST a experimentálního termonukleárního reaktoru TFTR v Princetonu v USA. Mezinárodní projekt ITER se v současné době připravuje v Cadarache ve Francii. Stane se největším tokamakem, kdy bude fungovat v roce 2020. V roce 2030 bude CFETR postavena v Číně, která překoná ITER. Mezitím ČLR provádí výzkum experimentálního supravodivého tokamaku EAST.

Termonukleární reaktory jiného typu - stelarátory - jsou také populární u vědců. Jeden z největších, LHD, začal pracovat v Japonském národním institutu termonukleární fúze v roce 1998. Používá se pro vyhledání nejlepší konfiguraci magnetického vězení plazmy. Německý Institut Maxe Plancka pro období od roku 1988 do roku 2002, prováděl výzkum na Wendelstein 7-AS reaktoru v Garchingu, a teď - na Wendelstein 7-X, jehož stavba trvala více než 19 let. Další stelarátor TJII provozován v Madridu, Španělsko. V USA Princeton Laboratory fyzika plazmatu (PPPL), kde byl první termonukleární reaktor tohoto typu postaven v roce 1951, zastavila v roce 2008 výstavbu NCSX kvůli překročení nákladů a nedostatečnému financování.

Dále bylo dosaženo významného pokroku ve studiích inerciální termonukleární fúze. Budova National Ignition Facility (NIF) v hodnotě 7 miliard $ v Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), financovaný Národním úřadem pro jadernou bezpečnost, byla dokončena v březnu 2009, francouzská Laser Megajoule (LMJ) zahájila činnost v říjnu 2014. Fúzní reaktory pomocí laserů dodané během několika miliardtin sekundy přibližně 2 miliony joulů světelné energie na cílové velikosti několika milimetrů, kdo jaderné fúze. Hlavním úkolem NIF a LMJ je podpora národních vojenských jaderných programů.

ITER

V roce 1985 navrhl Sovětský svaz výstavbu tokamaku příští generace spolu s Evropou, Japonskem a Spojenými státy. Práce byly prováděny pod záštitou MAAE. V období od roku 1988 do roku 1990 byl vytvořen první návrhy Mezinárodní termonukleární experimentální reaktor ITER, což také znamená „způsob“ nebo „cestování“ v latině, aby se prokázalo, že fúze může produkovat více energie, než absorbuje. Kanadou a Kazachstánem se zúčastnilo také zprostředkování Euratomu a Ruska.

Po šesti letech schválila Rada ITER první komplexní projekt reaktorů založený na zavedené fyzice a technologii v hodnotě 6 miliard dolarů. Poté Spojené státy stáhly z konsorcia, které muselo snížit náklady na polovinu a změnit projekt. Výsledkem byl zážitek ITER v hodnotě 3 miliardy dolarů, který vám umožní dosáhnout samo-udržující reakce a pozitivní rovnováhu sil.

V roce 2003 se USA znovu zapojily do konsorcia a Čína oznámila, že se chce zúčastnit. V důsledku toho se partneři v polovině roku 2005 dohodli na výstavbě projektu ITER v Cadarache na jihu Francie. EU a Francie přispěly polovinou z 12,8 miliard eur a Japonskem, Čínou, Jižní Koreou, Spojenými státy a Ruskem - každý o 10%. Japonsko poskytlo špičkové komponenty, které obsahovalo instalaci IFMIF v hodnotě 1 miliardy eur pro testování materiálu a bylo oprávněno vybudovat další zkušební reaktor. Celkové náklady projektu ITER zahrnují polovinu nákladů na desetiletou výstavbu a polovinu - po dobu 20 let provozu. Indie se stala sedmým členem projektu ITER na konci roku 2005.

Pokusy by měly začít v roce 2018 za použití vodíku, aby se zabránilo aktivaci magnetů. Použití plazmy D-T se neočekává před rokem 2026.

Cílem projektu ITER je vyrobit 500 MW (přinejmenším 400 s) s méně než 50 MW příkonu bez výroby elektrické energie.

Demonstrační dvougigawatová demonstrační elektrárna bude vyrábět ve velkém měřítku generování elektrické energie průběžně. Koncepční návrh Demo bude dokončen do roku 2017 a jeho výstavba začne v roce 2024. Zahájení se uskuteční v roce 2033.

JET

V roce 1978 zahájila EU (Euratom, Švédsko a Švýcarsko) ve Velké Británii společný evropský projekt JET. JET je dnes největším pracovním tokamakem na světě. Podobný reaktor JT-60 pracuje u japonského Národního institutu termonukleární fúze, ale pouze JET může používat palivo deuteria a trícia.

Reaktor byl zahájen v roce 1983 a byla první pokus, ve kterém byla řízena termonukleární fúze do 16 MW se konala v listopadu 1991 na druhé 5 MW a stabilní energie do deuteria a tritia plazmy. Byla provedena řada experimentů pro studium různých topných schémat a dalších technik.

Další vylepšení JETu souvisí se zvýšením jeho výkonu. Kompaktní MAST reaktor je vyvíjen společně s JET a je součástí projektu ITER.

K-STAR

K-STAR - korejský supravodivý tokamak National Institute for Fusion studií (NFRI) v Daejeon, které produkoval jeho první plazma v polovině roku 2008. Jedná se o pilotní projekt ITER, který je výsledkem mezinárodní spolupráce. Tokamak s poloměrem 1,8 m je první reaktor, který používá supravodivé magnety Nb3Sn, tytéž, které jsou plánovány pro ITER. Během první etapy, která byla dokončena do roku 2012, musel K-STAR prokázat životaschopnost základních technologií a dosáhnout plazmových impulzů až 20 sekund. Ve druhé fázi (2013-2017) je vylepšen pro studium dlouhých pulsů až 300 s v režimu H a přechod na vysoce výkonný režim AT. Cílem třetí fáze (2018-2023) je dosáhnout vysokého výkonu a efektivity v režimu dlouhých pulsů. Ve 4. etapě (2023-2025) budou testovány technologie DEMO. Přístroj není schopen pracovat s tritiem a D-T nepoužívá palivo.

K-DEMO

Navrženo ve spolupráci s Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) amerického ministerstva energetiky a jihokorejským institutem NFRI, K-DEMO by mělo být dalším krokem k vytvoření komerčních reaktorů po ITER, a bude první elektrárna schopné generovat energii do elektrické sítě, jmenovitě 1 milion kW za několik týdnů. Jeho průměr bude 6,65 m, a to bude mít plošnou modul generované DEMO projektu. Ministerstvo školství, vědy a technologie Korejské plánuje investovat do něj asi bilion korejský won (941 milionů $).

EAST

Čínský pilot zlepšil supravodivý Tokamak (EAST) v Ústavu fyziky v Číně Hefee vytvořen vodíku plazma 50 milionů ° C a udržuje se na 102 sekund.

TFTR

V laboratoři PPPL v USA byla experimentální termonukleární reaktor TFTR provozován od roku 1982 do roku 1997. V prosinci 1993 se TFTR stal prvním magnetickým tokamakem, na kterém byly provedeny rozsáhlé experimenty s plazmou deuterium-tritium. V následujícím roce dosáhl v tomto období rekord 10,7 MW řízené kapacity a v roce 1995 byl dosažen rekord teploty ionizovaný plyn při 510 miliónech ° C Instalace však nedosáhla cíle rovnoměrné energie termonukleární fúze, ale úspěšně splnila cíle návrhu hardwaru a významně přispěla k rozvoji projektu ITER.

LHD

LHD v japonském Národním ústavu pro jadernou fúzi v Toki, Gifu prefektura, byl největší stelarátor na světě. Spuštění fúzní reaktor se konala v roce 1998, a se prokázal kvalitu vězení plazmy, což je srovnatelné s jinými hlavními zařízení. To bylo dosaženo 13,5 teploty keV iontů (přibližně 160 milionů ° C) a energii 1,44 MJ.

Wendelstein 7-X

Po roce testování, které začíná na konci roku 2015 dosáhla teplota helium v ​​krátkém čase 1 milion ° C. V roce 2016 termonukleární reaktor s vodíkovou plazmou s použitím 2 MW, teplota dosáhne 80 milionů ° C po dobu čtvrt sekundy. W7-X je největší stellarator na světě a jeho nepřetržitý provoz je plánován na 30 minut. Náklady na reaktor činily 1 mld. EUR.

NIF

Národní zapalovací zařízení (NIF) v Livermore National Laboratory (LLNL) bylo dokončeno v březnu 2009. Pomocí svých 192 laserových paprsků je NIF schopen soustředit 60x více energie než kterýkoli jiný laserový systém.

Studená jaderná fúze

V březnu 1989, dva výzkumníci, Američan Stanley Pons a Martin Fleischmann Brit, řekl, že spustila jednoduchý desktop chladný fúzní reaktor, pracující při pokojové teplotě. Tento proces spočívá v elektrolýze těžké vody, za použití palladiového elektrody, ve kterém byly deuterium jádra koncentrovaná s vysokou hustotou. Výzkumníci tvrdí, že produkuje teplo, které lze vysvětlit pouze z hlediska jaderné procesů, stejně jako byly vedlejší produkty syntézy, včetně hélia, tritium a neutronů. Nicméně, jiní experimentátoři nepodařilo zopakovat tuto zkušenost. Většina vědecké obce nevěří, že reaktory studené fúze jsou skutečné.

Nízkoenergetické jaderné reakce

Zahájené tvrzeními o "studené fúzi" pokračuje výzkum v oblasti nízké energie jaderné reakce, s nějakou empirickou podporu, ale není všeobecně přijímané vědecké vysvětlení. Je zřejmé, že slabý nukleární interakce (a ne silný síla, jako v jaderné štěpení nebo syntézou), se používají k vytváření a zachycení neutronů. Experimenty zahrnují pronikání vodíku nebo deuteria přes lože katalyzátoru a reakce s kovem. Vědci hlásí pozorované uvolnění energie. Hlavním praktickým příkladem je reakce vodíku s práškového niklu s teplem, je počet, který je větší, než může poskytnout žádnou chemickou reakci.