Das Erscheinen eines thermonuklearen Reaktors wird seit mehr als einem halben Jahrhundert erwartet. Die Erwartungen sind so überhitzt, dass eine sehr populäre Verschwörungstheorie entstanden ist, als ob sie tatsächlich vor langer Zeit erfunden worden wäre, aber die Ölmagnaten verbergen die Erfindung vor den Massen, um keine Superprofite zu verlieren. Wie alle Verschwörungstheorien hält eine solche Theorie der Kritik nicht stand und bleibt ein Thema für Detektivprosa. Das Verständnis dessen negiert jedoch nicht die Hauptfrage: Wann werden wir die thermonukleare Energie beherrschen?
SUNNY BOSTER
Eine thermonukleare Reaktion (oder Kernfusionsreaktion), bei der leichtere Kerne zu schwereren verschmolzen werden, wurde bereits in den 1910er Jahren von Physikern beschrieben. Und zum ersten Mal wurde es vom englischen Wissenschaftler Ernst Rutherford beobachtet. 1919 drückte er Helium mit Stickstoff mit hoher Geschwindigkeit, um Wasserstoff und schweren Sauerstoff zu produzieren. Fünf Jahre später beendete Rutherford erfolgreich die Synthese von superschwerem Wasserstoff-Tritium aus schweren Wasserstoffkernen von Deuterium. Etwa zur gleichen Zeit stellte der Astrophysiker Arthur Eddington die kühne Hypothese auf, dass die Sterne aufgrund des Verlaufs thermonuklearer Reaktionen in ihren Tiefen brennen. 1937 konnte der amerikanische Wissenschaftler Hans Bethe das Auftreten thermonuklearer Reaktionen in der Sonne nachweisen - daher hatte Eddington Recht.
Die Idee, ein "Sonnenfeuer" auf der Erde zu reproduzieren, gehörte dem japanischen Physiker Tokutaro Hagiwara, der 1941 die Möglichkeit vorschlug, eine thermonukleare Reaktion zwischen Wasserstoffkernen mithilfe einer explosiven Kettenreaktion der Uranspaltung auszulösen - das heißt, eine atomare Explosion sollte Bedingungen schaffen (ultrahohe Temperatur und Druck). thermonukleare Fusion zu starten. Wenig später kam Enrico Fermi, der an der Schaffung der amerikanischen Atombombe beteiligt war, auf die gleiche Idee. 1946 wurde unter der Leitung von Edward Teller im Los Alamos Laboratory ein Forschungsprojekt zur Nutzung der thermonuklearen Energie gestartet.
Das erste thermonukleare Gerät wurde am 1. November 1952 vom US-Militär im Enewetok-Atoll im Pazifik gezündet. Wir haben 1953 ein ähnliches Experiment durchgeführt. Daher nutzt die Menschheit seit über sechzig Jahren die Kernfusion, jedoch nur für destruktive Zwecke. Warum können Sie es nicht rationaler verwenden?
PLASMA-MEISTER
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Aus energetischer Sicht beträgt die optimale Plasmatemperatur für eine Kernreaktion 100 Millionen Grad. Dies ist um ein Vielfaches höher als die Temperatur im Inneren der Sonne. Wie soll ich sein?
Physiker haben vorgeschlagen, das Plasma in einer "Magnetfalle" zu halten. In den frühen 1950er Jahren berechneten Andrei Sacharow und Igor Tamm die Konfiguration von Magnetfeldern, die Plasma zu einem dünnen Filament komprimieren und verhindern können, dass es auf die Kammerwände fällt. Auf der Grundlage des von ihnen vorgeschlagenen Schemas wurden zahlreiche Tokamaks geschaffen.
Es wird angenommen, dass der Begriff "TOKAMAK" als Abkürzung für den Ausdruck "TOroid CAMERA with Magnetic Coils" entstanden ist. Das Hauptgestaltungselement sind in der Tat die Spulen, die ein starkes Magnetfeld erzeugen. Die Arbeitskammer des Tokamaks ist mit Gas gefüllt. Infolge des Zusammenbruchs unter Einwirkung des Wirbelfeldes tritt eine verstärkte Ionisierung des Gases in der Kammer auf, weshalb es sich in Plasma verwandelt. Es wird ein Plasmafaden gebildet, der sich entlang der Ringkammer bewegt und durch einen elektrischen Längsstrom erwärmt wird. Magnetfelder halten das Kabel im Gleichgewicht und geben ihm eine Form, die verhindert, dass es die Wände berührt und sie verbrennt.
Bis heute hat die Plasmatemperatur bei Tokamaks 520 Millionen Grad erreicht. Das Aufwärmen ist jedoch der Anfang der Reise. Ein Tokamak ist kein Kraftwerk - im Gegenteil, er verbraucht Energie, ohne etwas dafür zu geben. Ein Kernkraftwerk sollte nach verschiedenen Prinzipien gebaut werden.
Zunächst entschieden sich die Physiker für den Kraftstoff. Fast ideal für einen Leistungsreaktor ist eine Reaktion, die auf der Fusion von Kernen von Wasserstoffisotopen - Deuterium und Tritium (D + T) - basiert, wodurch ein Helium-4-Kern und ein Neutron gebildet werden. Gewöhnliches Wasser dient als Deuteriumquelle, und Tritium wird aus mit Neutronen bestrahltem Lithium gewonnen.
Dann muss das Plasma auf 100 Millionen Grad erhitzt und stark komprimiert werden, wobei es lange in diesem Zustand bleibt. Aus Sicht des Konstruktionsdesigns ist dies eine unglaublich komplexe und teure Aufgabe. Es ist die Komplexität und die hohen Kosten, die die Entwicklung dieser Energierichtung lange Zeit gebremst haben. Das Unternehmen war nicht bereit, ein so großes Projekt zu finanzieren, bis Vertrauen in seinen Erfolg bestand.
Der Weg in die Zukunft
Die Sowjetunion, in der einzigartige Tokamaks gebaut wurden, gab es nicht mehr, aber die Idee, die thermonukleare Energie zu beherrschen, starb nicht, und die führenden Länder erkannten, dass das Problem nur gemeinsam gelöst werden konnte.
Und jetzt wird heute im Dorf Cadarache im Südosten Frankreichs in der Nähe der Stadt Aix-en-Provence der erste experimentelle Kernreaktor für die Energietechnik gebaut. Russland, die USA, die Europäische Union, Japan, China, Südkorea, Indien und Kasachstan beteiligen sich an der Umsetzung dieses großartigen Projekts.
Streng genommen wird die in Cadarache zu bauende Anlage zwar noch nicht als Kernkraftwerk betrieben werden können, aber möglicherweise ihre Zeit näher bringen. Es ist kein Zufall, dass es ITER genannt wurde - diese Abkürzung steht für International Thermonuclear Experimental Reactor, hat aber auch eine symbolische Bedeutung: Im Lateinischen ist iter eine Straße, ein Pfad. Daher sollte der Cadarash-Reaktor den Weg für die thermonukleare Energie der Zukunft ebnen, die das Überleben der Menschheit nach dem Abbau fossiler Brennstoffe sichern wird.
ITER wird wie folgt strukturiert. In seinem zentralen Teil befindet sich eine Ringkammer mit einem Volumen von etwa 2000 m3, die mit Tritium-Deuterium-Plasma gefüllt ist, das auf Temperaturen über 100 Millionen Grad erhitzt wurde. Die während der Fusionsreaktion gebildeten Neutronen verlassen die "Magnetflasche" und treten durch die "erste Wand" in den etwa einen Meter dicken freien Raum ein. Innerhalb der Decke kollidieren Neutronen mit Lithiumatomen, was zu einer Reaktion unter Bildung von Tritium führt, das nicht nur für ITER, sondern auch für andere Reaktoren erzeugt wird, wenn sie gebaut werden. In diesem Fall wird die "erste Wand" durch Neutronen auf 400 ºC erwärmt. Die freigesetzte Wärme wird wie bei herkömmlichen Stationen vom Primärkühlkreislauf mit einem Kühlmittel (das beispielsweise Wasser oder Helium enthält) aufgenommen und in den Sekundärkreislauf übertragen, wo Wasserdampf erzeugt wird.zu Turbinen gehen, die Strom erzeugen.
Die ITER-Installation ist wirklich eine Mega-Maschine. Sein Gewicht beträgt 19.000 Tonnen, der Innenradius der Ringkammer beträgt 2 Meter, der Außenradius mehr als 6 Meter. Der Bau ist bereits in vollem Gange, aber niemand kann mit Sicherheit sagen, wann die erste positive Energieabgabe bei der Installation eingehen wird. ITER plant jedoch die Produktion von 200.000 kWh, was der in 70 Tonnen Kohle enthaltenen Energie entspricht. Die erforderliche Menge an Lithium ist in einer Mini-Batterie für einen Computer enthalten, und die Menge an Deuterium ist in 45 Litern Wasser enthalten. Und es wird absolut saubere Energie sein.
In diesem Fall sollte Deuterium für Millionen von Jahren ausreichen, und die Reserven an leicht zu extrahierendem Lithium reichen völlig aus, um den Bedarf für Hunderte von Jahren zu decken. Selbst wenn die Lithiumreserven in den Gesteinen aufgebraucht sind, können Physiker sie aus Meerwasser gewinnen.
ITER wird definitiv gebaut. Und natürlich freue ich mich, dass unser Land an diesem Projekt der Zukunft teilnimmt. Nur russische Spezialisten haben langjährige Erfahrung in der Herstellung großer supraleitender Magnete, ohne die es unmöglich ist, das Plasma im Filament zu halten: dank Tokamaks!
Anton Pervushin
