Проект ИТЭР: предпоследняя итэрация

Проект ИТЭР: предпоследняя итэрация

21 ноября 2006 года в Париже было подписано соглашение о создании Международной организации по реализации проекта термоядерного экспериментального реактора ИТЭР (International Termonuclear Experimental Reactor). Соглашение подписали шесть стран — Россия, Китай, Индия, Южная Корея, США и Япония — и Европейский Союз. Строительство реактора ИТЭР, согласно проекту, должно начаться в следующем году во французском местечке Кадараш на базе национального ядерного центра. Однако до того, как будет дана официальная отмашка началу строительных работ, данное соглашение еще должно быть ратифицировано парламентами всех участников проекта

Несмотря на пятьдесят лет исследований и колоссальные расходы, ни один термоядерный реактор до сих пор не выработал ни ватта электричества. Идею, которая десятилетия беспокоит умы ученых, подсказало Солнце. На нем уже 5 млрд лет происходит «неуправляемый» термоядерный синтез — из тяжелого изотопа водорода дейтерия образуется гелий. При этом выделяется колоссальное количество энергии.

Запасы дейтерия на Земле очень велики, например в 1 м3 морской воды присутствует около 33 г дейтерия. Причем это вещество можно нарабатывать при помощи сравнительно простых и недорогих технологий электролиза воды. Но на Солнце все время происходят термоядерные взрывы, а нам на Земле нужны не только взрывы, но и управляемая термоядерная реакция. В этом-то и вышла основная загвоздка.

Резонно предположить, что, если бы можно было заставить дейтерий вступить в управляемую термоядерную реакцию, появился бы практически неиссякаемый источник энергии, запасы топлива для производства которой огромны. Энергия, которую можно было бы получить из дейтерия, находящегося всего лишь в стакане воды, сопоставима с теплом, выделяемым при сгорании 200 л бензина.

В реакторах управляемого термоядерного синтеза (УТС) исследователи предполагают использовать вместе с дейтерием также тритий (еще более тяжелый и редкий изотоп водорода), так как при их слиянии образование гелия происходит с максимальным выделением энергии: скажем, ее почти в двадцать раз больше, чем энергии, вырабатываемой при делении атома урана. В природе трития нет, но его можно получить в активной зоне самого термоядерного реактора из природных изотопов лития, облучая их нейтронами.

В 80−х годах с окончанием холодной войны ученые решили объединиться, чтобы научиться управлять непослушными изотопами. Начало проекту ИТЭР было положено в ноябре 1986 года на встрече Михаила Горбачева и Рональда Рейгана в Женеве. Вскоре к СССР и США присоединились Япония и Западная Европа. В 1998 году их общими усилиями был закончен инженерный проект токамака — реактора ИТЭР. Впрочем, в том же, 1998−м, году из проекта неожиданно вышли американцы, решившие развивать программу УТС в рамках автономного проекта FIRE. Новыми участниками ИТЭР стали Китай и Южная Корея, и проект продолжал развиваться, несмотря на “отступничество” США. Через четыре года американцы одумались (важную роль в этом сыграл новый президент Джордж Буш-младший) и снова присоединились к “большому термоядерному пулу” (соответственно, в 2004 году министерство энергетики США приняло решение заморозить дальнейшее финансирование FIRE).

По замыслу разработчиков реактора энергетическая мощность ИТЭР должна составить 500 МВт, а его основной задачей будет демонстрация практической возможности получения электроэнергии на базе термоядерного синтеза. Однако собственно наработки электроэнергии в течение всего срока его работы производится не будет (эту тестовую миссию, при удачном завершении экспериментов на ИТЭР, примет на себя следующий реактор, так называемый коммерческий прототип).

Проектная стоимость сооружения реактора составляет 3578 зачетных единиц. (Стоимость работ на стадиях строительства и эксплуатации была определена на стадии разработки технического проекта и выражена в условных зачетных единицах ИТЭР — kIUA. Одна такая единица равна 1 млн долларов США в ценах 1989 года.)

На стадии строительства ИТЭР, который предполагается ввести в действие через десять лет, России по соглашению будут зачтены изготовление и поставка высокотехнологичного экспериментального оборудования в размере 244 зачетных единиц (около 380 млн долларов). Полный же денежный взнос нашей страны за период сооружения реактора составит около 126 млн долларов.

Участие России в проекте ИТЭР будет заключаться в изготовлении и поставке на площадку сооружения реактора основного технологического оборудования и денежном взносе, составляющих в целом около 10% от полной стоимости сооружения реактора. Такая же доля (по 10%) у США, Китая, Индии, Кореи и Японии, а ЕС как хозяин будущего реактора должен внести половину заложенной в смету суммы.

На стадии эксплуатации и деактивации (разборки реактора) доли вкладов стран — участниц проекта распределяются следующим образом: Евросоюз — 34%, США и Япония — по 13, Индия, Китай, Корея и Россия — по 10%.

Вопрос к au и Fakir. Смущает вот эта фраза:
>Запасы дейтерия на Земле очень велики, например в 1 м3 морской воды присутствует около 33 г дейтерия. Причем это вещество можно нарабатывать при помощи сравнительно простых и недорогих технологий электролиза воды. Но на Солнце все время происходят термоядерные взрывы, а нам на Земле нужны не только взрывы, но и управляемая термоядерная реакция. В этом-то и вышла основная загвоздка.

Сколько энергии будет тратиться на получение дейтерия из воды ? Овчинка выделки стоит ?

Есть ли реальные коммерческие перспективы у реакторов такой схемы ?

>Сколько энергии будет тратиться на получение дейтерия из воды ? Овчинка выделки стоит ?

На порядки меньше той которая выделяется при синтезе. Овчинка стоит, если ее научиться выделывать. Узкое место не дейтерий, а тритий.

А предпоследней итерацией какую-то писанину трудно считать, учитывая что на месте ИТЭР пока только колышки забиты.

Кстати в 1939-м открыли деление урана. В 42-м запустили реактор. В 45-м испытали бомбу.
Бодяга с ИТЭР длиться с начала 90-х и конца у нее не просматривается.

Да.. к тому же если воду электролизом разлагают, то можно тяжелый водород отсосать, а потом легкий водород в топливный элемент отправить, воду употребить, а электроэнергию опять на электролизер подать.
И больших энергозатрат не надо.

И кстати с каких это пор ЕС является государством? Я что-то упустил?

riven-mage> Сколько энергии будет тратиться на получение дейтерия из воды ? Овчинка выделки стоит ?
Затраты ничтожны.

Килограмм дейтерия мелким оптом по каталогу сейчас стоит около 2000 баксов.
Гигаваттный реактор в год потребляет несколько сотен килограмм, то есть, доля дейтерия в стоимости энергии по нынешним ценам составит менее 0.01%.
Но сейчас и нет необходимости в массовом производстве.
ТЕвг верно заметил, что производить дейтерий можно очень дешево.

riven-mage> Есть ли реальные коммерческие перспективы у реакторов такой схемы ?
Это еще вопрос...

Ну, вроде всё уже ответили
Дейтерий - фигня. С тритием чуть сложнее. Но на реакторе он должен вырабатываться относительно легко, да и нужно его немного, в общем, пара сотен кг в год. Сколько будет стоить радиохимия - наверное, давно просчитано.

А насчёт именно коммерческих перспектив реакторов именно токамачной схемы... Чёрт его знает. Скорее всего - есть. Хотя, ИМХО, это и не оптимальное направление.
Но и опытный ИТЭР - сама железяка - стоить будет сравнимо с гигаваттной АЭС. Правда, мощность у ИТЭРа в нынешнем варианте поменьше, тепловая всего 0,5 ГВт - но серийный реактор явно будет дешевле. Так что по стоимости кап. вложений есть шансы выйти на паритет с АЭС, плюс-минус пара лаптей (хоть и 45-го размера). Стоимость топлива - мелочи, даже по сравнению с ТВЭЛами. Так что всё будет зависить от стоимости обслеживания и частоты замены первой стенки.

По ITER статусная статейка в Сайнс была недавно. Насчёт дейтерия уже ответили, он никого нисколько не волнует, как и тритий и всё остальное. Насчёт второго вопроса — коммерческой перспективы у реактора такой схемы — ответ на него должен дать сам ITER: “Either [ITER] can do it, or it can’t. If it fails, the tokamak is out.” — Norbert Holtkamp, Principal Deputy Director General, ITER. Вот это — действительно узкое место. Кое-какие отрывки оттуда:
-- ITER aims to produce 500 megawatts of power, 10 times the amount needed to keep it running. But a moneymaking energy utility would need several times that amount, and it would have to keep on doing it steadily for years without a break.
-- ...$6 billion check for ITER’s construction, followed by a similarly sized one for 20 years’ operation.
-- ...no one knows what will happen when ITER’s self-heating regime kicks in. The fastmoving alpha particles created by fusion will have much more energy than the bulk of the particles in the plasma, and these could open up a whole hornets’ nest. “This is the first time a plasma has been heated by alphas. It could create new instabilities. Experts don’t think it will, but we cannot logically exclude that possibility,” says Llewellyn-Smith. “That’s why we need ITER,” adds Zohm. “We can’t simulate internal heating. It’s the part we know least about.”
-- The first wall will be 80% beryllium with 5% to 7% carbon and about 12% tungsten, both concentrated in the divertor region. [...] Changing the 700 square meters of the first wall would be no mean feat. The 421 panels of the main wall (excluding the divertor) together weigh more than 1 ton, and technicians would have to extract them one by one through a small port using a many-jointed mechanical arm. [...] it would take at least a year.
-- "By the middle of the century, we’ll know how to do it. Then it’s up to the world community to decide if they want it"
На этой оптимистической ноте все здесь присутствующие могут расслабиться по проблеме в целом Кому как, а мне в 2050 (предполагаемый запуск первого коммерческого реактора) будет до известного места "есть ли жизнь на Марсе"(с) Особенно если учесть что расписание международного проекта с таким техническим риском и на целых 50 лет вперёд будет с вероятностью 100% сорвано, и не раз. Этот человеческий аспект проблемы также (неумолимо навожу палец на Факира) отвечает одновременно на все волнующие вопросы по теме лунного и нелунного гелия-3 А тем временем власти живо интересуется обычным мирным атомом — это как раз на наш век до упора, а там уже войдёт в привычку: родившиеся в век повсеместной ядерной электроэнергии уже не будут так бунтовать, как сейчас атомофобы молча "терпят" нефть и уголь, живо беспокоясь только когда что-то из этого подходит к концу.

Все это хорошо и замечательно. А если новый Чернобыль где-нибудь в Грмании или Франции?

TEvg> Все это хорошо и замечательно. А если новый Чернобыль где-нибудь в Грмании или Франции?

Я думаю, со временем к подобным авариям будут относиться примерно как сейчас относятся к разливам нефти. Где-нибудь в прошлом веке подобная катастрофа показалась бы концом света, а сейчас где-то в середине выпусков новостей пройдет - и все.

Тем паче по большому счету даже сейчас химическое загрязнение гораздо опасней ядерного и гораздо пагубнее действует на здоровье, но как-то все привыкли уже, а вот атом пугает настолько, что даже вшивенькие 100мкр/час от дозиметра рядом с мраморными плитами будоражат общественность.

Ну будут максимум все в будущем ходить с часами и мобилами со встроенным счетчиком гейгера, который будут пищать если что-то серьезное рядом, вот наверно и все. Ну и сводки о превышении предельно допустимых норм радиационного фона по районам города будут передавать в выпусках городских новостей примерно так же, как сейчас прередают новости про смог и превышение ПДК всякой химической отравы в воздухе.

>На этой оптимистической ноте все здесь присутствующие могут расслабиться по проблеме в целом Кому как, а мне в 2050 (предполагаемый запуск первого коммерческого реактора) будет до известного места "есть ли жизнь на Марсе"(с) Особенно если учесть что расписание международного проекта с таким техническим риском и на целых 50 лет вперёд будет с вероятностью 100% сорвано, и не раз. Этот человеческий аспект проблемы также (неумолимо навожу палец на Факира) отвечает одновременно на все волнующие вопросы по теме лунного и нелунного гелия-3

Да перестраховываются все уже. Понимают, что финансирование будет течь тоненькой-тоненькой струйкой. А без этого, на коленке, такие проблемы не решаются.
Шансы на то, что всё получится куда быстрее - есть. Собственно, я практически на 100% уверен, что промышленный реактор будет не токамаком. Но работа ИТЭРа необходима - даже с чисто психологической точки зрения. Не говоря о получении и исследовании режима самоподдерживающегося горения, который актуален для любых ТЯ-установок с магнитным удержанием. Ну и всякие сопутствующие технологии, конечно - тоже всем нужны.
Эх, на открытые ловушки хотя бы миллиард на несколько лет
В каком-то смысле Т-3 изрядно всему термояду подкузьмил... Правда, это только сейчас видно, и то - не очевидно.

Если не токамаком, то чем? Я что-то не вижу конкуренции. NIF в ж и по срокам и по бюджету. А что ещё есть реальное?

З.Ы. Если ИТЭР отработает по спецификации, то и ДЕМО будет токамаком, а значит и коммерческий будет токамаком. Потому что психология, и скажут типа: "Вот на ИТЭР сдали 20млрд — он работает? Да? Делайте теперь ДЕМО, и чтобы он работал НЕ ХУЖЕ. Нефиг уже экспериментировать, нужно риск уменьшать." Ведь ДЕМО наверняка будет дороже даже чисто по затратам на строительство, и по определению что угодно "не как ИТЭР" будет более рискованным, а значит денег (при успешном ИТЭРе) не дадут.

Открытые ловушки, скорее всего.
Для реактора желательно - пары открытых ловушек, соединенных КРЭЛами (Криволинейными Равновесными Элементами).
Токамачная инерция кончится рано или поздно, потому что бета есть бета - и у токамака её выше 20-30% не поднять, хоть ты убейся.

TEvg>> Все это хорошо и замечательно. А если новый Чернобыль где-нибудь в Грмании или Франции?
U235> Я думаю, со временем к подобным авариям будут относиться примерно как сейчас относятся к разливам нефти. Где-нибудь в прошлом веке подобная катастрофа показалась бы концом света, а сейчас где-то в середине выпусков новостей пройдет - и все.
Действительно, если отнести к добыче нефти в 1905 гду розлив нефти в 100 м², то сейчас мы можем залить нефтью полРосссии .

Факир:
Я не знаю что такое открытые ловушки По-english как их?

В рамках реализации межправительственного соглашения в 2003 году на ЧМЗ было начато создание производства сверхпроводящих материалов для магнитной системы ИТЭР. В настоящий момент на заводе подготовлена производственная площадка, закупается оборудование, ведутся строительно-монтажные работы. Как пояснил исполнительный директор ОАО «ТВЭЛ» В.И. Калантырь, уже в 2007 году на предприятии начнется выпуск опытных партий сверхпроводящих материалов для ИТЭР, а полностью создание производства планируется завершить в 2008 году.

Mirror traps, например.
Но зачем по-аглицки, когда есть и отечественные источники?
Хотя бы вот, в УФН - статья Димова, одного из изобретателей амбиполярной ловушки:




Если хотите, поищите на сайте УФН, там в первой половине 90-х еще была статья Рютова по открытым ловушкам, подробный обзор.

Потому что обычно их нет... Самые интересные вещи из советсткой и российской науки я узнаю на английском — быстрее и удобнее. Кстати, оффтоп, но давеча заинтересовался ультрапрочным фуллеритом — большинство русские фамилии, всё в журналах типа "Carbon", "Diamond and Related Materials", и т.п.; и опять же, нормальную статью по СВБР-75/100 (и прочим ЖМТ работам) тоже нашёл только на английском, в "Nuclear Engineering and Design" (и попутно по БН) — русские авторы, конечно.

З.Ы. Что-то совсем негусто по этим ловушкам. И то лишь скромно — в роли мощного источника нейтронов.

В роли мощного источника - это то, что можно сделать практически "здесь и сейчас". В короткой перспективе за небольшие деньги.

И что значит - негусто? Ты Димова-то прочёл? Там и про реакторные перспективы есть - оценки размеров, то-сё.

Fakir> И что значит - негусто? Ты Димова-то прочёл? Там и про реакторные перспективы есть - оценки размеров, то-сё.


Самореклама? Скромность украшает человека, а настоящему мужчине украшения ни к чему
На фото в статье та самая японская установка?

Ник

Не, почему самореклама - моя фамилия не Димов всё-таки Хотя ссылки на работы моего шефа там есть
А установка там другая. Та, про которую я тебе говорил - она махонькая, на ней не достигнуты никакие рекордные параметры, только проверка принципа. Зато неплохая проверка.

Fakir> В роли мощного источника - это то, что можно сделать практически "здесь и сейчас". В короткой перспективе за небольшие деньги.
Fakir> И что значит - негусто? Ты Димова-то прочёл? Там и про реакторные перспективы есть - оценки размеров, то-сё.

Негусто — это результат работы сайнсдиректа. По быстрым Pb-Bi вываливается куда больше. Статью прочёл, интересная, но я к тому что не видно живой деятельности: разработки, кроме японского, датированы 80 годами. Амовский проект на 1200МВт убили. Российский народ негромко толкает идею в разных формах, в т.ч. трансмутации и сжигания актинидов в бланкете. Особо понравился японский проект (Артемис) — офигительных размеров вот такая вот схема, гелий-3, неудержимый полёт мысли... Есть российское (или ещё советское железо), но без особых претензий.

Тут щаз власть мечтает о ядерной энергетике, но сразу предупреждает что она экономически не состоятельна без поборов (типа налог на СО2) по сравнению с углём (более 80% генерации). Посмотрел на свой счёт за свет — в пару-тройку раз дороже чем те 4 цента, что заявлены в атомном бронепоезде yuu2. И за каким-то.. они говорят о 25 реакторах (в стране крупных городов не более 7). Это было лирическое отступление

На какой фоте какая японская? У меня за сегодня от этих зверь-машин в глазах рябит

au> Негусто — это результат работы сайнсдиректа.

А на какие журналы он ссылки-то выдаёт? Есть там Physics of Plasmas, Nuclear Fusion, наша родимая "Физика плазмы", хоть в аглицком исполнении, материалы конференций? Потому как в плазмистской литературе работы по открытым ловушкам встречаются достаточно часто. Пусть не в каждом номере, но несколько статей в год в каждом журнале - стабильно. Несколько лет назад открытым ловушкам был посвящён целый номер "Физики плазмы" - памяти Панова (первым построил ловушку со сверхпроводящими обмотками).

Вообще попробуй там поискать работу Кадомцева и Головина 96-го года (изначалано опубликована в журнала "Атомная энергия"), вдруг попадётся - она довольно неплохое представление даёт об общей термоядерной картине (а также о том, зачем нужен Не3).

au> По быстрым Pb-Bi вываливается куда больше.

По ком-ком?

au> Статью прочёл, интересная, но я к тому что не видно живой деятельности: разработки, кроме японского, датированы 80 годами.

Основная деятельность тут сейчас - теория и маломасштабные установки. Зато и на них получаются весьма интересные и наглядные результаты. И в теории достижения есть.

au> Амовский проект на 1200МВт убили.

Ой, много чего убили

Зато у амов сейчас начала работать большая открытая ловушка. Хотя не факт, что толково сделанная, надеюсь, с сепаратрисой они не сглупили на этот раз. Корейцы вроде хотят у себя опытную установку строить (ну, не реакторных масштабов, конечно).

au> Российский народ негромко толкает идею в разных формах, в т.ч. трансмутации и сжигания актинидов в бланкете.

Разделение изотопов, переработка ядерных отходов в т.ч. А.В.Тимофеев, в частности, сейчас этим занимается.

au> Особо понравился японский проект (Артемис) — офигительных размеров вот такая вот схема, гелий-3, неудержимый полёт мысли...

Да много таких проектов, и было, и есть... Японцы тут не особые лидеры (мягко говоря).

au> Есть российское (или ещё советское железо), но без особых претензий.

То, что в железе (в России сейчас - "Амбал-М", и то не в полном масштабе, еще некоторые малые экспериментальные ловушки, плюс на базе "Огры" вроде чего-то собираются построить) - оно старое, недоведенное, и маленькое. Причины, надо полагать, всем ясны?

au> На какой фоте какая японская? У меня за сегодня от этих зверь-машин в глазах рябит

Там фотка или схема японской ГАММА-10 должна быть.


Вообще, если бы Т-3 построили лет на 7 позже, или Димов со товарищи или Фаулер с Логаном изобрели амбиполярное запирание лет на 7 раньше - всё развитие термояда могло бы пойти другим путём... Эта история, ИМХО, вообще хорошо иллюстрирует роль инерции в развитии сложных технических систем.

au> .... Посмотрел на свой счёт за свет — в пару-тройку раз дороже чем те 4 цента, что заявлены в атомном бронепоезде yuu2. И за каким-то.. они говорят о 25 реакторах (в стране крупных городов не более 7). Это было лирическое отступление


Ну что ты У бронепоезда yuu2 себестоимость ээ менее 0,83 цента за киловатт\час!
Так то

ник

Небольшой офф насчет СТИЛЯ (из статьи предложенной Факиром)

"В концевых пробкотронах поддерживается популяция плещущихся протонов с энергией..."

Ник