10. Уинтерсберг (Wintersburg)

Расположена в Аризоне, США. Самая крупная АЭС в США (занимает 16 км²). Предприятие вырабатывает энергию для нужд более 4 млн человек. Максимально возможная мощность - 3 942 МВт.

9. Охи (Ohi)

Находится в Японии, Фукуи. 4 реактора станции рассчитаны на мощность 4 494 МВт.

8. Брюс (Bruce County)

Расположена на территории Канады, Онтарио. Включает в себя 8 реакторов общей мощностью 4 693 МВт.

7. Каттном (Cattenom)

Регион: Франция, Лотарингия. Несмотря на небольшую площадь объекта, имеет мощность в 5 200 МВт.

6. Палюэль (Paluel)

Регион: Франция, Верхняя Нормандия. Станция обеспечивает работой все население небольшого нормандского поселка. Допустимая мощность АЭС - 5 320 МВт.

5. Норд (Nord)

Регион: Франция, Гравлин. Самый крупный ядерный объект во Франции. Мощность предприятия составляет 5 460 МВт.

4. Йонван (Yeonggwang)

Расположена в Южной Корее. Начала работу в 1986 году, сейчас максимальная мощность станции находится на уровне 5 875 МВт.

3. Запорожская АЭС

Расположена в Украине, Запорожье. Этот уникальный крупнейший в Европе ядерный объект состоит из 6 реакторов, выдающих мощность в пределах 6 000 МВт.

2. Касивадзаки-Карива (Kashiwazaki-Kariwa)

Регион: Япония. Современная АЭС, которая включает в себя 5 уникальных реакторов класса BWR, и 2 – ABWR. Предел мощности объекта составляет 7 965 МВт.

1. Фукусима I и II

До недавнего времени общая мощность АЭС составляла 8 814 МВт (мировой лидер). После природных катаклизмов (землетрясение и цунами), 4 из 6 реакторов получили значительные повреждения.

И драматические события на АЭС «Фукусима-1» нанесли серьезный ущерб развитию атомной энергетики во всем мире. Стараниями средств массовой информации создано стойкое убеждение о неизбежной опасности любой электростанции с ядерной силовой установкой.

Но, по мнению многих ученых, достойной альтернативы в обеспечении потребности в электроэнергии пока нет, а, например, Балаковская - крупнейшая АЭС России - представляет собой угрозу не больше, чем любой другой промышленный объект подобного масштаба.

Принцип работы АЭС

Все крупнейшие электростанции, работающие на ядерном топливе, имеют сходный принцип действия. Для производства электроэнергии используется теплота, которая образуется при контролируемой цепной реакции деления ядерного топлива - в основном Этот процесс осуществляется в ядерном реакторе - «сердце» АЭС.

Далее происходит приготовление горячего пара, приводящего в движение турбины электрогенераторов. В зависимости от конструкции это могут быть роторы, используемые на электростанциях всех типов или построенные с учетом специфики установок, работающих на ядерном топливе.

Типы реакторов

Существует несколько типов реакторов, которые отличаются топливом, теплоносителем, проходящим через активную зону, и замедлителем, необходимым для контроля цепной реакции.

Самыми экономичными и производительными показали себя реакторы, где в качестве технологической жидкости используется обычная, «легкая» вода. По конструкции они бывают двух основных типов:

• РБМК - реактор большой мощности канальный. В нем пар, вращающий турбины, готовится непосредственно в активной зоне, поэтому такой объект называют кипящим. Таким был реактор четвертого энергоблока в Чернобыле, установку подобного типа использует, например, Курская станция - крупнейшая АЭС России.
• ВВЭР - водо-водяной энергетический реактор. Это система из двух герметичных контуров: в первом - радиоактивном - вода циркулирует непосредственно через активную зону реактора, поглощая теплоту от цепной реакции деления ядра, во втором - образуется пар, который подается к турбинам электрогенераторов. Такие реакторы используются в самой мощной в Европе Запорожской АЭС, на них работает еще одна крупнейшая АЭС России - Балаковская.

Второй тип реактора - газоохлаждаемый, где для контроля процессов используется графит (реактор ЭГП-6 на Билибинской АЭС). Третий - на топливе в виде природного урана и с «тяжелой водой» - оксидом дейтерия - в виде теплоносителя и замедлителя. Четвертый - РН - реактор на быстрых нейтронах.

Первые АЭС

Первый эксперимент по использованию атомного реактора для производства электроэнергии был проведен в США, в Национальной лаборатории Айдахо, в 1951 году. Реактор работал на мощности, достаточной для свечения четырех 200-ваттных электроламп. Через некоторое время установка стала обеспечивать электроэнергией всё здание, где проводились научные исследования на ядерном реакторе. К энергетической сети она была подключена через 4 года, и близлежащий к лаборатории город Арко стал первым в мире, обеспеченным электричеством с помощью атомной установки.

Но первой в мире промышленной атомной электростанцией является АЭС, пущенная летом 1954 года в Калужской области СССР и сразу же подключенная в сеть. Отсюда берет начало атомная энергетика России. Мощность Обнинской АЭС была невелика - всего 5 МВт. Через 3 года в Томской области, в городе Северске, была введена в эксплуатацию первая очередь Сибирской АЭС, производившей впоследствии 600 Мвт. Реактор, смонтированный там, предназначался для производства оружейного плутония, а электрическая и тепловая энергии являлись побочным продуктом. Сегодня реакторы на этих станциях заглушены.

АЭС на территории бывшего СССР

С конца 1950-х и с начала 1960-х в СССР начинается интенсивное строительство таких электростанций в разных регионах страны. Список АЭС России и союзных республик включает 17 подобных сооружений, 7 из которых остались за пределами нынешней Российской Федерации:

• Армянская, близ города Мецамора. Имеет два энергоблока общей мощностью 440 МВт. После Спитакского землетрясения 1988 года, которое АЭС выдержала без серьезных аварий благодаря заложенной при проектировании сейсмоустойчивости, было принято решение об её остановке. Однако в дальнейшем, из-за высокой потребности в электроэнергии, правительство республики решило запустить в 1995 году второй энергоблок. Несмотря на то что это произошло с учетом возросших требований по технологической и экологической безопасности, Евросоюз настаивает на его консервации.
• на северо-востоке Литвы действовала с 1983 по 2009 год и была закрыта по требованию Евросоюза.
• Запорожская, самая мощная АЭС в Европе, расположена на берегу Каховского водохранилища, в городе Энергодаре, построена в 1978 году. В её составе 6 энергоблоков ВВЭР-1000, производящих пятую часть электроэнергии Украины - около 40 млрд кВт/ч в год. Она полностью соответствует нормативам Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ).
• Ровенская, близ города Кузнецовска в Ровенской области Украины. Имеет 4 энергоблока типа ВВЭР общей мощностью 2835 МВт. Получила высокую оценку МАГАТЭ по результатам проверки состояния безопасности.
• Хмельницкая, возле города Нетешина, около речки Горини на Украине. Задействованы 2 ВВЭР-1000.
• Южно-Украинская, расположена на берегу Южного Буга в Николаевской области Украины. 3 энергоблока ВВЭР-1000 обеспечивают 96 % потребностей юга Украины в электроэнергии.
• Чернобыльская, возле города Припять, стала местом крупнейшей техногенной катастрофы года. Последний из четырех энергоблоков РБМК-1000 остановлен в 2000 году.

Доля электроэнергии, выработанной на АЭС, в общем энергобалансе крупнейших АЭС, ГЭС, ТЭС в России составляет около 18%. Это значительно меньше, чем, например, у лидера в атомной энергетической отрасли - Франции, где эта цифра составляет 75%. Согласно принятой правительством энергетической стратегии, за период до 2030 года планируется довести это соотношение до 20-30 % и увеличить производство электроэнергии с помощью энергоблоков, работающих на ядерном топливе, в 4 раза.

Атомная энергетика России

Сколько АЭС в России на сегодняшний день? В нашей стране действуют 10 станций, имеющих в своём составе 35 энергоблоков различного типа (в США работает около 100 таких установок). Наибольшее распространение у нас получили водо-водяные реакторы (ВВЭР) - всего 18 штук. Из них мощностью 1000 МВт - 12, еще 6 - 440 Мвт. В работе находится также 15 кипящих канальных реакторов: 11 РБМК-1000 и 4 - ЭГП-6.

Какая АЭС является самой крупной в России

На сегодняшний момент в системе Росэнергоатома нет одного явного лидера среди атомных электростанций по мощности и вкладу в общий баланс страны. Имеется 2 комплекса, где применяется одинаковое количество (4) однотипных реакторов ВВЭР-1000. Это Балаковская и Калининская атомные электростанции. Каждая из них обладает суммарной мощностью в 4000 МВт. Такая же мощность заложена в энергоустановку Курской и Ленинградской, где применяются по 4 энергоблока типа РБМК-1000. При этом самая мощная АЭС в мире - японская Касивадзаки-Карива - имеет 7 энергоблоков общей мощностью 8212 МВт.

Концентрация энергопредприятий подобного типа в привела к тому, что они играют важнейшую роль в обеспечении электроэнергией центральных регионов страны. В центре России, и особенно на северо-западе, доля АЭС в энергобалансе доходит до 40 %.

6 других российских АЭС

Свой вклад в российскую энергетику вносит Кольская станция, крупнейшая АЭС России на северных территориях, эксплуатирующая два тысячемегаваттных энергоблока. Продолжается введение новых мощностей на Нововоронежской АЭС, где находят применение новые, усовершенствованные энергоблоки ВВЭР -1200. Белоярская АЭС в Свердловской области может считаться экспериментальной площадкой для российских атомщиков. На ней используется несколько типов энергоблоков, в том числе и реакторы на быстрых нейтронах. На Чукотке расположена Билибинская станция, снабжающая этот регион необходимым теплом.

Вопрос о том, какая АЭС является самой крупной в России, может опять стать актуальным, когда на Ростовской станции будут введены новые энергоблоки, которых пока три, и мощность их составляет 3100 МВт. Такую же мощность имеет и Смоленская, работающая на РБМК-реакторах.

Перспективы

В программе развития отрасли учтено, сколько АЭС в России необходимо построить, сколько энергоблоков нужно реконструировать и ввести в строй, чтобы улучшить энергоснабжение. Это особенно актуально для районов Севера, Сибири и Дальнего Востока. Там расположены большинство нефтегазовых добывающих предприятий, пока составляющих основу российской экономики.

Одно из самых перспективных направлений, которые имеет атомная энергетика России, - создание плавучих атомных теплоэнергостанций. Это транспортабельные энергоблоки малой мощности (до 70 МВт) на основе реакторов на быстрых нейтронах типа КЛТ-40. Такие мобильные сооружения могут обеспечивать самые труднодоступные районы электричеством, промышленным и бытовым теплом и даже пресной водой. Ввод в эксплуатацию первой ПАТЭС «Михаил Ломоносов» планируется в ближайшие годы.

Как только ученым удалось осуществить реакцию по расщеплению атомного ядра, сразу встал вопрос о перспективах практического применения этого выдающегося открытия. Учитывая политическую ситуацию, складывающуюся в мире, естественно, что первым применением для нового открытия стало использование его для создания оружия невиданной ранее мощности – атомной бомбы. Но, параллельно с использованием реакции расщепления атомного ядра для массового убийства, рядом ученых был поставлен вопрос и о «мирном атоме».

Лидерство по вопросам использования атомной энергии в мирных целях сразу же захватил Советский Союз. Уже в 1954 году в Обнинске была построена первая промышленная АЭС. Ее мощность составляла 5 МВт. Однако и западные страны не остались в стороне от возможности приобщиться к использованию столь мощного источника энергии. Первой ввела в строй промышленный атомный реактор Великобритания – произошло это в 1956 году, а АЭС получила название Колдер Холл. Спустя год аналогичную электростанцию построили и в США в городке Шиппингпорт. Ее мощность составила 69 МВт и в то время это была самая мощная АЭС.

Естественно, что, как и любое другое произведение рук человека, развитие атомной энергетики не могло обойтись без аварий. Рассмотрим наиболее известные из них.

Три самые известные аварии на АЭС

Авария на АЭС Тримал-Айленд

Данное происшествие на сегодня является самой крупной катастрофой на атомных объектах в Соединенных Штатах. 28 марта 1979 года произошло расплавление более половины активной зоны второго реактора. Это привело к тому, что в атмосферу оказались выброшены радиоактивные осадки, а местная река подверглась загрязнению водой содержащей радиоактивные элементы. Из-за аварии было эвакуировано около 200 000 человек, проживавших в опасной зоне.

Авария на АЭС Фукусима-1

В результате мощнейшего землетрясения, случившегося 11 марта 2011 года, в Японии произошло отключение охладительной системы реактора в первом блоке атомной электростанции Фукусима-1. Это привело к расплаву топлива и взрыву. Результатом стало появление десятикилометровой зоны отчуждения вокруг станции и пересмотр японским правительством энергетической политики

Авария на Чернобыльской АЭС

Самая крупная в настоящее время катастрофа на атомной станции случилась 26 апреля 1986 года на Чернобыльской АЭС. В результате разрушения части активной зоны реактора на энергоблоке №4 произошел выброс в воздух более 8 т радиоактивного топлива. Местность в радиусе тридцати километров оказалась заражена радиацией, а общая площадь зоны, испытавшей на себе последствия этой аварии, превысила 160 тысяч км2.

Из приведенного краткого списка катастроф видно, что атомные электростанции могут представлять серьезную опасность. Так почему же их не только продолжают использовать, но и происходит постоянный рост числа стран желающих построить на своей территории атомную электростанцию? Причин для этого несколько.

Основные достоинства атомной энергетики

Атомные электростанции являются экологически чистыми. Они не выбрасывают в атмосферу вредных веществ (если, конечно, работают в штатном режиме) как тепловые станции и не сжигают кислород. Для их возведения нет нужды затоплять огромную территорию, что является необходимым условием при постройке ГЭС. Правда, существуют две проблемы: АЭС отличаются большим уровнем теплового загрязнения и необходима утилизация отработанного топлива. И если первую проблему можно решить путем использования полученного тепла в хозяйстве, то вот переработка отслужившего свое топлива для реакторов по-прежнему остается сложной задачей.

Себестоимость атомной энергии относительно невелика и мало подвержена ценовым колебаниям. Если цены на углеводороды постоянно изменяются, то цена на топливо для АЭС более стабильна.

Топливо для АЭС имеет очень небольшой объем, особенно по сравнению с угольными электростанциями, что позволяет строить АЭС, не оглядываясь на фактор доступности сырья. Что еще более важно – разведанные запасы урановых руд еще очень далеки от полной выработки, в отличие от, например, запасов нефти и газа.

Мощнейшие атомные электростанции в мире

Сейчас в мире работают почти двести атомных электростанций. Их география достаточно обширна – АЭС имеются в 31 стране. Рассмотрим самые большие АЭС поподробнее. Вот пятерка атомных электростанций с наибольшей установленной мощностью.

Касивадзаки-Карива (Япония)

Данная электростанция имеет семь кипящих реакторов (из которых два улучшенных). Ее мощность равняется 7965 МВт. После аварии на АЭС Фукусима выведена из эксплуатации, но в 2012 году вновь вошла в строй.

Запорожская (Украина)

Эта электростанция самая крупная АЭС в Европе. Ее шесть реакторов могут вырабатывать мощность в 6000 МВт.

Ханул (Южная Корея)

Является одной из пары крупнейших АЭС в Южной Корее. Она имеет шесть действующих и два строящихся реактора. Мощность введенных в строй реакторов 5881 мегаватт.

Ханбит (Южная Корея)

Мощность шести реакторов водо-водяного типа электростанции Ханбит равняется 5875 МВт. До 2013 года эта станция называлась Йонван, но в связи с просьбами местных рыбаков получила новое имя, так как выловленная рыба у многих покупателей ассоциировалась с ядерной энергетикой.

Норд (Франция)

Эта электростанция находится в кантоне Гравлин. Является самой мощной АЭС во Франции, а ее мощность равняется 5460 МВт.

А что же Россия? Какое место атомная энергетика занимает в стране, являющейся ее родиной? Сейчас в России эксплуатируется 10 атомных электростанций, производящих 18 % всей электроэнергии вырабатываемой в стране. Удельный вес атомной энергии в общем энергобалансе не очень велик, что вполне объяснимо, если учесть богатые запасы углеводородов и огромный гидропотенциал страны.

Определить самую мощную АЭС в России довольно сложно – сразу четыре АЭС имеют по четыре реактора, каждый из которых имеет мощность в 1000 мегаватт. Это Балаковская, Ленинградская, Курская и Калининская АЭС. Поэтому для определения самой крупной АЭС в Российской Федерации необходимо прибегнуть к дополнительному показателю – выработанной электроэнергии за год. По этому показателю титул «самая крупная АЭС в России» принадлежит Балаковской АЭС – она вырабатывает более 30 млрд. кВт·ч в год. Эта же электростанция занимает и почетное десятое место в мировом рейтинге мощнейших АЭС.

В связи с все уменьшающимися запасами углеводородного сырья и дороговизной альтернативной энергии, атомная энергетика имеет все предпосылки для того, чтобы выйти на лидирующие позиции в вопросе обеспечения человечества электроэнергией. Если, конечно, в ближайшее время не удастся осуществить прорыв в области управляемых термоядерных реакций.

Недавние события в Японии очередной раз напугали человечество, и заставили задуматься о правильности использования мирного атома. Германия уже отказалась от программы мирного атома, а многие государства начали разработку новой программы добычи чистой энергии.

Первая атомная электростанция была построена в 1960 году, и уже через десять лет их было 116. На сегодняшний день в мире существует более 450 действующих ядерных реакторов, которые производят 350 гигаватт электроэнергии.

Большая часть из реакторов находится в США – 104. К сравнению, во Франции – 59, а в России их всего 29. Львиная доля вырабатываемой энергии России и Франции обеспечивает всю Европу.

Если составить список мировых лидеров производства энергии, то он будет выглядеть так:

1. США – 104 реактора.
2. Франция – 59 реакторов.
3. Япония – 53 реактора.
4. Великобритания – 35 ректоров.
5. Россия – 29 реакторов.
6. Германия – 19 реакторов.
7. Южная Корея – 16 реакторов.
8. Канада – 14 реакторов.
9. Украина – 13 реакторов.
10. Швеция – 11 реакторов.

Во всех остальных странах менее 10 реакторов.

Вот наглядный пример распределения реакторов в Европе:

Самыми большими и мощными реакторами на нашей планете являются:

На первом месте – уже известные на весь мир вследствие недавних событий Фукусима I и Фукусима II в Японии. Обе электростанции связаны между собой и по сути являются одной энергетической точкой. Полная выходная мощь Фукусим составляет 8814 мегаватт. На сегодняшний день обе эти электростанции являются энергетической дырой для бюджета Японии. Семь реакторов этих электростанций либо частично разрушены, либо находятся в расплавлении. Причиной разрушений АЭС послужили землетрясение и цунами, обрушившиеся на Японию.

Второе место занимает также японская АЭС Касивадзаки-Карива, находящаяся возле Японского моря в префектуре Ниигата. Выходная мощность всех семи реакторов составляет 8212 мегаватт.

На третьем месте находится Запорожская АЭС в Украине. Полная выходная мощность 2 реакторов составляет – 6000 мегаватт. Кстати, Запорожская АЭС является одной из самых крупных атомных электростанций в Европе и самой крупной в Украине. Она также является и нынедействующим рекордсменом-долгожителем. Запорожская АЭС была построена в 1977 году.

Четвертое место занимает АЭС Йонван в Южной Корее с полной выходной мощностью в 5875 мегаватт. Электростанция была построена в 1986 году.
На пятом месте АЭС Гравелине, которая находится во Франции. Выходная мощность ее шести реакторов составляет 5460 мегаватт. Гравелине является самой крупной АЭС во Франции.

Шестое место занимает также французская АЭС Палюэль. Реактор этой АЭС является самым крупным в мире. Выходная мощность реактора Палюэль – 5320 мегаватт.

На седьмом месте АЭС Каттном, которая находится в той же Франции. Каждый реактор этой АЭС вырабатывает 1300 мегаватт электроэнергии.

Восьмое место за АЭС Брюс, которая находится в Канаде. Полная выходная мощность ее восьми реакторов – 4693 мегаватт.

На девятом месте АЭС Охи. Эта атомная электростанция находится в Японии, в префектуре Фукуи. Всего у АЭС Охи четыре реактора, два из которых производят 1180 мегаватт, другие два на пять мегаватт меньше каждый. Полная выходная мощность АЭС – 4494 мегаватт.

После недавних событий Всемирная ассоциация операторов атомных электростанций (World Association of Nuclear Operators) на внеочередном съезде постановила усилить безопасность на всех существующих АЭС мира, возложив всю ответственность за выполнение этого задания на страны, имеющие на своей территории атомные электростанции. Германия в свою очередь уже отказалась от программы мирного атома, и начала разработку более безопасного вида добычи электроэнергии.

Многие сейчас ищут, что будет , некоторые говорят - метеорит, другие - глобальное потепление, а треть связывают конец света с нашим мирным атомом.

Недавно в Московском физико-техническом институте состоялась российская презентация проекта ИТЭР, в рамках которого планируется создать термоядерный реактор, работающий по принципу токамака. Группа ученых из России рассказала о международном проекте и об участии российских физиков в создании этого объекта. «Лента.ру» посетила презентацию ИТЭР и поговорила с одним из участников проекта.

ИТЭР (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor — Международный термоядерный экспериментальный реактор) — проект термоядерного реактора, позволяющий продемонстрировать и исследовать термоядерные технологии для их дальнейшего использования в мирных и коммерческих целях. Создатели проекта считают, что управляемый термоядерный синтез может стать энергетикой будущего и служить альтернативой современным газу, нефти и углю. Исследователи отмечают безопасность, экологичность и доступность технологии ИТЭР по сравнению с обычной энергетикой. По сложности проект сравним с Большим адронным коллайдером; установка реактора включает в себя более десяти миллионов конструктивных элементов.

Фото: LESENECHAL/ PPV-AIX.COM

Об ИТЭР

Для тороидальных магнитов токамака необходимо 80 тысяч километров сверхпроводящих нитей; общий их вес достигает 400 тонн. Сам реактор будет весить около 23 тысяч тонн. Для сравнения — вес Эйфелевой башни в Париже равен всего 7,3 тысячи тонн. Объем плазмы в токамаке будет достигать 840 кубических метров, тогда как, например, в крупнейшем действующем в Великобритании реакторе такого типа — JET — объем равен всего ста кубическим метрам.

Высота токамака будет равна 73 метрам, из которых 60 метров будут находиться над землей и 13 метров — под ней. Для сравнения, высота Спасской башни Московского Кремля равна 71 метру. Основная платформа реактора будет занимать площадь, равную 42 гектарам, что сопоставимо с площадью 60 футбольных полей. Температура в плазме токамака будет достигать 150 миллионов градусов Цельсия, что в десять раз выше температуры в центре Солнца.

В строительстве ИТЭР во второй половине 2010 годов планируется задействовать одновременно до пяти тысяч человек — в их число войдут как рабочие и инженеры, так и административный персонал. Многие компоненты ИТЭР будут доставляться от порта у Средиземного моря по специально сооруженной дороге длиной около 104 километров. В частности, по ней будет доставлен самый тяжелый фрагмент установки, масса которого составит более 900 тонн, а длина — около десяти метров. Более 2,5 миллионов кубометров земли вывезут с места строительства установки ИТЭР.

Общие затраты на проектные и строительные работы оцениваются в 13 миллиардов евро. Эти средства выделяются семью основными участниками проекта, представляющими интересы 35 стран. Для сравнения, совокупные расходы на строительство и обслуживание Большого адронного коллайдера почти в два раза меньше, а строительство и поддержание работоспособности Международной космической станции обходится почти в полтора раза дороже.

Токамак

Сегодня в мире существуют два перспективных проекта термоядерных реакторов: токамак (то роидальная ка мера с ма гнитными к атушками) и стелларатор. В обеих установках плазма удерживается магнитным полем, однако в токамаке она имеет форму тороидального шнура, по которому пропускается электрический ток, тогда как в стеллараторе магнитное поле наводится внешними катушками. В термоядерных реакторах происходят реакции синтеза тяжелых элементов из легких (гелия из изотопов водорода — дейтерия и трития), в отличие от обычных реакторов, где инициируются процессы распада тяжелых ядер на более легкие.

Фото: НИЦ «Курчатовский институт»/ nrcki.ru

Электрический ток в токамаке используется также и для начального разогрева плазмы до температуры около 30 миллионов градусов Цельсия; дальнейший разогрев производится специальными устройствами.

Теоретическая схема токамака была предложена в 1951 советскими физиками Андреем Сахаровым и Игорем Таммом , и в 1954 году в СССР была построена первая установка. Однако, ученым не удавалось продолжительное время поддерживать плазму в стационарном режиме, и к середине 1960 годов в мире сложилось убеждение, что управляемый термоядерный синтез на основе токамака невозможен.

Но уже через три года на установке Т-3 в Институте атомной энерги и имени Курчатова под руководством Льва Арцимовича удалось нагреть плазму до температуры более пяти миллионов градусов Цельсия и ненадолго удержать ее; ученые из Великобритании, присутствовавшие на эксперименте, на своем оборудовании зафиксировали температуру около десяти миллионов градусов. После этого в мире начался настоящий бум токамаков, так что в мире было построено около 300 установок, самые крупные их которых находятся в Европе, Японии, США и России.

Изображение: Rfassbind/ wikipedia.org

Управление ИТЭР

В 1985 году Евгений Велихов предложил Михаилу Горбачеву объединить усилия США и СССР в области термоядерной энергетики и начать работу над созданием международного термоядерного реактора на основе токамака. В 1988 начались первые проектные работы, и уже в 1992 году было подписано международное соглашение о разработке технического проекта реактора ИТЭР. Полная стоимость на этапе разработки проекта составила около двух миллиардов долларов. Участие России и США в финансировании этого этапа составило примерно по 17 процентов; остальная часть была поделена примерно поровну между ЕС и Японией.

Сейчас основными учредителями ИТЭР являются Евросоюз, Индия, Китай, Южная Корея, Россия, США и Япония. В проекте прямо или косвенно заняты около 35 стран, составляющие более половины населения земного шара. По квоте России с 1994 года в проекте ИТЭР участвует и Казахстан. Ученые планируют уже в 2020 году начать эксперименты на ИТЭР. Однако, начало работ часто откладывается; к настоящему времени запаздывание оценивается в два-три года.

Где и что находится

Изображение: wikimedia.org

В самом начале проекта между Японией и Францией шла борьба за возможность размещения установок ИТЭР на своих территориях. В результате победила Франция: в 2005 году было принято решение о строительстве реактора на юге страны, в 60 километрах от Марселя в исследовательском центре Карадаш . Комплекс занимает общую площадь около 180 гектаров. На ней размещены установки реактора, системы энергообеспечения, газохранилище, водонасосная станция, градирня, административные и другие здания. В 2007 году началось строительство комплекса и закладка фундамента, а совсем недавно, 19 марта 2014 года, произведена заливка бетона для установки для получения трития.

Реактор и топливо

В основе работы реактора ИТЭР лежит термоядерная реакция слияния изотопов водорода дейтерия и трития с образованием гелия с энерги ей 3,5 мегаэлектронвольт и высокоэнергетического нейтрона (14,1 мегаэлектронвольт). Для этого дейтерий-тритиевая смесь должна быть нагрета до температуры более ста миллионов градусов Цельсия, что в пять раз больше температуры Солнца. При этом смесь превращается в плазму из положительно заряженных ядер водорода и электронов. В такой разогретой плазме энерги и дейтерия и трития достаточно, чтобы начались термоядерные реакции слияния с образованием гелия и нейтрона.

Изображение: Wykis/ wikipedia.org

На один акт реакции выделяется энерги я в 17,6 мегаэлектронвольт, которая включает в себя кинетическую энерги ю нейтрона и ядра гелия. Нейтрон из плазмы попадает в теплоноситель, которым окружена плазма, и его энерги я движения переходит в тепловую энерги ю. Энергия гелия используется для поддержания стационарного температурного режима в плазме.

Фото: O. Morand/ wikipedia.org

Дейтерий содержится в обычной воде; его ученые научились добывать сравнительно легко. В природном водороде содержится около 0,01 процента этого изотопа. С тритием сложнее — его почти нет на Земле. Однако, ученые планируют получать его в рамках проекта ИТЭР, используя реакции взаимодействия нейтрона с изотопами лития Li-6 и Li-7, который может быть введен в состав теплоносителя бланкета — оболочки, окружающей плазму. Продуктами такого взаимодействия являются гелий, тритий и нейтрон (в случае изотопа Li-7).

Суммируя, можно сказать, что топливом для реактора ИТЭР являются дейтерий и литий. При этом содержание дейтерия в воде океана практически не ограничены, а лития в земной коре почти в 200 раз больше, чем урана; при использовании дейтерия, содержащегося в бутылке воды, выделится столько же энерги и, сколько при сжигании бочки бензина: калорийность термоядерного топлива в миллион раз выше любого из современных неядерных источников энерги и.

Параметры реактора

Для энергетической выгоды реактор должен функционировать со значением параметра Q, большего пяти. Этот параметр показывает соотношение высвобождаемой в процессе реакции энерги и к энерги и, затраченной на создание и нагрев плазмы. Кроме того, необходим нагрев плазмы до температуры, большей ста миллионов градусов Цельсия, и такая нагретая плазма в реакторе должна быть устойчивой более одной секунды.

Так, на установке TFTR в Нью-Джерси в США была осуществлена термоядерная реакция с мощностью около десяти мегаватт с импульсом длительностью 0,3 секунды. На установке JET в Великобритании была получена мощность 17 мегаватт с Q=0,6.

Изображение: ИТЭР

В реакторе размерами 40 на 40 метров: 1 — центральный соленоид, 2 — катушки полоидального магнитного поля, 3 — катушка тороидального магнитного поля, 4 — вакуумная камера, 5 — криостат, 6 — дивертор.

В ИТЭР в первой фазе эксперимента планируется удержать плазму до тысячи секунд с Q более десяти при температуре около 150 миллионов градусов и выделяемой мощностью в 500 мегаватт. Во второй фазе ученые хотят перейти к непрерывному режиму работы токамака, и, в случае успеха, к первой коммерческой версии токамака DEMO . DEMO будет устроен существенно проще и не будет носить исследовательской нагрузки, а для его работы не потребуется значительного числа датчиков, так как необходимые параметры работы реактора будут отработаны уже на экспериментальном реакторе ИТЭР.

Участие России

Участие Россия в проекте ИТЭР в настоящее время составляет около десяти процентов. Это позволяет стране получать доступ ко всем технологиям проекта. Основной задачей, которая стоит перед Россией в рамках проекта, является производство сверхпроводящих магнитов, а также разнообразных диагностических датчиков и анализаторов структуры плазмы.

«Лента.ру» побеседовала с российским участником проекта ИТЭР Владимиром Аносовым, начальником группы в отделе экспериментальной физики токамаков ГНЦ РФ ТРИНИТИ .

На чем основана уверенность в том, что ИТЭР заработает через 5-10 лет? На каких практических и теор етических разработках?

С российской стороны заявленный график работ мы выполняем и не собираемся нарушать. К сожалению, мы видим некоторое запаздывание работ, выполняемых другими, в основном Европой; частично есть запаздывание у Америки и наблюдается тенденция к тому, что проект будет несколько задержан. Задержан, но не остановлен. Есть уверенность в том, что он заработает. Концепт самого проекта полностью теор етически и практически просчитан и надежен, поэтому я думаю, что он заработает. Даст ли он в полной мере заявленные результаты — поживем-увидим.

Проект скорее носит исследовательский характер?

Конечно. Заявленный результат не есть полученный результат. Если он будет получен в полной мере, я буду предельно счастлив.

Какие новые технологии появились, появляются или будут появляться в проекте ИТЭР?

Проект ИТЭР является не просто сверхсложным, но еще и сверхнапряженным проектом. Напряженным в плане энергонагрузки, условий эксплуатации определенных элементов, в том числе наших систем. Поэтому новые технологии просто обязаны рождаться в этом проекте.

А есть пример?

Космос. Например, наши алмазные детект оры. Мы обсуждали возможность применения наших алмазных детект оров на космических грузовиках, которые представляют собой ядерные машины, перевозящие некоторые объекты типа спутников или станций с орбиты на орбиту. Есть такой проект космического грузовика. Так как это аппарат с ядерным реактором на борту, то сложные условия эксплуатации требуют анализа и контроля, так что наши детект оры вполне могли бы это сделать. На данный момент тема создания такой диагностики пока не финансируется. Если она будет создана, то может быть применена и тогда в нее не нужно будет вкладывать деньги на фазе разработки, а только на фазе освоения и внедрения.

Какова доля современных российских разработок нулевых и девяностых годов в сравнении с советскими и западными разработками?

Доля российского научного вклада в ИТЭР на фоне общемирового очень велика. Я не знаю ее точно, но она очень весома. Она явно не меньше российского процента финансового участия в проекте, потому что во многих других командах есть большое количество русских, которые уехали за границу работать в другие институты. В Японии и Америке, везде, мы с ними очень хорошо контактируем и работаем, кто-то из них представляет Европу, кто-то — Америку. Кроме того, там есть и свои научные школы. Поэтому, насчет того, сильнее мы или больше развиваем то, что делали раньше... Один из великих сказал, что «мы стоим на плечах титанов», поэтому та база, которая была наработана в советские времена, она неоспоримо велика и без нее мы ничего бы не смогли. Но и в данный момент мы не стоим на месте, мы движемся.

А чем занимается именно ваша группа в ИТЭР?

У меня сектор в отделе. Отдел занимается разработкой нескольких диагностик, наш сектор занимается конкретно разработкой вертикальной нейтронной камеры, нейтронной диагностики ИТЭР и решает большой круг задач от проектирования до изготовления, а также проводит сопутствующие научно-исследовательские работы, связанные с разработкой, в частности, алмазных детект оров. Алмазный детект ор — уникальный прибор, первоначально созданный именно в нашей лаборатории. Ранее использовавшийся на многих термоядерных установках, сейчас он применяется достаточно широко многими лабораториями от Америки до Японии; они, скажем так, пошли за нами следом, но мы продолжаем оставаться на высоте. Сейчас мы делаем алмазные детект оры и собираемся выйти на уровень их промышленного производства (мелкосерийного производства).

В каких отраслях промышленности могут использоваться эти детект оры?

В данном случае это термоядерные исследования, в дальнейшем мы предполагаем, что они будут востребованы в ядерной энергетике.

Что именно делают детект оры, что они измеряют?

Нейтроны. Более ценного продукта, чем нейтрон, не существует. Мы с вами также состоим из нейтронов.

Какие характеристики нейтронов они измеряют?

Спектральные. Во-первых, непосредственная задача, которая решается в ИТЭРе, это измерение энергетических спектров нейтронов. Кроме того, они мониторят количество и энерги ю нейтронов. Вторая, дополнительная задача, касается ядерной энергетики: у нас есть параллельные разработки, которые могут измерять и тепловые нейтроны, являющиеся основой ядерных реакторов. У нас эта задача второстепенная, но она также отрабатывается, то есть мы можем работать здесь и в тоже время делать наработки, которые могут быть вполне успешно применены в ядерной энергетике.

Какими методами Вы пользуетесь в своих исследованиях: теор етическими, практическими, компьютерным моделированием?

Всеми: от сложной математики (методов математической физики) и математического моделирования до экспериментов. Все самые разные типы расчетов, которые мы проводим, подтверждаются и проверяются экспериментами, потому что у нас непосредственно экспериментальная лаборатория с несколькими работающими нейтронными генераторами, на которых мы проводим тестирование тех систем, которые сами же и разрабатываем.

У Вас в лаборатории есть действующий реактор?

Не реактор, а нейтронный генератор. Нейтронный генератор, по сути, это минимодель тех термоядерных реакций, о которых идет речь. В нем идет все то же самое, только там процесс несколько иной. Он работает по принципу ускорителя — это пучок определенных ионов, ударяющий по мишени. То есть в случае плазмы мы имеем горячий объект, в котором каждый атом имеет большую энерги ю, а в нашем случае специально ускоренный ион ударяется по мишени, насыщенной подобными же ионами. Соответственно, происходит реакция. Скажем так, это один из способов, которым вы можете делать ту же самую термоядерную реакцию; единственное только, что доказано, что данный способ не обладает высоким КПД, то есть вы не получите положительный энерговыход, но саму реакцию вы получаете — мы непосредственно наблюдаем данную реакцию и частицы и все, что в ней идет.

Главная » Елена Березовская » Самые крупные аэс в мире. Все атомные электростанции россии списком