ITER
Straipsnis iš Vikipedijos, laisvosios enciklopedijos.
ITER yra tarptautinis tokamako (branduolių sintezės magnetiniu lauku izoliuotoje plazmoje) tyrimų projektas skirtas pademonstruoti, kad yra mokslinės ir techninės galimybės sukurti branduolių sintezės reaktorių. ITER yra planuojamas kaip eksperimentinė pakopa tarp šiandienos plazmos fizikos tyrimų ir ateities elektrą gaminančių branduolių sintezės jėgainių. Jis bus statomas remiantis tyrimais atliktais kituose branduolių sintezės įrenginiuose (DIII-D, EAST, TFTR, JET, JT-60 ir T-15) ir bus didesnis už bet kurį iš jų.
2006 metų lapkričio 21 dieną, septyni dalyviai formaliai sutiko finansuoti projektą[1]. Numatoma, kad projektas tęsis 30 metų ─ 10 metų statyba ir 20 metų veikimas ─ ir kainuos maždaug 10 milijardų eurų. Jis bus statomas Cadarache branduolinių tyrimų centre Prancūzijoje. Šiuo metu dar vyksta projektavimo užbaigimo darbai. Tikimasi, kad pirmieji darbai su plazma reaktoriuje prasidės 2016 metais.
ITER yra suprojektuotas generuoti maždaug 500 MW (500 000 000 vatų) sintezės galią išlaikomą iki 500 sekundžių (palyginimui ─ JET didžiausia galia 16 MW ir yra išlaikoma mažiau nei sekundę). Ateities termobranduolinės jegainės turėtų generuoti maždaug 3000 ─ 4000 MW šiluminės galios. ITER išskiriama šiluminė galia nebus naudojama elektros energijai generuoti.
ITER konsorciumo teigimu, branduolių sintezė suteikia potencialiai „aplinkai nekenkiantį, plačiai pritaikomą ir praktiškai neišsenkantį“[2][3] elektros energijos šaltinį. Šios savybės, konsorciumo manymu, bus reikalingos norint patenkinti didėjantį pasaulinį energijos poreikį ir kartu sumažinti šiltnamio dujų išskyrimą į aplinką[4], ir tuo yra pateisinama didelė pojekto kaina.
Turinys |
[taisyti] Tikslai
Oficialus ITER tikslas yra „pademonstruoti mokslinę ir techninę branduolių sintezės energijos panaudojimo taikiems tikslams galimybę“. ITER turi ir keletą specifinių tikslų susijusių su branduolių sintezės reaktorių vystymu:
- Trumpą laiką iš branduolių sintezės gauti 10 kartų daugiau šiluminės energijos nei jos sunaudoti reakcijų vykdymui (Q = 10).
- Išgauti pastovios būsenos plazmą su Q > 5.
- Išlaikyti sintezės impulsą iki 8 minučių.
- Įžiebti „degančią“ (save palaikančią) plazmą.
- Išvystyti technologijas ir procesus reikalingus branduolių sintezės jėgainei ─ įskaitant superlaidžius magnetus ir nutolusią priežiūrą (robotais).
- Patikrinti tričio dauginimo koncepcijas.
[taisyti] Reaktoriaus apžvalga
- Taip pat žiūrėti: Branduolių sintezė
Kai deuteris ir tritis jungiasi, iš dviejų branduolių susidaro helio branduolys (alfa dalelė) ir didelės energijos neutronas.
Nors beveik visi stabilūs izotopai lengvesni už geležį gali susijungti su kokiu nors kitu izotopu ir išskirti energiją, deuteris ir tritis yra vieni iš tinkamiausių energijos gamybai, nes jiems masiškai jungtis reikia mažiausių temperatūrų.
Visos jaunos ir vidutinio amžiaus žvaigždės spinduliuoja didžiulius energijos, gautos iš branduolių sintezės, kiekius. Perskaičiavus masei, deuterio ─ tričio sintezės reakcija išskiria apytiksliai tris kartus daugiau energijos nei urano 235 skilimas, ir milijonus kartu daugiau energijos nei tokios cheminės reakcijos kaip anglies degimas. Termobranduolinės jėgainės tikslas yra panaudoti šią energiją elektros gamybai.
Sintezės aktyvacijos energija yra labai didelė, nes kiekvieno branduolio protonai vienas kitą stipriai atstumia, kadangi jie turi tą patį teigiamą krūvį. Manoma, kad branduoliai turi suartėti iki 1 fm (1 × 10−15 metro), kur branduoliui atsiranda didėjanti tikimybė tuneliuoti per elektrostatinį barjerą iki taško, kuriame stiprioji sąveika ir elektrostatinė sąveika tampa lygios, leisdamos branduoliams susilieti. ITER reaktoriuje branduolių suartėjimas iki šio atstumo bus pasiekiamas aukštų temperatūrų ir magnetinio izoliavimo dėka. Aukšta temperatūra suteikia branduoliui pakankamos energijos įveikti elektrostatinę stūmą. Optimalus deuterio ir tričio reakcijos greitis yra pasiekiamas temperatūrai esant 100 000 000 K eilės. Iki aukštos temperatūros plazma yra pakaitinama ominiu kaitinimu (per plazmą tekant elektros srovei). Papildomai yra kaitinama naudojant neutralaus pluošto injekcija ir radio dažnio (RF) arba mikrobanginį šildymą.
Esant tokiai didelei temperatūrai, dalelės turi didelę kinetinę energiją ir tuo pačiu didelį greitį. Jeigu jos nebūtų izoliuotos, dalelės greitai ištrūktų išsinešdamos su savimi energiją ir atvėsindamos plazmą. Efektyviam reaktoriui reikia išlaikyti daleles pakankamai mažame tūryje pakankamai ilgą laiką, kad didelė dalis plazmos sureaguotų. ITER ir daugelyje kitų izoliavimo magnetiniu lauku reaktoriuose plazma yra laikoma magnetinio lauko „inde“. Dalelė turinti krūvį ir judanti magnetiniame lauke negali iš jo ištrūkti – ji ima suktis. Reaktoriaus laukas turi toro (riestainio) formą, todėl dalelės jame yra „uždarytos“.
Taip pat reikalingas ir izoliuojantis paviršius, kuris apsaugotų magnetus ir kitą įrangą nuo aukštos temperatūros ir energingų fotonų bei kitų dalelių, ir taip pat palaikytų vakuumą reikalingą plazmai. Šis gaubiantis „kiautas“ bus pastoviai veikiamas labai energingų dalelių ─ elektronų, jonų, fotonų, alfa dalelių ir neutronų, pastoviai bombarduojančių paviršių ir ardančių struktūrą. Medžiaga turi būti pritaikyta atsilaikyti tokioje aplinkoje pakankamai ilgą laiką, kad visa jėgaine būtų ekonomiška. Tokių medžiagų bandymai bus atliekami ir pačiame ITER, ir IFMIF (Tarptautinis branduolių sintezės medžiagų apspinduliavimo įrenginys).
Prasidėjus sintezei, aukštos enegijos neutronai sklis iš reakcijos regionų plazmoje, lengvai kirsdami magnetinio lauko linijas, nes yra elektriškai neutralūs. Kadangi neutronai ir gaus didžiąją dalį energijos, jie bus pagrindinis ITER energijos atidavimo šaltinis. Idealiu atveju alfa dalelės išeikvos savo energiją plazmoje, dar ją pašildydamos.
Už vidinės izoliuojančio „kiauto“ sienos bus įdedamas vienas iš keleto bandomųjų dangų modulių. Šie moduliai yra skirti patikimai ir efektyviai sulėtinti ir absorbuoti neutronus, sumažinant jų žalą kitoms struktūroms, bei iš ličio ir atskriejančių neutronų dauginti tritį kurui. Iš greitų neutronų absorbuota energija yra perduodama pirminiam šilumnešiui. Ši šiluminė energija tikroje elektrinėje galėtų būti panaudota sukti elektrą generuojančią turbiną, tačiau ITER reaktoriuje ši energija nėra moksliškai įdomi, todėl nebus naudojama.
[taisyti] Istorija
ITER projektas prasidėjo 1985 metais kaip bendradarbiavimas tarp Europos sąjungos (per EURATOM organizaciją), JAV, tuometinės TSRS ir Japonijos. Koncepcinio ir inžinerinio projektavimo fazės užsibaigė priimtinu, detaliu projektu 2001 metais, palaikytu 650 milijonų JAV dolerių vertės tyrimų ir vystymo, vykdytų „ITER dalyvių“, kad patvirtinti jo praktinį tinkamumą. Prie šių dalyvių (Rusijos Federacija pakeitė Tarybų Sąjungą, JAV pasitraukė iš projekto 1999 metais ir sugrįžo 2003) derėdamasi dėl būsimų ITER statymo, veikimo ir sustabdymo prisijungė Kanada (kuri nutraukė savo dalyvavimą 2003 metais), Kinija ir Pietų Korėja. Indija oficialiai tapo ITER dalyve 2005 metų gruodžio 6 dieną.
2005 metų birželio 28 dieną buvo oficialiai paskelbta, kad ITER bus statomas Europos Sąjungoje, pietinėje Prancūzijoje. Derybos, kuriose buvo priimtas šis sprendimas, baigėsi kompromisu tarp ES ir Japonijos, kuriuo Japonijai buvo pažadėta 20% tiriamojo personalo ir vadovavimas ITER administraciniam organui. Be to, projektui bus pastatytas dar vienas tyrimų įrenginys Japonijoje, o Europos Sąjunga sutiko padengti apie 50% šios institucijos kainos.[5]
2006 metų lapkričio 21 dieną, tarptautinis konsorciumas pasirašė formalų susitarimą statyti reaktorių.[6]
ITER veiks lygiagrečiai su medžiagų bandymų įrenginiu ─ „Tarptautiniu branduolių sintezės medžiagų apspinduliavimo įrenginiu“ (IFMIF), kuriame bus vystomos medžiagos tinkamos naudoti ekstremaliose sąlygose, kurios bus ateities termobranduolinėse jėgainėse. Po abiejų šių įrenginių bus statoma demonstracinė jėgainė, DEMO, kuri jau gamins elektros energiją komerciniam naudojimui.
[taisyti] Vieta

ITER statymo vietos parinkimo procesas truko labai ilgai. Realiausi kandidatai buvo Cadarache branduolinių tyrimų centras, esantis Provence-Alpes-Côte-d'Azur, Prancūzijoje ir Rokkasho, esantis Aomori, Japonijoje. Kanada 2001 metų gegužę pasiūlė vietą Klaringtone, bet pasitraukė 2003 metais. Ispanija 2002 metais balandžio 17 dieną taip pat pasiūlė vietą Vandellos branduolinių tyrimų centre, bet 2003 metų lapkritį ES nusprendė sukoncentruoti visą savo palaikymą Prancūzijos siūlomai vietai. Nuo šio momento liko dvi vietos ─ kandidatės Prancūzijoje ir Japonijoje.
Susitikime Maskvoje 2005 metų birželio 28 dieną dalyviai susitarė, kad ITER bus statomas Cadarache branduolinių tyrimų centre.
Planuojama ITER komplekso statybas pradėti 2008 metais, o pačio tokamako surinkimo pradžia numatoma 2011 metais. Nenumatytos politinės, finansinės ar net socialinės problemos gali žymiai pakoreguoti šias datas.[7]
[taisyti] Dalyviai
Šiuo metu yra septyni ITER programos dalyviai: Kinija, Europos Sąjunga, Indija, Japonija, Rusija, Pietų Korėja ir JAV.[8]
Anksčiau ir Kanada buvo pilnateisis narys, bet pasitraukė iš projekto dėl finansavimo stokos.
[taisyti] Finansavimas
Šiuo metu numatoma ITER statybos, priežiūros ir susijusių tyrinėjimų kaina viso jos veikimo metu yra 10 milijardų eurų. 2005 metų birželio mėnesio konferencijoje Maskvoje ITER dalyviai sutarė tokį finansavimo įnašų padalinimą: 50% šalis šeimininkė, Europos Sąjunga ir po 10% kiekvienas kitas narys.[9] Pagal šaltinius ITER susitikime Jeju, Korėjoje, šeši nariai ─ nešeimininkai finansuos 6/11 visos kainos ─ truputį daugiau nei pusę ─ o ES įneš likusią dalį. Gamybinis įnašas buvo paskirstytas taip: penkios šalys (Kinija, Indija, Korėja, Rusija ir JAV) kiekvienas įneš 1/11 (iš viso 5/11), Japonija 2/11, o ES 4/11.[10]
Nors Japonijos finansinis įnašas, kaip ir kitų šalių ─ nešeimininkių, bus 1/11 visos kainos, ES sutiko jai suteikti specialų statusą, todėl Japonija suteiks 2/11 tiriamojo personalo Cadarache ir jai atiteks 2/11 konstrukcijos kontraktų, o ES personalo ir konstrukcijos komponentų įnašai bus sumažinti nuo 5/11 iki 4/11.
[taisyti] Kritika
Bridget Woodman iš Greenpeace yra pasakius „Branduolių sintezės ir ITER projekto siekimas yra beprotybė. Branduolių sintezė turi visas branduolinės energetikos problemas, įskaitant radioaktyvias atliekas ir branduolinės avarijos riziką.“[11] „Vyriausybės neturėtų švaistyti mūsų pinigų pavojingam žaislui, kuriuo niekada nebus išgauta jokios naudingos energijos“, pasakė Jan Vande Putte iš Greenpeace International. „Vietoj to jie turėtų investuoti į atsinaujinančius energijos šaltinius, kurie yra gausiai prieinami, ne 2080 metais, bet šiandien."[12]
Prancūzų žaliųjų grupės sakė, kad ITER projektas yra „pavojingas“, „brangus“ ir „ne darbų generatorius“. Prancūzijos asociacija, kuriai priklauso apie 700 antibranduolinių grupių, „Sortir du nucléaire“ („Atsisakykime branduolinės energijos“), taip pat teigė, kad ITER kelia pavojų, nes mokslininkai dar nežino kaip manipuliuoti aukštos energijos deuterio ir tričio vandenilio izotopais naudojamais sintezės procese.[13] Čia reikėtų pastebėti, kad deuteris yra stabilus vandenilio izotopas, kurio yra ir geriamajame vandenyje (mūsų kūnuose yra iki apie 10 g deuterio), o trumpaamžio (pusamžis ~12 metų) ir radioaktyvaus tričio dujų ITER reaktoriuje bus tik maždaug 0,2 g. Šiam tričiui patekus į aplinką, jis greitai pakiltų į viršutinę atmosferą, nes yra lengvesnis už orą, kur toks mažas jo kiekis nekeltų jokio pavojaus.
ITER projektas susiduria su nemažai techniškai sudėtingų problemų. Vienas iš techninių rūpesčių yra tai, kad 14 MeV energijos neutronai susidarę sintezės reakcijose pažeis medžiagas, iš kurių yra pastatytas reaktorius.[14] IFMIF vyksta tyrimai, kuriais siekiama nustatyti kaip (ir ar) įmanoma sukurti pakankamai ilgai išliekančias reaktoriaus sienas, kad komercinė jėgainė būtų ekonomiškai perspektyvi esant intensyviam neutronų bombardavimui. Pažeidimai susidaro dėl aukštos energijos neutronų išmušančių atomus iš jų normalių pozicijų kristalinėje gardelėje. Susijusi problema ateities komercinėms branduolių sintezės jėgainėms yra tai, kad bombardavimas neutronais dalį reaktoriaus pavers radioaktyviu. Dėl to komercinio reaktoriaus demontavimas gali būti sunkus ir brangus. Kita problema yra superlaidžių magnetų pažeidimas neutronų pluoštais.
[taisyti] Išnašos
- ↑ http://www.newscientisttech.com/article/dn10633-green-light-for-nuclear-fusion-project.html
- ↑ http://www.iter.org/Benefits.htm Branduolių sintezės privalumai
- ↑ http://newenergytimes.com/PR/FusionAdvantages.htm
- ↑ http://www.iter.org/fr3.htm Energijos poreikis
- ↑ http://www.asahi.com/english/Herald-asahi/TKY200506280351.html
- ↑ http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/6165932.stm
- ↑ http://www.iter.org/pics/constructionschedule.pdf
- ↑ http://www.iter.org ITER nariai
- ↑ http://www.itercad.org/pr_ministers_jun05.html
- ↑ http://www.flonnet.com/fl2301/stories/20060127003709900.htm Branduolinis šuolis, Frontline, Vol 23, Iss 1, (Jan. 14–27, 2006)
- ↑ http://www.eubusiness.com/press/EUPress.2003-11-26.3159
- ↑ http://www.greenpeace.org/international/press/releases/ITERprojectFrance
- ↑ http://www.dw-world.de/dw/article/0,1564,1631650,00.html
- ↑ http://ieeexplore.ieee.org/iel5/6866/18462/00849850.pdf