Untuk waktu yang lama trudnopisaka meminta saya untuk membuat postingan tentang reaktor termonuklir yang sedang dibangun. Cari tahu detail menarik dari teknologinya, cari tahu mengapa proyek ini memakan waktu lama untuk dilaksanakan. Saya akhirnya mengumpulkan materinya. Mari berkenalan dengan detail proyek ini.
Bagaimana semuanya dimulai? “Tantangan energi” muncul sebagai akibat dari kombinasi tiga faktor berikut:
1. Umat manusia kini mengonsumsi energi dalam jumlah besar.
Saat ini konsumsi energi dunia sekitar 15,7 terawatt (TW). Membagi nilai ini dengan populasi dunia, kita mendapatkan sekitar 2.400 watt per orang, yang dapat diperkirakan dan divisualisasikan dengan mudah. Energi yang dikonsumsi oleh setiap penghuni bumi (termasuk anak-anak) setara dengan pengoperasian lampu listrik berkekuatan 24 ratus watt sepanjang waktu. Namun konsumsi energi ini di seluruh dunia sangat tidak merata, karena sangat besar di beberapa negara dan dapat diabaikan di negara lain. Konsumsi (dalam satuan orang) sama dengan 10,3 kW di AS (salah satu nilai rekor), 6,3 kW di Federasi Rusia, 5,1 kW di Inggris, dll., tetapi, di sisi lain, sama dengan hanya 0,21 kW di Bangladesh (hanya 2% dari konsumsi energi AS!).
2. Konsumsi energi dunia meningkat drastis.Menurut Badan Energi Internasional (2006), konsumsi energi global diperkirakan meningkat sebesar 50% pada tahun 2030. Negara-negara maju tentu saja bisa baik-baik saja tanpa tambahan energi, namun pertumbuhan ini diperlukan untuk mengangkat masyarakat keluar dari kemiskinan di negara-negara berkembang, di mana 1,5 miliar orang menderita kekurangan listrik yang parah.
3. Saat ini, 80% energi dunia berasal dari pembakaran bahan bakar fosil(minyak bumi, batubara dan gas bumi), yang kegunaannya:
a) berpotensi menimbulkan risiko bencana perubahan lingkungan hidup;
b) mau tidak mau harus berakhir suatu saat nanti.
Dari uraian di atas jelas bahwa saat ini kita harus bersiap menghadapi berakhirnya era penggunaan bahan bakar fosil
Saat ini, pembangkit listrik tenaga nuklir menghasilkan energi yang dilepaskan selama reaksi fisi inti atom dalam skala besar. Penciptaan dan pengembangan stasiun-stasiun tersebut harus didorong dengan segala cara, namun harus diingat bahwa cadangan salah satu bahan terpenting untuk pengoperasiannya (uranium murah) juga dapat habis seluruhnya dalam 50 tahun ke depan. . Kemungkinan energi berbasis fisi nuklir dapat (dan harus) diperluas secara signifikan melalui penggunaan siklus energi yang lebih efisien, sehingga jumlah energi yang dihasilkan menjadi hampir dua kali lipat. Untuk mengembangkan energi ke arah ini, perlu dibuat reaktor thorium (yang disebut reaktor pemulia thorium atau reaktor pemulia), yang reaksinya menghasilkan lebih banyak thorium daripada uranium asli, sehingga jumlah total energi yang dihasilkan. untuk jumlah zat tertentu meningkat 40 kali lipat. Tampaknya juga menjanjikan untuk menciptakan pembiak plutonium menggunakan neutron cepat, yang jauh lebih efisien dibandingkan reaktor uranium dan dapat menghasilkan energi 60 kali lebih banyak. Mungkin untuk mengembangkan kawasan ini perlu dikembangkan metode baru yang tidak standar untuk memperoleh uranium (misalnya, dari air laut, yang tampaknya paling mudah diakses).
Pembangkit listrik fusi
Gambar tersebut menunjukkan diagram skema (bukan skala) perangkat dan prinsip pengoperasian pembangkit listrik termonuklir. Di bagian tengah terdapat ruang toroidal (berbentuk donat) dengan volume ~2000 m3, berisi plasma tritium-deuterium (T-D) yang dipanaskan hingga suhu di atas 100 M°C. Neutron yang dihasilkan selama reaksi fusi (1) meninggalkan “botol magnet” dan memasuki cangkang yang ditunjukkan pada gambar dengan ketebalan sekitar 1 m.
Di dalam cangkang, neutron bertabrakan dengan atom litium, menghasilkan reaksi yang menghasilkan tritium:
neutron + litium → helium + tritium
Selain itu, reaksi bersaing terjadi dalam sistem (tanpa pembentukan tritium), serta banyak reaksi dengan pelepasan neutron tambahan, yang kemudian juga mengarah pada pembentukan tritium (dalam hal ini, pelepasan neutron tambahan dapat terjadi). ditingkatkan secara signifikan, misalnya dengan memasukkan atom berilium ke dalam cangkang dan timbal). Kesimpulan umumnya adalah bahwa fasilitas ini (setidaknya secara teoritis) dapat mengalami reaksi fusi nuklir yang akan menghasilkan tritium. Dalam hal ini, jumlah tritium yang dihasilkan tidak hanya harus memenuhi kebutuhan instalasi itu sendiri, tetapi juga lebih besar lagi, sehingga memungkinkan untuk memasok tritium ke instalasi baru. Konsep operasi inilah yang harus diuji dan diimplementasikan dalam reaktor ITER yang dijelaskan di bawah ini.
Selain itu, neutron harus memanaskan cangkang di pabrik percontohan (di mana bahan konstruksi yang relatif “biasa” akan digunakan) hingga suhu sekitar 400°C. Di masa depan, direncanakan untuk membuat instalasi yang lebih baik dengan suhu pemanasan cangkang di atas 1000°C, yang dapat dicapai melalui penggunaan material berkekuatan tinggi terbaru (seperti komposit silikon karbida). Panas yang dihasilkan di shell, seperti di stasiun konvensional, diambil oleh sirkuit pendingin primer dengan cairan pendingin (mengandung, misalnya, air atau helium) dan dipindahkan ke sirkuit sekunder, di mana uap air dihasilkan dan disuplai ke turbin.
1985 - Uni Soviet mengusulkan pembangkit listrik Tokamak generasi berikutnya, menggunakan pengalaman empat negara terkemuka dalam menciptakan reaktor fusi. Amerika Serikat, bersama Jepang dan Komunitas Eropa, mengajukan proposal untuk pelaksanaan proyek tersebut. 
Saat ini, di Prancis, pembangunan reaktor termonuklir eksperimental internasional ITER (Reaktor Eksperimental Tokamak Internasional), yang dijelaskan di bawah ini, sedang berlangsung, yang akan menjadi tokamak pertama yang mampu “menyalakan” plasma.
Instalasi tokamak paling canggih yang ada telah lama mencapai suhu sekitar 150 M°C, mendekati nilai yang diperlukan untuk pengoperasian stasiun fusi, tetapi reaktor ITER harus menjadi pembangkit listrik skala besar pertama yang dirancang untuk jangka panjang. -istilah operasi. Di masa depan, parameter operasinya perlu ditingkatkan secara signifikan, yang pertama-tama memerlukan peningkatan tekanan plasma, karena laju fusi nuklir pada suhu tertentu sebanding dengan kuadrat tekanan. Masalah ilmiah utama dalam hal ini terkait dengan fakta bahwa ketika tekanan dalam plasma meningkat, timbul ketidakstabilan yang sangat kompleks dan berbahaya, yaitu mode operasi yang tidak stabil.
Kenapa kita perlu ini?
Keuntungan utama fusi nuklir adalah hanya memerlukan sejumlah kecil zat yang umum ditemukan di alam sebagai bahan bakar. Reaksi fusi nuklir pada instalasi yang dijelaskan dapat menyebabkan pelepasan energi dalam jumlah besar, sepuluh juta kali lebih tinggi dibandingkan panas standar yang dilepaskan selama reaksi kimia konvensional (seperti pembakaran bahan bakar fosil). Sebagai perbandingan, kami menunjukkan bahwa jumlah batubara yang dibutuhkan untuk menggerakkan pembangkit listrik tenaga panas dengan kapasitas 1 gigawatt (GW) adalah 10.000 ton per hari (sepuluh gerbong kereta api), dan pembangkit fusi dengan daya yang sama hanya akan mengkonsumsi sekitar 1 kilogram campuran D+T per hari.
Deuterium adalah isotop hidrogen yang stabil; Pada sekitar satu dari setiap 3.350 molekul air biasa, salah satu atom hidrogen digantikan oleh deuterium (warisan Big Bang). Fakta ini memudahkan pengorganisasian produksi deuterium dalam jumlah yang dibutuhkan dari air dengan biaya yang cukup murah. Lebih sulit untuk mendapatkan tritium, yang tidak stabil (waktu paruhnya sekitar 12 tahun, sehingga kandungannya di alam dapat diabaikan), namun, seperti yang ditunjukkan di atas, tritium akan muncul langsung di dalam instalasi termonuklir selama operasi, karena reaksi neutron dengan litium.
Jadi, bahan bakar awal reaktor fusi adalah litium dan air. Litium adalah logam umum yang banyak digunakan pada peralatan rumah tangga (baterai ponsel, dll.). Instalasi yang dijelaskan di atas, meski dengan memperhitungkan efisiensi yang tidak ideal, akan mampu menghasilkan energi listrik sebesar 200.000 kWh, setara dengan energi yang terkandung dalam 70 ton batu bara. Jumlah litium yang dibutuhkan untuk ini terkandung dalam satu baterai komputer, dan jumlah deuterium dalam 45 liter air. Nilai di atas sesuai dengan konsumsi listrik saat ini (dihitung per orang) di negara-negara UE selama 30 tahun. Fakta bahwa sejumlah kecil litium dapat menghasilkan listrik dalam jumlah besar (tanpa emisi CO2 dan tanpa polusi udara sedikit pun) merupakan argumen yang cukup serius untuk pengembangan energi termonuklir yang tercepat dan paling gencar (terlepas dari semua hal tersebut). kesulitan dan masalah) dan bahkan tanpa keyakinan seratus persen terhadap keberhasilan penelitian tersebut.
Deuterium dapat bertahan selama jutaan tahun, dan cadangan litium yang mudah ditambang cukup untuk memenuhi kebutuhan selama ratusan tahun. Sekalipun litium dalam batuan habis, kita dapat mengekstraknya dari air, yang konsentrasinya cukup tinggi (100 kali lebih tinggi dari uranium) sehingga penambangan menjadi layak secara ekonomi.
Reaktor termonuklir eksperimental (Reaktor eksperimental termonuklir internasional) sedang dibangun di dekat kota Cadarache di Perancis. Tujuan utama proyek ITER adalah untuk menerapkan reaksi fusi termonuklir terkendali pada skala industri.
Per satuan berat bahan bakar termonuklir, energi diperoleh sekitar 10 juta kali lebih banyak dibandingkan dengan pembakaran bahan bakar organik dalam jumlah yang sama, dan sekitar seratus kali lebih banyak dibandingkan dengan pemecahan inti uranium di reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir yang saat ini beroperasi. Jika perhitungan para ilmuwan dan perancang menjadi kenyataan, ini akan memberikan sumber energi yang tidak ada habisnya bagi umat manusia.
Oleh karena itu, sejumlah negara (Rusia, India, Cina, Korea, Kazakhstan, Amerika Serikat, Kanada, Jepang, negara-negara Uni Eropa) bergabung dalam penciptaan Reaktor Riset Termonuklir Internasional - prototipe pembangkit listrik baru.
ITER adalah fasilitas yang menciptakan kondisi untuk sintesis atom hidrogen dan tritium (isotop hidrogen), sehingga menghasilkan pembentukan atom baru - atom helium. Proses ini disertai dengan ledakan energi yang sangat besar: suhu plasma tempat terjadinya reaksi termonuklir adalah sekitar 150 juta derajat Celcius (sebagai perbandingan, suhu inti Matahari adalah 40 juta derajat). Dalam hal ini, isotop terbakar, sehingga hampir tidak ada limbah radioaktif yang tersisa.
Skema partisipasi dalam proyek internasional menyediakan pasokan komponen reaktor dan pembiayaan pembangunannya. Sebagai imbalannya, masing-masing negara peserta menerima akses penuh ke semua teknologi untuk pembuatan reaktor termonuklir dan hasil semua pekerjaan eksperimental pada reaktor ini, yang akan menjadi dasar untuk desain reaktor termonuklir bertenaga serial.
Reaktor yang didasarkan pada prinsip fusi termonuklir ini tidak memiliki radiasi radioaktif dan sepenuhnya aman bagi lingkungan. Ia dapat ditemukan hampir di mana saja di dunia, dan bahan bakarnya adalah air biasa. Pembangunan ITER diperkirakan akan memakan waktu sekitar sepuluh tahun, setelah itu reaktor tersebut diharapkan dapat digunakan selama 20 tahun.
Dapat diklik 4000 piksel
Kepentingan Rusia di Dewan Organisasi Internasional untuk Pembangunan Reaktor Termonuklir ITER di tahun-tahun mendatang akan diwakili oleh Anggota Koresponden Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia Mikhail Kovalchuk - Direktur Institut Kurchatov, Institut Kristalografi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia Sekretaris Ilmu Pengetahuan dan Ilmiah Dewan Kepresidenan untuk Sains, Teknologi dan Pendidikan. Kovalchuk untuk sementara akan menggantikan akademisi Evgeniy Velikhov dalam jabatan ini, yang terpilih sebagai ketua Dewan Internasional ITER untuk dua tahun ke depan dan tidak memiliki hak untuk menggabungkan posisi ini dengan tugas perwakilan resmi negara peserta.
Total biaya konstruksi diperkirakan mencapai 5 miliar euro, dan jumlah yang sama akan diperlukan untuk uji coba pengoperasian reaktor. Saham India, China, Korea, Rusia, Amerika Serikat, dan Jepang masing-masing menyumbang sekitar 10 persen dari total nilai, 45 persennya berasal dari negara-negara Uni Eropa. Namun, negara-negara Eropa belum menyepakati bagaimana tepatnya biaya tersebut akan didistribusikan di antara mereka. Karena itu, permulaan pembangunan ditunda hingga April 2010. Meskipun ada penundaan baru-baru ini, para ilmuwan dan pejabat yang terlibat dalam ITER mengatakan mereka akan dapat menyelesaikan proyek tersebut pada tahun 2018.
Perkiraan tenaga termonuklir ITER adalah 500 megawatt. Bagian magnet individu mencapai berat 200 hingga 450 ton. Untuk mendinginkan ITER dibutuhkan 33 ribu meter kubik air per hari.
Pada tahun 1998, Amerika Serikat berhenti mendanai partisipasinya dalam proyek tersebut. Setelah Partai Republik berkuasa dan pemadaman bergilir dimulai di California, pemerintahan Bush mengumumkan peningkatan investasi di bidang energi. Amerika Serikat tidak bermaksud untuk berpartisipasi dalam proyek internasional tersebut dan terlibat dalam proyek termonuklirnya sendiri. Pada awal tahun 2002, penasihat teknologi Presiden Bush John Marburger III mengatakan bahwa Amerika Serikat telah berubah pikiran dan bermaksud untuk kembali ke proyek tersebut.
Dalam hal jumlah peserta, proyek ini sebanding dengan proyek ilmiah internasional besar lainnya - Stasiun Luar Angkasa Internasional. Biaya ITER yang sebelumnya mencapai 8 miliar dolar, kini menjadi kurang dari 4 miliar. Akibat penarikan Amerika Serikat dari partisipasi, diputuskan untuk mengurangi daya reaktor dari 1,5 GW menjadi 500 MW. Sejalan dengan itu, harga proyek juga mengalami penurunan.
Pada bulan Juni 2002, simposium “ITER Days in Moscow” diadakan di ibu kota Rusia. Ini membahas masalah teoretis, praktis dan organisasional dalam menghidupkan kembali proyek tersebut, yang keberhasilannya dapat mengubah nasib umat manusia dan memberinya jenis energi baru, yang efisiensi dan ekonominya hanya sebanding dengan energi Matahari.
Pada bulan Juli 2010, perwakilan negara-negara yang berpartisipasi dalam proyek reaktor termonuklir internasional ITER menyetujui anggaran dan jadwal konstruksinya pada pertemuan luar biasa yang diadakan di Cadarache, Prancis. .
Pada pertemuan luar biasa terakhir, peserta proyek menyetujui tanggal mulai percobaan pertama dengan plasma - 2019. Eksperimen penuh direncanakan pada Maret 2027, meskipun manajemen proyek meminta pakar teknis untuk mencoba mengoptimalkan proses dan memulai eksperimen pada tahun 2026. Para peserta pertemuan juga memutuskan biaya pembangunan reaktor, tetapi jumlah yang direncanakan akan dikeluarkan untuk pembuatan instalasi tersebut tidak diungkapkan. Menurut informasi yang diterima editor portal ScienceNOW dari sumber yang tidak disebutkan namanya, pada saat percobaan dimulai, biaya proyek ITER bisa mencapai 16 miliar euro.
Pertemuan di Cadarache juga menandai hari kerja resmi pertama bagi direktur proyek baru, fisikawan Jepang Osamu Motojima. Sebelum dia, proyek tersebut telah dipimpin sejak tahun 2005 oleh Kaname Ikeda dari Jepang, yang ingin meninggalkan jabatannya segera setelah anggaran dan tenggat waktu konstruksi disetujui.
Reaktor fusi ITER adalah proyek bersama Uni Eropa, Swiss, Jepang, Amerika Serikat, Rusia, Korea Selatan, Cina dan India. Gagasan untuk membuat ITER telah dipertimbangkan sejak tahun 80-an abad terakhir, namun karena kesulitan keuangan dan teknis, biaya proyek terus meningkat, dan tanggal mulai konstruksi terus-menerus ditunda. Pada tahun 2009, para ahli memperkirakan bahwa pengerjaan pembuatan reaktor akan dimulai pada tahun 2010. Belakangan, tanggal ini dipindahkan, dan pertama tahun 2018 dan kemudian tahun 2019 ditetapkan sebagai waktu peluncuran reaktor.
Reaksi fusi termonuklir adalah reaksi fusi inti isotop ringan membentuk inti yang lebih berat, yang disertai dengan pelepasan energi yang sangat besar. Secara teori, reaktor fusi dapat menghasilkan banyak energi dengan biaya rendah, namun saat ini para ilmuwan menghabiskan lebih banyak energi dan uang untuk memulai dan mempertahankan reaksi fusi.
Fusi termonuklir adalah cara yang murah dan ramah lingkungan untuk menghasilkan energi. Fusi termonuklir yang tidak terkendali telah terjadi di Matahari selama miliaran tahun - helium terbentuk dari isotop hidrogen berat deuterium. Ini melepaskan sejumlah besar energi. Namun, manusia di Bumi belum belajar mengendalikan reaksi tersebut.
Reaktor ITER akan menggunakan isotop hidrogen sebagai bahan bakar. Selama reaksi termonuklir, energi dilepaskan ketika atom-atom ringan bergabung menjadi atom-atom yang lebih berat. Untuk mencapai hal ini, gas harus dipanaskan hingga suhu lebih dari 100 juta derajat - jauh lebih tinggi daripada suhu di pusat Matahari. Gas pada suhu ini berubah menjadi plasma. Pada saat yang sama, atom isotop hidrogen bergabung, berubah menjadi atom helium dengan pelepasan sejumlah besar neutron. Pembangkit listrik yang beroperasi dengan prinsip ini akan menggunakan energi neutron yang diperlambat oleh lapisan material padat (litium).
Mengapa pembuatan instalasi termonuklir memakan waktu lama?
Mengapa instalasi yang begitu penting dan berharga, yang manfaatnya telah dibahas selama hampir setengah abad, belum tercipta? Ada tiga alasan utama (dibahas di bawah), yang pertama dapat disebut eksternal atau sosial, dan dua lainnya bersifat internal, yaitu ditentukan oleh hukum dan kondisi perkembangan energi termonuklir itu sendiri.
1. Untuk waktu yang lama, diyakini bahwa masalah penggunaan praktis energi fusi termonuklir tidak memerlukan keputusan dan tindakan segera, karena pada tahun 80-an abad yang lalu, sumber bahan bakar fosil tampaknya tidak ada habisnya, dan masalah lingkungan serta perubahan iklim memerlukannya. tidak menjadi perhatian publik. Pada tahun 1976, Komite Penasihat Energi Fusi Departemen Energi AS berupaya memperkirakan kerangka waktu untuk penelitian dan pengembangan dan demonstrasi pembangkit listrik fusi berdasarkan berbagai opsi pendanaan penelitian. Pada saat yang sama, ditemukan bahwa jumlah pendanaan tahunan untuk penelitian ke arah ini sama sekali tidak mencukupi, dan jika tingkat alokasi yang ada dipertahankan, pembangunan instalasi termonuklir tidak akan pernah berhasil, karena dana yang dialokasikan tidak sesuai. bahkan sampai pada tingkat minimum dan kritis.
2. Hambatan yang lebih serius terhadap pengembangan penelitian di bidang ini adalah bahwa instalasi termonuklir seperti yang sedang dibahas tidak dapat dibuat dan didemonstrasikan dalam skala kecil. Dari penjelasan yang disajikan di bawah ini, menjadi jelas bahwa fusi termonuklir tidak hanya memerlukan pengurungan magnetis pada plasma, tetapi juga pemanasan yang cukup. Rasio energi yang dikeluarkan dan diterima meningkat setidaknya sebanding dengan kuadrat dimensi linier instalasi, sebagai akibatnya kemampuan ilmiah dan teknis serta keunggulan instalasi termonuklir hanya dapat diuji dan didemonstrasikan di stasiun yang cukup besar, seperti seperti reaktor ITER yang disebutkan. Masyarakat belum siap untuk membiayai proyek-proyek besar seperti itu sampai ada keyakinan yang cukup akan keberhasilannya.
3. Namun, pengembangan energi termonuklir sangat kompleks (meskipun pendanaan tidak mencukupi dan kesulitan dalam memilih pusat pembuatan instalasi JET dan ITER), kemajuan yang jelas telah terlihat dalam beberapa tahun terakhir, meskipun stasiun operasi belum dibangun.
Dunia modern sedang menghadapi tantangan energi yang sangat serius, yang lebih tepat disebut sebagai “krisis energi yang tidak pasti”. Permasalahan tersebut terkait dengan fakta bahwa cadangan bahan bakar fosil mungkin akan habis pada paruh kedua abad ini. Selain itu, pembakaran bahan bakar fosil dapat mengakibatkan perlunya menyerap dan “menyimpan” karbon dioksida yang dilepaskan ke atmosfer (program CCS yang disebutkan di atas) untuk mencegah perubahan besar pada iklim bumi.
Saat ini, hampir semua energi yang dikonsumsi umat manusia dihasilkan dari pembakaran bahan bakar fosil, dan solusi untuk masalah tersebut mungkin terkait dengan penggunaan energi surya atau energi nuklir (pembuatan reaktor fast breeder, dll.). Masalah global yang disebabkan oleh pertumbuhan populasi di negara-negara berkembang dan kebutuhan mereka untuk meningkatkan standar hidup dan meningkatkan jumlah energi yang dihasilkan tidak dapat diselesaikan hanya berdasarkan pendekatan-pendekatan ini, meskipun, tentu saja, segala upaya untuk mengembangkan metode produksi energi alternatif harus didorong.
Sebenarnya, kita hanya mempunyai sedikit pilihan strategi perilaku dan pengembangan energi termonuklir sangatlah penting, meskipun tidak ada jaminan keberhasilan. Surat kabar Financial Times (tanggal 25 Januari 2004) menulis tentang ini:
Semoga saja tidak ada kejutan besar dan tak terduga dalam perjalanan pengembangan energi termonuklir. Dalam hal ini, dalam waktu sekitar 30 tahun kita akan dapat memasok arus listrik darinya ke jaringan energi untuk pertama kalinya, dan hanya dalam waktu 10 tahun pembangkit listrik termonuklir komersial pertama akan mulai beroperasi. Ada kemungkinan bahwa pada paruh kedua abad ini, energi fusi nuklir akan mulai menggantikan bahan bakar fosil dan secara bertahap mulai memainkan peran yang semakin penting dalam menyediakan energi bagi umat manusia dalam skala global.
Tidak ada jaminan mutlak bahwa tugas menciptakan energi termonuklir (sebagai sumber energi yang efektif dan berskala besar bagi seluruh umat manusia) akan berhasil diselesaikan, namun kemungkinan keberhasilan ke arah ini cukup tinggi. Mengingat potensi stasiun termonuklir yang sangat besar, semua biaya proyek untuk pengembangannya yang cepat (dan bahkan dipercepat) dapat dianggap wajar, terutama karena investasi ini terlihat sangat kecil dengan latar belakang pasar energi global yang mengerikan ($4 triliun per tahun8). Pemenuhan kebutuhan energi umat manusia merupakan permasalahan yang sangat serius. Ketika bahan bakar fosil semakin berkurang ketersediaannya (dan penggunaannya menjadi tidak diinginkan), situasinya berubah, dan kita tidak bisa tidak mengembangkan energi fusi.
Untuk pertanyaan “Kapan energi termonuklir akan muncul?” Lev Artsimovich (seorang pionir dan pemimpin penelitian terkemuka di bidang ini) pernah menjawab bahwa “teknologi akan tercipta ketika hal tersebut benar-benar diperlukan bagi umat manusia”
ITER akan menjadi reaktor fusi pertama yang menghasilkan lebih banyak energi daripada yang dikonsumsinya. Para ilmuwan mengukur karakteristik ini menggunakan koefisien sederhana yang mereka sebut “Q.” Jika ITER mencapai semua tujuan ilmiahnya, ia akan menghasilkan energi 10 kali lebih banyak daripada yang dikonsumsinya. Perangkat terakhir yang dibuat, Joint European Torus di Inggris, adalah prototipe reaktor fusi yang lebih kecil yang, pada tahap akhir penelitian ilmiahnya, mencapai nilai Q hampir 1. Artinya, ia menghasilkan jumlah energi yang persis sama dengan yang dikonsumsi. . ITER akan melampaui hal ini dengan mendemonstrasikan penciptaan energi dari fusi dan mencapai nilai Q sebesar 10. Idenya adalah untuk menghasilkan 500 MW dari konsumsi energi sekitar 50 MW. Dengan demikian, salah satu tujuan ilmiah ITER adalah membuktikan bahwa nilai Q sebesar 10 dapat dicapai.
Tujuan ilmiah lainnya adalah bahwa ITER akan memiliki waktu "pembakaran" yang sangat lama - denyut dengan durasi yang diperpanjang hingga satu jam. ITER merupakan reaktor eksperimental riset yang tidak dapat menghasilkan energi secara terus menerus. Saat ITER mulai beroperasi, ITER akan menyala selama satu jam, setelah itu harus dimatikan. Hal ini penting karena hingga saat ini perangkat standar yang kami buat mampu memiliki waktu pembakaran beberapa detik atau bahkan sepersepuluh detik - ini adalah waktu maksimum. "Joint European Torus" mencapai nilai Q 1 dengan waktu pembakaran kurang lebih dua detik dengan panjang pulsa 20 detik. Namun proses yang berlangsung beberapa detik tidaklah benar-benar permanen. Analoginya dengan menghidupkan mesin mobil: menyalakan mesin sebentar lalu mematikannya bukanlah pengoperasian mobil yang sebenarnya. Hanya jika Anda mengendarai mobil selama setengah jam, mobil akan mencapai mode pengoperasian konstan dan menunjukkan bahwa mobil tersebut benar-benar dapat dikendarai.
Artinya, dari sudut pandang teknis dan ilmiah, ITER akan memberikan nilai Q 10 dan waktu pembakaran yang lebih lama.
Program fusi termonuklir benar-benar bersifat internasional dan luas. Orang-orang sudah mengandalkan keberhasilan ITER dan memikirkan langkah selanjutnya - pembuatan prototipe reaktor termonuklir industri yang disebut DEMO. Untuk membangunnya, ITER perlu bekerja. Kita harus mencapai tujuan ilmiah kita karena ini berarti bahwa ide-ide yang kita kemukakan sepenuhnya dapat dilaksanakan. Namun, saya setuju bahwa Anda harus selalu memikirkan apa yang akan terjadi selanjutnya. Selain itu, seiring dengan beroperasinya ITER selama 25-30 tahun, pengetahuan kami secara bertahap akan semakin dalam dan berkembang, dan kami akan dapat menguraikan langkah selanjutnya dengan lebih akurat.
Memang tidak ada perdebatan apakah ITER harus menjadi tokamak. Beberapa ilmuwan mengajukan pertanyaan yang sangat berbeda: haruskah ITER ada? Para ahli di berbagai negara, yang mengembangkan proyek termonuklir mereka sendiri yang tidak berskala besar, berpendapat bahwa reaktor sebesar itu tidak diperlukan sama sekali.
Namun, pendapat mereka tidak boleh dianggap berwibawa. Fisikawan yang telah bekerja dengan perangkap toroidal selama beberapa dekade terlibat dalam pembuatan ITER. Desain reaktor termonuklir eksperimental di Karadash didasarkan pada semua pengetahuan yang diperoleh selama percobaan pada lusinan tokamak pendahulunya. Dan hasil ini menunjukkan bahwa reaktornya pastilah sebuah tokamak, dan berukuran besar.
JET Saat ini, tokamak yang paling sukses adalah JET, yang dibangun oleh UE di kota Abingdon, Inggris. Ini adalah reaktor tipe tokamak terbesar yang dibuat hingga saat ini, radius besar torus plasma adalah 2,96 meter. Kekuatan reaksi termonuklir tersebut sudah mencapai lebih dari 20 megawatt dengan waktu retensi hingga 10 detik. Reaktor mengembalikan sekitar 40% energi yang dimasukkan ke dalam plasma.
Fisika plasmalah yang menentukan keseimbangan energi,” kata Igor Semenov kepada Infox.ru. Profesor asosiasi MIPT menjelaskan apa yang dimaksud dengan keseimbangan energi dengan sebuah contoh sederhana: “Kita semua pernah melihat api menyala. Faktanya, bukan kayu yang terbakar di sana, melainkan gas. Rantai energinya seperti ini: gas terbakar, kayu memanas, kayu menguap, gas terbakar kembali. Oleh karena itu, jika kita membuang air ke dalam api, kita akan secara tiba-tiba mengambil energi dari sistem untuk transisi fase air cair menjadi uap. Keseimbangannya akan menjadi negatif dan api akan padam. Ada cara lain - kita cukup mengambil api dan menyebarkannya ke luar angkasa. Apinya juga akan padam. Hal yang sama terjadi pada reaktor termonuklir yang kami bangun. Dimensi dipilih untuk menciptakan keseimbangan energi positif yang sesuai untuk reaktor ini. Cukup untuk membangun pembangkit listrik tenaga nuklir yang sebenarnya di masa depan, menyelesaikan semua masalah yang saat ini masih belum terselesaikan pada tahap percobaan ini.”
Dimensi reaktor diubah satu kali. Hal ini terjadi pada pergantian abad 20-21, ketika Amerika Serikat menarik diri dari proyek tersebut, dan anggota yang tersisa menyadari bahwa anggaran ITER (saat itu diperkirakan mencapai 10 miliar dolar AS) terlalu besar. Fisikawan dan insinyur diharuskan mengurangi biaya pemasangan. Dan ini hanya bisa dilakukan karena ukurannya. “Desain ulang” ITER dipimpin oleh fisikawan Prancis Robert Aymar, yang sebelumnya mengerjakan tokamak Tore Supra Prancis di Karadash. Jari-jari luar torus plasma telah dikurangi dari 8,2 menjadi 6,3 meter. Namun, risiko yang terkait dengan pengurangan ukuran sebagian dikompensasi oleh beberapa magnet superkonduktor tambahan, yang memungkinkan penerapan mode pengurungan plasma, yang terbuka dan dipelajari pada saat itu.
sumber
http://ehorusia.com
http://oko-planet.su
ITER (ITER, Reaktor Eksperimental Termonuklir Internasional, "Reaktor Termonuklir Eksperimental Internasional") adalah proyek ilmiah dan teknis berskala besar yang bertujuan untuk membangun reaktor termonuklir eksperimental internasional pertama.
Dilaksanakan oleh tujuh mitra utama (Uni Eropa, India, Tiongkok, Republik Korea, Rusia, AS, Jepang) di Cadarache (wilayah Provence-Alpes-Côte d'Azur, Prancis). ITER didasarkan pada instalasi tokamak (dinamai berdasarkan huruf pertamanya: ruang toroidal dengan kumparan magnet), yang dianggap sebagai perangkat paling menjanjikan untuk menerapkan fusi termonuklir terkendali. Tokamak pertama dibuat di Uni Soviet pada tahun 1954.
Tujuan dari proyek ini adalah untuk menunjukkan bahwa energi fusi dapat digunakan pada skala industri. ITER harus menghasilkan energi melalui reaksi fusi dengan isotop hidrogen berat pada suhu di atas 100 juta derajat.
Diasumsikan bahwa 1 g bahan bakar (campuran deuterium dan tritium) yang akan digunakan dalam instalasi akan menghasilkan energi yang sama dengan 8 ton minyak. Perkiraan tenaga termonuklir ITER adalah 500 MW.
Para ahli mengatakan bahwa reaktor jenis ini jauh lebih aman daripada pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) yang ada saat ini, dan air laut dapat menyediakan bahan bakar dalam jumlah yang hampir tidak terbatas. Dengan demikian, keberhasilan penerapan ITER akan menyediakan sumber energi ramah lingkungan yang tidak ada habisnya.
Sejarah proyek
Konsep reaktor dikembangkan di Institut Energi Atom. I.V.Kurchatova. Pada tahun 1978, Uni Soviet mengajukan gagasan untuk melaksanakan proyek tersebut di Badan Energi Atom Internasional (IAEA). Kesepakatan untuk melaksanakan proyek ini dicapai pada tahun 1985 di Jenewa selama negosiasi antara Uni Soviet dan Amerika Serikat.
Program ini kemudian disetujui oleh IAEA. Pada tahun 1987, proyek ini menerima namanya saat ini, dan pada tahun 1988, sebuah badan pengatur dibentuk - Dewan ITER. Pada tahun 1988-1990 Ilmuwan dan insinyur Soviet, Amerika, Jepang dan Eropa melakukan studi konseptual terhadap proyek tersebut.
Pada tanggal 21 Juli 1992, di Washington, UE, Rusia, Amerika Serikat dan Jepang menandatangani perjanjian pengembangan proyek teknis ITER, yang selesai pada tahun 2001. Pada tahun 2002-2005. Korea Selatan, Cina dan India bergabung dalam proyek ini. Perjanjian untuk membangun reaktor fusi eksperimental internasional pertama ditandatangani di Paris pada tanggal 21 November 2006.
Setahun kemudian, pada tanggal 7 November 2007, sebuah perjanjian ditandatangani di lokasi pembangunan ITER, yang menurutnya reaktor tersebut akan berlokasi di Prancis, di pusat nuklir Cadarache dekat Marseille. Pusat kendali dan pemrosesan data akan berlokasi di Naka (Prefektur Ibaraki, Jepang).
Persiapan lokasi konstruksi di Cadarache dimulai pada Januari 2007, dan konstruksi skala penuh dimulai pada tahun 2013. Kompleks tersebut akan berlokasi di atas lahan seluas 180 hektar. Reaktor dengan tinggi 60 m dan berat 23 ribu ton ini akan berlokasi di lokasi dengan panjang 1 km dan lebar 400 m. Pengerjaan pembangunannya dikoordinasikan oleh Organisasi Internasional ITER yang dibentuk pada Oktober 2007.
Biaya proyek ini diperkirakan mencapai 15 miliar euro, dimana UE (melalui Euratom) menyumbang 45,4%, dan enam peserta lainnya (termasuk Federasi Rusia) masing-masing menyumbang 9,1%. Sejak tahun 1994, Kazakhstan juga telah berpartisipasi dalam proyek berdasarkan kuota Rusia.
Elemen reaktor akan dikirim dengan kapal ke pantai Mediterania Perancis dan dari sana diangkut dengan karavan khusus ke wilayah Cadarache. Untuk mencapai tujuan ini, pada tahun 2013, ruas-ruas jalan eksisting direnovasi secara signifikan, jembatan-jembatan diperkuat, perlintasan dan rel baru dengan permukaan yang sangat kuat dibangun. Dalam kurun waktu 2014 hingga 2019, setidaknya tiga lusin kereta api super berat harus melewati jalan yang dibentengi tersebut.
Sistem diagnostik plasma untuk ITER akan dikembangkan di Novosibirsk. Perjanjian mengenai hal ini ditandatangani pada 27 Januari 2014 oleh direktur Organisasi Internasional ITER Osamu Motojima dan kepala badan nasional ITER di Federasi Rusia Anatoly Krasilnikov.
Pengembangan kompleks diagnostik dalam kerangka perjanjian baru dilakukan atas dasar Institut Fisika-Teknis yang dinamai demikian. A.F.Ioffe Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia.
Diharapkan reaktor akan mulai beroperasi pada tahun 2020, reaksi fusi nuklir pertama akan dilakukan paling lambat tahun 2027. Pada tahun 2037 direncanakan untuk menyelesaikan bagian eksperimental proyek dan pada tahun 2040 beralih ke produksi listrik. . Menurut perkiraan awal para ahli, reaktor versi industri akan siap paling lambat tahun 2060, dan serangkaian reaktor jenis ini hanya dapat dibuat pada akhir abad ke-21.
Konstruksi ilmiah paling ambisius di zaman kita. Bagaimana reaktor fusi ITER sedang dibangun di Perancis
Fusi termonuklir terkendali adalah impian biru para fisikawan dan perusahaan energi, yang telah mereka hargai selama beberapa dekade. Mengurung Matahari buatan adalah ide bagus. “Tetapi masalahnya adalah kita tidak tahu cara membuat kotak seperti itu,”- kata peraih Nobel Pierre Gilles de Gennes pada tahun 1991. Namun, pada pertengahan tahun 2018 ini kita sudah mengetahui caranya. Dan kami bahkan sedang membangun. Para pemikir terbaik di dunia sedang mengerjakan proyek reaktor termonuklir eksperimental internasional ITER - eksperimen sains modern yang paling ambisius dan mahal.
Reaktor seperti itu harganya lima kali lebih mahal daripada Large Hadron Collider. Ratusan ilmuwan di seluruh dunia sedang mengerjakan proyek ini. Pendanaannya dapat dengan mudah melebihi 19 miliar euro, dan plasma pertama baru akan dilepaskan ke reaktor pada bulan Desember 2025. Meskipun terjadi penundaan terus-menerus, kesulitan teknologi, dan pendanaan yang tidak mencukupi dari masing-masing negara peserta, “mesin gerak abadi” termonuklir terbesar di dunia sedang dibangun. Ini memiliki lebih banyak kelebihan daripada kekurangan. Yang mana? Kami memulai cerita tentang proyek konstruksi ilmiah paling ambisius di zaman kita dengan teori.
Apa itu tokamak?
Di bawah pengaruh suhu dan gravitasi yang sangat besar, fusi termonuklir terjadi di kedalaman Matahari kita dan bintang-bintang lainnya. Inti hidrogen bertabrakan, membentuk atom helium yang lebih berat, dan pada saat yang sama melepaskan neutron dan energi dalam jumlah besar.
Ilmu pengetahuan modern telah sampai pada kesimpulan bahwa pada suhu awal terendah, jumlah energi terbesar dihasilkan oleh reaksi antara isotop hidrogen - deuterium dan tritium. Namun ada tiga kondisi yang penting untuk hal ini: suhu tinggi (sekitar 150 juta derajat Celsius), kepadatan plasma tinggi, dan waktu retensi plasma tinggi.
Faktanya adalah kita tidak akan mampu menciptakan kepadatan sebesar Matahari. Yang tersisa hanyalah memanaskan gas hingga menjadi plasma menggunakan suhu sangat tinggi. Tapi tidak ada bahan yang bisa menahan kontak dengan plasma panas seperti itu. Untuk melakukan hal ini, akademisi Andrei Sakharov (atas saran Oleg Lavrentyev) pada tahun 1950-an mengusulkan penggunaan ruang toroidal (berbentuk donat berongga) dengan medan magnet yang dapat menahan plasma. Kemudian istilah itu diciptakan - tokamak.
Pembangkit listrik modern, menggunakan bahan bakar fosil, mengubah tenaga mekanik (rotasi turbin, misalnya) menjadi listrik. Tokamaks akan menggunakan energi fusi, yang diserap sebagai panas oleh dinding perangkat, untuk memanaskan dan menghasilkan uap, yang akan memutar turbin.
Tokamak pertama di dunia. T-1 Soviet. 1954
Tokamak eksperimental kecil dibangun di seluruh dunia. Dan mereka berhasil membuktikan bahwa seseorang dapat membuat plasma bersuhu tinggi dan menjaganya dalam keadaan stabil untuk beberapa waktu. Namun desain industri masih jauh dari harapan.
Pemasangan T-15. tahun 1980-an
Keuntungan dan kerugian reaktor fusi
Reaktor nuklir pada umumnya menggunakan puluhan ton bahan bakar radioaktif (yang akhirnya berubah menjadi puluhan ton limbah radioaktif), sedangkan reaktor fusi hanya membutuhkan ratusan gram tritium dan deuterium. Yang pertama dapat diproduksi di dalam reaktor itu sendiri: neutron yang dilepaskan selama sintesis akan mempengaruhi dinding reaktor dengan pengotor litium, dari mana tritium muncul. Cadangan litium akan bertahan selama ribuan tahun. Deuterium juga tidak akan kekurangan - deuterium diproduksi di dunia dalam jumlah puluhan ribu ton per tahun.
Reaktor fusi tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca, seperti bahan bakar fosil. Dan produk sampingannya berupa helium-4 merupakan gas inert yang tidak berbahaya.
Selain itu, reaktor termonuklir aman. Dalam bencana apa pun, reaksi termonuklir akan berhenti begitu saja tanpa konsekuensi serius bagi lingkungan atau personel, karena tidak akan ada yang mendukung reaksi fusi: reaksi ini memerlukan kondisi rumah kaca yang terlalu panas.
Namun reaktor termonuklir juga mempunyai kelemahan. Pertama-tama, ini adalah kesulitan yang dangkal dalam memulai reaksi mandiri. Dia membutuhkan ruang hampa yang dalam. Sistem kurungan magnet yang kompleks memerlukan kumparan magnet superkonduktor yang besar.
Dan jangan lupakan radiasi. Terlepas dari beberapa stereotip tentang tidak berbahayanya reaktor termonuklir, pemboman di sekitarnya dengan neutron yang dihasilkan selama fusi tidak dapat dibatalkan. Pengeboman ini menghasilkan radiasi. Oleh karena itu, pemeliharaan reaktor harus dilakukan dari jarak jauh. Ke depan, katakanlah setelah diluncurkan, robot akan langsung memelihara tokamak ITER.
Selain itu, radioaktif tritium bisa berbahaya jika masuk ke dalam tubuh. Benar, cukup menjaga penyimpanan yang benar dan menciptakan penghalang keamanan di sepanjang kemungkinan jalur distribusinya jika terjadi kecelakaan. Selain itu, waktu paruh tritium adalah 12 tahun.
Ketika landasan minimum yang diperlukan untuk teori tersebut telah diletakkan, Anda dapat melanjutkan ke pahlawan artikel ini.
Proyek paling ambisius di zaman kita
Pada tahun 1985, pertemuan pribadi pertama para pemimpin Uni Soviet dan Amerika Serikat setelah bertahun-tahun berlangsung di Jenewa. Sebelumnya, Perang Dingin telah mencapai puncaknya: negara adidaya memboikot Olimpiade, membangun potensi nuklir mereka, dan tidak akan melakukan negosiasi apa pun. KTT kedua negara di wilayah netral ini penting karena adanya keadaan penting lainnya. Dalam pertemuan tersebut, Sekretaris Jenderal Komite Sentral CPSU Mikhail Gorbachev mengusulkan pelaksanaan proyek internasional bersama untuk mengembangkan energi termonuklir untuk tujuan damai.
Setahun kemudian, kesepakatan mengenai proyek tersebut dicapai antara ilmuwan Amerika, Soviet, Eropa dan Jepang, dan pengembangan desain konseptual kompleks termonuklir besar ITER dimulai. Pengembangan detail teknik tertunda, Amerika Serikat terus keluar dan kembali ke proyek tersebut, dan Tiongkok, Korea Selatan, dan India akhirnya bergabung. Para peserta berbagi tanggung jawab untuk pendanaan dan pekerjaan langsung, dan pada tahun 2010, persiapan lubang untuk fondasi kompleks masa depan akhirnya dimulai. Mereka memutuskan untuk membangunnya di selatan Perancis dekat kota Aix-en-Provence.
Jadi apa itu ITER? Ini adalah eksperimen ilmiah besar dan proyek energi ambisius untuk membangun tokamak terbesar di dunia. Konstruksi tersebut harus membuktikan kemungkinan penggunaan komersial reaktor fusi, serta memecahkan masalah fisik dan teknologi yang muncul selama ini.
Terdiri dari apa reaktor ITER?
Tokamak adalah ruang vakum toroidal dengan kumparan magnet dan cryostat seberat 23 ribu ton. Seperti yang sudah jelas dari definisinya, kita memiliki kamera. Ruang vakum dalam. Dalam kasus ITER, volume ruang bebasnya adalah 850 meter kubik, yang pada awalnya hanya akan terdapat 0,1 gram campuran deuterium dan tritium.
1. Ruang vakum, tempat tinggal plasma. 2. Injektor sinar netral dan pemanasan frekuensi radio plasma hingga 150 juta derajat. 3. Magnet superkonduktor yang memanfaatkan plasma. 4. Selimut yang melindungi kamera dan magnet dari pemboman dan pemanasan neutron. 5. Diverter, yang menghilangkan panas dan produk reaksi termonuklir. 6. Alat diagnostik untuk mempelajari fisika plasma. Termasuk pengukur tekanan dan ruang neutron. 7. Cryostat - termos besar dengan ruang hampa dalam yang melindungi magnet dan ruang vakum dari pemanasan
Dan seperti inilah ruang vakum “kecil” dengan model pekerja di dalamnya. Tingginya 11,4 meter, beserta selimut dan divertor, beratnya 8,5 ribu ton
Di dinding bagian dalam ruangan terdapat modul khusus yang disebut selimut. Air bersirkulasi di dalamnya. Neutron bebas yang keluar dari plasma jatuh ke dalam selimut ini dan diperlambat oleh air. Apa yang menyebabkannya memanas? Selimut itu sendiri melindungi sisa raksasa dari panas, sinar-X, dan radiasi neutron plasma yang telah disebutkan.
Sistem seperti ini diperlukan untuk memperpanjang umur reaktor. Setiap selimut memiliki berat sekitar 4,5 ton, dan akan digantikan oleh lengan robot kira-kira setiap 5-10 tahun, karena garis pertahanan pertama ini akan terkena penguapan dan radiasi neutron.
Tapi bukan itu saja. Ruangan tersebut terhubung ke peralatan dalam ruangan, termokopel, akselerometer, 440 blok sistem selimut yang telah disebutkan, sistem pendingin, blok pelindung, pengalih, sistem magnetik 48 elemen, pemanas plasma frekuensi tinggi, atom netral injektor, dll. Dan semua ini terletak di dalam cryostat besar setinggi 30 meter, memiliki diameter dan volume yang sama yaitu 16 ribu meter kubik. Cryostat menjamin vakum dalam dan suhu sangat dingin untuk ruang tokamak dan magnet superkonduktor, yang didinginkan oleh helium cair hingga suhu -269 derajat Celcius.
Dasar. Sepertiga dari basis cryostat. Total “termos” ini akan terdiri dari 54 elemen
Dan seperti inilah tampilan cryostat dalam rendernya. Produksinya dipercayakan ke India. Sebuah reaktor akan dirakit di dalam “termos”
Cryostat sudah dirakit. Di sini, misalnya, Anda dapat melihat jendela di mana partikel akan dilemparkan ke dalam reaktor untuk memanaskan plasma
Produksi semua peralatan ini dibagi antara negara-negara peserta. Misalnya, mereka sedang mengerjakan beberapa selimut di Rusia, badan cryostat di India, dan segmen ruang vakum di Eropa dan Korea.
Namun hal ini bukanlah proses yang cepat. Selain itu, desainer tidak memiliki ruang untuk melakukan kesalahan. Tim ITER pertama-tama memodelkan beban dan persyaratan elemen struktur, mengujinya di bangku (misalnya, di bawah pengaruh senjata plasma, seperti pengalih), meningkatkan dan memodifikasi, merakit prototipe, dan menguji lagi sebelum merilis elemen terakhir.
Badan pertama kumparan toroidal. Yang pertama dari 18 magnet raksasa. Setengahnya dibuat di Jepang, setengahnya lagi di Korea
18 magnet raksasa berbentuk D disusun melingkar membentuk dinding magnet yang tidak dapat ditembus. Di dalamnya masing-masing terdapat 134 putaran kabel superkonduktor.
Setiap gulungan tersebut memiliki berat sekitar 310 ton
Tapi menyatukannya adalah satu hal. Dan mempertahankan semua ini adalah hal lain. Karena tingkat radiasi yang tinggi, akses ke reaktor dilarang. Seluruh rangkaian sistem robot telah dikembangkan untuk melayaninya. Beberapa akan mengganti selimut dan kaset pengalih (beratnya mencapai 10 ton), beberapa akan dikendalikan dari jarak jauh untuk menghilangkan kecelakaan, beberapa akan ditempatkan di kantong ruang vakum dengan kamera HD dan pemindai laser untuk pemeriksaan cepat. Dan semua ini harus dilakukan dalam ruang hampa, di ruang sempit, dengan presisi tinggi dan interaksi yang jelas dengan semua sistem. Tugasnya lebih sulit daripada memperbaiki ISS. ITER Tokamak akan menjadi reaktor termonuklir pertama yang menghasilkan lebih banyak energi daripada yang dibutuhkan untuk memanaskan plasma itu sendiri. Selain itu, ia akan mampu mempertahankannya dalam kondisi stabil lebih lama dibandingkan instalasi saat ini. Para ilmuwan mengatakan inilah alasan mengapa proyek berskala besar diperlukan.
Dengan bantuan reaktor semacam itu, para ahli akan menjembatani kesenjangan antara instalasi eksperimental kecil saat ini dan pembangkit listrik fusi di masa depan. Misalnya, rekor tenaga termonuklir ditetapkan pada tahun 1997 di tokamak di Inggris - 16 MW dengan konsumsi 24 MW, sementara ITER dirancang dengan target tenaga termonuklir 500 MW dari masukan energi panas 50 MW.
Tokamak akan menguji teknologi untuk pemanasan, kontrol, diagnostik, kriogenik, dan pemeliharaan jarak jauh, yaitu semua teknik yang diperlukan untuk prototipe industri reaktor termonuklir.
Produksi tritium global tidak akan mencukupi untuk pembangkit listrik di masa depan. Oleh karena itu, ITER juga akan mengembangkan teknologi penggandaan selimut yang mengandung litium. Tritium akan disintesis darinya di bawah pengaruh neutron termonuklir.
Namun, kita tidak boleh lupa bahwa ini, meskipun mahal, adalah sebuah eksperimen. Tokamak tidak akan dilengkapi turbin atau sistem lain untuk mengubah panas menjadi listrik. Artinya, tidak akan ada gas buang komersial dalam bentuk pembangkitan energi langsung. Mengapa? Karena hal ini hanya akan mempersulit proyek dari sudut pandang teknik dan membuatnya semakin mahal.
Skema pembiayaannya cukup membingungkan. Pada tahap konstruksi, pembuatan reaktor dan sistem kompleks lainnya, sekitar 45% biaya ditanggung oleh negara-negara UE, peserta sisanya - masing-masing 9%. Namun, sebagian besar kontribusinya adalah “dalam bentuk barang”. Sebagian besar komponen dipasok ke ITER langsung dari negara peserta.
Mereka tiba di Prancis melalui laut, dan dari pelabuhan ke lokasi konstruksi diantar melalui jalan yang khusus diubah oleh pemerintah Prancis. Negara ini menghabiskan 110 juta euro dan 4 tahun pengerjaan Jalur ITER sepanjang 104 km. Jalurnya diperlebar dan diperkuat. Faktanya, pada tahun 2021, 250 konvoi dengan muatan besar akan melewatinya. Bagian terberat mencapai 900 ton, tertinggi - 10 meter, terpanjang - 33 meter.
ITER belum dioperasikan. Namun, sudah ada proyek pembangkit listrik fusi nuklir DEMO, yang tujuannya adalah untuk menunjukkan daya tarik penggunaan teknologi secara komersial. Kompleks ini harus terus menerus (dan bukan berdenyut, seperti ITER) menghasilkan energi sebesar 2 GW.
Waktu pelaksanaan proyek global baru bergantung pada keberhasilan ITER, namun menurut rencana tahun 2012, peluncuran pertama DEMO akan dilakukan paling lambat tahun 2044.
Kita bilang kita akan memasukkan matahari ke dalam sebuah kotak. Idenya bagus. Masalahnya kita tidak tahu cara membuat kotak itu.
Pierre-Gilles de Gennes
Pemenang Nobel Perancis
Semua perangkat dan mesin elektronik membutuhkan energi dan umat manusia mengkonsumsinya dalam jumlah besar. Namun bahan bakar fosil semakin menipis dan energi alternatif belum cukup efektif.
Ada metode untuk memperoleh energi yang memenuhi semua persyaratan - Fusi termonuklir. Reaksi fusi termonuklir (konversi hidrogen menjadi helium dan pelepasan energi) terus-menerus terjadi di matahari dan proses ini memberikan energi kepada planet dalam bentuk sinar matahari. Anda hanya perlu menirunya di Bumi, dalam skala yang lebih kecil. Cukup dengan memberikan tekanan tinggi dan suhu yang sangat tinggi (10 kali lebih tinggi dari Matahari) dan reaksi fusi akan dimulai. Untuk menciptakan kondisi seperti itu, perlu dibangun reaktor termonuklir. Pembangkit listrik ini akan menggunakan lebih banyak sumber daya yang berlimpah di bumi, lebih aman dan lebih kuat dibandingkan pembangkit listrik tenaga nuklir konvensional. Selama lebih dari 40 tahun, upaya telah dilakukan untuk membangunnya dan eksperimen telah dilakukan. Dalam beberapa tahun terakhir, salah satu prototipe bahkan berhasil memperoleh lebih banyak energi daripada yang dikeluarkan. Proyek paling ambisius di bidang ini disajikan di bawah ini:
Proyek pemerintah
Perhatian publik terbesar baru-baru ini diberikan pada desain reaktor termonuklir lainnya - stellarator Wendelstein 7-X (stellarator memiliki struktur internal yang lebih kompleks daripada ITER, yang merupakan tokamak). Setelah menghabiskan lebih dari $1 miliar, para ilmuwan Jerman membangun model demonstrasi reaktor yang diperkecil dalam waktu 9 tahun pada tahun 2015. Jika menunjukkan hasil yang baik, versi yang lebih besar akan dibuat.
MegaJoule Laser Perancis akan menjadi laser paling kuat di dunia dan akan berupaya memajukan metode berbasis laser dalam membangun reaktor fusi. Instalasi Perancis diharapkan akan ditugaskan pada tahun 2018.
NIF (Fasilitas Pengapian Nasional) dibangun di AS selama 12 tahun dan menghabiskan biaya 4 miliar dolar pada tahun 2012. Mereka berharap untuk menguji teknologi tersebut dan kemudian segera membangun reaktor, namun ternyata, seperti yang dilaporkan Wikipedia, diperlukan pekerjaan yang signifikan jika sistem selalu mencapai pengapian. Akibatnya, rencana muluk-muluk dibatalkan dan para ilmuwan mulai meningkatkan laser secara bertahap. Tantangan terakhir adalah meningkatkan efisiensi transfer energi dari 7% menjadi 15%. Jika tidak, pendanaan Kongres untuk metode mencapai sintesis ini mungkin akan terhenti.
Pada akhir tahun 2015, pembangunan gedung instalasi laser paling kuat di dunia di Sarov dimulai. Ini akan lebih kuat daripada reaktor Amerika saat ini dan Prancis di masa depan dan akan memungkinkan untuk melakukan eksperimen yang diperlukan untuk pembangunan reaktor versi “laser”. Penyelesaian konstruksi pada tahun 2020.
Terletak di AS, laser fusi MagLIF diakui sebagai kuda hitam di antara metode untuk mencapai fusi termonuklir. Baru-baru ini, metode ini telah menunjukkan hasil yang lebih baik dari yang diharapkan, namun kekuatannya masih perlu ditingkatkan 1000 kali lipat. Laser tersebut saat ini sedang mengalami peningkatan, dan pada tahun 2018 para ilmuwan berharap dapat menerima jumlah energi yang sama dengan yang mereka keluarkan. Jika berhasil, versi yang lebih besar akan dibuat.
Institut Fisika Nuklir Rusia terus-menerus bereksperimen dengan metode “perangkap terbuka”, yang ditinggalkan Amerika Serikat pada tahun 90an. Hasilnya, diperoleh indikator yang dianggap mustahil untuk metode ini. Ilmuwan BINP percaya bahwa instalasi mereka sekarang setara dengan Wendelstein 7-X Jerman (Q=0.1), tetapi lebih murah. Sekarang mereka sedang membangun instalasi baru seharga 3 miliar rubel
Kepala Institut Kurchatov terus-menerus mengingatkan rencana pembangunan reaktor termonuklir kecil di Rusia - Ignitor. Rencananya, ini harus sama efektifnya dengan ITER, meski lebih kecil. Pembangunannya seharusnya dimulai 3 tahun yang lalu, tetapi situasi ini biasa terjadi pada proyek ilmiah besar.
Pada awal tahun 2016, tokamak EAST Tiongkok berhasil mencapai suhu 50 juta derajat dan mempertahankannya selama 102 detik. Sebelum pembangunan reaktor besar dan laser dimulai, semua berita tentang fusi termonuklir seperti ini. Orang mungkin berpikir bahwa ini hanyalah kompetisi antar ilmuwan untuk melihat siapa yang dapat menahan suhu yang semakin tinggi lebih lama. Semakin tinggi suhu plasma dan semakin lama dapat dipertahankan, semakin dekat kita dengan awal reaksi fusi. Ada lusinan instalasi seperti itu di dunia, beberapa lagi () () sedang dibangun, sehingga rekor EAST akan segera dipecahkan. Intinya, reaktor kecil ini hanyalah peralatan pengujian sebelum dikirim ke ITER.
Lockheed Martin mengumumkan terobosan energi fusi pada tahun 2015 yang memungkinkan mereka membangun reaktor fusi kecil dan bergerak dalam waktu 10 tahun. Mengingat bahwa reaktor komersial yang sangat besar dan sama sekali tidak bergerak diperkirakan baru akan dibangun pada tahun 2040, pengumuman perusahaan tersebut ditanggapi dengan skeptis. Tapi perusahaan punya banyak sumber daya, jadi siapa yang tahu. Sebuah prototipe diharapkan pada tahun 2020.
Startup populer di Silicon Valley, Helion Energy, memiliki rencana uniknya sendiri untuk mencapai fusi termonuklir. Perusahaan telah mengumpulkan lebih dari $10 juta dan berharap dapat membuat prototipe pada tahun 2019.
Startup low-profile Tri Alpha Energy baru-baru ini mencapai hasil yang mengesankan dalam mempromosikan metode fusi (para ahli teori telah mengembangkan >100 cara teoritis untuk mencapai fusi, tokamak adalah yang paling sederhana dan populer). Perusahaan juga mengumpulkan lebih dari $100 juta dana investor.
Proyek reaktor dari startup Kanada General Fusion bahkan lebih berbeda dari yang lain, namun para pengembang yakin akan hal tersebut dan telah mengumpulkan lebih dari $100 juta dalam 10 tahun untuk membangun reaktor pada tahun 2020.
Startup Inggris First light memiliki situs web yang paling mudah diakses, dibentuk pada tahun 2014, dan mengumumkan rencana untuk menggunakan data ilmiah terbaru untuk mencapai fusi nuklir dengan biaya lebih rendah.
Para ilmuwan dari MIT menulis makalah yang menjelaskan reaktor fusi kompak. Mereka mengandalkan teknologi baru yang muncul setelah pembangunan tokamak raksasa dimulai dan berjanji untuk menyelesaikan proyek tersebut dalam 10 tahun. Belum diketahui apakah mereka akan mendapat lampu hijau untuk memulai pembangunan. Kalaupun disetujui, artikel di majalah masih berada pada tahap yang lebih awal dibandingkan startup
Fusi nuklir mungkin merupakan industri yang paling tidak cocok untuk crowdfunding. Namun dengan bantuannya dan juga pendanaan NASA, perusahaan Lawrenceville Plasma Physics akan membangun prototipe reaktornya. Dari semua proyek yang sedang berjalan, proyek ini paling terlihat seperti scam, tapi siapa tahu, mungkin mereka akan membawa sesuatu yang berguna untuk karya megah ini.
ITER hanya akan menjadi prototipe untuk pembangunan instalasi DEMO yang lengkap - reaktor fusi komersial pertama. Peluncurannya kini dijadwalkan pada tahun 2044 dan ini masih merupakan perkiraan optimis.
Namun ada rencana untuk tahap selanjutnya. Reaktor termonuklir hibrida akan menerima energi dari peluruhan atom (seperti pembangkit listrik tenaga nuklir konvensional) dan fusi. Dalam konfigurasi ini, energinya bisa 10 kali lebih banyak, tetapi keamanannya lebih rendah. Tiongkok berharap dapat membuat prototipe pada tahun 2030, namun para ahli mengatakan hal itu seperti mencoba membuat mobil hibrida sebelum ditemukannya mesin pembakaran internal.
Intinya
Tidak ada kekurangan orang yang ingin menghadirkan sumber energi baru ke dunia. Proyek ITER memiliki peluang terbesar, mengingat skala dan pendanaannya, namun metode lain, serta proyek swasta, tidak boleh diabaikan. Para ilmuwan telah bekerja selama beberapa dekade untuk membuat reaksi fusi berjalan tanpa hasil. Namun kini terdapat lebih banyak proyek untuk mencapai reaksi termonuklir dibandingkan sebelumnya. Sekalipun masing-masing gagal, upaya baru akan dilakukan. Kecil kemungkinannya kita akan beristirahat sampai kita dapat menerangi versi miniatur Matahari di Bumi.Tag:
- reaktor fusi
- energi
- proyek masa depan
Proyek reaktor termonuklir eksperimental internasional ITER dimulai pada tahun 2007. Terletak di Cadarache, di selatan Perancis. Tugas utama ITER, menurut mereka yang menyusun dan melaksanakan proyek ini, adalah untuk menunjukkan kemungkinan penggunaan fusi termonuklir secara komersial.
ITER adalah inisiatif ilmiah internasional yang strategis; lebih dari 30 negara berpartisipasi dalam implementasinya.
“Kami berada di jantung reaktor fusi masa depan. Beratnya tiga menara Eiffel dan luas totalnya 60 lapangan sepak bola,” lapor jurnalis euronews Claudio Rocco.
Reaktor fusi atau instalasi toroidal untuk pengurungan plasma magnetik, atau disebut tokomak, dibuat untuk mencapai kondisi yang diperlukan agar fusi termonuklir terkendali dapat terjadi. Plasma dalam tokamak tidak ditahan oleh dinding ruangan, tetapi oleh medan magnet gabungan yang dibuat khusus - medan toroidal eksternal dan poloidal dari arus yang mengalir melalui kabel plasma. Dibandingkan instalasi lain yang menggunakan medan magnet untuk membatasi plasma, penggunaan arus listrik menjadi ciri utama tokamak.
Saat melakukan fusi termonuklir terkendali, deuterium dan tritium akan digunakan di tokamak.
Detailnya ada dalam wawancara dengan Direktur Umum ITER Bernard Bigot.
Apa keuntungan energi yang dihasilkan melalui fusi nuklir terkendali?
“Pertama-tama, dalam penggunaan isotop hidrogen, yang dianggap sebagai sumber yang hampir tidak ada habisnya: hidrogen ditemukan di mana-mana, termasuk di Samudra Dunia. Jadi selama masih ada air, laut, dan air tawar di Bumi, kita akan diberi bahan bakar untuk tokamak - kita berbicara tentang jutaan tahun. Keuntungan kedua adalah limbah radioaktif mempunyai waktu paruh yang cukup singkat: beberapa ratus tahun, dibandingkan dengan produk limbah fusi nuklir.”
Fusi termonuklir terkendali dan, menurut Bernard Bigot, relatif mudah dihentikan jika terjadi kecelakaan. Situasi berbeda dalam kasus serupa terjadi pada fusi nuklir.
Dengan memanaskan suatu zat, reaksi nuklir dapat terjadi. Hubungan antara pemanasan suatu zat dan reaksi nuklir inilah yang tercermin dalam istilah “reaksi termonuklir”.
Desain komponen tokamak dilakukan melalui upaya negara peserta ITER, dan suku cadang serta komponen teknologi tokamak diproduksi di Jepang, Korea Selatan, Rusia, China, Amerika Serikat, dan negara lainnya. Saat membangun tokamak, kemungkinan berbagai jenis kecelakaan diperhitungkan.
Bernard Bigot: “Meskipun demikian, kebocoran unsur radioaktif mungkin saja terjadi. Beberapa kompartemen tidak akan cukup tertutup. Namun jumlah mereka sangat sedikit, dan bagi mereka yang tinggal di dekat reaktor, tidak akan ada bahaya besar bagi kesehatan atau kehidupan.”
Tetapi kemungkinan kecelakaan dan kebocoran disediakan dalam proyek, khususnya, ruangan di mana fusi termonuklir berlangsung dan ruangan yang berdekatan akan dilengkapi dengan lubang ventilasi khusus di mana unsur radioaktif akan disedot untuk mencegahnya. pelepasan ke luar.
“Saya rasa perkiraan sekitar 16 miliar euro tidak terlihat terlalu besar, terutama jika Anda mempertimbangkan biaya energi yang akan diproduksi di sini. Apalagi produksinya butuh waktu lama, waktu yang sangat lama, sehingga semua biayanya bisa dibenarkan meski dalam jangka menengah,” tutup Bernard Bigot.
NIIEFA Rusia baru-baru ini melaporkan keberhasilan pengujian prototipe skala penuh dari sistem resistor pendinginan untuk melindungi kumparan superkonduktor, yang dirancang khusus untuk ITER.
Dan commissioning seluruh kompleks ITER di Cadarache, Prancis, direncanakan pada tahun 2020.
