ИТЭР (ITER)

Ядерные исследования в Кадараше ведутся с 1959 года. Там находятся АЭС и один из крупнейших в мире на сегодняшний день токамаков Tore Supra. Подготовка строительной площадки под ИТЭР началась в январе 2007 года. Его сооружения будут располагаться на 180 гектарах земли коммуны Сен-Поль-ле-Дюранс (Прованс-Альпы-Лазурный Берег, регион южной Франции). Наиболее важная часть ИТЭР — сам токамак и его служебные помещения будут находится на площадке в километр длиной и 400 метров шириной. В целом сооружения ИТЭР будут представлять собой 60-метровый комплекс массой 23 тыс. тонн.

Главным элементом токамака служит полость в форме тора. Полость тора заполняется смесью дейтерия и трития — изотопов водорода, которые выделяются из обычной воды.
Термоядерная реакция, которая идет в реакторе, происходит путем слияния ядер атомов дейтерия и трития с образованием ядра атома гелия (альфа-частицы) и свободного нейтрона. В результате этого происходит выделение огромного количества энергии.
Схематически эта реакция выглядит так: 2H + 3H = 4He + n + 17, 6 МэВ. Возможно использование и других термоядерных реакций, но указанную осуществить на практике наиболее просто. В идеале эффективность термоядерной реакции такова, что, даже с учетом роста энергопотребления человечества, природные ресурсы дейтериевого и тритиевого топлива представляются совершенно безграничными. Однако для того, чтобы ядра изотопов слились, нужно столкнуть их с очень большой силой. Такая термоядерная реакция возможна только при температуре дейтериево-тритиевой плазмы в сто миллионов градусов. Любое вещество само превратиться в плазму при таких температурах. Поэтому раскаленный пояс плазмы необходимо удерживать на удалении от стенок тороидальной камеры. Это осуществляют с помощью мощного магнитного поля. Сейчас на разогрев смеси изотопов и запуск реакции тратится больше энергии, чем вырабатывается в результате. То есть работа реактора энергетически не оправданна. В экспериментах на ИТЭР предполагается, что время удержания плазмы должно составить около 1000 секунд. Ученые надеются добиться в перспективе стационарного режима работы установки. Предполагаемая выходная мощность должна составить около 500 МВт, при десятикратном усилении входящей (то есть на входе будет 50 МВт).
При этом получать от установки электроэнергию не предполагается, она представляет собой чисто научный интерес. Строительство первой термоядерной электростанции — весьма отдаленная перспектива, и то при условии, что это вообще будет возможно.

Дивертор — это часть токамака, с которой непосредственно соприкасается горячая плазма. Внутренние стенки дивертора должны выдерживать поток тепла порядка 10 МВт на квадратный метр. Обычно их делают из углерода. Проблема, однако, в том, что углерод хорошо поглащает тритий — радиоактивный изотоп водорода. При строительстве реальных термоядерных реакторов это может оказаться проблемой, поэтому вместо углерода на ИТЭР рассматривают вольфрам — самый тугоплавкий металл (3422ºС). Дивертор из вольфрама год работает в токамаке JET (Великобритания). Но риск есть: «в отличии от углерода попадание в плазму вольфрама неизбежно остановит ход термоядерной реакции» (источник).
Внутри дивертора установят два набора дополнительных магнитов для устранения проблемы вертикальной устойчивости плазменного жгута и мод, локализованных на краю.

Количество находящихся в токамаке радиоактивных веществ невелико. Энергия, которая может выделиться в результате какой-либо аварии, тоже мала и не может привести к разрушению реактора. При этом в конструкции реактора есть несколько барьеров, препятствующих распространению радиоактивных веществ. При проектировании ИТЭР большое внимание уделялось радиационной безопасности, как при нормальной эксплуатации, так и во время возможных аварий.

При строительстве реактора, будут применяться материалы, уже испытанные в ядерной энергетике. Благодаря этому, наведенная радиоактивность будет сравнительно небольшой. В частности, даже в случае отказа систем охлаждения, естественной конвекции будет достаточно для охлаждения вакуумной камеры и других элементов конструкции. Даже в случае аварии на ИТЭР, радиоактивные выбросы не будут представлять опасности для населения и не вызовут необходимости эвакуации.

Россия должна поставить на ИТЭР 19 систем: девять диагностических систем, одну из шести катушек полоидального поля, оборудование для ЭЦР нагрева и генерации тока, сверхпроводники для магнитной системы (их уже начали производить). Кроме того Россия создаст порядка 40% компонентов первой стенки реактора, граничащей непосредственно с горящей плазмой, температура которой может достигать 300 млн градусов.

В августе 2013 и январе 2014 года Институт ядерной физики в Новосибирске подписал контракты на поставку диагностического оборудования для измерения параметров плазмы.

Росатом, Курчатовский институт, НИИЭФА им. Д. В. Ефремова, НИКИЭТ, Институт прикладной физики РАН, ТРИНИТИ, ФТИ им. А. Ф. Иоффе, ВНИИНМ, ВНИИКП, управляющая компания «Наука и инновации», ИЯФ (Новосибирск).

Впервые предложение по созданию термоядерного реактора (токамак) внесли в 1985 году советские ученые. Они же предложили включиться в проект странам, ведущим передовые исследования в области термоядерного синтеза.
1988 — 1990 — международный коллектив советских, американских, японских и европейских ученых разработал основы проекта ИТЭР.
21 июля 1992 — в Вашингтоне было подписано четырехстороннее соглашение (ЕС, Россия, США, Япония) о разработке инженерного проекта ИТЭР.
28 июля 1994 — к проекту присоединилась Республика Казахстан.
Соединенные штаты Америки с 1996 по 2003 год временно выходили из проекта.
2001 — технический проект реактора ИТЭР был успешно завершен.
2003 — к участию в проекте присоединились Канада, Китай и Южная Корея.
28 июня 2005 — в Москве представители шести стран-участниц проекта определили место строительства токамака — в исследовательском ядерном центре Кадараш на юге Франции.
6 декабря 2005 — к проекту присоединилась Индия.
25 мая 2006 года в Брюсселе участниками консорциума подписано соглашение о начале практической реализации проекта в 2007 году.
2013 — началось строительство комплекса ИТЭР.
октябрь 2013 — финансирование проекта сократили, часть научных экспериментов решено отложить на поздние сроки.
11 декабря залит первый слой бетона в фундамент комплекса.

Самая важная величина — коэффициент усиления мощности. Именно он показывает во сколько раз больше энергии удастся получить за счет управляемого термоядерного синтеза по сравнению с энергией, затраченной на нагревание плазмы в реакторе.

Материал для корпуса реактора еще не выбран, возможны варианты: сплавы вольфрама и молибдена, вольфрама и бериллия. Проблема в том, что никто не знает, как поведет себя поверхность материала при соприкосновении с высокотемпературной плазмой.

Бюджет проекта — 20, 3 миллиарда долларов США. Общая стоимость строительства международного термоядерного реактора (ИТЭР) в 2010 году составила 15 млрд евро. Доля стран ЕС — 5, 45 млрд, Япония — 2, 7 млрд. Российская сторона за период 2013–2015 гг. вложит в проект 14, 4 млрд рублей (около $500 млн). Россия планирует сделать свой взнос не деньгами, а отдельными готовыми узлами устройства. Аналогичные суммы потратят Китай, Индия, Корея и США.

Руководящий орган — Совет ИТЭР (ИТЭР Council), принимающий решения об участии государств в проекте, по вопросам персонала, административных правил и бюджетных расходов. Председатель совета ИТЭР — физик, академик Е.П. Велихов. Генеральный директор — Осаму Мотодзима (Osamu Motojima).