Щоденні звіти про коронавірус та його наслідки для планети якось затьмарюють інші надзвичайно важливі повідомлення.
А тим часом життя не стоїть на місці й у світі продовжують реалізовувати проєкти, які матимуть вирішальне значення для майбутнього людства.
У французькому центрі атомної енергетики Кадараш минулого тижня офіційно стартувало збирання найбільшого у світі експериментального термоядерного реактора.
Будівельні роботи в рамках міжнародного проєкту ITER триватимуть до 2024 року, а запрацювати реактор має через два роки.
«Надією майбутнього» для ядерної енергетики назвав цей проєкт президент Франції Емманюель Макрон, звернувшись до учасників офіційної церемонії запуску будівництва, цитує його слова Міжнародне французьке радіо (RFI).
Успішна реалізація проєкту може дати людству джерело енергії, виробництво якої не забруднює навколишнє середовище, не дає викидів вуглекислого газу і токсичних відходів, наголосив Макрон.
Цей вагомий крок у будівництві міжнародного експериментального термоядерного реактора (ITER) вартий для президента Емманюеля Макрона бодай віртуального свята.
28 липня він запросив високопоставлених урядовців із країн-учасників проєкту спостерігати за прибуттям першої частини вакуумної камери.
Серед запрошених — голова Єврокомісії Урсула фон дер Ляєн, єврокомісарка з енергетики Кадрі Сімсон та президент Південної Кореї Мун Чже Ін. Через коронавірус святкування відбувалося в онлайн-трансляції.
Термоядерна на зміну ядерній
Наймасштабніший і найдорожчий міжнародний науковий експеримент об’єднав 35 країн — усі держави Євросоюзу, Велику Британію, США, Росію, Китай, Індію, Японію, Південну Корею і Швейцарію.
Міжурядову угоду про створення найбільшого термоядерного реактора ITER було підписано ще наприкінці 2006 року.
Втім історію проєкту прийнято вести від історичної зустрічі 1985 року в Женеві лідерів СРСР і США, на якій Михайло Горбачов і Рональд Рейган домовилися про спільне дослідження термоядерної енергії в мирних цілях. Тепер підійшли до останнього великого етапу у зведенні цього унікального престижного проєкту.
За масштабами і значимістю ITER перевершує попередній гігантський міжнародний проєкт Великого адронного колайдера — найбільшого у світі прискорювача елементарних частинок, створеного у Європейському центрі ядерних досліджень ЦЕРН, поблизу Женеви.
Будівельним майданчиком для реалізації задуму був обраний французький дослідницький ядерний центр Кадараш. ITER збирають у містечку Сен-Поль-ле-Дюранс, розташованому за 40 кілометрів від південного Екс-ан-Провансу.
Ще в 2009 році на місці будівництва «Сонця Землі» почалися підготовчі роботи: туди було стягнуто велику кількість важкої будівельної техніки. Робітники вирубали 40 гектарів лісу та викопали і вивезли з цього майданчика два мільйони кубічних метрів ґрунту.
Але цей шрам на благодатній землі Провансу було завдано недаремно. Позаяк створене тут руками людей «сонце», як передбачається, повністю вирішить усі енергетичні проблеми землян.
Адже контрольована реакція синтезу, яка відбуватиметься в термоядерному реакторі, дозволить знизити залежність від викопних видів палива, не маючи при цьому недоліків, характерних для відновлюваних джерел енергії.
Крім того, термоядерна енергія є екологічно чистою й не залишає після себе отруйних відходів та небезпечних рівнів радіації.
Як це працює
Ядерний синтез — це реакція злиття легких атомних ядер у важчi з виділенням певної кількості енергії. І саме він є основою існування Сонця та всіх інших зірок.
Учених найбільш цікавить реакція між двома ізотопами (дейтерієм та трітієм) дуже поширеного на Землі водню, через що утворюється гелій та виділяється нейтрон.
Внаслідок цієї реакції утворення гелію виділяється енергія, яка розподіляється між нейтроном та ядром гелію в пропорції 14,1 до 3,5. Для реакції синтезу потрібно нагріти газову суміш дейтерію і трітію до температури понад 100 млн градусів Цельсія.
Після цього формується суміш iз розділених атомів та електронів — плазма. Цю плазму потрібно утримувати таким чином, щоб вона не вступала в контакт зі стінкою реактора, оскільки розплавить його і все навколо.
Для цього були винайденi так звані магнітні пляшки, які отримали назву «токамак». Теорію керованого термоядерного синтезу та токамак (скорочення від ТОроїдальна КАмера з МАгнітними Котушками) і принципи утримання в ньому плазми розробили ще наприкінці 50-х років ХХ століття видатні радянські вчені Андрій Сахаров (пізніше — дисидент та лауреат Нобелівської премії миру) та Ігор Тамм (лауреат Нобелівської премії з фізики, який навчався та розпочинав наукову кар’єру в Україні).
Утримувану в токамаку плазму додатково підігрівають електричним струмом та радіочастотним опроміненням до температури 300 млн градусів, внаслідок чого відбувається її «запалювання». В світі на цей час збудовано кілька сотень дослідницьких токамаків.
Міжнародний ITER якраз і створений за найпоширенішою схемою термоядерних реакторів — токамаків. Це тороїдальна (у вигляді пустотілого бублика) вакуумна камера з магнітними котушками.
Реактори намагаються копіювати процеси термоядерного синтезу, що відбуваються всередині зірок, де злиття ізотопів водню виділяє величезну енергію. Отриману з газу плазму утримують у магнітному полі. Магніти необхідно охолодити в герметичному кріостаті до практично абсолютного нуля — 268° C.
Навіщо такі складнощі?
Головна перевага ядерного синтезу полягає в тому, що як пальне для нього потрібна лише невелика кількість поширених у природі речовин, наприклад, морська вода.
При реакції термоядерного синтезу виділяється в 10 млн разів більше енергії, ніж при звичайних хімічних реакціях, до яких належить і спалювання традиційних природних джерел енергії: від дерева до нафти.
Один кілограм суміші дейтерію і трітію дає стільки ж енергії, що і десять залізничних вагонів вугілля. Радіоактивний дейтерій, який дістався нам від Великого вибуху (моменту народження Всесвіту), є стійким ізотопом водню і присутній в одній iз кожних 3 тис. 350 молекул води.
Дещо гірше з трітієм, який має період напіврозпаду 12 років, тому в природі його мало. Але він утворюється в достатніх кількостях у самій термоядерній установці в процесі роботи.
Тобто, вихідним пальним для термоядерного реактора є літій і вода. Літій — це звичайний метал, який широко використовується в побутових електроприладах, зокрема в акумуляторах стільникових телефонів.
Літію, який міститься в одному ком’ютерному акумуляторі, та 45 літрів води достатньо для вироблення такої кількості енергії, яку дає спалювання 70 тонн вугілля.
І це без жодних шкідливих викидів! Теперішніх земних запасів дейтерію вистачить на мільйони років, а літію — на сотні років. Якщо закінчиться, то його без проблем можна видобувати з тієї ж води.
Так виглядатиме кільцеподібна вакуумна камера, у якій утримуватиметься та нагріватиметься плазма.
Науковий міраж чи вирішення проблем людства?
Встановлений у Франції термоядерний експериментальний реактор має продемонструвати вченим і людству, що ми можемо контролювати термоядерну реакцію (або, в гіршому випадку, що не маємо змоги її контролювати).
Тобто, теоретично, на Землі має бути відтворений той же процес генерування енергії, що відбувається на Сонці та інших зірках. Якщо ІТЕR дійсно запрацює, то ми, земляни, вирішимо всі свої енергетичні проблеми.
У створенні елементів майбутньої установки ITER брали участь країни-учасниці проєкту. Так, корпус кріостату будували в Індії, частини вакуумної камери — в Європі та Кореї. Китай і Росія створювали надпровідники, частину котушок і різні електротехнічні компоненти.
Центральну магнітну котушку, чиєї сили достатньо, щоб підняти авіаносець, розробляли в США, нагадує агенція «Франс Пресс».
Складальні роботи за участi 2 тис. 300 фахівців триватимуть у Франції до 2024 року. Запрацювати реактор повинен до початку 2026 року, а на повну потужність вийти до 2035-го.
Реактор ITER, за словами розробників, стане найскладнішим технічним витвором, який коли-небудь був створений людиною. Він матиме найбільші у світі надпровідні магнітні котушки, які генеруватимуть неймовірно потужне магнітне поле, необхідне для утримання плазми при температурі 150 млн градусів Цельсія, що вдесятеро гарячіше за центр Сонця.
Майбутній реактор ITER наразі не призначений для виробництва електрики: виділена енергія піде на нагрівання стінок токамака. Мета проєкту — показати можливість генерації енергії термоядерним реактором.
Існуючі токамаки споживають енергії більше, ніж виділяють. За рахунок масштабу конструкції ITER (830 кубічних метрів) вчені розраховують, що реактор зможе виділяти енергії в десять разів більше, ніж витрачається на нагрівання плазми.
ITER також повинен показати готовність технологій до будівництва комерційних термоядерних електростанцій, він також дозволить оцінити їх надійність і безпеку.
Інженери хочуть наразі лише показати, що технічних можливостей у принципі достатньо для того, аби виробляти «чисту» енергію за рахунок сплаву ізотопів водню дейтерію та тритію з утворенням гелію.
Гендиректор компанії ITER Organization Бернар Біго зазначає, що комерційні реактори можуть з’явитися в кращому випадку до 2060 року. Потужність кожного, за оцінками, дозволить забезпечити електроенергією 2 мільйони квартир.
На думку Бернара Біго, за вартістю будівництва й експлуатації вони будуть не дорожчими за звичайні ядерні реактори. А паливом (воднем і літієм) термоядерні установки будуть забезпечені «на мільйони років»: кількох грамів достатньо для виділення енергії, одержуваної при згорянні восьми тонн нафти.
У перспективі завдяки контрольованому термоядерному процесу можна буде виробити енергії в чотири мільйони разів більше, ніж її можуть дати вугілля, нафта та всі інші природні енергоносії нашої планети!
Водночас багато екологів не поділяють такого оптимізму, вони називають термоядерні проєкти «науковим міражем», зазначають, що термоядерна енергетика — це енергетика майбутнього, і такою вона залишиться завжди, та вказують на їх жахливу дорожнечу.
Дійсно, проєкт ITER, запізнюючись на п’ять років у реалізації, втричі зріс у ціні в порівнянні з початковими оцінками — до 20 млрд євро. А «зелені» сходяться на думці, що такі солідні гроші можна було б інвестувати в надійнішi проєкти, наприклад, використання відновлюваних джерел енергії.
