Energijos suvartojimo augimas bėgant metams didėja, kai vystėsi energetikos revoliucija. Dėl šio pasaulinio vartojimo augimo atsiranda poreikis ieškoti naujų, efektyvesnių ir tvaresnių energijos šaltinių. Šiame kontekste, branduolio sintezė Ji pristatoma kaip alternatyva, turinti didžiulį energijos gamybos potencialą. Tačiau šiuo metu jis neegzistuoja pramoniniu lygiu dėl didelių techninių iššūkių. Viena iš pažangiausių pastangų kuriant šią technologiją yra ITER projektas (International Thermonuclear Experimental Reactor), tarptautinė programa, kuria siekiama parodyti branduolių sintezės gyvybingumą.
Šiame straipsnyje paaiškinsime, ką sudaro ITER programa, koks jos pagrindinis tikslas ir paskutines naujienas apie jos plėtrą.
Kas yra ITER
El ITER Tai vienas didžiausių ir sudėtingiausių mokslo projektų pasaulyje. Tai eksperimentinis branduolių sintezės reaktorius, kuriuo siekiama atkartoti procesus, vykstančius Saulės ir kitų žvaigždžių vidus, kur vandenilio atomų sintezė generuoja energiją. Tokiame reaktoriuje kaip ITER branduolių sintezės reakcijos vyksta kontroliuojamoje aplinkoje, kai naudojamos ekstremalios medžiagos ir temperatūra, kurios bando imituoti saulės branduolio sąlygas ir generuoja daug energijos.
Branduolio sintezė paprastai susideda iš dviejų šviesos atomų sujungimo deuteris y tričio, kad susidarytų sunkesnis (helis) ir procese išsiskirtų daug energijos. Ši energija yra daug didesnė, nei gaunama branduolio dalijimosi būdu, kuris šiuo metu naudojamas įprastose atominėse elektrinėse. ITER naudoja magnetinio izoliavimo sistemą per įrenginį, žinomą kaip „tokamakas“. Šis reaktorius yra toroido (spurgos) formos ir naudoja galingus superlaidžius magnetus, kad sukoncentruotų karštą plazmą, reikalingą sintezės reakcijoms, nesiliečiant su reaktoriaus sienelėmis.
Vienas iš didžiausių ITER projekto technologinių iššūkių yra pasiekti maždaug 2000 m 150 milijonų laipsnių Celsijaus, maždaug 10 kartų aukštesnė nei Saulės šerdyje. Šis temperatūros lygis reikalingas vandenilio izotopams susilieti kontroliuojamomis sąlygomis. ITER tikslas – parodyti, kad branduolių sintezė yra ne tik įmanoma, bet ir gali būti komerciškai perspektyvus energijos šaltinis ateičiai.
Energija, kurią galima generuoti branduolių sintezės būdu, gali būti praktiškai neišsemiamas, nes pagrindinių kuro rūšių, deuterio ir tričio, yra gana daug. Deuteris gali būti išgaunamas iš jūros vandens, o tričio galima gauti iš ličio, taip pat plačiai paplitusios planetoje.
ITER, Kadarache ir Ispanijoje
ITER statomas Kadaraše, Prancūzijos pietuose, mokslinių tyrimų centras, turintis ilgą branduolinių tyrimų istoriją. Nuo pat jo pradžios šiame milžiniškame projekte bendradarbiavo 35 šalys, įskaitant Europos Sąjungą, JAV, Kiniją, Indiją, Japoniją, Rusiją ir Pietų Korėją.
Pradinis jo statybos biudžetas siekė apie 5.000 mln. Skaičiuojama, kad ITER statyba užtruks apie 10 metų, o jo eksploatacija truks dar mažiausiai 20 metų. Per šį laikotarpį pagrindinis tikslas bus parodyti, kad įmanoma sukurti a didelio masto sintezės jėgainė, galintis pagaminti daugiau energijos nei sunaudoja.
Ispanija taip pat atlieka svarbų vaidmenį ITER projekte. Nuo 2007 m Europos sintezės agentūros būstinė yra Barselonoje, kur didžiąją dalį pastangų koordinuoja projekte dalyvaujantys Europos inžinieriai, mokslininkai ir administratoriai. Ispanija aktyviai dalyvauja pažangių medžiagų tyrimuose ir kūrime reaktoriui, be bendradarbiavimo kuriant nuotolinio manipuliavimo sistemas ir pažangią diagnostiką, kad būtų galima stebėti ir valdyti tokamako veikimą.
Branduolinės sintezės pranašumai
Branduolinės sintezės plėtra turi keletą privalumų, todėl ji yra labai patraukli energijos pasirinkimo galimybė:
- Nulinis šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimas: Skirtingai nuo iškastinio kuro, sintezės jėgainės veikimo metu neišskiria į atmosferą anglies dvideginio ar teršalų.
- saugumas: Branduolio sintezė nekelia tokios pačios rizikos kaip branduolio dalijimasis. Sugedus reaktoriui, reakcijos nutrūktų natūraliai, be katastrofiškų pasekmių, pvz., galinčių atsirasti dalijimosi gamykloje.
- Daug kuro: Kaip minėta, deuterį galima nesunkiai gauti iš jūros vandens, o tritį – iš ličio, taip užtikrinant beveik neribotą kuro tiekimą.
- Mažiau susidaro radioaktyviųjų atliekų: Nors branduolių sintezės metu susidaro tam tikros atliekos, jos yra daug mažesnės ir mažiau pavojingos nei susidarančios dalijimosi metu. Lydymosi atliekos tampa nepavojingomis per kelis dešimtmečius, o dalijimosi atliekos gali išlikti radioaktyvios tūkstančius metų.
Paskutinės naujienos ir technologijų pažanga
ITER pastaraisiais metais pasiekė lemiamą etapą. 2012 metais buvo gauta Prancūzijos valdžios institucijų licencija jo statybai, o 2014 metais buvo pradėtas pagrindinių reaktoriaus dalių ir komponentų surinkimas. Prekės buvo paskirstytos dalyvaujančioms šalims, atsižvelgiant į jų indėlį į projektą.
Vienas iš svarbiausių gairių pastarojoje ITER istorijoje buvo ITER surinkimo pradžia mašinos branduolys 2020 m. Šis surinkimas truks maždaug penkerius metus, o pirmoji plazma – fazė, kurioje reaktorius pradeda veikti – turėtų būti gauta metai 2025. Nors ši pirmoji plazma bus trumpalaikė ir jos pagrindinis tikslas bus parodyti, kad magnetai veikia tinkamai, tai yra esminis žingsnis patvirtinant didelio masto sintezės koncepciją.
Vienas iš pagrindinių iššūkių, kurį reikia išspręsti, yra radioaktyviųjų dujų valdymas tričio, kuris susidaro sintezės reakcijų metu. ITER tiria būdus, kaip saugiai kontroliuoti ir apriboti šią medžiagą.
Be pažangos statant reaktorių, mokslininkai ir tyrimų grupės visame pasaulyje dirba su kitais pagrindiniais aspektais, siekdami užtikrinti ITER sėkmę. Jie vystosi geresnė diagnostika ir operacijos kontroliuoti plazmos stabilumą, taip pat naujas medžiagas reaktoriaus vidinėms sienelėms, kurios gali atlaikyti ekstremalias sintezės sąlygas.
Techninis ir komercinis branduolių sintezės įgyvendinamumas bus vertinamas ateinančius du dešimtmečius, tačiau preliminarūs rezultatai yra daug žadantys. Ekspertai jau mano, kad ITER galėtų būti pirmasis žingsnis link energetikos ateities, kurioje dominuoja branduolių sintezė, o kai kurie prognozuoja, kad komercinė energijos gamyba Iš šio šaltinio tai bus įmanoma maždaug 2050 m.
ITER yra geriausia branduolinės sintezės energijos viltis, kaip ilgalaikis šiuolaikinio pasaulio energetikos ir aplinkosaugos iššūkių sprendimas.