Аналитика

В исследовательской лаборатории Oak Ridge (США), участвующей в международном проекте создания термоядерного реактора (ITER), разработана уникальная сталь, превосходящая прочность ранее известных сталей на 70%!

В проекте создания первого в мире промышленного термоядерного реактора (стоимость которого оценивается в 12 млрд. долл.), способного в будущем решить энергетические проблемы человечества, участвуют сотни научных центров и тысячи ученых всего мира. Основная задача проекта – на практике подтвердить технологическую возможность контролируемой термоядерной реакции. Главным препятствием, из-за которого термоядерный реактор долгое время считался несбыточной мечтой физиков, является высокая температура процесса.

Для достижения энергетической эффективности процесса топливо (которым являются изотопы водорода - дейтерий и тритий) должно быть нагрето до температуры превышающей температуру недр Солнца в 5 раз (то есть до 100 млн. градусов Цельсия). При такой температуре смесь дейтерия и трития превращается в полностью ионизированную высокотемпературную плазму, состоящую из положительно заряженных ядер дейтерия и трития, а также электронов.

Уравнение термоядерной реакции

Первый в мире термоядерный реактор строится в исследовательском центре Кадараш (Cadarache) на Лазурном берегу во Франции. Различные компоненты реактора разрабатываются и производятся в США, Китае, Европейском союзе, Индии, Японии, Корее и России. В основе проекта лежит концепция «Токамак», разработанная еще 1951 году в Советском Союзе Игорем Евгеньевичем Таммом и Андреем Дмитриевичем Сахаровым. Электрическая мощность всей установки составит 500 МВт.

Википедия: Токамак — тороидальная установка для магнитного удержания плазмы. Плазма удерживается не стенками камеры, которые не способны выдержать её температуру, а специально создаваемым магнитным полем. Особенностью токамака является использование электрического тока, протекающего через плазму для создания полоидального поля, необходимого для равновесия плазмы. Этим он отличается от стелларатора, в котором и тороидальное и полоидальное поле создается с помощью магнитных катушек.

Источник: буклет "Международный Проект ИТЭР"

Для того, чтобы реактор ITER стал реальностью потребуется несколько сотен тонн стали со сверх свойствами. Сталей способных выдерживать температуры, существующие вокруг зоны термоядерной реакции, до недавнего времени просто не существовало. В октябре 2008 года было официально объявлено о том, что задача разработки сверх стали решена. Эта работа была доверена одному из ведущих исследовательских центров Департамента Энергетики США - Oak Ridge National Laboratory (шт. Теннеси). Работу возглавил Jeremy Busby.

На фото: Jeremy Busby ( руководитель работ) проводит опыт с новой сталью (Источник: DOE/Oak Ridge National Laboratory)

В интервью для официального сайта лаборатории г-н Busby не раскрывает секретов создания сверх стали. Известно лишь, что усилия ученых были направлены на совершенствование микроструктуры стали с целью повышения ее сопротивляемости излому и растяжению, улучшения коррозионной стойкости и радиационной непроницаемости.

Г-н Busby признается, что добиться успеха ученым помогли современные методы моделирования и мощнейший вычислительный центр Oak Ridge National Laboratory (в лаборатории установлен самый быстрый научный суперкомпьютер в мире).

Касаясь вопроса дальнейшего совершенствования технологии, г-н Busby сказал: «Проектом ITER предусмотрено, что Соединенные Штаты должны поставить около 100 сверхпрочных металлических защитных экранов, весом 3-4 тонны каждый. Экраны крайне сложны в изготовлении, они имеют столько отверстий различного назначения, что при их выполнении теряется до 30% веса заготовки. Чтобы упростить и ускорить изготовление экранов, мы планируем использовать литье. При литье можно было бы получать экраны необходимой формы с готовыми отверстиями. Однако, литые детали обладают меньшей прочностью. Чтобы это предотвратить, мы пытаемся усовершенствовать процесс. Применение литья и отказ от механической обработки заготовок, по предварительным оценкам, удешевят экраны на 20-40%, что составит значительную сумму».

Справка:

Ядерные реакции синтеза легких элементов – источник энергии Солнца, потенциальная энергетическая возможность человечества в условиях стоящих перед ним энергетических вызовов.

Проблема овладения энергией реакции синтеза в мирных целях получила название Управляемый термоядерный синтез. Наиболее доступной (в смысле осуществимости) является реакция слияния (синтеза) ядер изотопов водорода – дейтерия и трития.

В земных условиях для энергетически выгодной термоядерной реакции топливо (дейтерий и тритий) должно быть нагрето до температуры превышающей температуру недр Солнца в 5 раз. При этом смесь дейтерия и трития превращается в полностью ионизированную высокотемпературную плазму, состоящую из положительно заряженных ядер дейтерия и трития и электронов.

Дейтерий содержится в обычной воде и технология его получения из воды хорошо отработана. Тритий практически отсутствует на Земле, но его можно получить, если нейтрон провзаимодействует с литием (Li6), введенном в состав теплоносителя.

Таким образом, в конечном итоге топливом для термоядерного реактора является дейтерий и литий.

Достоинства термоядерной энергетики:

- неограниченные запасы топлива;

- экологически безопасные технологии;

- возможность размещения реактора в любом месте (отсутствие привязки к конкретному месту).

Источник: буклет "Международный Проект ИТЭР"