U južnoj Francuskoj, 35 zemalja surađuju na izgradnji najvećeg svjetskog tokamaka, magnetskog fuzijskog uređaja

ITER (“The Way” na latinskom) jedan je od najambicioznijih energetskih projekata na svijetu danas.

U južnoj Francuskoj, 35 zemalja surađuju na izgradnji najvećeg svjetskog tokamaka, magnetskog fuzijskog uređaja koji je osmišljen kako bi dokazao izvedivost fuzije kao velikog i nefosilnog izvora energije temeljenog na istom načelu koje naše Sunce i zvijezde napaja.

Slika 1: Iter tokamak

Eksperimentalna kampanja koja će se provesti na ITER-u od ključnog je značaja za unapređenje znanosti o fuziji i pripremanju putova za fuzijske elektrane sutra.

ITER će biti prvi fuzijski uređaj za proizvodnju neto energije. ITER će biti prvi fuzijski uređaj koji će održavati fuzije dugo vremena. ITER će biti prvi spojni uređaj za testiranje integriranih tehnologija, materijala i režima fizike potrebnih za komercijalnu proizvodnju električne energije na temelju fuzije.

Tisuće inženjera i znanstvenika pridonijelo je dizajnu ITER-a, jer je ideja za međunarodni zajednički eksperiment u fuziji prvi put započela 1985. godine. ITER-ovi članovi – Kina, Europska unija, Indija, Japan, Koreja, Rusija i Sjedinjene Države – sada se bave 35-godišnjom suradnjom za izgradnju i upravljanje eksperimentalnim uređajem ITER te zajedno dovode fuziju do točke u kojoj se može projektirati demonstracija fuzije.

Što će ITER učiniti?

Količina fuzijske energije koju tokamak može proizvesti je izravan rezultat broja fuzijskih reakcija koje se odvijaju u svojoj jezgri. Znanstvenici znaju da što je brod veći, to je veći volumen plazme … i stoga veći potencijal za energiju fuzije.

Deset puta veći volumen plazme od najvećeg stroja koji danas radi, ITER Tokamak će biti jedinstveni eksperimentalni alat koji će imati dulju plasmu i bolje zatvaranje. Stroj je dizajniran posebno za:

1) Proizvodimo 500 MW fuzijsku snagu
Svjetski rekord za spajanje snaga održava europski tokamak JET. Godine 1997. JET je proizveo 16 MW fuzijske snage od ukupne ulazne snage od 24 MW (Q = 0,67). ITER je dizajniran za proizvodnju desetostrukog povratka energije (Q = 10) ili 500 MW fuzijske snage od 50 MW ulazne snage. ITER neće iskoristiti energiju koju proizvodi kao električnu energiju, ali – kao prije svega eksperimente spajanja u povijesti kako bi proizveli neto dobitak energije – to će pripremiti put za stroj koji može.

2) Pokazati integrirani rad tehnologija za fuzijsku elektranu
ITER će premostiti jaz između današnjih manjih eksperimentalnih fuzijskih uređaja i demonstracijskih fuzijskih elektrana budućnosti. Znanstvenici će moći proučavati plazme pod uvjetima sličnim onima koji se očekuju u budućoj elektrani i test tehnologijama kao što su grijanje, kontrola, dijagnostika, kriogena i daljinski održavanje.

3) Postići deuterium-tritijevu plazmu u kojoj se reakcija održava kroz unutarnje zagrijavanje
Istraživanje fuzije danas je na pragu istraživanja “plamene plazme” -one na kojem je toplina reakcije fuzije ograničena unutar plazme dovoljno učinkovita da se reakcija dugoročno održava. Znanstvenici su uvjereni da plazme u ITER-u ne samo da će proizvesti mnogo više fuzije, već će ostati stabilne dulje vrijeme.

4) Ispitivanje uzgoja tricija
Jedan od zadataka za kasnije faze rada ITER-a jest pokazati izvedivost proizvodnje tricija u vakuumskoj posudi. Svjetska opskrba tritija (koja se koristi s deuterijem za gorivo reakcije fuzije) nije dovoljna za pokrivanje potreba budućih elektrana. ITER će pružiti jedinstvenu priliku za testiranje u posudama tritium pokrivača u fuziji okoliša.

5) Pokazati sigurnosne karakteristike fuzijskog uređaja
ITER je postigao važan orijentir u povijesti fuzije, kada je 2012. godine ITER organizacija bila licencirana kao nuklearni operator u Francuskoj temeljem strogog i nepristranog pregleda svojih sigurnosnih dosjea. Jedan od primarnih ciljeva rada ITER-a je pokazati kontrolu plazme i reakcije fuzije s neznatnim posljedicama na okoliš.

Fuzija je izvor energije Sunca i zvijezda. U ogromnoj toplini i gravitaciji u jezgri ovih zvjezdanih tijela, jezgra vodika sudaraju se, spajaju u teže atome helija i oslobađaju ogromne količine energije u tom procesu.

Fuzijska znanost iz dvadesetog stoljeća identificirala je najučinkovitiju fuzijsku reakciju u laboratorijskoj ambijentu kao reakciju između dva izotopa vodika, deuterija (D) i tricija (T). DT fuzijska reakcija proizvodi najveću energiju pri “najnižim” temperaturama.

Treba ispuniti tri uvjeta za postizanje fuzije u laboratoriju: vrlo visoka temperatura (od 150.000.000 Celzijevih stupnjeva); dovoljnu gustoću čestica plazme (kako bi se povećala vjerojatnost pojave sudara); i dovoljno vremena zadržavanja (da zadrži plazmu, koja ima tendenciju proširenja, unutar definiranog volumena).

Na ekstremnim temperaturama, elektroni se odvajaju od jezgri i plin postaje plazma – često se spominje kao četvrto stanje materije. Fuzijska plazma osigurava okruženje u kojem se svjetlosni elementi mogu spajati i donijeti energiju.

U tokamak uređaju koriste se moćna magnetska polja za ograničavanje i kontrolu plazme.

Energija se danas oslanja na fosilna goriva, nuklearnu fiziju ili obnovljive izvore poput vjetra ili vode. Bez obzira na izvor energije, postrojenja generiraju električnu energiju prebacivanjem mehaničke energije, kao što je rotacija turbine, u električnu energiju. U parnoj stanici na ugljen, sagorijevanje ugljena pretvara vodu u vodenu paru, a vodena energija zauzima generatore turbina za proizvodnju električne energije.

Tokamak je eksperimentalni stroj osmišljen kako bi iskoristio energiju spajanja. Unutar tokamaka, energija proizvedena fuzijom atoma apsorbira se kao toplina u zidovima posude. Baš kao i konvencionalna elektrana, fuzionirana elektrana koristi ovu toplinu za proizvodnju pare, a zatim električnu energiju putem turbina i generatora.

Srce tokamaka je njegova vakuumska komora . Unutra, pod utjecajem ekstremne topline i tlaka, plinovito vodikovo gorivo postaje plazma – vrlo okruženje u kojem se atomi vodika mogu dovesti do osiguravanja i stvaranja energije. Napunjene čestice plazme mogu se oblikovati i kontrolirati pomoću masivnih magnetskih zavojnica postavljenih oko posude; fizičari koriste ovu važnu imovinu da ograniče vruću plazmu daleko od zidova žile. Izraz “tokamak” nam dolazi iz ruskog akronima koji označava “toroidalnu komoru s magnetskim zavojima”.

Prvi put razvijen od sovjetskog istraživanja kasnih šezdesetih godina, tokamak je usvojen u svijetu kao najobrazljivija konfiguracija uređaja za magnetskde fuzije. ITER će biti najveći tokamak na svijetu – dvostruko veći od najvećeg stroja koji je trenutno u pogonu, s deset puta većim volumenom plazme.

TKO SUDJELUJE?
( Projekt ITER je suradnja između 35 država diljem svijeta.

Članice ITER-a Kina, Europska unija, Indija, Japan, Koreja, Rusija i Sjedinjene Države kombinirale su sredstva za osvajanje jedne od najvećih granica u reprodukciji znanosti na Zemlji bezgranične energije koja potiče Sunce i zvijezde.

Kao potpisnice ITER sporazuma, sklopljenog 2006. godine, sedam članica će sudjelovati u troškovima izgradnje, operacije i dekomisije. Također će dijeliti eksperimentalne rezultate i sve intelektualno vlasništvo koje generira faza operacije.

Europa je odgovorna za najveći dio troškova gradnje (45,6 posto); ostatak dijele jednako Kina, Indija, Japan, Koreja, Rusija i SAD (9,1 posto svaki). Članice daju vrlo mali novčani doprinos projektu: umjesto toga, devet desetina doprinosa bit će dostavljene ITER-u u obliku dovršenih komponenti, sustava ili zgrada.

Zajedno, članovi ITER-a predstavljaju tri kontinenta, preko 40 jezika, polovicu svjetske populacije i 85 posto globalnog bruto domaćeg proizvoda. U uredima ITER organizacije (Središnjeg tima) i onih od sedam domaćih agencija, u laboratorijima i industriji, doslovce tisuće ljudi radi na uspjehu ITER-a.

Organizacija ITER također je sklopila sporazume o tehničkoj suradnji s Australijom (putem australske organizacije za nuklearnu znanost i tehnologiju, ANSTO, 2016.) i Kazahstana (preko Kazahstanskog nacionalnog nuklearnog centra u 2017. godini), kao i preko 40 sporazuma o suradnji s međunarodnim organizacijama, nacionalnim laboratorijima, sveučilištima i školama.

Kada će eksperimenti poćeti?

ITERova prva plazma zakazana je za prosinac 2025.

To će biti prvi put kada se stroj uključi i prvi čin ITER-ovog višegodišnjeg operativnog programa.

Na čistom zemljištu od 42 hektara na jugu Francuske, gradnja je u tijeku od 2010. godine. Struktura podloge i seizmičke temelje ITER Tokamaka su u tijeku i radovi su u tijeku na Tokamakovom kompleksu – tri zgrade koji će sadržavati fuzijske eksperimente. Pomoćne biljne građevine kao što su ITER-ov kriopljani, zgrada grijanja radio frekvencije i postrojenja za rashladnu vodu, pretvorbu energije i napajanje su u izgradnji.

Čim je moguće pristupiti zgradi Tokamaka, znanstvenici i inženjeri postupno će sastaviti, integrirati i testirati ITER uređaj za fuziju. Puštanje u rad će potvrditi da svi sustavi funkcioniraju zajedno i pripremiti ITER uređaj za rad.

Uspješna integracija i montaža više od milijun komponenti (deset milijuna dijelova), izgrađena u tvornicama ITERovih članica širom svijeta i isporučena na web stranicu ITER-a, predstavlja ogroman logistički i inženjerski izazov. Skupna radna snaga, kako u ITER-u tako i u domaćim agencijama, doseći će 2.000 ljudi na vrhuncu montažnih aktivnosti. U ITER uredima širom svijeta, točan slijed zbirnih događaja pažljivo je orkestriran i koordiniran. Prve velike komponente isporučene su na ITER mjestu 2015. godine.

U studenome 2017. projekt je prošao polovicu oznake First Plasma.

ITER-ova vremenska linija

2005 Odluka o lociranju projekta u Francuskoj

2006 Potpisivanje ITER sporazuma

2007Formalno stvaranje ITER organizacije

2007-2009Land čišćenje i levelling

2010-2014Ground potporna struktura i seizmički temelji za Tokamak

2012Nuclear licenciranje prekretnica: ITER postaje temeljna nuklearna instalacija prema francuskom zakonu

2014-2021 Izgradnja zgrade Tokamak (pristup za montažne aktivnosti u 2019. godini)

2010.-2021. Izgradnja postrojenja ITER-a i pomoćnih zgrada za prvu plazmu

2008-2021Proizvodnja glavnih komponenti prve plazme

2015-2021 Najveće komponente prevezene su ITER-itinerarom

2018-2025Faza montaže I

2024-2025Integrirana faza puštanja u pogon (puštanje u pogon po sustavu započinje nekoliko godina ranije) 2025. počinje početak rada

Tijekom faze izgradnje ITER-a, Vijeće će pažljivo pratiti uspješnost ITER organizacije i domaćih agencija kroz niz naprednih projekata na visokoj razini.

Izvor :https://www.iter.org/proj/inafewlines

Share

Leave a Reply

Your email address will not be published.