Освоение термоядерной энергии

Предложенное финансирование Стратегии включает какрасходынавыполнениемеждународныхобязательствпосооружениюИТЭРиДЕМО(еслибудет принято решение об участии в международной кооперации), так и расходы на национальную программу, включающую строительство первой промышленной станции. Овладение термоядерной энергией - принципиальнаяцельвсехработпоуправляемомутермоядерному синтезу. Ее достижение, как уже отмечалось выше, потребует значительного времени. Поэтому термоядерное сообщество часть своих усилий направляет на разработкуновыхтехнологийиихкоммерциализацию,внося тем самым вклад в решение задач настоящего момента и демонстрируя практически значимые выходы из программыуправляемоготермоядерногосинтеза.Кним относятсяновыематериалы,процессыобработкии модификации поверхности материалов, решение экологических проблем, задач для космического и авиационногонаправленийит.д.Ноестьслучай,когдаречь может идти о сильном влиянии термоядерных установок непосредственно на энергетику, прежде всего, атомную. Эти вопросы будут рассмотрены в следующем разделе.Управляемый термоядерный синтез и атомная энергетикаЗамещениезначительнойчастиуглеводородной энергетики на атомную активно обсуждается во многих странах. В России поставлена задача довести долю АЭС в производстве электроэнергии до 25% к 2030 г. В Китаенамеченопостроить100блоковсмощностьюпорядка 1 ГВт. Другие страны также заявляют амбициозные планы. Помимо обострения проблем нераспространения атомного оружия и обращения с долгоживущими отходами АЭС возникает проблема обеспечения топливом тепловых реакторов, на которых основана атомная энергетика настоящего времени. По оценкам, урана-235, используемого в качестве топлива, хватит на несколько десятков лет.Очевидно,чтобезвнедренияновыхтехнологий использования урана-238 или тория атомная энергетика не решитпроблемыудовлетворенияэнергетическихпотребностейчеловечества.Кардинальнымвыходомиз ситуациис дефицитом топлива АЭС является развитие бридеров- реакторов на быстрых нейтронах, вырабатывающихэнергиюивоспроизводящихтопливоиз урана-238,запасыкоторогообеспечатпотребностина несколькотысячлет.Однако,несмотрянато,чтов России более 29 лет эксплуатируется реактор БН-600 с натриевым теплоносителем, потребуется еще несколько десятилетий для промышленного освоения бридеров. В этихусловияхпредставляетсяактуальнымвернутьсяк анализувозможностейиспользованиятермоядерных реакторов для наработки топлива. Идеи создания реактора,вкоторомтермоядерныенейтроны,попадаяв бланкет,содержащийуран-238илиторий,нарабатываютплутонийилиуран-233(длятория)обсуждались давно[6].Длянекоторыхконструкцийбланкетамаксимальныйвыходплутониясоставит1 кг/МВт(т/я)год или2 кг/МВт(т/я)годвториевомбланкете.Выделяющаяся в бланкете тепловая энергия будет превосходить энергиюсинтеза.Такимобразом,длягибриднойэлектростанции требуется термоядерный реактор с коэффициентом усиления порядка 1. Напомним, что режим с Q, близким к 1, был уже продемонстрирован на трех тока-маках, правда, в коротком 1-10 с импульсе.Получаемое в бланкете гибридного реактора топливо будетвыделятьсяииспользоватьсядляАЭСнатепловых нейтронах. В работе[7]показано, что гибридный реактор способен обеспечить топливом 3-5 реакторов на тепловых нейтронах той же мощности.Вышеотмечалось,чтопроектыгибридныхреакторовнеразвивалисьс1980-хгодовиз-затребований создания безопасной и «чистой» энергетики. Их варианты анализировались только в связи с проектами пережигания долгоживущих минорных актинидов, выделяемых изотработавшегоядерноготопливасуществующих АЭС.Созданиетермоядерногореактора-транс-мутаторатакжеявляетсяактуальнойзадачейвсвете прогрессирующегонакопленияотходовАЭС.Однако она может решаться и другими способами, в частности, продолжением хранения отходов без их переработки до накоплениячрезмернобольшихобъемов.Обеспечение жерастущейэнергетикиАЭСтопливомимеетбезусловныйприоритет.Ввыборепутейвовлеченияурана-238 в топливный цикл критическим является коэффициентнаработки.Спецификойтермоядерныхгибридных реакторов по сравнению с бридерами является большая начальнаяэнергиянейтрона.Поэтомускоростьнаработки топлива, отнесенная к единице мощности реактора в 6-10 раз больше, чем для бридеров.Задачаускоренногоразвитияатомнойэнергетики ведеткпересмотрупозициивотношенииостановки работпогибридным реакторам. Прогресс в исследованияхиразработкапроектаИТЭРпозволяютужевнастоящее время приступить к проектированию гибридногореактора-термоядерногоисточниканейтронов (ТИН). Низкие требования на мощность реакции синтеза в ТИН по сравнению с ТЭС резко упрощают условия работы токамака. Потоки на первую стенку и в дивертор существеннопадают,меньшеопасенийвызываетпока нерешеннаяпроблемакинетическихнеустойчивостей плазмы из-за большой плотности ядер гелия, снижаются требованиянамощностьдополнительногонагреваи генерациитока,становитсяболеепонятнойситуацияс первой стенкой. Все эти обстоятельства позволяют приступить в настоящее время к эскизному, а затем и техническому проектированию ТИН уже на основе существующихзнаний.Быстроезавершениепроектныхработ плазменнойчастипроектавозможноврезультатеиспользования громадного опыта, накопленного в проекте ИТЭР.Поэтому,еслибудетпризнано,чтоТИНможет сыграть важную роль в развитии атомной энергетики на новомэтапеееразвития,топриобъединенииусилий атомно-энергетическогоитермоядерногосообществ опытнаяустановкабудетсозданавкороткиесроки, опытно-промышленныйреакторснаработкойпорядка тонны и более топлива в год - уже к 2030 г.ЗаключениеИсследования по управляемому термоядерному синтезувступиливзаключительнуюфазу,когдадолжен быть дан ответ на вопрос о возможности практического использованиясинтезавэнергетике.Хотявышеотмечалисьбольшиефизические,материаловедческиеи технологическиепроблемытермоядерногосинтеза, сегоднясуществуетпониманиепутейихрешения. Сложностьтехнологийтермоядернойэнергетики,конечно,препятствуетееосвоению,ноконкурентоспособностьэкономикиТЭС,еепреимуществавэкологическойбезопасностистимулируютихпреодоление.С другойстороны, решение задач термоядерного синтеза ужепривелоинесомненноприведетвдальнейшемк появлению многих новых технологий в разных областях промышленности,наукиимедицины.Можносказать, что опосредованно затраты на термоядерный синтез уже многократно окупились. В тяжелые 1990-е годы российскиепредприятия,выполнявшиеработыпопроектированию и моделированию систем ИТЭР, получили зарубежные заказы на общую сумму, превышающую финансированиеэтихработМинатомом.Участиевпроекте позволилосохранитьиразвитьрядвысокоинтеллектуальныхивысокотехнологичныхпредприятий.Будущее страны лежит в области инновационного развития, а не впоставкеэнергоресурсовнамировойрынок.Работы надтермоядернойэнергетикойоднаизкомпонентинновационного развития.Успехтермоядернойэнергетикибудетозначатьосвобождениеотресурснойтопливнойзависимостии переходкпринципиальнодругомутопливномуциклу. Основойдляееовладениябудетинтеллектуальный ресурс,способностьгосударствавладетьиразвивать высокотехнологичныеобластипромышленности,выступать с ними на мировом рынке.Несомненно,чтоуспехтермоядернойэнергетики, основанныйнатокамаке-реакторе,откроет,какив атомнойэнергетике,путькразвитиюидругихтипов термоядерныхреакторов,вчастности,основанныхна инерционном удержании.И,наконец,провозглашенныепланыускоренного развития атомной энергетики стимулируют к возобновлениюанализаперспективностигибридныхреакторов деления-синтеза на новом уровне знаний, накопленных как в термоядерных исследованиях, так и атомной энергетике. Если анализ докажет перспективность и необходимостьсозданиятермоядерныхнейтронныхисточниковдлянаработкитопливаитрансмутации,будетоткрыт кратчайший путь к практическому использованию термоядерной энергетики.Список литературы1.Энергетика сегодня и завтра / Под ред. А.Ф. Дьякова.- М.: Энергоатомиздат, 1990.- 344с. 2.Беловодский Л.В., Петрин С.В., Петрина Л.С. Критерии безопасности для термоядерных энергетических установок.Международныйнаучныйжурнал«Альтернативная энергетика и экология», №10, 2010 г.3. УДК 621.039- Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева).Термоядерная энергетика – крупнейший международный инновационный проект В. П. Смирнов 2008, т. LII, № 6 c. 79-944. Митришкин Ю.В., Докука В.Н., Хайрутдинов Р.Р., Кадурин А.В., Сушин И.С., Коростелев А.Я. Методология проектирования системы магнитного управления плазмой в термоядерном токамаке-реакторе // Идентификация систем и задачи управления (SICPRO'08). — 2008. — С. 1752—1795.5. Семенов И. Энергетика будущего: управляемый термоядерный синтез. Что такое термоядерный реактор ИТЭР и почему так важно его создание? Материалы лекции, прочитанной 27 ноября 2008 года в ФИАНе.6. Велихов Е.П. и др. Атом. энергия, 1978, т. 45, вып.1.7.Горностаев Б.Д., Гурьев В.В. и др. Тр. 2 советско-американского семинара, 14 марта — 14 апреля, 1977, М. Атомиздат, 1978.