ระยะทางถึงดาวเคราะห์น้อยในแถบไคเปอร์ “ด่านชายแดน” นอกระบบสุริยะ

ปัจจุบัน หลายประเทศมีส่วนร่วมในการวิจัยแสนสาหัส ผู้นำ ได้แก่ สหภาพยุโรป สหรัฐอเมริกา รัสเซีย และญี่ปุ่น ในขณะที่โครงการในจีน บราซิล แคนาดา และเกาหลี กำลังขยายตัวอย่างรวดเร็ว ในขั้นต้น เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันในสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียตมีความเกี่ยวข้องกับการพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์ และยังคงจำแนกอยู่จนกระทั่งการประชุมอะตอมเพื่อสันติภาพ ซึ่งจัดขึ้นที่เจนีวาในปี พ.ศ. 2501 หลังจากการสร้างโทคามักของโซเวียต การวิจัยนิวเคลียร์ฟิวชันก็กลายเป็น "วิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่" ในทศวรรษ 1970 แต่ค่าใช้จ่ายและความซับซ้อนของอุปกรณ์เพิ่มขึ้นจนถึงจุดที่ความร่วมมือระหว่างประเทศกลายเป็นหนทางเดียวที่จะก้าวไปข้างหน้า

เครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ในโลก

นับตั้งแต่ทศวรรษ 1970 การใช้พลังงานฟิวชันเชิงพาณิชย์ถูกเลื่อนออกไปอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 40 ปี อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีเหตุการณ์มากมายเกิดขึ้นซึ่งอาจส่งผลให้ช่วงเวลานี้สั้นลง

มีการสร้างโทคามักก์ขึ้นหลายแห่ง รวมถึง European JET, British MAST และเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันทดลอง TFTR ที่เมืองพรินซ์ตัน สหรัฐอเมริกา ขณะนี้โครงการ ITER ระหว่างประเทศอยู่ระหว่างการก่อสร้างในเมือง Cadarache ประเทศฝรั่งเศส มันจะเป็นโทคามักที่ใหญ่ที่สุดเมื่อเริ่มให้บริการในปี 2563 ในปี 2030 จีนจะสร้าง CFETR ซึ่งจะแซงหน้า ITER ในขณะเดียวกัน จีนกำลังดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับการทดลองตัวนำยิ่งยวด tokamak EAST

เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันอีกประเภทหนึ่งซึ่งก็คือสเตเลเตอร์ ก็ได้รับความนิยมในหมู่นักวิจัยเช่นกัน LHD ที่ใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่งเริ่มทำงานที่สถาบันแห่งชาติญี่ปุ่นในปี 1998 ใช้เพื่อค้นหาการกำหนดค่าแม่เหล็กที่ดีที่สุดสำหรับการกักขังพลาสมา สถาบันมักซ์พลังค์แห่งเยอรมนีดำเนินการวิจัยที่เครื่องปฏิกรณ์ Wendelstein 7-AS ในเมือง Garching ระหว่างปี 1988 ถึง 2002 และปัจจุบันอยู่ที่เครื่องปฏิกรณ์ Wendelstein 7-X ซึ่งใช้เวลาก่อสร้างมากกว่า 19 ปี เครื่องสร้างดาวฤกษ์ TJII อีกเครื่องหนึ่งกำลังปฏิบัติการในกรุงมาดริด ประเทศสเปน ในสหรัฐอเมริกา Princeton Laboratory (PPPL) ซึ่งสร้างเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันประเภทนี้เครื่องแรกในปี 1951 ได้หยุดการก่อสร้าง NCSX ในปี 2008 เนื่องจากต้นทุนเกินกำหนดและขาดเงินทุน

นอกจากนี้ยังมีความก้าวหน้าที่สำคัญในการวิจัยฟิวชันเฉื่อย การก่อสร้างระบบจุดระเบิดแห่งชาติ (NIF) มูลค่า 7 พันล้านดอลลาร์ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลิเวอร์มอร์ (LLNL) ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนจากสำนักงานความมั่นคงนิวเคลียร์แห่งชาติ แล้วเสร็จในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2552 French Laser Mégajoule (LMJ) เริ่มดำเนินการในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2557 เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นใช้เลเซอร์ที่ส่งพลังงานแสงประมาณ 2 ล้านจูลภายในเวลาไม่กี่พันล้านวินาทีไปยังเป้าหมายที่มีขนาดไม่กี่มิลลิเมตรเพื่อกระตุ้นปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ภารกิจหลักของ NIF และ LMJ คือการวิจัยเพื่อสนับสนุนโครงการนิวเคลียร์ของกองทัพระดับชาติ

มัน

ในปี พ.ศ. 2528 สหภาพโซเวียตเสนอให้สร้างโทคามักรุ่นต่อไปร่วมกับยุโรป ญี่ปุ่น และสหรัฐอเมริกา งานนี้ดำเนินการภายใต้การอุปถัมภ์ของ IAEA ระหว่างปี พ.ศ. 2531 ถึง พ.ศ. 2533 การออกแบบครั้งแรกสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ทดลองเทอร์โมนิวเคลียร์ระหว่างประเทศ ITER ซึ่งแปลว่า "เส้นทาง" หรือ "การเดินทาง" ในภาษาละติน ได้รับการออกแบบมาเพื่อพิสูจน์ว่าฟิวชันสามารถผลิตพลังงานได้มากกว่าที่ดูดซับไว้ แคนาดาและคาซัคสถานก็เข้าร่วมด้วย โดยมี Euratom และรัสเซียเป็นสื่อกลางตามลำดับ

หกปีต่อมา คณะกรรมการ ITER ได้อนุมัติการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์แบบครอบคลุมเครื่องแรกโดยอิงจากฟิสิกส์และเทคโนโลยีที่เป็นที่ยอมรับ โดยมีมูลค่า 6 พันล้านดอลลาร์ จากนั้นสหรัฐฯ ก็ถอนตัวออกจากกลุ่ม ซึ่งบังคับให้พวกเขาลดต้นทุนลงครึ่งหนึ่งและเปลี่ยนโครงการ ผลลัพธ์ที่ได้คือ ITER-FEAT ซึ่งมีราคา 3 พันล้านดอลลาร์ แต่ได้รับการตอบสนองแบบยั่งยืนและสมดุลพลังงานเชิงบวก

ในปี พ.ศ. 2546 สหรัฐอเมริกาได้กลับเข้าร่วมกลุ่มดังกล่าวอีกครั้ง และจีนได้ประกาศความปรารถนาที่จะเข้าร่วม ด้วยเหตุนี้ ในช่วงกลางปี ​​2548 พันธมิตรจึงตกลงที่จะสร้าง ITER ในเมือง Cadarache ทางตอนใต้ของฝรั่งเศส สหภาพยุโรปและฝรั่งเศสบริจาคเงินครึ่งหนึ่งของจำนวน 12.8 พันล้านยูโร ในขณะที่ญี่ปุ่น จีน เกาหลีใต้ สหรัฐอเมริกา และรัสเซียบริจาคคนละ 10% ญี่ปุ่นจัดหาส่วนประกอบที่มีเทคโนโลยีสูง ดูแลโรงงาน IFMIF มูลค่า 1 พันล้านยูโรที่ออกแบบมาเพื่อทดสอบวัสดุ และมีสิทธิ์สร้างเครื่องปฏิกรณ์ทดสอบเครื่องถัดไป ต้นทุนรวมของ ITER ประกอบด้วยต้นทุนครึ่งหนึ่งสำหรับการก่อสร้าง 10 ปี และอีกครึ่งหนึ่งสำหรับการดำเนินงาน 20 ปี อินเดียกลายเป็นสมาชิกคนที่เจ็ดของ ITER เมื่อปลายปี พ.ศ. 2548

การทดลองมีกำหนดจะเริ่มในปี 2561 โดยใช้ไฮโดรเจนเพื่อหลีกเลี่ยงการเปิดใช้งานแม่เหล็ก ไม่คาดว่าจะมีการใช้ D-T plasma ก่อนปี 2026

เป้าหมายของ ITER คือการสร้าง 500 MW (อย่างน้อย 400 วินาที) โดยใช้กำลังไฟเข้าน้อยกว่า 50 MW โดยไม่ต้องผลิตไฟฟ้า

โรงไฟฟ้าสาธิตขนาด 2 กิกะวัตต์ของบริษัทเดโมจะผลิตไฟฟ้าขนาดใหญ่ได้อย่างต่อเนื่อง การออกแบบแนวคิดของการสาธิตจะแล้วเสร็จภายในปี 2560 โดยจะเริ่มก่อสร้างในปี 2567 การเปิดตัวจะมีขึ้นในปี 2576

เจ็ต

ในปี 1978 สหภาพยุโรป (Euratom, สวีเดน และสวิตเซอร์แลนด์) ได้เริ่มโครงการร่วมยุโรป JET ในสหราชอาณาจักร ปัจจุบัน JET เป็นเครื่องโทคามักที่ใหญ่ที่สุดในโลก เครื่องปฏิกรณ์ JT-60 ที่คล้ายกันนี้ทำงานที่สถาบันฟิวชั่นแห่งชาติของญี่ปุ่น แต่มีเพียง JET เท่านั้นที่สามารถใช้เชื้อเพลิงดิวทีเรียม-ทริเทียมได้

เครื่องปฏิกรณ์นี้เปิดตัวในปี พ.ศ. 2526 และกลายเป็นการทดลองครั้งแรก ซึ่งส่งผลให้มีการควบคุมฟิวชั่นแสนสาหัสด้วยกำลังสูงถึง 16 เมกะวัตต์ต่อหนึ่งวินาที และพลังงานคงที่ 5 เมกะวัตต์บนพลาสมาดิวทีเรียม-ทริเทียมในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2534 มีการทดลองหลายครั้งเพื่อศึกษาแผนการทำความร้อนและเทคนิคอื่นๆ

การปรับปรุง JET เพิ่มเติมเกี่ยวข้องกับการเพิ่มพลังของมัน เครื่องปฏิกรณ์ขนาดกะทัดรัด MAST กำลังได้รับการพัฒนาร่วมกับ JET และเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ ITER

เคสตาร์

K-STAR เป็นโทคามักตัวนำยิ่งยวดของเกาหลีจากสถาบันวิจัยฟิวชั่นแห่งชาติ (NFRI) ในเมืองแทจอน ซึ่งผลิตพลาสมาตัวแรกในช่วงกลางปี ​​2551 ITER ซึ่งเป็นผลมาจากความร่วมมือระหว่างประเทศ Tokamak รัศมี 1.8 เมตรเป็นเครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกที่ใช้แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด Nb3Sn ซึ่งเป็นแบบเดียวกับที่วางแผนไว้สำหรับ ITER ในช่วงระยะแรกซึ่งแล้วเสร็จภายในปี 2555 K-STAR จะต้องพิสูจน์ความเป็นไปได้ของเทคโนโลยีพื้นฐานและบรรลุผลพลาสมาพัลส์ที่ยาวนานถึง 20 วินาที ในระยะที่สอง (พ.ศ. 2556-2560) กำลังได้รับการปรับปรุงให้ทันสมัยเพื่อศึกษาพัลส์ยาวสูงสุด 300 วินาทีในโหมด H และเปลี่ยนเป็นโหมด AT ประสิทธิภาพสูง เป้าหมายของระยะที่สาม (2018-2023) คือการบรรลุผลผลิตและประสิทธิภาพสูงในโหมดพัลส์ระยะยาว ในขั้นตอนที่ 4 (พ.ศ. 2566-2568) เทคโนโลยี DEMO จะได้รับการทดสอบ อุปกรณ์ไม่สามารถทำงานกับไอโซโทปและไม่ใช้เชื้อเพลิง D-T

K-สาธิต

K-DEMO ได้รับการพัฒนาด้วยความร่วมมือกับ Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) ของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ และ NFRI ของเกาหลีใต้ โดยมีเป้าหมายเพื่อเป็นก้าวต่อไปในการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์เชิงพาณิชย์นอกเหนือจาก ITER และจะเป็นโรงไฟฟ้าแห่งแรกที่สามารถสร้างพลังงานให้กับ โครงข่ายไฟฟ้าคือ 1 ล้านกิโลวัตต์ภายในไม่กี่สัปดาห์ โดยจะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 6.65 ม. และจะมีโมดูลโซนการทำซ้ำที่สร้างขึ้นโดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ DEMO กระทรวงศึกษาธิการ วิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีของเกาหลีวางแผนที่จะลงทุนประมาณหนึ่งล้านล้านวอน (941 ล้านดอลลาร์) ในนั้น

ทิศตะวันออก

Tokamak (EAST) ตัวนำยิ่งยวดขั้นสูงเชิงทดลองของจีนที่สถาบันฟิสิกส์ของจีนในเมืองเหอเฟยได้สร้างพลาสมาไฮโดรเจนที่อุณหภูมิ 50 ล้าน°C และคงไว้เป็นเวลา 102 วินาที

ทีทีอาร์

ที่ห้องปฏิบัติการ PPPL ของสหรัฐอเมริกา เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันทดลอง TFTR ดำเนินการตั้งแต่ปี 1982 ถึง 1997 ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2536 TFTR ได้กลายเป็นโทคามักแม่เหล็กตัวแรกที่ทำการทดลองพลาสมาดิวทีเรียม-ทริเทียมอย่างกว้างขวาง ในปีต่อมา เครื่องปฏิกรณ์ผลิตพลังงานที่ควบคุมได้ในขณะนั้นถึง 10.7 เมกะวัตต์ และในปี พ.ศ. 2538 อุณหภูมิก็สูงถึง 510 ล้าน°C อย่างไรก็ตาม โรงงานแห่งนี้ไม่ได้บรรลุเป้าหมายคุ้มทุนของพลังงานฟิวชัน แต่บรรลุเป้าหมายการออกแบบฮาร์ดแวร์ได้สำเร็จ ซึ่งมีส่วนสำคัญต่อการพัฒนา ITER

แอลเอชดี

LHD ที่สถาบันฟิวชั่นแห่งชาติของญี่ปุ่นในเมืองโทกิ จังหวัดกิฟุ ถือเป็นดาวฤกษ์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันเปิดตัวในปี 1998 และแสดงให้เห็นคุณสมบัติการกักเก็บด้วยพลาสมาเทียบได้กับโรงงานขนาดใหญ่อื่นๆ อุณหภูมิไอออนอยู่ที่ 13.5 keV (ประมาณ 160 ล้าน°C) และพลังงาน 1.44 MJ

เวนเดลสไตน์ 7-X

หลังจากการทดสอบหนึ่งปี ซึ่งเริ่มในปลายปี 2015 อุณหภูมิของฮีเลียมก็สูงถึง 1 ล้าน°C ในช่วงสั้นๆ ในปี 2016 เครื่องปฏิกรณ์ไฮโดรเจนพลาสมาฟิวชั่นที่ใช้พลังงาน 2 เมกะวัตต์ มีอุณหภูมิถึง 80 ล้าน°C ภายในหนึ่งในสี่ของวินาที W7-X เป็นเครื่องสร้างดาวฤกษ์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก และมีแผนจะใช้งานอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 30 นาที ราคาของเครื่องปฏิกรณ์อยู่ที่ 1 พันล้านยูโร

นิฟ

ระบบจุดระเบิดแห่งชาติ (NIF) ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลิเวอร์มอร์ (LLNL) สร้างเสร็จในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2552 ด้วยการใช้ลำแสงเลเซอร์ 192 ลำ NIF สามารถรวมพลังงานได้มากกว่าระบบเลเซอร์ใดๆ ก่อนหน้านี้ถึง 60 เท่า

ฟิวชั่นเย็น

ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2532 นักวิจัยสองคน ได้แก่ American Stanley Pons และ Martin Fleischman ชาวอังกฤษ ได้ประกาศว่าพวกเขาได้เปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันเย็นแบบตั้งโต๊ะที่เรียบง่ายซึ่งทำงานที่อุณหภูมิห้อง กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการอิเล็กโทรไลซิสของน้ำหนักโดยใช้อิเล็กโทรดแพลเลเดียมซึ่งมีนิวเคลียสดิวทีเรียมเข้มข้นจนมีความหนาแน่นสูง นักวิจัยกล่าวว่ามันผลิตความร้อนที่สามารถอธิบายได้ในแง่ของกระบวนการนิวเคลียร์เท่านั้น และยังมีผลพลอยได้จากฟิวชัน เช่น ฮีเลียม ทริเทียม และนิวตรอน อย่างไรก็ตาม ผู้ทดลองคนอื่นๆ ไม่สามารถทำการทดลองนี้ซ้ำได้ ชุมชนวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ไม่เชื่อว่าเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันเย็นมีจริง

ปฏิกิริยานิวเคลียร์พลังงานต่ำ

ริเริ่มโดยอ้างว่า "เย็นฟิวชั่น" การวิจัยยังคงดำเนินต่อไปในสาขาพลังงานต่ำโดยมีการสนับสนุนเชิงประจักษ์บางประการ แต่ไม่มีคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป เห็นได้ชัดว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบอ่อนถูกนำมาใช้เพื่อสร้างและจับนิวตรอน (และไม่ใช่พลังอันทรงพลังเหมือนในปฏิกิริยาฟิวชัน) การทดลองเกี่ยวข้องกับไฮโดรเจนหรือดิวทีเรียมที่ผ่านชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาและทำปฏิกิริยากับโลหะ นักวิจัยรายงานการปลดปล่อยพลังงานที่สังเกตได้ ตัวอย่างในทางปฏิบัติหลักคือปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับผงนิกเกิล ซึ่งปล่อยความร้อนออกมาในปริมาณที่มากกว่าปฏิกิริยาเคมีใดๆ ที่จะเกิดขึ้นได้

โรงไฟฟ้าฟิวชั่น

ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานเกี่ยวกับการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แสนสาหัสซึ่งมีข้อดีคือการให้กระแสไฟฟ้าแก่มนุษยชาติในเวลาไม่ จำกัด โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แสนสาหัสทำงานบนพื้นฐานของฟิวชั่นแสนสาหัส - ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ไอโซโทปไฮโดรเจนหนักด้วยการก่อตัวของฮีเลียมและการปล่อยพลังงาน ปฏิกิริยาฟิวชันแสนสาหัสไม่ก่อให้เกิดกากกัมมันตภาพรังสีที่เป็นก๊าซหรือของเหลว และไม่ผลิตพลูโตเนียมซึ่งใช้ในการผลิตอาวุธนิวเคลียร์ หากเราคำนึงด้วยว่าเชื้อเพลิงสำหรับสถานีเทอร์โมนิวเคลียร์จะเป็นดิวทีเรียมไอโซโทปไฮโดรเจนหนักซึ่งได้มาจากน้ำธรรมดา - น้ำครึ่งลิตรมีพลังงานฟิวชันเทียบเท่ากับที่ได้จากการเผาไหม้น้ำมันเบนซินหนึ่งถัง - ดังนั้นข้อดีของ โรงไฟฟ้าที่อยู่บนพื้นฐานของปฏิกิริยาแสนสาหัสจะเห็นได้ชัด

ในระหว่างปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ พลังงานจะถูกปล่อยออกมาเมื่ออะตอมของแสงรวมตัวกันและเปลี่ยนเป็นอะตอมที่หนักกว่า เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ จำเป็นต้องให้ความร้อนแก่แก๊สให้มีอุณหภูมิสูงกว่า 100 ล้านองศา ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิที่ใจกลางดวงอาทิตย์มาก

ก๊าซที่อุณหภูมินี้จะกลายเป็นพลาสมา ในเวลาเดียวกัน อะตอมของไอโซโทปไฮโดรเจนรวมตัวกัน กลายเป็นอะตอมฮีเลียมและนิวตรอน และปล่อยพลังงานจำนวนมากออกมา โรงไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ที่ทำงานบนหลักการนี้จะใช้พลังงานของนิวตรอนที่ถูกกลั่นกรองโดยชั้นของวัสดุที่มีความหนาแน่นสูง (ลิเธียม)

เมื่อเปรียบเทียบกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันจะทิ้งกากกัมมันตรังสีน้อยกว่ามาก

เครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัสระหว่างประเทศ ITER

ผู้เข้าร่วมในกลุ่มระหว่างประเทศเพื่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสเครื่องแรกของโลก ITER ได้ลงนามในข้อตกลงในกรุงบรัสเซลส์ที่เปิดตัวการดำเนินงานจริงของโครงการ

ตัวแทนของสหภาพยุโรป สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น จีน เกาหลีใต้ และรัสเซีย ตั้งใจที่จะเริ่มก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ทดลองในปี พ.ศ. 2550 และแล้วเสร็จภายในแปดปี หากทุกอย่างเป็นไปตามแผน ภายในปี 2583 โรงไฟฟ้าสาธิตที่ใช้หลักการใหม่จะถูกสร้างขึ้นได้

ฉันอยากจะเชื่อว่ายุคของโรงไฟฟ้าพลังน้ำและนิวเคลียร์ที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมกำลังจะสิ้นสุดลงในไม่ช้า และเวลาจะมาถึงสำหรับโรงไฟฟ้าแห่งใหม่ - โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แสนสาหัสซึ่งโครงการได้ดำเนินการไปแล้ว แต่ถึงแม้ว่าโครงการ ITER (International Thermonuclear Reactor) เกือบจะพร้อมแล้วก็ตาม แม้ว่าที่จริงแล้วในการปฏิบัติการเครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ครั้งแรกนั้นได้รับพลังงานเกิน 10 MW ซึ่งเป็นระดับของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรก แต่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แสนสาหัสแห่งแรกจะไม่เริ่มทำงานเร็วกว่าในยี่สิบปีเนื่องจากต้นทุนสูงมาก . ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานอยู่ที่ประมาณ 10 พันล้านยูโร - นี่เป็นโครงการโรงไฟฟ้าระหว่างประเทศที่แพงที่สุด ค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ครึ่งหนึ่งอยู่ภายใต้สหภาพยุโรป ผู้เข้าร่วมกลุ่มอื่น ๆ จะจัดสรร 10% ของประมาณการ

ขณะนี้แผนการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งจะกลายเป็นโครงการทางวิทยาศาสตร์ร่วมที่มีราคาแพงที่สุดเท่าที่เคยมีมา จะต้องได้รับการอนุมัติจากสมาชิกรัฐสภาของประเทศสมาชิกสมาคม

เครื่องปฏิกรณ์จะถูกสร้างขึ้นในจังหวัดโพรวองซ์ทางตอนใต้ของฝรั่งเศส ใกล้กับเมืองกาดาราช ซึ่งเป็นที่ตั้งของศูนย์วิจัยนิวเคลียร์ของฝรั่งเศส

เทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันที่ควบคุมได้คือความฝันสีน้ำเงินของนักฟิสิกส์และบริษัทพลังงาน ซึ่งพวกเขาใฝ่หามานานหลายทศวรรษ การติดดวงอาทิตย์เทียมเป็นความคิดที่ดี “แต่ปัญหาคือเราไม่รู้วิธีสร้างกล่องแบบนี้”- ปิแอร์ กิลส์ เดอ เกนส์ ผู้ได้รับรางวัลโนเบล กล่าวในปี 1991 อย่างไรก็ตาม ภายในกลางปี ​​2561 เรารู้แล้วว่าต้องทำอย่างไร และเรากำลังสร้างด้วยซ้ำ ผู้ที่มีความคิดที่ดีที่สุดในโลกกำลังทำงานในโครงการเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัส ITER ซึ่งเป็นการทดลองทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ที่มีความทะเยอทะยานและมีราคาแพงที่สุด

เครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวมีราคาสูงกว่าเครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ถึงห้าเท่า นักวิทยาศาสตร์หลายร้อยคนทั่วโลกกำลังทำงานในโครงการนี้ เงินทุนของบริษัทอาจเกิน 19 พันล้านยูโรได้อย่างง่ายดาย และพลาสมาตัวแรกจะถูกปล่อยเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2568 เท่านั้น แม้ว่าจะมีความล่าช้าอย่างต่อเนื่อง ปัญหาทางเทคโนโลยี และเงินทุนไม่เพียงพอจากประเทศที่เข้าร่วมแต่ละประเทศ แต่ "เครื่องจักรการเคลื่อนที่ตลอดกาล" ที่ใช้เทอร์โมนิวเคลียร์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกก็กำลังถูกสร้างขึ้น มันมีข้อดีมากกว่าข้อเสียมาก อันไหน? เราเริ่มต้นเรื่องราวเกี่ยวกับโครงการก่อสร้างทางวิทยาศาสตร์ที่ทะเยอทะยานที่สุดในยุคของเราด้วยทฤษฎี

โทคามักคืออะไร?

ภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิและแรงโน้มถ่วงมหาศาล ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชั่นเกิดขึ้นในส่วนลึกของดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์อื่นๆ นิวเคลียสของไฮโดรเจนชนกัน ก่อตัวเป็นอะตอมฮีเลียมที่หนักกว่า และในขณะเดียวกันก็ปล่อยนิวตรอนและพลังงานจำนวนมหาศาลออกมา

วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ได้ข้อสรุปว่าที่อุณหภูมิเริ่มต้นต่ำสุด พลังงานจำนวนมากที่สุดจะเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างไอโซโทปของไฮโดรเจน - ดิวเทอเรียมและทริเทียม แต่เงื่อนไขสามประการมีความสำคัญสำหรับสิ่งนี้: อุณหภูมิสูง (ประมาณ 150 ล้านองศาเซลเซียส) ความหนาแน่นของพลาสมาสูง และเวลาในการกักเก็บพลาสมาสูง

ความจริงก็คือเราไม่สามารถสร้างความหนาแน่นมหาศาลเช่นดวงอาทิตย์ได้ สิ่งที่เหลืออยู่คือการทำให้แก๊สมีสถานะเป็นพลาสมาโดยใช้อุณหภูมิที่สูงเป็นพิเศษ แต่ไม่มีวัสดุใดที่สามารถทนต่อการสัมผัสกับพลาสมาร้อนเช่นนี้ได้ ในการทำเช่นนี้ นักวิชาการ Andrei Sakharov (ตามคำแนะนำของ Oleg Lavrentyev) ในปี 1950 ได้เสนอให้ใช้ห้อง toroidal (รูปโดนัทกลวง) ที่มีสนามแม่เหล็กที่จะยึดพลาสมา ต่อมาจึงได้บัญญัติศัพท์ว่า โตกมัก

โรงไฟฟ้าสมัยใหม่ การเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล แปลงพลังงานกล (เช่น การหมุนของกังหัน) ให้เป็นไฟฟ้า Tokamak จะใช้พลังงานฟิวชันซึ่งดูดซับเป็นความร้อนที่ผนังของอุปกรณ์ เพื่อให้ความร้อนและผลิตไอน้ำซึ่งจะหมุนกังหัน

โทคามักตัวแรกของโลก โซเวียต T-1 1954

โทคามัคทดลองขนาดเล็กถูกสร้างขึ้นทั่วโลก และพวกเขาก็พิสูจน์ได้สำเร็จว่าบุคคลสามารถสร้างพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงและเก็บไว้ในสถานะคงที่ได้ระยะหนึ่ง แต่การออกแบบทางอุตสาหกรรมยังห่างไกลออกไป

การติดตั้ง T-15 1980

ข้อดีและข้อเสียของเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทั่วไปใช้พลังงานเชื้อเพลิงกัมมันตรังสีหลายสิบตัน (ซึ่งในที่สุดจะกลายเป็นกากกัมมันตรังสีหลายสิบตัน) ในขณะที่เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันต้องการไอโซโทปและดิวทีเรียมเพียงหลายร้อยกรัม สิ่งแรกที่สามารถผลิตได้ในเครื่องปฏิกรณ์เอง: นิวตรอนที่ปล่อยออกมาในระหว่างการสังเคราะห์จะส่งผลกระทบต่อผนังของเครื่องปฏิกรณ์ที่มีลิเธียมเจือปนซึ่งมีไอโซโทปปรากฏขึ้น ปริมาณสำรองลิเธียมจะมีอายุการใช้งานนับพันปี จะไม่ขาดแคลนดิวทีเรียม - ผลิตในโลกนับหมื่นตันต่อปี

เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันไม่ก่อให้เกิดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ซึ่งเป็นเรื่องปกติของเชื้อเพลิงฟอสซิล และผลพลอยได้ในรูปฮีเลียม-4 จะเป็นก๊าซเฉื่อยที่ไม่เป็นอันตราย

นอกจากนี้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสยังปลอดภัยอีกด้วย ในภัยพิบัติใดๆ ปฏิกิริยาแสนสาหัสจะหยุดลงโดยไม่มีผลกระทบร้ายแรงต่อสิ่งแวดล้อมหรือบุคลากร เนื่องจากไม่มีอะไรจะสนับสนุนปฏิกิริยาฟิวชันได้ กล่าวคือ ต้องมีสภาวะโรงร้อนเกินไป

อย่างไรก็ตาม เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสก็มีข้อเสียเช่นกัน ประการแรก นี่คือความยากลำบากซ้ำซากในการเริ่มต้นปฏิกิริยาการพึ่งพาตนเอง เธอต้องการสุญญากาศแบบลึก ระบบกักขังแม่เหล็กที่ซับซ้อนต้องใช้ขดลวดแม่เหล็กที่มีตัวนำยิ่งยวดขนาดใหญ่

และอย่าลืมเรื่องรังสี แม้จะมีทัศนคติแบบเหมารวมบางประการเกี่ยวกับความไม่เป็นอันตรายของเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัส แต่การทิ้งระเบิดนิวตรอนที่เกิดขึ้นระหว่างฟิวชันนั้นไม่สามารถยกเลิกได้ การทิ้งระเบิดนี้ส่งผลให้เกิดรังสี ดังนั้นการบำรุงรักษาเครื่องปฏิกรณ์จึงต้องดำเนินการจากระยะไกล เมื่อมองไปข้างหน้า สมมติว่าหลังจากเปิดตัว หุ่นยนต์จะดูแล ITER tokamak โดยตรง

นอกจากนี้ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีอาจเป็นอันตรายได้หากเข้าสู่ร่างกาย จริงอยู่ที่การดูแลการจัดเก็บที่เหมาะสมและสร้างสิ่งกีดขวางด้านความปลอดภัยตามเส้นทางการกระจายที่เป็นไปได้ทั้งหมดในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุก็เพียงพอแล้ว นอกจากนี้ครึ่งชีวิตของไอโซโทปคือ 12 ปี

เมื่อวางรากฐานขั้นต่ำที่จำเป็นของทฤษฎีแล้ว คุณสามารถไปยังฮีโร่ของบทความได้

โครงการที่ทะเยอทะยานที่สุดในยุคของเรา

ในปี 1985 การประชุมส่วนตัวครั้งแรกของหัวหน้าสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกาในรอบหลายปีเกิดขึ้นที่เจนีวา ก่อนหน้านี้ สงครามเย็นได้มาถึงจุดสูงสุดแล้ว: มหาอำนาจคว่ำบาตรการแข่งขันกีฬาโอลิมปิก สร้างศักยภาพทางนิวเคลียร์ และจะไม่เข้าร่วมการเจรจาใดๆ การประชุมสุดยอดของทั้งสองประเทศในดินแดนที่เป็นกลางนี้มีความโดดเด่นในสถานการณ์สำคัญอีกประการหนึ่ง ในระหว่างนั้น มิคาอิล กอร์บาชอฟ เลขาธิการคณะกรรมการกลาง CPSU เสนอให้ดำเนินโครงการระหว่างประเทศร่วมเพื่อพัฒนาพลังงานแสนสาหัสเพื่อจุดประสงค์ทางสันติ

พวกเขามาถึงฝรั่งเศสทางทะเล และจากท่าเรือไปยังสถานที่ก่อสร้างจะถูกส่งไปตามถนนที่ได้รับการดัดแปลงเป็นพิเศษโดยรัฐบาลฝรั่งเศส ประเทศนี้ใช้เงิน 110 ล้านยูโรและทำงาน 4 ปีบนเส้นทาง ITER 104 กม. เส้นทางได้รับการขยายและเข้มแข็งขึ้น ความจริงก็คือภายในปี 2564 ขบวนรถ 250 ขบวนที่บรรทุกสินค้าจำนวนมากจะผ่านไป ส่วนที่หนักที่สุดถึง 900 ตันสูงสุด - 10 เมตรยาวที่สุด - 33 เมตร

ITER ยังไม่ได้ถูกนำไปใช้งาน อย่างไรก็ตาม มีโครงการสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน DEMO อยู่แล้ว โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อแสดงให้เห็นถึงความน่าสนใจของการใช้เทคโนโลยีดังกล่าวในเชิงพาณิชย์ คอมเพล็กซ์นี้จะต้องสร้างพลังงานอย่างต่อเนื่อง (และไม่ใช่พัลส์เช่น ITER) 2 GW

ระยะเวลาของโครงการระดับโลกใหม่นั้นขึ้นอยู่กับความสำเร็จของ ITER แต่ตามแผนปี 2555 การเปิดตัว DEMO ครั้งแรกจะเกิดขึ้นไม่ช้ากว่าปี 2587

ITER - เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสระหว่างประเทศ (ITER)

การใช้พลังงานของมนุษย์มีการเติบโตทุกปี ซึ่งผลักดันภาคส่วนพลังงานไปสู่การพัฒนาอย่างแข็งขัน ดังนั้นด้วยการเกิดขึ้นของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ปริมาณพลังงานที่สร้างขึ้นทั่วโลกจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก ซึ่งทำให้สามารถใช้พลังงานได้อย่างปลอดภัยสำหรับทุกความต้องการของมนุษยชาติ ตัวอย่างเช่น 72.3% ของการผลิตไฟฟ้าในฝรั่งเศสมาจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ในยูเครน - 52.3% ในสวีเดน - 40.0% ในสหราชอาณาจักร - 20.4% ในรัสเซีย - 17.1% อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีไม่หยุดนิ่ง และเพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานเพิ่มเติมของประเทศในอนาคต นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานในโครงการนวัตกรรมหลายโครงการ ซึ่งหนึ่งในนั้นคือ ITER (เครื่องปฏิกรณ์ทดลองเทอร์โมนิวเคลียร์ระหว่างประเทศ)

แม้ว่าความสามารถในการทำกำไรของการติดตั้งนี้ยังคงเป็นปัญหาอยู่ ตามผลงานของนักวิจัยหลายคน การสร้างและการพัฒนาเทคโนโลยีฟิวชั่นเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ควบคุมในเวลาต่อมาอาจส่งผลให้เกิดแหล่งพลังงานที่ทรงพลังและปลอดภัย ลองดูด้านบวกบางประการของการติดตั้งดังกล่าว:

• เชื้อเพลิงหลักของเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัสคือไฮโดรเจนซึ่งหมายถึงเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ไม่มีวันหมดสิ้น
• ไฮโดรเจนสามารถผลิตได้โดยการแปรรูปน้ำทะเล ซึ่งมีอยู่ในประเทศส่วนใหญ่ จากนี้ไปจะไม่สามารถเกิดการผูกขาดทรัพยากรเชื้อเพลิงได้
• ความน่าจะเป็นของการระเบิดฉุกเฉินระหว่างการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัสนั้นน้อยกว่าในระหว่างการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มาก ตามที่นักวิจัยระบุว่า แม้ในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ การปล่อยรังสีจะไม่เป็นอันตรายต่อประชากร ซึ่งหมายความว่าไม่จำเป็นต้องอพยพ
• เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันต่างจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ตรงที่จะผลิตกากกัมมันตภาพรังสีซึ่งมีครึ่งชีวิตสั้น ซึ่งหมายความว่ามันจะสลายตัวเร็วขึ้น นอกจากนี้ยังไม่มีผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ในเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัส
• เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันไม่ต้องการวัสดุที่ใช้สำหรับอาวุธนิวเคลียร์เช่นกัน สิ่งนี้จะช่วยลดความเป็นไปได้ในการปกปิดการผลิตอาวุธนิวเคลียร์โดยการแปรรูปวัสดุตามความต้องการของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัส - มุมมองจากภายใน

อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อบกพร่องทางเทคนิคหลายประการที่นักวิจัยพบอยู่ตลอดเวลา

ตัวอย่างเช่นเชื้อเพลิงรุ่นปัจจุบันที่นำเสนอในรูปแบบของส่วนผสมของดิวเทอเรียมและไอโซโทปจำเป็นต้องมีการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ตัวอย่างเช่น ในตอนท้ายของการทดสอบชุดแรกที่เครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ JET ซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์ที่ใหญ่ที่สุดจนถึงปัจจุบัน เครื่องปฏิกรณ์มีกัมมันตภาพรังสีมากจนต้องมีการพัฒนาระบบบำรุงรักษาหุ่นยนต์พิเศษเพิ่มเติมเพื่อทำการทดลองให้เสร็จสิ้น ปัจจัยที่น่าผิดหวังอีกประการหนึ่งในการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัสคือประสิทธิภาพ - 20% ในขณะที่ประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อยู่ที่ 33-34% และโรงไฟฟ้าพลังความร้อนคือ 40%

การสร้างโครงการ ITER และการเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์

โครงการ ITER ย้อนกลับไปในปี 1985 เมื่อสหภาพโซเวียตเสนอให้มีการสร้าง tokamak ซึ่งเป็นห้องวงแหวนที่มีขดลวดแม่เหล็กซึ่งสามารถกักเก็บพลาสมาได้โดยใช้แม่เหล็ก ทำให้เกิดเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์แสนสาหัสที่จะเกิดขึ้น ในปี 1992 ได้มีการลงนามข้อตกลงสี่ฝ่ายเกี่ยวกับการพัฒนา ITER โดยมีสหภาพยุโรป สหรัฐอเมริกา รัสเซีย และญี่ปุ่น ในปี 1994 สาธารณรัฐคาซัคสถานเข้าร่วมโครงการในปี 2544 - แคนาดาในปี 2546 - เกาหลีใต้และจีนในปี 2548 - อินเดีย ในปี พ.ศ. 2548 ได้มีการกำหนดสถานที่สำหรับการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ - ศูนย์วิจัยพลังงานนิวเคลียร์ Cadarache ประเทศฝรั่งเศส

การก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์เริ่มต้นด้วยการเตรียมหลุมสำหรับวางรากฐาน ดังนั้นพารามิเตอร์ของหลุมคือ 130 x 90 x 17 เมตร โทคามักคอมเพล็กซ์ทั้งหมดจะมีน้ำหนัก 360,000 ตัน โดยโทคามัก 23,000 ตันเอง

องค์ประกอบต่างๆ ของ ITER complex จะได้รับการพัฒนาและส่งมอบไปยังสถานที่ก่อสร้างจากทั่วทุกมุมโลก ดังนั้นในปี 2559 ตัวนำบางส่วนสำหรับคอยล์โปลอยด์จึงได้รับการพัฒนาในรัสเซีย จากนั้นจึงถูกส่งไปยังประเทศจีน ซึ่งจะผลิตคอยล์เอง

เห็นได้ชัดว่างานขนาดใหญ่ดังกล่าวไม่ใช่เรื่องง่ายเลยในการจัดระเบียบ หลายประเทศล้มเหลวในการดำเนินการตามกำหนดการของโครงการซ้ำแล้วซ้ำเล่า ซึ่งส่งผลให้การเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์ถูกเลื่อนออกไปอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นตามข้อความในเดือนมิถุนายนของปีที่แล้ว (2559): “มีการวางแผนการรับ plasma ตัวแรกในเดือนธันวาคม 2568”

กลไกการทำงานของ ITER tokamak

คำว่า "tokamak" มาจากคำย่อของรัสเซีย ซึ่งแปลว่า "ห้องวงแหวนที่มีขดลวดแม่เหล็ก"

หัวใจของโทคามัคคือห้องสุญญากาศที่มีรูปทรงพรู ภายในภายใต้อุณหภูมิและความดันที่รุนแรง ก๊าซเชื้อเพลิงไฮโดรเจนจะกลายเป็นพลาสมา ซึ่งเป็นก๊าซร้อนที่มีประจุไฟฟ้า ดังที่ทราบกันดีว่าสสารของดาวฤกษ์นั้นแสดงด้วยพลาสมา และปฏิกิริยาแสนสาหัสในแกนกลางสุริยะเกิดขึ้นอย่างแม่นยำภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิและความดันสูงขึ้น เงื่อนไขที่คล้ายกันสำหรับการก่อตัว การกักเก็บ การบีบอัด และการให้ความร้อนของพลาสมานั้นถูกสร้างขึ้นโดยขดลวดแม่เหล็กขนาดใหญ่ที่อยู่รอบภาชนะสุญญากาศ อิทธิพลของแม่เหล็กจะจำกัดพลาสมาร้อนจากผนังของภาชนะ

ก่อนเริ่มกระบวนการ อากาศและสิ่งสกปรกจะถูกกำจัดออกจากห้องสุญญากาศ จากนั้นระบบแม่เหล็กที่จะช่วยควบคุมพลาสมาจะถูกชาร์จและนำเชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซเข้ามา เมื่อกระแสไฟฟ้าแรงสูงไหลผ่านถัง ก๊าซจะถูกแยกตัวทางไฟฟ้าและกลายเป็นไอออน (นั่นคือ อิเล็กตรอนออกจากอะตอม) และก่อตัวเป็นพลาสมา

เมื่ออนุภาคพลาสมาถูกกระตุ้นและชนกัน พวกมันก็เริ่มร้อนขึ้นเช่นกัน เทคนิคการให้ความร้อนช่วยทำให้พลาสมามีอุณหภูมิระหว่าง 150 ถึง 300 ล้าน°C อนุภาคที่ "ตื่นเต้น" ถึงระดับนี้สามารถเอาชนะแรงผลักทางแม่เหล็กไฟฟ้าตามธรรมชาติเมื่อชนกัน การชนดังกล่าวจะปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมา

การออกแบบ tokamak ประกอบด้วยองค์ประกอบดังต่อไปนี้:

ถังสุญญากาศ

(“โดนัท”) คือห้องวงแหวนที่ทำจากสแตนเลส เส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่คือ 19 ม. ตัวเล็กคือ 6 ม. และสูง 11 ม. ปริมาตรของห้องคือ 1,400 ม. 3 และน้ำหนักมากกว่า 5,000 ตัน น้ำหล่อเย็นจะไหลเวียนระหว่างผนังซึ่งจะเป็นน้ำกลั่น เพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของน้ำ ผนังด้านในของห้องจะได้รับการปกป้องจากรังสีกัมมันตภาพรังสีโดยใช้ผ้าห่ม

ผ้าห่ม

(“ผ้าห่ม”) – ประกอบด้วยชิ้นส่วน 440 ชิ้นที่ครอบคลุมพื้นผิวด้านในของห้อง พื้นที่จัดเลี้ยงรวม 700 ตร.ม. ชิ้นส่วนแต่ละชิ้นเป็นเทปคาสเซ็ตชนิดหนึ่ง ตัวเครื่องทำจากทองแดง และผนังด้านหน้าสามารถถอดออกได้และทำจากเบริลเลียม พารามิเตอร์ของคาสเซ็ตคือ 1x1.5 ม. และมวลไม่เกิน 4.6 ตัน คาสเซ็ตเบริลเลียมดังกล่าวจะทำให้นิวตรอนพลังงานสูงที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาช้าลง ในระหว่างการกลั่นกรองนิวตรอน ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาและกำจัดออกไปโดยระบบทำความเย็น ควรสังเกตว่าฝุ่นเบริลเลียมที่เกิดขึ้นจากการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์สามารถทำให้เกิดโรคร้ายแรงที่เรียกว่าเบริลเลียมและยังมีฤทธิ์เป็นสารก่อมะเร็งอีกด้วย ด้วยเหตุนี้ จึงมีการพัฒนามาตรการรักษาความปลอดภัยที่เข้มงวดในบริเวณคอมเพล็กซ์

โตกมักในส่วน. สีเหลือง - โซลินอยด์, สีส้ม - แม่เหล็กสนามวงแหวน (TF) และสนามโปโลลอยด์ (PF), สีน้ำเงิน - ผ้าห่ม, สีฟ้าอ่อน - VV - ภาชนะสุญญากาศ, สีม่วง - ไดเวอร์เตอร์

(“ที่เขี่ยบุหรี่”) ประเภทโปลอยด์เป็นอุปกรณ์ที่มีหน้าที่หลักในการ "ทำความสะอาด" พลาสมาของสิ่งสกปรกอันเป็นผลมาจากการให้ความร้อนและปฏิสัมพันธ์ของผนังห้องที่ปูด้วยผ้าห่มด้วย เมื่อสารปนเปื้อนดังกล่าวเข้าสู่พลาสมา พวกมันจะเริ่มแผ่รังสีอย่างเข้มข้น ส่งผลให้เกิดการสูญเสียรังสีเพิ่มเติม ตั้งอยู่ที่ด้านล่างของ tokomak และใช้แม่เหล็กเพื่อควบคุมพลาสมาชั้นบน (ซึ่งมีการปนเปื้อนมากที่สุด) เข้าไปในห้องทำความเย็น ที่นี่พลาสมาจะเย็นลงและกลายเป็นก๊าซ หลังจากนั้นจะถูกปั๊มกลับออกจากห้อง ฝุ่นเบริลเลียมหลังจากเข้าไปในห้องแล้ว แทบจะไม่สามารถกลับคืนสู่พลาสมาได้ ดังนั้นการปนเปื้อนในพลาสมาจึงยังคงอยู่บนพื้นผิวเท่านั้นและไม่สามารถเจาะลึกลงไปได้

ไครโอสแตท

- ส่วนประกอบที่ใหญ่ที่สุดของ tokomak ซึ่งเป็นเปลือกสแตนเลสที่มีปริมาตร 16,000 ม. 2 (29.3 x 28.6 ม.) และมวล 3,850 ตัน องค์ประกอบอื่น ๆ ของระบบจะอยู่ภายในตู้แช่แข็งและทำหน้าที่เอง เป็นสิ่งกั้นระหว่างโทกามัคกับสิ่งแวดล้อมภายนอก บนผนังด้านในจะมีตะแกรงระบายความร้อนโดยการหมุนเวียนไนโตรเจนที่อุณหภูมิ 80 เคลวิน (-193.15 °C)

ระบบแม่เหล็ก

– ชุดขององค์ประกอบที่ทำหน้าที่กักเก็บและควบคุมพลาสมาภายในภาชนะสุญญากาศ เป็นชุดประกอบด้วย 48 องค์ประกอบ:

• คอยล์สนามแบบ Toroidal ตั้งอยู่นอกห้องสุญญากาศและภายในตัวแช่แข็ง พวกมันถูกนำเสนอเป็น 18 ชิ้น แต่ละชิ้นมีขนาด 15 x 9 ม. และมีน้ำหนักประมาณ 300 ตัน ขดลวดเหล่านี้สร้างสนามแม่เหล็กขนาด 11.8 เทสลารอบพลาสมาทอรัสและกักเก็บพลังงานได้ 41 กิกะจูล
• คอยล์สนามโปลอยด์ – ตั้งอยู่ด้านบนของคอยล์สนามโทรอยด์และภายในไครโอสแตต คอยล์เหล่านี้มีหน้าที่สร้างสนามแม่เหล็กที่แยกมวลพลาสมาออกจากผนังห้อง และบีบอัดพลาสมาเพื่อให้ความร้อนแบบอะเดียแบติก จำนวนคอยล์ดังกล่าวคือ 6 คอยล์สองอันมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 24 ม. และมีมวล 400 ตัน ที่เหลืออีกสี่อันนั้นค่อนข้างเล็กกว่า
• โซลินอยด์ส่วนกลางอยู่ที่ส่วนด้านในของห้องวงแหวนหรืออยู่ใน "รูโดนัท" หลักการทำงานของมันคล้ายกับหม้อแปลงไฟฟ้าและงานหลักคือกระตุ้นกระแสอุปนัยในพลาสมา
• คอยล์แก้ไขจะอยู่ภายในภาชนะสุญญากาศ ระหว่างผ้าห่มและผนังห้อง หน้าที่ของพวกเขาคือรักษารูปร่างของพลาสมา ซึ่งสามารถ "โป่ง" ในพื้นที่ได้ และแม้แต่สัมผัสผนังของภาชนะได้ ช่วยให้คุณลดระดับปฏิสัมพันธ์ของผนังห้องกับพลาสมาและลดระดับการปนเปื้อนและยังช่วยลดการสึกหรอของห้องด้วย

โครงสร้างของคอมเพล็กซ์ ITER

การออกแบบ tokamak ที่อธิบายไว้ข้างต้น “โดยสรุป” เป็นกลไกนวัตกรรมที่ซับซ้อนสูงซึ่งประกอบขึ้นด้วยความพยายามของหลายประเทศ อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ดำเนินการได้เต็มรูปแบบ จำเป็นต้องมีอาคารทั้งหลังที่ตั้งอยู่ใกล้กับโทคามัค ในหมู่พวกเขา:

• ระบบควบคุม การเข้าถึงข้อมูล และการสื่อสาร – CODAC ตั้งอยู่ในอาคารหลายหลังของคอมเพล็กซ์ ITER
• การจัดเก็บน้ำมันเชื้อเพลิงและระบบเชื้อเพลิง - ทำหน้าที่ส่งน้ำมันเชื้อเพลิงไปยังโตคามัก
• ระบบสุญญากาศ - ประกอบด้วยปั๊มสุญญากาศมากกว่าสี่ร้อยปั๊ม ซึ่งมีหน้าที่สูบผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ รวมถึงสารปนเปื้อนต่าง ๆ ออกจากห้องสุญญากาศ
• ระบบไครโอเจนิกส์ – แสดงโดยวงจรไนโตรเจนและฮีเลียม วงจรฮีเลียมจะทำให้อุณหภูมิในโทคามักเป็นปกติ งาน (และอุณหภูมิด้วย) ซึ่งไม่ได้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่เป็นพัลส์ วงจรไนโตรเจนจะทำให้แผงป้องกันความร้อนของไครโอสแตตและวงจรฮีเลียมเย็นลง นอกจากนี้ยังจะมีระบบระบายความร้อนด้วยน้ำซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อลดอุณหภูมิของผนังผ้าห่ม
• แหล่งจ่ายไฟ Tokamak จะต้องใช้พลังงานประมาณ 110 MW เพื่อดำเนินการอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ สายไฟยาวหนึ่งกิโลเมตรจะถูกติดตั้งและเชื่อมต่อกับเครือข่ายอุตสาหกรรมของฝรั่งเศส เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การระลึกว่าศูนย์ทดลองของ ITER ไม่ได้มีไว้สำหรับการผลิตพลังงาน แต่ใช้งานได้เฉพาะในความสนใจทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น

เงินทุนของ ITER

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสระหว่างประเทศ ITER เป็นกิจการที่ค่อนข้างแพง ซึ่งประเมินในตอนแรกว่ามีมูลค่า 12 พันล้านดอลลาร์ โดยรัสเซีย สหรัฐอเมริกา เกาหลี จีน และอินเดียคิดเป็น 1/11 ของปริมาณ ญี่ปุ่นคิดเป็น 2/11 และสหภาพยุโรปเป็น 4 /11 . จำนวนนี้เพิ่มขึ้นในภายหลังเป็น 15 พันล้านดอลลาร์ เป็นที่น่าสังเกตว่าการจัดหาเงินทุนเกิดขึ้นจากการจัดหาอุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับคอมเพล็กซ์ซึ่งได้รับการพัฒนาในแต่ละประเทศ ดังนั้น รัสเซียจึงจัดหาผ้าห่ม อุปกรณ์ทำความร้อนด้วยพลาสมา และแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด

มุมมองโครงการ

ในขณะนี้ การก่อสร้าง ITER complex และการผลิตส่วนประกอบที่จำเป็นทั้งหมดสำหรับ tokamak กำลังดำเนินการอยู่ หลังจากการวางแผนเปิดตัว tokamak ในปี 2025 การทดลองต่างๆ จะเริ่มต้นขึ้น โดยพิจารณาจากผลลัพธ์ที่ต้องมีการปรับปรุงจะถูกบันทึกไว้ หลังจากประสบความสำเร็จในการเดินเครื่องของ ITER ก็มีแผนจะสร้างโรงไฟฟ้าที่ใช้ความร้อนนิวเคลียร์ฟิวชันที่เรียกว่า DEMO (DEMOnstration Power Plant) เป้าหมายของ DEMo คือการแสดงให้เห็นถึงสิ่งที่เรียกว่า "เสน่ห์เชิงพาณิชย์" ของพลังฟิวชัน หาก ITER สามารถสร้างพลังงานได้เพียง 500 MW DEMO จะสามารถสร้างพลังงานได้อย่างต่อเนื่องที่ 2 GW

อย่างไรก็ตาม โปรดทราบว่าสถานที่ทดลองของ ITER จะไม่ผลิตพลังงาน และจุดประสงค์คือการได้รับผลประโยชน์ทางวิทยาศาสตร์ล้วนๆ และดังที่คุณทราบการทดลองทางกายภาพครั้งนี้ไม่เพียงแต่สามารถตอบสนองความคาดหวังเท่านั้น แต่ยังนำความรู้และประสบการณ์ใหม่มาสู่มนุษยชาติอีกด้วย