Tanpa berlebihan, reaktor termonuklir eksperimental internasional ITER dapat disebut sebagai proyek penelitian paling signifikan di zaman kita. Dalam hal skala konstruksi, ini akan dengan mudah mengungguli Large Hadron Collider, dan jika berhasil, ini akan menandai langkah yang jauh lebih besar bagi seluruh umat manusia daripada penerbangan ke Bulan. Memang benar, fusi termonuklir yang berpotensi terkendali merupakan sumber energi murah dan bersih yang hampir tidak ada habisnya.
Musim panas ini ada beberapa alasan bagus untuk memoles detail teknis proyek ITER. Pertama, sebuah usaha besar, yang awal resminya dianggap sebagai pertemuan antara Mikhail Gorbachev dan Ronald Reagan pada tahun 1985, mulai terwujud secara material di depan mata kita. Merancang reaktor generasi baru dengan partisipasi Rusia, Amerika Serikat, Jepang, Cina, India, Korea Selatan dan Uni Eropa membutuhkan waktu lebih dari 20 tahun. Saat ini ITER bukan lagi kilogram dokumentasi teknis, dan 42 hektar (1 km kali 420 m) permukaan datar sempurna dari salah satu platform buatan manusia terbesar di dunia, terletak di kota Cadarache, Prancis, 60 km sebelah utara Marseille. Serta pondasi reaktor masa depan berbobot 360.000 ton, terdiri dari 150.000 meter kubik beton, 16.000 ton tulangan, dan 493 kolom dengan lapisan anti gempa karet-logam. Dan tentunya ribuan instrumen ilmiah dan fasilitas penelitian canggih yang tersebar di universitas-universitas di seluruh dunia.
Maret 2007. Foto pertama platform ITER masa depan dari udara.
Produksi komponen utama reaktor sedang berjalan dengan baik. Pada musim semi, Prancis melaporkan produksi 70 bingkai untuk kumparan medan toroidal berbentuk D, dan pada bulan Juni, penggulungan kumparan pertama kabel superkonduktor, yang diterima dari Rusia dari Institut Industri Kabel di Podolsk, dimulai.
Alasan bagus kedua untuk mengingat ITER saat ini adalah alasan politik. Reaktor generasi baru ini merupakan ujian tidak hanya bagi para ilmuwan, tetapi juga bagi para diplomat. Ini adalah proyek yang mahal dan rumit secara teknis sehingga tidak ada negara di dunia yang dapat melakukannya sendirian. Kemampuan negara-negara untuk mencapai kesepakatan di antara mereka sendiri baik di bidang ilmiah dan keuangan menentukan apakah masalah ini akan selesai.
Maret 2009. Situs yang rata seluas 42 hektar sedang menunggu dimulainya pembangunan kompleks ilmiah.
Dewan ITER dijadwalkan pada 18 Juni di St. Petersburg, tetapi Departemen Luar Negeri AS, sebagai bagian dari sanksi, melarang ilmuwan Amerika mengunjungi Rusia. Mempertimbangkan fakta bahwa gagasan tentang tokamak (ruang toroidal dengan kumparan magnet, yang merupakan dasar ITER) adalah milik fisikawan Soviet Oleg Lavrentiev, para peserta proyek memperlakukan keputusan ini sebagai rasa ingin tahu dan hanya menggerakkan bertemu dengan Cadarache pada tanggal yang sama. Peristiwa ini sekali lagi mengingatkan seluruh dunia bahwa Rusia (bersama Korea Selatan) adalah orang yang paling bertanggung jawab dalam memenuhi kewajibannya terhadap proyek ITER.
Februari 2011. Lebih dari 500 lubang dibor di poros isolasi seismik, semua rongga bawah tanah diisi dengan beton.
Para ilmuwan terbakar
Ungkapan “reaktor fusi” membuat banyak orang was-was. Rantai asosiatifnya jelas: bom termonuklir lebih mengerikan dari sekedar nuklir, yang berarti reaktor termonuklir lebih berbahaya daripada Chernobyl.
Faktanya, fusi nuklir, yang menjadi dasar prinsip operasi tokamak, jauh lebih aman dan efisien dibandingkan fisi nuklir yang digunakan di pembangkit listrik tenaga nuklir modern. Fusi digunakan oleh alam itu sendiri: Matahari tidak lebih dari reaktor termonuklir alami.
Tokamak ASDEX, yang dibuat pada tahun 1991 di Max Planck Institute Jerman, digunakan untuk menguji berbagai bahan dinding depan reaktor, khususnya tungsten dan berilium. Volume plasma di ASDEX adalah 13 m 3, hampir 65 kali lebih kecil dibandingkan di ITER.
Reaksi ini melibatkan inti deuterium dan tritium - isotop hidrogen. Inti deuterium terdiri dari satu proton dan satu neutron, sedangkan inti tritium terdiri dari satu proton dan dua neutron. Dalam kondisi normal, inti-inti yang bermuatan sama akan saling tolak menolak, tetapi pada suhu yang sangat tinggi, inti-inti tersebut dapat bertumbukan.
Setelah tumbukan, interaksi kuat ikut berperan, yang bertanggung jawab untuk menggabungkan proton dan neutron menjadi inti. Inti unsur kimia baru—helium—muncul. Dalam hal ini, satu neutron bebas terbentuk dan sejumlah besar energi dilepaskan. Energi interaksi kuat pada inti helium lebih kecil dibandingkan pada inti unsur induknya. Oleh karena itu, inti yang dihasilkan bahkan kehilangan massa (menurut teori relativitas, energi dan massa adalah setara). Mengingat persamaan terkenal E = mc 2, di mana c adalah kecepatan cahaya, kita dapat membayangkan potensi energi yang sangat besar yang terkandung dalam fusi nuklir.
Agustus 2011. Penuangan pelat isolasi seismik beton bertulang monolitik dimulai.
Untuk mengatasi gaya tolak-menolak, inti atom harus bergerak sangat cepat, sehingga suhu memainkan peran penting dalam fusi nuklir. Di pusat Matahari, proses tersebut terjadi pada suhu 15 juta derajat Celcius, namun hal ini difasilitasi oleh kepadatan materi yang sangat besar akibat aksi gravitasi. Massa bintang yang sangat besar menjadikannya reaktor termonuklir yang efektif.
Tidak mungkin menciptakan kepadatan seperti itu di Bumi. Yang bisa kita lakukan hanyalah meningkatkan suhu. Agar isotop hidrogen dapat melepaskan energi intinya ke penduduk bumi, diperlukan suhu 150 juta derajat, yaitu sepuluh kali lebih tinggi daripada di Matahari.
Tidak ada materi padat di alam semesta yang dapat bersentuhan langsung dengan suhu sebesar itu. Jadi membuat kompor untuk memasak helium saja tidak akan berhasil. Ruang toroidal yang sama dengan kumparan magnet, atau tokamak, membantu memecahkan masalah tersebut. Gagasan untuk menciptakan tokamak muncul di benak para ilmuwan dari berbagai negara pada awal 1950-an, sementara keunggulannya jelas-jelas dikaitkan dengan fisikawan Soviet Oleg Lavrentyev dan rekan-rekannya yang terkemuka Andrei Sakharov dan Igor Tamm.
Ruang vakum berbentuk torus (donat berongga) dikelilingi oleh elektromagnet superkonduktor, yang menciptakan medan magnet toroidal di dalamnya. Bidang inilah yang menahan plasma, yang panasnya hingga sepuluh kali lipat matahari, pada jarak tertentu dari dinding ruangan. Bersama dengan elektromagnet pusat (induktor), tokamak adalah sebuah transformator. Dengan mengubah arus dalam induktor, mereka menghasilkan aliran arus dalam plasma - pergerakan partikel yang diperlukan untuk sintesis.
Februari 2012. 493 kolom 1,7 meter dengan bantalan isolasi seismik yang terbuat dari sandwich karet-logam dipasang.
Tokamak berhak dianggap sebagai model keanggunan teknologi. Arus listrik yang mengalir dalam plasma menciptakan medan magnet poloidal yang mengelilingi kabel plasma dan mempertahankan bentuknya. Plasma ada dalam kondisi yang ditentukan secara ketat, dan dengan perubahan sekecil apa pun, reaksinya segera berhenti. Berbeda dengan reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir, tokamak tidak bisa “menjadi liar” dan meningkatkan suhu secara tidak terkendali.
Jika terjadi kehancuran tokamak, tidak ada kontaminasi radioaktif. Berbeda dengan pembangkit listrik tenaga nuklir, reaktor termonuklir tidak menghasilkan limbah radioaktif, dan satu-satunya produk reaksi fusi - helium - bukanlah gas rumah kaca dan berguna dalam perekonomian. Terakhir, tokamak menggunakan bahan bakar dengan sangat hemat: selama sintesis, hanya beberapa ratus gram zat yang terkandung dalam ruang vakum, dan perkiraan pasokan bahan bakar tahunan untuk pembangkit listrik industri hanya 250 kg.
April 2014 Pembangunan gedung cryostat selesai, dinding pondasi tokamak setebal 1,5 meter dituang.
Mengapa kita membutuhkan ITER?
Tokamak dengan desain klasik yang dijelaskan di atas dibuat di AS dan Eropa, Rusia dan Kazakhstan, Jepang dan Cina. Dengan bantuan mereka, dimungkinkan untuk membuktikan kemungkinan mendasar dalam menciptakan plasma suhu tinggi. Namun, membangun reaktor industri yang mampu menghasilkan lebih banyak energi daripada yang dikonsumsinya merupakan tugas dengan skala yang berbeda secara fundamental.
Dalam tokamak klasik, aliran arus dalam plasma dihasilkan dengan mengubah arus dalam induktor, dan proses ini tidak dapat berakhir. Dengan demikian, masa pakai plasma terbatas, dan reaktor hanya dapat beroperasi dalam mode berdenyut. Pengapian plasma membutuhkan energi yang sangat besar - tidaklah main-main jika memanaskan apa pun hingga suhu 150.000.000 °C. Artinya, masa hidup plasma perlu dicapai yang akan menghasilkan energi yang dapat digunakan untuk penyalaan.
Reaktor fusi adalah konsep teknis yang elegan dengan efek samping negatif yang minimal. Aliran arus dalam plasma secara spontan membentuk medan magnet poloidal yang mempertahankan bentuk filamen plasma, dan neutron berenergi tinggi yang dihasilkan bergabung dengan litium untuk menghasilkan tritium yang berharga.
Misalnya, pada tahun 2009, selama percobaan di tokamak EAST Cina (bagian dari proyek ITER), plasma dapat dipertahankan pada suhu 10 7 K selama 400 detik dan 10 8 K selama 60 detik.
Untuk menahan plasma lebih lama, diperlukan beberapa jenis pemanas tambahan. Semuanya akan diuji di ITER. Metode pertama - injeksi atom deuterium netral - mengasumsikan bahwa atom akan memasuki plasma dengan percepatan awal menjadi energi kinetik pada 1 MeV menggunakan akselerator tambahan.
Proses ini awalnya kontradiktif: hanya partikel bermuatan yang dapat dipercepat (dipengaruhi oleh medan elektromagnetik), dan hanya partikel netral yang dapat dimasukkan ke dalam plasma (jika tidak maka akan mempengaruhi aliran arus di dalam kabel plasma). Oleh karena itu, elektron pertama-tama dikeluarkan dari atom deuterium, dan ion bermuatan positif memasuki akselerator. Partikel-partikel tersebut kemudian memasuki penetralisir, di mana mereka direduksi menjadi atom netral melalui interaksi dengan gas terionisasi dan dimasukkan ke dalam plasma. Injektor megavoltase ITER saat ini sedang dikembangkan di Padua, Italia.
Cara pemanasan yang kedua memiliki kesamaan dengan memanaskan makanan di microwave. Ini melibatkan pemaparan plasma terhadap radiasi elektromagnetik dengan frekuensi yang sesuai dengan kecepatan pergerakan partikel (frekuensi siklotron). Untuk ion positif frekuensinya adalah 40−50 MHz, dan untuk elektron adalah 170 GHz. Untuk menciptakan radiasi kuat dengan frekuensi tinggi, digunakan alat yang disebut gyrotron. Sembilan dari 24 gyrotron ITER diproduksi di fasilitas Gycom di Nizhny Novgorod.
Konsep klasik tokamak mengasumsikan bahwa bentuk filamen plasma didukung oleh medan magnet poloidal, yang terbentuk ketika arus mengalir dalam plasma. Pendekatan ini tidak berlaku untuk pengurungan plasma jangka panjang. Tokamak ITER memiliki kumparan medan poloidal khusus, yang tujuannya adalah untuk menjauhkan plasma panas dari dinding reaktor. Kumparan ini adalah salah satu elemen struktur yang paling masif dan kompleks.
Agar dapat secara aktif mengontrol bentuk plasma, dengan segera menghilangkan getaran di tepi kabel, pengembang menyediakan sirkuit elektromagnetik kecil berdaya rendah yang terletak langsung di ruang vakum, di bawah casing.
Infrastruktur bahan bakar untuk fusi termonuklir adalah topik menarik tersendiri. Deuterium ditemukan di hampir semua air, dan cadangannya dianggap tidak terbatas. Namun cadangan tritium dunia berjumlah puluhan kilogram. 1 kg tritium berharga sekitar $30 juta. Untuk peluncuran pertama ITER, dibutuhkan 3 kg tritium. Sebagai perbandingan, dibutuhkan sekitar 2 kg tritium per tahun untuk mempertahankan kemampuan nuklir Angkatan Darat Amerika Serikat.
Namun, di masa depan, reaktor tersebut akan menyediakan tritium untuk dirinya sendiri. Reaksi fusi utama menghasilkan neutron berenergi tinggi yang mampu mengubah inti litium menjadi tritium. Pengembangan dan pengujian dinding reaktor litium pertama adalah salah satu tujuan terpenting ITER. Pengujian pertama akan menggunakan lapisan berilium-tembaga, yang tujuannya adalah untuk melindungi mekanisme reaktor dari panas. Menurut perhitungan, bahkan jika kita mentransfer seluruh sektor energi di planet ini ke tokamaks, cadangan litium dunia akan cukup untuk beroperasi selama seribu tahun.
Mempersiapkan Jalur ITER sepanjang 104 kilometer menghabiskan biaya 110 juta euro bagi Prancis dan empat tahun pengerjaan. Jalan dari pelabuhan Fos-sur-Mer ke Cadarache diperlebar dan diperkuat sehingga bagian tokamak terberat dan terbesar dapat diangkut ke lokasi. Dalam foto: sebuah transporter dengan beban uji seberat 800 ton.
Dari dunia melalui tokamak
Kontrol presisi reaktor fusi memerlukan alat diagnostik yang tepat. Salah satu tugas utama ITER adalah memilih instrumen yang paling sesuai dari lima lusin instrumen yang sedang diuji, dan memulai pengembangan instrumen baru.
Setidaknya sembilan perangkat diagnostik akan dikembangkan di Rusia. Tiga diantaranya berada di Institut Kurchatov Moskow, termasuk penganalisis berkas neutron. Akselerator mengirimkan aliran neutron terfokus melalui plasma, yang mengalami perubahan spektral dan ditangkap oleh sistem penerima. Spektrometri dengan frekuensi 250 pengukuran per detik menunjukkan suhu dan kepadatan plasma, kekuatan medan listrik dan kecepatan rotasi partikel - parameter yang diperlukan untuk mengontrol reaktor untuk penahanan plasma jangka panjang.
Institut Penelitian Ioffe sedang mempersiapkan tiga instrumen, termasuk penganalisis partikel netral yang menangkap atom dari tokamak dan membantu memantau konsentrasi deuterium dan tritium dalam reaktor. Perangkat yang tersisa akan dibuat di Trinity, di mana detektor berlian untuk ruang neutron vertikal ITER saat ini sedang diproduksi. Semua lembaga di atas menggunakan tokamak mereka sendiri untuk pengujian. Dan di ruang termal Efremov NIIEFA, pecahan dinding pertama dan target pengalih reaktor ITER masa depan sedang diuji.
Sayangnya, fakta bahwa banyak komponen mega-reaktor masa depan sudah ada dalam logam tidak berarti bahwa reaktor tersebut akan dibangun. Selama dekade terakhir, perkiraan biaya proyek telah meningkat dari 5 menjadi 16 miliar euro, dan rencana peluncuran pertama telah ditunda dari tahun 2010 hingga 2020. Nasib ITER bergantung sepenuhnya pada realitas masa kini, terutama ekonomi dan politik. Sementara itu, setiap ilmuwan yang terlibat dalam proyek ini dengan tulus percaya bahwa keberhasilannya dapat mengubah masa depan kita tanpa bisa dikenali lagi.
Pembangkit listrik fusi.
Saat ini, para ilmuwan sedang mengerjakan pembuatan pembangkit listrik termonuklir, yang keuntungannya adalah menyediakan listrik bagi umat manusia untuk waktu yang tidak terbatas. Pembangkit listrik termonuklir beroperasi berdasarkan fusi termonuklir - reaksi sintesis isotop hidrogen berat dengan pembentukan helium dan pelepasan energi. Reaksi fusi termonuklir tidak menghasilkan limbah radioaktif berbentuk gas atau cair dan tidak menghasilkan plutonium yang digunakan untuk memproduksi senjata nuklir. Jika kita juga memperhitungkan bahwa bahan bakar untuk stasiun termonuklir adalah deuterium isotop hidrogen berat, yang diperoleh dari air sederhana - setengah liter air mengandung energi fusi yang setara dengan yang diperoleh dengan membakar satu barel bensin - maka keuntungan dari pembangkit listrik berdasarkan reaksi termonuklir menjadi jelas.
Selama reaksi termonuklir, energi dilepaskan ketika atom-atom ringan bergabung dan berubah menjadi atom-atom yang lebih berat. Untuk mencapai hal ini, gas perlu dipanaskan hingga suhu lebih dari 100 juta derajat - jauh lebih tinggi daripada suhu di pusat Matahari.
Gas pada suhu ini berubah menjadi plasma. Pada saat yang sama, atom-atom isotop hidrogen bergabung, berubah menjadi atom helium dan neutron dan melepaskan sejumlah besar energi. Pembangkit listrik komersial yang beroperasi dengan prinsip ini akan menggunakan energi neutron yang dimoderasi oleh lapisan material padat (litium).
Dibandingkan dengan pembangkit listrik tenaga nuklir, reaktor fusi akan meninggalkan lebih sedikit limbah radioaktif.
Reaktor termonuklir internasional ITER
Peserta konsorsium internasional untuk pembuatan reaktor termonuklir pertama di dunia, ITER, menandatangani perjanjian di Brussels, yang menandai dimulainya implementasi praktis proyek.
Perwakilan Uni Eropa, Amerika Serikat, Jepang, Cina, Korea Selatan dan Rusia bermaksud memulai pembangunan reaktor eksperimental pada tahun 2007 dan menyelesaikannya dalam waktu delapan tahun. Jika semuanya berjalan sesuai rencana, maka pada tahun 2040 pembangkit listrik percontohan yang beroperasi dengan prinsip baru dapat dibangun.
Saya percaya bahwa era pembangkit listrik tenaga air dan nuklir yang berbahaya bagi lingkungan akan segera berakhir, dan waktunya akan tiba untuk pembangkit listrik baru - termonuklir, yang proyeknya sudah dilaksanakan. Namun, terlepas dari kenyataan bahwa proyek ITER (Reaktor Termonuklir Internasional) hampir siap; Terlepas dari kenyataan bahwa reaktor termonuklir eksperimental pertama yang beroperasi telah memperoleh daya melebihi 10 MW - tingkat pembangkit listrik tenaga nuklir pertama, pembangkit listrik termonuklir pertama tidak akan mulai bekerja lebih awal dari dalam dua puluh tahun, karena biayanya sangat tinggi. . Biaya pekerjaan diperkirakan mencapai 10 miliar euro dan merupakan proyek pembangkit listrik internasional termahal. Setengah dari biaya pembangunan reaktor ditanggung oleh Uni Eropa. Peserta konsorsium lainnya akan mengalokasikan 10% dari perkiraan.
Kini rencana pembangunan reaktor yang akan menjadi proyek ilmiah bersama termahal yang pernah ada itu harus disahkan oleh anggota parlemen negara anggota konsorsium.
Reaktor akan dibangun di selatan provinsi Perancis Provence, di sekitar kota Cadarache, tempat pusat penelitian nuklir Perancis berada.
Paruh kedua abad ke-20 merupakan periode perkembangan pesat fisika nuklir. Menjadi jelas bahwa reaksi nuklir dapat digunakan untuk menghasilkan energi yang sangat besar dari sejumlah kecil bahan bakar. Dari ledakan yang pertama bom nuklir Hanya sembilan tahun berlalu sebelum pembangkit listrik tenaga nuklir pertama, dan ketika bom hidrogen diuji pada tahun 1952, terdapat prediksi bahwa pembangkit listrik termonuklir akan mulai beroperasi pada tahun 1960an. Sayangnya, harapan ini tidak menjadi kenyataan.
Reaksi termonuklir Dari semua reaksi termonuklir, hanya empat yang menarik dalam waktu dekat: deuterium + deuterium (produk - tritium dan proton, energi yang dilepaskan 4,0 MeV), deuterium + deuterium (helium-3 dan neutron, 3,3 MeV), deuterium + tritium (helium-4 dan neutron, 17,6 MeV) dan deuterium + helium-3 (helium-4 dan proton, 18,2 MeV). Reaksi pertama dan kedua terjadi secara paralel dengan probabilitas yang sama. Tritium dan helium-3 yang dihasilkan “terbakar” pada reaksi ketiga dan keempat
Sumber energi utama umat manusia saat ini adalah pembakaran batu bara, minyak dan gas. Namun persediaannya terbatas, dan produk pembakarannya mencemari lingkungan. Pembangkit listrik tenaga batu bara menghasilkan lebih banyak emisi radioaktif dibandingkan pembangkit listrik tenaga nuklir dengan daya yang sama! Jadi mengapa kita belum beralih ke sumber energi nuklir? Ada banyak alasan untuk ini, tapi yang utama adalah Akhir-akhir ini menjadi radiofobia. Meskipun pembangkit listrik tenaga batu bara, bahkan ketika beroperasi secara normal, lebih membahayakan kesehatan banyak orang dibandingkan dengan emisi darurat dari pembangkit listrik tenaga nuklir, hal ini terjadi secara diam-diam dan tanpa disadari oleh masyarakat. Kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir langsung menjadi berita utama di media, menyebabkan kepanikan umum (seringkali sama sekali tidak berdasar). Namun, bukan berarti energi nuklir tidak mempunyai permasalahan obyektif. Limbah radioaktif menyebabkan banyak masalah: teknologi untuk mengolahnya masih sangat mahal, dan situasi ideal ketika semuanya akan didaur ulang dan digunakan sepenuhnya masih jauh.
Dari semua reaksi termonuklir, hanya empat yang menarik dalam waktu dekat: deuterium + deuterium (produk - tritium dan proton, energi yang dilepaskan 4,0 MeV), deuterium + deuterium (helium-3 dan neutron, 3,3 MeV), deuterium + tritium ( helium -4 dan neutron, 17,6 MeV) dan deuterium + helium-3 (helium-4 dan proton, 18,2 MeV). Reaksi pertama dan kedua terjadi secara paralel dengan probabilitas yang sama. Tritium dan helium-3 yang dihasilkan “terbakar” pada reaksi ketiga dan keempat.
Dari fisi hingga fusi
Solusi potensial untuk permasalahan ini adalah peralihan dari reaktor fisi ke reaktor fusi. Meskipun reaktor fisi pada umumnya mengandung puluhan ton bahan bakar radioaktif, yang diubah menjadi puluhan ton limbah radioaktif yang mengandung berbagai macam isotop radioaktif, reaktor fusi hanya menggunakan ratusan gram, maksimum kilogram, dari satu isotop radioaktif hidrogen. tritium. Selain fakta bahwa reaksi tersebut memerlukan isotop radioaktif yang paling tidak berbahaya dalam jumlah yang tidak signifikan, produksinya juga direncanakan akan dilakukan langsung di pembangkit listrik untuk meminimalkan risiko yang terkait dengan transportasi. Produk sintesisnya adalah hidrogen dan helium yang stabil (non-radioaktif) dan tidak beracun. Selain itu, tidak seperti reaksi fisi, reaksi termonuklir segera berhenti ketika instalasi dihancurkan, tanpa menimbulkan bahaya ledakan termal. Jadi mengapa belum ada satu pun pembangkit listrik termonuklir yang beroperasi yang dibangun? Alasannya adalah bahwa keuntungan-keuntungan di atas pasti membawa kerugian: menciptakan kondisi untuk sintesis ternyata jauh lebih sulit daripada perkiraan awal.
Kriteria Lawson
Agar reaksi termonuklir menguntungkan secara energetik, perlu dipastikan suhu bahan bakar termonuklir yang cukup tinggi, kepadatan yang cukup tinggi, dan kehilangan energi yang cukup rendah. Yang terakhir ini secara numerik dicirikan oleh apa yang disebut "waktu retensi", yang sama dengan rasio energi panas yang disimpan dalam plasma dengan daya yang hilang (banyak orang secara keliru percaya bahwa "waktu retensi" adalah waktu di mana plasma panas dipertahankan dalam instalasi, tetapi tidak demikian). Pada suhu campuran deuterium dan tritium sama dengan 10 keV (kira-kira 110.000.000 derajat), kita perlu memperoleh produk dari jumlah partikel bahan bakar dalam 1 cm 3 (yaitu konsentrasi plasma) dan waktu retensi (dalam detik) minimal 10 14. Tidak masalah apakah kita memiliki plasma dengan konsentrasi 1014 cm -3 dan waktu retensi 1 s, atau plasma dengan konsentrasi 10 23 dan waktu retensi 1 ns. Kriteria ini disebut kriteria Lawson.
Selain kriteria Lawson, yang bertanggung jawab untuk memperoleh reaksi yang menguntungkan secara energetik, ada juga kriteria penyalaan plasma, yang untuk reaksi deuterium-tritium kira-kira tiga kali lebih besar dari kriteria Lawson. “Pengapian” berarti bahwa sebagian kecil energi termonuklir yang tersisa di plasma akan cukup untuk mempertahankannya suhu yang dibutuhkan, dan pemanasan tambahan pada plasma tidak diperlukan lagi.
Z-cubit
Perangkat pertama yang direncanakan untuk memperoleh reaksi termonuklir terkendali adalah apa yang disebut Z-pinch. Dalam kasus paling sederhana, instalasi ini hanya terdiri dari dua elektroda yang terletak di lingkungan deuterium (hidrogen-2) atau campuran deuterium dan tritium, dan baterai kapasitor pulsa tegangan tinggi. Pada pandangan pertama, tampaknya hal ini memungkinkan diperolehnya plasma terkompresi yang dipanaskan hingga suhu yang sangat tinggi: persis seperti yang diperlukan untuk reaksi termonuklir! Namun, dalam hidup, sayangnya, semuanya ternyata jauh dari kata cerah. Tali plasma ternyata tidak stabil: tikungan sekecil apa pun menyebabkan penguatan medan magnet di satu sisi dan melemahnya di sisi lain; gaya yang dihasilkan semakin meningkatkan tekukan tali - dan seluruh plasma “jatuh” ke atas. dinding samping ruangan. Tali tidak hanya tidak stabil terhadap tekukan, penipisan sekecil apa pun akan menyebabkan peningkatan medan magnet di bagian ini, yang semakin menekan plasma, menekannya ke dalam sisa volume tali hingga akhirnya tali tersebut “terjepit”. .” Bagian yang dikompresi mempunyai hambatan listrik yang tinggi, sehingga arus terputus, medan magnet hilang, dan seluruh plasma menghilang.
Prinsip pengoperasian Z-pinch sederhana: arus listrik menghasilkan medan magnet annular, yang berinteraksi dengan arus yang sama dan memampatkannya. Akibatnya, kepadatan dan suhu plasma yang dilalui arus meningkat.
Ikatan plasma dapat distabilkan dengan menerapkan medan magnet eksternal yang kuat padanya, sejajar dengan arus, dan menempatkannya dalam wadah konduktif yang tebal (saat plasma bergerak, medan magnet juga bergerak, yang menginduksi arus listrik di dalam plasma. casing, cenderung mengembalikan plasma ke tempatnya). Plasma berhenti menekuk dan mencubit, tetapi masih jauh dari reaksi termonuklir dalam skala yang serius: plasma menyentuh elektroda dan melepaskan panasnya ke elektroda tersebut.
Pekerjaan modern di bidang fusi Z-pinch menyarankan prinsip lain untuk membuat plasma fusi: arus mengalir melalui tabung plasma tungsten, yang menghasilkan sinar-X kuat yang memampatkan dan memanaskan kapsul dengan bahan bakar fusi yang terletak di dalam tabung plasma, seperti halnya hal ini terjadi pada bom termonuklir. Namun, karya-karya ini murni penelitian (mekanisme pengoperasian senjata nuklir dipelajari), dan pelepasan energi dalam proses ini masih jutaan kali lebih kecil daripada konsumsi.
Semakin kecil perbandingan jari-jari besar torus tokamak (jarak pusat seluruh torus ke pusat penampang pipanya) dengan yang kecil (jari-jari penampang pipa), maka semakin besar tekanan plasma dapat berada di bawah medan magnet yang sama. Dengan mengurangi rasio ini, para ilmuwan berpindah dari penampang melingkar plasma dan ruang vakum ke ruang berbentuk D (dalam hal ini, peran radius kecil dimainkan oleh setengah tinggi penampang). Semua tokamak modern memiliki bentuk penampang seperti ini. Kasus pembatasnya adalah apa yang disebut “tokamak bulat”. Dalam tokamak seperti itu, ruang vakum dan plasma berbentuk hampir bulat, kecuali saluran sempit yang menghubungkan kutub-kutub bola. Konduktor kumparan magnet melewati saluran. Tokamak bola pertama, START, baru muncul pada tahun 1991, jadi ini adalah arah yang cukup muda, namun telah menunjukkan kemungkinan memperoleh tekanan plasma yang sama dengan medan magnet tiga kali lebih rendah.
Ruang gabus, stellarator, tokamak
Pilihan lain untuk menciptakan kondisi yang diperlukan untuk reaksi adalah apa yang disebut perangkap magnet terbuka. Yang paling terkenal adalah “sel gabus”: sebuah pipa dengan medan magnet memanjang yang menguat di ujungnya dan melemah di tengahnya. Medan yang meningkat di ujungnya menciptakan "sumbat magnet" (karena itu nama Rusia), atau "cermin magnet" (bahasa Inggris - mesin cermin), yang mencegah plasma meninggalkan instalasi melalui ujungnya. Namun, retensi tersebut tidak lengkap; beberapa partikel bermuatan yang bergerak sepanjang lintasan tertentu mampu melewati kemacetan ini. Dan akibat tumbukan, partikel apa pun cepat atau lambat akan jatuh pada lintasan seperti itu. Selain itu, plasma di sel cermin juga ternyata tidak stabil: jika berada di suatu tempat daerah kecil Saat plasma menjauh dari sumbu instalasi, timbul gaya yang mengeluarkan plasma ke dinding ruang. Meskipun ide dasar sel cermin telah ditingkatkan secara signifikan (yang memungkinkan untuk mengurangi ketidakstabilan plasma dan permeabilitas cermin), dalam praktiknya bahkan tidak mungkin untuk mendekati parameter yang diperlukan untuk sintesis yang menguntungkan secara energi. .
Apakah mungkin untuk memastikan bahwa plasma tidak keluar melalui “sumbat”? Tampaknya solusi yang jelas adalah dengan menggulung plasma menjadi sebuah cincin. Namun, medan magnet di dalam cincin lebih kuat daripada di luar, dan plasma kembali cenderung menuju ke dinding ruangan. Jalan keluar dari ini situasi sulit juga tampak cukup jelas: alih-alih berbentuk cincin, buatlah "angka delapan", lalu di satu bagian partikel akan menjauh dari sumbu pemasangan, dan di bagian lain partikel akan kembali lagi. Beginilah cara para ilmuwan mendapatkan ide tentang bintang pertama. Tapi “angka delapan” seperti itu tidak bisa dibuat dalam satu bidang, jadi kita harus menggunakan dimensi ketiga, membengkokkan medan magnet ke arah kedua, yang juga menyebabkan pergerakan partikel secara bertahap dari sumbu ke dinding ruang. .
Situasi berubah secara dramatis dengan diciptakannya instalasi tipe tokamak. Hasil yang diperoleh pada tokamak T-3 pada paruh kedua tahun 1960-an begitu menakjubkan sehingga para ilmuwan Barat datang ke Uni Soviet dengan peralatan pengukuran mereka untuk memverifikasi sendiri parameter plasma. Kenyataannya bahkan melebihi ekspektasi mereka.
Tabung-tabung yang terjalin secara fantastis ini bukanlah sebuah proyek seni, melainkan sebuah ruang bintang yang dibengkokkan menjadi kurva tiga dimensi yang kompleks.
Di tangan inersia
Selain kurungan magnetik, ada pendekatan yang berbeda secara mendasar terhadap fusi termonuklir - kurungan inersia. Jika dalam kasus pertama kita mencoba menjaga plasma pada konsentrasi yang sangat rendah untuk waktu yang lama (konsentrasi molekul di udara sekitar Anda ratusan ribu kali lebih tinggi), maka dalam kasus kedua kita mengompres plasma menjadi a kepadatan yang sangat besar, suatu urutan besarnya lebih tinggi dari kepadatan sebagian besar logam berat, dengan harapan reaksi akan mempunyai waktu untuk selesai waktu yang singkat, sebelum plasma sempat menyebar ke samping.
Awalnya, pada tahun 1960-an, rencananya adalah menggunakan bola kecil bahan bakar fusi beku, yang disinari secara merata dari semua sisi oleh beberapa sinar laser. Permukaan bola seharusnya langsung menguap dan, mengembang secara merata ke segala arah, memampatkan dan memanaskan sisa bahan bakar. Namun pada praktiknya, penyinaran ternyata kurang seragam. Selain itu, sebagian energi radiasi dipindahkan ke lapisan dalam, menyebabkan lapisan tersebut memanas, sehingga kompresi menjadi lebih sulit. Akibatnya bola terkompresi tidak merata dan lemah.
Ada sejumlah konfigurasi stellarator modern, yang semuanya mirip dengan torus. Salah satu konfigurasi yang paling umum melibatkan penggunaan kumparan yang mirip dengan kumparan medan poloidal tokamaks, dan empat hingga enam konduktor dipilin mengelilingi ruang vakum dengan arus multiarah. Medan magnet kompleks yang diciptakan dengan cara ini memungkinkan plasma ditampung secara andal tanpa memerlukan arus listrik berbentuk cincin untuk mengalir melaluinya. Selain itu, stellarator juga dapat menggunakan kumparan medan toroidal, seperti tokamaks. Dan mungkin tidak ada konduktor heliks, tetapi kumparan medan “toroidal” dipasang di sepanjang kurva tiga dimensi yang kompleks. Perkembangan terkini di bidang stellarator melibatkan penggunaan kumparan magnet dan ruang vakum dengan bentuk yang sangat kompleks (torus yang sangat “kusut”), dihitung dengan komputer.
Masalah ketidakrataan diselesaikan dengan mengubah desain target secara signifikan. Sekarang bola ditempatkan di dalam ruang logam kecil khusus (disebut "holraum", dari bahasa Jerman hohlraum - rongga) dengan lubang di mana sinar laser masuk ke dalamnya. Selain itu, kristal digunakan untuk mengubah radiasi laser IR menjadi ultraviolet. Radiasi UV ini diserap lapisan paling tipis bahan hohlraum, yang dipanaskan hingga suhu yang sangat tinggi dan memancarkan sinar X yang lembut. Pada gilirannya, radiasi sinar-X diserap oleh lapisan tipis pada permukaan kapsul bahan bakar (bola berisi bahan bakar). Hal ini juga memungkinkan untuk memecahkan masalah pemanasan dini pada lapisan dalam.
Namun, kekuatan laser ternyata tidak cukup untuk bereaksi sebagian besar bahan bakar. Selain itu, efisiensi lasernya pun sangat rendah, hanya sekitar 1%. Agar fusi dapat memberikan manfaat energi pada efisiensi laser yang rendah, hampir semua bahan bakar terkompresi harus bereaksi. Ketika mencoba mengganti laser dengan berkas ion ringan atau berat, yang dapat dihasilkan dengan efisiensi yang jauh lebih besar, para ilmuwan juga menghadapi banyak masalah: ion-ion ringan saling tolak-menolak, sehingga mengganggu fokus, dan melambat saat bertabrakan dengan sisa. gas di dalam ruangan, dan akselerator Tidak mungkin menghasilkan ion berat dengan parameter yang diperlukan.
Prospek yang magnetis
Sebagian besar harapan di bidang energi fusi kini terletak pada tokamaks. Apalagi setelah mereka membuka mode dengan retensi yang lebih baik. Tokamak adalah Z-pinch yang digulung menjadi sebuah cincin (arus listrik berbentuk cincin mengalir melalui plasma, menciptakan medan magnet yang diperlukan untuk menampungnya), dan serangkaian sel cermin yang dirangkai menjadi sebuah cincin dan menciptakan magnet toroidal “bergelombang”. bidang. Selain itu, medan yang tegak lurus terhadap bidang torus, yang diciptakan oleh beberapa kumparan individu, ditumpangkan pada medan toroidal kumparan dan medan arus plasma. Medan tambahan ini, yang disebut poloidal, memperkuat medan magnet arus plasma (juga poloidal) dari luar torus dan melemahkannya dari di dalam. Dengan demikian, total medan magnet di semua sisi tali plasma menjadi sama, dan posisinya tetap stabil. Dengan mengubah medan tambahan ini, bundel plasma dapat dipindahkan ke dalam ruang vakum dalam batas tertentu.
Pendekatan sintesis yang berbeda secara mendasar diusulkan oleh konsep katalisis muon. Muon adalah partikel elementer tidak stabil yang memiliki muatan yang sama dengan elektron, tetapi massanya 207 kali lebih besar. Muon dapat menggantikan elektron dalam atom hidrogen, dan ukuran atom berkurang 207 kali lipat. Hal ini memungkinkan satu inti hidrogen bergerak mendekati inti hidrogen lainnya tanpa mengeluarkan energi. Namun untuk menghasilkan satu muon, dibutuhkan sekitar 10 GeV energi, yang berarti perlu dilakukan beberapa ribu reaksi fusi per muon untuk memperoleh manfaat energi. Karena kemungkinan muon “menempel” pada helium yang terbentuk dalam reaksi, lebih dari beberapa ratus reaksi belum tercapai. Foto menunjukkan perakitan bintang Wendelstein zx di Institut Fisika Plasma Max Planck.
Masalah penting tokamaks sejak lama adalah kebutuhan untuk menciptakan arus cincin dalam plasma. Untuk melakukan ini, sirkuit magnet dilewatkan melalui lubang tengah torus tokamak, yang fluks magnetnya terus diubah. Perubahan fluks magnet menghasilkan medan listrik pusaran, yang mengionisasi gas di ruang vakum dan mempertahankan arus dalam plasma yang dihasilkan. Namun arus dalam plasma harus dijaga terus menerus, artinya fluks magnet harus terus berubah ke satu arah. Hal ini tentu saja tidak mungkin, sehingga arus di tokamaks hanya dapat dipertahankan dalam waktu terbatas (dari sepersekian detik hingga beberapa detik). Untungnya, apa yang disebut arus bootstrap ditemukan, yang terjadi dalam plasma tanpa medan pusaran eksternal. Selain itu, metode telah dikembangkan untuk memanaskan plasma, sekaligus menginduksi arus cincin yang diperlukan di dalamnya. Secara keseluruhan, hal ini memberikan potensi untuk mempertahankan plasma panas selama yang diinginkan. Dalam prakteknya, rekor tersebut saat ini dipegang oleh tokamak Tore Supra, dimana plasma terus menerus “terbakar” selama lebih dari enam menit.
Jenis instalasi kurungan plasma kedua, yang sangat menjanjikan, adalah stellarator. Selama beberapa dekade terakhir, desain bintang telah berubah secara dramatis. Hampir tidak ada yang tersisa dari “delapan” asli, dan instalasi ini menjadi lebih mirip dengan tokamaks. Meskipun waktu pengurungan stellarator lebih pendek dibandingkan tokamak (karena mode H yang kurang efisien), dan biaya konstruksinya lebih tinggi, perilaku plasma di dalamnya lebih tenang, yang berarti umur stellarator pertama lebih lama. dinding bagian dalam ruang vakum. Untuk pengembangan komersial fusi termonuklir, faktor ini sangat penting.
Memilih reaksi
Sepintas, penggunaan deuterium murni sebagai bahan bakar termonuklir adalah hal yang paling logis: harganya relatif murah dan aman. Namun, deuterium bereaksi dengan deuterium seratus kali lebih mudah dibandingkan dengan tritium. Artinya, untuk mengoperasikan reaktor pada campuran deuterium dan tritium, diperlukan suhu 10 keV, dan untuk mengoperasikan reaktor dengan deuterium murni, diperlukan suhu lebih dari 50 keV. Dan semakin tinggi suhunya, semakin tinggi pula kehilangan energinya. Oleh karena itu, setidaknya untuk pertama kalinya, energi termonuklir direncanakan akan dibangun dengan bahan bakar deuterium-tritium. Tritium akan diproduksi di dalam reaktor itu sendiri karena iradiasi dengan neutron litium cepat yang dihasilkan di dalamnya.
Neutron yang "salah". Dalam film kultus "9 Hari Satu Tahun" karakter utama, saat bekerja di instalasi termonuklir, menerima radiasi neutron dalam dosis yang serius. Namun, belakangan ternyata neutron tersebut tidak dihasilkan dari reaksi fusi. Ini bukan penemuan sutradara, tetapi efek nyata yang diamati dalam Z-pinches. Pada saat arus listrik terputus, induktansi plasma menghasilkan tegangan yang sangat besar - jutaan volt. Ion hidrogen individu, yang dipercepat dalam medan ini, mampu mengeluarkan neutron dari elektroda. Pada awalnya, fenomena ini memang dianggap sebagai tanda pasti adanya reaksi termonuklir, namun analisis selanjutnya terhadap spektrum energi neutron menunjukkan bahwa fenomena tersebut memiliki asal usul yang berbeda.
Mode retensi yang ditingkatkan. Mode H dari tokamak adalah mode operasinya ketika, dengan pemanasan tambahan daya tinggi, kehilangan energi plasma berkurang tajam. Penemuan mode pengurungan yang ditingkatkan secara tidak sengaja pada tahun 1982 sama pentingnya dengan penemuan tokamak itu sendiri. Belum ada teori yang diterima secara umum tentang fenomena ini, namun hal ini tidak menghalangi penerapannya dalam praktik. Semua tokamak modern beroperasi dalam mode ini, karena mengurangi kerugian lebih dari setengahnya. Selanjutnya, rezim serupa ditemukan di stellarator, menunjukkan bahwa ini adalah properti umum sistem toroidal, namun pengurungan hanya ditingkatkan sekitar 30% di dalamnya.
Pemanasan plasma. Ada tiga metode utama memanaskan plasma hingga mencapai suhu termonuklir. Pemanasan ohmik adalah pemanasan plasma akibat aliran arus listrik yang melewatinya. Metode ini paling efektif pada tahap awal, karena dengan meningkatnya suhu, hambatan listrik plasma menurun. Pemanasan elektromagnetik menggunakan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi yang sesuai dengan frekuensi putaran di sekitar garis medan magnet elektron atau ion. Dengan menyuntikkan atom netral yang cepat, aliran ion negatif tercipta, yang kemudian dinetralkan, berubah menjadi atom netral yang dapat melewati medan magnet ke pusat plasma untuk mentransfer energinya ke sana.
Apakah ini reaktor? Tritium bersifat radioaktif, dan iradiasi neutron yang kuat dari reaksi D-T menciptakan radioaktivitas terinduksi pada elemen desain reaktor. Kami harus menggunakan robot, sehingga mempersulit pekerjaan. Pada saat yang sama, perilaku plasma hidrogen atau deuterium biasa sangat mirip dengan perilaku plasma dari campuran deuterium dan tritium. Hal ini mengarah pada fakta bahwa sepanjang sejarah, hanya dua instalasi termonuklir yang sepenuhnya beroperasi pada campuran deuterium dan tritium: tokamaks TFTR dan JET. Di instalasi lain, bahkan deuterium tidak selalu digunakan. Jadi nama “termonuklir” dalam definisi suatu fasilitas sama sekali tidak berarti bahwa reaksi termonuklir pernah benar-benar terjadi di dalamnya (dan reaksi termonuklir yang terjadi hampir selalu menggunakan deuterium murni).
Reaktor hibrida. Reaksi D-T menghasilkan neutron 14 MeV, yang bahkan dapat melakukan fisi uranium yang sudah habis. Fisi satu inti uranium disertai dengan pelepasan energi sekitar 200 MeV, yang lebih dari sepuluh kali lipat energi yang dilepaskan selama fusi. Jadi tokamak yang ada bisa menjadi sangat bermanfaat jika dikelilingi oleh cangkang uranium. Dibandingkan dengan reaktor fisi, reaktor hibrid semacam itu memiliki keuntungan dalam mencegah berkembangnya reaksi berantai yang tidak terkendali di dalamnya. Selain itu, fluks neutron yang sangat kuat akan mengubah produk fisi uranium yang berumur panjang menjadi produk yang berumur pendek, sehingga secara signifikan mengurangi masalah pembuangan limbah.
Harapan inersia
Fusi inersia juga tidak tinggal diam. Selama beberapa dekade perkembangan teknologi laser, muncul prospek untuk meningkatkan efisiensi laser sekitar sepuluh kali lipat. Dan dalam praktiknya, kekuatan mereka telah meningkat ratusan dan ribuan kali lipat. Pekerjaan juga sedang dilakukan pada akselerator ion berat dengan parameter yang sesuai untuk penggunaan termonuklir. Selain itu, konsep “pengapian cepat” telah menjadi faktor penting dalam kemajuan fusi inersia. Ini melibatkan penggunaan dua pulsa: satu memampatkan bahan bakar termonuklir, dan yang lainnya memanaskan sebagian kecilnya. Diasumsikan bahwa reaksi yang dimulai pada sebagian kecil bahan bakar selanjutnya akan menyebar lebih jauh dan menutupi seluruh bahan bakar. Pendekatan ini memungkinkan pengurangan biaya energi secara signifikan, dan oleh karena itu menjadikan reaksi menguntungkan dengan fraksi bahan bakar yang direaksikan lebih kecil.
Masalah Tokamak
Meskipun ada kemajuan dalam instalasi jenis lain, tokamak saat ini masih tertinggal dari persaingan: jika dua tokamak (TFTR dan JET) pada tahun 1990-an benar-benar menghasilkan pelepasan energi termonuklir yang kira-kira sama dengan konsumsi energi untuk memanaskan plasma (bahkan meskipun mode seperti itu hanya berlangsung sekitar satu detik), maka hal serupa tidak dapat dicapai dengan jenis instalasi lainnya. Bahkan peningkatan sederhana dalam ukuran tokamak akan mengarah pada kelayakan fusi yang menguntungkan secara energi di dalamnya. Saat ini sedang dibangun di Perancis reaktor internasional ITER, yang harus menunjukkan hal ini dalam praktik.
Namun, tokamak juga punya masalah. ITER menelan biaya miliaran dolar, yang tidak dapat diterima untuk reaktor komersial di masa depan. Tidak ada reaktor yang beroperasi terus menerus bahkan selama beberapa jam, apalagi selama berminggu-minggu atau berbulan-bulan, yang sekali lagi diperlukan untuk aplikasi industri. Belum ada kepastian bahwa bahan dinding bagian dalam ruang vakum akan mampu menahan paparan plasma dalam waktu lama.
Konsep tokamak dengan medan yang kuat dapat membuat proyek menjadi lebih murah. Dengan meningkatkan lapangan sebanyak dua hingga tiga kali lipat, direncanakan untuk memperoleh parameter plasma yang diperlukan dalam instalasi yang relatif kecil. Konsep ini, khususnya, menjadi dasar reaktor Ignitor, yang bersama rekan-rekan Italia, kini mulai dibangun di TRINIT (Institut Trinitas untuk Inovasi dan Penelitian Termonuklir) dekat Moskow. Jika perhitungan para insinyur menjadi kenyataan, maka dengan biaya yang jauh lebih rendah daripada ITER, plasma dapat menyala di reaktor ini.
Maju ke bintang-bintang!
Produk reaksi termonuklir terbang ke berbagai arah dengan kecepatan ribuan kilometer per detik. Hal ini memungkinkan terciptanya mesin roket yang sangat efisien. Impuls spesifiknya akan lebih tinggi dibandingkan mesin jet listrik terbaik, dan konsumsi energinya bahkan mungkin negatif (secara teoritis, energi dapat dihasilkan, bukan dikonsumsi). Selain itu, ada banyak alasan untuk percaya bahwa membuat mesin roket termonuklir akan lebih mudah daripada reaktor berbasis darat: tidak ada masalah dalam menciptakan ruang hampa, dengan isolasi termal magnet superkonduktor, tidak ada batasan dimensi, dll. Selain itu, pembangkitan listrik oleh mesin juga diinginkan, tetapi sama sekali tidak perlu, cukup ia tidak mengonsumsinya terlalu banyak.
Kurungan elektrostatis
Konsep kurungan ion elektrostatis paling mudah dipahami melalui pengaturan yang disebut fusor. Ini didasarkan pada elektroda jaring bulat yang diberi potensial negatif. Ion-ion yang dipercepat dalam akselerator terpisah atau oleh medan elektroda pusat itu sendiri jatuh ke dalamnya dan ditahan di sana oleh medan elektrostatis: jika suatu ion cenderung terbang keluar, medan elektroda akan memutarnya kembali. Sayangnya, kemungkinan suatu ion bertabrakan dengan suatu jaringan jauh lebih tinggi daripada kemungkinan terjadinya reaksi fusi, sehingga reaksi yang menguntungkan secara energi tidak mungkin terjadi. Instalasi semacam itu hanya diterapkan sebagai sumber neutron.
Dalam upaya untuk membuat penemuan yang sensasional, banyak ilmuwan berusaha untuk melihat sintesis sedapat mungkin. Ada banyak laporan di media mengenai hal ini berbagai pilihan apa yang disebut “fusi dingin”. Sintesis ditemukan pada logam yang “diresapi” dengan deuterium ketika arus listrik mengalir melaluinya, selama elektrolisis cairan jenuh deuterium, selama pembentukan gelembung kavitasi di dalamnya, dan juga dalam kasus lain. Namun, sebagian besar percobaan ini belum mempunyai reproduktifitas yang memuaskan di laboratorium lain, dan hasilnya hampir selalu dapat dijelaskan tanpa menggunakan sintesis.
Melanjutkan “tradisi mulia” yang dimulai dengan “batu bertuah” dan kemudian berubah menjadi “mesin gerak abadi”, banyak penipu modern menawarkan untuk membeli dari mereka “generator fusi dingin”, “reaktor kavitasi”, dan “bahan bakar- generator gratis”: tentang filosofis Semua orang telah melupakan batu itu, mereka tidak percaya pada gerak abadi, tetapi fusi nuklir sekarang terdengar cukup meyakinkan. Namun sayang, pada kenyataannya sumber energi seperti itu belum ada (dan jika sumber energi tersebut dapat diciptakan, maka sumber energi tersebut akan muncul di semua rilis berita). Jadi berhati-hatilah: jika Anda ditawari untuk membeli perangkat yang menghasilkan energi melalui fusi nuklir dingin, maka mereka hanya mencoba “menipu” Anda!
Menurut perkiraan awal, bahkan dengan tingkat teknologi saat ini, dimungkinkan untuk membuat termonuklir mesin roket untuk penerbangan ke planet-planet tata surya (dengan pendanaan yang sesuai). Menguasai teknologi mesin semacam itu akan meningkatkan kecepatan penerbangan berawak sepuluh kali lipat dan memungkinkan adanya cadangan bahan bakar dalam jumlah besar, yang akan membuat penerbangan ke Mars tidak lebih sulit daripada bekerja di ISS sekarang. Kecepatan 10% kecepatan cahaya berpotensi tersedia untuk stasiun otomatis, yang berarti dimungkinkan untuk mengirim wahana penelitian ke bintang terdekat dan memperoleh data ilmiah selama masa penciptanya.
Konsep mesin roket termonuklir berbasis fusi inersia saat ini dianggap paling berkembang. Perbedaan antara mesin dan reaktor terletak pada medan magnet yang mengarahkan produk reaksi bermuatan ke satu arah. Opsi kedua melibatkan penggunaan jebakan terbuka, di mana salah satu sumbatnya sengaja dilemahkan. Plasma yang mengalir darinya akan menciptakan gaya reaktif.
Masa depan termonuklir
Menguasai fusi termonuklir ternyata jauh lebih sulit daripada yang terlihat pada awalnya. Dan meskipun banyak masalah telah terpecahkan, masalah-masalah lainnya akan cukup untuk beberapa dekade mendatang berkat kerja keras ribuan ilmuwan dan insinyur. Namun prospek transformasi isotop hidrogen dan helium bagi kita begitu besar, dan jalur yang diambil sudah begitu signifikan sehingga tidak masuk akal untuk berhenti di tengah jalan. Tidak peduli apa yang dikatakan oleh banyak orang yang skeptis, masa depan tidak diragukan lagi terletak pada sintesis.
Bagaimana semuanya dimulai? “Tantangan energi” muncul sebagai akibat dari kombinasi tiga faktor berikut:
1. Umat manusia kini mengonsumsi energi dalam jumlah besar.
Saat ini konsumsi energi dunia sekitar 15,7 terawatt (TW). Membagi nilai ini dengan populasi dunia, kita mendapatkan sekitar 2.400 watt per orang, yang dapat diperkirakan dan divisualisasikan dengan mudah. Energi yang dikonsumsi oleh setiap penghuni bumi (termasuk anak-anak) setara dengan pengoperasian lampu listrik berkekuatan 24 ratus watt sepanjang waktu. Namun konsumsi energi ini di seluruh dunia sangat tidak merata, karena sangat besar di beberapa negara dan dapat diabaikan di negara lain. Konsumsi (dalam satuan orang) sama dengan 10,3 kW di AS (salah satu nilai rekor), 6,3 kW di Federasi Rusia, 5,1 kW di Inggris, dll., tetapi, di sisi lain, sama dengan hanya 0,21 kW di Bangladesh (hanya 2% dari konsumsi energi AS!).
2. Konsumsi energi dunia meningkat drastis.
Menurut perkiraan Badan Energi Internasional (2006), konsumsi energi global akan meningkat sebesar 50% pada tahun 2030. Negara-negara maju tentu saja bisa baik-baik saja tanpa tambahan energi, namun pertumbuhan ini diperlukan untuk mengangkat masyarakat keluar dari kemiskinan di negara-negara berkembang, di mana 1,5 miliar orang menderita kekurangan listrik yang parah.
3. Saat ini, 80% energi dunia berasal dari pembakaran bahan bakar fosil(minyak bumi, batubara dan gas bumi), yang kegunaannya:
a) berpotensi menimbulkan risiko bencana perubahan lingkungan hidup;
b) mau tidak mau harus berakhir suatu saat nanti.
Dari uraian di atas jelas bahwa saat ini kita harus bersiap menghadapi berakhirnya era penggunaan bahan bakar fosil
Saat ini, pembangkit listrik tenaga nuklir menghasilkan energi yang dilepaskan selama reaksi fisi inti atom dalam skala besar. Penciptaan dan pengembangan stasiun-stasiun tersebut harus didorong dengan segala cara, namun harus diingat bahwa cadangan salah satu bahan terpenting untuk pengoperasiannya (uranium murah) juga dapat habis seluruhnya dalam 50 tahun ke depan. . Kemungkinan energi berbasis fisi nuklir dapat (dan harus) diperluas secara signifikan melalui penggunaan siklus energi yang lebih efisien, sehingga jumlah energi yang dihasilkan menjadi hampir dua kali lipat. Untuk mengembangkan energi ke arah ini, perlu dibuat reaktor thorium (yang disebut reaktor pemulia thorium atau reaktor pemulia), yang reaksinya menghasilkan lebih banyak thorium daripada uranium asli, sehingga jumlah total energi yang dihasilkan. untuk jumlah zat tertentu meningkat 40 kali lipat. Tampaknya juga menjanjikan untuk menciptakan pembiak plutonium menggunakan neutron cepat, yang jauh lebih efisien dibandingkan reaktor uranium dan dapat menghasilkan energi 60 kali lebih banyak. Mungkin untuk mengembangkan kawasan ini perlu dikembangkan metode baru yang tidak standar untuk memperoleh uranium (misalnya, dari air laut, yang tampaknya paling mudah diakses).
Pembangkit listrik fusi
Gambar tersebut menunjukkan diagram skema (bukan skala) perangkat dan prinsip pengoperasian pembangkit listrik termonuklir. Di bagian tengah terdapat ruang toroidal (berbentuk donat) dengan volume ~2000 m3, berisi plasma tritium-deuterium (T–D) yang dipanaskan hingga suhu di atas 100 M°C. Neutron yang dihasilkan selama reaksi fusi (1) meninggalkan “botol magnet” dan memasuki cangkang yang ditunjukkan pada gambar dengan ketebalan sekitar 1 m.
Di dalam cangkang, neutron bertabrakan dengan atom litium, menghasilkan reaksi yang menghasilkan tritium:
neutron + litium → helium + tritium
Selain itu, reaksi bersaing terjadi dalam sistem (tanpa pembentukan tritium), serta banyak reaksi dengan pelepasan neutron tambahan, yang kemudian juga mengarah pada pembentukan tritium (dalam hal ini, pelepasan neutron tambahan dapat terjadi). ditingkatkan secara signifikan, misalnya dengan memasukkan atom berilium ke dalam cangkang dan timbal). Kesimpulan keseluruhannya adalah bahwa fasilitas ini (setidaknya secara teoritis) dapat mengalami reaksi fusi nuklir yang akan menghasilkan tritium. Dalam hal ini, jumlah tritium yang dihasilkan tidak hanya harus memenuhi kebutuhan instalasi itu sendiri, tetapi juga lebih besar lagi, sehingga memungkinkan untuk memasok tritium ke instalasi baru. Konsep operasi inilah yang harus diuji dan diimplementasikan dalam reaktor ITER yang dijelaskan di bawah ini.
Selain itu, neutron harus memanaskan cangkang di pabrik percontohan (di mana bahan konstruksi yang relatif “biasa” akan digunakan) hingga suhu sekitar 400°C. Di masa depan, direncanakan untuk membuat instalasi yang lebih baik dengan suhu pemanasan cangkang di atas 1000°C, yang dapat dicapai melalui penggunaan material berkekuatan tinggi terbaru (seperti komposit silikon karbida). Panas yang dihasilkan di shell, seperti di stasiun konvensional, diambil oleh sirkuit pendingin primer dengan cairan pendingin (mengandung, misalnya, air atau helium) dan dipindahkan ke sirkuit sekunder, di mana uap air dihasilkan dan disuplai ke turbin.
1985 - Uni Soviet mengusulkan pembangkit listrik Tokamak generasi berikutnya, menggunakan pengalaman empat negara terkemuka dalam menciptakan reaktor fusi. Amerika Serikat, bersama Jepang dan Komunitas Eropa, mengajukan proposal untuk pelaksanaan proyek tersebut.
Saat ini, di Prancis, pembangunan reaktor termonuklir eksperimental internasional ITER (Reaktor Eksperimental Tokamak Internasional), yang dijelaskan di bawah ini, sedang berlangsung, yang akan menjadi tokamak pertama yang mampu “menyalakan” plasma.
Di tingkat paling maju instalasi yang ada Tipe Tokamak telah lama mencapai suhu sekitar 150 M°C, mendekati nilai yang diperlukan untuk pengoperasian stasiun termonuklir, tetapi reaktor ITER harus menjadi pembangkit listrik skala besar pertama yang dirancang untuk operasi jangka panjang. . Di masa depan, parameter operasinya perlu ditingkatkan secara signifikan, yang pertama-tama memerlukan peningkatan tekanan plasma, karena laju fusi nuklir pada suhu tertentu sebanding dengan kuadrat tekanan. Masalah ilmiah utama dalam hal ini terkait dengan fakta bahwa ketika tekanan dalam plasma meningkat, timbul ketidakstabilan yang sangat kompleks dan berbahaya, yaitu mode operasi yang tidak stabil.
Kenapa kita perlu ini?
Keuntungan utama fusi nuklir adalah hanya memerlukan sejumlah kecil zat yang umum ditemukan di alam sebagai bahan bakar. Reaksi fusi nuklir pada instalasi yang dijelaskan dapat menyebabkan pelepasan energi dalam jumlah besar, sepuluh juta kali lebih tinggi dibandingkan panas standar yang dilepaskan selama reaksi kimia konvensional (seperti pembakaran bahan bakar fosil). Sebagai perbandingan, kami menunjukkan bahwa jumlah batubara yang dibutuhkan untuk menggerakkan pembangkit listrik termal dengan kapasitas 1 gigawatt (GW) adalah 10.000 ton per hari (sepuluh gerbong), dan pembangkit fusi dengan daya yang sama hanya akan mengkonsumsi sekitar 1 kilogram campuran D+T per hari.
Deuterium adalah isotop hidrogen yang stabil; Pada sekitar satu dari setiap 3.350 molekul air biasa, salah satu atom hidrogen digantikan oleh deuterium (warisan Big Bang). Fakta ini cukup memudahkan pengorganisasian murah untuk diterima jumlah deuterium yang dibutuhkan dari air. Lebih sulit untuk mendapatkan tritium, yang tidak stabil (waktu paruhnya sekitar 12 tahun, sehingga kandungannya di alam dapat diabaikan), namun, seperti yang ditunjukkan di atas, tritium akan muncul langsung di dalam instalasi termonuklir selama operasi, karena reaksi neutron dengan litium.
Jadi, bahan bakar awal reaktor fusi adalah litium dan air. Litium adalah logam umum yang banyak digunakan pada peralatan rumah tangga (baterai ponsel, dll.). Instalasi yang dijelaskan di atas, meski dengan memperhitungkan efisiensi yang tidak ideal, akan mampu menghasilkan energi listrik sebesar 200.000 kWh, setara dengan energi yang terkandung dalam 70 ton batu bara. Jumlah litium yang dibutuhkan untuk ini terkandung dalam satu baterai komputer, dan jumlah deuterium dalam 45 liter air. Nilai di atas sesuai dengan konsumsi listrik saat ini (dihitung per orang) di negara-negara UE selama 30 tahun. Fakta bahwa sejumlah kecil litium dapat menghasilkan listrik dalam jumlah besar (tanpa emisi CO2 dan tanpa polusi udara sedikit pun) merupakan argumen yang cukup serius untuk pengembangan energi termonuklir yang tercepat dan paling gencar (terlepas dari semua hal tersebut). kesulitan dan masalah) dan bahkan tanpa keyakinan seratus persen terhadap keberhasilan penelitian tersebut.
Deuterium dapat bertahan selama jutaan tahun, dan cadangan litium yang mudah ditambang cukup untuk memenuhi kebutuhan selama ratusan tahun. Sekalipun litium dalam batuan habis, kita dapat mengekstraksinya dari air, karena litium ditemukan dalam konsentrasi yang cukup tinggi (100 kali konsentrasi uranium) sehingga ekstraksinya layak secara ekonomi.
Reaktor termonuklir eksperimental (Reaktor eksperimental termonuklir internasional) sedang dibangun di dekat kota Cadarache di Perancis. Tujuan utama proyek ITER adalah untuk menerapkan reaksi fusi termonuklir terkendali pada skala industri.
Per satuan berat bahan bakar termonuklir, energi diperoleh sekitar 10 juta kali lebih banyak dibandingkan dengan pembakaran bahan bakar organik dalam jumlah yang sama, dan sekitar seratus kali lebih banyak dibandingkan dengan pemecahan inti uranium di reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir yang saat ini beroperasi. Jika perhitungan para ilmuwan dan perancang menjadi kenyataan, ini akan memberikan sumber energi yang tidak ada habisnya bagi umat manusia.
Oleh karena itu, sejumlah negara (Rusia, India, Cina, Korea, Kazakhstan, Amerika Serikat, Kanada, Jepang, negara-negara Uni Eropa) bergabung dalam penciptaan Reaktor Riset Termonuklir Internasional - sebuah prototipe pembangkit listrik baru.
ITER adalah fasilitas yang menciptakan kondisi untuk sintesis atom hidrogen dan tritium (isotop hidrogen), sehingga menghasilkan pembentukan atom baru - atom helium. Proses ini disertai dengan ledakan energi yang sangat besar: suhu plasma tempat terjadinya reaksi termonuklir adalah sekitar 150 juta derajat Celcius (sebagai perbandingan, suhu inti Matahari adalah 40 juta derajat). Dalam hal ini, isotopnya terbakar, sehingga hampir tidak ada limbah radioaktif.
Skema partisipasi dalam proyek internasional menyediakan pasokan komponen reaktor dan pembiayaan pembangunannya. Sebagai imbalannya, masing-masing negara peserta menerima akses penuh ke semua teknologi untuk pembuatan reaktor termonuklir dan hasil semua pekerjaan eksperimental pada reaktor ini, yang akan menjadi dasar untuk desain reaktor termonuklir bertenaga serial.
Reaktor yang berdasarkan prinsip fusi termonuklir tidak memilikinya radiasi radioaktif dan benar-benar aman bagi lingkungan. Ia dapat ditemukan hampir di mana saja di dunia, dan bahan bakarnya adalah air biasa. Pembangunan ITER diperkirakan akan memakan waktu sekitar sepuluh tahun, setelah itu reaktor tersebut diharapkan dapat digunakan selama 20 tahun.
Kepentingan Rusia di Dewan Organisasi Internasional untuk Pembangunan Reaktor Termonuklir ITER di tahun-tahun mendatang akan diwakili oleh Anggota Koresponden Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia Mikhail Kovalchuk - Direktur Institut Kurchatov, Institut Kristalografi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia Sekretaris Ilmu Pengetahuan dan Ilmiah Dewan Kepresidenan untuk Sains, Teknologi dan Pendidikan. Kovalchuk untuk sementara akan menggantikan akademisi Evgeniy Velikhov dalam jabatan ini, yang terpilih sebagai ketua Dewan Internasional ITER untuk dua tahun ke depan dan tidak memiliki hak untuk menggabungkan posisi ini dengan tugas perwakilan resmi negara peserta.
Total biaya konstruksi diperkirakan mencapai 5 miliar euro, dan jumlah yang sama akan diperlukan untuk uji coba pengoperasian reaktor. Saham India, China, Korea, Rusia, Amerika Serikat, dan Jepang masing-masing menyumbang sekitar 10 persen dari total nilai, 45 persennya berasal dari negara-negara Uni Eropa. Namun, negara-negara Eropa belum menyepakati bagaimana tepatnya biaya tersebut akan didistribusikan di antara mereka. Karena itu, permulaan pembangunan ditunda hingga April 2010. Meskipun ada penundaan baru-baru ini, para ilmuwan dan pejabat yang terlibat dalam ITER mengatakan mereka akan dapat menyelesaikan proyek tersebut pada tahun 2018.
Perkiraan tenaga termonuklir ITER adalah 500 megawatt. Bagian magnet individu mencapai berat 200 hingga 450 ton. Untuk mendinginkan ITER dibutuhkan 33 ribu meter kubik air per hari.
Pada tahun 1998, Amerika Serikat berhenti mendanai partisipasinya dalam proyek tersebut. Setelah Partai Republik berkuasa dan pemadaman bergilir dimulai di California, pemerintahan Bush mengumumkan peningkatan investasi di bidang energi. Amerika Serikat tidak bermaksud untuk berpartisipasi dalam proyek internasional tersebut dan terlibat dalam proyek termonuklirnya sendiri. Pada awal tahun 2002, penasihat teknologi Presiden Bush John Marburger III mengatakan bahwa Amerika Serikat telah berubah pikiran dan bermaksud untuk kembali ke proyek tersebut.
Dalam hal jumlah peserta, proyek ini sebanding dengan proyek ilmiah internasional besar lainnya - Stasiun Luar Angkasa Internasional. Biaya ITER yang sebelumnya mencapai 8 miliar dolar, kini menjadi kurang dari 4 miliar. Akibat penarikan Amerika Serikat dari partisipasi, diputuskan untuk mengurangi daya reaktor dari 1,5 GW menjadi 500 MW. Sejalan dengan itu, harga proyek juga mengalami penurunan.
Pada bulan Juni 2002, simposium “ITER Days in Moscow” diadakan di ibu kota Rusia. Ini membahas masalah teoretis, praktis dan organisasional dalam menghidupkan kembali proyek tersebut, yang keberhasilannya dapat mengubah nasib umat manusia dan memberinya jenis energi baru, yang efisiensi dan ekonominya hanya sebanding dengan energi Matahari.
Pada bulan Juli 2010, perwakilan negara-negara yang berpartisipasi dalam proyek reaktor termonuklir internasional ITER menyetujui anggaran dan jadwal konstruksinya pada pertemuan luar biasa yang diadakan di Cadarache, Prancis. Laporan pertemuan tersedia di sini.
Pada pertemuan luar biasa terakhir, peserta proyek menyetujui tanggal mulai percobaan pertama dengan plasma - 2019. Eksperimen penuh direncanakan pada Maret 2027, meskipun manajemen proyek meminta pakar teknis untuk mencoba mengoptimalkan proses dan memulai eksperimen pada tahun 2026. Para peserta pertemuan juga memutuskan biaya pembangunan reaktor, tetapi jumlah yang direncanakan akan dikeluarkan untuk pembuatan instalasi tersebut tidak diungkapkan. Menurut informasi yang diterima editor portal ScienceNOW dari sumber yang tidak disebutkan namanya, pada saat percobaan dimulai, biaya proyek ITER bisa mencapai 16 miliar euro.
Pertemuan di Cadarache juga menandai hari kerja resmi pertama bagi direktur proyek baru, fisikawan Jepang Osamu Motojima. Sebelum dia, proyek tersebut telah dipimpin sejak tahun 2005 oleh Kaname Ikeda dari Jepang, yang ingin meninggalkan jabatannya segera setelah anggaran dan tenggat waktu konstruksi disetujui.
Reaktor fusi ITER adalah proyek bersama Uni Eropa, Swiss, Jepang, Amerika Serikat, Rusia, Korea Selatan, Cina dan India. Gagasan untuk membuat ITER telah dipertimbangkan sejak tahun 80-an abad terakhir, namun karena kesulitan keuangan dan teknis, biaya proyek terus meningkat, dan tanggal mulai konstruksi terus-menerus ditunda. Pada tahun 2009, para ahli memperkirakan bahwa pengerjaan pembuatan reaktor akan dimulai pada tahun 2010. Belakangan, tanggal ini dipindahkan, dan pertama tahun 2018 dan kemudian tahun 2019 ditetapkan sebagai waktu peluncuran reaktor.
Reaksi fusi termonuklir adalah reaksi fusi inti isotop ringan membentuk inti yang lebih berat, yang disertai dengan pelepasan energi yang sangat besar. Secara teori, reaktor fusi dapat menghasilkan banyak energi dengan biaya rendah, namun saat ini para ilmuwan menghabiskan lebih banyak energi dan uang untuk memulai dan mempertahankan reaksi fusi.
Fusi termonuklir adalah cara yang murah dan ramah lingkungan untuk menghasilkan energi. Fusi termonuklir yang tidak terkendali telah terjadi di Matahari selama miliaran tahun - helium terbentuk dari isotop hidrogen berat deuterium. Ini melepaskan sejumlah besar energi. Namun, manusia di Bumi belum belajar mengendalikan reaksi tersebut.
Reaktor ITER akan menggunakan isotop hidrogen sebagai bahan bakar. Selama reaksi termonuklir, energi dilepaskan ketika atom-atom ringan bergabung menjadi atom-atom yang lebih berat. Untuk mencapai hal ini, gas harus dipanaskan hingga suhu lebih dari 100 juta derajat - jauh lebih tinggi daripada suhu di pusat Matahari. Gas pada suhu ini berubah menjadi plasma. Pada saat yang sama, atom-atom isotop hidrogen bergabung, berubah menjadi atom helium dengan pelepasan sejumlah besar neutron. Pembangkit listrik yang beroperasi dengan prinsip ini akan menggunakan energi neutron yang diperlambat oleh lapisan material padat (litium).
Mengapa pembuatan instalasi termonuklir memakan waktu lama?
Mengapa instalasi yang begitu penting dan berharga, yang manfaatnya telah dibahas selama hampir setengah abad, belum tercipta? Ada tiga alasan utama (dibahas di bawah), yang pertama dapat disebut eksternal atau sosial, dan dua lainnya bersifat internal, yaitu ditentukan oleh hukum dan kondisi perkembangan energi termonuklir itu sendiri.
1. Untuk waktu yang lama, diyakini bahwa masalah penggunaan praktis energi fusi termonuklir tidak memerlukan keputusan dan tindakan segera, karena pada tahun 80-an abad yang lalu, sumber bahan bakar fosil tampaknya tidak ada habisnya, dan masalah lingkungan serta perubahan iklim memerlukannya. tidak menjadi perhatian publik. Pada tahun 1976, Komite Penasihat Energi Fusi Departemen Energi AS berusaha memperkirakan kerangka waktu untuk Litbang dan demonstrasi pembangkit listrik fusi berdasarkan berbagai opsi pendanaan penelitian. Pada saat yang sama, ditemukan bahwa jumlah pendanaan tahunan untuk penelitian ke arah ini sama sekali tidak mencukupi, dan jika tingkat alokasi yang ada dipertahankan, pembangunan instalasi termonuklir tidak akan pernah berhasil, karena dana yang dialokasikan tidak sesuai. bahkan sampai pada tingkat minimum dan kritis.
2. Hambatan yang lebih serius terhadap pengembangan penelitian di bidang ini adalah bahwa instalasi termonuklir seperti yang sedang dibahas tidak dapat dibuat dan didemonstrasikan dalam skala kecil. Dari penjelasan yang disajikan di bawah ini, menjadi jelas bahwa fusi termonuklir tidak hanya memerlukan pengurungan magnetis pada plasma, tetapi juga pemanasan yang cukup. Rasio energi yang dikeluarkan dan diterima meningkat setidaknya sebanding dengan kuadrat dimensi linier instalasi, sebagai akibatnya kemampuan ilmiah dan teknis serta keunggulan instalasi termonuklir hanya dapat diuji dan didemonstrasikan di stasiun yang cukup besar, seperti seperti reaktor ITER yang disebutkan. Masyarakat belum siap membiayai hal tersebut proyek-proyek besar, belum ada keyakinan yang cukup akan keberhasilan.
3. Perkembangan energi termonuklir sangat kompleks, namun (meskipun pendanaan tidak mencukupi dan kesulitan dalam memilih pusat pembuatan instalasi JET dan ITER), kemajuan yang jelas telah terlihat dalam beberapa tahun terakhir, meskipun stasiun operasi belum dibangun.
Dunia modern sedang menghadapi tantangan energi yang sangat serius, yang lebih tepat disebut sebagai “krisis energi yang tidak pasti”. Permasalahan tersebut terkait dengan fakta bahwa cadangan bahan bakar fosil mungkin akan habis pada paruh kedua abad ini. Selain itu, pembakaran bahan bakar fosil dapat mengakibatkan perlunya menyerap dan “menyimpan” karbon dioksida yang dilepaskan ke atmosfer (program CCS yang disebutkan di atas) untuk mencegah perubahan besar pada iklim bumi.
Saat ini, hampir semua energi yang dikonsumsi umat manusia dihasilkan dari pembakaran bahan bakar fosil, dan solusi untuk masalah ini mungkin terkait dengan penggunaan energi matahari atau energi nuklir (pembuatan reaktor pemulia cepat, dll.). Masalah global, didorong oleh pertumbuhan populasi di negara-negara berkembang dan kebutuhan mereka untuk meningkatkan standar hidup dan meningkatkan jumlah energi yang dihasilkan, tidak dapat diselesaikan hanya berdasarkan pendekatan-pendekatan yang dipertimbangkan, meskipun, tentu saja, setiap upaya pembangunan harus didorong. metode alternatif produksi energi.
Sebenarnya, kita hanya mempunyai sedikit pilihan strategi perilaku dan pengembangan energi termonuklir sangatlah penting, meskipun tidak ada jaminan keberhasilan. Surat kabar Financial Times (tanggal 25 Januari 2004) menulis tentang ini:
“Bahkan jika biaya proyek ITER secara signifikan melebihi perkiraan awal, kemungkinan besar biaya tersebut tidak akan mencapai $1 miliar per tahun. Tingkat pengeluaran ini harus dianggap sebagai harga yang sangat murah yang harus dibayar demi peluang yang sangat wajar untuk menciptakan sumber energi baru bagi seluruh umat manusia, terutama mengingat kenyataan bahwa di abad ini kita mau tidak mau harus menghentikan kebiasaan boros energi. dan pembakaran bahan bakar fosil secara sembarangan.”
Semoga saja tidak ada kejutan besar dan tak terduga dalam perjalanan pengembangan energi termonuklir. Dalam hal ini, dalam waktu sekitar 30 tahun kita akan dapat memasok arus listrik darinya ke jaringan energi untuk pertama kalinya, dan hanya dalam waktu 10 tahun pembangkit listrik termonuklir komersial pertama akan mulai beroperasi. Ada kemungkinan bahwa pada paruh kedua abad ini, energi fusi nuklir akan mulai menggantikan bahan bakar fosil dan secara bertahap mulai memainkan peran yang semakin penting dalam menyediakan energi bagi umat manusia dalam skala global.
Tidak ada jaminan mutlak bahwa tugas penciptaan energi termonuklir (sebagai sumber energi yang efektif dan berskala besar bagi seluruh umat manusia) akan berhasil diselesaikan, namun kemungkinan keberhasilan ke arah ini cukup tinggi. Mengingat potensi stasiun termonuklir yang sangat besar, semua biaya proyek untuk pengembangannya yang cepat (dan bahkan dipercepat) dapat dianggap wajar, terutama karena investasi ini terlihat sangat kecil dengan latar belakang pasar energi global yang mengerikan ($4 triliun per tahun8). Pemenuhan kebutuhan energi umat manusia merupakan permasalahan yang sangat serius. Ketika bahan bakar fosil semakin sedikit tersedia (dan penggunaannya menjadi tidak diinginkan), situasinya berubah, dan kita tidak bisa tidak mengembangkan energi fusi.
Untuk pertanyaan “Kapan energi termonuklir akan muncul?” Lev Artsimovich (seorang pionir dan pemimpin penelitian terkemuka di bidang ini) pernah menjawab bahwa “teknologi akan tercipta ketika hal tersebut benar-benar diperlukan bagi umat manusia”
ITER akan menjadi reaktor fusi pertama yang menghasilkan lebih banyak energi daripada yang dikonsumsinya. Para ilmuwan mengukur karakteristik ini menggunakan koefisien sederhana yang mereka sebut “Q.” Jika ITER mencapai semua tujuan ilmiahnya, ia akan menghasilkan energi 10 kali lebih banyak daripada yang dikonsumsinya. Perangkat terakhir yang dibuat, Joint European Torus di Inggris, adalah prototipe reaktor fusi yang lebih kecil yang, pada tahap akhir penelitian ilmiahnya, mencapai nilai Q hampir 1. Artinya, ia menghasilkan jumlah energi yang persis sama dengan yang dikonsumsi. . ITER akan melampaui hal ini dengan mendemonstrasikan penciptaan energi dari fusi dan mencapai nilai Q sebesar 10. Idenya adalah untuk menghasilkan 500 MW dari konsumsi energi sekitar 50 MW. Dengan demikian, salah satu tujuan ilmiah ITER adalah membuktikan bahwa nilai Q sebesar 10 dapat dicapai.
Tujuan ilmiah lainnya adalah bahwa ITER akan memiliki waktu "pembakaran" yang sangat lama - denyut dengan durasi yang diperpanjang hingga satu jam. ITER merupakan reaktor eksperimental riset yang tidak dapat menghasilkan energi secara terus menerus. Saat ITER mulai beroperasi, ITER akan menyala selama satu jam, setelah itu harus dimatikan. Hal ini penting karena hingga saat ini perangkat standar yang kami buat mampu memiliki waktu pembakaran beberapa detik atau bahkan sepersepuluh detik - ini adalah waktu maksimum. "Joint European Torus" mencapai nilai Q 1 dengan waktu pembakaran kurang lebih dua detik dengan panjang pulsa 20 detik. Namun proses yang berlangsung beberapa detik tidaklah benar-benar permanen. Analoginya dengan menghidupkan mesin mobil: menyalakan mesin sebentar lalu mematikannya bukanlah pengoperasian mobil yang sebenarnya. Hanya ketika Anda mengendarai mobil selama setengah jam, mobil akan mencapai mode pengoperasian konstan dan menunjukkan bahwa mobil tersebut benar-benar dapat dikendarai.
Artinya, dari sudut pandang teknis dan ilmiah, ITER akan memberikan nilai Q 10 dan waktu pembakaran yang lebih lama.
Program fusi termonuklir benar-benar bersifat internasional dan luas. Orang-orang sudah mengandalkan keberhasilan ITER dan memikirkan langkah selanjutnya - pembuatan prototipe reaktor termonuklir industri yang disebut DEMO. Untuk membangunnya, ITER perlu bekerja. Kita harus mencapai tujuan ilmiah kita karena ini berarti bahwa ide-ide yang kita kemukakan sepenuhnya dapat dilaksanakan. Namun, saya setuju bahwa Anda harus selalu memikirkan apa yang akan terjadi selanjutnya. Selain itu, seiring dengan beroperasinya ITER selama 25-30 tahun, pengetahuan kami secara bertahap akan semakin dalam dan berkembang, dan kami akan dapat menguraikan langkah selanjutnya dengan lebih akurat.
Memang tidak ada perdebatan apakah ITER harus menjadi tokamak. Beberapa ilmuwan mengajukan pertanyaan yang sangat berbeda: haruskah ITER ada? Para ahli di berbagai negara, yang mengembangkan proyek termonuklir mereka sendiri yang tidak berskala besar, berpendapat bahwa reaktor sebesar itu tidak diperlukan sama sekali.
Namun, pendapat mereka tidak boleh dianggap berwibawa. Fisikawan yang telah bekerja dengan perangkap toroidal selama beberapa dekade terlibat dalam pembuatan ITER. Desain reaktor termonuklir eksperimental di Karadash didasarkan pada semua pengetahuan yang diperoleh selama percobaan pada lusinan tokamak pendahulunya. Dan hasil ini menunjukkan bahwa reaktornya pastilah sebuah tokamak, dan berukuran besar.
JET Saat ini, tokamak yang paling sukses adalah JET, yang dibangun oleh UE di kota Abingdon, Inggris. Ini adalah reaktor tipe tokamak terbesar yang dibuat hingga saat ini, radius besar torus plasma adalah 2,96 meter. Kekuatan reaksi termonuklir tersebut sudah mencapai lebih dari 20 megawatt dengan waktu retensi hingga 10 detik. Reaktor mengembalikan sekitar 40% energi yang dimasukkan ke dalam plasma.
Fisika plasmalah yang menentukan keseimbangan energi,” kata Igor Semenov kepada Infox.ru. Profesor asosiasi MIPT menjelaskan apa yang dimaksud dengan keseimbangan energi dengan sebuah contoh sederhana: “Kita semua pernah melihat api menyala. Faktanya, bukan kayu yang terbakar di sana, melainkan gas. Rantai energinya seperti ini: gas terbakar, kayu memanas, kayu menguap, gas terbakar kembali. Oleh karena itu, jika kita membuang air ke dalam api, kita akan secara tiba-tiba mengambil energi dari sistem untuk transisi fase air cair menjadi uap. Keseimbangan akan menjadi negatif dan api akan padam. Ada cara lain - kita cukup mengambil api dan menyebarkannya ke luar angkasa. Apinya juga akan padam. Hal yang sama terjadi pada reaktor termonuklir yang kami bangun. Dimensi dipilih untuk menciptakan keseimbangan energi positif yang sesuai untuk reaktor ini. Cukup untuk membangun pembangkit listrik tenaga nuklir yang sebenarnya di masa depan, menyelesaikan semua masalah yang saat ini masih belum terselesaikan pada tahap percobaan ini.”
Dimensi reaktor diubah satu kali. Hal ini terjadi pada pergantian abad 20-21, ketika Amerika Serikat menarik diri dari proyek tersebut, dan anggota yang tersisa menyadari bahwa anggaran ITER (saat itu diperkirakan mencapai 10 miliar dolar AS) terlalu besar. Fisikawan dan insinyur diharuskan mengurangi biaya pemasangan. Dan ini hanya bisa dilakukan karena ukurannya. “Desain ulang” ITER dipimpin oleh fisikawan Prancis Robert Aymar, yang sebelumnya mengerjakan tokamak Tore Supra Prancis di Karadash. Jari-jari luar torus plasma telah dikurangi dari 8,2 menjadi 6,3 meter. Namun, risiko yang terkait dengan pengurangan ukuran sebagian dikompensasi oleh beberapa magnet superkonduktor tambahan, yang memungkinkan penerapan mode pengurungan plasma, yang terbuka dan dipelajari pada saat itu.
Setiap orang pernah mendengar tentang energi termonuklir, tetapi hanya sedikit yang dapat mengingat detail teknisnya. Selain itu, survei singkat menunjukkan bahwa banyak orang yakin bahwa kemungkinan adanya energi termonuklir hanyalah mitos. Saya akan memberikan cuplikan dari salah satu forum internet yang tiba-tiba terjadi diskusi.
Pesimis:
“Anda bisa membandingkannya dengan komunisme. Ada lebih banyak masalah di bidang ini daripada solusi yang jelas…”;
“Ini adalah salah satu topik favorit untuk menulis artikel futuristik tentang masa depan cerah…”
Optimis:
“Ini akan terjadi karena segala sesuatu yang luar biasa ternyata pada awalnya tidak mungkin, atau sesuatu yang kemajuannya merupakan faktor penting bagi perkembangan teknologi…”;
“Teman-teman, energi termonuklir adalah masa depan kita yang tak terelakkan, dan tidak ada jalan keluar darinya…”
Mari kita definisikan istilahnya
– Apa yang dimaksud dengan fusi termonuklir terkendali?
Elena Koresheva: Fusi termonuklir terkendali (CTF) adalah bidang penelitian yang tujuannya adalah penggunaan energi reaksi fusi termonuklir unsur-unsur ringan dalam industri.
Para ilmuwan di seluruh dunia memulai penelitian ini ketika fusi termonuklir dalam tahap yang tidak terkendali ditunjukkan selama ledakan bom hidrogen pertama di dunia di dekat Semipalatinsk. Proyek bom semacam itu dikembangkan di Uni Soviet pada tahun 1949 oleh Andrei Sakharov dan Vitaly Ginzburg - masa depan Peraih Nobel dari FIAN - Institut Fisika dinamai. P. N. Lebedev dari Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet, dan pada tanggal 5 Mei 1951, sebuah dekrit Dewan Menteri Uni Soviet dikeluarkan tentang pengembangan pekerjaan pada program termonuklir di bawah kepemimpinan I. V. Kurchatov.
Berbeda dengan bom nuklir, ledakannya melepaskan energi akibat fisi inti atom, dalam bom hidrogen terjadi reaksi termonuklir, energi utama yang dilepaskan selama pembakaran isotop berat hidrogen - deuterium.
Kondisi yang diperlukan untuk memulai reaksi termonuklir adalah: panas(~100 juta °C) dan kepadatan bahan bakar yang tinggi - dalam bom hidrogen dicapai melalui ledakan sekering nuklir berukuran kecil.
Untuk menerapkan kondisi yang sama di laboratorium, yaitu beralih dari fusi termonuklir yang tidak terkendali ke yang terkendali, ilmuwan FIAN, akademisi N.G. Basov, pemenang penghargaan Penghargaan Nobel 1964, dan Akademisi ON Krokhin mengusulkan penggunaan radiasi laser. Saat itu, pada tahun 1964, di Institut Fisika. P. N. Lebedev, dan kemudian di pusat ilmiah lain di negara kita, penelitian tentang CTS di bidang kurungan plasma inersia dimulai. Arah ini disebut fusi termonuklir inersia atau ITS.
Target bahan bakar klasik yang digunakan dalam eksperimen ITS adalah sistem lapisan bola bersarang, versi paling sederhana adalah cangkang polimer terluar dan lapisan bahan bakar kriogenik terbentuk di permukaan bagian dalamnya. Ide dasar ITS adalah untuk memampatkan lima miligram target bahan bakar berbentuk bola hingga kepadatan yang lebih dari seribu kali kepadatan benda padat.
Kompresi dilakukan oleh kulit terluar target, yang substansinya, menguap secara intensif di bawah pengaruh sinar laser super kuat atau sinar ion berenergi tinggi, menciptakan reaksi reaktif. Bagian cangkang yang tidak dapat diuapkan, seperti piston yang kuat, memampatkan bahan bakar yang terletak di dalam target, dan pada saat kompresi maksimum, gelombang kejut yang konvergen menaikkan suhu di pusat bahan bakar yang dikompresi sedemikian rupa sehingga pembakaran termonuklir dimulai. .
Diasumsikan bahwa target akan disuntikkan ke dalam ruang reaktor ITS pada frekuensi 1-15 Hz untuk memastikan penyinaran terus menerus dan, oleh karena itu, rangkaian ledakan mikro termonuklir yang berkelanjutan yang menghasilkan energi. Ini seperti mesin yang menyala pembakaran dalam, hanya dalam proses seperti itu kita dapat memperoleh energi yang jauh lebih besar.
Pendekatan lain dalam CTS dikaitkan dengan pengurungan plasma magnetik. Arah ini disebut fusi termonuklir magnetik (MTF). Penelitian ke arah ini dimulai sepuluh tahun sebelumnya, pada awal tahun 1950-an. Institut dinamai menurut namanya I. V. Kurchatova adalah pelopor penelitian ini di negara kita.
– Apa tujuan akhir dari studi ini?
Vladimir Nikolaev: Tujuan utamanya adalah penggunaan reaksi termonuklir dalam produksi energi listrik dan panas di fasilitas pembangkit modern berteknologi tinggi dan ramah lingkungan yang menggunakan sumber daya energi yang praktis tidak ada habisnya - pembangkit listrik termonuklir inersia. Pembangkit listrik jenis baru ini pada akhirnya harus menggantikan pembangkit listrik tenaga termal (TPP) yang selama ini kita gunakan menggunakan bahan bakar hidrokarbon (gas, batu bara, bahan bakar minyak), serta pembangkit listrik tenaga nuklir(NPP). Kapan ini akan terjadi? Menurut Akademisi L.A. Artsimovich, salah satu pemimpin penelitian CTS di negara kita, energi termonuklir akan tercipta ketika benar-benar diperlukan bagi umat manusia. Kebutuhan ini menjadi semakin mendesak setiap tahunnya, dan hal ini disebabkan oleh hal-hal sebagai berikut:
1. Menurut perkiraan yang dibuat pada tahun 2011 oleh Badan Energi Internasional (IEA), konsumsi listrik tahunan global antara tahun 2009 dan 2035 akan meningkat lebih dari 1,8 kali lipat - dari 17,200 TWh per tahun menjadi lebih dari 31,700 TWh per tahun, dengan pertumbuhan tahunan tingkat 2,4 persen.
2. Langkah-langkah yang diambil umat manusia yang bertujuan untuk menghemat energi, penggunaan berbagai macam teknologi hemat energi dalam produksi dan di rumah, sayangnya, tidak membuahkan hasil yang nyata.
3. Lebih dari 80 persen konsumsi energi dunia kini berasal dari pembakaran bahan bakar fosil – minyak, batu bara, dan gas alam. Perkiraan menipisnya cadangan bahan bakar fosil ini dalam lima puluh hingga seratus tahun, serta lokasi simpanan fosil yang tidak merata, terpencilnya simpanan ini dari pembangkit listrik, memerlukan biaya tambahan untuk mengangkut sumber daya energi, kebutuhan dalam beberapa kasus menimbulkan biaya tambahan yang sangat besar untuk pengayaan dan penyiapan bahan bakar untuk pembakaran.
4. Pengembangan sumber energi terbarukan berdasarkan energi matahari, energi angin, tenaga air, biogas (saat ini sumber-sumber ini menyumbang sekitar 13-15 persen energi yang dikonsumsi di dunia) dibatasi oleh faktor-faktor seperti ketergantungan pada karakteristik iklim negara tersebut. lokasi pembangkit listrik, ketergantungan pada waktu dalam setahun dan bahkan waktu. Di sini kita juga harus menambahkan kapasitas nominal turbin angin dan pembangkit listrik tenaga surya yang relatif kecil, kebutuhan untuk mengalokasikan area yang signifikan untuk ladang angin, ketidakstabilan pembangkit listrik tenaga angin dan pembangkit listrik tenaga angin. pembangkit listrik tenaga surya, menciptakan kesulitan teknis dalam mengintegrasikan objek-objek ini ke dalam mode operasi sistem tenaga listrik, dll.
– Apa perkiraan untuk masa depan?
Vladimir Nikolaev: Kandidat utama untuk posisi terdepan di sektor energi masa depan adalah energi nuklir - energi pembangkit listrik tenaga nuklir dan energi fusi termonuklir terkendali. Jika saat ini sekitar 18 persen energi yang dikonsumsi di Rusia adalah energi pembangkit listrik tenaga nuklir, maka fusi termonuklir terkendali belum diterapkan pada skala industri. Solusi efektif untuk penggunaan praktis CTS akan memungkinkan Anda menguasai sumber energi yang ramah lingkungan, aman, dan praktis tidak ada habisnya.
Di manakah pengalaman implementasi sebenarnya?
– Mengapa TTS menunggu lama untuk implementasinya? Lagi pula, pekerjaan pertama ke arah ini dilakukan oleh Kurchatov pada tahun 1950-an?
Vladimir Nikolaev: Untuk waktu yang lama, secara umum diyakini bahwa masalah penggunaan praktis energi fusi termonuklir tidak memerlukan solusi segera, karena pada tahun 80-an abad yang lalu, sumber bahan bakar fosil tampaknya tidak ada habisnya, dan masalah lingkungan serta perubahan iklim tidak ada habisnya. tidak mendesak seperti sekarang.
Selain itu, penguasaan masalah CTS pada awalnya memerlukan pengembangan arah ilmiah yang benar-benar baru - fisika plasma suhu tinggi, fisika kepadatan energi sangat tinggi, fisika tekanan anomali. Untuk itu diperlukan perkembangan teknologi komputer dan perkembangan sejumlah teknologi model matematika perilaku materi ketika memulai reaksi termonuklir. Untuk memverifikasi hasil teoritis, perlu dilakukan terobosan teknologi dalam pembuatan laser, sumber ion dan elektronik, target mikro bahan bakar, peralatan diagnostik, serta pembuatan instalasi laser dan ion skala besar.
Dan upaya tersebut tidak sia-sia. Baru-baru ini, pada bulan September 2013, dalam percobaan AS di fasilitas laser NIF yang kuat, apa yang disebut “titik impas ilmiah” ditunjukkan untuk pertama kalinya: energi yang dilepaskan dalam reaksi termonuklir melebihi energi yang diinvestasikan dalam mengompresi dan memanaskan bahan bakar dalam reaksi termonuklir. target sesuai skema ITS. Hal ini berfungsi sebagai insentif tambahan untuk mempercepat pengembangan program yang ada di seluruh dunia yang bertujuan untuk menunjukkan kemungkinan penggunaan reaktor fusi secara komersial.
Menurut berbagai perkiraan, prototipe pertama reaktor termonuklir akan diluncurkan sebelum tahun 2040, sebagai hasil dari sejumlah proyek internasional dan program pemerintah, termasuk reaktor ITER internasional berbasis MTS, serta program nasional untuk membangun reaktor berbasis MTS. ITS di Amerika, Eropa dan Jepang. Jadi, dari peluncuran proses fusi termonuklir yang tidak terkendali hingga peluncuran pembangkit listrik CTS pertama, tujuh puluh hingga delapan puluh tahun akan berlalu.
Mengenai jangka waktu pelaksanaan CTS, saya ingin menegaskan bahwa 80 tahun bukanlah waktu yang lama. Misalnya, delapan puluh dua tahun telah berlalu sejak penemuan sel volta pertama oleh Alessandro Volta pada tahun 1800 hingga peluncuran prototipe pembangkit listrik pertama oleh Thomas Edison pada tahun 1882. Dan jika kita berbicara tentang penemuan dan studi pertama fenomena listrik dan magnet oleh William Gilbert (1600), maka lebih dari dua abad telah berlalu sebelum fenomena tersebut dapat diterapkan secara praktis.
– Apa arahan ilmiah dan praktis untuk menggunakan fusi termonuklir terkontrol inersia?
Elena Koresheva: Reaktor ITS merupakan sumber energi ramah lingkungan yang mampu bersaing secara ekonomi dengan sumber bahan bakar fosil tradisional dan pembangkit listrik tenaga nuklir. Secara khusus, ramalan Laboratorium Nasional Livermore AS memperkirakan pembangkit listrik tenaga nuklir modern akan ditinggalkan sepenuhnya oleh sektor energi AS dan digantikan sepenuhnya oleh sistem ITS pada tahun 2090.
Teknologi yang dikembangkan pada masa pembuatan reaktor ITS dapat dimanfaatkan di berbagai industri tanah air.
Namun pertama-tama, perlu dibuat model reaktor mekanis, atau SMR, yang akan mengoptimalkan proses dasar yang terkait dengan frekuensi dan sinkronisitas pengiriman target bahan bakar ke zona pembakaran termonuklir. Meluncurkan SMR dan melakukan eksperimen uji terhadapnya merupakan tahap penting dalam pengembangan elemen reaktor komersial.
Dan yang terakhir, reaktor ITS merupakan sumber neutron yang kuat dengan hasil neutron hingga 1020 n/detik, dan kerapatan fluks neutron di dalamnya mencapai nilai yang sangat besar dan rata-rata dapat melebihi 1020 n/detik-cm 2 dan 1027 n/detik-cm 2 dalam pulsa dekat zona reaksi. Reaktor ITS, sebagai sumber neutron yang kuat, merupakan alat penelitian unik di berbagai bidang seperti penelitian fundamental, energi, nano dan bioteknologi, kedokteran, geologi, dan masalah keselamatan.
Adapun bidang keilmuan pemanfaatan ITS antara lain kajian fisika terkait evolusi supernova dan objek astrofisika lainnya, kajian perilaku materi dalam kondisi ekstrem, produksi unsur transuranium dan isotop yang tidak ada di alam. , studi tentang fisika interaksi radiasi laser dengan plasma, dan masih banyak lagi.
– Menurut Anda, perlukah beralih ke CTS sebagai sumber energi alternatif?
Vladimir Nikolaev: Ada beberapa aspek mengenai perlunya transisi tersebut. Pertama-tama, ini adalah aspek lingkungan: fakta dampak merugikan dari teknologi produksi energi tradisional, baik hidrokarbon maupun nuklir, terhadap lingkungan sudah diketahui dan terbukti.
Kita tidak boleh melupakan aspek politik dari masalah ini, karena pembangunan energi alternatif akan memungkinkan negara tersebut untuk mengklaim kepemimpinan dunia dan benar-benar mendikte harga sumber daya bahan bakar.
Selanjutnya, kami mencatat fakta bahwa mengekstraksi sumber daya bahan bakar menjadi semakin mahal, dan pembakarannya menjadi semakin tidak mungkin dilakukan. Seperti yang dikatakan D.I.Mendeleev, “tenggelam dengan minyak sama dengan tenggelam dengan uang kertas.” Oleh karena itu, transisi ke teknologi alternatif di sektor energi akan memungkinkan pelestarian sumber daya hidrokarbon negara untuk digunakan dalam industri kimia dan industri lainnya.
Dan yang terakhir, seiring dengan meningkatnya jumlah dan kepadatan populasi, semakin sulit menemukan area untuk pembangunan pembangkit listrik tenaga nuklir dan pembangkit listrik di wilayah negara bagian dimana produksi energi akan menguntungkan dan aman bagi lingkungan.
Jadi, dari sudut pandang aspek sosial, politik, ekonomi atau lingkungan dalam menciptakan fusi termonuklir terkendali, tidak ada pertanyaan yang muncul.
Kesulitan utamanya adalah untuk mencapai tujuan tersebut perlu dipecahkan banyak permasalahan yang belum pernah dihadapi ilmu pengetahuan sebelumnya, yaitu:
Memahami dan menjelaskan proses fisik kompleks yang terjadi dalam campuran bahan bakar yang bereaksi,
Memilih dan menguji bahan konstruksi yang sesuai,
Mengembangkan laser dan sumber sinar-X yang kuat,
Mengembangkan sistem tenaga berdenyut yang mampu menciptakan pancaran partikel yang kuat,
Mengembangkan teknologi produksi massal target bahan bakar dan sistem pasokan berkelanjutan ke ruang reaktor secara sinkron dengan datangnya pulsa radiasi laser atau berkas partikel, dan masih banyak lagi.
Oleh karena itu, masalah pembuatan program negara sasaran Federal untuk pengembangan fusi termonuklir terkendali inersia di negara kita, serta masalah pendanaannya, mengemuka.
– Akankah fusi termonuklir terkendali aman? Apa dampak situasi darurat terhadap lingkungan dan penduduk?
Elena Koresheva: Pertama, kemungkinan kecelakaan kritis di pembangkit listrik termonuklir sepenuhnya dikecualikan karena prinsip operasinya. Bahan bakar untuk fusi termonuklir tidak memiliki massa kritis, dan, tidak seperti reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir, dalam reaktor UTS proses reaksi dapat dihentikan dalam sepersekian detik jika terjadi situasi darurat.
Bahan struktural untuk pembangkit listrik termonuklir akan dipilih sedemikian rupa sehingga tidak akan membentuk isotop berumur panjang akibat aktivasi oleh neutron. Artinya adalah mungkin untuk menciptakan reaktor yang “bersih”, tidak terbebani oleh masalah penyimpanan limbah radioaktif dalam jangka panjang. Menurut perkiraan, setelah penutupan pembangkit listrik termonuklir yang sudah habis, pembangkit listrik tersebut dapat dibuang dalam dua puluh hingga tiga puluh tahun tanpa menggunakan tindakan perlindungan khusus.
Penting untuk ditekankan bahwa energi fusi termonuklir adalah sumber energi yang kuat dan ramah lingkungan, yang pada akhirnya menggunakan air laut sederhana sebagai bahan bakar. Dengan skema ekstraksi energi ini, tidak ada efek rumah kaca yang timbul, seperti ketika membakar bahan bakar organik, atau limbah radioaktif yang berumur panjang, seperti ketika mengoperasikan pembangkit listrik tenaga nuklir.
Reaktor fusi jauh lebih aman dibandingkan reaktor nuklir, terutama dalam hal radiasi. Seperti disebutkan di atas, kemungkinan kecelakaan kritis di pembangkit listrik termonuklir tidak termasuk. Sebaliknya, di pembangkit listrik tenaga nuklir terdapat kemungkinan terjadinya kecelakaan radiasi besar, yang terkait dengan prinsip pengoperasiannya. Contoh yang paling mencolok adalah kecelakaan Pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl pada tahun 1986 dan di pembangkit listrik tenaga nuklir Fukushima-1 pada tahun 2011. Jumlah zat radioaktif dalam reaktor CTS sedikit. Unsur radioaktif utama di sini adalah tritium, yang merupakan radioaktif lemah, memiliki waktu paruh 12,3 tahun dan mudah dibuang. Selain itu, desain reaktor UTS mengandung beberapa penghalang alami yang mencegah penyebaran zat radioaktif. Masa pakai pembangkit listrik tenaga nuklir, dengan mempertimbangkan perpanjangan operasinya, berkisar antara tiga puluh lima hingga lima puluh tahun, setelah itu stasiun tersebut harus dinonaktifkan. Sejumlah besar bahan radioaktif tinggi tetap berada di dalam reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir dan di sekitar reaktor, dan memerlukan waktu puluhan tahun untuk menunggu hingga radioaktivitasnya berkurang. Hal ini menyebabkan penarikan wilayah yang luas dan aset material dari peredaran ekonomi.
Kami juga mencatat bahwa dari sudut pandang kemungkinan kebocoran tritium darurat, stasiun masa depan yang berbasis ITS tidak diragukan lagi memiliki keunggulan dibandingkan stasiun yang berbasis fusi termonuklir magnetik. Di stasiun ITS, jumlah tritium yang ada secara bersamaan dalam siklus bahan bakar dihitung dalam gram, maksimal puluhan gram, sedangkan pada sistem magnetik jumlahnya harus puluhan kilogram.
– Apakah sudah ada instalasi yang beroperasi berdasarkan prinsip fusi termonuklir inersia? Dan jika ya, seberapa efektifkah cara tersebut?
Elena Koresheva: Untuk mendemonstrasikan energi fusi termonuklir yang diperoleh dengan menggunakan skema ITS, instalasi laboratorium percontohan telah dibangun di banyak negara di dunia. Yang paling kuat di antara mereka adalah sebagai berikut:
Sejak tahun 2009, Laboratorium Nasional Lawrence Livermore di Amerika Serikat telah mengoperasikan fasilitas laser NIF dengan energi laser 1,8 MJ, terkonsentrasi pada 192 berkas radiasi laser;
Di Perancis (Bordeaux) diperkenalkan instalasi yang kuat LMJ dengan energi laser 1,8 MJ dalam 240 sinar laser;
Di Uni Eropa, instalasi laser yang kuat HiPER (Penelitian Energi Laser Daya Tinggi) dengan energi 0,3-0,5 MJ sedang dibuat, yang pengoperasiannya memerlukan produksi dan pengiriman target bahan bakar dengan frekuensi tinggi >1 Hz;
Laboratorium Energi Laser AS mengoperasikan instalasi laser OMEGA, energi laser sebesar 30 kJ energi terkonsentrasi dalam enam puluh berkas radiasi laser;
Laboratorium Angkatan Laut AS (NRL) telah membangun laser krypton-fluor NIKE yang paling kuat di dunia dengan energi 3 hingga 5 kJ dalam lima puluh enam sinar laser;
Di Jepang, di Laboratorium Teknologi Laser Universitas Osaka, terdapat instalasi laser multi-balok GEKKO-XII, energi laser - 15-30 kJ;
Di Cina, terdapat instalasi SG-III dengan energi laser 200 kJ dalam enam puluh empat sinar laser;
Pusat Nuklir Federal Rusia - Institut Penelitian Fisika Eksperimental Seluruh Rusia (RFNC-VNIIEF, Sarov) mengoperasikan instalasi ISKRA-5 (dua belas berkas radiasi laser) dan LUCH (empat berkas radiasi laser). Energi laser pada instalasi ini adalah 12-15 kJ. Di sini, pada tahun 2012, konstruksi dimulai pada instalasi UFL-2M baru dengan energi laser 2,8 MJ dalam 192 sinar. Rencananya peluncuran laser terkuat di dunia ini akan terjadi pada tahun 2020.
Tujuan dari pengoperasian instalasi ITS yang terdaftar adalah untuk menunjukkan profitabilitas teknis ITS ketika energi yang dilepaskan dalam reaksi termonuklir melebihi seluruh energi yang diinvestasikan. Hingga saat ini, apa yang disebut titik impas ilmiah, yaitu profitabilitas ilmiah ITS, telah dibuktikan: energi yang dilepaskan dalam reaksi termonuklir untuk pertama kalinya melebihi energi yang diinvestasikan dalam kompresi dan pemanasan bahan bakar.
– Menurut Anda, instalasi yang menggunakan fusi termonuklir terkendali dapat menguntungkan secara ekonomi saat ini? Bisakah mereka bersaing dengan stasiun yang sudah ada?
Vladimir Nikolaev: Fusi termonuklir terkendali merupakan pesaing nyata bagi sumber energi yang telah terbukti seperti bahan bakar hidrokarbon dan pembangkit listrik tenaga nuklir, karena cadangan bahan bakar untuk pembangkit listrik UTS praktis tidak ada habisnya. Jumlah air berat yang mengandung deuterium di lautan dunia adalah sekitar ~1015 ton. Litium, yang menjadi bahan pembuatan komponen kedua bahan bakar termonuklir, tritium, sudah diproduksi di dunia dalam jumlah puluhan ribu ton per tahun dan harganya murah. Selain itu, 1 gram deuterium dapat menghasilkan energi 10 juta kali lebih banyak dibandingkan 1 gram batu bara, dan 1 gram campuran deuterium-tritium akan menghasilkan energi yang sama dengan 8 ton minyak.
Selain itu, reaksi fusi merupakan sumber energi yang lebih kuat daripada reaksi fisi uranium-235: fusi termonuklir deuterium dan tritium melepaskan energi 4,2 kali lebih banyak daripada fisi inti uranium-235 dengan massa yang sama.
Pembuangan limbah di pembangkit listrik tenaga nuklir adalah proses teknologi yang kompleks dan mahal, sedangkan reaktor termonuklir praktis bebas limbah dan karenanya bersih.
Kami juga mencatat aspek penting dari karakteristik operasional ITES, seperti kemampuan adaptasi sistem terhadap perubahan rezim energi. Berbeda dengan pembangkit listrik tenaga nuklir, proses pengurangan daya di ITES pada dasarnya sederhana - cukup dengan mengurangi frekuensi penyuplaian target bahan bakar termonuklir ke dalam ruang reaktor. Oleh karena itu, keunggulan penting ITES lainnya dibandingkan pembangkit listrik tenaga nuklir tradisional: ITES lebih mudah bermanuver. Mungkin di masa depan hal ini akan memungkinkan untuk menggunakan ITES yang kuat tidak hanya di bagian “dasar” dari jadwal beban sistem tenaga, bersama dengan pembangkit listrik tenaga air “dasar” yang kuat dan pembangkit listrik tenaga nuklir, tetapi juga untuk mempertimbangkan ITES sebagai yang paling kuat. pembangkit listrik “puncak” yang dapat bermanuver yang memastikan pengoperasian sistem energi besar yang stabil. Atau gunakan ITES pada periode puncak beban harian sistem kelistrikan, ketika kapasitas stasiun lain yang tersedia tidak mencukupi.
– Apakah hari ini diadakan di Rusia atau di negara lain? perkembangan ilmu pengetahuan untuk menciptakan pembangkit listrik termonuklir inersia yang kompetitif, hemat biaya, dan aman?
Elena Koresheva: Di Amerika, Eropa, dan Jepang, sudah terdapat program nasional jangka panjang untuk membangun pembangkit listrik berbasis ITS pada tahun 2040. Direncanakan akses terhadap teknologi optimal akan terjadi pada tahun 2015-2018, dan demonstrasi pengoperasian pembangkit listrik percontohan dalam mode pembangkit listrik berkelanjutan pada tahun 2020-2025. Tiongkok memiliki program untuk membangun dan meluncurkan fasilitas laser skala reaktor SG-IV pada tahun 2020 dengan energi laser sebesar 1,5 MJ.
Ingatlah bahwa untuk memastikan mode pembangkitan energi yang berkelanjutan, pasokan bahan bakar ke pusat ruang reaktor ITES dan pasokan radiasi laser secara simultan harus dilakukan pada frekuensi 1-10 Hz.
Untuk menguji teknologi reaktor, US Naval Laboratory (NRL) telah menciptakan instalasi ELEKTRA yang beroperasi pada frekuensi 5 Hz dengan energi laser 500-700 Joule. Pada tahun 2020, direncanakan untuk meningkatkan energi laser sebanyak seribu kali lipat.
Instalasi percontohan ITS yang kuat dengan energi 0,3-0,5 MJ, yang akan beroperasi dalam mode frekuensi, sedang dibuat dalam kerangka proyek HiPER Eropa. Tujuan dari program ini: untuk menunjukkan kemungkinan memperoleh energi fusi termonuklir dalam mode frekuensi, seperti yang biasa terjadi pada pengoperasian pembangkit listrik termonuklir inersia.
Kami juga mencatat di sini proyek negara Republik Korea Selatan akan menciptakan laser frekuensi daya tinggi yang inovatif di Institut Fisika dan Teknologi Progresif Korea KAIST.
Di Rusia, di Institut Fisika dinamai demikian. P. N. Lebedev, metode FST unik telah dikembangkan dan didemonstrasikan, yang merupakan cara yang menjanjikan untuk memecahkan masalah pembentukan frekuensi dan pengiriman target bahan bakar kriogenik ke reaktor ITS. Peralatan laboratorium juga telah dibuat di sini yang mensimulasikan seluruh proses persiapan target reaktor - mulai dari mengisinya dengan bahan bakar hingga melakukan pengiriman frekuensi ke fokus laser. Atas permintaan program HiPER, spesialis FIAN mengembangkan desain pabrik target yang beroperasi berdasarkan metode FST dan memastikan produksi target bahan bakar yang berkelanjutan dan pengiriman frekuensinya ke fokus kamera eksperimental HiPER.
Di Amerika ada program jangka panjang LIFE yang menargetkan pembangunan pembangkit listrik pertama ITS pada tahun 2040. Program LIFE akan dikembangkan berdasarkan fasilitas laser NIF yang kuat yang beroperasi di Amerika Serikat dengan energi laser sebesar 1,8 MJ.
Perhatikan bahwa dalam beberapa tahun terakhir, penelitian tentang interaksi radiasi laser yang sangat intens (1017-1018 W/cm 2 dan lebih tinggi) dengan materi telah mengarah pada penemuan efek fisik baru yang sebelumnya tidak diketahui. Hal ini menghidupkan kembali harapan akan penerapan kebijakan yang sederhana dan cara yang efektif penyalaan reaksi termonuklir dalam bahan bakar tidak terkompresi menggunakan blok plasma (yang disebut penyalaan samping), yang diusulkan lebih dari tiga puluh tahun yang lalu, tetapi tidak dapat diterapkan pada tingkat teknologi yang tersedia saat itu. Untuk menerapkan pendekatan ini, diperlukan laser dengan durasi pulsa pikodetik dan daya 10-100 petaWatt. Saat ini penelitian tentang topik ini sedang gencar dilakukan di seluruh dunia, laser dengan kekuatan 10 petawatt (PW) telah dibuat. Misalnya, fasilitas laser VULCAN di laboratorium Rutherford dan Appleton di Inggris. Perhitungan menunjukkan bahwa ketika laser semacam itu digunakan di ITS, kondisi penyalaan untuk reaksi tanpa neutron, seperti proton-boron atau proton-litium, cukup dapat dicapai. Dalam hal ini, pada prinsipnya, masalah radioaktivitas dapat diatasi.
Dalam kerangka CTS, teknologi alternatif untuk fusi termonuklir inersia adalah fusi termonuklir magnetik. Teknologi ini dikembangkan di seluruh dunia bersamaan dengan ITS, misalnya dalam kerangka program ITER internasional. Pembangunan reaktor termonuklir eksperimental internasional ITER berdasarkan sistem tipe TOKAMAK dilakukan di selatan Perancis di pusat penelitian Cadarache. Di pihak Rusia, banyak perusahaan Rosatom dan departemen lain terlibat dalam proyek ITER di bawah koordinasi keseluruhan “Pusat Proyek ITER” yang didirikan oleh Rosatom. Tujuan pembuatan ITER adalah untuk mempelajari kondisi yang harus dipenuhi selama pengoperasian pembangkit listrik fusi, serta untuk membuat pembangkit listrik hemat biaya atas dasar ini yang ukurannya akan lebih besar dari ITER setidaknya 30 persen di setiap pembangkit listrik. dimensi.
Ada prospek di Rusia
– Apa yang dapat menghambat keberhasilan pembangunan pembangkit listrik termonuklir di Rusia?
Vladimir Nikolaev: Seperti yang telah disebutkan, ada dua arah perkembangan CTS: dengan kurungan plasma magnetik dan inersia. Agar berhasil menyelesaikan masalah pembangunan pembangkit listrik termonuklir, kedua arah harus dikembangkan secara paralel dalam kerangka program federal yang relevan, serta proyek Rusia dan internasional.
Rusia telah berpartisipasi dalam proyek internasional untuk membuat prototipe pertama reaktor UTS - ini adalah proyek ITER yang terkait dengan fusi termonuklir magnetik.
Sedangkan untuk pembangkit listrik berbasis ITS, program pemerintah di Rusia belum ada. Kurangnya pendanaan di bidang ini dapat menyebabkan ketertinggalan Rusia yang signifikan di dunia dan hilangnya prioritas yang ada.
Sebaliknya, tergantung pada investasi finansial yang tepat, prospek nyata untuk membangun pembangkit listrik termonuklir inersia, atau ITES, terbuka di wilayah Rusia.
– Apakah ada prospek untuk membangun pembangkit listrik termonuklir inersia di Rusia, dengan investasi keuangan yang memadai?
Elena Koresheva: Ada prospek. Mari kita lihat ini lebih terinci.
ITES terdiri dari empat bagian mendasar yang diperlukan:
1. Ruang pembakaran, atau ruang reaktor, tempat terjadinya ledakan mikro termonuklir dan energinya ditransfer ke cairan pendingin.
2. Pengemudi – laser yang kuat, atau akselerator ion.
3. Pabrik sasaran - sistem untuk menyiapkan dan memasukkan bahan bakar ke dalam ruang reaktor.
4. Peralatan termal dan listrik.
Bahan bakar untuk stasiun tersebut adalah deuterium dan tritium, serta litium, yang merupakan bagian dari dinding ruang reaktor. Tritium tidak ada di alam, tetapi di dalam reaktor terbentuk dari litium ketika berinteraksi dengan neutron dari reaksi termonuklir. Jumlah air berat yang mengandung deuterium di Samudra Dunia, sebagaimana telah disebutkan di sini, adalah sekitar ~1015 ton. Dari sudut pandang praktis, ini adalah nilai yang tidak terbatas! Mengekstraksi deuterium dari air adalah proses yang sudah mapan dan murah. Litium adalah unsur yang mudah didapat dan cukup murah yang ditemukan di kerak bumi. Jika litium digunakan di ITES, litium akan bertahan selama beberapa ratus tahun. Selain itu, dalam jangka panjang, seiring dengan berkembangnya teknologi penggerak yang kuat (yaitu laser, berkas ion), direncanakan untuk melakukan reaksi termonuklir pada deuterium murni atau pada campuran bahan bakar yang hanya mengandung sedikit tritium. Akibatnya, biaya bahan bakar akan memberikan kontribusi yang sangat kecil, kurang dari 1 persen, terhadap biaya energi yang dihasilkan oleh pembangkit listrik fusi.
Ruang pembakaran ITES, secara kasar, adalah bola berukuran 10 meter, di dinding bagian dalam tempat sirkulasi cairan, dan di beberapa versi stasiun, pendingin berbentuk bubuk, seperti litium, dipastikan, yang secara bersamaan digunakan keduanya untuk menghilangkan energi ledakan mikro termonuklir dan menghasilkan tritium. Selain itu, kamera menyediakan jumlah jendela masuk yang diperlukan untuk memasuki target dan radiasi pengemudi. Desainnya mengingatkan pada bangunan reaktor nuklir yang kuat atau beberapa pabrik sintesis kimia industri, yang pengalaman praktisnya tersedia. Masih banyak permasalahan yang harus diselesaikan, namun tidak ada batasan yang mendasar. Beberapa pengembangan pada material desain ini dan komponen individualnya sudah ada, khususnya dalam proyek ITER.
Peralatan termal dan listrik adalah perangkat teknis yang cukup berkembang yang telah lama digunakan di pembangkit listrik tenaga nuklir. Tentu saja, di stasiun termonuklir, sistem ini akan memiliki biaya yang sebanding.
Adapun sistem ITES yang paling kompleks - penggerak dan pabrik sasaran, di Rusia terdapat landasan yang baik yang diperlukan untuk penerapan program negara untuk ITES dan implementasi sejumlah proyek baik bekerja sama dengan lembaga-lembaga Rusia maupun dalam kerangka internasional. kerja sama. Dari sudut pandang ini, poin penting adalah metode dan teknologi yang telah dikembangkan di pusat penelitian Rusia.
Secara khusus, Pusat Nuklir Federal Rusia di Sarov memiliki prioritas pengembangan di bidang penciptaan laser yang kuat, produksi target bahan bakar tunggal, diagnostik sistem laser dan plasma termonuklir, serta pemodelan komputer dari proses yang terjadi di ITS. Saat ini, RFNC-VNIIEF sedang melaksanakan program UFL-2M untuk membangun laser terkuat di dunia dengan energi 2,8 MJ. Sejumlah organisasi Rusia lainnya juga mengambil bagian dalam program ini, termasuk Institut Fisika. P.N. Lebedeva. Keberhasilan implementasi program UFL-2M yang diluncurkan pada tahun 2012 adalah salah satu contohnya langkah besar Rusia sedang dalam jalur pengembangan energi fusi termonuklir.
Di Pusat Ilmiah Rusia "Institut Kurchatov" (Moskow), bersama dengan Universitas Politeknik St. Petersburg, penelitian dilakukan di bidang pengiriman bahan bakar kriogenik menggunakan injektor pneumatik, yang sudah digunakan dalam sistem fusi termonuklir magnetik, seperti TOKAMAK; berbagai sistem untuk melindungi target bahan bakar selama pengirimannya ke ruang reaktor ITS dipelajari; Kemungkinan penggunaan praktis ITS secara luas sebagai sumber neutron yang kuat telah diselidiki.
Di Institut Fisika dinamai demikian. P. N. Lebedev RAS (Moskow) ada pengembangan yang diperlukan di bidang pembuatan pabrik target reaktor. Dikembangkan di sini teknologi unik produksi frekuensi target bahan bakar dan prototipe pabrik target yang beroperasi pada frekuensi 0,1 Hz telah dibuat. Berbagai sistem pengiriman target juga telah dibuat dan dipelajari di sini, termasuk injektor gravitasi, injektor elektromagnetik, serta perangkat transportasi baru berdasarkan levitasi kuantum. Terakhir, teknologi untuk pengendalian kualitas target presisi tinggi dan diagnostik selama pengiriman telah dikembangkan di sini. Beberapa dari pekerjaan ini dilakukan bekerja sama dengan pusat-pusat ITS yang disebutkan sebelumnya dalam kerangka sepuluh proyek internasional dan Rusia.
Namun suatu kondisi yang diperlukan penerapan metode dan teknologi yang dikembangkan di Rusia adalah penerapan program target Federal jangka panjang untuk ITS dan pembiayaannya.
– Menurut Anda, apa yang harus menjadi langkah awal pengembangan energi termonuklir berbasis ITS?
Vladimir Nikolaev: Langkah pertama adalah proyek “Pengembangan model mekanis reaktor dan prototipe PABRIK TARGET untuk pengisian frekuensi pembangkit listrik yang beroperasi berdasarkan fusi termonuklir inersia dengan bahan bakar kriogenik,” yang diusulkan oleh Center for Efisiensi Energi “INTER RAO UES” bersama dengan Institut Fisika dinamai demikian. P. N. Lebedeva dan Pusat Penelitian Nasional Institut Kurchatov. Hasil yang diperoleh dalam proyek ini akan memungkinkan Rusia tidak hanya mendapatkan prioritas yang stabil di dunia dalam bidang ITS, tetapi juga hampir membangun pembangkit listrik komersial berbasis ITS.
Sudah jelas bahwa ITES masa depan harus dibangun dengan kapasitas unit yang besar - setidaknya beberapa gigawatt. Dengan kondisi ini, mereka akan cukup bersaing dengan pembangkit listrik tenaga nuklir modern. Selain itu, energi termonuklir di masa depan akan menghilangkan masalah energi nuklir yang paling mendesak - bahaya kecelakaan radiasi, pembuangan limbah tingkat tinggi, kenaikan biaya dan menipisnya bahan bakar untuk pembangkit listrik tenaga nuklir, dll. Perhatikan bahwa energi termonuklir inersia pembangkit listrik termonuklir dengan daya termal 1 gigawatt (GW) setara dari sudut pandang bahaya radiasi reaktor fisi dengan daya hanya 1 kW!
– Di wilayah manakah sebaiknya menempatkan ITES? Tempat pembangkit listrik termonuklir inersia di sistem energi Rusia?
Vladimir Nikolaev: Sebagaimana disebutkan di atas, berbeda dengan pembangkit listrik termal (pembangkit listrik distrik negara bagian, gabungan pembangkit listrik dan panas, gabungan pembangkit listrik dan panas), lokasi ITES tidak bergantung pada lokasi sumber bahan bakar. Kebutuhan pasokan bahan bakar tahunannya sekitar 1 ton, dan ini merupakan bahan yang aman dan mudah diangkut.
Reaktor nuklir tidak boleh ditempatkan di dekat daerah padat penduduk karena berisiko terjadinya kecelakaan. Pembatasan yang menjadi ciri khas pembangkit listrik tenaga nuklir ini tidak ada dalam pemilihan lokasi ITES. ITES dapat berlokasi di dekat kota besar dan pusat industri. Hal ini menghilangkan masalah menghubungkan stasiun ke sistem tenaga terpadu. Selain itu, bagi ITES tidak terdapat kerugian terkait dengan kompleksitas pembangunan dan pengoperasian pembangkit listrik tenaga nuklir, serta kesulitan yang terkait dengan pengolahan dan pembuangan limbah nuklir serta pembongkaran fasilitas pembangkit listrik tenaga nuklir.
ITES dapat berlokasi di daerah terpencil, berpenduduk jarang dan sulit dijangkau serta beroperasi secara mandiri, menyediakan proses teknologi yang intensif energi, seperti, misalnya, produksi aluminium dan logam non-besi di Siberia Timur, wilayah Magadan dan Chukotka, berlian Yakut dan banyak lagi.