Wie hat alles angefangen? Die „Energieherausforderung“ entstand durch eine Kombination der folgenden drei Faktoren:

1. Die Menschheit verbraucht heutzutage riesige Mengen an Energie.

Derzeit beträgt der weltweite Energieverbrauch etwa 15,7 Terawatt (TW). Dividiert man diesen Wert durch die Weltbevölkerung, kommt man auf ca. 2400 Watt pro Person, was sich leicht abschätzen und visualisieren lässt. Der Energieverbrauch jedes Erdbewohners (einschließlich Kinder) entspricht dem Rund-um-die-Uhr-Betrieb von 24 100-Watt-Elektrolampen. Allerdings ist der Verbrauch dieser Energie weltweit sehr ungleichmäßig, da er in einigen Ländern sehr hoch und in anderen vernachlässigbar ist. Der Verbrauch (bezogen auf eine Person) beträgt 10,3 kW in den USA (einer der Rekordwerte), 6,3 kW in der Russischen Föderation, 5,1 kW im Vereinigten Königreich usw., ist aber andererseits gleich nur 0,21 kW in Bangladesch (nur 2 % des US-amerikanischen Energieverbrauchs!).

2. Der weltweite Energieverbrauch steigt dramatisch.

Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (2006) wird der weltweite Energieverbrauch bis 2030 voraussichtlich um 50 % steigen. Natürlich könnten die entwickelten Länder auch ohne zusätzliche Energie auskommen, aber dieses Wachstum ist notwendig, um die Menschen in den Entwicklungsländern aus der Armut zu befreien, wo 1,5 Milliarden Menschen unter gravierender Energieknappheit leiden.

3. Derzeit stammen 80 % der weltweiten Energie aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe (Öl, Kohle und Gas), deren Verwendung:
a) potenziell das Risiko katastrophaler Umweltveränderungen birgt;
b) muss unweigerlich eines Tages enden.

Aus dem Gesagten ist klar, dass wir uns jetzt auf das Ende der Ära der Nutzung fossiler Brennstoffe vorbereiten müssen

Derzeit produzieren Kernkraftwerke in großem Maßstab Energie, die bei Spaltungsreaktionen von Atomkernen freigesetzt wird. Der Aufbau und die Entwicklung solcher Stationen sollte auf jede erdenkliche Weise gefördert werden, allerdings muss berücksichtigt werden, dass die Reserven eines der wichtigsten Materialien für ihren Betrieb (billiges Uran) auch innerhalb der nächsten 50 Jahre vollständig erschöpft sein können . Die Möglichkeiten der Kernspaltungsenergie können (und sollten) durch den Einsatz effizienterer Energiekreisläufe erheblich erweitert werden, sodass sich die erzeugte Energiemenge nahezu verdoppeln kann. Um Energie in diese Richtung zu entwickeln, ist es notwendig, Thoriumreaktoren (die sogenannten Thoriumbrüterreaktoren oder Brutreaktoren) zu schaffen, in denen bei der Reaktion mehr Thorium als das ursprüngliche Uran entsteht, wodurch die Gesamtenergiemenge erzeugt wird für eine gegebene Substanzmenge erhöht sich um das 40-fache. Es scheint auch vielversprechend, Plutoniumbrüter mit schnellen Neutronen zu schaffen, die viel effizienter sind als Uranreaktoren und 60-mal mehr Energie produzieren können. Es kann sein, dass zur Erschließung dieser Gebiete neue, nicht standardmäßige Methoden zur Gewinnung von Uran entwickelt werden müssen (z. B. aus Meerwasser, das am besten zugänglich zu sein scheint).

Fusionskraftwerke

Die Abbildung zeigt ein schematisches Diagramm (nicht maßstabsgetreu) der Vorrichtung und des Funktionsprinzips eines thermonuklearen Kraftwerks. Im zentralen Teil befindet sich eine toroidale (Donut-förmige) Kammer mit einem Volumen von ~2000 m3, gefüllt mit Tritium-Deuterium (T-D)-Plasma, das auf eine Temperatur über 100 M°C erhitzt wird. Die bei der Fusionsreaktion (1) entstehenden Neutronen verlassen die „Magnetflasche“ und treten in die in der Abbildung dargestellte Hülle mit einer Dicke von etwa 1 m ein.

Im Inneren der Hülle kollidieren Neutronen mit Lithiumatomen, was zu einer Reaktion führt, bei der Tritium entsteht:

Neutron + Lithium → Helium + Tritium

Darüber hinaus kommt es im System zu Konkurrenzreaktionen (ohne Bildung von Tritium) sowie zu vielen Reaktionen unter Freisetzung zusätzlicher Neutronen, die dann ebenfalls zur Bildung von Tritium führen (in diesem Fall kann es zur Freisetzung zusätzlicher Neutronen kommen). deutlich verstärkt, beispielsweise durch die Einführung von Berylliumatomen in die Hülle und Blei). Die allgemeine Schlussfolgerung ist, dass diese Anlage (zumindest theoretisch) eine Kernfusionsreaktion durchlaufen könnte, bei der Tritium entstehen würde. In diesem Fall sollte die Menge an produziertem Tritium nicht nur den Bedarf der Anlage selbst decken, sondern auch noch etwas größer sein, was die Versorgung neuer Anlagen mit Tritium ermöglicht. Dieses Betriebskonzept muss im nachfolgend beschriebenen ITER-Reaktor getestet und umgesetzt werden.

Darüber hinaus müssen Neutronen die Hülle in sogenannten Pilotanlagen (in denen relativ „normale“ Baumaterialien verwendet werden) auf etwa 400 °C erhitzen. Zukünftig ist geplant, verbesserte Anlagen mit einer Schalenheiztemperatur über 1000 °C zu schaffen, was durch den Einsatz modernster hochfester Materialien (z. B. Siliziumkarbid-Verbundwerkstoffe) erreicht werden kann. Die im Mantel erzeugte Wärme wird, wie bei herkömmlichen Anlagen, vom primären Kühlkreislauf mit einem Kühlmittel (enthält beispielsweise Wasser oder Helium) aufgenommen und an den sekundären Kreislauf übertragen, wo Wasserdampf erzeugt und den Turbinen zugeführt wird.

1985 – Die Sowjetunion schlägt die Tokamak-Anlage der nächsten Generation vor und nutzt dabei die Erfahrung von vier führenden Ländern bei der Entwicklung von Fusionsreaktoren. Die Vereinigten Staaten von Amerika haben gemeinsam mit Japan und der Europäischen Gemeinschaft einen Vorschlag zur Umsetzung des Projekts vorgelegt.

Derzeit wird in Frankreich der unten beschriebene internationale experimentelle thermonukleare Reaktor ITER (International Tokamak Experimental Reactor) gebaut, der der erste Tokamak sein wird, der Plasma „zünden“ kann.

Die fortschrittlichsten bestehenden Tokamak-Anlagen erreichen seit langem Temperaturen von etwa 150 M°C, was nahe den für den Betrieb einer Fusionsstation erforderlichen Werten liegt, doch der ITER-Reaktor sollte das erste Großkraftwerk sein, das auf lange Sicht ausgelegt ist -Befristeter Betrieb. Zukünftig müssen die Betriebsparameter erheblich verbessert werden, was zunächst eine Erhöhung des Drucks im Plasma erfordert, da die Geschwindigkeit der Kernfusion bei einer bestimmten Temperatur proportional zum Quadrat des Drucks ist. Das wissenschaftliche Hauptproblem besteht in diesem Fall darin, dass es bei steigendem Druck im Plasma zu sehr komplexen und gefährlichen Instabilitäten, also instabilen Betriebszuständen, kommt.

Warum brauchen wir das?

Der Hauptvorteil der Kernfusion besteht darin, dass sie nur sehr geringe Mengen an Stoffen benötigt, die in der Natur als Brennstoff sehr häufig vorkommen. Die Kernfusionsreaktion in den beschriebenen Anlagen kann zur Freisetzung enormer Energiemengen führen, die zehn Millionen Mal höher sind als die Standardwärme, die bei herkömmlichen chemischen Reaktionen (z. B. der Verbrennung fossiler Brennstoffe) freigesetzt wird. Zum Vergleich weisen wir darauf hin, dass die benötigte Kohlemenge für den Betrieb eines Wärmekraftwerks mit einer Leistung von 1 Gigawatt (GW) 10.000 Tonnen pro Tag (zehn Eisenbahnwaggons) beträgt und ein Fusionskraftwerk mit der gleichen Leistung nur etwa 10.000 Tonnen Kohle verbraucht 1 Kilogramm der D+T-Mischung pro Tag.

Deuterium ist ein stabiles Wasserstoffisotop; In etwa einem von 3.350 Molekülen gewöhnlichen Wassers ist eines der Wasserstoffatome durch Deuterium ersetzt (ein Erbe des Urknalls). Diese Tatsache macht es einfach, die benötigte Menge Deuterium aus Wasser relativ kostengünstig herzustellen. Es ist schwieriger, Tritium zu gewinnen, das instabil ist (die Halbwertszeit beträgt etwa 12 Jahre, weshalb sein Gehalt in der Natur vernachlässigbar ist). Wie oben gezeigt, tritt Tritium jedoch während des Betriebs direkt im Inneren der thermonuklearen Anlage auf. aufgrund der Reaktion von Neutronen mit Lithium.

Daher besteht der Ausgangsbrennstoff für einen Fusionsreaktor aus Lithium und Wasser. Lithium ist ein häufig vorkommendes Metall, das häufig in Haushaltsgeräten (Handybatterien usw.) verwendet wird. Die oben beschriebene Anlage wird selbst unter Berücksichtigung eines nicht idealen Wirkungsgrades in der Lage sein, 200.000 kWh elektrische Energie zu erzeugen, was der Energie entspricht, die in 70 Tonnen Kohle enthalten ist. Die dafür benötigte Menge Lithium steckt in einer Computerbatterie, die Menge Deuterium in 45 Litern Wasser. Der oben genannte Wert entspricht dem aktuellen Stromverbrauch (berechnet pro Person) in den EU-Ländern über 30 Jahre. Allein die Tatsache, dass eine so unbedeutende Menge Lithium die Erzeugung einer solchen Menge Strom (ohne CO2-Emissionen und ohne die geringste Luftverschmutzung) gewährleisten kann, ist ein ziemlich ernstzunehmendes Argument für die schnellste und stärkste Entwicklung der thermonuklearen Energie (trotz allem). Schwierigkeiten und Probleme) und auch ohne hundertprozentiges Vertrauen in den Erfolg einer solchen Forschung.

Deuterium sollte Millionen von Jahren haltbar sein, und die Reserven an leicht abbaubarem Lithium reichen aus, um den Bedarf für Hunderte von Jahren zu decken. Selbst wenn das Lithium in den Gesteinen zur Neige geht, können wir es aus dem Wasser extrahieren, wo es in Konzentrationen vorkommt, die hoch genug sind (100-fache Konzentration von Uran), um seine Gewinnung wirtschaftlich rentabel zu machen.

In der Nähe der Stadt Cadarache in Frankreich wird ein experimenteller thermonuklearer Reaktor (Internationaler thermonuklearer Experimentalreaktor) gebaut. Das Hauptziel des ITER-Projekts ist die Umsetzung einer kontrollierten thermonuklearen Fusionsreaktion im industriellen Maßstab.

Pro Gewichtseinheit thermonuklearen Brennstoffs wird etwa 10 Millionen Mal mehr Energie gewonnen als bei der Verbrennung der gleichen Menge an organischem Brennstoff und etwa hundertmal mehr als bei der Spaltung von Urankernen in den Reaktoren aktuell betriebener Kernkraftwerke. Wenn die Berechnungen von Wissenschaftlern und Designern wahr werden, wird dies der Menschheit eine unerschöpfliche Energiequelle bieten.

Daher haben sich eine Reihe von Ländern (Russland, Indien, China, Korea, Kasachstan, USA, Kanada, Japan, Länder der Europäischen Union) zusammengeschlossen, um den Internationalen Thermonuklearen Forschungsreaktor zu schaffen – einen Prototyp neuer Kraftwerke.

ITER ist eine Anlage, die Bedingungen für die Synthese von Wasserstoff- und Tritiumatomen (einem Isotop von Wasserstoff) schafft, was zur Bildung eines neuen Atoms führt – eines Heliumatoms. Dieser Prozess geht mit einem enormen Energieschub einher: Die Temperatur des Plasmas, in dem die thermonukleare Reaktion stattfindet, beträgt etwa 150 Millionen Grad Celsius (zum Vergleich: Die Temperatur des Sonnenkerns beträgt 40 Millionen Grad). In diesem Fall verbrennen die Isotope, so dass praktisch kein radioaktiver Abfall zurückbleibt.
Das Beteiligungsschema am internationalen Projekt sieht die Lieferung von Reaktorkomponenten und die Finanzierung seines Baus vor. Im Gegenzug erhält jedes der teilnehmenden Länder vollen Zugang zu allen Technologien zur Schaffung eines thermonuklearen Reaktors und zu den Ergebnissen aller experimentellen Arbeiten an diesem Reaktor, die als Grundlage für den Entwurf von thermonuklearen Reaktoren mit serieller Leistung dienen werden.

Der Reaktor, der auf dem Prinzip der Kernfusion basiert, weist keine radioaktive Strahlung auf und ist völlig sicher für die Umwelt. Es kann fast überall auf der Welt gefunden werden und der Brennstoff dafür ist gewöhnliches Wasser. Der Bau von ITER wird voraussichtlich etwa zehn Jahre dauern, danach wird der Reaktor voraussichtlich 20 Jahre lang im Einsatz sein.

Die Interessen Russlands im Rat der Internationalen Organisation für den Bau des thermonuklearen Reaktors ITER werden in den kommenden Jahren durch das korrespondierende Mitglied der Russischen Akademie der Wissenschaften Michail Kowaltschuk, Direktor des Kurtschatow-Instituts, Institut für Kristallographie der Russischen Akademie der Wissenschaften, vertreten Wissenschaftlicher und wissenschaftlicher Sekretär des Präsidialrats für Wissenschaft, Technologie und Bildung. Kovalchuk wird in diesem Amt vorübergehend den Akademiker Evgeniy Velikhov ersetzen, der für die nächsten zwei Jahre zum Vorsitzenden des ITER International Council gewählt wurde und nicht das Recht hat, diese Position mit den Aufgaben eines offiziellen Vertreters eines teilnehmenden Landes zu kombinieren.

Die Gesamtkosten für den Bau werden auf 5 Milliarden Euro geschätzt, die gleiche Summe wird für den Probebetrieb des Reaktors benötigt. Die Anteile Indiens, Chinas, Koreas, Russlands, der USA und Japans machen jeweils etwa 10 Prozent des Gesamtwerts aus, 45 Prozent stammen aus den Ländern der Europäischen Union. Allerdings haben sich die europäischen Staaten noch nicht darauf geeinigt, wie genau die Kosten zwischen ihnen aufgeteilt werden sollen. Aus diesem Grund wurde der Baubeginn auf April 2010 verschoben. Trotz der jüngsten Verzögerung sagen Wissenschaftler und Beamte, die an ITER beteiligt sind, dass sie das Projekt bis 2018 abschließen können.

Die geschätzte thermonukleare Leistung von ITER beträgt 500 Megawatt. Einzelne Magnetteile erreichen ein Gewicht von 200 bis 450 Tonnen. Zur Kühlung von ITER werden 33.000 Kubikmeter Wasser pro Tag benötigt.

1998 stellten die Vereinigten Staaten die Finanzierung ihrer Beteiligung an dem Projekt ein. Nachdem die Republikaner an die Macht gekommen waren und es in Kalifornien immer wieder zu Stromausfällen kam, kündigte die Bush-Regierung erhöhte Investitionen in Energie an. Die Vereinigten Staaten hatten nicht die Absicht, sich an dem internationalen Projekt zu beteiligen und waren an einem eigenen thermonuklearen Projekt beteiligt. Anfang 2002 sagte John Marburger III, Technologieberater von Präsident Bush, dass die Vereinigten Staaten ihre Meinung geändert hätten und beabsichtigten, zu dem Projekt zurückzukehren.

Von der Teilnehmerzahl her ist das Projekt vergleichbar mit einem anderen großen internationalen Wissenschaftsprojekt – der Internationalen Raumstation. Die Kosten für ITER, die zuvor 8 Milliarden Dollar erreichten, beliefen sich damals auf weniger als 4 Milliarden. Aufgrund des Ausstiegs der USA aus der Beteiligung wurde beschlossen, die Reaktorleistung von 1,5 GW auf 500 MW zu reduzieren. Dementsprechend ist auch der Preis des Projekts gesunken.

Im Juni 2002 fand in der russischen Hauptstadt das Symposium „ITER Days in Moskau“ statt. Es wurden die theoretischen, praktischen und organisatorischen Probleme der Wiederbelebung des Projekts erörtert, dessen Erfolg das Schicksal der Menschheit verändern und ihr eine neue Art von Energie verleihen kann, die in Effizienz und Wirtschaftlichkeit nur mit der Energie der Sonne vergleichbar ist.

Im Juli 2010 genehmigten Vertreter der am internationalen thermonuklearen Reaktorprojekt ITER beteiligten Länder auf einer außerordentlichen Sitzung in Cadarache, Frankreich, dessen Budget und Bauplan. .

Bei der letzten außerordentlichen Sitzung stimmten die Projektteilnehmer dem Starttermin für die ersten Experimente mit Plasma zu – 2019. Vollständige Experimente sind für März 2027 geplant, obwohl die Projektleitung technische Spezialisten gebeten hat, zu versuchen, den Prozess zu optimieren und mit den Experimenten im Jahr 2026 zu beginnen. Die Sitzungsteilnehmer entschieden auch über die Kosten für den Bau des Reaktors, die für den Bau der Anlage geplanten Beträge wurden jedoch nicht bekannt gegeben. Nach Informationen, die der Herausgeber des Portals ScienceNOW aus einer ungenannten Quelle erhalten hat, könnten die Kosten des ITER-Projekts bis zum Beginn der Experimente 16 Milliarden Euro erreichen.

Das Treffen in Cadarache markierte auch den ersten offiziellen Arbeitstag für den neuen Projektleiter, den japanischen Physiker Osamu Motojima. Vor ihm wurde das Projekt seit 2005 vom Japaner Kaname Ikeda geleitet, der seinen Posten sofort nach Genehmigung des Budgets und der Baufristen aufgeben wollte.

Der Fusionsreaktor ITER ist ein Gemeinschaftsprojekt der Europäischen Union, der Schweiz, Japan, den USA, Russland, Südkorea, China und Indien. Die Idee, ITER zu schaffen, wird seit den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts in Betracht gezogen. Aufgrund finanzieller und technischer Schwierigkeiten steigen jedoch die Kosten des Projekts ständig und der Baubeginntermin wird ständig verschoben. Im Jahr 2009 erwarteten Experten, dass die Arbeiten zum Bau des Reaktors im Jahr 2010 beginnen würden. Später wurde dieses Datum verschoben und als Startzeitpunkt des Reaktors zunächst 2018 und dann 2019 genannt.

Thermonukleare Fusionsreaktionen sind Reaktionen der Verschmelzung von Kernen leichter Isotope zu einem schwereren Kern, die mit einer enormen Energiefreisetzung einhergehen. Theoretisch können Fusionsreaktoren viel Energie zu geringen Kosten produzieren, aber derzeit geben Wissenschaftler viel mehr Energie und Geld aus, um die Fusionsreaktion zu starten und aufrechtzuerhalten.

Die Kernfusion ist eine kostengünstige und umweltfreundliche Möglichkeit zur Energieerzeugung. Auf der Sonne findet seit Milliarden von Jahren eine unkontrollierte Kernfusion statt – Helium entsteht aus dem schweren Wasserstoffisotop Deuterium. Dabei wird eine enorme Energiemenge freigesetzt. Allerdings haben die Menschen auf der Erde noch nicht gelernt, solche Reaktionen zu kontrollieren.

Der ITER-Reaktor wird Wasserstoffisotope als Brennstoff verwenden. Bei einer thermonuklearen Reaktion wird Energie frei, wenn sich leichte Atome zu schwereren verbinden. Um dies zu erreichen, muss das Gas auf eine Temperatur von über 100 Millionen Grad erhitzt werden – viel höher als die Temperatur im Zentrum der Sonne. Gas verwandelt sich bei dieser Temperatur in Plasma. Gleichzeitig verschmelzen Atome von Wasserstoffisotopen und verwandeln sich unter Freisetzung einer großen Anzahl von Neutronen in Heliumatome. Ein nach diesem Prinzip arbeitendes Kraftwerk nutzt die Energie von Neutronen, die durch eine Schicht aus dichtem Material (Lithium) abgebremst werden.

Warum hat die Errichtung thermonuklearer Anlagen so lange gedauert?

Warum sind so wichtige und wertvolle Anlagen, über deren Nutzen seit fast einem halben Jahrhundert diskutiert wird, noch nicht entstanden? Es gibt drei Hauptgründe (siehe unten), von denen der erste als extern oder sozial bezeichnet werden kann und die anderen beiden als intern bezeichnet werden können, d. h. durch die Gesetze und Bedingungen der Entwicklung der thermonuklearen Energie selbst bestimmt werden.

1. Lange Zeit glaubte man, dass das Problem der praktischen Nutzung der Kernfusionsenergie keine dringenden Entscheidungen und Maßnahmen erforderte, da in den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts die fossilen Brennstoffquellen unerschöpflich schienen, Umweltprobleme und der Klimawandel jedoch schon die Öffentlichkeit nicht betreffen. Im Jahr 1976 versuchte der Beratungsausschuss für Fusionsenergie des US-Energieministeriums, den Zeitrahmen für Forschung und Entwicklung sowie ein Demonstrations-Fusionskraftwerk im Rahmen verschiedener Forschungsfinanzierungsoptionen abzuschätzen. Gleichzeitig wurde festgestellt, dass die Höhe der jährlichen Mittel für die Forschung in dieser Richtung völlig unzureichend ist und die Errichtung thermonuklearer Anlagen bei Beibehaltung des bestehenden Mittelniveaus nie erfolgreich sein wird, da die zugewiesenen Mittel nicht übereinstimmen sogar auf das minimale, kritische Niveau.

2. Ein schwerwiegenderes Hindernis für die Entwicklung der Forschung auf diesem Gebiet besteht darin, dass eine thermonukleare Anlage der diskutierten Art nicht im kleinen Maßstab erstellt und demonstriert werden kann. Aus den nachstehenden Erläuterungen wird deutlich, dass die Kernfusion nicht nur einen magnetischen Einschluss des Plasmas, sondern auch eine ausreichende Erwärmung desselben erfordert. Das Verhältnis von aufgewendeter und aufgenommener Energie steigt mindestens proportional zum Quadrat der linearen Abmessungen der Anlage, wodurch die wissenschaftlichen und technischen Fähigkeiten und Vorteile thermonuklearer Anlagen nur an größeren Stationen, wie z wie der erwähnte ITER-Reaktor. Die Gesellschaft war einfach nicht bereit, solch große Projekte zu finanzieren, solange kein ausreichendes Vertrauen in den Erfolg bestand.

3. Die Entwicklung der thermonuklearen Energie war sehr komplex, doch (trotz unzureichender Finanzierung und Schwierigkeiten bei der Auswahl von Zentren für die Errichtung von JET- und ITER-Anlagen) konnten in den letzten Jahren deutliche Fortschritte beobachtet werden, obwohl noch keine Betriebsstation errichtet wurde.

Die moderne Welt steht vor einer sehr ernsten Energieherausforderung, die man genauer als „unsichere Energiekrise“ bezeichnen kann. Das Problem hängt mit der Tatsache zusammen, dass die Reserven an fossilen Brennstoffen in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts erschöpft sein könnten. Darüber hinaus kann die Verbrennung fossiler Brennstoffe dazu führen, dass das in die Atmosphäre freigesetzte Kohlendioxid (das oben erwähnte CCS-Programm) irgendwie abgesondert und „gelagert“ werden muss, um größere Klimaveränderungen auf dem Planeten zu verhindern.

Derzeit wird fast die gesamte von der Menschheit verbrauchte Energie durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt, und die Lösung des Problems kann mit der Nutzung von Solarenergie oder Kernenergie (der Schaffung von Reaktoren zur Erzeugung schneller Neutronen usw.) verbunden sein. Das globale Problem, das durch die wachsende Bevölkerung der Entwicklungsländer und deren Notwendigkeit, den Lebensstandard zu verbessern und die Menge der erzeugten Energie zu erhöhen, verursacht wird, kann nicht allein auf der Grundlage dieser Ansätze gelöst werden, obwohl natürlich alle Versuche unternommen werden, alternative Methoden der Energieerzeugung zu entwickeln sollte ermutigt werden.

Streng genommen haben wir eine kleine Auswahl an Verhaltensstrategien und die Entwicklung der thermonuklearen Energie ist äußerst wichtig, auch wenn es keine Erfolgsgarantie gibt. Die Zeitung Financial Times (vom 25. Januar 2004) schrieb dazu:

Hoffen wir, dass es auf dem Weg zur Entwicklung der thermonuklearen Energie keine großen und unerwarteten Überraschungen gibt. In diesem Fall werden wir in etwa 30 Jahren erstmals elektrischen Strom daraus in Energienetze einspeisen können und in etwas mehr als 10 Jahren wird das erste kommerzielle thermonukleare Kraftwerk seinen Betrieb aufnehmen. Es ist möglich, dass in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts die Kernfusionsenergie beginnt, fossile Brennstoffe zu ersetzen und nach und nach eine immer wichtigere Rolle bei der Energieversorgung der Menschheit auf globaler Ebene zu spielen.

Es gibt keine absolute Garantie dafür, dass die Aufgabe der Erzeugung thermonuklearer Energie (als wirksame und groß angelegte Energiequelle für die gesamte Menschheit) erfolgreich abgeschlossen wird, aber die Erfolgswahrscheinlichkeit in dieser Richtung ist recht hoch. Angesichts des enormen Potenzials thermonuklearer Kraftwerke können alle Kosten für Projekte für deren schnelle (und sogar beschleunigte) Entwicklung als gerechtfertigt angesehen werden, insbesondere da diese Investitionen vor dem Hintergrund des monströsen globalen Energiemarkts (4 Billionen US-Dollar pro Jahr8) sehr bescheiden erscheinen. Die Deckung des Energiebedarfs der Menschheit ist ein sehr ernstes Problem. Da fossile Brennstoffe immer weniger verfügbar sind (und ihre Verwendung unerwünscht wird), ändert sich die Situation, und wir können es uns einfach nicht leisten, auf die Entwicklung der Fusionsenergie zu verzichten.

Auf die Frage „Wann erscheint thermonukleare Energie?“ Lev Artsimovich (ein anerkannter Pionier und Forschungsleiter auf diesem Gebiet) antwortete einmal: „Es wird geschaffen, wenn es für die Menschheit wirklich notwendig wird.“

ITER wird der erste Fusionsreaktor sein, der mehr Energie produziert, als er verbraucht. Wissenschaftler messen diese Eigenschaft mit einem einfachen Koeffizienten, den sie „Q“ nennen. Wenn ITER alle seine wissenschaftlichen Ziele erreicht, wird es zehnmal mehr Energie produzieren, als es verbraucht. Das letzte gebaute Gerät, der Joint European Torus in England, ist ein kleinerer Prototyp eines Fusionsreaktors, der in der Endphase der wissenschaftlichen Forschung einen Q-Wert von fast 1 erreichte. Das bedeutet, dass er genau die gleiche Energiemenge produzierte, wie er verbrauchte . ITER wird darüber hinausgehen, indem es die Energieerzeugung durch Fusion demonstriert und einen Q-Wert von 10 erreicht. Die Idee besteht darin, aus einem Energieverbrauch von etwa 50 MW 500 MW zu erzeugen. Eines der wissenschaftlichen Ziele von ITER ist daher der Nachweis, dass ein Q-Wert von 10 erreicht werden kann.

Ein weiteres wissenschaftliches Ziel besteht darin, dass ITER eine sehr lange „Brennzeit“ haben wird – einen Impuls mit einer längeren Dauer von bis zu einer Stunde. ITER ist ein Forschungsreaktor, der nicht kontinuierlich Energie produzieren kann. Wenn ITER den Betrieb aufnimmt, ist es eine Stunde lang eingeschaltet, danach muss es ausgeschaltet werden. Dies ist wichtig, da die von uns bisher entwickelten typischen Geräte eine Brenndauer von mehreren Sekunden oder sogar Zehntelsekunden erreichen konnten – das ist das Maximum. Der „Joint European Torus“ erreichte seinen Q-Wert von 1 bei einer Brenndauer von etwa zwei Sekunden bei einer Pulslänge von 20 Sekunden. Aber ein Prozess, der nur wenige Sekunden dauert, ist nicht wirklich dauerhaft. Analog zum Starten eines Automotors: Das kurzzeitige Einschalten und anschließende Ausschalten des Motors ist noch kein wirklicher Betrieb des Autos. Erst wenn Sie Ihr Auto eine halbe Stunde lang fahren, erreicht es einen konstanten Betriebsmodus und zeigt, dass ein solches Auto wirklich gefahren werden kann.

Das heißt, aus technischer und wissenschaftlicher Sicht wird ITER einen Q-Wert von 10 und eine längere Brenndauer liefern.

Das Kernfusionsprogramm ist wirklich international und breit angelegt. Die Menschen rechnen bereits mit dem Erfolg von ITER und denken über den nächsten Schritt nach – die Schaffung eines Prototyps eines industriellen thermonuklearen Reaktors namens DEMO. Um es zu bauen, muss ITER funktionieren. Wir müssen unsere wissenschaftlichen Ziele erreichen, denn das bedeutet, dass die von uns vorgeschlagenen Ideen durchaus realisierbar sind. Allerdings stimme ich zu, dass man immer darüber nachdenken sollte, was als nächstes kommt. Darüber hinaus wird sich unser Wissen nach 25 bis 30 Jahren Betrieb von ITER nach und nach vertiefen und erweitern und wir werden in der Lage sein, unseren nächsten Schritt genauer zu skizzieren.

Tatsächlich gibt es keine Debatte darüber, ob ITER ein Tokamak sein sollte. Manche Wissenschaftler stellen die Frage ganz anders: Sollte es ITER geben? Experten in verschiedenen Ländern, die ihre eigenen, nicht so großen thermonuklearen Projekte entwickeln, argumentieren, dass ein so großer Reaktor überhaupt nicht benötigt wird.

Ihre Meinung sollte jedoch kaum als maßgeblich angesehen werden. An der Entstehung von ITER waren Physiker beteiligt, die sich seit mehreren Jahrzehnten mit Ringfallen beschäftigen. Der Entwurf des experimentellen thermonuklearen Reaktors in Karadash basierte auf allen Erkenntnissen, die bei Experimenten mit Dutzenden Vorgänger-Tokamaks gewonnen wurden. Und diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass es sich bei dem Reaktor um einen Tokamak handeln muss, und zwar um einen großen.

JET Der derzeit erfolgreichste Tokamak kann als JET angesehen werden, der von der EU in der britischen Stadt Abingdon gebaut wurde. Dies ist der größte bisher gebaute Reaktor vom Tokamak-Typ, der große Radius des Plasmatorus beträgt 2,96 Meter. Die Leistung der thermonuklearen Reaktion hat bereits mehr als 20 Megawatt bei einer Verweilzeit von bis zu 10 Sekunden erreicht. Der Reaktor gibt etwa 40 % der in das Plasma eingebrachten Energie zurück.

Es ist die Physik des Plasmas, die die Energiebilanz bestimmt“, sagte Igor Semenov gegenüber Infox.ru. Der außerordentliche Professor des MIPT beschrieb die Energiebilanz anhand eines einfachen Beispiels: „Wir haben alle schon einmal ein Feuer brennen sehen. Tatsächlich brennt dort aber kein Holz, sondern Gas. Die Energiekette dort ist so: Das Gas brennt, das Holz erhitzt sich, das Holz verdampft, das Gas brennt wieder. Wenn wir also Wasser ins Feuer werfen, entziehen wir dem System schlagartig Energie für den Phasenübergang von flüssigem Wasser in einen Dampfzustand. Der Saldo wird negativ und das Feuer erlischt. Es geht auch anders: Wir können einfach die Feuerbrände nehmen und sie im Weltraum verteilen. Auch das Feuer wird erlöschen. Das Gleiche gilt für den thermonuklearen Reaktor, den wir bauen. Die Abmessungen sind so gewählt, dass für diesen Reaktor eine entsprechende positive Energiebilanz entsteht. Ausreichend, um in Zukunft ein echtes Kernkraftwerk zu bauen und in diesem experimentellen Stadium alle Probleme zu lösen, die derzeit noch ungelöst sind.“

Die Abmessungen des Reaktors wurden einmal geändert. Dies geschah an der Wende vom 20. zum 21. Jahrhundert, als sich die Vereinigten Staaten aus dem Projekt zurückzogen und die verbleibenden Mitglieder erkannten, dass das ITER-Budget (damals wurde es auf 10 Milliarden US-Dollar geschätzt) zu groß war. Um die Installationskosten zu senken, waren Physiker und Ingenieure gefragt. Und das war nur aufgrund der Größe möglich. Die „Neugestaltung“ von ITER wurde vom französischen Physiker Robert Aymar geleitet, der zuvor am französischen Tokamak Tore Supra in Karadash gearbeitet hatte. Der Außenradius des Plasmatorus wurde von 8,2 auf 6,3 Meter reduziert. Die mit der Verkleinerung verbundenen Risiken wurden jedoch teilweise durch mehrere zusätzliche supraleitende Magnete kompensiert, die die Umsetzung des damals offenen und untersuchten Plasma-Einschlussmodus ermöglichten.

ITER (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor, „International Experimental Thermonuclear Reactor“) ist ein groß angelegtes wissenschaftliches und technisches Projekt mit dem Ziel, den ersten internationalen experimentellen thermonuklearen Reaktor zu bauen.

Umgesetzt von sieben Hauptpartnern (Europäische Union, Indien, China, Republik Korea, Russland, USA, Japan) in Cadarache (Region Provence-Alpes-Côte d'Azur, Frankreich). ITER basiert auf einer Tokamak-Anlage (benannt nach ihren Anfangsbuchstaben: eine Ringkammer mit Magnetspulen), die als das vielversprechendste Gerät zur Umsetzung einer kontrollierten Kernfusion gilt. Der erste Tokamak wurde 1954 in der Sowjetunion gebaut.

Ziel des Projekts ist es zu zeigen, dass Fusionsenergie im industriellen Maßstab genutzt werden kann. ITER soll Energie durch eine Fusionsreaktion mit schweren Wasserstoffisotopen bei Temperaturen über 100 Millionen Grad erzeugen.

Es wird davon ausgegangen, dass 1 g Brennstoff (eine Mischung aus Deuterium und Tritium), der in der Anlage verwendet wird, die gleiche Energiemenge liefert wie 8 Tonnen Öl. Die geschätzte thermonukleare Leistung von ITER beträgt 500 MW.

Experten sagen, dass ein Reaktor dieses Typs viel sicherer ist als aktuelle Kernkraftwerke (KKW) und Meerwasser in nahezu unbegrenzten Mengen als Brennstoff dafür dienen kann. Somit wird die erfolgreiche Implementierung von ITER eine unerschöpfliche Quelle umweltfreundlicher Energie bereitstellen.

Projektgeschichte

Das Reaktorkonzept wurde am gleichnamigen Institut für Atomenergie entwickelt. I.V.Kurchatova. 1978 brachte die UdSSR die Idee vor, das Projekt bei der Internationalen Atomenergiebehörde (IAEA) umzusetzen. Eine Einigung über die Umsetzung des Projekts wurde 1985 in Genf bei Verhandlungen zwischen der UdSSR und den USA erzielt.

Das Programm wurde später von der IAEA genehmigt. 1987 erhielt das Projekt seinen heutigen Namen und 1988 wurde ein Leitungsgremium geschaffen – der ITER-Rat. 1988-1990 Sowjetische, amerikanische, japanische und europäische Wissenschaftler und Ingenieure führten eine konzeptionelle Studie des Projekts durch.

Am 21. Juli 1992 unterzeichneten die EU, Russland, die USA und Japan in Washington ein Abkommen über die Entwicklung des technischen Projekts ITER, das 2001 abgeschlossen wurde. In den Jahren 2002-2005. Südkorea, China und Indien schlossen sich dem Projekt an. Die Vereinbarung zum Bau des ersten internationalen experimentellen Fusionsreaktors wurde am 21. November 2006 in Paris unterzeichnet.

Ein Jahr später, am 7. November 2007, wurde auf der Baustelle von ITER eine Vereinbarung unterzeichnet, wonach der Reaktor in Frankreich, im Kernzentrum Cadarache in der Nähe von Marseille, stehen wird. Das Kontroll- und Datenverarbeitungszentrum wird sich in Naka (Präfektur Ibaraki, Japan) befinden.

Die Vorbereitungen für die Baustelle in Cadarache begannen im Januar 2007 und der vollständige Bau begann im Jahr 2013. Der Komplex wird auf einer Fläche von 180 Hektar liegen. Der 60 m hohe und 23.000 Tonnen schwere Reaktor wird auf einem 1 km langen und 400 m breiten Gelände errichtet. Die Bauarbeiten werden von der im Oktober 2007 gegründeten Internationalen Organisation ITER koordiniert.

Die Kosten des Projekts werden auf 15 Milliarden Euro geschätzt, wovon 45,4 % auf die EU (über Euratom) und jeweils 9,1 % auf sechs weitere Teilnehmer (einschließlich der Russischen Föderation) entfallen. Seit 1994 nimmt auch Kasachstan im Rahmen der russischen Quote an dem Projekt teil.

Die Reaktorelemente werden per Schiff an die Mittelmeerküste Frankreichs geliefert und von dort mit Spezialkarawanen in die Region Cadarache transportiert. Zu diesem Zweck wurden im Jahr 2013 Teile bestehender Straßen erheblich erneuert, Brücken verstärkt, neue Kreuzungen und Gleise mit besonders tragfähigem Untergrund gebaut. Im Zeitraum 2014 bis 2019 sollen mindestens drei Dutzend superschwere Lastzüge auf der befestigten Straße verkehren.

In Nowosibirsk werden Plasmadiagnosesysteme für ITER entwickelt. Eine diesbezügliche Vereinbarung wurde am 27. Januar 2014 vom Direktor der Internationalen Organisation ITER Osamu Motojima und dem Leiter der nationalen Agentur ITER in der Russischen Föderation Anatoly Krasilnikov unterzeichnet.

Die Entwicklung eines Diagnosekomplexes im Rahmen der neuen Vereinbarung erfolgt auf Basis des nach ihm benannten Physikalisch-Technischen Instituts. A.F. Ioffe Russische Akademie der Wissenschaften.

Es wird erwartet, dass der Reaktor im Jahr 2020 in Betrieb geht, die ersten Kernfusionsreaktionen sollen an ihm frühestens im Jahr 2027 durchgeführt werden. Im Jahr 2037 ist geplant, den experimentellen Teil des Projekts abzuschließen und bis 2040 auf die Stromproduktion umzustellen . Nach vorläufigen Prognosen von Experten wird die industrielle Version des Reaktors frühestens im Jahr 2060 fertig sein, und eine Reihe solcher Reaktoren kann erst bis zum Ende des 21. Jahrhunderts gebaut werden.

CADARACHE (Frankreich), 25. Mai – RIA Novosti, Victoria Ivanova. Der Süden Frankreichs wird normalerweise mit Ferien an der Côte d'Azur, Lavendelfeldern und dem Cannes-Festival in Verbindung gebracht, nicht jedoch mit Wissenschaft, obwohl in der Nähe von Marseille seit einigen Jahren der „Bau des Jahrhunderts“ stattfindet – ein internationales thermonukleares Projekt Der experimentelle Reaktor (ITER) wird in der Nähe des Forschungszentrums Cadarache gebaut.

Ein Korrespondent von RIA Novosti erfuhr, wie der weltweit größte Bau einer einzigartigen Anlage voranschreitet und welche Art von Menschen einen „Prototyp der Sonne“ bauen, der 7 Milliarden Kilowattstunden Energie pro Jahr erzeugen kann.

Ursprünglich hieß das internationale thermonukleare Experimentalreaktorprojekt ITER, eine Abkürzung für International Thermonuclear Experimental Reactor. Später erschien jedoch eine schönere Interpretation des Namens: Der Name des Projekts wird durch die Übersetzung des lateinischen Wortes iter – „Pfad“ erklärt, und einige Länder begannen, vorsichtig von der Erwähnung des Wortes „Reaktor“ Abstand zu nehmen, um dies nicht zu tun in den Köpfen der Bürger Assoziationen mit Gefahr und Strahlung zu wecken.

Die ganze Welt baut einen neuen Reaktor. Bisher sind Russland, Indien, Japan, China, Südkorea und die Vereinigten Staaten sowie die Europäische Union an dem Projekt beteiligt. Die Europäer waren als Gruppe für die Umsetzung des Projekts zu 46 % verantwortlich, die anderen beteiligten Länder übernahmen jeweils 9 %.

Um das System der gegenseitigen Abrechnung zu vereinfachen, wurde innerhalb der Organisation eine Sonderwährung erfunden – die ITER-Rechnungseinheit – IUA. Alle Vereinbarungen über die Lieferung von Komponenten durch die Teilnehmer werden in diesen Einheiten durchgeführt. Dadurch wurde das Ergebnis der Konstruktion unabhängig von Schwankungen der nationalen Wechselkurse und den Kosten für die Herstellung von Teilen in den einzelnen Ländern.

Für diese Investition, die nicht in Geld, sondern in Komponenten der künftigen Anlage ausgedrückt wird, erhalten die Teilnehmer vollen Zugang zum gesamten Spektrum der an ITER beteiligten Technologien. So entsteht derzeit in Frankreich die „International School for the Creation of Thermonuclear Reactor“.

„Das heißeste Ding im Sonnensystem“

Journalisten und sogar die ITER-Mitarbeiter selbst vergleichen das Projekt so oft mit der Sonne, dass es ziemlich schwierig ist, eine andere Assoziation für die thermonukleare Anlage zu finden. Dem Leiter einer der Abteilungen der Internationalen ITER-Organisation, Mario Merola, gelang dies, indem er den Reaktor als „das heißeste Ding in unserem Sonnensystem“ bezeichnete.

„Die Temperatur im Inneren des Geräts wird etwa 150 Millionen Grad Celsius betragen, was zehnmal höher ist als die Temperatur des Sonnenkerns. Das Magnetfeld der Anlage wird etwa 200.000 Mal größer sein als das der Erde selbst“, sagt Mario über das Projekt.

ITER basiert auf einem System von Tokamak-Ringkammern mit Magnetspulen. Die Idee des magnetischen Einschlusses von Hochtemperaturplasma wurde Mitte des letzten Jahrhunderts am Kurtschatow-Institut entwickelt und weltweit erstmals technologisch umgesetzt. Russland, das den Ursprung des Projekts hatte, stellt unter anderem einen der wesentlichsten Teile der Anlage her, das „Herz von ITER“ – das supraleitende Magnetsystem. Es besteht aus verschiedenen Arten von Supraleitern, die Zehntausende Filamente mit einer speziellen Nanostruktur enthalten.

Um ein solch großes System zu schaffen, sind Hunderte Tonnen solcher Supraleiter erforderlich. Sechs der sieben teilnehmenden Länder sind an ihrer Produktion beteiligt. Darunter ist Russland, das Supraleiter auf Basis von Niob-Titan- und Niob-Zinn-Legierungen liefert, die zu den besten der Welt gehören. Die Produktion dieser Materialien in Russland erfolgt durch Rosatom-Unternehmen und das Kurtschatow-Institut.

© Foto: mit freundlicher Genehmigung der ITER-Organisation

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Häufige Schwierigkeiten

Doch Russland und China, die ihren Verpflichtungen pünktlich nachkamen, wurden unwissentlich zu Geiseln anderer Projektteilnehmer, denen es nicht immer gelingt, ihren Teil der Arbeit pünktlich abzuschließen. Die Besonderheit des ITER-Projekts liegt in der engen Interaktion aller Parteien, und daher führt die Verzögerung eines einzelnen Landes dazu, dass das gesamte Projekt ins Wanken gerät.

Um Abhilfe zu schaffen, beschloss der neue Leiter der ITER-Organisation, Bernard Bigot, den Zeitrahmen des Projekts zu ändern. Eine neue Version des Zeitplans – voraussichtlich realistischer – wird im November vorgestellt.

Gleichzeitig schloss Bigo eine Umverteilung der Arbeit zwischen den Teilnehmern nicht aus.

„Ich würde mich freuen, wenn es überhaupt keine Verzögerungen gäbe. Ich muss jedoch zugeben, dass ich bei der Umsetzung unseres globalen Projekts keine anderen Lösungen als die Reduzierung der Kapazität sehe „Alles an der Umverteilung der Arbeit ist schlecht, aber dieses Thema muss ernsthaft diskutiert werden“, sagte der Generaldirektor der Organisation.

Bigot stellte fest, dass Hunderte von Unternehmen und Organisationen aus sieben teilnehmenden Ländern an der Schaffung von ITER arbeiten. „Man kann nicht einfach mit den Fingern schnipsen und den Plan ausführen. Alle dachten, dass es dank Treu und Glauben und guter Absichten einfach sein würde, die Fristen einzuhalten“, betonte Bigo.

ITER zufolge sind die Schwierigkeiten beim Bau von ITER auf die unterschiedlichen Kulturen der teilnehmenden Länder sowie auf die Tatsache zurückzuführen, dass es bisher weltweit keine ähnlichen Projekte gab und so viele Mechanismen und Anlagen, die zum ersten Mal hergestellt werden, zusätzliche Anforderungen stellen Tests und Zertifizierungen durch Aufsichtsbehörden, was zusätzliche Zeit in Anspruch nimmt.

Eine der Maßnahmen des von Bigot vorgeschlagenen „strikten Managements“ wäre die Schaffung eines weiteren Leitungsgremiums, dem Direktoren nationaler Agenturen und ein Generaldirektor angehören würden. Die Entscheidungen dieses Gremiums werden für alle Projektbeteiligten bindend sein – Bigot hofft, dass dadurch der Prozess der Interaktion beflügelt wird.

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„Bau des Jahrhunderts“

Mittlerweile läuft auf dem ITER-Gelände ein riesiges Bauprojekt. Das „Herz“ der Anlage – der Tokamak selbst und die Büroräume – wird eine Fläche von einem Kilometer mal 400 Metern einnehmen.

Für den Reaktor wurde eine 20 Meter tiefe Grube ausgehoben, in deren Boden auf spiegelglattem Asphalt Armaturen und andere für diese Phase notwendige Komponenten eingebracht werden. Zunächst werden die Wandsegmente horizontal zusammengebaut und Metallkonstruktionen mit Spezialplatten verbunden. Anschließend werden sie mit Hilfe von vier Baukränen schließlich an die gewünschte Position gebracht.

Es werden mehrere Jahre vergehen und die Website wird nicht mehr wiederzuerkennen sein. Anstelle eines riesigen Lochs in der Plattform wird sich darüber ein Koloss in der Größe des Bolschoi-Theaters erheben – etwa 40 Meter hoch.

Irgendwo auf dem Gelände hat der Bau noch nicht begonnen – und aus diesem Grund können andere Länder die Lieferzeit für Komponenten eines thermonuklearen Reaktors nicht genau berechnen, und irgendwo ist er bereits abgeschlossen. Insbesondere das ITER-Hauptquartier, das Gebäude zum Wickeln von Poloidspulen des Magnetsystems, das Umspannwerk und mehrere weitere Nebengebäude sind betriebsbereit.

„Glück liegt im ständigen Wissen um das Unbekannte“

In einer Zeit, in der wissenschaftliche Arbeit nicht überall beliebt und anerkannt ist, brachte ITER auf seiner Plattform 500 Wissenschaftler, Ingenieure und Vertreter vieler anderer Fachgebiete aus verschiedenen Ländern zusammen. Diese Spezialisten sind echte Träumer und engagierte Menschen, genau wie die Strugatskys, „sie akzeptierten die Arbeitshypothese, dass das Glück in der kontinuierlichen Kenntnis des Unbekannten liegt und der Sinn des Lebens darin liegt.“

Doch die Lebensbedingungen der Mitarbeiter des Projekts unterscheiden sich grundlegend von denen im NIICHAVO – dem Forschungsinstitut für Hexerei und Zauberei – wo die Helden der Geschichte sowjetischer Science-Fiction-Autoren „Montag beginnt am Samstag“ arbeiteten. Auf dem Territorium von ITER gibt es keine Herbergen für Ausländer – sie alle vermieten Unterkünfte in Dörfern und Städten in der Nähe.

In einem der bereits errichteten Gebäude befindet sich neben den Arbeitsräumen eine riesige Kantine, in der Projektmitarbeiter für einen sehr geringen Betrag einen Snack oder ein herzhaftes Mittagessen genießen können. Auf der Speisekarte stehen immer Gerichte der nationalen Küche, seien es japanische Nudeln oder italienische Minestrone.

Am Eingang zum Speisesaal befindet sich eine Informationstafel. Es enthält Angebote zur gemeinsamen Vermietung von Wohnungen und „Französischunterricht, hochwertig und günstig“. Ein weißes Blatt Papier wird angezeigt: „Der Cadarache-Chor rekrutiert Teilnehmer. Kommen Sie zum Hauptgebäude von ITER.“ Neben dem Chor, dessen Gründung noch nicht abgeschlossen ist, organisierten die Projektmitarbeiter auch ein eigenes Orchester. Auch der Russe Evgeniy Veshchev, der seit mehreren Jahren in Cadarache arbeitet, spielt Saxophon.

Weg zur Sonne

„Wie leben wir hier? Manchmal gehen wir ans Meer und in die Berge, es ist nicht weit von hier“, sagt Evgeniy ist nicht meine erste längere Geschäftsreise ins Ausland, daran bin ich gewöhnt.“

Evgeniy ist Physiker und an der Integration von Diagnosesystemen im Projekt beteiligt.

„Seit meiner Studienzeit war ich vom ITER-Projekt, den Möglichkeiten und Aussichten, die vor mir lagen, inspiriert und hatte das Gefühl, dass die Zukunft dahinter lag. Allerdings war mein Weg hierher steinig, wie für viele andere auch Da ich nicht sehr gut mit Geld umgehen konnte, dachte ich sogar darüber nach, die Wissenschaft aufzugeben und etwas Eigenes zu eröffnen. Also landete ich zehn Jahre, nachdem ich zum ersten Mal von ITER gehört hatte, in Frankreich. an einem Projekt“, sagt der Physiker.

Laut dem russischen Wissenschaftler „hat jeder Mitarbeiter seine eigene Geschichte über den Einstieg in das Projekt.“ Was auch immer die „Wege zur Sonne“ seiner Anhänger sein mögen, schon nach dem kürzesten Gespräch mit einem von ihnen wird klar, dass hier Fans ihres Handwerks arbeiten.

Beispielsweise ist der Amerikaner Mark Henderson Spezialist für Plasmaerwärmung bei ITER. Er kam zu dem Treffen – kurzhaarig, trocken, mit Brille – in der Gestalt eines der Gründer von Apple, Steve Jobs. Schwarzes Hemd, ausgewaschene Jeans, Turnschuhe. Es stellte sich heraus, dass die besondere Nähe von Henderson und Jobs nicht nur auf äußere Ähnlichkeit beschränkt ist: Beide sind Träumer, inspiriert von der Idee, mit ihrer Erfindung die Welt zu verändern.

„Wir sind als Menschheit zunehmend auf Ressourcen angewiesen und tun nichts anderes, als sie zu verbrauchen. Ist unsere kollektive Intelligenz gleichbedeutend mit der kollektiven Intelligenz einer Schüssel Hefe? Wir müssen wieder mit dem Träumen beginnen.“ Henderson ist überzeugt.

Und sie denken, träumen und verwirklichen die unglaublichsten und fantastischsten Ideen. Und keine Themen auf der außenpolitischen Agenda können die Arbeit von Wissenschaftlern beeinträchtigen: Meinungsverschiedenheiten werden früher oder später enden, und die durch eine thermonukleare Reaktion entstehende Hitze wird alle erwärmen, unabhängig von Kontinent und Staat.

Die Menschheit nähert sich allmählich der Grenze der irreversiblen Erschöpfung der Kohlenwasserstoffressourcen der Erde. Wir fördern seit fast zwei Jahrhunderten Öl, Gas und Kohle aus den Eingeweiden des Planeten, und es ist bereits klar, dass ihre Reserven mit enormer Geschwindigkeit erschöpft sind. Die führenden Länder der Welt denken seit langem darüber nach, eine neue Energiequelle zu schaffen, die umweltfreundlich, betriebssicher und mit enormen Brennstoffreserven ausgestattet ist.

Fusionsreaktor

Heutzutage wird viel über die Nutzung sogenannter alternativer Energiearten gesprochen – erneuerbare Quellen in Form von Photovoltaik, Windenergie und Wasserkraft. Es liegt auf der Hand, dass diese Richtungen aufgrund ihrer Eigenschaften nur als Hilfsquellen der Energieversorgung dienen können.

Als langfristige Perspektive für die Menschheit kommt nur Energie in Betracht, die auf Kernreaktionen basiert.

Einerseits zeigen immer mehr Staaten Interesse am Bau von Kernreaktoren auf ihrem Territorium. Dennoch stellt die Verarbeitung und Entsorgung radioaktiver Abfälle ein drängendes Problem für die Kernenergie dar, was sich auf die Wirtschafts- und Umweltindikatoren auswirkt. Bereits Mitte des 20. Jahrhunderts wandten sich die weltweit führenden Physiker auf der Suche nach neuen Energiearten der Quelle des Lebens auf der Erde zu – der Sonne, in deren Tiefen bei einer Temperatur von etwa 20 Millionen Grad Reaktionen stattfinden Die Synthese (Fusion) leichter Elemente erfolgt unter Freisetzung kolossaler Energie.

Die Aufgabe, eine Anlage zur Durchführung von Kernfusionsreaktionen unter terrestrischen Bedingungen zu entwickeln, haben heimische Spezialisten am besten gemeistert. Das in Russland erworbene Wissen und die Erfahrung auf dem Gebiet der kontrollierten thermonuklearen Fusion (CTF) bildeten die Grundlage für das Projekt, das ohne Übertreibung die Energiehoffnung der Menschheit ist – den Internationalen Experimentellen Thermonuklearen Reaktor (ITER), der entsteht gebaut in Cadarache (Frankreich).

Geschichte der Kernfusion

Die ersten thermonuklearen Forschungen begannen in Ländern, die an ihren atomaren Verteidigungsprogrammen arbeiteten. Dies ist nicht überraschend, da zu Beginn des Atomzeitalters der Hauptzweck der Entstehung von Deuterium-Plasmareaktoren die Untersuchung physikalischer Prozesse in heißem Plasma war, deren Kenntnis unter anderem für die Herstellung thermonuklearer Waffen erforderlich war . Nach freigegebenen Daten begannen die UdSSR und die USA in den 1950er Jahren fast gleichzeitig. Arbeit an UTS. Aber gleichzeitig gibt es historische Beweise dafür, dass bereits 1932 der alte Revolutionär und enge Freund des Führers des Weltproletariats Nikolai Bucharin, der damals den Posten des Vorsitzenden des Ausschusses des Obersten Wirtschaftsrats innehatte und dem folgte Entwicklung der sowjetischen Wissenschaft, schlug vor, im Land ein Projekt zur Untersuchung kontrollierter thermonuklearer Reaktionen zu starten.

Die Geschichte des sowjetischen thermonuklearen Projekts ist nicht ohne eine lustige Tatsache. Der zukünftige berühmte Akademiker und Schöpfer der Wasserstoffbombe, Andrei Dmitrievich Sacharow, ließ sich von der Idee der magnetischen Wärmeisolierung von Hochtemperaturplasma aus einem Brief eines sowjetischen Armeesoldaten inspirieren. Im Jahr 1950 schickte Sergeant Oleg Lawrentjew, der auf Sachalin diente, einen Brief an das Zentralkomitee der Allunionskommunistischen Partei, in dem er vorschlug, Lithium-6-Deuterid anstelle von verflüssigtem Deuterium und Tritium in einer Wasserstoffbombe zu verwenden und auch eine zu schaffen System mit elektrostatischem Einschluss von heißem Plasma zur Durchführung einer kontrollierten Kernfusion. Der Brief wurde von dem damals jungen Wissenschaftler Andrei Sacharow rezensiert, der in seiner Rezension schrieb, dass er „es für notwendig hält, eine detaillierte Diskussion des Projekts des Genossen Lawrentjew zu führen“.

Bereits im Oktober 1950 machten Andrei Sacharow und sein Kollege Igor Tamm die ersten Schätzungen eines magnetischen thermonuklearen Reaktors (MTR). Die erste Ringkernanlage mit starkem Längsmagnetfeld, basierend auf den Ideen von I. Tamm und A. Sacharow, wurde 1955 in LIPAN gebaut. Es hieß TMP – ein Torus mit einem Magnetfeld. Nachfolgende Installationen wurden bereits TOKAMAK genannt, nach der Kombination der Anfangssilben in der Phrase „TORIDAL CHAMBER MAGNETIC COIL“. In seiner klassischen Version ist ein Tokamak eine ringförmige Kammer in Form eines Donuts, die in einem toroidalen Magnetfeld platziert ist. Von 1955 bis 1966 Am Kurchatov-Institut wurden 8 solcher Anlagen gebaut, an denen viele verschiedene Studien durchgeführt wurden. Wenn vor 1969 ein Tokamak außerhalb der UdSSR nur in Australien gebaut wurde, wurden sie in den folgenden Jahren in 29 Ländern gebaut, darunter in den USA, Japan, europäischen Ländern, Indien, China, Kanada, Libyen und Ägypten. Insgesamt wurden weltweit bisher etwa 300 Tokamaks gebaut, davon 31 in der UdSSR und Russland, 30 in den USA, 32 in Europa und 27 in Japan. Tatsächlich lieferten sich drei Länder – die UdSSR, Großbritannien und die USA – einen unausgesprochenen Wettbewerb darum, wer als Erster Plasma nutzen und tatsächlich mit der Energiegewinnung „aus Wasser“ beginnen würde.

Der wichtigste Vorteil eines thermonuklearen Reaktors ist die etwa tausendfache Reduzierung der strahlenbiologischen Gefahr im Vergleich zu allen modernen Kernreaktoren.

Ein thermonuklearer Reaktor stößt kein CO2 aus und produziert keinen „schweren“ radioaktiven Abfall. Dieser Reaktor kann überall und an jedem Ort aufgestellt werden.

Ein Schritt von einem halben Jahrhundert

1985 schlug der Akademiker Evgeniy Velikhov im Namen der UdSSR vor, dass Wissenschaftler aus Europa, den USA und Japan zusammenarbeiten sollten, um einen thermonuklearen Reaktor zu bauen, und bereits 1986 wurde in Genf eine Einigung über den Entwurf der Anlage erzielt, die später erhielt den Namen ITER. 1992 unterzeichneten die Partner eine vierseitige Vereinbarung zur Entwicklung eines technischen Entwurfs für den Reaktor. Der erste Bauabschnitt soll bis 2020 abgeschlossen sein und dann das erste Plasma erhalten. Im Jahr 2011 begann der eigentliche Bau am ITER-Standort.

Das ITER-Design folgt dem klassischen russischen Tokamak, der bereits in den 1960er Jahren entwickelt wurde. Es ist geplant, dass der Reaktor in der ersten Stufe im gepulsten Modus mit einer Leistung thermonuklearer Reaktionen von 400–500 MW betrieben wird, in der zweiten Stufe wird der kontinuierliche Betrieb des Reaktors sowie das Tritium-Reproduktionssystem getestet .

Nicht umsonst wird der ITER-Reaktor als die Energiezukunft der Menschheit bezeichnet. Erstens ist dies das größte wissenschaftliche Projekt der Welt, denn in Frankreich wird es von fast der ganzen Welt gebaut: Beteiligt sind die EU + die Schweiz, China, Indien, Japan, Südkorea, Russland und die USA. Der Vertrag über den Bau der Anlage wurde 2006 unterzeichnet. Europäische Länder tragen etwa 50 % zur Finanzierung des Projekts bei, auf Russland entfallen etwa 10 % der Gesamtsumme, die in Form von High-Tech-Ausrüstung investiert wird. Der wichtigste Beitrag Russlands ist jedoch die Tokamak-Technologie selbst, die die Grundlage des ITER-Reaktors bildete.

Zweitens wird dies der erste groß angelegte Versuch sein, die in der Sonne ablaufende thermonukleare Reaktion zur Stromerzeugung zu nutzen. Drittens sollte diese wissenschaftliche Arbeit sehr praktische Ergebnisse bringen, und bis zum Ende des Jahrhunderts erwartet die Welt das Erscheinen des ersten Prototyps eines kommerziellen thermonuklearen Kraftwerks.

Wissenschaftler gehen davon aus, dass im Dezember 2025 das erste Plasma im internationalen experimentellen thermonuklearen Reaktor erzeugt wird.

Warum begann buchstäblich die gesamte wissenschaftliche Weltgemeinschaft mit dem Bau eines solchen Reaktors? Tatsache ist, dass viele Technologien, die beim Bau von ITER eingesetzt werden sollen, nicht allen Ländern gleichzeitig gehören. Ein Staat, selbst der in wissenschaftlicher und technischer Hinsicht am höchsten entwickelte, kann nicht sofort über hundert Technologien auf höchstem Weltniveau in allen Technologiebereichen verfügen, die in einem so hochtechnologischen und bahnbrechenden Projekt wie einem thermonuklearen Reaktor eingesetzt werden. Aber ITER besteht aus Hunderten ähnlicher Technologien.

Russland übertrifft das globale Niveau bei vielen thermonuklearen Fusionstechnologien. Aber auch japanische Nuklearwissenschaftler verfügen beispielsweise über einzigartige Kompetenzen in diesem Bereich, die bei ITER durchaus anwendbar sind.

Daher einigten sich die Partnerländer gleich zu Beginn des Projekts darauf, wer und was an den Standort geliefert werden sollte und dass dies nicht nur eine Zusammenarbeit im Ingenieurwesen sein sollte, sondern eine Möglichkeit für jeden Partner, neue Technologien zu erhalten von anderen Teilnehmern, um sie in Zukunft selbst weiterzuentwickeln.

Andrey Retinger, internationaler Journalist

Laser,

Wir sagen, dass wir die Sonne in eine Kiste stecken werden. Die Idee ist hübsch. Das Problem ist, dass wir nicht wissen, wie wir die Box herstellen sollen.

Pierre-Gilles de Gennes
Französischer Nobelpreisträger

Alle elektronischen Geräte und Maschinen benötigen Energie und die Menschheit verbraucht viel davon. Doch die fossilen Brennstoffe gehen zur Neige und alternative Energien sind noch nicht effektiv genug.
Es gibt eine Methode zur Energiegewinnung, die allen Anforderungen optimal gerecht wird: die Kernfusion. Die Reaktion der Kernfusion (die Umwandlung von Wasserstoff in Helium und die Freisetzung von Energie) findet ständig in der Sonne statt und dieser Prozess gibt dem Planeten Energie in Form von Sonnenstrahlen. Sie müssen es nur auf der Erde in kleinerem Maßstab nachahmen. Es reicht aus, einen hohen Druck und eine sehr hohe Temperatur (zehnmal höher als auf der Sonne) bereitzustellen, und die Fusionsreaktion wird gestartet. Um solche Bedingungen zu schaffen, müssen Sie einen thermonuklearen Reaktor bauen. Es wird mehr Ressourcen auf der Erde verbrauchen, sicherer und leistungsfähiger sein als herkömmliche Kernkraftwerke. Seit mehr als 40 Jahren werden Bauversuche unternommen und Experimente durchgeführt. In den letzten Jahren gelang es einem der Prototypen sogar, mehr Energie zu gewinnen, als verbraucht wurde. Nachfolgend werden die ambitioniertesten Projekte in diesem Bereich vorgestellt:

Regierungsprojekte

Die größte öffentliche Aufmerksamkeit wurde kürzlich einem anderen thermonuklearen Reaktordesign geschenkt – dem Wendelstein 7-X-Stellarator (der Stellarator ist in seiner inneren Struktur komplexer als ITER, bei dem es sich um einen Tokamak handelt). Deutsche Wissenschaftler haben bis 2015 innerhalb von neun Jahren ein verkleinertes Demonstrationsmodell des Reaktors gebaut, nachdem sie etwas mehr als eine Milliarde US-Dollar ausgegeben hatten. Wenn es gute Ergebnisse zeigt, wird eine größere Version gebaut.

Frankreichs MegaJoule-Laser wird der leistungsstärkste Laser der Welt sein und versuchen, eine laserbasierte Methode zum Bau eines Fusionsreaktors voranzutreiben. Die Inbetriebnahme der französischen Installation wird für 2018 erwartet.

NIF (National Ignition Facility) wurde in den USA über 12 Jahre hinweg gebaut und kostete bis 2012 4 Milliarden Dollar. Man ging davon aus, die Technologie zu testen und dann sofort einen Reaktor zu bauen, aber es stellte sich heraus, dass, wie Wikipedia berichtet, erhebliche Arbeiten erforderlich sind, wenn die Das System muss jemals die Zündung erreichen. Infolgedessen wurden grandiose Pläne abgesagt und Wissenschaftler begannen, den Laser schrittweise zu verbessern. Die letzte Herausforderung besteht darin, die Energieübertragungseffizienz von 7 % auf 15 % zu steigern. Andernfalls könnte die Finanzierung dieser Synthesemethode durch den Kongress eingestellt werden.

Ende 2015 wurde in Sarow mit dem Bau eines Gebäudes für die leistungsstärkste Laseranlage der Welt begonnen. Es wird leistungsstärker sein als die aktuellen amerikanischen und zukünftigen französischen und wird die Durchführung von Experimenten ermöglichen, die für den Bau einer „Laser“-Version des Reaktors erforderlich sind. Fertigstellung der Bauarbeiten im Jahr 2020.

Der in den USA beheimatete MagLIF-Fusionslaser gilt als das dunkle Pferd unter den Methoden zur Erzielung einer thermonuklearen Fusion. In letzter Zeit hat diese Methode bessere Ergebnisse gezeigt als erwartet, allerdings muss die Leistung noch um das 1000-fache gesteigert werden. Der Laser wird derzeit modernisiert und Wissenschaftler hoffen, bis 2018 die gleiche Energiemenge zu erhalten, die sie verbraucht haben. Bei Erfolg wird eine größere Version erstellt.

Das russische Institut für Kernphysik experimentierte beharrlich mit der Methode der „offenen Falle“, die die USA in den 90er Jahren aufgab. Als Ergebnis wurden Indikatoren erhalten, die für diese Methode als unmöglich galten. BINP-Wissenschaftler gehen davon aus, dass ihre Installation jetzt auf dem Niveau des deutschen Wendelstein 7-X (Q=0,1) liegt, aber billiger ist. Jetzt bauen sie eine neue Anlage für 3 Milliarden Rubel

Der Leiter des Kurchatov-Instituts erinnert ständig an Pläne zum Bau eines kleinen thermonuklearen Reaktors in Russland – Ignitor. Dem Plan zufolge soll es genauso effektiv sein wie ITER, wenn auch kleiner. Der Bau hätte schon vor drei Jahren beginnen sollen, aber diese Situation ist typisch für große wissenschaftliche Projekte.

Anfang 2016 gelang es dem chinesischen Tokamak EAST, eine Temperatur von 50 Millionen Grad zu erreichen und diese 102 Sekunden lang zu halten. Bevor mit dem Bau riesiger Reaktoren und Laser begonnen wurde, waren alle Nachrichten über die Kernfusion so. Man könnte meinen, es handele sich lediglich um einen Wettbewerb unter Wissenschaftlern, wer die immer höheren Temperaturen länger halten kann. Je höher die Plasmatemperatur und je länger sie aufrechterhalten werden kann, desto näher sind wir dem Beginn der Fusionsreaktion. Es gibt Dutzende solcher Anlagen auf der Welt, mehrere weitere () () sind im Bau, sodass der EAST-Rekord bald gebrochen wird. Im Wesentlichen handelt es sich bei diesen kleinen Reaktoren lediglich um Testgeräte, bevor sie an ITER geschickt werden.

Lockheed Martin kündigte 2015 einen Durchbruch bei der Fusionsenergie an, der es ihnen ermöglichen würde, innerhalb von 10 Jahren einen kleinen und mobilen Fusionsreaktor zu bauen. Angesichts der Tatsache, dass selbst sehr große und überhaupt nicht mobile kommerzielle Reaktoren erst im Jahr 2040 zu erwarten waren, stieß die Ankündigung des Konzerns auf Skepsis. Aber das Unternehmen verfügt über viele Ressourcen, also wer weiß. Ein Prototyp wird für 2020 erwartet.

Das beliebte Silicon-Valley-Startup Helion Energy hat seinen eigenen, einzigartigen Plan zur Verwirklichung der Kernfusion. Das Unternehmen hat mehr als 10 Millionen US-Dollar eingesammelt und geht davon aus, bis 2019 einen Prototyp zu entwickeln.

Das unauffällige Startup Tri Alpha Energy hat kürzlich beeindruckende Ergebnisse bei der Förderung seiner Fusionsmethode erzielt (Theoretiker haben über 100 theoretische Wege zur Fusion entwickelt, der Tokamak ist einfach der einfachste und beliebteste). Darüber hinaus sammelte das Unternehmen mehr als 100 Millionen US-Dollar an Investorengeldern ein.

Das Reaktorprojekt des kanadischen Startups General Fusion unterscheidet sich noch mehr von den anderen, aber die Entwickler sind davon überzeugt und haben in 10 Jahren mehr als 100 Millionen US-Dollar gesammelt, um den Reaktor bis 2020 zu bauen.

Das britische Startup First Light verfügt über die am besten zugängliche Website, wurde 2014 gegründet und kündigte Pläne an, die neuesten wissenschaftlichen Daten zu nutzen, um Kernfusion zu geringeren Kosten zu erreichen.

Wissenschaftler des MIT haben einen Artikel geschrieben, in dem sie einen kompakten Fusionsreaktor beschreiben. Sie setzen auf neue Technologien, die nach Beginn des Baus riesiger Tokamaks aufkamen, und versprechen, das Projekt in 10 Jahren abzuschließen. Ob sie grünes Licht für den Baubeginn erhalten, ist noch nicht bekannt. Selbst wenn er genehmigt wird, ist ein Artikel in einer Zeitschrift ein noch früheres Stadium als ein Startup

Die Kernfusion ist vielleicht die am wenigsten geeignete Branche für Crowdfunding. Aber mit seiner Hilfe und auch mit der Finanzierung durch die NASA wird das Unternehmen Lawrenceville Plasma Physics einen Prototyp seines Reaktors bauen. Von allen laufenden Projekten sieht dieses am meisten nach einem Betrug aus, aber wer weiß, vielleicht bringen sie etwas Nützliches in dieses grandiose Werk ein.

ITER wird lediglich ein Prototyp für den Bau einer vollwertigen DEMO-Anlage sein – des ersten kommerziellen Fusionsreaktors. Der Start ist nun für 2044 geplant und dies ist immer noch eine optimistische Prognose.

Aber es gibt Pläne für die nächste Stufe. Ein hybrider thermonuklearer Reaktor erhält Energie sowohl aus dem Atomzerfall (wie ein herkömmliches Kernkraftwerk) als auch aus der Fusion. In dieser Konfiguration kann die Energie um das Zehnfache höher sein, die Sicherheit ist jedoch geringer. China hofft, bis 2030 einen Prototypen bauen zu können, aber Experten sagen, das käme dem Versuch gleich, vor der Erfindung des Verbrennungsmotors Hybridautos zu bauen.

Endeffekt

Es gibt keinen Mangel an Menschen, die eine neue Energiequelle in die Welt bringen wollen. Das ITER-Projekt hat aufgrund seines Umfangs und seiner Finanzierung die größten Chancen, doch andere Methoden sowie private Projekte sollten nicht außer Acht gelassen werden. Wissenschaftler haben jahrzehntelang ohne großen Erfolg daran gearbeitet, die Fusionsreaktion in Gang zu bringen. Aber jetzt gibt es mehr Projekte als je zuvor, um eine thermonukleare Reaktion zu erreichen. Selbst wenn jeder von ihnen scheitert, werden neue Versuche unternommen. Es ist unwahrscheinlich, dass wir uns ausruhen werden, bis wir hier auf der Erde eine Miniaturversion der Sonne zum Leuchten bringen.

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