Мировое развитие демонстрационных термоядерных энергетических установок DEMO21 апреля 2022
Цель ИТЭР — крупнейшего в мире экспериментального проекта в области термоядерного синтеза — состоит в том, чтобы доказать возможность выработки нетто-энергии в результате термоядерной реакции. Следующим важным шагом станет демонстрация возможности производства нетто-электроэнергии из термоядерной энергии. Именно для этого нужны DEMO — демонстрационные термоядерные энергетические установки.
Реакторы типа DEMO — это скорее
концептуальные проекты, а не конкретные конфигурации термоядерных устройств. Предварительные конструкции финансируемых за счет государственных средств DEMO, создаваемых в нескольких странах, еще предстоит доработать. Это будет сделано
после получения результатов экспериментов на ИТЭР.
Планируется, что DEMO будут функционировать почти непрерывно, а чистый прирост электроэнергии будет составлять более 50 мегаватт (МВт). Ключевая проблема, которую они призваны решить, заключается в том, как поддерживать стабильность термоядерной плазмы в течение достаточно длительного времени, чтобы производить энергию на постоянной основе.
Хотя многие решения относительно DEMO еще не приняты, обеспеченный государственным финансированием DEMO, скорее всего, будет представлять собой реактор типа токамак, и в качестве топлива в нем будут использоваться тяжелые изотопы водорода — дейтерий и тритий. Однако доступные мировые запасы трития невелики, поэтому сами DEMO должны будут производить тритий в достаточном количестве с помощью так называемых бланкетов, предназначенных для воспроизводства и извлечения трития. Сеила Гонсалес де Висенте, физик — специалист по термоядерному синтезу в МАГАТЭ, говорит, что также предстоит решить проблемы, связанные с подачей, улавливанием, удержанием, извлечением и отделением трития.
Еще одним важным отличием реакторов типа DEMO от существующих экспериментальных реакторов будет добавление систем и использование технологий поглощения термоядерной энергии и ее преобразования в электроэнергию.
«Для установок типа DEMO необходимо разработать и интегрировать сложные элементы и системы, которых нет на существующих экспериментальных термоядерных устройствах. Требуются, в частности, такие элементы, как бланкеты для воспроизводства трития, системы генерации электроэнергии и системы контроля горения, — рассказывает Элизабет Сарри, глава Отдела технологий Управления по атомной энергии Соединенного Королевства. — Условия работы DEMO особенно неблагоприятны для материалов, поскольку горящая плазма создает большой поток нейтронов и высокую плотность энергии на стенках. Для DEMO требуется разрабатывать новые материалы и технологии».
Роль МАГАТЭКонцепции DEMO и подходы к их реализации изучают группы исследователей в разных странах. МАГАТЭ содействует международной координации и обмену наилучшей практикой, проводя технические совещания и — с 2012 года — регулярные семинары-практикумы по программе DEMO. Они позволяют обсуждать физико-технические вопросы, обмениваться стратегиями осуществления программ DEMO и анализировать возможные варианты действий. Со временем акцент сместился с общих концепций на конкретные технические проблемы, которые необходимо решить.
«На технических совещаниях МАГАТЭ и семинарах-практикумах по программе DEMO внимание сосредоточено на выявлении проблем и обсуждении проводимых научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, что позволяет нам совместно определять потребности и анализировать возможные решения. Один из примеров — появление серьезной проблемы управления плазмой на установках типа DEMO, когда требуется длительное или почти непрерывное удержание плазмы», — объясняет Сарри, выполнявшая функции председателя на последних трех семинарах-практикумах по программе DEMO в 2016–2019 годах.
Планы по всему мируХотя все еще рассматриваются различные варианты производства электроэнергии с помощью термоядерного синтеза, научно-технические вопросы, которые предстоит решить, в целом согласованы. Разные страны установили различные сроки, но общий консенсус среди ученых заключается в том, что они могут построить и ввести в эксплуатацию реактор типа DEMO, вырабатывающий электроэнергию, к
2050 году.
В Китае был достигнут существенный прогресс в планировании строительства Китайского испытательного термоядерного реактора (CFETR). Это устройство поможет преодолеть разрыв между ИТЭР и DEMO. Сооружение CFETR начнется в 2020‑е годы, после чего в 2030‑е годы будет построена установка DEMO.
В Европе за разработку DEMO отвечает консорциум EUROfusion. В настоящее время этот проект находится на этапе концептуального проектирования (2021–2027 годы). Он призван продемонстрировать осуществимость термоядерного синтеза с технической и экономической точки зрения путем производства нескольких сот мегаватт нетто-электроэнергии.
Индия объявила о том, что примерно в 2027 году она планирует приступить к сооружению устройства под названием SST-2, предназначенного для проверки концепций и элементов реактора для DEMO, а в 2037 году — к строительству самой установки DEMO.
Японская объединенная специальная проектная группа по термоядерной установке DEMO в настоящее время работает над концептуальным проектом DEMO с непрерывным потоком плазмы (JA DEMO). Строительство этого устройства должно начаться около 2035 года.
В 2012 году Республика Корея начала разработку концептуального проекта установки K-DEMO, намереваясь к 2037 году приступить к ее строительству, а в 2050 году — к производству на ней электроэнергии. На первом этапе (2037–2050 годы) K-DEMO будет использоваться для разработки и тестирования элементов, которые затем будут реализованы в ее конструкции. На втором этапе (после 2050 года) предполагается, что она сможет обеспечить выработку нетто-электроэнергии.
Российская Федерация планирует создать гибридную установку синтеза-деления с термоядерным источником нейтронов (ДЕМО-ТИН), в которой полученные в результате термоядерного синтеза нейтроны будут использоваться для преобразования урана в ядерное топливо и ликвидации радиоактивных отходов. ДЕМО-ТИН планируется построить к 2023 году в рамках национальной ускоренной стратегии по созданию термоядерной электростанции к 2050 году.
Эксперты по термоядерному синтезу в Соединенных Штатах Америки недавно опубликовали два доклада, в которых рекомендуется начать национальную научно-техническую программу, предусматривающую налаживание государственно-частного партнерства, чтобы в конечном итоге сделать термоядерный синтез коммерчески рентабельным. Этого планируется достичь в период 2035–2040 годов, чтобы сделать страну одним из лидеров в области термоядерного синтеза и ускорить ее переход к низкоуглеродной энергетике к 2050 году.
Параллельно с этим многочисленные коммерческие предприятия, получающие средства из частных источников, также делают успехи в развитии концепций термоядерных электростанций, опираясь на ноу-хау, появившиеся за годы научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, финансируемых государствами, и предлагая еще более амбициозные сроки.
Источник: МАГАТЭ
https://www.atomic-energy.ru/articles/2022/04/21/124063.
Для справки...
МАГАТЭ создаёт краудсорсинговую базу данных по термоядерным проектам
https://www.atomic-energy.ru/news/2020/12/28/110203.
P.S. Мировые лидеры в термоядерной энергетике
https://www.atomic-energy.ru/video/122814.
- История и перспективы термоядерных исследований в Индии
https://www.atomic-energy.ru/articles/2022/04/29/124338.
P.P.S. Согласованный срок построения и введения в эксплуатацию реактора типа DEMO, вырабатывающего электроэнергию, 2050-е годы. Но в любом случае только после построения ИТЭР и успешных экспериментов на нём.
Ключевым в работе термоядерного реактора является не только достижение, но и превышение точки безубыточности. В реакторах типа токамак это возможно лишь при использовании дейтерий-тритиевой смеси. В своё время к этой точке приблизились (не достигли, а именно только приблизились!) американский TFTR и европейский JET. "Американец" из-за повышенной ионизации конструкций реактора почил в бозе, а "европеец" до сих пор не может очухаться и повторить хотя бы достижение 25-летней давности (1997 года). Впрочем, совсем недавно эксперименты на JET были возобновлены (
http://www.termoyadu.net/index.php?topic=6.msg3552#msg3552), но точка безубыточности так и не была достигнута, несмотря на более чем длительную подготовку:
https://www.iter.org/multilingual/rf/2/59,
http://www.termoyadu.net/index.php?topic=7.msg2704#msg2704.
Повторюсь. Работа на D-T смеси сопровождается повышенным потоком высокоэнергетических нейтронов, приводящих к недопустимому уровню ионизации конструкций токамака и выходу его из строя, как в своё время американского токамака TFTR. Поэтому, кто будучи в здравом уме рискнёт проводить эксперименты с D-T смесью, а уж тем более работать на ней (!), памятуя о том, что это чревато выходом из строя энергетической установки. Печальный опыт с TFTR (да и с собственно JET!) не остался забытым:
https://www.rulit.me/books/gazeta-zavtra-48-1200-2016-read-458856-28.html.
Таким образом, роль самоубийцы перешла к ИТЭРу, но его работа на дейтерий-тритиевом топливе начнется лишь в 2035 году. А к тому времени, как известно, "или падишах умрёт, или ишак сдохнет!"
.
P.P.P.S. И, похоже, "ишак" уже "сдох": Французский регулятор приостановил сборку реактора ИТЭР:
http://www.termoyadu.net/index.php?topic=7.msg3553#msg3553.
Ф.Ялышев Другие новости...
- ТРИНИТИ создает инфраструктуру для термоядерного реактора нового поколения
http://www.energyland.info/news-show-tek-atom-228031.
КПД не указан, пока ни у одной версии уже созданного термояда кпд не превысил единицы. Время от времени термоядерщики запускают такие мульки, чтобы им ещё денег давали.... 