Крупнейшая атомная электростанция в мире. Самые мощные атомные электростанции мира
Как только ученым удалось осуществить реакцию по расщеплению атомного ядра, сразу встал вопрос о перспективах практического применения этого выдающегося открытия. Учитывая политическую ситуацию, складывающуюся в мире, естественно, что первым применением для нового открытия стало использование его для создания оружия невиданной ранее мощности – атомной бомбы. Но, параллельно с использованием реакции расщепления атомного ядра для массового убийства, рядом ученых был поставлен вопрос и о «мирном атоме».
Лидерство по вопросам использования атомной энергии в мирных целях сразу же захватил Советский Союз. Уже в 1954 году в Обнинске была построена первая промышленная АЭС. Ее мощность составляла 5 МВт. Однако и западные страны не остались в стороне от возможности приобщиться к использованию столь мощного источника энергии. Первой ввела в строй промышленный атомный реактор Великобритания – произошло это в 1956 году, а АЭС получила название Колдер Холл. Спустя год аналогичную электростанцию построили и в США в городке Шиппингпорт. Ее мощность составила 69 МВт и в то время это была самая мощная АЭС.
Естественно, что, как и любое другое произведение рук человека, развитие атомной энергетики не могло обойтись без аварий. Рассмотрим наиболее известные из них.
Три самые известные аварии на АЭС
Авария на АЭС Тримал-Айленд
Данное происшествие на сегодня является самой крупной катастрофой на атомных объектах в Соединенных Штатах. 28 марта 1979 года произошло расплавление более половины активной зоны второго реактора. Это привело к тому, что в атмосферу оказались выброшены радиоактивные осадки, а местная река подверглась загрязнению водой содержащей радиоактивные элементы. Из-за аварии было эвакуировано около 200 000 человек, проживавших в опасной зоне.
Авария на АЭС Фукусима-1
В результате мощнейшего землетрясения, случившегося 11 марта 2011 года, в Японии произошло отключение охладительной системы реактора в первом блоке атомной электростанции Фукусима-1. Это привело к расплаву топлива и взрыву. Результатом стало появление десятикилометровой зоны отчуждения вокруг станции и пересмотр японским правительством энергетической политики
Авария на Чернобыльской АЭС
Самая крупная в настоящее время катастрофа на атомной станции случилась 26 апреля 1986 года на Чернобыльской АЭС. В результате разрушения части активной зоны реактора на энергоблоке №4 произошел выброс в воздух более 8 т радиоактивного топлива. Местность в радиусе тридцати километров оказалась заражена радиацией, а общая площадь зоны, испытавшей на себе последствия этой аварии, превысила 160 тысяч км2.
Из приведенного краткого списка катастроф видно, что атомные электростанции могут представлять серьезную опасность. Так почему же их не только продолжают использовать, но и происходит постоянный рост числа стран желающих построить на своей территории атомную электростанцию? Причин для этого несколько.
Основные достоинства атомной энергетики
Атомные электростанции являются экологически чистыми. Они не выбрасывают в атмосферу вредных веществ (если, конечно, работают в штатном режиме) как тепловые станции и не сжигают кислород. Для их возведения нет нужды затоплять огромную территорию, что является необходимым условием при постройке ГЭС. Правда, существуют две проблемы: АЭС отличаются большим уровнем теплового загрязнения и необходима утилизация отработанного топлива. И если первую проблему можно решить путем использования полученного тепла в хозяйстве, то вот переработка отслужившего свое топлива для реакторов по-прежнему остается сложной задачей.
Себестоимость атомной энергии относительно невелика и мало подвержена ценовым колебаниям. Если цены на углеводороды постоянно изменяются, то цена на топливо для АЭС более стабильна.
Топливо для АЭС имеет очень небольшой объем, особенно по сравнению с угольными электростанциями, что позволяет строить АЭС, не оглядываясь на фактор доступности сырья. Что еще более важно – разведанные запасы урановых руд еще очень далеки от полной выработки, в отличие от, например, запасов нефти и газа.
Мощнейшие атомные электростанции в мире
Сейчас в мире работают почти двести атомных электростанций. Их география достаточно обширна – АЭС имеются в 31 стране. Рассмотрим самые большие АЭС поподробнее. Вот пятерка атомных электростанций с наибольшей установленной мощностью.
Касивадзаки-Карива (Япония)
Данная электростанция имеет семь кипящих реакторов (из которых два улучшенных). Ее мощность равняется 7965 МВт. После аварии на АЭС Фукусима выведена из эксплуатации, но в 2012 году вновь вошла в строй.
Запорожская (Украина)
Эта электростанция самая крупная АЭС в Европе. Ее шесть реакторов могут вырабатывать мощность в 6000 МВт.
Ханул (Южная Корея)
Является одной из пары крупнейших АЭС в Южной Корее. Она имеет шесть действующих и два строящихся реактора. Мощность введенных в строй реакторов 5881 мегаватт.
Ханбит (Южная Корея)
Мощность шести реакторов водо-водяного типа электростанции Ханбит равняется 5875 МВт. До 2013 года эта станция называлась Йонван, но в связи с просьбами местных рыбаков получила новое имя, так как выловленная рыба у многих покупателей ассоциировалась с ядерной энергетикой.
Норд (Франция)
Эта электростанция находится в кантоне Гравлин. Является самой мощной АЭС во Франции, а ее мощность равняется 5460 МВт.
А что же Россия? Какое место атомная энергетика занимает в стране, являющейся ее родиной? Сейчас в России эксплуатируется 10 атомных электростанций, производящих 18 % всей электроэнергии вырабатываемой в стране. Удельный вес атомной энергии в общем энергобалансе не очень велик, что вполне объяснимо, если учесть богатые запасы углеводородов и огромный гидропотенциал страны.
Определить самую мощную АЭС в России довольно сложно – сразу четыре АЭС имеют по четыре реактора, каждый из которых имеет мощность в 1000 мегаватт. Это Балаковская, Ленинградская, Курская и Калининская АЭС. Поэтому для определения самой крупной АЭС в Российской Федерации необходимо прибегнуть к дополнительному показателю – выработанной электроэнергии за год. По этому показателю титул «самая крупная АЭС в России» принадлежит Балаковской АЭС – она вырабатывает более 30 млрд. кВт·ч в год. Эта же электростанция занимает и почетное десятое место в мировом рейтинге мощнейших АЭС.
В связи с все уменьшающимися запасами углеводородного сырья и дороговизной альтернативной энергии, атомная энергетика имеет все предпосылки для того, чтобы выйти на лидирующие позиции в вопросе обеспечения человечества электроэнергией. Если, конечно, в ближайшее время не удастся осуществить прорыв в области управляемых термоядерных реакций.
Сейчас уже невозможно представить себе дальнейшее развитие человеческого общества без электричества. Все отрасли промышленности, коммуникации, транспорт, производство и эксплуатация бытовой техники построены на использовании электроэнергии. И с каждым днем его требуется все больше. Разрабатываются новые способы получения этого важного ресурса. Многие страны мира ведут поиск возобновляемых альтернативных источников энергии, которые способны полностью заменить традиционные и прекратить поступление в атмосферу углекислого газа, способствующего возникновению парникового эффекта. Атомная энергетика, которая основана на использовании управляемых реакций в ядерных реакторах, позволяет получить большое количество электроэнергии. мощная АЭС в мире вырабатывает больше электричества, чем все альтернативные источники вместе взятые.
Во всем мире в настоящее время действует 191 атомная электростанция, общей мощностью около 392 168 МВт. В современных АЭС используют различные типы реакторов. Например, самый мощный действующий энергоблок установлен на АЭС Сиво, функционирующей атомной электростанции на западе Франции. Её первый и второй блоки работают на водо-водяном ядерном реакторе PVR, мощность каждого из них - 1 561 МВт. Высота градирен - 180 м.
Несмотря на то, что отношение к атомным электростанциям во многих странах мира весьма неоднозначное, на сегодняшний день только они могут обеспечить необходимое количество электроэнергии. При соблюдении всех мер безопасности, грамотном проектировании и эксплуатации атомные электростанции могут работать без сбоев. Преимущества такого способа получения электроэнергии очевидны:
- экономическая выгода, основанная на низкой стоимости производства;
- отсутствие вредных выбросов;
- незначительная стоимость доставки топлива;
- возможность длительной работы в подконтрольном автономном режиме;
- небольшое количество обслуживающего персонала.
В Японии, префектуре Ниигата, в городе Касивадзаки построена атомная электростанция, состоящая из семи реакторов. Пять из них - кипящие ядерные реакторы BWR, а два улучшенных - ABWR. Их общая мощность - 8 212 МВт. Первый энергоблок начал выработку электричества в 1985 году.
Из-за землетрясения, произошедшего 16 июля 2007 года, имевшего по шкале Рихтера оценку 6,8 баллов, а также расположенном в 19 км от АЭС эпицентре, работа Касивадзаки-Карива была приостановлена. Во время землетрясения работали всего лишь четыре энергоблока, а в трех проводился плановый осмотр. В результате подвижки почвы под реакторами станция получила более 50 повреждений. На трансформаторе блока № 3 возник пожар. Владельцы АЭС утверждают, что он начался из-за прямого контакта медных проводов и «другого металла», вследствие чего вспыхнула искра, и произошло воспламенение масляных жидкостей. Во время сильных подземных толчков трансформаторная подстанция первого энергоблока была сдвинута, и большая часть проводов отсоединилась. На блоках №№ 1, 2, 4, 7 у трансформаторов были повреждены барьеры, которые предназначались для предотвращения утечки масла. Неповрежденными остались лишь трансформаторы пятого энергоблока.
Однако последствия утечки радиоактивной воды из резервуаров, где хранилось отработанное топливо, непосредственно под шестой реактор были самыми тяжелыми. Кроме того, осталось неизвестным количество жидкости, вытекшей в море. Вдобавок стихией были опрокинуты 438 емкостей с радиоактивными отходами. Из-за поврежденных в результате сильных толчков специальных фильтров, радиоактивная пыль попала за пределы АЭС. Японские эксперты указали на то, что трансформаторные здания и ряд других построек, в которых было установлено неядерное оборудование, имели незначительный запас сейсмопрочности. Поэтому всем еще повезло, что пожар возник лишь на одном трансформаторе.
Касивадзаки-Карива была остановлена для осмотра, восстановительного ремонта и проведения дополнительных антисейсмических действий. Ущерб от землетрясения был оценен в 12,5 млрд долларов США. Только убытки от простоя АЭС и ее ремонт составили 5,8 млрд долларов.
После проведения целого ряда восстановительных работ и необходимого ремонта в мае 2009 года был запущен в тестовом режиме седьмой (пострадавший меньше других) энергоблок. В августе того же года запустили шестой, а первый начал свою работу лишь 31 мая 2010 года. Второй, третий и четвертый энергоблоки так и не были запущены до произошедшей позднее катастрофы на Фукусиме-1. В связи с этим было принято решение остановить все действующие реакторы Касивадзаки-Карива.
Другие крупнейшие АЭС мира
Второе место по мощности занимает канадская АЭС Брюс - 6 232 МВт. Ее построили в 1987 году на берегу озера Гурон в провинции Онтарио. От других АЭС она отличается поистине огромной занимаемой площадью - более 932 гектаров. У нее восемь действующих реакторов.
Третьей в мире по количеству вырабатываемой электроэнергии считается Запорожская АЭС (Украина). Ее производительность 6 000 МВт. Находится она возле Каховского водохранилища, неподалеку от города Энергодар. На крупнейшей в Европе АЭС работает 11,5 тысяч обслуживающего персонала.
На четвертом месте в мире находится АЭС Хануль в Южной Корее. Ее мощность - 5 900 МВт. Но это пока. В дальнейшем ее мощность запланировано увеличить до 8 700 МВт.
Самой мощной атомной электростанцией в считают Балаковскую АЭС. Она находится в Саратовской области, в 8 км от города Балаково. Ее мощность - более 3 000 МВт, что примерно равняется пятой части всей энергии, которую вырабатывают все АЭС в стране. Станцию обслуживают 3 770 человек. Стабильное водоснабжение, необходимое для безаварийной работы водо-водяных энергетических реакторов, обеспечено замкнутой схемой, которая образована за счет возведения дамб на части Саратовского водохранилища. Расположение АЭС было выбрано с учетом санитарных зон, не требующих сноса расположенных поблизости населенных пунктов.
Со второй половины XX века атомные электростанции вырабатывают огромное количество дешевой электроэнергии, с помощью которой происходит улучшение технологий и качества жизни для большинства людей на нашей планете. Теперь стало ясно, чтосамая мощная АЭС в миредолжна быть и самой надежной, сейсмоустойчивой и безопасной.
В мире насчитывается более 400 действующих атомных электростанций. Они расположены на территории Японии, Франции, США, Южной Кореи, Украины и других стран. Какая же из этих АЭС является наиболее мощной и где находится самая большая и мощная атомная электростанция в мире – этот вопрос интересует многих. Постараемся на него ответить.
Касивадзаки –Карива занимает первое место в рейтинге самых больших электростанций мира. Она находится в Японии на территории префектуры Ниигата. Ее строительство началось в 1977 году, спустя восемь лет станция была готова.
Электростанция Касивадзаки –Карива состоит из семи реакторов. Ее мощность равна 8212 МВт . Эта цифра делает ее самой мощной и большой АЭС в мире.
В 2007 году случилась внештатная ситуация. Из-за землетрясения была остановлена работа АЭС. Произошло заражение радиацией и возгорание. Спустя два года реакторы снова были запущены, но не в полном объеме. Руководство планирует вернуть к работе все реакторы к 2019 году.
Фукусима
Электростанция состояла из двух частей под названием Фукусима-1 и Фукусима-2. Они находились недалеко друг от друга, поэтому из-за больших рисков пришлось закрыть оба объекта.
Фукусима – 1 находится на территории одноименной префектуры около города Окума в Японии. Ее постройка началась в середине 60-х. Электростанция была запущена в 1971 году. Спустя 40 лет работа этого огромного предприятия была остановлена. Из-за сильного цунами и землетрясения было повреждено охлаждающее оборудование реакторов. Руководство объявило о чрезвычайной ситуации, так как уровень радиации был превышен.
Фукусима – 2 расположена возле города Нараха. Она была сдана в эксплуатацию в 1982 году. Из-за случившейся аварии Фукусима – 2 также не работает.
До 2011 года атомная электростанция Фукусима считалась самой мощной в мире. Но из-за сильного землетрясения некоторые реакторы расплавились, и электростанция перестала функционировать.
На данный момент запрещено приближаться к электростанции ближе, чем на 10 км. Эта территория названа зоной эвакуации.
Атомная электростанция, которая находится в Южной Корее, на берегу Японского моря. Все АЭС строятся возле больших водоемов, потому что реактором необходимо охлаждение. Они получают его от воды.
Эта большая АЭС была введена в эксплуатацию в 1978 году. Энергетическая мощь составляет 6862 МВт , ее обеспечивают семь работающих реакторов.
Электростанция Кори постоянно растет и обновляется. В данный момент идет строительство двух дополнительных объектов, которые позволят увеличить мощность АЭС.
Эта электростанция расположена на территории Канады, в районе Онтарио, в городе Брюс Каунти. Рядом находится озеро Гурон.
АЭС Брюс считается фаворитом среди всех АЭС Северной Америки, так как ее мощность равна 6232 МВт . В штатном режиме работают восемь атомных реакторов.
Первый реактор был построен в 1978 году, остальные были сконструированы в течение последующих восемнадцати лет.
В 90-е годы работа двух реакторов была заморожена из-за неполадок. Их обновление длилось в течение нескольких лет. В начале века модернизированные реакторы были запущены.
АЭС Брюс занимает второе место по мощности в мире после Касивадзаки –Карива.
Запорожская АЭС
Это главная действующая АЭС Украины. Она находится в городе под названием Энергодар в Запорожской области. Иногда ее называют АЭС Энергодар.
Запорожская АЭС – крупнейшая атомная станция в Европе, в ее состав входят шесть реакторов, суммарная мощность которых равна 6000 МВт .
В 1984 году стартовал запуск первого блока. После этого каждый год открывались новые реакторы, вплоть до 1987 года.
В 1989 году было принято решение о запуске пятого энергоблока. Затем модернизация АЭС временно прекратилась, так как был введен мораторий на строительство атомных реакторов. В 1995 году этот закон был отменен, и был сдан в эксплуатацию шестой блок АЭС.
АЭС Ханул (Ульчин)
Место расположения – город Кенсан-Пукто в Южной Корее. Мощность АЭС равна 5881 МВт. Это самая крупная АЭС в Южной Корее.
Торжественный запуск АЭС состоялся в 1988 году. Тогда она была названа Ульчин, в честь одноименного района. Но в 2013 году сменила свое имя на Ханул.
На сегодняшний день там успешно функционирует шесть блоков. В 2018 году запланирован старт еще двух реакторов, строительство которых идет уже долгих пять лет.
Ханул – восьмая АЭС государства Южная Корея. И если составить перечень стран-лидеров по количеству активных атомных реакторов, то Южная Корея несомненно вошла бы в этот список, заняв пятое место.
Другая гордость атомной промышленности Южной Кореи – АЭС Ханбит. Ее мощь равна 5875 МВт . Ханбит всего на шесть единиц уступает своей старшей корейской сестре, АЭС Ханул.
АЭС Ханбит находится в городе Йонван, поэтому часто ее называют АЭС Йонван.
В штатном режиме работают шесть реакторов водно-водяного типа PWR. Запуск реакторов шел с 1988 года по 2002 год.
Гравелин – крупнейшая АЭС во Франции. Ее показатели мощности равны 5706 МВт .
АЭС находится в живописном месте, на берегу Северного моря, недалеко от населенного пункта Дюнкерк. В состав АЭС входят шесть энергетических блоков, которые были построены в течение 11 лет, в период с 1974 по 1984 года.
На АЭС Гравелин ежедневно трудится 1600 тысячи человек, обеспечивая свою страну энергией.
Франция стоит на втором месте в мире по числу АЭС, пальма первенства находится в руках США.
Пало-Верде
Это наимощнейшая АЭС в США. Следует отметить, что это единственная станция в мире, которая расположена далеко от водоемов. Если посмотреть на карту, мы с удивлением обнаружим, что Пало-Верде – это АЭС в пустыне. Она охлаждается при помощи сточных вод мегаполисов, расположенных по соседству.
Пало-Верде начала функционировать в 1988 году. Три реактора обеспечивают общую мощность 4174 ВМт .
Атомные электростанции расположены по всему миру. Они не только обеспечивают мегаполисы энергией, но и несут в себе угрозу. Самая мощная и большая атомная электростанция находится в Японии.
В современном мире атомная электроэнергия крайне важна для реализации экономического потенциала стран, именно с её помощью обеспечивается от 2,6% всей потребляемой человеком энергии . В 31 стране работает в данный момент более 190 атомных электростанций, отличающихся по типу реактора и по его энергетической мощности. Новые энергетические блоки и ядерные реакторы АЭС готовятся к запуску, а также десятки новых электростанций в процессе строительства (например, атомная электростанция ОАЭ – Брака). Ниже представлены крупнейшие среди эксплуатируемых атомных электростанций во всем мире, энергетическая мощь которых на сегодняшний день обладает самым высоким показателем по сравнению с остальными АЭС.
АЭС Касивадзаки-Карива (8212 МВт)
Самая крупная в мире атомная электростанция, возведенная в 1985 году, располагается в Японии в городе Касивадзаки. АЭС имеет 5 ядерных реакторов типа BWR
(кипящий водо-водяной реактор) и 2 реактора типа ABWR (кипящие ядерные реакторы 3-го поколения), общая мощность которых составляет 8212 МВт. Это самый высокий показатель во всем мире. Именно на этой станции впервые были построены реакторы типа ABWR. Мощность одной только этой крупнейшей станции превосходит почти вдвое общую мощность всех рабочих АЭС, находящихся в Чехии или Индии, и более чем в 4 раза превосходит мощность АЭС в Венгрии, но из-за частых землетрясений Касивадзаки-Карива периодически приостанавливает свою работу для проведения восстановительных работ.
АЭС Брюс в Канаде (6232 МВт)
Крупнейшая станция во всей Канаде и Северной Америке с 8-ю реакторами типа CANDU (тяжеловодный водо-водяной ядерный реактор, производимый Канадой) обладает суммарной мощностью в 6232 МВт, что делает её второй в мире самой крупной АЭС после японской Касивадзаки-Карива. Эта действующая АЭС находится в городке Брюс Каунти в провинции Онтарио, функционируя с 1976 года. Из-за аварий на некоторых реакторах станция несколько раз закрывалась, но в итоге всегда возвращалась к работе.
Запорожская АЭС (6000 МВт)
ЗАЭС, начавшая работу с декабря 1984 года, располагается в городе Энергодар в Запорожской области на Украине. Это третья самая крупная в мире активная АЭС на сегодняшний день. Мощность 6-ти реакторов типа ВВЭР-1000 (энергетический водо-водяной реактор) на данный момент составляет в совокупности 6000 МВт
. По последним данным, это не только самая крупная АЭС на Украине, но и в Европе, а в марте этого года станция признана первой в мире АЭС, выработавшей больше 1 триллиона кВтч электроэнергии с первого дня эксплуатации.
АЭС Ханул (под названием Ульчин до 2013 года – 5881 МВт)
Действующая АЭС Ханул находится в Южной Корее недалеко от города Кенсан-Пукто. Мощность в 5 881 МВт вырабатывается с помощью 6 энергоблоков — 4 работающих реактора типа OPR-1000 и 2 типа CP1 (и те, и другие относятся к водо-водяным PWR). Это крупнейшая АЭС в стране, начавшая свою работу в 1988 году. Правительством Южной Кореи было принято решение увеличить мощность станции, поэтому в мае 2012 года началось строительство ещё двух энергоблоков с использованием реакторов типа APR-1400, мощность которых 1350 МВт у каждого. Примерное окончание работы планируется по одному энергоблоку в 2017-ом году, по второму – в 2018-ом.
АЭС Ханбит (предыдущее название Йонван – 5875 МВт)
Атомная электростанция Ханбит, также располагающаяся в Южной Корее недалеко от города Йонван, в честь которого она и получила своё первоначальное название, является действующей на данный момент. АЭС Ханбит находится всего в 350 км от Сеула, столицы страны. Переименование в 2013 году связано с многочисленными просьбами населения, в частности, от рыбаков, которых не устраивало, что их товар ассоциируют с радиацией от атомной электростанции. Станция функционирует с 1986 года, суммарная мощность двух её реакторов типа WF и четырех типа OPR (водо-водяные ядерные реакторы PWR) равна 5 875 МВт, что всего на 6 МВт уступает АЭС Ханул.
АЭС Гравелин (5706 МВт)
Французская станция Гравелин – самая мощная и крупная в стране, шестая в мире и вторая в Европе по производимой энергии в 5706 МВт 6-ю энергоблоками с реакторами типа CP1 (относящимися к PWR). Станция находится в северной части страны, начав работу своего первого реактора в 1980-ом году. Вода для технических нужд всех реакторов доставляется прямо из Северного моря.
АЭС Палюэль (5528 МВт)
Ещё одна АЭС во Франции с совокупной мощностью четырех ядерных реакторов с водой под давлением типа P4 — 5528 МВт. Палюэль расположена в Верхней Нормандии, доставка воды для охлаждения реакторов доставляется прямиком из Ла-Манша. Реактор данной станции считается одним из самых крупных в мире. Первый энергоблок Палюэль начал работу в 1984 году. Это вторая крупнейшая станция из трех во Франции.
АЭС Каттеном (5448 МВт)
На границе с Бельгией, Люксембургом и Германией с 1986-го года начала своё функционирование французская атомная электростанция с четырьмя водо-водяными атомными реакторами типа P’4 и суммарной мощностью в 5448 МВт. Каттеном находится в регионе Лотарингия, в северо-восточной Франции. Для охлаждения реакторов станция берет воду из реки Мозель, а также из искусственного озера рядом с АЭС, специально созданного для этих целей. Вырабатываемая мощность станции более чем в 3,5 раза больше всей мощности АЭС Аргентины и Армении вместе взятых.
АЭС Охи (4494 МВт)
После произошедшего в Японии со станциями Фукусима-1 и Фукусима-2 все АЭС были закрыты для проведения проверок и работ по улучшению технической стороны, и именно Охи была первой ядерной электростанцией, начавшей снова функционировать. Четыре реактора типа W 4-loop (реакторы с водой под давлением) достигают мощности в 4494 МВт
. Первый реактор станции начал работу ещё в 1977-ом году. АЭС Охи, находящаяся в префектуре Фукуи, признана самой надежной и отвечающей правилам безопасности в Японии. На данный момент Охи является второй мощной станцией в стране, хотя до недавнего времени на втором месте была Фукусима-1 (4700 МВт).
Атомная энергия давно считается доступным и надежным источником электроэнергии. Более того, исследователи считают, что атомная энергетика мира продолжит развиваться, и в будущем каждый человек на планете будет жить в стране со своей собственной атомной электроэнергией. Именно поэтому сейчас она становится главным направлением в развитии мировой экономики.
Недавно в Московском физико-техническом институте состоялась российская презентация проекта ИТЭР, в рамках которого планируется создать термоядерный реактор, работающий по принципу токамака. Группа ученых из России рассказала о международном проекте и об участии российских физиков в создании этого объекта. «Лента.ру» посетила презентацию ИТЭР и поговорила с одним из участников проекта.
ИТЭР (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor — Международный термоядерный экспериментальный реактор) — проект термоядерного реактора, позволяющий продемонстрировать и исследовать термоядерные технологии для их дальнейшего использования в мирных и коммерческих целях. Создатели проекта считают, что управляемый термоядерный синтез может стать энергетикой будущего и служить альтернативой современным газу, нефти и углю. Исследователи отмечают безопасность, экологичность и доступность технологии ИТЭР по сравнению с обычной энергетикой. По сложности проект сравним с Большим адронным коллайдером; установка реактора включает в себя более десяти миллионов конструктивных элементов.
Фото: LESENECHAL/ PPV-AIX.COM
Об ИТЭР
Для тороидальных магнитов токамака необходимо 80 тысяч километров сверхпроводящих нитей; общий их вес достигает 400 тонн. Сам реактор будет весить около 23 тысяч тонн. Для сравнения — вес Эйфелевой башни в Париже равен всего 7,3 тысячи тонн. Объем плазмы в токамаке будет достигать 840 кубических метров, тогда как, например, в крупнейшем действующем в Великобритании реакторе такого типа — JET — объем равен всего ста кубическим метрам.
Высота токамака будет равна 73 метрам, из которых 60 метров будут находиться над землей и 13 метров — под ней. Для сравнения, высота Спасской башни Московского Кремля равна 71 метру. Основная платформа реактора будет занимать площадь, равную 42 гектарам, что сопоставимо с площадью 60 футбольных полей. Температура в плазме токамака будет достигать 150 миллионов градусов Цельсия, что в десять раз выше температуры в центре Солнца.
В строительстве ИТЭР во второй половине 2010 годов планируется задействовать одновременно до пяти тысяч человек — в их число войдут как рабочие и инженеры, так и административный персонал. Многие компоненты ИТЭР будут доставляться от порта у Средиземного моря по специально сооруженной дороге длиной около 104 километров. В частности, по ней будет доставлен самый тяжелый фрагмент установки, масса которого составит более 900 тонн, а длина — около десяти метров. Более 2,5 миллионов кубометров земли вывезут с места строительства установки ИТЭР.
Общие затраты на проектные и строительные работы оцениваются в 13 миллиардов евро. Эти средства выделяются семью основными участниками проекта, представляющими интересы 35 стран. Для сравнения, совокупные расходы на строительство и обслуживание Большого адронного коллайдера почти в два раза меньше, а строительство и поддержание работоспособности Международной космической станции обходится почти в полтора раза дороже.
Токамак
Сегодня в мире существуют два перспективных проекта термоядерных реакторов: токамак (то роидальная ка мера с ма гнитными к атушками) и стелларатор. В обеих установках плазма удерживается магнитным полем, однако в токамаке она имеет форму тороидального шнура, по которому пропускается электрический ток, тогда как в стеллараторе магнитное поле наводится внешними катушками. В термоядерных реакторах происходят реакции синтеза тяжелых элементов из легких (гелия из изотопов водорода — дейтерия и трития), в отличие от обычных реакторов, где инициируются процессы распада тяжелых ядер на более легкие.
Фото: НИЦ «Курчатовский институт»/ nrcki.ru
Электрический ток в токамаке используется также и для начального разогрева плазмы до температуры около 30 миллионов градусов Цельсия; дальнейший разогрев производится специальными устройствами.
Теоретическая схема токамака была предложена в 1951 советскими физиками Андреем Сахаровым и Игорем Таммом , и в 1954 году в СССР была построена первая установка. Однако, ученым не удавалось продолжительное время поддерживать плазму в стационарном режиме, и к середине 1960 годов в мире сложилось убеждение, что управляемый термоядерный синтез на основе токамака невозможен.
Но уже через три года на установке Т-3 в Институте атомной энерги и имени Курчатова под руководством Льва Арцимовича удалось нагреть плазму до температуры более пяти миллионов градусов Цельсия и ненадолго удержать ее; ученые из Великобритании, присутствовавшие на эксперименте, на своем оборудовании зафиксировали температуру около десяти миллионов градусов. После этого в мире начался настоящий бум токамаков, так что в мире было построено около 300 установок, самые крупные их которых находятся в Европе, Японии, США и России.
Изображение: Rfassbind/ wikipedia.org
Управление ИТЭР
В 1985 году Евгений Велихов предложил Михаилу Горбачеву объединить усилия США и СССР в области термоядерной энергетики и начать работу над созданием международного термоядерного реактора на основе токамака. В 1988 начались первые проектные работы, и уже в 1992 году было подписано международное соглашение о разработке технического проекта реактора ИТЭР. Полная стоимость на этапе разработки проекта составила около двух миллиардов долларов. Участие России и США в финансировании этого этапа составило примерно по 17 процентов; остальная часть была поделена примерно поровну между ЕС и Японией.
Сейчас основными учредителями ИТЭР являются Евросоюз, Индия, Китай, Южная Корея, Россия, США и Япония. В проекте прямо или косвенно заняты около 35 стран, составляющие более половины населения земного шара. По квоте России с 1994 года в проекте ИТЭР участвует и Казахстан. Ученые планируют уже в 2020 году начать эксперименты на ИТЭР. Однако, начало работ часто откладывается; к настоящему времени запаздывание оценивается в два-три года.
Где и что находится
Изображение: wikimedia.org
В самом начале проекта между Японией и Францией шла борьба за возможность размещения установок ИТЭР на своих территориях. В результате победила Франция: в 2005 году было принято решение о строительстве реактора на юге страны, в 60 километрах от Марселя в исследовательском центре Карадаш . Комплекс занимает общую площадь около 180 гектаров. На ней размещены установки реактора, системы энергообеспечения, газохранилище, водонасосная станция, градирня, административные и другие здания. В 2007 году началось строительство комплекса и закладка фундамента, а совсем недавно, 19 марта 2014 года, произведена заливка бетона для установки для получения трития.
Реактор и топливо
В основе работы реактора ИТЭР лежит термоядерная реакция слияния изотопов водорода дейтерия и трития с образованием гелия с энерги ей 3,5 мегаэлектронвольт и высокоэнергетического нейтрона (14,1 мегаэлектронвольт). Для этого дейтерий-тритиевая смесь должна быть нагрета до температуры более ста миллионов градусов Цельсия, что в пять раз больше температуры Солнца. При этом смесь превращается в плазму из положительно заряженных ядер водорода и электронов. В такой разогретой плазме энерги и дейтерия и трития достаточно, чтобы начались термоядерные реакции слияния с образованием гелия и нейтрона.
Изображение: Wykis/ wikipedia.org
На один акт реакции выделяется энерги я в 17,6 мегаэлектронвольт, которая включает в себя кинетическую энерги ю нейтрона и ядра гелия. Нейтрон из плазмы попадает в теплоноситель, которым окружена плазма, и его энерги я движения переходит в тепловую энерги ю. Энергия гелия используется для поддержания стационарного температурного режима в плазме.
Фото: O. Morand/ wikipedia.org
Дейтерий содержится в обычной воде; его ученые научились добывать сравнительно легко. В природном водороде содержится около 0,01 процента этого изотопа. С тритием сложнее — его почти нет на Земле. Однако, ученые планируют получать его в рамках проекта ИТЭР, используя реакции взаимодействия нейтрона с изотопами лития Li-6 и Li-7, который может быть введен в состав теплоносителя бланкета — оболочки, окружающей плазму. Продуктами такого взаимодействия являются гелий, тритий и нейтрон (в случае изотопа Li-7).
Суммируя, можно сказать, что топливом для реактора ИТЭР являются дейтерий и литий. При этом содержание дейтерия в воде океана практически не ограничены, а лития в земной коре почти в 200 раз больше, чем урана; при использовании дейтерия, содержащегося в бутылке воды, выделится столько же энерги и, сколько при сжигании бочки бензина: калорийность термоядерного топлива в миллион раз выше любого из современных неядерных источников энерги и.
Параметры реактора
Для энергетической выгоды реактор должен функционировать со значением параметра Q, большего пяти. Этот параметр показывает соотношение высвобождаемой в процессе реакции энерги и к энерги и, затраченной на создание и нагрев плазмы. Кроме того, необходим нагрев плазмы до температуры, большей ста миллионов градусов Цельсия, и такая нагретая плазма в реакторе должна быть устойчивой более одной секунды.
Так, на установке TFTR в Нью-Джерси в США была осуществлена термоядерная реакция с мощностью около десяти мегаватт с импульсом длительностью 0,3 секунды. На установке JET в Великобритании была получена мощность 17 мегаватт с Q=0,6.
Изображение: ИТЭР
В реакторе размерами 40 на 40 метров: 1 — центральный соленоид, 2 — катушки полоидального магнитного поля, 3 — катушка тороидального магнитного поля, 4 — вакуумная камера, 5 — криостат, 6 — дивертор.
В ИТЭР в первой фазе эксперимента планируется удержать плазму до тысячи секунд с Q более десяти при температуре около 150 миллионов градусов и выделяемой мощностью в 500 мегаватт. Во второй фазе ученые хотят перейти к непрерывному режиму работы токамака, и, в случае успеха, к первой коммерческой версии токамака DEMO . DEMO будет устроен существенно проще и не будет носить исследовательской нагрузки, а для его работы не потребуется значительного числа датчиков, так как необходимые параметры работы реактора будут отработаны уже на экспериментальном реакторе ИТЭР.
Участие России
Участие Россия в проекте ИТЭР в настоящее время составляет около десяти процентов. Это позволяет стране получать доступ ко всем технологиям проекта. Основной задачей, которая стоит перед Россией в рамках проекта, является производство сверхпроводящих магнитов, а также разнообразных диагностических датчиков и анализаторов структуры плазмы.
«Лента.ру» побеседовала с российским участником проекта ИТЭР Владимиром Аносовым, начальником группы в отделе экспериментальной физики токамаков ГНЦ РФ ТРИНИТИ .
На чем основана уверенность в том, что ИТЭР заработает через 5-10 лет? На каких практических и теор етических разработках?
С российской стороны заявленный график работ мы выполняем и не собираемся нарушать. К сожалению, мы видим некоторое запаздывание работ, выполняемых другими, в основном Европой; частично есть запаздывание у Америки и наблюдается тенденция к тому, что проект будет несколько задержан. Задержан, но не остановлен. Есть уверенность в том, что он заработает. Концепт самого проекта полностью теор етически и практически просчитан и надежен, поэтому я думаю, что он заработает. Даст ли он в полной мере заявленные результаты — поживем-увидим.
Проект скорее носит исследовательский характер?
Конечно. Заявленный результат не есть полученный результат. Если он будет получен в полной мере, я буду предельно счастлив.
Какие новые технологии появились, появляются или будут появляться в проекте ИТЭР?
Проект ИТЭР является не просто сверхсложным, но еще и сверхнапряженным проектом. Напряженным в плане энергонагрузки, условий эксплуатации определенных элементов, в том числе наших систем. Поэтому новые технологии просто обязаны рождаться в этом проекте.
А есть пример?
Космос. Например, наши алмазные детект оры. Мы обсуждали возможность применения наших алмазных детект оров на космических грузовиках, которые представляют собой ядерные машины, перевозящие некоторые объекты типа спутников или станций с орбиты на орбиту. Есть такой проект космического грузовика. Так как это аппарат с ядерным реактором на борту, то сложные условия эксплуатации требуют анализа и контроля, так что наши детект оры вполне могли бы это сделать. На данный момент тема создания такой диагностики пока не финансируется. Если она будет создана, то может быть применена и тогда в нее не нужно будет вкладывать деньги на фазе разработки, а только на фазе освоения и внедрения.
Какова доля современных российских разработок нулевых и девяностых годов в сравнении с советскими и западными разработками?
Доля российского научного вклада в ИТЭР на фоне общемирового очень велика. Я не знаю ее точно, но она очень весома. Она явно не меньше российского процента финансового участия в проекте, потому что во многих других командах есть большое количество русских, которые уехали за границу работать в другие институты. В Японии и Америке, везде, мы с ними очень хорошо контактируем и работаем, кто-то из них представляет Европу, кто-то — Америку. Кроме того, там есть и свои научные школы. Поэтому, насчет того, сильнее мы или больше развиваем то, что делали раньше... Один из великих сказал, что «мы стоим на плечах титанов», поэтому та база, которая была наработана в советские времена, она неоспоримо велика и без нее мы ничего бы не смогли. Но и в данный момент мы не стоим на месте, мы движемся.
А чем занимается именно ваша группа в ИТЭР?
У меня сектор в отделе. Отдел занимается разработкой нескольких диагностик, наш сектор занимается конкретно разработкой вертикальной нейтронной камеры, нейтронной диагностики ИТЭР и решает большой круг задач от проектирования до изготовления, а также проводит сопутствующие научно-исследовательские работы, связанные с разработкой, в частности, алмазных детект оров. Алмазный детект ор — уникальный прибор, первоначально созданный именно в нашей лаборатории. Ранее использовавшийся на многих термоядерных установках, сейчас он применяется достаточно широко многими лабораториями от Америки до Японии; они, скажем так, пошли за нами следом, но мы продолжаем оставаться на высоте. Сейчас мы делаем алмазные детект оры и собираемся выйти на уровень их промышленного производства (мелкосерийного производства).
В каких отраслях промышленности могут использоваться эти детект оры?
В данном случае это термоядерные исследования, в дальнейшем мы предполагаем, что они будут востребованы в ядерной энергетике.
Что именно делают детект оры, что они измеряют?
Нейтроны. Более ценного продукта, чем нейтрон, не существует. Мы с вами также состоим из нейтронов.
Какие характеристики нейтронов они измеряют?
Спектральные. Во-первых, непосредственная задача, которая решается в ИТЭРе, это измерение энергетических спектров нейтронов. Кроме того, они мониторят количество и энерги ю нейтронов. Вторая, дополнительная задача, касается ядерной энергетики: у нас есть параллельные разработки, которые могут измерять и тепловые нейтроны, являющиеся основой ядерных реакторов. У нас эта задача второстепенная, но она также отрабатывается, то есть мы можем работать здесь и в тоже время делать наработки, которые могут быть вполне успешно применены в ядерной энергетике.
Какими методами Вы пользуетесь в своих исследованиях: теор етическими, практическими, компьютерным моделированием?
Всеми: от сложной математики (методов математической физики) и математического моделирования до экспериментов. Все самые разные типы расчетов, которые мы проводим, подтверждаются и проверяются экспериментами, потому что у нас непосредственно экспериментальная лаборатория с несколькими работающими нейтронными генераторами, на которых мы проводим тестирование тех систем, которые сами же и разрабатываем.
У Вас в лаборатории есть действующий реактор?
Не реактор, а нейтронный генератор. Нейтронный генератор, по сути, это минимодель тех термоядерных реакций, о которых идет речь. В нем идет все то же самое, только там процесс несколько иной. Он работает по принципу ускорителя — это пучок определенных ионов, ударяющий по мишени. То есть в случае плазмы мы имеем горячий объект, в котором каждый атом имеет большую энерги ю, а в нашем случае специально ускоренный ион ударяется по мишени, насыщенной подобными же ионами. Соответственно, происходит реакция. Скажем так, это один из способов, которым вы можете делать ту же самую термоядерную реакцию; единственное только, что доказано, что данный способ не обладает высоким КПД, то есть вы не получите положительный энерговыход, но саму реакцию вы получаете — мы непосредственно наблюдаем данную реакцию и частицы и все, что в ней идет.
