Mezinárodní termonukleární experimentální reaktor ITER | |||
Členové ITER: Evropská unie, Spojené království, Indie, Rusko, Čína, Jižní Korea, Japonsko, Spojené státy a Švýcarsko. | |||
Situace | |||
---|---|---|---|
Stvoření | 24. října 2007 | ||
Sedadlo |
Cadarache Center Francie |
||
Kontaktní údaje | 43 ° 42 ′ 28 ″ severní šířky, 5 ° 46 ′ 39 ″ východní délky | ||
Vůdce | Bernard Bigot | ||
webová stránka | iter.org | ||
Geolokace na mapě: Bouches-du-Rhône
| |||
Mezinárodní termonukleární experimentální reaktor , nebo ITER ( zkratka z English Mezinárodní termonukleární experimentální reaktor , také slovo latinsky „cesta“ význam nebo „cesta“) je mezinárodní projekt výzkumného reaktoru civilista v jaderné fúze typu tokamak se nachází v bezprostřední blízkosti z Středisko jaderných studií Cadarache v Saint-Paul-lez-Durance (Bouches-du-Rhône, Francie). Výzkumný projekt je součástí dlouhodobého přístupu zaměřeného na industrializaci jaderné fúze. Sdružuje třicet pět zemí: země Evropské unie a Indie, Japonska, Číny, Ruska, Jižní Koreje a Spojených států, jakož i Švýcarska a Spojeného království jako jednoho ze států přidružených k Evropskému společenství pro atomovou energii .
ITER je dnes největším vědeckým projektem na světě. Díky své složitosti, ambicím a mimořádnému rozpočtu byl tento high-tech projekt přirovnáván k programu Apollo . Je předmětem mnoha kontroverzí, zejména pokud jde o výši dotací z veřejných fondů, která se zvýšila z 5 na 19 miliard eur, zejména v naturáliích od zúčastněných stran ve formě komponent a systémů.
Vstup do činnosti a produkce první plazmy je naplánován naProsinec 2025a vytvoření první plazmy deuterium - tritium je plánováno na rok 2035.
Podle navrhovatelů projektu by dlouhodobý přístup zaměřený na industrializaci jaderné fúze vyžadoval vybudování druhého výzkumného reaktoru, Demo , blíže k výrobnímu reaktoru, a poté PROTO , prototypového průmyslového reaktoru , před vlastní průmyslovou fází.
„Iter“ znamená v latině „cesta“ nebo „cesta“. Účastníci předběžných konstrukčních studií (v letech 1988 až 1992) zvolili tuto zkratku, aby vyjádřili své přání, aby svět spolupracoval na vývoji zvládnutí nové formy energie. Projekt skutečně zahájili Ronald Reagan a Michail Gorbačov v souvislosti s perestrojkou na návrh SSSR mezinárodnímu společenství. Forma názvu je Mezinárodní termonukleární experimentální reaktor ( „International Thermonuclear Experimental Reactor“ ).
Cílem projektu je ověřit „vědeckou a technickou proveditelnost jaderné fúze jako nového zdroje energie “.
Termonukleární fúzní reaktor ITER byl navržen tak, aby produkoval fúzní plazmu ekvivalentní 500 MW tepelného výkonu po dobu 400 až 600 sekund , pro tepelný výkon vstřikovaný do plazmy 50 MW , tj. Desetinásobné zvýšení tepelného výkonu. Stroj si rovněž klade za cíl demonstrovat proveditelnost soběstačné reakce, které dosud ve fúzním reaktoru nebylo dosaženo. Celková elektřiny spotřebované v reaktoru a zařízení se bude pohybovat mezi 110 a 620 MWe vrcholu třicet vteřin. Reaktor je navržen pouze k produkci fúzní plazmy a teplo emitované fúzní reakcí bude odváděno do atmosféry bez generování elektřiny.
Projekt je technologickým krokem, který by mohl vést k budoucímu experimentálnímu reaktoru s názvem Demo s projektovaným výkonem 2 000 MWth , jehož cílem bude rozvoj průmyslové výroby elektřiny jadernou fúzí. Fúzní reakce je určena k použití jako zdroj tepla pro kotel produkující vodní páru, který sám pohání alternátory k výrobě elektřiny, jako ve většině elektráren . Demo by byl prvním fúzním reaktorem, který by produkoval více energie, než je nutné pro jeho provoz.
V roce 2001 byl projekt ITER podle jeho projektantů naplánován na zahájení výstavby poblíž Cadarache (Francie) v roce 2006 a dokončení v roce 2016. Poté v roce 2008 bylo toto datum posunuto na rok 2019, o tři roky oproti původnímu harmonogramu.
V roce 2008 byl rozpočet původně odhadovaný na deset miliard eur (50% na výstavbu a 50% na provoz) zvýšen na třináct miliard a poté v roce 2009 na dvacet miliard. vČerven 2009Se BBC dokonce oznámila, šestnáct miliard dolarů , což je částka, která by mohla podpořit osoby odpovědné za program k významnému snížení rozsahu projektu.
v listopadu 2009, toto období se prodlužuje na února 2020.
V roce 2010 byl položen první kámen budovy ústředí.
V roce 2012 byla zveřejněna vyhláška o povolení projektu ( Úřední věstník dne10. listopadu), dva roky po zahájení prací. Fáze výkopu seizmické izolační jámy je již hluboká 17 m (kde bude tokamak), 493 podpěr vysokých 1,7 m , vybavených podložkami odolnými proti zemětřesení .
v únor 2014, americký časopis The New Yorker publikuje hodnotící zprávu o řízení projektu. Zahrnuto je jedenáct základních doporučení, včetně: „vytvořit kulturu projektu “ , „vštípit kulturu jaderné bezpečnosti “ , „vypracovat realistické plánování projektu ITER“ a „zjednodušit a snížit byrokracii“ . včervence 2014, Americký Senát vydává zprávu uvádějící, že „Výbor nařizuje ministerstvu energetiky spolupracovat s ministerstvem zahraničí na odstoupení od projektu ITER . “ Spojené státy (které se zavázaly financovat 9% celkových nákladů) však pokračovaly ve své podpoře potvrzené v roce 2006září 2016alespoň na další dva roky (do roku 2018) s ohledem na zlepšení efektivity projektu; ale podmíněno „větší transparentností v procesu řízení rizik“ a „řadou reforem řízení“ , s výhradou hlasování o energetickém rozpočtu zákonodárcem USA.
Bylo oznámeno pětileté zpoždění: první testy naplánované na rok 2020 se odkládají na rok 2025.
v Květen 2016, Bernard Bigot , generální ředitel ITER od roku 2015, uvádí, že první plazma v reaktoru je naplánováno na rok 2025 na plný výkon v roce 2035, to znamená nový plán, který bude vyvolávat dodatečné náklady, které se odhadují na 19 miliard v rozpočtu stavby. vprosinecÚspěch zásadního experimentu prováděného na „modelu“, termonukleárně ECA nazvané West , je nádechem optimismu: díky němu ITER učinil důležitý krok k zvládnutí jaderné fúze.
v prosince 2017pokrok dosažených výsledků nezbytných pro produkci první plazmy dosahuje 50%; ITER potvrzuje předpokládané datum první plazmy:Prosinec 2025 a první plazma deuterium-tritium v roce 2035.
V roce 2018 měly Spojené státy „určité zpoždění v platbě“, ale velké tanky nezbytné pro bezpečnost instalace dorazily z Číny a Spojených států a byly instalovány v budovách ve lhůtách přeloženého harmonogramu o dva roky dříve. a podle pana Bigota (ředitele projektu) budou součásti stavby tokamaku „na místě v roce 2021, v budově očekávané na jaro 2020“.
v října 2019konsorcium vedené Vincim (60%) se španělským Ferrovial (30%) a francouzským Razel-Bec (10%) oznamuje, že dokončilo plášť hlavní budovy, který bude dodán vbřezen 2020. Tato budova tokamaku je zařízení o 23 000 tunách ve srovnání s 3 000 tunami evropského tlakového reaktoru (EPR).
V roce 2020, kdy byly komponenty dodány z několika zemí (Indie, Čína, Japonsko, Jižní Korea, Itálie), začíná fáze montáže reaktoru 28. července a musí trvat do konce roku 2024 k vytvoření první plazmy na konci roku 2025 nebo na začátku roku 2026.
Start Říjen 1985„ Mikhaïl Gorbachev představuje projekt Françoisovi Mitterrandovi během jeho první návštěvy Francie. Pak o měsíc později na ženevském summitu vListopad 1985, Michail Gorbačov přesvědčil Ronalda Reagana, aby se zúčastnil mezinárodního programu na vybudování nové generace tokamaků . Sovětský svaz několik let pracoval na tomto typu reaktoru využívajícího jadernou fúzi , což je jev, který ve hvězdách existuje trvale .
v Říjen 1986Spojené státy, Evropská unie ( Euratom ) a Japonsko souhlasí s připojením k Sovětskému svazu v tomto projektu. Takto bylo rozhodnuto o vytvoření ITER, který spadá do pravomoci IAEA . Zpočátku se účastnili pouze čtyři členové: Rusko, Spojené státy, Evropská unie (ve spolupráci s Kanadou) a Japonsko.
v Duben 1988, začíná fáze návrhu (tzv. koncepční designové činnosti nebo CDA). Účelem této fáze bylo syntetizovat výsledky různých existujících programů za účelem jejich integrace. CDA skončila vProsinec 1990.
v Červenec 1992, ve Washingtonu ve Spojených státech, podepsali tito čtyři členové dohodu, která zahajuje inženýrskou fázi (tzv. engineering design activity nebo EDA), která trvá šest let. Tato fáze končí podle plánu na konci roku 1998.
Spojené státy opouštějí projekt na konci fáze EDA, protože tento projekt považují za nejistý a ničivý.
Po vystoupení Spojených států bylo rozhodnuto o zahájení druhé fáze EDA. Účelem této druhé fáze bylo revidovat cíle směrem dolů, aby se zohlednil nedostatek financování způsobený vystoupením Spojených států. Tato fáze končíČervenec 2001.
Fáze koordinace (nazývaná koordinované technické činnosti nebo CTA) končí na konci roku 2002. Jejím cílem bylo připravit fázi návrhu a nastolit otázku umístění staveniště, ale také otázky financování a právního rámce stavby „ITER.
v ledna 2003„K projektu se připojuje Čína, následovaná v únoru návratem Spojených států a v červnu příchodem Jižní Koreje.
Zpočátku byly navrženy čtyři staveniště:
Volba místa byla velmi důležitá politicky, ale zejména ekonomicky. Investice se odhaduje na deset miliard eur za čtyřicet let. Studie provedená ve Francii v roce 2002 předpovídá, že ITER vytvoří během deseti let výstavby tři tisíce nepřímých pracovních míst a během dvaceti let provozu 3250 nepřímých pracovních míst (z toho přibližně tři čtvrtiny v regionu Paca).
Po francouzsko-španělské hádce Španělsko svůj návrh stáhlo 26. listopadu 2003. Cadarache tak zůstává jediným webem podporovaným Evropskou unií. Claringtonův kanadský návrh zmizel sám kvůli nedostatku skutečných finančních prostředků a politické vůle Kanaďanů, kteří se rozhodli vstoupit do EU. Stránky Cadarache dostávají podporu z Číny a Ruska, zatímco stránky Rokkasho získávají podporu ze Spojených států a Jižní Koreje.
V květnu 2005, ještě předtím, než byla provedena volba místa, se zdálo , že místo Cadarache má tu výhodu, že se Evropská unie rozhodla, ať už je rozhodnutí jakékoli, začít tam pracovat.
Zatímco japonská vláda stále oficiálně hájí kandidaturu svého webu, opakovaně naznačuje, že již nebude bojovat za to, aby měl projekt 100%. 5. května ve švýcarské Ženevě je podepsána technická dohoda mezi Japonskem a Evropskou unií, ve které je stanoveno, že hostitelská země (pak není uvedeno žádné jméno) převezme 40% ceny stavby, zatímco země mimo -host země získá:
Všechny tyto výhody budou získány bez zvýšení příspěvku ve srovnání s ostatními členy, kteří nejsou hostiteli, což je 10% nákladů na stavbu. Japonsko se poté implicitně vzdá hostování reaktoru, ale v mnoha ohledech zvítězí.
Konečně je v Moskvě 28. června 2005, který je podepsán společným prohlášením všech členů programu, označující Cadarache jako místo stavby reaktoru. Kaname Ikeda (en) , bývalý japonský velvyslanec, jmenovaný generálním ředitelem organizace v prosinci 2005, nastoupí do úřadu v říjnu 2007 u příležitosti vstupu dohody o vytvoření mezinárodní organizace ITER v platnost.
the 21. listopadu 2006konečnou dohodu o výstavbě ITER podepisují v Elysejském paláci zástupci Číny, Jižní Koreje, Spojených států, Indie, Japonska, Ruska a Evropské unie. Téhož dne, po podpisu dohody, se v Mezinárodním konferenčním centru v Paříži konala první rada guvernérů ITER.
Fáze výstavby začíná v roce 2007 a má trvat deset let. První fáze spočívá v čištění poloviny ze 180 hektarů lokality, druhá polovina zůstává v přirozeném stavu. Během této fáze se archeologický průzkum poukazuje na některé nálezy jako pohřebiště na V -tého století sklárny z XVIII -tého století. K přepravě vybavení nezbytného pro stavbu zařízení se vyvíjí 104 km silnic a kolejí.
the 8. listopadu 2019, Vinci oznamuje dodávku části prvních budov.
Veřejný průzkum týkající se vytvoření zařízení v Cadarache v Bouches-du-Rhône je otevřen (čtyři roky po zahájení výstavby)15. června na 20. července 2011v obcích: Jouques , Gréoux-les-Bains , Corbières , Beaumont-de-Pertuis , Saint-Julien-le-Montagnier , Sainte-Tulle , Vinon-sur-Verdon , Ginasservis , Rians , Saint-Paul-lès-Durance , Mirabeau a Manosque . Vyhláška povolující stavbu základního jaderného zařízení ITER je uvedena v Úředním věstníku dne10. listopadu 2012.
v června 2019, výstavba budoucího experimentálního reaktoru pro jadernou fúzi je dokončena na 60%. Po deseti letech komplexního obrábění jsou největší komponenty téměř hotové a v roce 2020 začne jejich montáž: jeden milion prvků složený z deseti milionů dílů; na montážních strojích začala fáze testování v plném rozsahu.
Řízení projektu ITER provádí soubor orgánů, kde se scházejí různí členové.
Hlavním orgánem je Rada ITER. Členové představenstva jsou zástupci všech partnerů.
Této radě je nápomocen vědecký a technický výbor (nazývaný Vědeckotechnický poradní výbor nebo STAC) a řídící výbor (nazývaný Řídící poradní výbor nebo MAC).
Členské země projektuV roce 2014 jsou členskými zeměmi projektu:
Swiss , protože jeho vztahu s evropském výzkumném programu, se účastní prostřednictvím Euratomu projektu.
Brazílie se také uchází o připojení k projektu. Toto dodatečné financování může být nezbytné v případě překročení (často u velkých jaderných projektů) rozpočtu původně přiděleného projektu .
V roce 2007 Kazachstán oznámil, že chce být řádným členem programu, což by mohlo být provedeno na základě souhlasu vlád ostatních partnerů.
Spojené království, které opustí Euratom v roce 2020 jako součást brexitu , bude muset najít novou dohodu, aby se projektu nadále účastnilo; stávající smlouvy jsou zachovány.
Provozní fáze by měla začít v roce 2025 (první plazma ).
Cílem ITER je být schopen udržovat fúze trvající 400 sekund.
Bernard Bigot představuje vledna 2019, provozní fáze ITER: po první plazmě v roce 2025 bude nainstalováno zařízení pro sběr energie. Tento zásadní krok by měl být dokončen kolem roku 2028. Bude validovat fázi před fúzí, tj. Výrobu energie konvenčním vodíkem, deuteriem nebo heliem. Po této fázi bude stroj k dispozici osmnáct měsíců pro vědce, kteří chtějí provádět experimenty. Ve druhém kroku, od roku 2030, budou nainstalovány další topné systémy nezbytné pro dosažení fúzní plazmy. To je případ ohřívacího systému vstřikováním neutrálních částic, které umožňuje urychlit jádra vodíku při velmi vysoké rychlosti, aby se zvýšilo zahřívání plazmy, aby se dosáhlo teploty tání 150 milionů stupňů, což je teplota nezbytná pro soběstačná plazma. V roce 2032 bude fyzikům nabídnuta nová kampaň týkající se práce se stroji; souběžně bude dokončena konstrukce zařízení palivového cyklu, které oddělí helium produkované v plazmě fúzí vodíku a recykluje tritium a deuterium produkované fúzí, aby je dočasně uskladnilo a znovu vložilo do stroje. Cílem je, aby do roku 2035 ITER dosáhl svého plného výkonu.
Po skončení provozní fáze bude nutné demontovat instalaci. Vedlejší produkty jaderné fúze z ITERu jsou málo nebo vůbec radioaktivní, což není případ komory, která musí být považována za vhodnou, aby vyhovovala bezpečnostním normám, které poté budou v platnosti. Odpad bude také nepřímo produkován degradací komory pod ozářením ( alfa záření unikající z vězení, neutrony ). Například atomy uhlíku budou vytrženy z keramiky stěn, což vede k produkci tritiovaných uhlovodíků v uzavřeném prostoru. Fáze deaktivace by měla trvat pět let, poté by demontáž na náklady Francie měla trvat deset let.
Po provozní fázi a v závislosti na získaných výsledcích (bod zlomu výroby energie překročil nebo nepřesáhl) mohl být vytvořen další experimentální reaktor s výkonem ekvivalentním průmyslovému reaktoru. S názvem Demo (pro demonstrační elektrárnu , „ demonstrační elektrárna “) bude zamýšleno přesněji studovat možnost komerčního využití. Demo bude muset dosáhnout prahové hodnoty „vznícení“, při které se ohřev plazmy provádí pomocí energie alfy vyrobené bez dodávky elektřiny.
Bernard Bigot doufá, „že kolem roku 2040 budeme dostatečně přesvědčiví, aby se výrobci začali zajímat o stroj, který bude následovat: Demo. Bude to první průmyslový demonstrátor, tedy nepřetržitě pracující na výrobu energie, který bude tentokrát připojen k elektrické síti. Po deseti letech konzultací s výrobci a konstrukci reaktoru využívajícího veškerou zpětnou vazbu od ITER a Demo věříme, že od roku 2045-2050 bude možné zahájit výstavbu první komerční fúzní elektrárny. Nepochybně to bude trvat nejméně deset let “ .
Po ukázce by měl být postaven PROTO , průmyslový prototyp hodnotového reaktoru .
Následně mohou být vyrobeny první aplikační reaktory. Prototypy, které mají být postaveny, mají značnou velikost a výkon .
ITER je největší světový vědecký projekt roku 2010. Po dokončení v roce 2025 bude obsahovat největší jaderný fúzní reaktor na světě. Je integrován do komplexu složeného ze tří budov, 60 metrů vysokých a širokých., 120 metrů. Svým rozsahem a ambicemi byl projekt přirovnáván k programu Apollo .
ITER je tokamak , je to reaktor pro jadernou fúzi, určený k výrobě energie z paliva. Palivo je uloženo ve formě několika gramů plazmy ve velmi vysoké vakuové komoře toroidního tvaru . Tato plazma se zahřívá na 150 milionů stupňů, aby spustila fúzní reakce, které uvolňují energii. Pro ochranu teplotu stěny, je plazma omezena pomocí magnetického pole 13 T , vytvořeného elektromagnety supravodivých udržuje při -269 ° C . Stěny se stále ohřívají částicemi, které jsou výsledkem jaderných reakcí, a tepelným zářením emitovaným plazmou, takže musí být neustále ochlazovány.
Složky reaktoru Vakuová komoraVakuová komora sestává ze dvou ocelových stěn, mezi kterými proudí chladicí voda. Objem plazmy, který dokáže pojmout, je více než osmkrát větší než v předchozích tokamakech. Je vyvrtán 40 otvory, které umožňují připojení plazmového topného systému, vakuových čerpadel a které umožňují přístup pro údržbu.
Kryt vakuové komoryPřikrývka vakuové komory je vyrobena z měděných desek a pokryta beryliem . Má dvě funkce. Prvním z nich je absorbovat neutrony produkované fúzními reakcemi a zachytit jejich teplo k přenosu do chladicích systémů. Druhým je výroba tritia z lithia . Tato druhá funkce bude použita pouze v posledních fázích výzkumu v rámci ITER, během nichž budou testovány různé typy desek navržené výzkumnými týmy. Studium vlastní produkce tritia ITER je jedním z hlavních výzkumných subjektů pro přechod k industrializaci fúze.
Magnetický systémNa řízení plazmy a reakce se podílejí čtyři typy magnetů :
Tyto magnety jsou supravodivé, chladí kryogenní systém na 4,5 K . Vlastnosti magnetů jsou uvedeny v následující tabulce.
Vodivý materiál | Délka vinutí | Hmotnost | Jmenovitý proud | Magnetické pole | Uložená energie | Náklady (prognóza v roce 2011) | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Poloidální cívky | NbTi | 65 km | 2163 t | 52 kA | 6 T. | 4 GJ | 122 milionů EUR |
Toroidní cívky | Nb 3 Sn | 88 km | 6 540 t | 68 kA | 11,8 t | 41 GJ | 323 mil. EUR |
Centrální solenoid | Nb 3 Sn | 42 km | 974 t | 46 kA | 13 T. | 6,4 GJ | 135 milionů EUR |
Hlavní charakteristiky projektu ITER jsou:
Zapojené elektrické síly jsou důležité a předpokládají existenci pevné elektrické sítě, která zvládne volání zátěže.
Web Cadarache je strukturován kolem budovy tokamaku . Zahrnuje mnoho vedlejších budov určených pro výrobu určitých částí, pro montáž reaktoru a pro jeho dodávku elektřiny.
Tokamak komplexTento komplex se skládá z budovy tokamaku a několika přilehlých budov. Tyto budovy obsahují chladicí věže, vakuová čerpadla, velín a robotický systém údržby, který umožňuje vzdálené vyjmutí nebo namontování součástí spalovací komory, aby se omezila expozice obsluhy radioaktivitě. Tokamak je namontován na anti-seismických podložkách. Třímetrový železobetonový štít blokuje záření, které vydává, a chrání zařízení kolem něj. Tato budova váží 400 000 tun a je 80 metrů široká, 120 metrů dlouhá a 80 metrů vysoká.
Budova PFBudova PF je určena k navíjení magnetů poloidálního pole, které jsou příliš velké na to, aby je bylo možné sestavit v partnerských zemích ( poloidální pole v angličtině, zkráceně PF). Měří 257 m dlouhý a 49 m široký. Jeho stavba byla dokončena v roce 2006února 2012 a navíjení magnetů začíná v roce 2013.
Dílna kryostatuBudova kryostatu je určena k sestavení komponentů kryostatu vyrobeného v Indii. Budova je dokončena vzáří 2014 a první kryostatický prvek musí být dodán dovnitř září 2015.
Montážní budovaV budově sestavy jsou prvky tokamaku předem sestaveny před jejich instalací.
Nachází se poblíž seismické jámy a komplexu tokamaků. Je 60 metrů vysoký, 97 metrů dlouhý a 60 metrů široký.
Sídlo společnostiAdministrativní budova obsahuje kanceláře pro osm set lidí, konferenční a zasedací místnosti, restauraci, knihovnu, sál a sál reality. Centrála ITER se nachází pod nástupištěm a je navržena ve tvaru křídla. To bylo dokončeno v roce 2012, ale rozšíření bylo dokončeno v roce 2014, aby se zvýšila kapacita budovy (až 800 osob).
Prvním cílem je generovat plazma, což odpovídá 500 MW, z tepelné energie tím, že spotřebovává jen asi 300 MWe z elektrické energie pro 400 s ( 6 min 40 s ), čímž se překročení „ bodu zvratu “. Světovým rekordem je v roce 2020 tepelná energie 16 MWth vyrobená pro elektrickou energii dodávanou 700 MWe na jednu sekundu vyrobenou evropským tokamakem JET.
Druhým cílem je udržovat fúzní reakce v plazmě po dobu nejméně 1 000 s ( 16 min. 40 s ) a až 3 000 s (50 min ). V tomto případě by se pro dodané 300 MWe vyrobilo pouze 250 MWth . Světový rekord v trvání je v roce 2020 6 min 30 s dosažený francouzským tokamakem Tore Supra v roce 2003.
Další cíleFusion je obor, který je koncepčně i technicky inovativní. Problémy, které je třeba vyřešit, jsou četné a velmi složité. Všechny byly jasně identifikovány od zahájení projektu a jsou předmětem intenzivního výzkumu mnoha laboratoří po celém světě. Některé výzvy se před deseti lety zdály nemožné splnit. V dnešní době i ty největší potíže představují osy testů a pokusů, které jsou přesně cílem experimentálního reaktoru.
V tekutině v turbulentním proudění a vystavené intenzivním magnetickým polím mohou místní koncentrace magnetického pole vytvářet smyčky pole (režimy přerušení ). Typickým příkladem jsou sluneční výčnělky . Stejný jev může nastat v plazmě a vést k projekci vysoce energetických částic na stěnu reaktoru, což je jev nazývaný narušení . Důsledky jsou degradace stěny reaktoru, zastavení reakce a intenzivní mechanické namáhání cívek a struktury.
Je studováno několik řešení. Prvním je zvětšení objemu plazmy, aby se stabilizovala, tedy částečně i objem reaktoru. Další řešení testovaná v ITER jsou založena na systému rychlé detekce narušení (dosud funkční, ale stále příliš pomalá na to, aby zabránila určitým rušivým výbojům v poškození zařízení) pro:
Radiolýza vody je známá již více než sto let. Je to problém pro všechna zařízení, která používají vodu v blízkosti intenzivních radioaktivních zdrojů. S ohledem na intenzitu záření je riziko radiolýzy na materiálech reaktoru na ITER velmi vysoké (přibližně desetkrát vyšší než v jaderné elektrárně). Můžeme identifikovat dva obzvláště citlivé produkty:
Úkolem je najít optimální řešení, které omezí radioaktivní odpad, a řídit tok částic a záření různými materiály. Jedná se o jednu z významných výzkumných os kolem ITER a jeden z jejích důvodů.
Kontrola eroze stěny a určitých prvků vložených do zdiDíky magnetickému uzavření je plazma ve své uzavřené části velmi horká, ale mnohem méně horká na periferii (tzv. Oblast „okrajové plazmy“). Elektronická teplota magnetizovaného plazmového jádra dosahuje přibližně 1 keV , zatímco hrana zůstává mezi 10 a 50 eV . Návrháři toroidu ITER stanovili pro stěny průměrné tepelné toky řádově jeden megawatt na metr čtvereční, které však mohou na místech, které jsou nejvíce namáhány, dosáhnout místně nebo příležitostně 15 až 20 MW / m 2 , “ukazuje na kritický problém délky života a eroze “ .
Self-vytvořený obvodový plazma toky do značné míry řídit migraci kovových nečistot pocházejících z erozi těchto stěn, a je možné, že tyto toky pro zpětnou vazbu na deconfinement procesy a vliv na spontánní vytvoření „dopravních překážek.» , Ale silné asymetrie toků stále špatně pochopeno. ITER používá vodík a jeho izotopy , ale vodík se rozpouští v mnoha kovech a oslabuje je; fenomén vodíkové křehkosti musí být v této souvislosti dokonale kontrolován a vzat v úvahu.
Za provozu a v případě nehody se sáním vzduchu je jedním z rizik představovaných ITERem možné vytvoření hořlavé atmosféry složené z prachu a vodíku, v tomto kontextu výbušného. Ve skutečnosti se očekává, že plazma obsažená ve vakuové nádobě (VV) bude pomalu erodovat povrchy stěn složených z wolframu , berýlia a grafitu a generovat „několik stovek kilogramů kovového prachu a grafitových částic“ . Pokud voda nebo vzduch vstoupí do torusu při teplotách, které se tam vyskytují, může pára reagovat s prachem a kovovými materiály (zejména berylium a wolfram), jejichž povrchy budou horké, a reagovat produkcí vodíku ( praskáním vody ). Výbuch by byl zdrojem vysokotlakých nábojů .
Před rokem 2016 existovala poměrně hojná vědecká literatura o fenoménu detonace vodíku a o spalování vodíkových směsí, která evokovala zejména důležitost rychlostí laminárního spalování, časů samovznícení při tlacích a teplotách stupnice ITER nebo dokonce parametry detonace , ale nebyly k dispozici žádné údaje o plynných nanočásticích nebo směsích částic, jaké jsou uvedeny v torusu ITER. Tuto mezeru začíná zaplňovat studie z roku 2016, která představuje několik modelů výbušných reakcí v důsledku spalování kovových směsí prach - vodík - vzduch v uzavřené komoře tohoto typu.
Kontrola přesměrování odpaduJako každá reakce, fúze produkuje odpad. Jeho proces generuje v reaktoru zbytky eroze toroidů (stovky kilogramů kovového prachu) a helium (reakční produkty). Z tohoto důvodu musí být část toku plazmy obsahující hélium odváděna směrem ke dnu tokamaku. To je role divertoru, vysoce citlivé části reaktoru. Potápěči pracují v jiných tokamakech po celá desetiletí. Divertor ITER má jádrovou geometrii a technologii, která byla dlouho přerušena. Na druhou stranu bude jemná kontrola toku a materiálů stěny podmíněna průmyslovou ziskovost systému, a proto bude důležitý výzkum, který bude proveden kolem tohoto prvku.
Tepelná izolace z plazmy byla velkou výzvou, protože plazma zahřívá na těchto teplotách vyzařuje hodně, což odpovídá ztrátě energie, jako kus železa, zahřáté na bílou (záření, zejména v infračervené, základní příčinou jejího chlazení) . Kromě toho není příliš hustý, takže se velmi rychle ochladí. U malých tokamaků se teploty rychle dosáhnou tam, kde plazma téměř okamžitě ztratí veškerou energii, kterou přijme, což představuje teplotní limit. Tento limit je příliš nízký na to, aby mohl spustit fúzní reakce.
Řešení spočívá ve výstavbě většího reaktoru, který umožňuje zvětšit objem plazmy a tím omezit její záření: větší část záření bude směrována a znovu zachycena jinou oblastí plazmy, což značně omezuje tepelné ztráty ... To je jeden z hlavních důvodů rozsahu a rozsahu projektu ITER.
Zásoba deuteriaDeuteria je 0,015% z atomů vodíku a může být extrahován z mořské vody (≈32,4 g / m 3 ), za cenu kolem 4000 € / kg (odhad 2001).
Technicky neexistuje technologická výzva a tento problém by se týkal pouze průmyslových výrobních závodů (a nikoli experimentálního reaktoru, jako je ITER).
Dodávka tritia z lithia VšeobecnéObdobí nebo poločas z tritia (12,32 let), je příliš krátká na to samozřejmě jiné než v minutových stop . Zachování tritia po dlouhou dobu předpokládá periodické extrakce helia 3 produkované beta radioaktivitou ; asi 5,47% tritia je tak každý rok ztraceno. Víme jen, jak jej vyrábět v malém množství, zejména v těžkovodních reaktorech , a za cenu tří tisíc dolarů za gram v roce 2004. Krmivo tritia ITER proto představuje významnou masu ve srovnání se zásobami hlavních výrobců, Indie nebo Kanada.
Celková zásoba tritia na ITER během jeho provozu v jaderné fázi bude řádově 2 kg , což bude vyžadovat zvláštní řízení, aby se zabránilo jakémukoli biologickému a ekologickému dopadu tritia .
Navrhované řešení, zadržování tritia (v malých objemech a na krátkou dobu), nepředstavuje zásadní problém, ale zvláštní opatrnost je vlastní manipulaci s radioaktivním plynem, který může kontaminovat vzduch a vodu ( tritiovaná voda ). Na druhé straně je důležitým úkolem generování tohoto tritia in situ : použití lithia v buňkách generujících tritium instalovaných ve stěně reaktoru by umožnilo automaticky generovat potřebné tritium (rozpadem lithia pod bombardování částic vznikajících z plazmy). Toto je koncept tritiové stěny .
Tvorba tritiaJednou z výzev ITER je, aby reaktor produkoval tritium, které potřebuje, surovinu pro fúzi. Toto tritium se vyrábí z takzvaného tritogenního zdroje , lithia :
V ideálním případě neutron vytvořený reakcí deuterium-tritium reaguje s jádrem lithia, čímž generuje ztracené jádro tritia. V praxi se však tyto neutrony kvůli tomuto procesu ve velké míře ztrácejí. Neutron, který nemá náboj, je necitlivý na zadržování a nakonec je tok neutronů téměř izotropní , to znamená rozptýlený. Kromě toho je při narození velmi rychlý ( 14,1 MeV ), proto velmi proniká a rychle opouští plazmu, aby způsobil vážné poškození struktury, která se také stává radioaktivní, v tomto případě aktivací neutronů .
Neutronová rovnováhaK regeneraci použitého tritia je proto nutné znásobit únikové neutrony, aby se kompenzovaly ty absorbované strukturou. To je možné reakcí neutronu na jádro olova , které uvolňuje dva neutrony. Směs olova a lithia se tedy předpokládá u krytů tokamaku jako náhrada za uhlík, který nebyl odolný vůči narušení a erozi plazmou.
Extrakce héliaBěhem fúze produkovaná (elektricky nabitá) jádra helia zůstávají v tokamaku a postupně dusí reakci deuterium-tritium. Je proto nutné extrahovat hélium vyrobené ze směsi deuterium-tritium kontinuálně nebo pravděpodobněji periodicky pulzním způsobem; mluvíme o „čerpání“ helia. Z hlediska nepřetržitého provozu je nutné, aby tato operace byla proveditelná poměrně rychle, s výjimkou nutnosti udržovat velkou zásobu deuterium tritia.
Křehnutí materiálů rychlými neutronyNobelova cena za fyziku japonské Masatoshi Koshiba vyjádřil výhrady s ohledem na problémy s rychlými neutrony:
"V ITERu fúzní reakce produkuje vysokoenergetické neutrony 14 MeV , což je úroveň, která dosud nebyla dosažena." (...) Pokud již vědci zažili manipulaci s nízkoenergetickými neutrony, je těchto 14 neutronů MeV zcela nových a nikdo v současné době neví, jak s nimi zacházet (...) Pokud musí vyměňovat absorbéry každých šest to způsobí zastavení provozu, což povede k dalším nákladům na energii. "
Pierre-Gilles de Gennes se také obává, že supravodivé cívky neodolají toku neutronů: „Znám docela dobře supravodivé kovy, vím, že jsou mimořádně křehké. Takže věřit, že supravodivé cívky používané k zadržení plazmy, vystavené rychlým neutronovým tokům srovnatelným s H bombou, budou mít schopnost odolat po celou dobu životnosti takového reaktoru (deset až dvacet let), zdá se mi šílené. » V současném stavu návrhu se očekává, že stěna a chladicí voda výrazně omezí tok energetických částic a že nejcitlivější materiály budou pravidelně vyměňovány .
Richard Majeski (en) a jeho spolupracovníci zveřejnili metodu, která by podporovala tok neutronů. Tato metoda spočívá v první bariéře z kapalného lithia s cílem chránit druhou bariéru, která je pevná. Tato metoda byla úspěšně testována na testovacím reaktoru Current Drive Experiment-Upgrade (CDX-U) LPP Laboratory na Princetonské univerzitě . Rovněž by se zlepšil výkon reaktoru, napětí pro udržení proudu v plazmě by bylo vyděleno čtyřmi.
Fyzici, i když jsou pro jadernou energii , věří, že je předčasné stavět ITER, pokud nebudou odstraněny „technologické bariéry“ :
Kritika protijaderných aktivistů :
Americký novinář Steven B. Krivit, který se specializuje na studené fúzi , odhaduje, že ITER spotřebovává 300 MW elektrické energie, a nikoliv 50 MW úředníky reaktoru ITER tvrdí, produkovat 500 MW a tepelné energie , které pak mohou hypoteticky být převedeny na 200 MW elektrických Napájení. Jinými slovy, ITER nemohl vyrábět žádnou čistou elektrickou energii. Vyšetřování Stevena B. Krivita sahá až do roku 1997 a instalace JET , jejíž koeficient Q = 0,63 (světový rekord z roku 1997) by byl nesprávný. Podle něj by tato čísla byla zmanipulována tak, aby uvedla v omyl subjekty s rozhodovací pravomocí a získala financování projektu.
Článek Reporterra cituje analýzy Stevena B. Krivita, ze kterých vyplývá, že výzkumné zařízení není schopno produkovat přebytečnou energii, přičemž vyrobená energie sotva kompenzuje energii potřebnou pro jeho celkový provoz. Údaje předložené k popisu jaderné fúze jako zdroje energie (50 kW počáteční energie dává 500 kW konečné energie) vycházejí z energetické bilance částic zapojených do fúze, která nezohledňuje veškerá energie nezbytná k vytvoření a udržení podmínek umožňujících fúzi: chlazení magnetů, elektromagnetické omezení plazmy ... Tento zmatek mezi teoretickým výtěžkem a skutečným výtěžkem by byl pečlivě udržován pro financování projektu ITER.
Zpráva francouzské národní komise pro veřejnou debatu z roku 2006 poskytuje přesný odhad nákladů na energii instalace: „Spotřeba elektrické energie bude během odstávky několik MW, například pro údržbu počítačových systémů, osvětlení, ventilace. . Během pohotovostního období, během kterého musí být funkční zařízení nezbytné pro provoz (čerpací systémy, chlazení, kryogenika atd.), Dosáhne 120 MW . „ A “ Během přípravné fáze, která bude trvat přibližně 400 sekund, se spotřebovaná elektrická energie postupně zvýší ze 120 MW na 220 MW . Poté dosáhne 620 MW během fáze zvyšování teploty plazmy (asi třicet sekund), poté klesne na 450 MW během hlavní fáze experimentu (370 sekund) a poté se vrátí na 120 MW . „„ I když stejná zpráva naznačuje, že cílem ITER je prokázat, že „ cílem ITER je vytvořit fúzní výkon 500 megawattů (MW) vstřikováním 50 na více než šest minut“ . Významná část elektrické spotřeby je určena pro chladicí systém, který bude evakuovat tepelný výkon generovaný provozem ITER: „V době experimentů musí být evakuován maximální tepelný výkon řádově 1 200 MW . Tato síla odpovídá tepelným ztrátám v různých zařízeních ITER, k nimž se přidává energie vyrobená fúzními reakcemi “ .
Podle fyziků, včetně Sébastiena Balibara , Yvesa Pomeaua a Jacquesa Treinera , předpokládá zavedení fúzního reaktoru v průmyslovém měřítku řešení několika problémů:
Tokamak ITER výslovně řeší pouze první z těchto problémů, ačkoli do projektu ke studiu odolnosti materiálů vůči neutronům 14,1 MeV bylo zahrnuto Mezinárodní zařízení pro ozařování materiálů pro fúzi .
the 26. ledna 2012, Úřad pro jadernou bezpečnost (ASN) usoudil, že řešení neshod nebylo během kontroly podložek odolných proti zemětřesení uspokojivé .
V roce 2012 byly na opěrných zdech detekovány mikroskopické trhliny . Inspekce ASN ukázala, že interní organizace pro monitorování těchto neshod opět selhala. Tyto neshody v betonu však zůstávají nevyhnutelné v projektu tohoto rozsahu, který není průmyslovým projektem, ale který je předmětem výzkumu .
Náklady na ITER klesly z 5 na 19 miliard eur, k čemuž se přidávají provozní náklady 5,3 miliardy eur za 20 let, což je téměř čtyřnásobek odhadů z roku 2006, což představuje problémy. Francie již investovala 1,2 miliardy eur a Evropská komise 6,6 miliardy . Část nákladů na stavbu reaktoru Jules Horowitz lze spojit s přímými náklady, které nese Francie . Jedním z technických zájmů tohoto posledního projektu je skutečně otestovat kryty vystavené bombardování intenzivním neutronovým spektrem, což je klíčový bod, který je třeba vyřešit pro životaschopnost projektu Iter.
Pro srovnání, globální trh s energií představuje roční objem přibližně 3,5 bilionu eur. Náklady na projekt ITER představují 15% celkového rozpočtu určeného na jaderný výzkum; zejména příspěvek Francie do projektu, který je plánován na 20 let , je nižší než příspěvek přidělený CERN a jeho urychlovači částic .
Podle projektantů ITER by havárie měla podstatně menší následky než v případě štěpného reaktoru. Reaktory pro jadernou fúzi ve skutečnosti neprodukují vysoce aktivní odpad s dlouhou životností (viz níže, „Radioaktivní odpad“).
Rizika jaderných havárií nejsou srovnatelná, protože neexistuje riziko jaderného výbuchu: množství paliva přítomného v reaktoru umožňuje dodávku spalování pouze na několik sekund; protože je velmi obtížné získat a udržet velmi specifické podmínky fúzní reakce, jakékoli narušení způsobí téměř okamžité ochlazení plazmy a zastavení reakce; proces fúze proto sám o sobě nepředstavuje žádné riziko a nehrozí nebezpečí reakce na útěk vedoucí k výbuchu.
Na rozdíl od štěpných reaktorů, kde je veškeré jaderné palivo od začátku umístěno do aktivní zóny reaktoru (přibližně sto tun uranu a / nebo plutonia pro PWR ), je fúzní reaktor přiváděn, jak to jde. V palivu (několik gramů) . Nukleární reakci lze okamžitě zastavit: stačí zastavit vstřikování paliva do vakuové komory.
Neexistuje ani riziko rozsáhlé kontaminace: konstrukce ITER je taková, že i v případě náhodného narušení tokamaku by úroveň radioaktivity mimo uzavřený prostor byla stále velmi nízká; během normálního provozu bude radiologický dopad ITERu na nejvíce exponované populace tisíckrát nižší než přirozené ionizující záření a v nejpesimističtějších scénářích, jako je požár v továrně na zpracování tritia, žádná evakuace sousedních populací nebo jiná protiopatření by to nebylo nutné. Evropská komise se domnívá, že v případě nehody vypouštění radioaktivního odpadu, v jakékoliv formě, nebude nikdy může vést i v případě jaderné havárie , k radioaktivnímu zamoření mimo hranice. Francouzských.
Radioaktivní odpadMnožství, aktivita a životnost jaderného odpadu budou výrazně nižší. Nedochází k produkci vysoce aktivního nebo dlouhodobého radioaktivního odpadu . Produktem fúze je hélium , neradioaktivní plyn. Pouze materiály vystavené vlivu neutronů reakce se stanou radioaktivními, ale poločas většiny radioelementů přítomných v tomto odpadu nepřesahuje deset let, takže jejich radioaktivita poté prudce poklesne. staré, což umožňuje recyklovat materiály. Pro srovnání, štěpné elektrárny produkují odpad s životností až stovky tisíc let.
Srovnání s fúzní bombouTermonukleární reakce také provádí v vodíkové bomby , otázka by mohlo dojít k nebezpečí výbuchu takového reaktoru. Neexistuje však žádné spojení mezi H bombou a tokamakem. V prvním případě se provede exploze lisováním směsi tritia a deuteria na hustotu vyšší než hustota v pevném stavu; ve fúzním reaktoru je hustota směsi deuteria a tritia desetkrát menší než hustota okolního vzduchu.
Rizika šíření a vojenské použitíVýzkum fúze magnetickým uzavřením, jehož důležitým krokem je ITER, nemá žádné vojenské aplikace (na rozdíl od výzkumu inerciální fúze prováděného na megajoulovém laseru v Bordeaux). Země ovládající technologii typu ITER by dále nepokročila, pokud by jejím cílem bylo získat H.
Místní dopad na biologickou rozmanitostStoletý les Cadarache, který se před zahájením prací rozkládal na více než tisíc dvě stě hektarů, byl nyní snížen na osm set hektarů.
Existuje téměř čtyřicet chráněných druhů ze čtyř set přítomných, například:
K získání tohoto webu musel ITER dlouhodobě přijmout kompenzační opatření.