И драматические события на АЭС «Фукусима-1» нанесли серьезный ущерб развитию атомной энергетики во всем мире. Стараниями средств массовой информации создано стойкое убеждение о неизбежной опасности любой электростанции с ядерной силовой установкой.

Но, по мнению многих ученых, достойной альтернативы в обеспечении потребности в электроэнергии пока нет, а, например, Балаковская - крупнейшая АЭС России - представляет собой угрозу не больше, чем любой другой промышленный объект подобного масштаба.

Принцип работы АЭС

Все крупнейшие электростанции, работающие на ядерном топливе, имеют сходный принцип действия. Для производства электроэнергии используется теплота, которая образуется при контролируемой цепной реакции деления ядерного топлива - в основном Этот процесс осуществляется в ядерном реакторе - «сердце» АЭС.

Далее происходит приготовление горячего пара, приводящего в движение турбины электрогенераторов. В зависимости от конструкции это могут быть роторы, используемые на электростанциях всех типов или построенные с учетом специфики установок, работающих на ядерном топливе.

Типы реакторов

Существует несколько типов реакторов, которые отличаются топливом, теплоносителем, проходящим через активную зону, и замедлителем, необходимым для контроля цепной реакции.

Самыми экономичными и производительными показали себя реакторы, где в качестве технологической жидкости используется обычная, «легкая» вода. По конструкции они бывают двух основных типов:

• РБМК - реактор большой мощности канальный. В нем пар, вращающий турбины, готовится непосредственно в активной зоне, поэтому такой объект называют кипящим. Таким был реактор четвертого энергоблока в Чернобыле, установку подобного типа использует, например, Курская станция - крупнейшая АЭС России.
• ВВЭР - водо-водяной энергетический реактор. Это система из двух герметичных контуров: в первом - радиоактивном - вода циркулирует непосредственно через активную зону реактора, поглощая теплоту от цепной реакции деления ядра, во втором - образуется пар, который подается к турбинам электрогенераторов. Такие реакторы используются в самой мощной в Европе Запорожской АЭС, на них работает еще одна крупнейшая АЭС России - Балаковская.

Второй тип реактора - газоохлаждаемый, где для контроля процессов используется графит (реактор ЭГП-6 на Билибинской АЭС). Третий - на топливе в виде природного урана и с «тяжелой водой» - оксидом дейтерия - в виде теплоносителя и замедлителя. Четвертый - РН - реактор на быстрых нейтронах.

Первые АЭС

Первый эксперимент по использованию атомного реактора для производства электроэнергии был проведен в США, в Национальной лаборатории Айдахо, в 1951 году. Реактор работал на мощности, достаточной для свечения четырех 200-ваттных электроламп. Через некоторое время установка стала обеспечивать электроэнергией всё здание, где проводились научные исследования на ядерном реакторе. К энергетической сети она была подключена через 4 года, и близлежащий к лаборатории город Арко стал первым в мире, обеспеченным электричеством с помощью атомной установки.

Но первой в мире промышленной атомной электростанцией является АЭС, пущенная летом 1954 года в Калужской области СССР и сразу же подключенная в сеть. Отсюда берет начало атомная энергетика России. Мощность Обнинской АЭС была невелика - всего 5 МВт. Через 3 года в Томской области, в городе Северске, была введена в эксплуатацию первая очередь Сибирской АЭС, производившей впоследствии 600 Мвт. Реактор, смонтированный там, предназначался для производства оружейного плутония, а электрическая и тепловая энергии являлись побочным продуктом. Сегодня реакторы на этих станциях заглушены.

АЭС на территории бывшего СССР

С конца 1950-х и с начала 1960-х в СССР начинается интенсивное строительство таких электростанций в разных регионах страны. Список АЭС России и союзных республик включает 17 подобных сооружений, 7 из которых остались за пределами нынешней Российской Федерации:

• Армянская, близ города Мецамора. Имеет два энергоблока общей мощностью 440 МВт. После Спитакского землетрясения 1988 года, которое АЭС выдержала без серьезных аварий благодаря заложенной при проектировании сейсмоустойчивости, было принято решение об её остановке. Однако в дальнейшем, из-за высокой потребности в электроэнергии, правительство республики решило запустить в 1995 году второй энергоблок. Несмотря на то что это произошло с учетом возросших требований по технологической и экологической безопасности, Евросоюз настаивает на его консервации.
• на северо-востоке Литвы действовала с 1983 по 2009 год и была закрыта по требованию Евросоюза.
• Запорожская, самая мощная АЭС в Европе, расположена на берегу Каховского водохранилища, в городе Энергодаре, построена в 1978 году. В её составе 6 энергоблоков ВВЭР-1000, производящих пятую часть электроэнергии Украины - около 40 млрд кВт/ч в год. Она полностью соответствует нормативам Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ).
• Ровенская, близ города Кузнецовска в Ровенской области Украины. Имеет 4 энергоблока типа ВВЭР общей мощностью 2835 МВт. Получила высокую оценку МАГАТЭ по результатам проверки состояния безопасности.
• Хмельницкая, возле города Нетешина, около речки Горини на Украине. Задействованы 2 ВВЭР-1000.
• Южно-Украинская, расположена на берегу Южного Буга в Николаевской области Украины. 3 энергоблока ВВЭР-1000 обеспечивают 96 % потребностей юга Украины в электроэнергии.
• Чернобыльская, возле города Припять, стала местом крупнейшей техногенной катастрофы года. Последний из четырех энергоблоков РБМК-1000 остановлен в 2000 году.

Доля электроэнергии, выработанной на АЭС, в общем энергобалансе крупнейших АЭС, ГЭС, ТЭС в России составляет около 18%. Это значительно меньше, чем, например, у лидера в атомной энергетической отрасли - Франции, где эта цифра составляет 75%. Согласно принятой правительством энергетической стратегии, за период до 2030 года планируется довести это соотношение до 20-30 % и увеличить производство электроэнергии с помощью энергоблоков, работающих на ядерном топливе, в 4 раза.

Атомная энергетика России

Сколько АЭС в России на сегодняшний день? В нашей стране действуют 10 станций, имеющих в своём составе 35 энергоблоков различного типа (в США работает около 100 таких установок). Наибольшее распространение у нас получили водо-водяные реакторы (ВВЭР) - всего 18 штук. Из них мощностью 1000 МВт - 12, еще 6 - 440 Мвт. В работе находится также 15 кипящих канальных реакторов: 11 РБМК-1000 и 4 - ЭГП-6.

Какая АЭС является самой крупной в России

На сегодняшний момент в системе Росэнергоатома нет одного явного лидера среди атомных электростанций по мощности и вкладу в общий баланс страны. Имеется 2 комплекса, где применяется одинаковое количество (4) однотипных реакторов ВВЭР-1000. Это Балаковская и Калининская атомные электростанции. Каждая из них обладает суммарной мощностью в 4000 МВт. Такая же мощность заложена в энергоустановку Курской и Ленинградской, где применяются по 4 энергоблока типа РБМК-1000. При этом самая мощная АЭС в мире - японская Касивадзаки-Карива - имеет 7 энергоблоков общей мощностью 8212 МВт.

Концентрация энергопредприятий подобного типа в привела к тому, что они играют важнейшую роль в обеспечении электроэнергией центральных регионов страны. В центре России, и особенно на северо-западе, доля АЭС в энергобалансе доходит до 40 %.

6 других российских АЭС

Свой вклад в российскую энергетику вносит Кольская станция, крупнейшая АЭС России на северных территориях, эксплуатирующая два тысячемегаваттных энергоблока. Продолжается введение новых мощностей на Нововоронежской АЭС, где находят применение новые, усовершенствованные энергоблоки ВВЭР -1200. Белоярская АЭС в Свердловской области может считаться экспериментальной площадкой для российских атомщиков. На ней используется несколько типов энергоблоков, в том числе и реакторы на быстрых нейтронах. На Чукотке расположена Билибинская станция, снабжающая этот регион необходимым теплом.

Вопрос о том, какая АЭС является самой крупной в России, может опять стать актуальным, когда на Ростовской станции будут введены новые энергоблоки, которых пока три, и мощность их составляет 3100 МВт. Такую же мощность имеет и Смоленская, работающая на РБМК-реакторах.

Перспективы

В программе развития отрасли учтено, сколько АЭС в России необходимо построить, сколько энергоблоков нужно реконструировать и ввести в строй, чтобы улучшить энергоснабжение. Это особенно актуально для районов Севера, Сибири и Дальнего Востока. Там расположены большинство нефтегазовых добывающих предприятий, пока составляющих основу российской экономики.

Одно из самых перспективных направлений, которые имеет атомная энергетика России, - создание плавучих атомных теплоэнергостанций. Это транспортабельные энергоблоки малой мощности (до 70 МВт) на основе реакторов на быстрых нейтронах типа КЛТ-40. Такие мобильные сооружения могут обеспечивать самые труднодоступные районы электричеством, промышленным и бытовым теплом и даже пресной водой. Ввод в эксплуатацию первой ПАТЭС «Михаил Ломоносов» планируется в ближайшие годы.

Можно вечно наблюдать за течением воды и чужой работой, а уж когда вода течет и работает одновременно, то смотрибельность возрастает вдвое. Лучшее место, чтобы скоротать за наблюдениями две вечности – большие ГЭС. Из них и состоит на шесть седьмых топ-7 крупнейших электростанций мира, который мы для тебя сделали, потому что тебе это очень интересно.

В 2015 году человек произвел 24097,7 миллиардов киловатт-часов электричества. В этой цифре суммированы результаты работы примерно электростанций, добывающих энергию для промышленности, твоих девайсов и бытовых приборов откуда только можно: из атома, органического топлива, воды, ветра, солнца. Их общая установленная мощность — шесть тысяч гигаватт. Наибольшим потенциалом — по крайней мере пока — обладает вода. Но пока по структуре производства она всего . Большинство крупнейших электростанций мира — это ГЭС, и только одна АЭС затесалась в список, но обо всем по порядку. Для интриги начнем снизу.

7. "Гран-Кули", США

Эта крупнейшая американская ГЭС стоит на реке Колумбия в штате Вашингтон. Кроме него, она снабжает электроэнергией штаты Орегон, Айдахо, Монтана, Калифорния, Вайоминг, Колорадо, Нью-Мехико, Юта и Аризона. Немного тока достается и Канаде. Когда-то станция была крупнейшей мире по мощности — и даже два раза. Первый — с 1949 года по 1960. Потом ее одна за другой обошли несколько советских ГЭС, но в 1983 году Гранд-Кули вырывается вперед за счет расширения и увеличения мощностей. Через три года ее потеснила с первого места венесуэльская ГЭС "Гури". Окончательная стоимость со всеми достройками составила 730 миллионов долларов — около трех миллиардов по современным меркам.

Это сооружение в два раза выше Ниагарского водопада, а на площади его основания поместились бы все пирамиды Гизы. А звезда американской кантри- и фолк-музыки Вуди Гатри посвятил ГЭС две композиции: и .

Среднегодовая выработка электричества на "Гранд-Кули" — 20,24 млрд кВт-ч. Этого хватило бы, чтобы покрыть . От одной "Гранд-Кули" могли бы работать наши топливная отрасль и машиностроение, химическая и нефтехимическая промышленности, пищевая и перерабатывающая, отрасль строительных материалов и другие.

Установленная мощность этой ГЭС после достройки составляет 6809 МВт. Для сравнения: крупнейшая из украинских станций, Запорожская АЭС, имеет мощность в 6000 МВт.

6. "Касивадзаки-Карива", Япония

Крупнейшая в мире АЭС, она и есть та самая единственная атомная станция, которая пока еще составляет конкуренцию ГЭС по установленной мощности. Япония, конечно, не лучшее место для таких сооружений. В 2007 случилось сильное землетрясение с эпицентром в паре десятков километров от станции. Из семи энергоблоков в тот момент работали четыре — все были остановлены. Почва под самими реакторами двигалась, АЭС получила повреждения, в море попала радиоактивная вода, а в атмосферу — радиоактивная пыль. Станцию закрыли для восстановительных и укрепляющих работ — к 2011 году были вновь запущены четыре энергоблока. Но после аварии на "Фукусиме" "Касивадзаки-Карива" оказалась на время в числе полностью закрытых станций — ни один реактор не работал. Сейчас работу станции восстановили — .

Установленная мощность АЭС — почти 8000 МВт, а ежегодное производство энергии в 1999 году достигало 60,3 млрд кВт-ч. Этого хватило бы, чтобы обеспечить электричеством всех украинцев и всех наших непромышленных потребителей. И еще осталось бы немного — например, на пищевую промышленность.

5. "Тукуруи", Бразилия

Все, больше никаких АЭС и присущих им апокалипсисов — дальше в топе будут только гидроэлектростанции. Открывает первую пятерку ГЭС, расположенная в бразильском штате Токантис на одноименной реке. Запущенная в 1984 году, станция "Тукуруи" стала первым крупномасштабным проектом такого рода в бразильской части дождевых лесов Амазонки. В тех же лесах в 1985 году снимали приключенческий фильм "Изумрудный лес", и в этом кино можно увидеть ГЭС.

Дамба "Тукуруи" протянулась на 11 километров и достигает 78 метров в высоту. Станция способна сбрасывать 120 тысяч кубометров воды — самая большая в мире пропускная способность. Объем резервуаров ГЭС — 45 триллионов литров, и это второй показатель на планете.

На "Тукуруи" установлены 25 турбин, мощность станции составляет 8370 МВт. Ежегодно она вырабатывает 21,4 млрд кВт-ч — большую часть этой энергии потребляют предприятия алюминиевой промышленности. ГЭС могла бы с лихвой обеспечить электричеством всех украинских коммунально-бытовых потребителей. Строительство станции обошлось в 5,5 миллиарда долларов (7,5 миллиарда с учетом начисленных процентов).

4. "Гури", Венесуэла

До 2000 года эта ГЭС носила имя Рауля Леона, президента Венесуэлы, при котором в 1963 году началось строительство. Сейчас она официально называется в честь Симона Боливара, национального героя страны и видного деятеля войны за независимость испанских колоний. Во многом именно ему Венесуэла обязана провозглашением независимости, а сегодня страна сильно зависит от ГЭС его имени. В 2013 году несколько штатов остались без света из-за пожара, возникшего в окрестностях "Гури". Она на две трети покрывает потребности Венесуэлы в электричестве и продает часть выработанного тока в Бразилию и Колумбию.

В плане ежегодной выработки — это уже другая лига. Сооружение в среднем производит 47 млрд кВт-ч в год — чуть-чуть больше намотала в прошлом году вся украинская промышленность.

За сутки станция вырабатывает количество энергии, эквивалентное 300 тысячам баррелей нефти. Установленная мощность "Гури" — 10235 МВт, а по объему резервуара она в разы превосходит любую гидроэлектростанцию мира — 136,2 триллиона литров. Это самый большой в Венесуэле пресноводный водоем и 11-е по величине озеро из созданных человеком, а сама станция была крупнейшей в мире с 1986 года по 1989.

Стоимость этой станции — отдельный вопрос. Посчитать ее точно — сложно, потому что строительство шло долго, а Венесуэла за это время пережила экономический кризис. Курс доллара к боливару менялся часто и сильно, а в последние годы строительства местная валюта дешевела ежедневно. EDELCA, одна из крупнейших венесуэльских компаний по производству электричества того времени, в 1994 году оценила стоимость начального этапа в 417 миллионов долларов, а заключительную фазу строительства — в 21,1 миллиарда непереводимых уже ни во что боливаров.

3. "Силоду", Китай

Эта станция стоит на реке Янцзы, в ее верхнем течении. Название сооружению дал близлежащий город. Кроме основного предназначения, "Силоду" помогает контролировать сток речной воды в этом месте, а саму воду очищает от ила. Строительство началось в 2005 году, но прерывалось из-за того, что не были толком ясны экологические последствия запуска ГЭС. Видимо, их все же посчитали благоприятными или как минимум не неблагоприятными. В 2013 году в эксплуатацию ввели первую турбину, а полностью станция заработала год спустя. Работы обошлись в 6,2 миллиарда долларов.

"Силоду" оборудована 18 турбинами по 770 МВт каждая — общая установленная мощность составляет 13860 этих самых МВт. Ежегодная выработка достигает 55,2 млрд кВт-ч — больше, чем использовала вся промышленность Украины в 2016 году. Дамба "Силоду" возвышается на 285,5 метра — четвертая по высоте в мире.

2. "Итайпу", Бразилия и Парагвай

Если бы этот список составлялся с 1989 года по 2007, то "Итайпу" шла бы последним, то есть первым номером — в тот период она была крупнейшей по установленной мощности. При этом станция все еще сохраняет лидерство по ежегодной выработке, в два раза превосходя предыдущую ГЭС, "Силоду". ГЭС стоит на реке Парана, по которой проходит часть бразильско-парагвайской границы. Эксплуатирует сооружение компания, принадлежащая обеим странам, и оба государства получают от нее энергию. "Итайпу" поставляет 71,4% потребляемого Парагваем электричества, а для Бразилии эта цифра составляет 16,4%. Некоторые генераторы работают на частоте парагвайской сети, другие — на бразильской. При этом бразильцы импортируют ту часть энергии, которую не используют парагвайцы — для этого установлены преобразователи с одной частоты на другую.

Строительство обошлось в 19,6 миллиарда долларов. На станции работают 20 турбин по 700 МВт каждая, общая установленная составляет 14000 МВт — примерно как две с половиной Запорожских АЭС.

Более чем в три раза "Итайпу" превосходит ЗАЭС и по ежегодной выработке: в 2016 году бразильско-парагвайская ГЭС произвела 103 млрд кВт-ч энергии. Этот показатель близок к общеукраинскому нетто потреблению (без учета технологических потерь).

В 1994 году Американское общество гражданских инженеров включило "Итайпу" в свой список Семи чудес современного мира — топ строительных достижений ХХ столетия. Вместе с ГЭС в этом перечне, например, оказались тоннель через Ла-Манш, небоскреб "Эмпайр Стэйт Билдинг" и Панамский канал. А в 1989 году современный композитор классической музыки Филип Гласс посвятил "Итайпу" одноименную часть своей симфонической трилогии. произведение величественно и даже как-то устрашающе — пугает сильнее, чем жуткое начало бетховенской Пятой симфонии. Ну ты знаешь, вот это: "та-да-да-дам, та-да-да-дам".

1. "Три ущелья", Китай

Где еще могли построить сооружение, возведение которого потребовало переселения 1,3 миллиона человек — почти два Львова? Это было наиболее масштабное переселение в связи со строительством, сама станция — одно из крупнейших в мире сооружений любого назначения, ее плотина тоже входит в число самых больших. Стоило это все 27,6 миллиарда долларов. Строительство на реке Янцзы началось в 1992 году, а потом, с 2003 по 2012, агрегаты ГЭС вводили в эксплуатацию.

На "Трех ущельях" установлены 34 турбины общей мощностью в 22500 МВт — в полтора с лишним раза мощнее ближайшего преследователя, "Итайпу". По годовой выработке за 2016 год китайская станция, правда, немного уступила бразильско-парагвайской — 93,5 млрд кВт-ч. Дело тут не в конструкции или чем-то еще: просто Парана круче и работоспособнее Янцзы. Предполагалось, что сооружение будет покрывать 20% потребности Китая в электричестве, но потребление росло слишком быстро. В итоге "Три ущелья" не дают и двух процентов, но зато полностью покрывают годовой рост потребления. Кроме того, появление ГЭС со всей ее инфраструктурой улучшило условия судоходства в этой части реки — грузооборот вырос в десять раз.

Наконец, работа китайской ГЭС увеличила продолжительность земных суток. Поднимая 39 миллиардов килограмм на высоту в 175 метров над уровнем моря и удаляя таким образом всю эту массу воды от центра Земли, китайцы увеличили момент инерции планеты. Вращение замедлилось, сутки стали длиннее на 0,06 микросекунды, а сама Земля слегка сплющилась у полюсов и закруглилась посередине. — и не британскими, а НАСА.

Что строят сейчас

В ближайшие несколько лет этот список изменится примерно наполовину — будут достроены три большие ГЭС, которые войдут в топ-7.

На втором месте окажется станция китайская "Байхэтань", которую предполагают закончить в 2021 году. Ее установленная мощность составит 16000 МВт.

В пятерку войдет бразильская ГЭС "Белу Монти", которая частично введена в эксплуатацию в мае 2016 года. Все агрегаты заработают только в 2019 году — тогда установленная мощность составит 11233 МВт.

Годом позже китайцы достроят и полностью запустят еще одно свое сооружение — гидроэлектростанцию "Удундэ". Ее проектная мощность — 10200 МВт. Надеемся, что с Землей все будет в порядке.

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.

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)

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.

Атомная энергетика - одна из самых развивающихся областей промышленности, что продиктовано постоянным ростом потребляемой электроэнергии. Очень многие страны имеют свои источники выработки энергии при помощи «мирного атом».

Карта атомных электростанции России (РФ)

Россия входит в это число. История АЭС России начинается с далекого 1948 года, когда изобретатель советской атомной бомбы И.В. Курчатов инициировал проектирование первой атомной электростанции на территории тогда еще Советского Союза. Атомные станции России берут свое начало с постройки Обнинской АЭС, которая стала не только первой в России, но первой в мире атомной станцией.

На настоящий момент ядерные электростанции в России включают в себя 10 действующих объектов, которые обеспечивают мощность в 27 ГВт (ГигаВатт), что составляет примерно 18% в энергетическом балансе стране. Современное развитие технологии позволяет сделать атомные электростанции России безопасными для окружающей среды объектами, несмотря на то, что использование атомной энергии является наиболее опасным производством с точки зрения промышленной безопасности.

Карта ядерных электростанции (АЭС) России включает в себя не только действующие станции, но также строящиеся, которых насчитывается порядка 10 штук. При этом к строящимся относятся не только полноценные атомные станции, но также перспективные разработки в виде создания плавучей атомной станции, которая отличается мобильностью.

Список атомных электростанций России имеет следующий вид:

Современное состояние атомной энергетики России позволяет говорить о наличии большого потенциала, который в обозримом будущем может реализоваться в создании и проектировании реакторов нового типа, позволяющих вырабатывать большие объемы энергии при меньших затратах.