Francijas dienvidos top neizsmeļams enerģijas avots

ITER – Starptautiskais kodoltermiskais eksperimentālais reaktors – top pētniecības centrā Kadarašā Francijas dienvidos 65 kilometrus no Marseļas. Vakuuma kamerā desmit stāvu nama izmērā – 30 metru augstumā un tikpat diametrā – plānots īstenot kodolsintēzi, procesu, kas norit Saules dzīlēs.

Tīra enerģija bez atkritumiem

“Mūs ir iedvesmojis Visums un zvaigznes, kur kodoltermiskā sintēze rada enerģiju miljardiem gadu uz priekšu,” paziņojis ITER ģenerāldirektors Bernārs Bigo. Pagaidām runa ir par nebijušu fizikas eksperimentu, taču panākumu gadījumā mainīsies visas pasaules enerģētika.

Teorētiski kodoltermiskā sintēze ir neizsmeļams enerģijas avots. Par degvielu kalpo divi ūdeņraža izotopi – deiterijs un tritijs. Atšķirībā no naftas, gāzes un urāna rūdas to krājumi ir būtībā neierobežoti. Deiteriju iegūst no okeāna ūdeņiem, tritiju ne pārāk sarežģītā reakcijā no litija.

Ar tikai dažiem gramiem ūdeņraža degvielas pietiks tūkstošu namu apkurei un elektrībai, ananasa izmēra brikete var aizstāt 10 000 tonnu ogļu. Turklāt atšķirībā no līdzšinējām atomspēkstacijām kodolsintēzes reaktors neatstāj radioaktīvos atkritumus.

Piedalās 35 valstis

Šī ir vērienīgākā zinātniskā būve cilvēces vēsturē, piedalās 35 valstis, tostarp Eiropas Savienība, Lielbritānija, Šveice, ASV, Krievija, Indija, Ķīna, Japāna, Dienvidkoreja – 80% pasaules ekonomikas.

Pēc Francijas izvēles būvlaukumam Eiropas Savienība uzņēmusies segt 45% budžeta, pārējie dalībnieki finansē līdzīgās daļās. Plānotās izmaksas ir 19 miljardi eiro, iedarbināt iekārtu paredzēts 2025. gadā.

Dalībvalstīm ir vienādas tiesības uz izmantotajām tehnoloģijām, bet visas atzīst, ka pati ideja pieder Krievijai – pirmie to izteica padomju zinātnieki no Kurčatova Atomenerģijas institūta.

Sākās kā lielvaru projekts

Reaktora iekārta nosaukta par tokamak, abriveatūrā no krievu valodas – toroidālā kamera ar magnētiskajām spolēm (тороидальная камера с магнитными катушками).

“Tokamaks ir kā baranka no plazmas, pa kuru plūst strāva,” intervijā BBC skaidro ITER Krievijas aģentūras vadītājs Anatolijs Krasiļņikovs, kurš pēta kodolsintēzi jau vairāk nekā 40 gadu.

Par kopīgu tokamaka būvi jau 1985. gadā vēsturisku līgumu parakstīja ASV un PSRS, lai parādītu, ka lielvaras var ne tikai cīnīties aukstā kara frontē. Drīz pievienojās Japāna un Eiropas Savienība, tomēr pēc aukstā kara ASV no vienošanās izstājās, uzskatot, ka bez amerikāņu naudas projekts izbeigsies. Par spīti tam, viss turpinājās, pievienojās jaunas valstis, un 2004. gadā atgriezās arī Vašingtona.

Šajā tehnoloģiju klubā katrs nāk ar savām zināšanām – pa vienam tas būtu daudz ilgāk. Piemēram, krievu zinātnieki Pēterburgā izstrādājuši kādu detaļu, bet reāli to izgatavojuši vācieši.

Plazmu savalda ar magnētiem

Tagad pasaulē ir simtiem tokamaku, taču ITER ir pirmais reaktors, kur plānots kodoltermisko sintēzi uzturēt, pateicoties pašas plazmas sadegšanas ķēdes reakcijai. Tam nepieciešams uzkarsēt ūdeņradi līdz dažiem miljoniem grādu un neļaut plazmai pašķīst uz visām pusēm.

“Tā ir Saule uz Zemes, tikai ar desmitreiz lielāku temperatūru. Tikai Saule ir milzīga lode, kas pati sevi satur ar gravitāciju, bet mēs izmantojam magnētisko lauku,” iekārtu raksturo Krasiļņikovs. Katra magnētiskā spole ir četrstāvu mājas lielumā un sver 360 tonnu. Magnētiskā lauka spēks ir pietiekams, lai paceltu gaisā aviācijas bāzes kuģi.

Šāds reaktors ir pilnīgi drošs, jo tajā nav kam uzsprāgt, uzsver zinātnieki. “Avārijas gadījumā mūsu baranka vienkārši nodzisīs, un to vajadzēs iedegt no jauna,” teic Krasiļnikovs. Kaut arī plazmas temperatūra sasniegs 200 līdz 300 miljonu grādu, pat ja magnētiskais lauks neizturēs un plazma nokļūs uz reaktora sienām, milzu svelme tūdaļ atdzisīs un reakcija apstāsies.

Kā tas darbosies

Tokamaka gredzenā izsmidzina dažus gramus ūdeņraža izotopu – deiteriju un tritiju.

Ūdeņradi uzkarsē līdz dažiem miljoniem grādu, pārvēršot plazmā – jonizētā gāzē, kur elektroni atraujas no atomu kodoliem.

Desmit tonnu smagie magnēti notur plazmu un piešķir tai formu.

Kad temperatūra sasniedz 150 miljonus grādu, desmitreiz karstāk par Sauli, sākas kodoltermiskā reakcija.

Deiterija un tritija atomi saplūst, veidojot vienu hēlija-4 atomu un vienu neitronu, kam piemīt milzīga enerģija.

Neitroni pamet magnētiskās lamatas un ar kinētisko enerģiju uzsilda ūdeni reaktora sienās. Ūdens pārvēršas tvaikā, kas griež turbīnas.