Desarrollo del Programa Internacional de Reactores Experimentales Termonucleares
Como una de las acciones históricas para poner fin a la Guerra Fría, el ex líder soviético Mikhail Gorbachev y el presidente estadounidense Ronald Reagan propusieron en la Cumbre de Ginebra de 1985 que Estados Unidos, la Unión Soviética, Europa y Japón lanzaran conjuntamente el plan del Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER). El objetivo del programa ITER es construir un reactor experimental de fusión Tokamak con combustión autosostenida (es decir, ignición) para explorar en profundidad las cuestiones físicas y de ingeniería de futuros reactores de demostración de fusión y reactores de fusión comerciales.
Inicialmente, en el plan solo se determinó que participaran Estados Unidos, Rusia, Europa y Japón, y era independiente de la Comisión de Energía Atómica de las Naciones Unidas (OIEA), con sede ubicada en Estados Unidos. Japón y Europa. Debido a las inmaduras condiciones científicas y tecnológicas de la época, el diseño preliminar del ITER propuesto por el personal científico y técnico de Sifang en 1996 era muy irrazonable y requería decenas de miles de millones de dólares en inversiones. En 1998, por razones políticas y disputas internas, Estados Unidos anunció su retirada del proyecto ITER en nombre del fortalecimiento de la investigación básica. Europa, Japón y Rusia continuaron cooperando y modificaron significativamente el diseño del reactor experimental, aprovechando la investigación sobre fusión y otros nuevos desarrollos de alta tecnología en la década de 1990. En 2001, el grupo de trabajo conjunto europeo, japonés y ruso completó el nuevo diseño de ingeniería (EDA) del dispositivo ITER y el desarrollo de sus componentes principales. El costo estimado de construcción es de 5 mil millones de dólares (precios de 1998), con un período de construcción de 8 a 10 años y un período de operación de 20 años. Posteriormente, las tres partes organizaron revisiones independientes y todas consideraron que el diseño era razonable y básicamente aceptable.
En 2002, Europa, Japón y Rusia comenzaron a negociar el acuerdo internacional sobre el proyecto ITER y a establecer las organizaciones internacionales correspondientes basadas en EDA, y dieron la bienvenida a China y Estados Unidos para participar en el proyecto ITER. China anunció oficialmente su participación en las negociaciones el 5 de junio y el 38 de octubre de 2003. Más tarde, a finales de junio de 5438, el presidente Bush anunció específicamente que Estados Unidos se reincorporaría al programa ITER, y Corea del Sur fue aceptada para participar en las negociaciones del programa ITER de 2005. Las seis partes antes mencionadas firmaron un acuerdo en junio de 2005 y acordaron por unanimidad construir ITER en Cadarache, el centro francés de investigación de tecnología nuclear, poniendo así fin a la feroz guerra por la elección del emplazamiento. India se unió a las negociaciones del ITER en 2006. Finalmente, el 25 de mayo de 2006, los gobiernos de siete estados miembros rubricaron un acuerdo internacional para construir ITER. Actualmente se está formando la organización internacional y se han determinado los candidatos a Director General y Director General Adjunto. Otros países también están considerando unirse al ITER.
De la inversión total de 5 mil millones de dólares en la construcción del ITER (1998), la Unión Europea invirtió el 46%, y Estados Unidos, Japón, Rusia, China, Corea del Sur e India contribuyeron cada uno con aproximadamente el 9%. . Según el acuerdo, más del 70% de la contribución de China se convertirá en piezas de ITER fabricadas en China, el 10% se convertirá en personal cualificado de la policía china y menos del 20% en divisas deberá pagarse a instituciones internacionales. organizaciones.
Como reactor experimental de energía de fusión, el ITER confinará plasma de alta temperatura compuesto por cientos de millones de grados de deuterio y tritio en una jaula magnética con un volumen de 837 metros cúbicos, produciendo 500.000 kilovatios de potencia de fusión. durante 500 segundos. 500.000 kilovatios de potencia térmica equivalen al nivel de una pequeña central térmica. Esta será la primera vez que los humanos obtengan plasma continuo a alta temperatura para una gran cantidad de reacciones de fusión nuclear en la Tierra, produciendo energía de fusión controlable cercana a la escala de una central eléctrica.
Los trabajos de investigación realizados en el ITER revelarán las características de este plasma de alta temperatura con reacciones de fusión nuclear deuterio-tritio, explorarán sus mecanismos de confinamiento, calentamiento y pérdida de energía, el comportamiento y control óptimo de las condiciones de los límites del plasma. , sentando así una base científica sólida para la futura construcción de reactores comerciales de fusión nuclear. La investigación sobre los cambios y posibles problemas en el proyecto del dispositivo ITER en su conjunto y sus componentes durante la continuación a largo plazo de 500.000 kilovatios de energía de fusión no sólo verificará la viabilidad técnica de la energía de fusión termonuclear controlable, sino que también proporcionará orientación sobre cómo diseñarlo y construirlo en el futuro. Los reactores de fusión proporcionan información esencial.
La construcción, operación e investigación experimental de ITER es un paso necesario para que la humanidad desarrolle la energía de fusión. Puede determinar directamente el diseño y la construcción de centrales eléctricas de demostración de fusión reales (demostración) y promover aún más el desarrollo. de centrales eléctricas comerciales de múltiples subestaciones. Lograrlo más rápido.
El dispositivo ITER es un dispositivo tokamak superconductor capaz de producir reacciones de fusión nuclear a gran escala. El centro del dispositivo es un anillo de plasma de deuterio-tritio de alta temperatura con una corriente de plasma de 15 mA. La potencia de la reacción de fusión nuclear alcanza los 500.000 kilovatios y libera hasta 1.020 neutrones de alta energía por segundo. El anillo de plasma se encuentra en la vaina anular de la envoltura protectora, que absorberá 500.000 kilovatios de potencia térmica y todos los neutrones producidos por la reacción de fusión nuclear.
Fuera del revestimiento hay una enorme cámara de vacío anular. Hay un deflector en el lado inferior conectado a la cámara de vacío, que puede descargar el gas residual después de la reacción nuclear. La cámara de vacío pasa a través de 16 grandes bobinas de campo toroidales superconductoras (es decir, bobinas de campo longitudinales).
El imán superconductor en forma de anillo generará un fuerte campo magnético en forma de anillo de 5,3 Tesla, que es uno de los componentes clave del dispositivo y vale más de 1.200 millones de dólares estadounidenses.
Pasando por el centro del anillo hay un enorme cilindro de bobina superconductora (solenoide central). Fuera de la bobina de campo del anillo, también hay 6 grandes bobinas superconductoras en forma de anillo, es decir, bobinas de campo polar. El solenoide central y la bobina de campo poloidal se utilizan para generar la corriente de plasma y controlar la estructura del plasma.
El sistema anterior está completamente encerrado en una gran botella Dewar, que se ubica en la base para formar el cuerpo del reactor experimental.
Cuatro aceleradores de partículas de alta corriente de 10 MW, un sistema de ondas milimétricas estables de 10 MW, un sistema de ondas de radiofrecuencia de 20 MW y decenas de sistemas avanzados de medición de diagnóstico de plasma se distribuyen fuera del cuerpo.
El sistema completo también incluye: un gran sistema de suministro de energía, un gran dispositivo de tritio, un gran sistema de suministro de agua (incluida agua desionizada), un gran sistema de alto vacío, un gran sistema criogénico de nitrógeno líquido y helio líquido, etc.
Todos los posibles ajustes y mantenimiento en el interior del ITER se realizan mediante robots o robots controlados remotamente.
El dispositivo ITER no solo incorpora los últimos resultados de la investigación internacional sobre energía de fusión, sino que también integra algunas de las mejores tecnologías del mundo en diversos campos, como la tecnología de grandes imanes superconductores y la tecnología de aceleradores de alta corriente y energía media. Y tecnología continua de ondas milimétricas de alta potencia, tecnología de control remoto compleja, etc.
El 25 de septiembre de 2013 (hora de Beijing), el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore informó que el láser más grande del mundo, el National Ignition Facility (NIF), conocido como el “sol artificial”, se está acercando cada vez más a su El objetivo es mostrar que un reactor de fusión nuclear sostenible está pasando del sueño a la realidad. Sin embargo, todavía queda un obstáculo importante que superar antes de que la instalación pueda alcanzar un alto grado de estabilidad.