Іван Павленко

1. May 1, 2017
Павленко Іван
Харківський національний університет
ім. В.Н.Каразіна
Сучасний стан розвитку
термоядерних досліджень
НА ШЛЯХУ ДО ТЕРМОЯДЕРНОЇНА ШЛЯХУ ДО ТЕРМОЯДЕРНОЇ
ЕНЕРГЕТИКИЕНЕРГЕТИКИ

2. May 1, 2017
Сьогодення:
• 4 атомні електростанції та 15 енергоблоків;
• виробляють (у різні роки) від четвертини до половини
електроенергії в України;
• працюють на керованій ланцюговій реакції ділення важких
ядер.
Актуальні проблеми функціювання галузі:
• пальне для ядерних реакторів (Україна, на щастя, має
родовища, але вони відносно бідні на уранову руду);
• утилізація відпрацьованого палива (шалені гроші і, донедавна,
тільки через експорт до сусідньої держави);
• безпекові питання (Чорнобильська катастрофа та її наслідки
разом з новими посиленими вимогами).
ЯДЕРНА (АТОМНА) ЕНЕРГЕТИКА
УКРАЇНИ

3. May 1, 2017
Вагома відмінність:
ядерні реакції можуть
бути некерованими, але
термоядерні не можуть.
ЯДЕРНІ ТА ТЕРМОЯДЕРНІ РЕАКЦІЇ
• природа влаштована так, що
важким ядрам енергетично вигідно
розвалюватися (реакції поділу), а
легким ядрам- об’єднуватись (реакції
синтезу);
•це відбувається за певних умов, але
в результаті виділяється колосальна
енергія;
• питома енергія зв’язку — робота,
яку треба здійснити над ядром, щоб
розділити його на окремі нуклони,
віднесена до одного нуклона.

4. May 1, 2017
Переваги над ядерними реакціями:
• саме паливо не є радіоактивним;
• нема радіоактивних продуктів реакції;
• існує поняття “ядерного тероризму”, але не може існувати
поняття “термоядерного тероризму”.
ТЕРМОЯДЕРНІ РЕАКЦІЇ
• бажано, щоб паливо було якомога
доступнішим у природі;
• бажано мати паливо у газоподібному
стані;
• бажано не мати серед продуктів
реакції нейтрони.

5. May 1, 2017
Графік показує, що найбільш доступною є термоядерна реакція
важких ізотопів водню: дейтерія та тритія.
Недоліком цієї реакції є утворення нейтронів, але “сусідня”
реакція дейтерія з гелієм відбувається за значно вищих
температур.
УМОВИ ДЛЯ ТЕРМОЯДЕРНИХ
РЕАКЦІЙ
• для можливості термоядерної реакції
паливо має бути нагрітим до високої
температури, коли речовина перебуває
у стані іонізованого газу (плазми);
•критерій Лоусона — як довго плазму
заданої густини требу утримувати при
заданій температурі, щоб розпочалася
термоядерна реакція.

6. May 1, 2017
ТЕРМОЯДЕРНЕ ПАЛИВО
СЬОГОДЕННЯ
• сьогоднішні експерименти базуються
саме на реакції дейтерій- тритій, тому
проблема існування нейтронів є
надзвичайно актуальною;
• і, насправді, найбільшою
технологічною проблемою побудови
ядерного реактора є саме створення
матеріалів, які є стійкими до потужних
потоків нейтронів;
• принципова можливість такого
керованого синтезу була
продемонстрована ще 20 років тому.

7. May 1, 2017
ПРИНЦИПИ ТЕРМОЯДЕРНИХ
РЕАКТОРІВ
• експериментальні термоядерні реактори бувають двох типів:
токамаки та стеларатори;
• відрізняються способом створення сильного магнітного поля,
яке утримує плазму;
• історично токамаки першими підійшли по термоядерних
параметрів плазми, хоча перевагою стелараторів є
стаціонарний режим роботи.

8. May 1, 2017
СУЧАСНИЙ ТЕРМОЯДЕРНИЙ
РЕАКТОР JET
• експериментальний реактор JET (Joint European
Torus);
• працює у Великій Британії біля Оксфорду з 1984
року;
• вперше отримана керована термоядерна реакція на
ізотопах водню з перевищенням енергії виходу над
енергією витрат;
• найбільший на Землі термоядерний реактор типу
токамак, який відпрацьовує технології для роботи
реактора ITER.

9. May 1, 2017
ЦЕРЕМОНІЯ ВІДКРИТТЯ ТОКАМАКУ JET

10. May 1, 2017
ТЕРМОЯДЕРНИЙ РЕАКТОР ITER
• ITER (International Thermonuclear
Experimental Reactor);
• міжнародний проект, який включає 6 країн та
Європейський союз;
• загальна вартість проекту: 15 мільярдів євро;
• місце розташування: французький центр
ядерних досліджень Cadarache на плоскогір’ї
південних Альп;
• перший експериментальний реактор, який має
виробляти більше енергії, ніж затрачено на його
роботу;
• вихід на повну потужність роботи до 2025 року

11. May 1, 2017
ПОДАЛЬШІ ПЛАНИ З
ТЕРМОЯДЕРНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
• проект DEMO як перший
експериментальний реактор, придатний до
промислового використання;
• погодження проекту та його основних
конструкційних та технологічних
параметрів — до 2035 року;
• будівництво та вихід реактора на
запланований режим роботи — до 2045
року;
• перша промислова термоядерна
електростанція — біля 2055 року.

12. May 1, 2017
• термоядерний реактор
стелараторного типу Wendelstein
7-X;
• знаходиться поблизу німецького
містечка Greifswald на узбережжі
Балтійського моря;
ТЕРМОЯДЕРНИЙ РЕАКТОР WENDELSTEIN 7-X
• зараз — початкова стадія роботи реактора з розрядами
тривалістю до 1 хвилини і потужністю до 8 мегават;
• до 2019 року — підготовка до основної стадії роботи реактора;
• біля 2020 року — основна стадія роботи реактора в
енергетичному режимі 10 мегават тривалістю біля 30 хвилин.

13. May 1, 2017
ТЕРМОЯДЕРНІ ДОСЛІДЖЕННЯ В
УКРАЇНІ
• провідна установа з
експериментальних та теоретичних
досліджень в області керованого
термоядерного синтезу —
Національний науковий центр
“Харківський фізико- технічний
інститут”;
• працюють два термоядерні реактори
стелараторного типу: Ураган-2М та
Ураган-3М;
• галузева міжнародна конференція
відбувається один раз на два роки.

14. May 1, 2017
• профільна підготовка кадрів
відбувається на фізико- технічному
факультеті Харківського національного
університету ім. В.Н.Каразіна;
• 4 кафедри щороку випускають близько
50 спеціалістів у різних галузях ядерної
фізики, у тому числі одна кафедра
спеціалізується саме на термоядерних
дослідженнях;
• близько чверті випускників зразу ж
продовжують навчання за фахом у
провідних університетах та наукових
лабораторіях світу.
ПІДГОТОВКА В УКРАЇНІ КАДРІВ
ДЛЯ ТЕРМОЯДЕРНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

15. May 1, 2017
• у 2016 році Україна стала
повноправним членом EuroFusion;
• EuroFusion (www.euro-fusion.org)
— загальноєвропейський
консорціум, який координує
зусилля об’єднаної Європи на
шляху термоядерних досліджень;
• загальний бюджет складає 850
мільйонів євро на п’ять років
(2014-2018 роки);
• українці мають право подавати
заявки та брати участь у
загальноєвропейських програмах.
ЗАГАЛЬНОЄВРОПЕЙСЬКЕ
ДОСЛІДНИЦЬКЕ ПОЛЕ
European Consortium
for the Development
of Fusion Energy

16. May 1, 2017
ЗАГАЛЬНОЄВРОПЕЙСЬКА
ПІДГОТОВКА КАДРІВ
• FUSENET (www.fusenet.eu) — загальноєвропейська асоціація,
яка підтримує підготовку та тренування кадрів для
термоядерних досліджень;
• членами асоціації є університети та дослідницькі установи, у
тому числі і ХНУ ім. В.Н.Каразіна;
• фінансова підтримка форумів, конференцій, літніх шкіл;
• координація та співпраця університетів в питаннях підготовки
дипломних робіт та захисту докторських дисертацій.

17. May 1, 2017
• FUSION-EP (
www.em-master-fusion.org) та
FUSION-DC (www.em-fusion-dc.org)
— консорціум європейських
університетів для отримання
диплома рівня “мастер” та
докторського ступеня відповідно в
області термоядерних досліджень;
• Україна вже є асоційованим
партнером зазначених програм
Erasmus Mundus з керованого
термоядерного синтезу;
• заявки на навчання можуть
подавати усі бажаючі, але, звичайно,
є певні профільні вимоги.
ЗАГАЛЬНОЄВРОПЕЙСЬКА
ПІДГОТОВКА КАДРІВ
European Master of Science
in Nuclear Fusion and
Engineering Physics

18. May 1, 2017
НЕСТАЧА КАДРІВ ТА НЕОБМЕЖЕНІ
МОЖЛИВОСТІ
• загальною тенденцією термоядерних досліджень як для
України, так і для Європи в цілому, є нестача кадрів;
• підготовка висококваліфікованого співробітника займає
більше десяти років;
• фінансування завжди здається недостатнім, але, насправді,
фінансуються усі перспективні розробки;
• молодь долучається безпосередньо як до проведення
експериментів, так і до теоретичної роботи;
• як і деінде, останнім часом існує величезний попит на
комп’ютерне моделювання фізичних процесів та числову
обробку експериментальних даних.

19. May 1, 2017
• на сьогоднішній день немає більш амбіційних викликів
науковцям, ніж створення промислового реактора;
• результатом довготривалих та, як дехто вважає, безуспішних
десятилітніх спроб науковців створити промисловий
термоядерний реактор є небачені до цього часу успіхи у
створенні: матеріалів, що витримують потужні нейтронні
потоки; сильних магнітних полів з використанням
надпровідників; диверторних систем з рідкого металу; систем
діагностики та управління, що працюють у режимі реального
часу; числового моделювання різнопланових процесів, що
відбуваються у реакторі;
• бажаючим долучитися до термоядерних досліджень доведеться
на практиці застосувати ті знання, які накопичило людство за
історію свого існування.
ТЕРМОЯДЕРНА ЕНЕРГЕТИКА: КАЗКОВЕ
МАЙБУТНЄ, ЯКЕ НАБЛИЖАЄМО МИ

20. May 1, 2017
www.bbc.co.uk
www.euro-fusion.org
www.fusenet.eu
www.em-master-fusion.org
www.em-fusion-dc.org
www.kipt.kharkov.ua
www.univer.kharkov.ua
ПІД ЧАС ПІДГОТОВКИ ДОПОВІДІ БУЛО
ВИКОРИСТАНО ІНФОРМАЦІЙНІ РЕСУРСИ ТА
ЗОБРАЖЕННЯ З НАСТУПНИХ САЙТІВ:

21. May 1, 2017
Дякую за увагу!