Və birləşmə?

Ötən ilin sonunda çinli mütəxəssislər tərəfindən sintez üçün reaktorun tikintisi ilə bağlı xəbərlər sensasiyalı səsləndi (1). Çinin dövlət mediası Çenqdudakı tədqiqat mərkəzində yerləşən HL-2M qurğusunun 2020-ci ildə istifadəyə veriləcəyini bildirib. Mediada yayılan xəbərlərin tonu göstərirdi ki, termonüvə birləşməsinin tükənməz enerjisinə çıxış məsələsi həmişəlik həll olunub.

Detallara daha yaxından baxmaq optimizmi soyutmağa kömək edir.

Nowy tokamak tipli aparatİndiyə qədər məlum olanlardan daha təkmil dizayna malik olan 200 milyon dərəcə Selsidən yuxarı temperaturda plazma yaratmalıdır. Bu barədə Çin Milli Nüvə Korporasiyasının Cənub-Qərb Fizika İnstitutunun rəhbəri Duan Xiuru mətbuata açıqlamasında bildirib. Cihaz layihədə çalışan çinlilərə texniki dəstək verəcək Beynəlxalq termonüvə eksperimental reaktoru (ITER)eləcə də tikinti.

Ona görə də hesab edirəm ki, bu, çinlilər tərəfindən yaradılsa da, hələ enerji inqilabı deyil. reaktor KhL-2M bu günə qədər çox az şey məlumdur. Bu reaktorun proqnozlaşdırılan istilik məhsuldarlığının nə olduğunu və ya nüvə sintezi reaksiyasını həyata keçirmək üçün hansı enerji səviyyələrinin lazım olduğunu bilmirik. Biz ən vacib şeyi bilmirik - Çin sintez reaktoru müsbət enerji balansına malik bir dizayndır, yoxsa bu, sintez reaksiyasına imkan verən, lakin eyni zamanda "alovlanma" üçün daha çox enerji tələb edən başqa bir eksperimental sintez reaktorudur? reaksiyalar nəticəsində əldə edilə bilən enerji.

Beynəlxalq səy

Çin, Avropa İttifaqı, ABŞ, Hindistan, Yaponiya, Cənubi Koreya və Rusiya ilə birlikdə ITER proqramının üzvləridir. Bu, yuxarıda adı çəkilən ölkələr tərəfindən maliyyələşdirilən hazırkı beynəlxalq tədqiqat layihələrinin ən bahalısıdır və təxminən 20 milyard ABŞ dollarıdır. O, Soyuq Müharibə dövründə Mixail Qorbaçov və Ronald Reyqan hökumətləri arasında əməkdaşlıq nəticəsində açılıb və uzun illər sonra 2006-cı ildə bütün bu ölkələrin imzaladığı müqaviləyə daxil edilib.

2. İTER tokamakın tikinti sahəsində

Fransanın cənubundakı Cadarache şəhərindəki ITER layihəsi (2) dünyanın ən böyük tokamakını, yəni elektromaqnitlərin yaratdığı güclü maqnit sahəsindən istifadə edərək ram edilməli olan plazma kamerasını hazırlayır. Bu ixtira 50-60-cı illərdə Sovet İttifaqı tərəfindən hazırlanmışdır. Layihə meneceri, Lavan Koblenz, təşkilatın 2025-ci ilin dekabrına qədər "ilk plazma" alması lazım olduğunu açıqladı. ITER hər dəfə təxminən 1 min insan üçün termonüvə reaksiyasını dəstəkləməlidir. saniyə, güc qazanır 500-1100 MVt. Müqayisə üçün qeyd edək ki, bu günə qədər Britaniyanın ən böyük tokamakı, JET (birgə Avropa torus), bir neçə on saniyə ərzində reaksiya saxlayır və güclənir 16 MW. Bu reaktorda enerji istilik şəklində buraxılacaq - onun elektrik enerjisinə çevrilməsi nəzərdə tutulmur. Layihə yalnız tədqiqat məqsədləri üçün nəzərdə tutulduğundan, qaynama gücünün şəbəkəyə çatdırılmasından söhbət gedə bilməz. Yalnız İTER əsasında gələcək nəsil termonüvə reaktorları tikiləcək və gücə çatacaq. 3-4 min MVt.

Normal füzyon elektrik stansiyalarının hələ də mövcud olmamasının əsas səbəbi (altmış ildən çox davam edən geniş və bahalı tədqiqatlara baxmayaraq) plazmanın davranışını idarə etmək və "idarə etmək" çətinliyidir. Bununla belə, illərlə aparılan təcrübələr bir çox qiymətli kəşflər verdi və bu gün birləşmə enerjisi həmişəkindən daha yaxın görünür.

Helium-3 əlavə edin, qarışdırın və qızdırın

ITER qlobal füzyon tədqiqatının əsas diqqət mərkəzindədir, lakin bir çox tədqiqat mərkəzləri, şirkətlər və hərbi laboratoriyalar klassik yanaşmadan kənara çıxan digər füzyon layihələri üzərində də işləyirlər.

Məsələn, son illərdə aparılan Massaçusets Texnologiya İnstitutundan ilə təcrübələr aparır Helem-3 tokamak da daxil olmaqla həyəcan verici nəticələr verdi enerjinin on qat artması plazma ionu. Massaçusets Texnologiya İnstitutunda C-Mod tokamak üzərində eksperimentlər aparan alimlər Belçika və Böyük Britaniyadan olan mütəxəssislərlə birlikdə tərkibində üç növ ion olan yeni növ termonüvə yanacağı hazırlayıblar. Komanda Alcatel C-Mod (3) hələ 2016-cı ilin sentyabrında bir araşdırma apardı, lakin bu təcrübələrdən əldə edilən məlumatlar yalnız bu yaxınlarda təhlil edildi və plazma enerjisində böyük bir artım aşkar edildi. Nəticələr o qədər ümidverici idi ki, dünyanın ən böyük əməliyyat sintezi laboratoriyası olan Böyük Britaniyada JET-i idarə edən elm adamları təcrübələri təkrarlamaq qərarına gəldilər. Enerjidə də eyni artım əldə edildi. Tədqiqatın nəticələri Nature Physics jurnalında dərc olunub.

3. Tokamak Alcator C-Mod işləyir

Nüvə yanacağının səmərəliliyinin artırılmasının açarı heliumun sabit izotopu olan helium-3-ün iz miqdarının iki əvəzinə bir neytronla əlavə edilməsi idi. Alcator C metodunda istifadə edilən nüvə yanacağı əvvəllər yalnız iki növ ion, deyteri və hidrogendən ibarət idi. Nüvəsində neytron olan hidrogenin sabit izotopu olan deyterium (neytronu olmayan hidrogendən fərqli olaraq) yanacağın təxminən 95%-ni təşkil edir. Plazma Tədqiqat Mərkəzinin və Massaçusets Texnologiya İnstitutunun (PSFC) alimləri adlanan bir prosesdən istifadə ediblər. RF istilik. Tokamakın yanındakı antenalar hissəcikləri həyəcanlandırmaq üçün xüsusi radiotezlikdən istifadə edir və dalğalar hidrogen ionlarını “hədəf” etmək üçün kalibrlənir. Hidrogen yanacağın ümumi sıxlığının kiçik bir hissəsini təşkil etdiyinə görə, ionların yalnız kiçik bir hissəsinin isitmə üzərində cəmlənməsi həddindən artıq enerji səviyyələrinə çatmağa imkan verir. Bundan əlavə, stimullaşdırılmış hidrogen ionları qarışıqda üstünlük təşkil edən deyterium ionlarına keçir və bu şəkildə əmələ gələn hissəciklər istilik buraxaraq reaktorun xarici qabığına daxil olur.

Helium-3 ionları qarışığa 1%-dən az miqdarda əlavə edildikdə bu prosesin səmərəliliyi artır. Bütün radio isitməni az miqdarda helium-3 üzərində cəmləşdirməklə alimlər ionların enerjisini meqaelektronvolta (MeV) yüksəltdilər.

İlk gələn - ilk xidmət Rus dilində ekvivalent: Gec qonaq və sümük yemək

Son bir neçə il ərzində idarə olunan füzyon işi dünyasında elm adamlarının və hamımızın nəhayət enerjinin "Müqəddəs Grail"inə çatmaq ümidlərini yenidən alovlandıran bir çox inkişaflar olmuşdur.

Yaxşı siqnallara, digərləri ilə yanaşı, ABŞ Enerji Departamentinin (DOE) Princeton Plazma Fizikası Laboratoriyasının (PPPL) kəşfləri daxildir. Radiodalğalar, termonüvə reaksiyalarının “dondurulması” prosesində həlledici əhəmiyyət kəsb edə bilən plazma pozğunluqlarını əhəmiyyətli dərəcədə azaltmaq üçün böyük müvəffəqiyyətlə istifadə edilmişdir. 2019-cu ilin mart ayında eyni tədqiqat qrupu, sınaq reaktorunun daxili divarlarının elektronikada tez-tez istifadə olunan batareyalardan yaxşı tanınan bir material olan litium ilə örtüldüyü litium tokamak təcrübəsini bildirdi. Alimlər qeyd ediblər ki, reaktorun divarlarındakı litium örtük səpələnmiş plazma hissəciklərini udur, onların yenidən plazma buluduna əks olunmasının qarşısını alır və termonüvə reaksiyalarına müdaxilə edir.

4. TAE Technologies layihəsinin vizuallaşdırılması

Böyük nüfuzlu elmi qurumların alimləri öz bəyanatlarında hətta ehtiyatlı optimistlərə çevriliblər. Son zamanlar özəl sektorda idarə olunan birləşmə üsullarına maraqda da böyük artım olmuşdur. 2018-ci ildə Lockheed Martin növbəti onillik ərzində kompakt birləşmə reaktorunun (CFR) prototipini inkişaf etdirmək planını açıqladı. Şirkətin üzərində işlədiyi texnologiya işləsə, yük maşını ölçüsündə bir cihaz 100 kvadrat metrlik bir cihazın ehtiyaclarını ödəmək üçün kifayət qədər elektrik enerjisi təmin edə biləcək. şəhər sakinləri.

Digər şirkətlər və tədqiqat mərkəzləri TAE Technologies və Massaçusets Texnologiya İnstitutu da daxil olmaqla, ilk real sintez reaktorunu kimin qura biləcəyini görmək üçün yarışırlar. Hətta Amazon-dan Jeff Bezos və Microsoft-dan Bill Gates də son vaxtlar birləşmə layihələrində iştirak ediblər. NBC News bu yaxınlarda ABŞ-da on yeddi kiçik füzyon şirkəti saydı. General Fusion və ya Commonwealth Fusion Systems kimi startaplar innovativ superkeçiricilərə əsaslanan daha kiçik reaktorlara diqqət yetirirlər.

"Soyuq birləşmə" anlayışı və böyük reaktorlara alternativlər, təkcə tokamaklar deyil, həm də sözdə. ulduzçular, bir az fərqli dizaynla, o cümlədən Almaniyada tikilmişdir. Fərqli yanaşma axtarışları da davam edir. Buna misal olaraq adlandırılan cihazı göstərmək olar Z-çimdik, Vaşinqton Universitetinin alimləri tərəfindən qurulmuş və Physics World jurnalının son saylarından birində təsvir edilmişdir. Z-çimdik plazmanı güclü maqnit sahəsində tutaraq və sıxaraq işləyir. Təcrübədə plazmanı 16 mikrosaniyə ərzində sabitləşdirmək mümkün olub və birləşmə reaksiyası bu vaxtın təxminən üçdə birində davam edib. Nümayiş kiçik miqyaslı sintezin mümkün olduğunu nümayiş etdirməli idi, baxmayaraq ki, bir çox elm adamları hələ də buna ciddi şübhə edirlər.

Öz növbəsində, Google-un və qabaqcıl texnologiyalarla məşğul olan digər investorların dəstəyi sayəsində Kaliforniya şirkəti TAE Technologies füzyon ilə təcrübələr üçün tipik olandan fərqli istifadə edir, bor yanacaq qarışığı, əvvəlcə sözdə füzyon raket mühərriki məqsədi ilə daha kiçik və daha ucuz reaktorlar hazırlamaq üçün istifadə edilmişdir. Prototip silindrik birləşmə reaktoru (4) iki plazma halqası yaratmaq üçün hidrogen qazını qızdıran əks şüalarla (CBFR). Onlar inert hissəciklər dəstələri ilə birləşir və plazmanın enerjisini və davamlılığını artırmalı olan belə bir vəziyyətdə saxlanılır.

Kanadanın Britaniya Kolumbiyası əyalətindən olan başqa bir füzyon startapı General Fusion Ceff Bezosun özünün dəstəyini alır. Sadə dillə desək, onun konsepsiyası polad topun içərisindəki maye metal topa (litium və qurğuşun qarışığı) isti plazma vurmaqdan ibarətdir, bundan sonra plazma dizel mühərrikinə bənzər pistonlarla sıxılır. Yaradılan təzyiq birləşməyə gətirib çıxarmalıdır ki, bu da yeni növ elektrik stansiyasının turbinlərini gücləndirmək üçün böyük miqdarda enerji buraxacaq. General Fusion şirkətinin baş texnologiya direktoru Mayk Delaj deyir ki, kommersiya nüvə sintezi on ildən sonra debüt edə bilər.

5. ABŞ Hərbi Dəniz Qüvvələrinin termonüvə patentindən illüstrasiya.

Bu yaxınlarda ABŞ Hərbi Dəniz Qüvvələri də "plazma birləşmə cihazı" üçün patent verib. Patent "sürətlənmiş vibrasiya" yaratmaq üçün maqnit sahələrindən bəhs edir (5). İdeya portativ ola biləcək qədər kiçik füzyon reaktorları qurmaqdır. Söz yox ki, bu patent müraciəti şübhə ilə qarşılandı.