Ал бірігу?

Өткен жылдың аяғында қытайлық мамандардың синтезге арналған реактор салуы туралы хабарлар сенсациялық болып шықты (1). Қытайдың мемлекеттік ақпарат құралдары Чэнду қаласындағы ғылыми-зерттеу орталығында орналасқан HL-2M нысанының 2020 жылы пайдалануға берілетінін хабарлады. Бұқаралық ақпарат құралдарының хабарлары термоядролық синтездің сарқылмайтын энергиясына қол жеткізу мәселесі мәңгілікке шешілгенін көрсетті.

Мәліметтерге мұқият қарау оптимизмді салқындатуға көмектеседі.

жаңа токамак типті аппарат, осы уақытқа дейін белгілі болғаннан анағұрлым жетілдірілген дизайнымен 200 миллион градус Цельсийден жоғары температурада плазма жасау керек. Бұл туралы Қытай ұлттық ядролық корпорациясының Оңтүстік-батыс физика институтының басшысы Дуан Сиуру пресс-релизінде мәлімдеді. Құрылғы жобада жұмыс істеп жатқан қытайлықтарға техникалық қолдау көрсетеді Халықаралық термоядролық тәжірибелік реактор (ITER)сонымен қатар құрылыс.

Сондықтан бұл әлі энергетикалық революция емес деп ойлаймын, тіпті оны қытайлар жасаған. реактор KhL-2M әзірге аз белгілі. Біз бұл реактордың болжамды жылу өнімділігі қандай екенін және ондағы ядролық синтез реакциясын жүргізу үшін қандай энергия деңгейі қажет екенін білмейміз. Біз ең маңыздысын білмейміз - қытайлық термоядролық реактор оң энергия балансы бар конструкция ма, әлде бұл синтез реакциясына мүмкіндік беретін басқа эксперименттік термоядролық реактор ма, бірақ сонымен бірге «жану» үшін энергияға қарағанда көбірек энергия қажет етеді. реакциялар нәтижесінде алуға болатын энергия.

Халықаралық күш

Қытай Еуропалық Одақ, АҚШ, Үндістан, Жапония, Оңтүстік Корея және Ресеймен бірге ITER бағдарламасына мүше. Бұл жоғарыда аталған елдер қаржыландыратын қазіргі халықаралық зерттеу жобаларының ішіндегі ең қымбаты, құны шамамен 20 миллиард АҚШ доллары. Ол қырғи-қабақ соғыс кезінде Михаил Горбачев пен Рональд Рейган үкіметтерінің ынтымақтастығы нәтижесінде ашылып, көп жылдардан кейін 2006 жылы осы елдердің барлығы қол қойған шартқа қосылды.

2. ИТЕР токамак құрылыс алаңында

Францияның оңтүстігіндегі Кадараш қаласындағы ITER жобасы (2) әлемдегі ең үлкен токамакты, яғни электромагниттер тудыратын қуатты магнит өрісінің көмегімен реттелуі керек плазмалық камераны жасауда. Бұл өнертабысты Кеңес Одағы 50-60-шы жылдары жасаған. Жоба менеджері, Лаван Кобленц, ұйым 2025 жылдың желтоқсанына дейін «алғашқы плазманы» алуы керек деп жариялады. ITER әр уақытта шамамен 1 мың адамға термоядролық реакцияны қолдауы керек. секунд, күш алу 500-1100 МВт. Салыстыру үшін, бүгінгі күнге дейін ең үлкен британдық токамак, JET (біріккен еуропалық торус), реакцияны бірнеше ондаған секунд сақтайды және күшіне дейін жетеді 16 МВт. Бұл реактордағы энергия жылу түрінде шығарылады - оны электр энергиясына айналдыруға болмайды. Торға термоядролық қуатты жеткізу мүмкін емес, өйткені жоба тек зерттеу мақсаттарына арналған. Тек ITER негізінде термоядролық реакторлардың болашақ ұрпағы салынып, қуаттылыққа жетеді. 3-4 тыс. МВт.

Қалыпты термоядролық электр станцияларының әлі де жоқ болуының негізгі себебі (алпыс жылдан астам ауқымды және қымбат зерттеулерге қарамастан) плазманың әрекетін бақылау және «басқару» қиындығы болып табылады. Дегенмен, көптеген жылдар бойы жүргізілген эксперименттер көптеген құнды жаңалықтарды берді және бүгін синтез энергиясы бұрынғыдан да жақынырақ көрінеді.

Гелий-3 қосып, араластырыңыз және қыздырыңыз

ITER жаһандық термоядролық зерттеулердің негізгі бағыты болып табылады, бірақ көптеген ғылыми орталықтар, компаниялар мен әскери зертханалар классикалық тәсілден ауытқыған басқа термоядролық жобалармен де жұмыс істейді.

Мысалы, соңғы жылдары жүргізілген Массачусетс технологиялық институтынан эксперименттер Руль-3 токамак бойынша қызықты нәтижелер берді, соның ішінде энергияның он есе артуы плазмалық ион. Массачусетс технологиялық институтында C-Mod токамакта тәжірибе жүргізіп жатқан ғалымдар Бельгия және Ұлыбритания мамандарымен бірлесіп, құрамында үш түрлі ион бар термоядролық отынның жаңа түрін жасап шығарды. Команда Alcator C-Mod (3) 2016 жылдың қыркүйегінде зерттеу жүргізді, бірақ бұл эксперименттердің деректері жақында ғана талданып, плазма энергиясының үлкен өсуін көрсетті. Нәтижелердің жігерлендіретіні соншалық, Ұлыбританиядағы әлемдегі ең үлкен жұмыс істейтін термоядролық синтез зертханасын басқаратын ғалымдар эксперименттерді қайталауды ұйғарды. Дәл осындай өсім энергияға қол жеткізілді. Зерттеу нәтижелері Nature Physics журналында жарияланған.

3. Tokamak Alcator C-Mod жұмыс істейді

Ядролық отынның тиімділігін арттырудың кілті екі нейтронның орнына бір нейтронмен гелийдің тұрақты изотопы болып табылатын гелий-3-тің іздік мөлшерін қосу болды. Alcator C әдісінде қолданылған ядролық отынның құрамында бұрын иондардың екі түрі ғана болды, дейтерий мен сутегі. Дейтерий, ядросында нейтрон бар сутегінің тұрақты изотопы (нейтронсыз сутегіге қарағанда) отынның шамамен 95% құрайды. Плазма зерттеу орталығының және Массачусетс технологиялық институтының (PSFC) ғалымдары деп аталатын процесті қолданды. РЖ жылыту. Токамактың жанындағы антенналар бөлшектерді қоздыру үшін белгілі бір радиожиілікті пайдаланады, ал толқындар сутегі иондарын «нысана» алу үшін калибрленеді. Сутегі отынның жалпы тығыздығының аз ғана бөлігін құрайтындықтан, қыздыруға иондардың аз ғана бөлігін шоғырландыру экстремалды энергия деңгейіне жетуге мүмкіндік береді. Әрі қарай стимуляцияланған сутегі иондары қоспада басым болатын дейтерий иондарына өтеді, ал осылай түзілген бөлшектер реактордың сыртқы қабығына еніп, жылуды бөледі.

Бұл процестің тиімділігі қоспаға 3%-дан аз мөлшерде гелий-1 иондарын қосқанда артады. Барлық радиожылытуды аздаған гелий-3 мөлшеріне шоғырландыру арқылы ғалымдар иондардың энергиясын мегаэлектронвольтқа (МэВ) дейін көтерді.

Бірінші келген – бірінші беріледі Орыс тіліндегі баламасы: Кеш қонақ пен сүйекті жеу

Соңғы бірнеше жылда басқарылатын синтездік жұмыс әлемінде ғалымдардың және бәріміздің энергияның «Қасиетті Граилға» жетуге деген үмітін оятқан көптеген оқиғалар болды.

Жақсы сигналдарға, басқалармен қатар, АҚШ Энергетика министрлігінің (DOE) Принстон плазма физикасы зертханасының (PPPL) жаңалықтары жатады. Радиотолқындар термоядролық реакцияларды «кию» процесінде шешуші маңызы бар плазмалық бұзылулар деп аталатындарды айтарлықтай азайту үшін үлкен табыспен қолданылды. Дәл осы зерттеу тобы 2019 жылдың наурыз айында литий токамак тәжірибесі туралы хабарлады, онда сынақ реакторының ішкі қабырғалары электроникада жиі қолданылатын батареялардан жақсы белгілі материал литиймен қапталған. Ғалымдар реактор қабырғаларындағы литий қаптамасының шашыраңқы плазма бөлшектерін сіңіріп, олардың плазмалық бұлтқа кері шағылысуына және термоядролық реакцияларға кедергі келтіретініне назар аударды.

4. TAE Technologies жобасының визуализациясы

Ірі беделді ғылыми мекемелердің ғалымдары өз мәлімдемелерінде тіпті сақтықпен оптимистерге айналды. Жақында жеке секторда басқарылатын термоядролық синтез әдістеріне деген қызығушылықтың үлкен өсуі байқалды. 2018 жылы Lockheed Martin алдағы онжылдықта жинақы синтез реакторының (CFR) прототипін жасау жоспарын жариялады. Егер компания жұмыс істеп жатқан технология жұмыс істесе, жүк көлігіндегі құрылғы 100 XNUMX шаршы фут құрылғының қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін жеткілікті электр қуатын қамтамасыз ете алады. қала тұрғындары.

Басқа компаниялар мен зерттеу орталықтары TAE Technologies және Массачусетс технологиялық институтын қоса алғанда, алғашқы шынайы термоядролық реакторды кім жасай алатынын білу үшін бәсекеге түсуде. Тіпті Amazon компаниясының Джефф Безос пен Майкрософттың Билл Гейтстері жақында бірігу жобаларына араласты. Жақында NBC News АҚШ-тағы он жеті шағын ғана фьюжн компанияларын санады. General Fusion немесе Commonwealth Fusion Systems сияқты стартаптар инновациялық асқын өткізгіштерге негізделген кішірек реакторларға назар аударады.

«Суық синтез» тұжырымдамасы және үлкен реакторларға балама, тек токамактар ​​ғана емес, сонымен қатар деп аталатындар. жұлдызшылар, сәл басқа дизайнмен, соның ішінде Германияда салынған. Басқа тәсілді іздеу де жалғасуда. Бұған мысал деп аталатын құрылғыны келтіруге болады Z-шымшу, Вашингтон университетінің ғалымдары салған және Physics World журналының соңғы нөмірлерінің бірінде сипатталған. Z-шымшу қуатты магнит өрісінде плазманы ұстау және қысу арқылы жұмыс істейді. Тәжірибеде плазманы 16 микросекундқа тұрақтандыру мүмкін болды, ал синтез реакциясы осы уақыттың шамамен үштен бір бөлігіне созылды. Демонстрация кішігірім синтездің мүмкін екенін көрсетуі керек еді, дегенмен көптеген ғалымдар бұған әлі де күмән келтіреді.

Өз кезегінде, Google-дың және озық технологиялармен айналысатын басқа инвесторлардың қолдауының арқасында Калифорниялық TAE Technologies компаниясы термоядролық эксперименттер үшін әдеттегіден басқасын пайдаланады, бор отын қоспасы, олар бастапқыда термоядролық зымыран қозғалтқышы деп аталатын мақсатта кішірек және арзанырақ реакторларды жасау үшін пайдаланылды. Цилиндрлік термоядролық реактордың прототипі (4) екі плазмалық сақинаны қалыптастыру үшін сутегі газын қыздыратын қарсы сәулелермен (CBFR). Олар инертті бөлшектердің шоғырларымен біріктіріліп, плазманың энергиясы мен төзімділігін арттыруға ықпал етуі керек осындай күйде сақталады.

Канаданың Британдық Колумбия провинциясының тағы бір фьюжндік стартапы General Fusion Джефф Безостың қолдауына ие болды. Қарапайым тілмен айтқанда, оның тұжырымдамасы болат шардың ішіндегі сұйық металдан тұратын шарға (литий мен қорғасын қоспасы) ыстық плазманы айдау, содан кейін плазма дизельдік қозғалтқышқа ұқсас поршеньдермен қысылады. Жасалған қысым синтезге әкелуі керек, ол жаңа типтегі электр станциясының турбиналарын қуаттандыру үшін үлкен энергияны бөледі. Майк Деладж, General Fusion компаниясының бас технологиялық директоры, коммерциялық ядролық синтез он жылдан кейін пайда болуы мүмкін дейді.

5. АҚШ Әскери-теңіз күштерінің термоядролық патентінен алынған сурет.

Жақында АҚШ Әскери-теңіз күштері де «плазманы біріктіретін құрылғыға» патент берді. Патент «жеделдетілген дірілді» жасау үшін магнит өрістері туралы айтады (5). Идея - портативті болу үшін жеткілікті шағын синтез реакторларын салу. Айта кету керек, бұл патенттік өтінім күмәнмен қарсы алынды.