Va birlashish?

O'tgan yil oxirida xitoylik mutaxassislar tomonidan sintez uchun reaktor qurilishi haqidagi xabarlar shov-shuvli bo'ldi (1). Xitoy davlat matbuoti Chengdudagi tadqiqot markazida joylashgan HL-2M inshooti 2020-yilda foydalanishga topshirilishi haqida xabar berdi. Ommaviy axborot vositalaridagi xabarlarning ohangi shuni ko'rsatdiki, termoyadro sintezining bitmas-tuganmas energiyasidan foydalanish masalasi abadiy hal qilindi.

Tafsilotlarga diqqat bilan qarash optimizmni sovutishga yordam beradi.

yangi tokamak tipidagi apparatlar, hozirgacha ma'lum bo'lganidan ko'ra ilg'or dizayni bilan 200 million darajadan yuqori haroratlarda plazma hosil qilishi kerak. Bu haqda Xitoy milliy yadro korporatsiyasining Janubi-g‘arbiy fizika instituti rahbari Duan Ssiuru press-relizda ma’lum qildi. Qurilma loyihada ishlayotgan xitoyliklarga texnik yordam ko‘rsatadi Xalqaro termoyadroviy eksperimental reaktor (ITER)shuningdek qurilish.

Shunday ekan, menimcha, bu hali energetik inqilob emas, garchi u xitoylar tomonidan yaratilgan bo‘lsa ham. reaktor KhL-2M hozircha kam ma'lum. Biz ushbu reaktorning prognoz qilingan issiqlik quvvati nima ekanligini va unda yadro sintezi reaktsiyasini amalga oshirish uchun qanday energiya darajasi kerakligini bilmaymiz. Biz eng muhim narsani bilmaymiz - Xitoy termoyadroviy reaktori ijobiy energiya balansiga ega dizaynmi yoki bu termoyadroviy reaktsiyaga imkon beradigan boshqa eksperimental termoyadroviy reaktormi, lekin ayni paytda "olovni yoqish" uchun ko'proq energiya talab qiladi. reaktsiyalar natijasida olinishi mumkin bo'lgan energiya.

Xalqaro harakat

Xitoy Yevropa Ittifoqi, AQSh, Hindiston, Yaponiya, Janubiy Koreya va Rossiya bilan bir qatorda ITER dasturiga aʼzodir. Bu yuqorida tilga olingan mamlakatlar tomonidan moliyalashtirilayotgan joriy xalqaro tadqiqot loyihalarining eng qimmati bo‘lib, qiymati 20 milliard AQSh dollari atrofida. U Sovuq urush davrida Mixail Gorbachyov va Ronald Reygan hukumatlari o'rtasidagi hamkorlik natijasida ochilgan va ko'p yillar o'tgach, 2006 yilda ushbu mamlakatlarning barchasi tomonidan imzolangan shartnomaga kiritilgan.

2. ITER tokamaki qurilish maydonchasida

Frantsiyaning janubidagi Kadarache shahridagi ITER loyihasi (2) dunyodagi eng katta tokamakni, ya'ni elektromagnitlar tomonidan yaratilgan kuchli magnit maydon yordamida o'zlashtirilishi kerak bo'lgan plazma kamerasini ishlab chiqmoqda. Ushbu ixtiro Sovet Ittifoqi tomonidan 50-60-yillarda ishlab chiqilgan. Loyihalar bo'yicha menejer, Lavan Koblenz, tashkilot 2025 yilning dekabriga qadar "birinchi plazma" olishi kerakligini e'lon qildi. ITER har safar taxminan 1 ming kishi uchun termoyadroviy reaktsiyani qo'llab-quvvatlashi kerak. soniya, kuchga ega bo'lish 500-1100 MVt. Taqqoslash uchun, bugungi kunga qadar eng yirik Britaniya tokamaki, JET (qo'shma Evropa torus), bir necha o'n soniya davomida reaktsiyani saqlab qoladi va kuchga ega bo'ladi 16 MW. Ushbu reaktordagi energiya issiqlik shaklida chiqariladi - u elektr energiyasiga aylantirilmasligi kerak. Tarmoqqa termoyadroviy quvvatni etkazib berish haqida gap bo'lishi mumkin emas, chunki loyiha faqat tadqiqot maqsadlarida. Faqatgina ITER asosida termoyadroviy reaktorlarning kelajak avlodi quriladi, ular quvvatga etadi. 3-4 ming. MVt.

Oddiy termoyadroviy elektr stansiyalari hali ham mavjud emasligining asosiy sababi (oltmish yildan ortiq keng qamrovli va qimmat tadqiqotlarga qaramay) plazma harakatini nazorat qilish va "boshqarish" qiyinligi. Biroq, ko'p yillik tajribalar ko'plab qimmatbaho kashfiyotlar berdi va bugungi kunda termoyadroviy energiya har qachongidan ham yaqinroq ko'rinadi.

Geliy-3 qo'shing, aralashtiring va qizdiring

ITER global termoyadroviy tadqiqotlarning asosiy yo'nalishi hisoblanadi, ammo ko'plab tadqiqot markazlari, kompaniyalar va harbiy laboratoriyalar klassik yondashuvdan chetga chiqadigan boshqa termoyadroviy loyihalar ustida ham ishlamoqda.

Masalan, so'nggi yillarda o'tkazilgan Massachusets texnologiya institutidan bilan tajribalar Rulda-3 tokamak bo'yicha hayajonli natijalar berdi, shu jumladan energiyaning o'n baravar oshishi plazma ioni. Massachusets texnologiya institutida C-Mod tokamakda tajriba o‘tkazayotgan olimlar Belgiya va Buyuk Britaniya mutaxassislari bilan birgalikda uch turdagi ionni o‘z ichiga olgan yangi turdagi termoyadro yoqilg‘isini yaratishdi. Jamoa Alcator C-Mod (3) 2016 yil sentyabr oyida tadqiqot o'tkazdi, ammo bu tajribalar ma'lumotlari yaqinda tahlil qilindi va plazma energiyasining katta o'sishini aniqladi. Natijalar shunchalik dalda bo'ldiki, dunyodagi eng katta ishlaydigan termoyadroviy laboratoriyasi, Buyuk Britaniyadagi JETni boshqarayotgan olimlar tajribalarni takrorlashga qaror qilishdi. Energiyaning bir xil o'sishiga erishildi. Tadqiqot natijalari Nature Physics jurnalida chop etilgan.

3. Tokamak Alcator C-Mod ishlamoqda

Yadro yoqilg'isining samaradorligini oshirishning kaliti geliyning barqaror izotopi bo'lgan geliy-3 ning iz miqdoriga ikkita o'rniga bitta neytron qo'shilishi edi. Alcator C usulida foydalanilgan yadro yoqilg'isi ilgari faqat ikki turdagi ionlarni, deyteriy va vodorodni o'z ichiga olgan. Deyteriy, yadrosida neytron bo'lgan vodorodning barqaror izotopi (neytronsiz vodoroddan farqli o'laroq) yoqilg'ining taxminan 95% ni tashkil qiladi. Plazma tadqiqot markazi va Massachusets texnologiya instituti (PSFC) olimlari ushbu jarayondan foydalanganlar. RF isitish. Tokamak yonidagi antennalar zarralarni qo'zg'atish uchun ma'lum bir radiochastotadan foydalanadi va to'lqinlar vodorod ionlarini "nishonlash" uchun kalibrlanadi. Vodorod yoqilg'ining umumiy zichligining kichik qismini tashkil qilganligi sababli, ionlarning faqat kichik bir qismini isitish uchun to'plash ekstremal energiya darajasiga erishishga imkon beradi. Bundan tashqari, stimulyatsiya qilingan vodorod ionlari aralashmada ustun bo'lgan deyteriy ionlariga o'tadi va shu tarzda hosil bo'lgan zarralar reaktorning tashqi qobig'iga kirib, issiqlikni chiqaradi.

Aralashmaga 3% dan kam miqdorda geliy-1 ionlari qo'shilsa, bu jarayonning samaradorligi ortadi. Barcha radio isitishni oz miqdorda geliy-3 ga to'plash orqali olimlar ionlarning energiyasini megaelektronvoltga (MeV) ko'tarishdi.

Birinchi kelgan - birinchi bo'lib xizmat qiladi Rus tilidagi ekvivalenti: kech mehmon va suyak yeyish

So'nggi bir necha yil ichida boshqariladigan termoyadroviy ish dunyosida ko'plab o'zgarishlar ro'y berdi, bu olimlar va barchamizning energiyaning "Muqaddas Grail" ga erishishga umidlarini qayta tikladi.

Yaxshi signallar qatorida, AQSh Energetika Departamentining (DOE) Prinston Plazma Fizikasi Laboratoriyasi (PPPL) kashfiyotlarini o'z ichiga oladi. Radioto'lqinlar termoyadroviy reaktsiyalarni "kiyinish" jarayonida hal qiluvchi ahamiyatga ega bo'lgan plazma buzilishlarini sezilarli darajada kamaytirish uchun katta muvaffaqiyat bilan qo'llanildi. 2019 yil mart oyida xuddi shu tadqiqot guruhi lityum tokamak tajribasi haqida xabar berdi, unda sinov reaktorining ichki devorlari elektronikada keng qo'llaniladigan batareyalardan yaxshi ma'lum bo'lgan lityum bilan qoplangan. Olimlarning qayd etishicha, reaktor devorlaridagi litiy qoplamasi tarqoq plazma zarralarini o‘ziga singdirib, ularning plazma bulutiga qaytarilishiga yo‘l qo‘ymaydi va termoyadro reaksiyalariga xalaqit beradi.

4. TAE Technologies vizualizatsiya loyihasi

Yirik nufuzli ilmiy muassasalarning olimlari hatto o'z bayonotlarida ehtiyotkor optimistlarga aylanishdi. So'nggi paytlarda xususiy sektorda boshqariladigan termoyadroviy texnikaga qiziqishning katta ortishi kuzatildi. 2018 yilda Lockheed Martin yaqin o'n yil ichida ixcham termoyadroviy reaktor (CFR) prototipini ishlab chiqish rejasini e'lon qildi. Agar kompaniya ustida ishlayotgan texnologiya ishlayotgan bo'lsa, yuk mashinasi o'lchamidagi qurilma 100 XNUMX kvadrat metrlik qurilma ehtiyojlarini qondirish uchun etarli miqdorda elektr energiyasini ta'minlay oladi. shahar aholisi.

Boshqa kompaniyalar va tadqiqot markazlari birinchi haqiqiy termoyadroviy reaktorni kim qurishi mumkinligini bilish uchun raqobatlashmoqda, jumladan TAE Technologies va Massachusets texnologiya instituti. Hatto Amazondan Jeff Bezos va Microsoft kompaniyasidan Bill Geyts ham yaqinda birlashish loyihalarida ishtirok etishdi. Yaqinda NBC News AQShdagi o'n yettita kichik termoyadroviy kompaniyalarni sanab o'tdi. General Fusion yoki Commonwealth Fusion Systems kabi startaplar innovatsion supero‘tkazgichlarga asoslangan kichikroq reaktorlarga e’tibor qaratmoqda.

"Sovuq termoyadroviy" kontseptsiyasi va yirik reaktorlarga alternativalar, nafaqat tokamaklar, balki shunday deb ataladi. yulduzlar, bir oz boshqacha dizayn bilan, shu jumladan Germaniyada qurilgan. Boshqa yondashuvni izlash ham davom etmoqda. Bunga misol deb nomlangan qurilmadir Z-chimchilash, Vashington universiteti olimlari tomonidan qurilgan va Physics World jurnalining so'nggi sonlaridan birida tasvirlangan. Z-pinch plazmani kuchli magnit maydonda ushlab turish va siqish orqali ishlaydi. Tajribada plazmani 16 mikrosekundga barqarorlashtirish mumkin edi va termoyadroviy reaksiya bu vaqtning uchdan bir qismida davom etdi. Namoyish kichik miqyosdagi sintez mumkinligini ko'rsatishi kerak edi, garchi ko'plab olimlar bunga jiddiy shubha qilishsa ham.

O'z navbatida, Google va boshqa ilg'or texnologiyalar bilan shug'ullanuvchi investorlarning ko'magi tufayli Kaliforniyadagi TAE Technologies kompaniyasi termoyadroviy tajribalar uchun odatdagidan farqli ravishda foydalanadi. bor yoqilg'i aralashmasi, ular dastlab termoyadroviy raketa dvigateli deb ataladigan maqsadlarda kichikroq va arzonroq reaktorlarni ishlab chiqish uchun ishlatilgan. Silindrsimon termoyadroviy reaktorning prototipi (4) qarshi nurlar (CBFR) bilan, u ikkita plazma halqasini hosil qilish uchun vodorod gazini isitadi. Ular inert zarrachalar to'plamlari bilan birlashadi va shunday holatda saqlanadi, bu esa plazmaning energiyasi va chidamliligini oshirishga yordam beradi.

Kanadaning Britaniya Kolumbiyasi provinsiyasidan yana bir termoyadroviy startap General Fusion Jeff Bezosning o‘zi tomonidan qo‘llab-quvvatlanmoqda. Oddiy qilib aytganda, uning kontseptsiyasi issiq plazmani po'lat shar ichidagi suyuq metall shariga (litiy va qo'rg'oshin aralashmasi) quyish, shundan so'ng plazma dizel dvigateliga o'xshash pistonlar bilan siqiladi. Yaratilgan bosim termoyadroviyga olib kelishi kerak, bu esa yangi turdagi elektr stantsiyasining turbinalarini quvvatlantirish uchun katta miqdorda energiya chiqaradi. General Fusion kompaniyasining bosh texnologiya direktori Mayk Delajning aytishicha, tijorat yadroviy sintezi o'n yil ichida debyut qilishi mumkin.

5. AQSh harbiy-dengiz kuchlarining termoyadroviy patentidan olingan rasm.

Yaqinda AQSh harbiy-dengiz kuchlari ham "plazma sintezi qurilmasi" uchun patent topshirdi. Patent "tezlashtirilgan tebranish" yaratish uchun magnit maydonlar haqida gapiradi (5). G'oya ko'chma bo'lishi uchun etarlicha kichik termoyadroviy reaktorlarni qurishdir. Aytishga hojat yo'q, ushbu patent talabnomasi shubha bilan kutib olindi.