Што е со спојувањето?

Сензационално звучеа извештаите на крајот на минатата година за изградба на реактор за фузија од кинески специјалисти (1). Кинеските државни медиуми објавија дека објектот HL-2M, лоциран во истражувачки центар во Ченгду, ќе почне да работи нормално во 2020 година. Тонот на медиумските извештаи покажа дека прашањето за пристап до неисцрпната енергија на термонуклеарната фузија е решено засекогаш.

Поблискиот поглед на деталите помага да се залади оптимизмот.

нови апарат од типот токамак, со понапреден дизајн од досега познатите, би требало да генерира плазма со температури над 200 милиони Целзиусови степени. Дуан Ксиуру, шеф на Југозападниот институт за физика на кинеската национална нуклеарна корпорација, го објави ова во соопштение за печатот. Уредот ќе обезбеди техничка поддршка на Кинезите кои работат на проектот Меѓународен термонуклеарен експериментален реактор (ИТЕР)како и градежништвото.

Така што мислам дека ова сè уште не е енергетска револуција, иако е создадена од Кинезите. Реактор KHL-2M уште малку се знае. Не знаеме колкав е предвидениот термички излез на овој реактор или кои нивоа на енергија се потребни за да се изврши реакција на нуклеарна фузија во него. Не го знаеме најважното нешто - дали кинескиот реактор за фузија е дизајн со позитивен енергетски биланс или дали е само уште еден експериментален реактор за фузија што овозможува реакција на фузија, но истовремено бара повеќе енергија за „ палење“ отколку енергијата што може да се добие како резултат на реакциите.

Меѓународен напор

Кина, заедно со Европската унија, САД, Индија, Јапонија, Јужна Кореја и Русија се учесници во програмата ИТЕР. Тоа е најскапиот од тековните меѓународни истражувачки проекти финансирани од горенаведените земји, кој чини приближно 20 милијарди американски долари. Откриен е како резултат на соработката меѓу владите на Михаил Горбачов и Роналд Реган за време на ерата на Студената војна, а многу години подоцна беше вклучен во договор потпишан од сите овие земји во 2006 година.

2. На градилиштето на ИТЕР токамак

Проектот ITER во Кадараш во јужна Франција (2) го развива најголемиот токамак во светот, плазма комора која мора да се скроти со моќно магнетно поле создадено од електромагнети. Овој изум беше развиен од Советскиот Сојуз во 50-тите и 60-тите години. Проектен менаџер, Лаван Кобленц, објави дека организацијата треба да ја добие „првата плазма“ до декември 2025 година. ИТЕР треба да поддржува термонуклеарна реакција за околу 1 илјада луѓе секој пат. секунди, добивајќи сила 500-1100 MW. За споредба, најголемиот британски токамак досега, ETЕТ (заеднички европски торус), одржува реакција неколку десетици секунди и добива сила до 16 MW. Енергијата во овој реактор ќе се ослободува како топлина - не е наменета да се претвора во електрична енергија. Снабдувањето со енергија на фузија на мрежата не доаѓа предвид, бидејќи проектот е наменет само за истражувачки цели. Само врз основа на ITER ќе биде можно да се изгради идната генерација на термонуклеарни реактори кои ќе ја достигнат моќноста 3-4 илјади. MW.

Главната причина зошто сè уште не постојат соодветни електрани за фузија (и покрај повеќе од шеесет години обемно и скапо истражување) е тешкотијата да се контролира и „контролира“ однесувањето на плазмата. Сепак, годините на експериментирање донесоа многу вредни откритија, а денес енергијата на фузија се чини дека е многу поблиску од кога било.

Додадете хелиум-3, измешајте и загрејте

ITER е главниот фокус на глобалното истражување за фузија, но многу истражувачки центри, компании и воени лаборатории работат и на други проекти за фузија кои отстапуваат од класичниот пристап.

На пример, спроведена во последниве години на од Технолошкиот институт во Масачусетс експерименти со Кочил-3 на токамак даде возбудливи резултати, вклучувајќи десеткратно зголемување на енергијата плазма јон. Научниците кои спроведуваат експерименти на C-Mod tokamak на Технолошкиот институт во Масачусетс, заедно со специјалисти од Белгија и Велика Британија, развија нов тип на гориво за фузија што содржи три вида јони. Тим Alcator C-Mod (3) ја спроведе студијата во септември 2016 година, но податоците од овие експерименти беа неодамна анализирани, откривајќи огромно зголемување на плазма енергијата. Резултатите беа толку охрабрувачки што научниците што ја водеа најголемата оперативна лабораторија за фузија во светот, JET во Велика Британија, решија да ги повторат експериментите. Истото зголемување на енергијата беше постигнато. Резултатите од студијата беа објавени во списанието Nature Physics.

3. Alcator C-Mod tokamak во функција

Клучот за зголемување на ефикасноста на нуклеарното гориво беше додавањето на траги на хелиум-3, стабилен изотоп на хелиум со еден неутрон наместо два. Нуклеарното гориво користено во методот Алкатор Ц претходно содржеше само два вида јони - деутериум и водород. Деутериум, стабилен изотоп на водород со неутрон во неговото јадро (за разлика од водородот без неутрони), сочинува околу 95% од горивото. Научниците од Центарот за истражување на плазма МИТ (PSFC) користеа процес наречен греење во радиофреквенции. Антените во близина на токамак користат специфична радио фреквенција за да ги возбудат честичките, а брановите се калибрираат да „таргетираат“ водородни јони. Бидејќи водородот сочинува мал дел од вкупната густина на горивото, концентрирањето на загревање само мал дел од јоните овозможува да се постигнат екстремни нивоа на енергија. Следно, стимулираните водородни јони се движат кон доминантните јони на деутериум во смесата, а така формираните честички влегуваат во надворешната обвивка на реакторот, ослободувајќи топлина.

Ефикасноста на овој процес се зголемува кога во смесата се додаваат јони на хелиум-3 во количина помала од 1%. Со концентрирање на целото радио греење на мала количина на хелиум-3, научниците ја подигнаа енергијата на јоните на мегаелектронволти (MeV).

Прв дојден - прв послужен Еквивалент на руски: Јадење доцна гостин и коска

Во текот на изминатите неколку години, се случија многу случувања во светот на работата со контролирана нуклеарна фузија кои ги подигнаа надежите на научниците и на сите нас конечно да го постигнеме „Светиот грал“ на енергијата.

Добрите сигнали вклучуваат, но не се ограничени на, откритија од Лабораторијата за плазма физика на Принстон (PPPL) на Министерството за енергетика на САД (DOE). Радио брановите се користат со голем успех за значително намалување на таканаречените плазма нарушувања, кои можат да бидат пресудни во процесот на „облекување“ на термонуклеарните реакции. Истата истражувачка група во март 2019 година објави експеримент со литиум токамак во кој внатрешните ѕидови на тест-реакторот беа обложени со литиум, материјал добро познат од батериите кои вообичаено се користат во електрониката. Научниците забележаа дека литиумската обвивка на ѕидовите на реакторот ги апсорбира расфрланите плазма честички, спречувајќи ги да се рефлектираат назад во облакот од плазмата и да се мешаат во термонуклеарните реакции.

4. Проект за визуелизација TAE Technologies

Научниците од големите реномирани научни институции станаа дури и претпазливи оптимисти во своите изјави. Неодамна, исто така, има огромен пораст на интересот за техниките на контролирана синтеза во приватниот сектор. Во 2018 година, Локхид Мартин објави план за развој на прототип на компактен реактор за фузија (CFR) во следната деценија. Ако технологијата на која работи компанијата работи, уред со големина на камион може да обезбеди доволно електрична енергија за да ги задоволи потребите на уред од 100 квадратни метри. жители на градот.

Други компании и истражувачки центри се натпреваруваат за да видат кој може да го изгради првиот вистински реактор за фузија, вклучувајќи ги TAE Technologies и Технолошкиот институт во Масачусетс. Дури и Џеф Безос од Амазон и Бил Гејтс од Мајкрософт неодамна се вклучија во проекти за спојување. NBC News неодамна броеше седумнаесет мали компании посветени исклучиво на фузија во САД. Стартапите како General Fusion или Commonwealth Fusion Systems се фокусираат на помали реактори базирани на иновативни суперпроводници.

Концептот на „ладна фузија“ и алтернативи на големите реактори, не само токамаците, туку и т.н. ѕвездени, со малку поинаков дизајн, исто така изграден во Германија. Потрагата по поинаков пристап исто така продолжува. Пример за ова е уред наречен Z-штипка, изградена од научници од Универзитетот во Вашингтон и опишана во едно од најновите изданија на списанието Physics World. Z-pinch работи така што ја заробува и компресира плазмата во моќно магнетно поле. Во експериментот, беше можно да се стабилизира плазмата за 16 микросекунди, а реакцијата на фузија продолжи околу една третина од ова време. Демонстрацијата имаше за цел да покаже дека фузијата во мали размери е можна, иако многу научници сè уште имаат сериозни сомневања во тоа.

За возврат, благодарение на поддршката на Google и другите инвеститори фокусирани на најсовремените технологии, TAE Technologies со седиште во Калифорнија користи поинаков пристап од типичните експерименти за фузија. мешавина на гориво од борохидрид, кои се користеа за развој на помали и поевтини реактори, првично со цел таканаречен погон на ракети со фузија. Прототип на цилиндричен реактор за фузија (4) со судир на греди (CBFR), кој го загрева водородниот гас за да формира два плазма прстени. Тие се комбинираат со снопови инертни честички и се држат во оваа состојба, што треба да помогне да се зголеми енергијата и издржливоста на плазмата.

Друг термонуклеарен стартап, General Fusion, од канадската провинција Британска Колумбија, е поддржан од самиот Џеф Безос. Едноставно кажано, неговиот концепт е да се вбризга топла плазма во топка од течен метал (мешавина од литиум и олово) во челична топка, по што плазмата се компресира со клипови, слично на дизел моторот. Создадениот притисок треба да доведе до термонуклеарна фузија, која ќе ослободи огромни количества енергија за напојување на турбините на нов тип електрана. Мајк Делаж, главен директор за технологија во General Fusion, вели дека комерцијалната нуклеарна фузија би можела да дебитира во рок од една деценија.

5. Илустрација од термонуклеарниот патент на американската морнарица.

Американската морнарица, исто така, неодамна поднесе патент за „уред за фузија на плазма“. Патентот зборува за магнетни полиња за создавање „забрзани вибрации“ (5). Идејата е да се изградат фузиони реактори доволно мали за да бидат преносливи. Непотребно е да се каже дека оваа патентна пријава беше дочекана со скептицизам.