Жана биригүү?

Өткөн жылдын аягында кытайлык адистер тарабынан синтез үчүн реактордун курулушу тууралуу маалыматтар сенсациялуу угулган (1). Кытайдын мамлекеттик маалымат каражаттары Чэнду шаарындагы илимий борбордо жайгашкан HL-2M объекти 2020-жылы ишке кирерин кабарлашты. Маалымат каражаттарынын билдирүүлөрүнүн үнү термоядролук синтездин түгөнгүс энергиясына жетүү маселеси түбөлүккө чечилгендигин көрсөттү.

Деталдарды кылдаттык менен карап чыгуу оптимизмди салкындатууга жардам берет.

жаңы токамак тибиндеги аппарат, буга чейин белгилүү болгондордон алда канча өнүккөн дизайн менен 200 миллион градус Цельсийден жогору температурада плазманы пайда кылышы керек. Бул тууралуу Кытайдын Улуттук ядролук корпорациясынын Түштүк-батыш физика институтунун жетекчиси Дуан Сиуру пресс-релизинде билдирди. Аппарат долбоордо иштеп жаткан кытайларга техникалык колдоо көрсөтөт Эл аралык термоядролук эксперименталдык реактор (ITER)ошондой эле курулуш.

Демек, бул кытайлар тарабынан түзүлгөнүнө карабастан, али энергетикалык революция эмес деп ойлойм. реактору KhL-2M азырынча аз белгилүү. Бул реактордун болжолдонгон жылуулук өндүрүшү кандай экенин жана андагы ядролук синтез реакциясын жүргүзүү үчүн кандай деңгээлде энергия керек экенин билбейбиз. Эң негизгиси биз билбейбиз - кытайлык термоядролук реактор оң энергия балансы бар дизайнбы, же бул синтез реакциясын жүргүзүүгө мүмкүндүк берген дагы бир эксперименталдык синтез реакторубу, бирок ошол эле учурда "от алдыруу" үчүн көбүрөөк энергияны талап кылат. реакциялардын натыйжасында алынуучу энергия.

Эл аралык аракет

Кытай Европа Биримдиги, АКШ, Индия, Япония, Түштүк Корея жана Орусия менен бирге ITER программасына мүчө. Бул жогоруда аталган өлкөлөр тарабынан каржыланган учурдагы эл аралык изилдөө долбоорлорунун эң кымбаты, баасы 20 миллиард АКШ долларын түзөт. Ал кансыз согуш мезгилиндеги Михаил Горбачев менен Рональд Рейгандын өкмөттөрүнүн кызматташтыгынын натыйжасында ачылып, көп жылдардан кийин 2006-жылы бардык бул мамлекеттер кол койгон келишимге киргизилген.

2. ИТЕР токамактын курулуш аянтында

Франциянын түштүгүндөгү Кадараш шаарындагы ITER долбоору (2) дүйнөдөгү эң чоң токамакты, башкача айтканда, электромагниттерден пайда болгон күчтүү магнит талаасынын жардамы менен колго алынышы керек болгон плазмалык камераны иштеп чыгууда. Бул ойлоп табуу Советтер Союзу тарабынан 50-60-жылдары иштелип чыккан. Долбоор менеджери, Лаван Кобленц, уюм 2025-жылдын декабрына чейин "биринчи плазманы" алышы керек деп жарыялады. ITER ар бир жолу 1 миңге жакын адам үчүн термоядролук реакцияны колдоого алышы керек. секунд, күч алуу 500-1100 МВт. Салыштыруу үчүн, бүгүнкү күнгө чейин эң чоң британдык токамак, JET (биргелешкен европалык торус), реакцияны бир нече ондогон секунда сактайт жана күчкө ээ 16 MW. Бул реактордогу энергия жылуулук түрүндө чыгарылат - ал электр энергиясына айланышы керек эмес. Тармакка термоядролук электр энергиясын жеткирүү мүмкүн эмес, анткени долбоор изилдөө максатында гана. ITERдин негизинде гана келечектеги термоядролук реакторлор курулуп, кубаттуулукка жетет. 3-4 миң. МВт.

Кадимки синтездик электростанциялардын дагы деле жок болушунун негизги себеби (алтымыш жылдан ашуун убакыт бою кеңири жана кымбат изилдөөлөргө карабастан) плазманын жүрүм-турумун көзөмөлдөө жана "башкаруу" кыйынчылыгы болуп саналат. Бирок, көп жылдык эксперименттер көптөгөн баалуу ачылыштарды берди жана бүгүнкү күндө синтез энергиясы болуп көрбөгөндөй жакын көрүнөт.

Гелий-3 кошуп, аралаштырып, ысытыңыз

ITER глобалдык синтез изилдөөлөрүнүн негизги багыты болуп саналат, бирок көптөгөн илимий борборлор, компаниялар жана аскердик лабораториялар классикалык ыкмадан четтеген башка синтез долбоорлорунун үстүндө иштеп жатышат.

Мисалы, акыркы жылдары жүргүзүлгөн Массачусетс технологиялык институтунан менен эксперименттер Руль-3 токамак боюнча толгундырыжы нетижелер берди, шол санда энергиянын он эсе көбөйүшү плазма ион. Массачусетс технологиялык институтунда C-Mod токамакта эксперименттерди жүргүзүп жаткан окумуштуулар Бельгиянын жана Улуу Британиянын адистери менен бирдикте үч түрдүү ионду камтыган термоядролук отундун жаңы түрүн иштеп чыгышты. Команда Alcator C-Mod (3) 2016-жылдын сентябрында изилдөө жүргүзгөн, бирок бул эксперименттердин маалыматтары жакында гана анализденип, плазма энергиясынын чоң өсүшүн көрсөткөн. Натыйжалар ушунчалык бекемдээрлик болгондуктан, Улуу Британияда дүйнөдөгү эң ири иштеп жаткан синтез лабораториясын башкарган илимпоздор эксперименттерди кайталоону чечишти. Энергиянын ушундай эле жогорулашына жетишилди. Изилдөөнүн жыйынтыгы Nature Physics журналында жарыяланды.

3. Tokamak Alcator C-Mod иштеп жатат

Ядролук отундун эффективдуулугун жогорулатуунун ачкычы эки нейтрондун ордуна бир нейтрондон турган гелийдин туруктуу изотопу болгон гелий-3-тин микросхемаларын кошуу болду. Alcator C методунда колдонулган ядролук отун мурда иондордун эки гана түрүн, дейтерий жана суутекти камтыган. Дейтерий, ядросунда нейтрон бар суутектин туруктуу изотопу (нейтронсуз суутектен айырмаланып) отундун 95%ке жакынын түзөт. Плазма изилдөө борборунун жана Массачусетс технологиялык институтунун (PSFC) окумуштуулары аталган процессти колдонушкан. RF жылытуу. Токамактын жанындагы антенналар бөлүкчөлөрдү дүүлүктүрүү үчүн белгилүү бир радио жыштыкты колдонушат, ал эми толкундар суутек иондорун "максаттоо" үчүн калибрленген. Суутек күйүүчү майдын жалпы тыгыздыгынын бир аз гана бөлүгүн түзгөндүктөн, иондордун аз гана бөлүгүн ысытууга топтоо энергиянын эң жогорку деңгээлине жетүүгө мүмкүндүк берет. Андан ары стимулданган суутек иондору аралашмада басымдуулук кылган дейтерий иондоруна өтөт жана ушундай жол менен пайда болгон бөлүкчөлөр реактордун сырткы кабыгына кирип, жылуулукту бөлүп чыгарат.

Бул процесстин эффективдүүлүгү аралашмага гелий-3 иондору 1%тен аз өлчөмдө кошулганда жогорулайт. Бардык радио жылытууларды аз өлчөмдөгү гелий-3кө топтоо менен окумуштуулар иондордун энергиясын мегаэлектронвольтко (МеВ) чейин көтөрүштү.

Биринчи келген - биринчи кызмат кылган Орусча эквиваленти: Кеч конок жана сөөк жеп

Акыркы бир нече жылда башкарылуучу синтез иштеринин дүйнөсүндө көптөгөн окуялар болуп өттү, алар илимпоздордун жана баарыбыздын энергиянын «Ыйык Граалына» жетүү үмүтүн кайра жандырды.

Жакшы сигналдардын арасында АКШнын Энергетика министрлигинин (DOE) Принстон плазма физикасы лабораториясынын (PPPL) ачылыштары кирет. Радиотолкундар термоядролук реакцияларды «кийинуу» процессинде чечуучу мааниге ээ боло турган плазмадагы толкундоолор деп аталган нерсени олуттуу турде кыскартуу учун зор ийгилик менен пайдаланылды. Ошол эле изилдөө тобу 2019-жылдын март айында литий токамак экспериментин билдирди, анда сыноо реакторунун ички дубалдары электроникада кеңири колдонулган батареялардан белгилүү болгон литий материалы менен капталган. Окумуштуулар реактордун дубалдарындагы литий каптоо чачыранды плазма бөлүкчөлөрүн өзүнө сиңирип алып, алардын кайра плазма булутуна чагылышын жана термоядролук реакцияларга кийлигишүүсүн болтурбай турганын белгилешти.

4. TAE Technologies визуализациялык долбоору

Негизги абройлуу илимий мекемелердин окумуштуулары атүгүл өз билдирүүлөрүндө этият оптимист болуп калышты. Жакында эле жеке сектордо башкарылуучу синтез ыкмаларына кызыгуунун чоң өсүшү байкалды. 2018-жылы Lockheed Martin жакынкы он жылдын ичинде компакттуу синтез реакторунун (CFR) прототибин иштеп чыгуу планын жарыялады. Эгер компания иштеп жаткан технология иштесе, жүк ташуучу унаага барабар болгон аппарат 100 XNUMX чарчы метрлик аппараттын керектөөлөрүн канааттандыруу үчүн жетиштүү электр энергиясын бере алат. шаар тургундары.

Башка компаниялар жана изилдөө борборлору TAE Technologies жана Массачусетс технологиялык институтун кошкондо, биринчи чыныгы синтез реакторун ким кура аларын билүү үчүн атаандашууда. Жада калса Amazon компаниясынын Жефф Безос менен Майкрософттун Билл Гейтси да жакында биригүү долбоорлоруна аралаша башташты. NBC News жакында АКШдагы он жети кичинекей фьюжн компаниясын санады. General Fusion же Commonwealth Fusion Systems сыяктуу стартаптар инновациялык супер өткөргүчтөрдүн негизиндеги кичинекей реакторлорго басым жасашууда.

"Муздак синтез" түшүнүгү жана ири реакторлорго альтернативалар, токамактар ​​гана эмес, ошондой эле аталган. жылдыздар, Германияда, анын ичинде курулган бир аз башкача дизайн менен. Башка ыкманы издөө дагы уланууда. Буга мисал катары аталган аппаратты айтсак болот Z-чымчым, Вашингтон университетинин окумуштуулары тарабынан курулган жана Physics World журналынын акыркы сандарынын биринде баяндалган. Z-чымчыгы күчтүү магнит талаасында плазманы кармоо жана кысуу аркылуу иштейт. Экспериментте плазманы 16 микросекундга турукташтырууга мүмкүн болду, ал эми синтез реакциясы бул убакыттын үчтөн бир бөлүгүнө жакын убакытка созулду. Көптөгөн окумуштуулар дагы эле бул жөнүндө олуттуу шектенүү бар, бирок демонстрация кичинекей масштабдуу синтез мүмкүн экенин көрсөтүү керек болчу.

Өз кезегинде, Google жана башка өнүккөн технологиялык инвесторлордун колдоосунун аркасында Калифорниядагы TAE Technologies компаниясы фьюжн менен эксперименттер үчүн типтүү эмес, башкача колдонот, бор отун аралашмасы, алар адегенде терүү ракета кыймылдаткычы деп аталган максатта кичирээк жана арзаныраак реакторлорду иштеп чыгуу үчүн колдонулган. Прототиби цилиндрдик синтез реактору (4) карама-каршы нурлары (CBFR) менен, ал суутек газын ысытып, эки плазма шакекчесин пайда кылат. Алар инерттик бөлүкчөлөрдүн боолору менен биригип, плазманын энергиясын жана туруктуулугун жогорулатууга тийиш болгон ушундай абалда сакталат.

Канаданын Британская Колумбия провинциясынан дагы бир фьюжн-стартап General Fusion Джефф Безостун колдоосуна ээ. Жөнөкөй сөз менен айтканда, анын концепциясы болот шарынын ичиндеги суюк металлдан турган шарга (литий менен коргошун аралашмасы) ысык плазманы киргизүү, андан кийин плазма дизелдик кыймылдаткычка окшош поршеньдер менен кысылган. Түзүлгөн басым синтезге алып келиши керек, ал жаңы типтеги электр станциясынын турбиналарын иштетүү үчүн энергиянын эбегейсиз көлөмүн бөлүп берет. General Fusion компаниясынын технология боюнча башкы адиси Майк Деладждын айтымында, коммерциялык өзөктүк синтез он жылдан кийин дебют кылышы мүмкүн.

5. АКШнын деңиз флотунун термоядролук патентинен иллюстрация.

Жакында АКШнын Аскер-деңиз флоту да “плазманы синтездөөчү аппаратка” патент тапшырды. Патент "тездетилген титирөөнү" түзүү үчүн магниттик талаалар жөнүндө айтылат (5). Идея – портативдик боло тургандай кичинекей синтез реакторлорун куруу. Айта кетсек, бул патентке өтүнмө скептицизм менен кабыл алынган.