Dan penggabungan itu?
Содержание
Laporan pada akhir tahun lalu mengenai pembinaan reaktor untuk sintesis oleh pakar China kedengaran sensasi (1). Media negara China melaporkan bahawa kemudahan HL-2M, yang terletak di pusat penyelidikan di Chengdu, akan beroperasi pada 2020. Nada laporan media menunjukkan bahawa isu akses kepada tenaga tidak habis-habis gabungan termonuklear telah diselesaikan selama-lamanya.
Melihat lebih dekat pada butiran membantu menyejukkan keyakinan.
Nowy radas jenis tokamak, dengan reka bentuk yang lebih maju daripada yang diketahui setakat ini, harus menjana plasma dengan suhu melebihi 200 juta darjah Celsius. Ini diumumkan dalam kenyataan akhbar oleh ketua Institut Fizik Barat Daya Perbadanan Nuklear Nasional China Duan Xiuru. Peranti ini akan memberikan sokongan teknikal kepada orang Cina yang mengusahakan projek itu Reaktor Eksperimen Termonuklear Antarabangsa (ITER)serta pembinaan.
Jadi saya fikir ia belum revolusi tenaga, walaupun ia dicipta oleh orang Cina. reaktor KhL-2M setakat ini sedikit yang diketahui. Kami tidak tahu apakah unjuran keluaran terma reaktor ini atau tahap tenaga yang diperlukan untuk menjalankan tindak balas pelakuran nuklear di dalamnya. Kami tidak tahu perkara yang paling penting - adakah reaktor pelakuran Cina reka bentuk dengan keseimbangan tenaga positif, atau adakah ia hanya satu lagi reaktor pelakuran eksperimen yang membenarkan tindak balas pelakuran, tetapi pada masa yang sama memerlukan lebih banyak tenaga untuk "pencucuhan" daripada tenaga yang boleh diperolehi hasil daripada tindak balas.
Usaha antarabangsa
China, bersama-sama dengan Kesatuan Eropah, Amerika Syarikat, India, Jepun, Korea Selatan dan Rusia, adalah ahli program ITER. Ini adalah yang paling mahal daripada projek penyelidikan antarabangsa semasa yang dibiayai oleh negara yang disebutkan di atas, menelan belanja sekitar AS$20 bilion. Ia dibuka sebagai hasil kerjasama antara kerajaan Mikhail Gorbachev dan Ronald Reagan semasa era Perang Dingin, dan bertahun-tahun kemudiannya dimasukkan dalam perjanjian yang ditandatangani oleh semua negara ini pada tahun 2006.
2. Di tapak pembinaan tokamak ITER
Projek ITER di Cadarache di selatan Perancis (2) sedang membangunkan tokamak terbesar di dunia, iaitu ruang plasma yang mesti dijinakkan menggunakan medan magnet berkuasa yang dihasilkan oleh elektromagnet. Ciptaan ini dibangunkan oleh Kesatuan Soviet pada tahun 50-an dan 60-an. Pengurus projek, Lavan Koblenz, mengumumkan bahawa organisasi itu harus menerima "plasma pertama" menjelang Disember 2025. ITER harus menyokong tindak balas termonuklear untuk kira-kira 1 ribu orang setiap kali. detik, mendapat kekuatan 500-1100 MW. Sebagai perbandingan, tokamak British terbesar setakat ini, JET (toru Eropah bersama), mengekalkan tindak balas selama beberapa puluh saat dan memperoleh kekuatan sehingga 16 MW. Tenaga dalam reaktor ini akan dibebaskan dalam bentuk haba - ia tidak sepatutnya ditukar kepada elektrik. Menyampaikan kuasa gabungan ke grid adalah di luar persoalan kerana projek itu adalah untuk tujuan penyelidikan sahaja. Hanya berdasarkan ITER bahawa generasi masa depan reaktor termonuklear akan dibina, mencapai kuasa 3-4 ribu. MW.
Sebab utama mengapa loji kuasa gabungan biasa masih tidak wujud (walaupun lebih enam puluh tahun penyelidikan yang meluas dan mahal) adalah kesukaran untuk mengawal dan "mengurus" tingkah laku plasma. Walau bagaimanapun, percubaan selama bertahun-tahun telah menghasilkan banyak penemuan berharga, dan hari ini tenaga gabungan kelihatan lebih dekat berbanding sebelum ini.
Masukkan helium-3, kacau dan panaskan
ITER ialah fokus utama penyelidikan gabungan global, tetapi banyak pusat penyelidikan, syarikat dan makmal ketenteraan juga sedang mengusahakan projek gabungan lain yang menyimpang daripada pendekatan klasik.
Sebagai contoh, dijalankan dalam beberapa tahun kebelakangan ini pada daripada Institut Teknologi Massachusetts eksperimen dengan Helem-3 pada tokamak memberikan keputusan yang memberangsangkan, termasuk peningkatan tenaga sepuluh kali ganda ion plasma. Para saintis yang menjalankan eksperimen ke atas tokamak C-Mod di Massachusetts Institute of Technology, bersama pakar dari Belgium dan UK, telah membangunkan jenis bahan api termonuklear baharu yang mengandungi tiga jenis ion. Pasukan Alcator C-Mod (3) menjalankan kajian pada September 2016, tetapi data daripada eksperimen ini baru sahaja dianalisis, mendedahkan peningkatan besar dalam tenaga plasma. Hasilnya sangat menggalakkan sehingga para saintis yang menjalankan makmal gabungan operasi terbesar di dunia, JET di UK, memutuskan untuk mengulangi eksperimen. Peningkatan tenaga yang sama telah dicapai. Hasil kajian diterbitkan dalam jurnal Nature Physics.
3. Tokamak Alcator C-Mod sedang beroperasi
Kunci untuk meningkatkan kecekapan bahan api nuklear ialah penambahan jumlah surih helium-3, isotop helium yang stabil, dengan satu neutron dan bukannya dua. Bahan api nuklear yang digunakan dalam kaedah Alcator C sebelum ini hanya mengandungi dua jenis ion, deuterium dan hidrogen. Deuterium, isotop hidrogen yang stabil dengan neutron dalam nukleusnya (berbanding dengan hidrogen tanpa neutron), membentuk kira-kira 95% bahan api. Para saintis di Pusat Penyelidikan Plasma dan Institut Teknologi Massachusetts (PSFC) menggunakan proses yang dipanggil Pemanasan RF. Antena di sebelah tokamak menggunakan frekuensi radio tertentu untuk merangsang zarah, dan gelombang ditentukur untuk "mensasarkan" ion hidrogen. Kerana hidrogen membentuk sebahagian kecil daripada jumlah ketumpatan bahan api, hanya menumpukan sebahagian kecil ion pada pemanasan membolehkan tahap tenaga melampau dicapai. Selanjutnya, ion hidrogen yang dirangsang berpindah ke ion deuterium yang terdapat dalam campuran, dan zarah yang terbentuk dengan cara ini memasuki kulit luar reaktor, membebaskan haba.
Kecekapan proses ini meningkat apabila ion helium-3 ditambah kepada campuran dalam jumlah kurang daripada 1%. Dengan menumpukan semua pemanasan radio pada sejumlah kecil helium-3, saintis meningkatkan tenaga ion kepada megaelektronvolt (MeV).
First come - first serve Setara dalam bahasa Rusia: Makan tetamu lewat dan tulang
Terdapat banyak perkembangan dalam dunia kerja gabungan terkawal sejak beberapa tahun yang lalu yang telah menghidupkan semula harapan saintis dan kita semua untuk akhirnya mencapai "Holy Grail" tenaga.
Isyarat yang baik termasuk, antara lain, penemuan dari Makmal Fizik Plasma Princeton (PPPL) Jabatan Tenaga AS (JAS). Gelombang radio telah digunakan dengan jayanya untuk mengurangkan dengan ketara apa yang dipanggil gangguan plasma, yang boleh menjadi penting dalam proses "memakai" tindak balas termonuklear. Pasukan penyelidik yang sama pada Mac 2019 melaporkan percubaan litium tokamak di mana dinding dalaman reaktor ujian disalut dengan litium, bahan yang terkenal daripada bateri yang biasa digunakan dalam elektronik. Para saintis menyatakan bahawa lapisan litium pada dinding reaktor menyerap zarah plasma yang bertaburan, menghalangnya daripada dipantulkan kembali ke awan plasma dan mengganggu tindak balas termonuklear.
4. Visualisasi projek TAE Technologies
Ulama dari institusi saintifik terkemuka bahkan telah menjadi optimis berhati-hati dalam kenyataan mereka. Baru-baru ini, terdapat juga peningkatan yang besar dalam minat dalam teknik gabungan terkawal dalam sektor swasta. Pada 2018, Lockheed Martin mengumumkan rancangan untuk membangunkan prototaip reaktor gabungan padat (CFR) dalam dekad akan datang. Jika teknologi yang sedang diusahakan oleh syarikat itu, peranti bersaiz trak akan dapat membekalkan tenaga elektrik yang mencukupi untuk memenuhi keperluan peranti seluas 100 kaki persegi. penduduk kota.
Syarikat dan pusat penyelidikan lain bersaing untuk melihat siapa yang boleh membina reaktor gabungan sebenar yang pertama, termasuk TAE Technologies dan Institut Teknologi Massachusetts. Malah Jeff Bezos dari Amazon dan Bill Gates dari Microsoft baru-baru ini terlibat dalam projek penggabungan. NBC News baru-baru ini mengira tujuh belas syarikat gabungan kecil sahaja di AS. Pemula seperti General Fusion atau Commonwealth Fusion Systems memfokuskan pada reaktor yang lebih kecil berdasarkan superkonduktor yang inovatif.
Konsep "penyatuan sejuk" dan alternatif kepada reaktor besar, bukan sahaja tokamak, tetapi juga yang dipanggil. ahli bintang, dengan reka bentuk yang sedikit berbeza, dibina termasuk di Jerman. Pencarian pendekatan yang berbeza juga diteruskan. Contohnya ialah peranti yang dipanggil Z-cubit, dibina oleh saintis dari Universiti Washington dan diterangkan dalam salah satu terbitan terbaru jurnal Physics World. Z-pinch berfungsi dengan memerangkap dan memampatkan plasma dalam medan magnet yang kuat. Dalam eksperimen, adalah mungkin untuk menstabilkan plasma selama 16 mikrosaat, dan tindak balas pelakuran berterusan selama kira-kira satu pertiga daripada masa ini. Demonstrasi itu sepatutnya menunjukkan bahawa sintesis berskala kecil adalah mungkin, walaupun ramai saintis masih mempunyai keraguan yang serius tentang perkara ini.
Sebaliknya, terima kasih kepada sokongan Google dan pelabur teknologi canggih yang lain, syarikat California TAE Technologies menggunakan kaedah yang berbeza daripada biasa untuk eksperimen gabungan, campuran bahan api boron, yang digunakan untuk membangunkan reaktor yang lebih kecil dan lebih murah, pada mulanya untuk tujuan yang dipanggil enjin roket gabungan. Sebuah prototaip reaktor gabungan silinder (4) dengan rasuk pembilang (CBFR), yang memanaskan gas hidrogen untuk membentuk dua cincin plasma. Mereka bergabung dengan berkas zarah lengai dan disimpan dalam keadaan sedemikian, yang sepatutnya menyumbang kepada peningkatan tenaga dan ketahanan plasma.
Satu lagi syarikat permulaan gabungan General Fusion dari wilayah British Columbia di Kanada menikmati sokongan Jeff Bezos sendiri. Ringkasnya, konsepnya adalah untuk menyuntik plasma panas ke dalam bola logam cecair (campuran litium dan plumbum) di dalam bola keluli, selepas itu plasma dimampatkan oleh omboh, sama seperti enjin diesel. Tekanan yang dicipta harus membawa kepada pelakuran, yang akan membebaskan sejumlah besar tenaga untuk menggerakkan turbin jenis loji kuasa baharu. Mike Delage, ketua pegawai teknologi di General Fusion, berkata gabungan nuklear komersial boleh debut dalam sepuluh tahun.
5. Ilustrasi daripada paten termonuklear Tentera Laut AS.
Baru-baru ini, Tentera Laut AS juga memfailkan paten untuk "peranti gabungan plasma." Paten bercakap tentang medan magnet untuk mencipta "getaran dipercepat" (5). Ideanya adalah untuk membina reaktor gabungan yang cukup kecil untuk mudah alih. Tidak perlu dikatakan, permohonan paten ini disambut dengan keraguan.
