Wat van die samesmelting?
inhoud
Die berigte einde verlede jaar oor die bou van ’n samesmeltingsreaktor deur Chinese spesialiste het sensasioneel geklink (1). Chinese staatsmedia het berig dat die HL-2M-fasiliteit, geleë by 'n navorsingsentrum in Chengdu, normaalweg in 2020 sal begin funksioneer. Die toon van mediaberigte het aangedui dat die kwessie van toegang tot die onuitputlike energie van termonukleêre samesmelting vir ewig opgelos is.
Om die besonderhede van nader te bekyk, help om optimisme te koel.
Nowy Tokamak tipe apparaat, met 'n meer gevorderde ontwerp as dié wat tot dusver bekend is, behoort plasma te genereer met temperature bo 200 miljoen grade Celsius. Duan Xiuru, hoof van die Suidwes-instituut vir fisika van die China National Nuclear Corporation, het dit in 'n persverklaring aangekondig. Die toestel sal tegniese ondersteuning bied aan die Chinese wat aan die projek werk Internasionale termonukleêre eksperimentele reaktor (ITER)sowel as konstruksie.
So ek dink dat dit nog nie 'n energie-revolusie is nie, hoewel dit deur die Chinese geskep is. KHL-2M reaktor min is nog bekend. Ons weet nie wat die geprojekteerde termiese uitset van hierdie reaktor is of watter energievlakke nodig is om 'n kernfusie-reaksie daarin uit te voer nie. Ons weet nie wat die belangrikste is nie - of die Chinese samesmeltingsreaktor 'n ontwerp met 'n positiewe energiebalans is, en of dit net nog 'n eksperimentele samesmeltingsreaktor is wat 'n samesmeltingsreaktor moontlik maak, maar terselfdertyd meer energie benodig vir " ontsteking” as die energie wat as gevolg van reaksies verkry kan word.
Internasionale poging
China, saam met die Europese Unie, die Verenigde State, Indië, Japan, Suid-Korea en Rusland, is deelnemers aan die ITER-program. Dit is die duurste van die deurlopende internasionale navorsingsprojekte wat deur bogenoemde lande befonds word, wat ongeveer VS$20 miljard kos. Dit is ontdek as gevolg van samewerking tussen die regerings van Mikhail Gorbatsjof en Ronald Reagan tydens die Koue Oorlog-era, en is baie jare later ingesluit in 'n verdrag wat in 2006 deur al hierdie lande onderteken is.
2. By die konstruksieterrein van die ITER-tokamak
Die ITER-projek by Cadarache in die suide van Frankryk (2) ontwikkel die wêreld se grootste tokamak, 'n plasmakamer wat getem moet word deur 'n kragtige magnetiese veld wat deur elektromagnete geskep word. Hierdie uitvinding is in die 50's en 60's deur die Sowjetunie ontwikkel. Projek bestuurder, Lavan Koblenz, aangekondig dat die organisasie die "eerste plasma" teen Desember 2025 moet ontvang. ITER moet elke keer 'n termonukleêre reaksie vir ongeveer 1 duisend mense ondersteun. sekondes, kry krag 500-1100 MW. Ter vergelyking, die grootste Britse tokamak tot nog toe, JET (gewrigte Europese torus), handhaaf 'n reaksie vir 'n paar tientalle sekondes en kry krag tot 16 MW. Die energie in hierdie reaktor sal as hitte vrygestel word – dit is nie bedoel om in elektrisiteit omgeskakel te word nie. Die verskaffing van samesmeltingsenergie aan die netwerk is nie ter sprake nie, aangesien die projek slegs vir navorsingsdoeleindes bedoel is. Slegs op grond van ITER sal dit moontlik wees om die toekomstige generasie termonukleêre reaktore te bou wat die krag bereik 3-4 duisend. MW.
Die hoofrede waarom behoorlike samesmeltingskragsentrales steeds nie bestaan nie (ten spyte van meer as sestig jaar se uitgebreide en duur navorsing) is die moeilikheid om die gedrag van die plasma te beheer en te “beheer”. Jare van eksperimentering het egter baie waardevolle ontdekkings opgelewer, en vandag blyk samesmeltingsenergie baie nader as ooit te wees.
Voeg helium-3 by, meng en verhit
ITER is die hooffokus van globale samesmeltingsnavorsing, maar baie navorsingsentrums, maatskappye en militêre laboratoriums werk ook aan ander samesmeltingsprojekte wat van die klassieke benadering afwyk.
Byvoorbeeld, uitgevoer in onlangse jare op van die Massachusetts Institute of Technology eksperimenteer met Roer-3 op die tokamak opwindende resultate opgelewer, insluitend tienvoudige toename in energie plasma-ioon. Wetenskaplikes wat eksperimente op die C-Mod-tokamak by die Massachusetts Institute of Technology uitvoer, het saam met spesialiste van België en die VK 'n nuwe soort samesmeltingsbrandstof ontwikkel wat drie soorte ione bevat. Span Alkator C-Mod (3) het die studie in September 2016 uitgevoer, maar die data van hierdie eksperimente is eers onlangs ontleed, wat 'n groot toename in plasma-energie aan die lig gebring het. Die resultate was so bemoedigend dat wetenskaplikes wat die wêreld se grootste werkende samesmeltingslaboratorium, JET in die Verenigde Koninkryk bestuur, besluit het om die eksperimente te herhaal. Dieselfde toename in energie is behaal. Die resultate van die studie is in die joernaal Nature Physics gepubliseer.
3. Alcator C-Mod tokamak in werking
Die sleutel tot die verhoging van die doeltreffendheid van kernbrandstof was die byvoeging van spoorhoeveelhede helium-3, 'n stabiele isotoop van helium met een neutron in plaas van twee. Die kernbrandstof wat in die Alcator C-metode gebruik is, het voorheen net twee tipes ione bevat – deuterium en waterstof. Deuterium, 'n stabiele isotoop van waterstof met 'n neutron in sy kern (teenoor waterstof sonder neutrone), maak ongeveer 95% van die brandstof uit. Wetenskaplikes by die MIT Plasma Research Centre (PSFC) het 'n proses gebruik genaamd verhitting in radiofrekwensies. Antennas naby die tokamak gebruik 'n spesifieke radiofrekwensie om die deeltjies op te wek, en die golwe word gekalibreer om waterstofione te "teiken". Omdat waterstof 'n klein fraksie van die brandstof se algehele digtheid uitmaak, konsentreer op verhitting slegs 'n klein fraksie van die ione dit moontlik om uiterste energievlakke te bereik. Vervolgens beweeg die gestimuleerde waterstofione na die oorheersende deuteriumione in die mengsel, en die deeltjies wat so gevorm word, gaan die buitenste dop van die reaktor binne en stel hitte vry.
Die doeltreffendheid van hierdie proses neem toe wanneer helium-3-ione in 'n hoeveelheid van minder as 1% by die mengsel gevoeg word. Deur al die radioverhitting op 'n klein hoeveelheid helium-3 te konsentreer, het die wetenskaplikes die energie van die ione tot mega-elektronvolts (MeV) verhoog.
Eerste kom - eerste bedien Ekwivalent in Russies: Eet laat gas en been
Oor die afgelope paar jaar het baie ontwikkelings plaasgevind in die wêreld van beheerde kernfusiewerk wat die hoop van wetenskaplikes en almal van ons laat ontstaan het om uiteindelik die "Heilige Graal" van energie te bereik.
Goeie seine sluit in, maar is nie beperk tot, ontdekkings van die Amerikaanse departement van energie (DOE) se Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL). Radiogolwe is met groot sukses gebruik om sogenaamde plasmaversteurings aansienlik te verminder, wat deurslaggewend kan wees in die proses om termonukleêre reaksies te “verkleed”. Dieselfde navorsingsgroep het in Maart 2019 'n litium-tokamak-eksperiment aangemeld waarin die binnewande van die toetsreaktor bedek is met litium, 'n materiaal wat bekend is van batterye wat algemeen in elektronika gebruik word. Die wetenskaplikes het opgemerk dat die litiumvoering op die reaktorwande verstrooide plasmadeeltjies absorbeer, wat verhoed dat hulle teruggekaats word na die plasmawolk en inmeng met termonukleêre reaksies.
4. Visualiseringsprojek TAE Technologies
Wetenskaplikes van groot gerespekteerde wetenskaplike instellings het selfs versigtig optimisties geword in hul stellings. Onlangs was daar ook 'n groot toename in belangstelling in beheerde sintesetegnieke in die private sektor. In 2018 het Lockheed Martin 'n plan aangekondig om 'n prototipe kompakte samesmeltingsreaktor (CFR) oor die volgende dekade te ontwikkel. As die tegnologie waaraan die maatskappy werk werk, kan 'n vragmotorgrootte toestel genoeg elektrisiteit verskaf om aan die behoeftes van 'n 100 vierkante voet toestel te voldoen. inwoners van die stad.
Ander maatskappye en navorsingsentrums ding mee om te sien wie die eerste werklike samesmeltingsreaktor kan bou, insluitend TAE Technologies en die Massachusetts Institute of Technology. Selfs Amazon se Jeff Bezos en Microsoft se Bill Gates het onlangs by samesmeltingsprojekte betrokke geraak. NBC News het onlangs sewentien klein maatskappye getel wat uitsluitlik toegewy is aan samesmelting in die Verenigde State. Startups soos General Fusion of Commonwealth Fusion Systems fokus op kleiner reaktore gebaseer op innoverende supergeleiers.
Die konsep van "koue samesmelting" en alternatiewe vir groot reaktors, nie net tokamaks nie, maar ook die sg. sterremakers, met 'n effens ander ontwerp, ook in Duitsland gebou. Die soeke na 'n ander benadering duur ook voort. 'n Voorbeeld hiervan is 'n toestel genaamd Z-knippie, gebou deur wetenskaplikes van die Universiteit van Washington en beskryf in een van die jongste uitgawes van die joernaal Physics World. Die Z-knyp werk deur plasma in 'n kragtige magnetiese veld vas te vang en saam te druk. In die eksperiment was dit moontlik om die plasma vir 16 mikrosekondes te stabiliseer, en die samesmeltingsreaksie het vir ongeveer 'n derde van hierdie tyd voortgegaan. Die demonstrasie was bedoel om te wys dat kleinskaalse samesmelting moontlik is, hoewel baie wetenskaplikes steeds ernstige twyfel daaroor het.
Op sy beurt, danksy die ondersteuning van Google en ander beleggers wat gefokus is op die nuutste tegnologie, gebruik Kalifornië-gebaseerde TAE Technologies 'n ander benadering as tipiese samesmeltingseksperimente. boorhidried brandstofmengsel, wat gebruik is om kleiner en goedkoper reaktore te ontwikkel, aanvanklik met die doel van sogenaamde samesmeltingsvuurpylaandrywing. Prototipe silindriese samesmeltingsreaktor (4) met botsende strale (CBFR), wat waterstofgas verhit om twee plasmaringe te vorm. Hulle kombineer met bondels inerte deeltjies en word in hierdie toestand gehou, wat moet help om die energie en duursaamheid van die plasma te verhoog.
Nog 'n termonukleêre opstart, General Fusion, van die Kanadese provinsie van British Columbia, word deur Jeff Bezos self ondersteun. Eenvoudig gestel, sy konsep is om warm plasma in 'n bal van vloeibare metaal ('n mengsel van litium en lood) binne 'n staalbal in te spuit, waarna die plasma deur suiers saamgepers word, soortgelyk aan 'n dieselenjin. Die druk wat geskep word, behoort tot termonukleêre samesmelting te lei, wat groot hoeveelhede energie sal vrystel om die turbines van 'n nuwe tipe kragsentrale aan te dryf. Mike Delage, hooftegnologiebeampte by General Fusion, sê kommersiële kernfusie kan binne 'n dekade debuteer.
5. Illustrasie van die Amerikaanse vloot termonukleêre patent.
Die Amerikaanse vloot het ook onlangs 'n patent ingedien vir 'n "plasma-samesmeltingstoestel." Die patent praat oor magnetiese velde om "versnelde vibrasie" te skep (5). Die idee is om samesmeltingsreaktore te bou wat klein genoeg is om draagbaar te wees. Nodeloos om te sê, hierdie patentaansoek is met skeptisisme begroet.
