In združitev?

Poročila ob koncu lanskega leta o gradnji reaktorja za sintezo kitajskih strokovnjakov so zvenela senzacionalno (1). Kitajski državni mediji poročajo, da bo objekt HL-2M, ki se nahaja v raziskovalnem centru v Chengduju, deloval leta 2020. Ton medijskih poročil je nakazoval, da je vprašanje dostopa do neizčrpne energije termonuklearne fuzije za vedno rešeno.

Podrobnejši pogled na podrobnosti pomaga ohladiti optimizem.

Nowy aparat tipa tokamak, z naprednejšo zasnovo od doslej znanih, naj bi ustvarila plazmo s temperaturami nad 200 milijoni stopinj Celzija. To je v sporočilu za javnost objavil vodja jugozahodnega inštituta za fiziko Kitajske nacionalne jedrske korporacije Duan Xiuru. Naprava bo zagotovila tehnično podporo Kitajcem, ki delajo na projektu Mednarodni termonuklearni eksperimentalni reaktor (ITER)kot tudi gradbeništvo.

Zato mislim, da še ni energetska revolucija, čeprav so jo ustvarili Kitajci. reaktor KhL-2M zaenkrat je malo znanega. Ne vemo, kakšna je predvidena toplotna moč tega reaktorja ali kakšne ravni energije so potrebne za izvedbo reakcije jedrske fuzije v njem. Najpomembnejšega ne vemo – ali je kitajski fuzijski reaktor zasnova s ​​pozitivno energijsko bilanco ali pa gre le za še en eksperimentalni fuzijski reaktor, ki omogoča fuzijsko reakcijo, a hkrati zahteva več energije za »vžig« kot energija, ki jo lahko dobimo kot rezultat reakcij.

Mednarodna prizadevanja

Kitajska, skupaj z Evropsko unijo, ZDA, Indijo, Japonsko, Južno Korejo in Rusijo, so članice programa ITER. To je najdražji med sedanjimi mednarodnimi raziskovalnimi projekti, ki jih financirajo zgoraj omenjene države in stanejo okoli 20 milijard ameriških dolarjev. Odprt je bil kot rezultat sodelovanja med vladama Mihaila Gorbačova in Ronalda Reagana v času hladne vojne, mnogo let pozneje pa je bil vključen v pogodbo, ki so jo vse te države podpisale leta 2006.

2. Na gradbišču tokamaka ITER

Projekt ITER v Cadaracheju v južni Franciji (2) razvija največji tokamak na svetu, to je plazemsko komoro, ki jo je treba ukrotiti z močnim magnetnim poljem, ki ga ustvarjajo elektromagneti. Ta izum je razvila Sovjetska zveza v 50. in 60. letih. Vodja projekta, Lavan Koblenz, je napovedal, da naj bi organizacija prejela "prvo plazmo" do decembra 2025. ITER bi moral vsakič podpirati termonuklearno reakcijo za približno 1 ljudi. sekunde, pridobiva moč 500-1100 MW. Za primerjavo, največji britanski tokamak doslej, JET (skupni evropski torus), zadrži reakcijo nekaj deset sekund in pridobi moč do 16 MW. Energija v tem reaktorju se bo sproščala v obliki toplote - ne sme se pretvoriti v elektriko. Dajanje fuzijske moči v omrežje ne pride v poštev, saj je projekt samo za raziskovalne namene. Šele na podlagi ITER bo zgrajena prihodnja generacija termonuklearnih reaktorjev, ki bodo dosegli moč 3-4 tisoč. MW.

Glavni razlog, zakaj običajne fuzijske elektrarne še vedno ne obstajajo (kljub več kot šestdesetletnim obsežnim in dragim raziskavam), je težava pri nadzoru in "upravljanju" obnašanja plazme. Vendar pa so leta eksperimentiranja prinesla številna dragocena odkritja in danes se zdi fuzijska energija bližja kot kdaj koli prej.

Dodajte helij-3, premešajte in segrejte

ITER je glavni poudarek globalnih raziskav fuzije, vendar veliko raziskovalnih centrov, podjetij in vojaških laboratorijev dela tudi na drugih fuzijskih projektih, ki odstopajo od klasičnega pristopa.

Na primer, izvedeno v zadnjih letih na iz Massachusetts Institute of Technology eksperimenti z Helem-3 na tokamaku je dal razburljive rezultate, med drugim desetkratno povečanje energije plazemski ion. Znanstveniki, ki izvajajo poskuse na tokamaku C-Mod na Massachusetts Institute of Technology, so skupaj s strokovnjaki iz Belgije in Združenega kraljestva razvili novo vrsto termonuklearnega goriva, ki vsebuje tri vrste ionov. Ekipa Alkator C-Mod (3) je izvedla študijo že septembra 2016, vendar so bili podatki iz teh poskusov analizirani šele pred kratkim, kar je pokazalo ogromno povečanje plazemske energije. Rezultati so bili tako spodbudni, da so se znanstveniki, ki vodijo največji delujoči fuzijski laboratorij na svetu JET v Združenem kraljestvu, odločili ponoviti poskuse. Enako povečanje energije je bilo doseženo. Rezultati študije so objavljeni v reviji Nature Physics.

3. Tokamak Alcator C-Mod deluje

Ključ do povečanja učinkovitosti jedrskega goriva je bil dodajanje sledov helija-3, stabilnega izotopa helija, z enim nevtronom namesto dveh. Jedrsko gorivo, uporabljeno v metodi Alcator C, je prej vsebovalo samo dve vrsti ionov, devterij in vodik. Deuterij, stabilen izotop vodika z nevtronom v jedru (v nasprotju z vodikom brez nevtronov), predstavlja približno 95 % goriva. Znanstveniki iz Centra za raziskovanje plazme in Massachusetts Institute of Technology (PSFC) so uporabili postopek, imenovan RF ogrevanje. Antene poleg tokamaka uporabljajo določeno radijsko frekvenco za vzbujanje delcev, valovi pa so kalibrirani tako, da "ciljajo" na vodikove ione. Ker vodik predstavlja majhen delež celotne gostote goriva, koncentriranje le majhnega dela ionov pri segrevanju omogoča doseganje ekstremnih ravni energije. Nadalje stimulirani vodikovi ioni preidejo na devterijeve ione, ki prevladujejo v zmesi, tako nastali delci pa vstopijo v zunanjo lupino reaktorja in pri tem sproščajo toploto.

Učinkovitost tega postopka se poveča, če v mešanico dodamo ione helija-3 v količini, manjši od 1%. S koncentracijo vsega radijskega ogrevanja na majhno količino helija-3 so znanstveniki dvignili energijo ionov na megaelektronvolte (MeV).

Prvi pride - prvi melje Ekvivalent v ruščini: Eating late guest and bone

V zadnjih nekaj letih je v svetu nadzorovanega fuzijskega dela prišlo do številnih dogodkov, ki so ponovno obudili upanje znanstvenikov in vseh nas, da bomo končno dosegli "sveti gral" energije.

Dobri signali so med drugim odkritja iz Princetonskega laboratorija za fiziko plazme (PPPL) ameriškega ministrstva za energijo (DOE). Radijski valovi so bili z velikim uspehom uporabljeni za znatno zmanjšanje tako imenovanih plazemskih motenj, ki so lahko ključnega pomena v procesu "oblačenja" termonuklearnih reakcij. Ista raziskovalna skupina je marca 2019 poročala o poskusu litijevega tokamaka, v katerem so bile notranje stene testnega reaktorja prevlečene z litijem, materialom, ki je dobro znan iz baterij, ki se običajno uporabljajo v elektroniki. Znanstveniki so ugotovili, da litijeva obloga na stenah reaktorja absorbira razpršene delce plazme in preprečuje, da bi se odbili nazaj v plazemski oblak in moti termonuklearne reakcije.

4. Vizualizacija projekta TAE Technologies

Znanstveniki iz velikih uglednih znanstvenih institucij so v svojih izjavah postali celo previdni optimisti. V zadnjem času se je močno povečalo tudi zanimanje za tehnike nadzorovane fuzije v zasebnem sektorju. Leta 2018 je Lockheed Martin objavil načrt za razvoj prototipa kompaktnega fuzijskega reaktorja (CFR) v naslednjem desetletju. Če bo tehnologija, na kateri se podjetje ukvarja, delovala, bo naprava v velikosti tovornjaka lahko zagotovila dovolj električne energije, da bo zadostila potrebam naprave s površino 100 kvadratnih metrov. prebivalci mesta.

Druga podjetja in raziskovalni centri tekmujejo, kdo lahko zgradi prvi pravi fuzijski reaktor, vključno s TAE Technologies in Massachusetts Institute of Technology. Tudi Amazonov Jeff Bezos in Microsoftov Bill Gates sta se pred kratkim vključila v projekte združevanja. NBC News je pred kratkim preštel sedemnajst majhnih podjetij, ki se ukvarjajo samo s fuzijo v ZDA. Startupi, kot sta General Fusion ali Commonwealth Fusion Systems, se osredotočajo na manjše reaktorje, ki temeljijo na inovativnih superprevodnikih.

Koncept "hladne fuzije" in alternative velikim reaktorjem, ne le tokamaki, ampak tudi t.i. stelaratorji, z nekoliko drugačno zasnovo, zgrajeno tudi v Nemčiji. Tudi iskanje drugačnega pristopa se nadaljuje. Primer tega je naprava, imenovana Z-ščip, zgradili znanstveniki z univerze Washington in opisali v eni od zadnjih številk revije Physics World. Z-ščip deluje tako, da ujame in stisne plazmo v močnem magnetnem polju. V poskusu je bilo mogoče stabilizirati plazmo za 16 mikrosekund, fuzijska reakcija pa je potekala približno tretjino tega časa. Demonstracija naj bi pokazala, da je sinteza v majhnem obsegu možna, čeprav mnogi znanstveniki o tem še vedno resno dvomijo.

Po zaslugi podpore Googla in drugih vlagateljev v napredno tehnologijo kalifornijsko podjetje TAE Technologies uporablja drugačno, kot je tipično za eksperimente fuzije, mešanica borovega goriva, ki so jih uporabljali za razvoj manjših in cenejših reaktorjev, sprva za namen tako imenovanega fuzijskega raketnega motorja. Prototip valjastega fuzijskega reaktorja (4) z nasprotnimi žarki (CBFR), ki segreva vodikov plin, da tvori dva plazemska obroča. Združujejo se s svežnji inertnih delcev in se ohranjajo v takem stanju, ki naj bi povečalo energijo in vzdržljivost plazme.

Še en fuzijski startup General Fusion iz kanadske province Britanska Kolumbija uživa podporo samega Jeffa Bezosa. Preprosto povedano, njegov koncept je vbrizgavanje vroče plazme v kroglico tekoče kovine (mešanica litija in svinca) znotraj jeklene krogle, po kateri plazmo stisnejo bati, podobno kot pri dizelskem motorju. Ustvarjeni tlak naj bi privedel do fuzije, ki bo sprostila ogromno energije za pogon turbin nove vrste elektrarne. Mike Delage, glavni tehnološki direktor pri General Fusion, pravi, da bi lahko komercialna jedrska fuzija začela delovati v desetih letih.

5. Ilustracija termonuklearnega patenta ameriške mornarice.

Nedavno je ameriška mornarica vložila tudi patent za "napravo za plazemsko fuzijo". Patent govori o magnetnih poljih za ustvarjanje "pospešenih vibracij" (5). Ideja je zgraditi fuzijske reaktorje, ki so dovolj majhni, da bi bili prenosni. Ni treba posebej poudarjati, da je bila ta patentna prijava sprejeta s skepticizmom.