A spajanje?

Izvještaji kineskih stručnjaka krajem prošle godine o izgradnji reaktora za sintezu zvučali su senzacionalno (1). Kineski državni mediji objavili su da će postrojenje HL-2M, koje se nalazi u istraživačkom centru u Čengduu, biti operativno 2020. godine. Ton medijskih izvještaja ukazivao je da je pitanje pristupa neiscrpnoj energiji termonuklearne fuzije zauvijek riješeno.

Pažljiviji pogled na detalje pomaže da se ohladi optimizam.

novi aparat tipa tokamak, sa naprednijim dizajnom od onih do sada poznatih, trebalo bi da generiše plazmu sa temperaturama iznad 200 miliona stepeni Celzijusa. Ovo je u saopštenju za javnost objavio čelnik Jugozapadnog instituta za fiziku Kineske nacionalne nuklearne korporacije Duan Xiuru. Uređaj će pružiti tehničku podršku Kinezima koji rade na projektu Međunarodni termonuklearni eksperimentalni reaktor (ITER)kao i građevinarstvo.

Tako da mislim da to još nije energetska revolucija, iako su je stvorili Kinezi. reaktor KHL-2M do sada se malo zna. Ne znamo kolika je predviđena toplotna snaga ovog reaktora niti koji nivoi energije su potrebni da bi se pokrenula reakcija nuklearne fuzije u njemu. Ne znamo ono najvažnije - da li je kineski fuzijski reaktor dizajn sa pozitivnim energetskim bilansom, ili je to samo još jedan eksperimentalni fuzijski reaktor koji omogućava fuzijsku reakciju, ali istovremeno zahtijeva više energije za "paljenje" od energija koja se može dobiti kao rezultat reakcija.

Međunarodni napor

Kina, zajedno sa Evropskom unijom, Sjedinjenim Državama, Indijom, Japanom, Južnom Korejom i Rusijom, članice su ITER programa. Ovo je najskuplji od sadašnjih međunarodnih istraživačkih projekata koje finansiraju gore navedene zemlje, a košta oko 20 milijardi američkih dolara. Otvoren je kao rezultat saradnje vlada Mihaila Gorbačova i Ronalda Regana u doba hladnog rata, a mnogo godina kasnije uključen je u sporazum koji su sve ove zemlje potpisale 2006. godine.

2. Na gradilištu ITER tokamaka

Projekat ITER u Cadaracheu u južnoj Francuskoj (2) razvija najveći svjetski tokamak, odnosno plazma komoru koja se mora ukrotiti pomoću snažnog magnetnog polja koje stvaraju elektromagneti. Ovaj izum razvio je Sovjetski Savez 50-ih i 60-ih godina. menadžer projekta, Lavan Koblenz, najavio je da bi organizacija trebala dobiti "prvu plazmu" do decembra 2025. ITER bi svaki put trebao podržati termonuklearnu reakciju za oko 1 ljudi. sekundi, dobijajući snagu 500-1100 MW. Poređenja radi, najveći britanski tokamak do sada, NS (zglobni evropski torus), zadržava reakciju nekoliko desetina sekundi i dobija snagu do 16 MW. Energija u ovom reaktoru će se oslobađati u obliku toplote - ne bi trebalo da se pretvara u električnu energiju. Isporuka energije fuzije u mrežu ne dolazi u obzir jer je projekat samo u istraživačke svrhe. Samo na bazi ITER-a biće izgrađena buduća generacija termonuklearnih reaktora koji će dostići snagu 3-4 hiljade. MW.

Glavni razlog zašto normalne fuzijske elektrane još uvijek ne postoje (uprkos preko šezdeset godina opsežnog i skupog istraživanja) je teškoća kontrole i "upravljanja" ponašanjem plazme. Međutim, godine eksperimentiranja donijele su mnoga vrijedna otkrića, a danas se energija fuzije čini bližom nego ikad.

Dodajte helijum-3, promiješajte i zagrijte

ITER je glavni fokus globalnog istraživanja fuzije, ali mnogi istraživački centri, kompanije i vojne laboratorije također rade na drugim projektima fuzije koji odstupaju od klasičnog pristupa.

Na primjer, provedeno posljednjih godina na sa Massachusetts Institute of Technology eksperimenti sa Helem-3 na tokamaku dao je uzbudljive rezultate, uključujući desetostruko povećanje energije jon plazme. Naučnici koji sprovode eksperimente na C-Mod tokamaku na Massachusetts Institute of Technology, zajedno sa stručnjacima iz Belgije i Velike Britanije, razvili su novu vrstu termonuklearnog goriva koje sadrži tri vrste jona. Tim Alkator C-Mod (3) je sproveo studiju još u septembru 2016. godine, ali su podaci iz ovih eksperimenata tek nedavno analizirani, otkrivajući ogroman porast energije plazme. Rezultati su bili toliko ohrabrujući da su naučnici koji vode najveću radnu fuzijsku laboratoriju na svijetu, JET u Velikoj Britaniji, odlučili da ponove eksperimente. Postignut je isti porast energije. Rezultati studije objavljeni su u časopisu Nature Physics.

3. Tokamak Alcator C-Mod u radu

Ključ za povećanje efikasnosti nuklearnog goriva bio je dodavanje helijuma-3 u tragovima, stabilnog izotopa helijuma, sa jednim neutronom umjesto dva. Nuklearno gorivo korišteno u Alcator C metodi ranije je sadržavalo samo dvije vrste jona, deuterijum i vodik. Deuterijum, stabilan izotop vodonika sa neutronom u jezgru (za razliku od vodonika bez neutrona), čini oko 95% goriva. Naučnici u Centru za istraživanje plazme i Massachusetts Institute of Technology (PSFC) koristili su proces tzv. RF grijanje. Antene pored tokamaka koriste određenu radio frekvenciju da pobuđuju čestice, a valovi su kalibrirani da "ciljaju" ione vodika. Budući da vodonik čini mali dio ukupne gustine goriva, koncentriranje samo malog dijela jona pri zagrijavanju omogućava postizanje ekstremnih nivoa energije. Dalje, stimulirani joni vodika prelaze na jone deuterijuma koji prevladavaju u smjesi, a čestice nastale na ovaj način ulaze u vanjski omotač reaktora, oslobađajući toplinu.

Efikasnost ovog procesa se povećava kada se u smešu dodaju joni helijuma-3 u količini manjoj od 1%. Koncentrišući sve radio zagrevanje na malu količinu helijuma-3, naučnici su podigli energiju jona na megaelektronvolte (MeV).

Prvi dođe – prvi serviran Ekvivalent na ruskom: Jedenje kasnog gosta i kosti

Bilo je mnogo pomaka u svijetu rada na kontrolisanoj fuziji u posljednjih nekoliko godina koji su ponovo raspalili nade naučnika i svih nas da konačno dosegnemo "sveti gral" energije.

Dobri signali uključuju, između ostalog, otkrića iz Prinstonske laboratorije za fiziku plazme (PPPL) američkog Ministarstva energetike (DOE). Radio talasi su sa velikim uspehom korišćeni za značajno smanjenje takozvanih plazma perturbacija, koje mogu biti presudne u procesu "oblačenja" termonuklearnih reakcija. Isti istraživački tim je u martu 2019. izvijestio o eksperimentu litijum tokamaka u kojem su unutrašnji zidovi testnog reaktora bili obloženi litijumom, materijalom dobro poznatim iz baterija koje se obično koriste u elektronici. Naučnici su primetili da litijumska obloga na zidovima reaktora apsorbuje rasute čestice plazme, sprečavajući ih da se reflektuju nazad u oblak plazme i ometaju termonuklearne reakcije.

4. Vizualizacija projekta TAE Technologies

Naučnici iz velikih uglednih naučnih institucija čak su postali oprezni optimisti u svojim izjavama. Nedavno je također došlo do ogromnog porasta interesa za tehnike kontrolirane fuzije u privatnom sektoru. Lockheed Martin je 2018. najavio plan za razvoj prototipa kompaktnog fuzijskog reaktora (CFR) u narednoj deceniji. Ako tehnologija na kojoj kompanija radi funkcionira, uređaj veličine kamiona moći će osigurati dovoljno električne energije da zadovolji potrebe uređaja od 100 kvadratnih stopa. gradskih stanovnika.

Druge kompanije i istraživački centri se takmiče ko može da izgradi prvi pravi fuzioni reaktor, uključujući TAE Technologies i Massachusetts Institute of Technology. Čak su i Amazonov Jeff Bezos i Microsoftov Bill Gates nedavno bili uključeni u projekte spajanja. NBC News je nedavno izbrojao sedamnaest malih kompanija koje se bave samo fuzijom u SAD-u. Startapi kao što su General Fusion ili Commonwealth Fusion Systems fokusiraju se na manje reaktore bazirane na inovativnim superprovodnicima.

Koncept "hladne fuzije" i alternative velikim reaktorima, ne samo tokamaci, već i tzv. stelaratori, sa malo drugačijim dizajnom, izgrađen uključujući i u Njemačkoj. Potraga za drugačijim pristupom se također nastavlja. Primjer za to je uređaj tzv Z-štipanje, sagradili naučnici sa Univerziteta Washington i opisani u jednom od najnovijih izdanja časopisa Physics World. Z-pinč radi tako što hvata i kompresuje plazmu u snažnom magnetskom polju. U eksperimentu je bilo moguće stabilizirati plazmu za 16 mikrosekundi, a reakcija fuzije je trajala oko trećine ovog vremena. Demonstracija je trebala pokazati da je sinteza malih razmjera moguća, iako mnogi naučnici još uvijek ozbiljno sumnjaju u to.

Zauzvrat, zahvaljujući podršci Google-a i drugih investitora napredne tehnologije, kalifornijska kompanija TAE Technologies koristi drugačiji, od uobičajenog za eksperimente fuzije, mješavina goriva bora, koji su korišteni za razvoj manjih i jeftinijih reaktora, u početku za potrebe tzv. fuzionog raketnog motora. Prototip cilindričnog fuzijskog reaktora (4) sa kontra snopovima (CBFR), koji zagreva vodonik da bi se formirala dva plazma prstena. Kombinuju se sa snopovima inertnih čestica i drže se u takvom stanju koje bi trebalo da poveća energiju i trajnost plazme.

Još jedan fusion startup General Fusion iz kanadske provincije Britanska Kolumbija uživa podršku samog Jeffa Bezosa. Jednostavno rečeno, njegov koncept je ubrizgavanje vruće plazme u kuglicu tekućeg metala (mješavina litijuma i olova) unutar čelične kugle, nakon čega se plazma kompresuje pomoću klipova, slično kao kod dizel motora. Stvoreni pritisak trebao bi dovesti do fuzije, koja će osloboditi ogromnu količinu energije za pogon turbina novog tipa elektrane. Mike Delage, glavni tehnološki direktor u General Fusionu, kaže da bi komercijalna nuklearna fuzija mogla debitovati za deset godina.

5. Ilustracija iz termonuklearnog patenta američke mornarice.

Nedavno je američka mornarica također prijavila patent za "uređaj za fuziju plazme". Patent govori o magnetnim poljima za stvaranje "ubrzane vibracije" (5). Ideja je da se izgrade fuzijski reaktori dovoljno mali da budu prenosivi. Nepotrebno je reći da je ova patentna prijava dočekana sa skepticizmom.