At ang pagsasanib?

Ang mga ulat sa pagtatapos ng nakaraang taon tungkol sa pagtatayo ng isang reaktor para sa synthesis ng mga espesyalistang Tsino ay naging kahindik-hindik (1). Iniulat ng state media ng China na ang pasilidad ng HL-2M, na matatagpuan sa isang research center sa Chengdu, ay magiging operational sa 2020. Ang tono ng mga ulat ng media ay nagpahiwatig na ang isyu ng pag-access sa hindi mauubos na enerhiya ng thermonuclear fusion ay nalutas magpakailanman.

Ang isang mas malapit na pagtingin sa mga detalye ay nakakatulong na palamig ang optimismo.

Bago tokamak type apparatus, na may mas advanced na disenyo kaysa sa mga kilala sa ngayon, ay dapat bumuo ng plasma na may temperaturang higit sa 200 milyong degrees Celsius. Ito ay inihayag sa isang press release ng pinuno ng Southwestern Institute of Physics ng China National Nuclear Corporation na si Duan Xiuru. Ang aparato ay magbibigay ng teknikal na suporta sa mga Chinese na nagtatrabaho sa proyekto International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER)pati na rin ang construction.

Kaya sa tingin ko, hindi pa ito energy revolution, kahit na ito ay nilikha ng mga Tsino. reaktor KhL-2M sa ngayon kakaunti ang nalalaman. Hindi namin alam kung ano ang hinulaang thermal output ng reactor na ito o kung anong mga antas ng enerhiya ang kailangan para magpatakbo ng nuclear fusion reaction dito. Hindi natin alam ang pinakamahalagang bagay - ang Chinese fusion reactor ba ay isang disenyo na may positibong balanse ng enerhiya, o isa lang itong eksperimental na fusion reactor na nagbibigay-daan para sa isang fusion reaction, ngunit sa parehong oras ay nangangailangan ng mas maraming enerhiya para sa "ignition" kaysa ang enerhiya na maaaring makuha bilang isang resulta ng mga reaksyon.

Internasyonal na pagsisikap

Ang China, kasama ang European Union, United States, India, Japan, South Korea at Russia, ay mga miyembro ng ITER program. Ito ang pinakamahal sa kasalukuyang mga internasyonal na proyekto ng pananaliksik na pinondohan ng mga nabanggit na bansa, na nagkakahalaga ng humigit-kumulang US$20 bilyon. Binuksan ito bilang resulta ng kooperasyon sa pagitan ng mga pamahalaan nina Mikhail Gorbachev at Ronald Reagan noong panahon ng Cold War, at pagkalipas ng maraming taon ay isinama sa isang kasunduan na nilagdaan ng lahat ng mga bansang ito noong 2006.

2. Sa construction site ng ITER tokamak

Ang proyekto ng ITER sa Cadarache sa southern France (2) ay bumubuo ng pinakamalaking tokamak sa mundo, iyon ay, isang plasma chamber na dapat na pinaamo gamit ang isang malakas na magnetic field na nabuo ng mga electromagnet. Ang imbensyon na ito ay binuo ng Unyong Sobyet noong 50s at 60s. Tagapamahala ng proyekto, Lavan Koblenz, inihayag na ang organisasyon ay dapat tumanggap ng "unang plasma" sa Disyembre 2025. Dapat suportahan ng ITER ang isang thermonuclear na reaksyon para sa humigit-kumulang 1 libong tao sa bawat pagkakataon. segundo, nakakakuha ng lakas 500-1100 MW. Para sa paghahambing, ang pinakamalaking British tokamak hanggang ngayon, JET (magsanib na European torus), nagpapanatili ng reaksyon sa loob ng ilang sampu-sampung segundo at nakakakuha ng lakas hanggang sa 16 MW. Ang enerhiya sa reactor na ito ay ilalabas sa anyo ng init - hindi ito dapat i-convert sa kuryente. Ang paghahatid ng fusion power sa grid ay wala sa tanong dahil ang proyekto ay para sa mga layunin ng pananaliksik lamang. Ito ay batay lamang sa ITER na ang hinaharap na henerasyon ng mga thermonuclear reactor ay itatayo, na umaabot sa kapangyarihan 3-4 thousand. MW.

Ang pangunahing dahilan kung bakit wala pa rin ang normal na fusion power plants (sa kabila ng mahigit animnapung taon ng malawak at magastos na pananaliksik) ay ang kahirapan sa pagkontrol at "pamamahala" sa pag-uugali ng plasma. Gayunpaman, ang mga taon ng pag-eeksperimento ay nagbunga ng maraming mahahalagang pagtuklas, at ngayon ang enerhiya ng pagsasanib ay tila mas malapit kaysa dati.

Magdagdag ng helium-3, pukawin at init

Ang ITER ang pangunahing pokus ng pandaigdigang pagsasaliksik ng pagsasanib, ngunit maraming mga sentro ng pananaliksik, kumpanya at laboratoryo ng militar ang gumagawa din sa iba pang mga proyekto ng pagsasanib na lumihis sa klasikal na diskarte.

Halimbawa, isinagawa sa mga nakaraang taon sa mula sa Massachusetts Institute of Technology mga eksperimento sa Helem-3 sa tokamak ay nagbigay ng kapana-panabik na mga resulta, kabilang ang sampung beses na pagtaas ng enerhiya plasma ion. Ang mga siyentipiko na nagsasagawa ng mga eksperimento sa C-Mod tokamak sa Massachusetts Institute of Technology, kasama ang mga espesyalista mula sa Belgium at UK, ay nakabuo ng bagong uri ng thermonuclear fuel na naglalaman ng tatlong uri ng mga ion. Koponan Alcatel C-Mod (3) ay nagsagawa ng isang pag-aaral noong Setyembre 2016, ngunit ang data mula sa mga eksperimentong ito ay kamakailan lamang nasuri, na nagpapakita ng malaking pagtaas sa enerhiya ng plasma. Ang mga resulta ay lubhang nakapagpapatibay na ang mga siyentipiko na nagpapatakbo ng pinakamalaking operating fusion laboratory sa mundo, ang JET sa UK, ay nagpasya na ulitin ang mga eksperimento. Ang parehong pagtaas sa enerhiya ay nakamit. Ang mga resulta ng pag-aaral ay inilathala sa journal Nature Physics.

3. Tokamak Alcator C-Mod na gumagana

Ang susi sa pagtaas ng kahusayan ng nuclear fuel ay ang pagdaragdag ng mga bakas na halaga ng helium-3, isang matatag na isotope ng helium, na may isang neutron sa halip na dalawa. Ang nuclear fuel na ginamit sa Alcator C method dati ay naglalaman lamang ng dalawang uri ng ions, deuterium at hydrogen. Ang Deuterium, isang matatag na isotope ng hydrogen na may neutron sa nucleus nito (kumpara sa hydrogen na walang neutron), ay bumubuo ng humigit-kumulang 95% ng gasolina. Ang mga siyentipiko sa Plasma Research Center at Massachusetts Institute of Technology (PSFC) ay gumamit ng isang proseso na tinatawag Pag-init ng RF. Ang mga antenna sa tabi ng tokamak ay gumagamit ng isang partikular na frequency ng radyo upang pukawin ang mga particle, at ang mga alon ay naka-calibrate upang "i-target" ang mga hydrogen ions. Dahil ang hydrogen ay bumubuo ng isang maliit na bahagi ng kabuuang density ng gasolina, ang pag-concentrate lamang ng isang maliit na bahagi ng mga ion sa pag-init ay nagpapahintulot sa matinding antas ng enerhiya na maabot. Dagdag pa, ang mga stimulated hydrogen ions ay dumadaan sa mga deuterium ions na nananaig sa pinaghalong, at ang mga particle na nabuo sa ganitong paraan ay pumapasok sa panlabas na shell ng reactor, na naglalabas ng init.

Ang kahusayan ng prosesong ito ay tumataas kapag ang helium-3 ions ay idinagdag sa pinaghalong sa halagang mas mababa sa 1%. Sa pamamagitan ng pagtutuon ng lahat ng pagpainit ng radyo sa isang maliit na halaga ng helium-3, itinaas ng mga siyentipiko ang enerhiya ng mga ion sa megaelectronvolts (MeV).

First come - first served Equivalent in Russian: Eating late guest and bone

Mayroong maraming mga pag-unlad sa mundo ng kontroladong fusion work sa nakalipas na ilang taon na muling nagpasigla sa pag-asa ng mga siyentipiko at sa ating lahat na sa wakas ay maabot ang "Holy Grail" ng enerhiya.

Kasama sa magagandang signal, bukod sa iba pa, ang mga pagtuklas mula sa Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) ng US Department of Energy (DOE). Ang mga radio wave ay ginamit nang may malaking tagumpay upang makabuluhang bawasan ang tinatawag na plasma perturbations, na maaaring maging mahalaga sa proseso ng "pagbibihis" ng mga thermonuclear na reaksyon. Ang parehong pangkat ng pananaliksik noong Marso 2019 ay nag-ulat ng isang eksperimento sa lithium tokamak kung saan ang mga panloob na dingding ng pagsubok na reactor ay pinahiran ng lithium, isang materyal na kilala mula sa mga baterya na karaniwang ginagamit sa electronics. Napansin ng mga siyentipiko na ang lining ng lithium sa mga dingding ng reaktor ay sumisipsip ng mga nakakalat na particle ng plasma, na pinipigilan ang mga ito na maipakita pabalik sa ulap ng plasma at nakakasagabal sa mga reaksyon ng thermonuclear.

4. Visualization ng proyekto ng TAE Technologies

Ang mga iskolar mula sa mga pangunahing kilalang institusyong pang-agham ay naging maingat na optimista sa kanilang mga pahayag. Kamakailan, nagkaroon din ng malaking pagtaas ng interes sa mga kontroladong pamamaraan ng pagsasanib sa pribadong sektor. Noong 2018, inihayag ni Lockheed Martin ang isang plano na bumuo ng isang compact fusion reactor (CFR) na prototype sa loob ng susunod na dekada. Kung gumagana ang teknolohiyang ginagawa ng kumpanya, makakapagbigay ng sapat na kuryente ang isang device na kasing laki ng trak upang matugunan ang mga pangangailangan ng isang 100-square-foot device. mga residente ng lungsod.

Ang iba pang mga kumpanya at mga sentro ng pananaliksik ay nakikipagkumpitensya upang makita kung sino ang maaaring bumuo ng unang real fusion reactor, kabilang ang TAE Technologies at ang Massachusetts Institute of Technology. Maging sina Jeff Bezos ng Amazon at Bill Gates ng Microsoft ay kamakailang naging kasangkot sa mga proyekto ng pagsasama-sama. Kamakailan ay binilang ng NBC News ang labing pitong maliliit na kumpanyang fusion-only sa US. Ang mga startup tulad ng General Fusion o Commonwealth Fusion Systems ay tumutuon sa mas maliliit na reactor batay sa mga makabagong superconductor.

Ang konsepto ng "cold fusion" at mga alternatibo sa malalaking reactors, hindi lamang tokamaks, kundi pati na rin ang tinatawag na. mga stellarator, na may bahagyang naiibang disenyo, na binuo kasama sa Germany. Nagpapatuloy din ang paghahanap ng ibang paraan. Ang isang halimbawa nito ay isang aparato na tinatawag na Z-kurot, binuo ng mga siyentipiko mula sa Unibersidad ng Washington at inilarawan sa isa sa mga pinakabagong isyu ng journal Physics World. Gumagana ang Z-pinch sa pamamagitan ng pag-trap at pag-compress ng plasma sa isang malakas na magnetic field. Sa eksperimento, posibleng i-stabilize ang plasma sa loob ng 16 microseconds, at ang reaksyon ng pagsasanib ay nagpatuloy sa halos isang katlo ng oras na ito. Ang demonstrasyon ay dapat na ipakita na ang maliit na sukat na synthesis ay posible, bagaman maraming mga siyentipiko ay mayroon pa ring malubhang pagdududa tungkol dito.

Kaugnay nito, salamat sa suporta ng Google at iba pang advanced na teknolohiya na mamumuhunan, ang kumpanya ng California na TAE Technologies ay gumagamit ng iba, kaysa sa karaniwan para sa mga eksperimento sa pagsasanib, pinaghalong gasolina ng boron, na ginamit upang bumuo ng mas maliit at mas murang mga reactor, sa una para sa layunin ng tinatawag na fusion rocket engine. Isang prototype cylindrical fusion reactor (4) na may mga counter beam (CBFR), na nagpapainit ng hydrogen gas upang bumuo ng dalawang plasma ring. Ang mga ito ay pinagsama sa mga bundle ng inert particle at pinananatili sa ganoong estado, na dapat mag-ambag sa pagtaas ng enerhiya at tibay ng plasma.

Ang isa pang fusion startup na General Fusion mula sa Canadian province ng British Columbia ay tinatangkilik ang suporta ni Jeff Bezos mismo. Sa madaling salita, ang kanyang konsepto ay ang pag-iniksyon ng mainit na plasma sa isang bola ng likidong metal (isang pinaghalong lithium at tingga) sa loob ng isang bolang bakal, pagkatapos nito ang plasma ay pinipiga ng mga piston, katulad ng isang makinang diesel. Ang presyur na nilikha ay dapat na humantong sa pagsasanib, na maglalabas ng malaking halaga ng enerhiya upang paganahin ang mga turbine ng isang bagong uri ng planta ng kuryente. Sinabi ni Mike Delage, punong opisyal ng teknolohiya sa General Fusion, na ang komersyal na pagsasanib ng nuklear ay maaaring mag-debut sa loob ng sampung taon.

5. Ilustrasyon mula sa isang thermonuclear patent ng US Navy.

Kamakailan, naghain din ang US Navy ng patent para sa isang "plasma fusion device". Ang patent ay nagsasalita tungkol sa mga magnetic field upang lumikha ng "pinabilis na vibration" (5). Ang ideya ay upang bumuo ng mga fusion reactor na sapat na maliit upang maging portable. Hindi na kailangang sabihin, ang patent application na ito ay sinalubong ng pag-aalinlangan.