Jövő. A tudósok 60-70 évvel ezelőtt keresték az olcsóbb energia beszerzésének módjait. A módszer régóta ismert, de az ilyen teljesítmény energiáját még ma sem lehet szabályozni. Ez körülbelül a termonukleáris fúzióról. Kezelve termonukleáris fúzió- ez a nehezebb atommagok fúziója könnyebb atommagokból hatalmas energia kinyerése érdekében, ami a robbanásszerű termonukleáris fúzióval ellentétben (hidrogénbombákban használatos) teljesen kontrollált.
A szabályozott termonukleáris fúzió abban különbözik a hagyományos fúziótól, hogy az utóbbi bomlási reakciót alkalmaz, amelynek során a nehéz magokból könnyebb atommagok nyerhetők. A termonukleáris reaktor sugárzás szempontjából sokkal biztonságosabb, mint az atomreaktor (nukleáris reaktor). Először is, hogy hány ember van benne radioaktív anyagok viszonylag kicsi, így szinte környezetbarát.
Valamilyen baleset következtében felszabaduló energia is viszonylag kicsi, és nem vezethet a reaktor tönkremeneteléhez. A reaktor kialakításában ugyanakkor több olyan természetes akadály is van, amely megakadályozza a radioaktív anyagok terjedését. Például a vákuumkamrát és a ctiosztát héját teljesen le kell zárni, különben a reaktor egyszerűen nem működhet. A tervezés során azonban nagy figyelmet fordítottak a sugárbiztonságra mind a normál üzemben, mind az esetleges balesetek során.
Termonukleáris fúzió, hidrogénizotópok reakciója, az atomi reakcióval ellentétben a termonukleáris reakció fúziós reakció, végül hélium képződik, és kolosszális hőenergia felszabadulásával hélium keletkezik. A termonukleáris fúziót csak egy speciális, tokamak nevű eszközben (mágnestekercsekkel ellátott toroid kamra) lehet elérni, a szovjet megfelelője a szinkrophasotron. Szakterületen szerzett tapasztalatok termonukleáris energia A Szovjetunióban még a múlt század 30-as éveiben kezdték megtartani, de a kérdés még nem teljesen megoldott.
A hatalmas hőenergia ellenőrizhetetlen, és csak termonukleáris fegyverekben használják. A világ első termonukleáris reaktorának projektjét már 10 éve elindították, Franciaországban megkezdődött az építkezés, és a tudósok szerint 2026-ban láthatja a világ az első irányított termonukleáris fúziót. Ha lehetséges a fúzió végrehajtása, akkor valószínűleg az elektromos energia ára meredeken csökken, mert a termonukleáris fúzióhoz csak vízre van szükség ...
Összehasonlításképpen tegyük fel, hogy ha 1 pohár vizet termonukleáris fúziónak vetünk alá, akkor egy kis várost 1 napig lehet árammal ellátni! Ez a víz ereje! (pontosabban hidrogén). De a termonukleáris fúzió mellett számos más alternatív módja is van az elektromos áram előállításának, de erről ebben az áttekintésben tájékozódhat, köszönöm a figyelmet - A. Kasyan.
Beszélje meg a CONTROLLED Fusion cikket
A szabályozott termonukleáris fúzió egy érdekes fizikai folyamat, amely (eddig elméletben) megmentheti a világot a fosszilis tüzelőanyagoktól való energiafüggőségtől. A folyamat alapja az atommagok szintézise a könnyebb atommagoktól a nehezebbek felé, energia felszabadulásával. Ellentétben az atom egy másik felhasználásával - az energia felszabadításával atomreaktorok a bomlás folyamatában - a termonukleáris fúzió papíron gyakorlatilag nem hagy radioaktív melléktermékeket.
A fúziós reaktorok a nap belsejében zajló nukleáris folyamatot utánozzák, a könnyebb atomokat egymáshoz tolják, majd nehezebb atomokká alakítják, miközben hatalmas mennyiségű energia szabadul fel. A Napon ezt a folyamatot a gravitációs erő mozgatja. A Földön a mérnökök rendkívüli módon próbálják újrateremteni a fúzió feltételeit magas hőmérsékletek- körülbelül 150 millió fok -, de nehezen tudják megtartani az atomok fúziójához szükséges plazmát.
Az egyik megépített megoldást az ITER, korábban International Thermonuclear Experimental Reactor néven képviseli, amely 2010 óta épül a franciaországi Caradasban. Az első kísérleteket, amelyeket eredetileg 2018-ra terveztek, 2025-re tolták el.
Alig néhány napja számoltunk be arról, hogy az első
1981 őszén a világ 27 országának legnagyobb tudósai érkeztek Moszkvába a szabályozott termonukleáris fúzió és plazmafizika európai konferenciájára. A konferencia fő eredménye az az egyöntetű következtetés, hogy a tudomány ma közel áll az „évszázad problémájának” – a szabályozott termonukleáris fúzió (CTF) – végső megoldásához. Ez a történet vezető tudósokkal folytatott beszélgetések alapján készült.
Sok mai szakértő gondolkodik azon, vajon működhet-e már egy termonukleáris erőmű hosszú ideje a fúziós kutatást nem titkolták? Ha tudósok és mérnökök különböző országok A kezdetektől fogva volt lehetőség az erők egyesítésére? És bár erre a kérdésre senki sem tud teljes bizonyossággal válaszolni, mindenki számára világos, hogy az "energia-eldorádóhoz" sokkal rövidebb lenne az út.
Miért nem úgy alakult minden, ahogy az emberek igényei megkívánták? Ez a kérdés közvetlenül nem került szóba legutóbb tudományos konferencia termonukleáris által. Azonban implicit sok tulajdonosa volt. Mert a rá adott őszinte válasz segíthet elkerülni sok hibát a jövőben.
Térjünk át röviden a történelemre – csak néhány dátum és tény. Az 1930-as évek végén felfedezték a maghasadás láncreakcióját, amelyben hatalmas mennyiségű energia szabadul fel. Sajnos eleve egyáltalán nem energiaszükségletre használták. 1945 augusztusában az Egyesült Államok atombombákat dobott Hirosima és Nagaszaki japán városaira. szovjet Únió meg kellett alkotnia a sajátját atomfegyver. 1949-ben tesztelték. De már 1954-ben üzembe helyezték hazánkban a világ első atomerőművét, amely megnyitotta az atomenergia békés célú felhasználásának korszakát... Hasonló történet a fúzióval is. A 30-as évek végén elméletileg bebizonyosodott, hogy az atommagok fúziójából energiát lehet nyerni (egyébként a fúzió során körülbelül százszor több energia szabadul fel, mint a hasadás során!). És megint először termonukleáris fegyvereket hoztak létre. A termonukleáris fegyverekkel kapcsolatos munka nemcsak elvonta a figyelmet a termonukleáris békés kutatásáról, hanem üres falként választotta el a különböző országok tudósait: nem volt információcsere, kutatási eredmények, ötletek. Valakinek meg kellett tennie az első lépést előre. 1956-ban pedig kezdeményezésre szovjet kormány I. V. Kurchatov akadémikus jelentése, amelyet az angol Harwell városában olvasott, megalapozta a tudományos információk rendszeres cseréjét annak érdekében, hogy a különböző országok tudósainak közös erőfeszítései révén kikövezzék az utat a termonukleáris energia békés felhasználása előtt. Egy évvel később szovjet tudósok megosztottak külföldi kollégáikkal egy ötletet, amely meghatározta a TCB elleni támadás általános irányát. Az ezen az elgondoláson alapuló installációk neve, a „Tokamak” ma már a világ összes tudományos szótárában szerepel, akárcsak mondjuk a „műhold” szó.
Főleg ezekről a létesítményekről - a szabályozott fúzió problémájának megoldásában a mai vezetőkről, az új "Tokamakok" projektjeiről vitatták meg a különböző országok tudósainak legutóbbi moszkvai fórumán.
A magfúzió ötlete egyszerűnek tűnik. Kényszeríteni kell az atommagokat, hogy körülbelül 10 milliárd milliméter távolságra konvergáljanak, és egyesüljenek, szintetizálódjanak egy magba. A fúziós folyamat során többlet energia szabadul fel. Elvileg a periódusos rendszer kezdetének minden eleme szintetizálható. A legegyszerűbb (pontosabban viszonylag egyszerű) fúziós reakciók azonban a hidrogénizotópok - deutérium és trícium - atommagjai között mennek végbe. Ehhez azonban ezeknek az atommagoknak a keverékét 100 millió Celsius-fokra kell felmelegíteni. És a tiszta deutérium fúziós reakciójához még több - akár egy milliárd!
Ebben rejlik a fő nehézség. Egy anyagot ilyen hőmérsékletre felmelegíteni önmagában is fantasztikus feladat! Még a belekben a nap "hűvösebb" - nem több, mint 20 millió fok. Az anyag már több ezer fokon plazmává válik - elektronok és atommagok káoszává, amelyek rohannak és nagy sebességgel ütköznek a kamrában. És ez a káosz a hőmérséklet emelkedésével aktívabbá válik. Milyen kantár tartja meg több tízmillió fokban? A Napon ez egy óriási gravitációs erő. És a Földön, mesterséges installációban?.. A plazma alattomossága abban is rejlik, hogy nagy hővezető képessége miatt azonnal átadja energiáját a kamra falainak, és lehűl. Ahogy az ismert szovjet fizikus, D. Frank-Kamensky professzor találóan megjegyezte, a plazmát zárt edényben több millió fokra melegíteni ugyanaz, mint vizet forralni egy pohárban... jégből!
Tehát a fő feladat a plazma felmelegítése kívánt hőmérsékletetés ne hagyja, hogy a falakhoz érjen, amíg elegendő számú deutérium és trícium mag reagál, és reakció lép fel hatalmas energia felszabadulásával.
A probléma megoldása az az elképzelés, hogy a legjobb mód"Tokamak" telepítésekben működik. (Ez a szó a "TOROIDÁLIS KAMERA MÁGNESES MEZŐVEL" című installáció nevének első szótagjaiból keletkezik) Az iskolai fizikából ismert, hogy a töltött részecske nem tud áthaladni a mágneses térerővonalon. Egyenletes mágneses térben a részecskék az erővonalak mentén mozognak, körülöttük forognak. Ha tehát zárt mágneses erővonalak rendszerét hozzuk létre, akkor elvileg lehetséges a plazma bizonyos korlátozott térfogatban tartása ezen vonalak segítségével. Képletesen szólva, a mágneses mezők láthatatlan "tenyérei" képesek megtartani a napszuper hőt! A "Tokamak"-nak a hihetetlen, fantasztikus hőségtől "kiborult" részecskék megbízható kantárává kellett volna válnia.
Mi az a "Tokamak" szerkezetileg? Külsőleg úgy néz ki, mint egy nagy transzformátor vas zárt maggal és tekercseléssel, amelyen nagyon erős áramot vezetnek át. A transzformátor szekunder tekercse helyett egy nagy fánkra emlékeztető üreges toroid kamra található. Ebben a kamrában valósul meg az anyag plazmaállapotba való átmenete. A plazmát erős elektromos kisüléssel, erős mikrohullámú árammal és egyéb módszerekkel melegítik a kívánt hőmérsékletre. Az erős mágneses tér pedig a plazmát sűrű, gyűrű alakú szálká tömöríti.
Amikor megismered kördiagramm"Tokamak", elcsodálkozik az egyszerűségén - úgy tűnik, hogy még egy iskolai tankönyvben is bonyolultabb sémákat adnak. Nagyjából így van ez, ha egy időre megfeledkezünk az igazi készülékről, az egyedi anyagokat igénylő dizájnról; felejtsd el azt az elképzelhetetlenül forró anyagot, ami megszelídül a "fánkban". Így már a legelső kísérletekben világossá vált, hogy a plazma nem akarja felismerni a mágneses falakat. Érthetetlen módon még azelőtt sikerül kiszivárognia, hogy a kívánt hőmérsékletre felmelegedne. A fizikusok a plazma instabilitásának visszaszorítására, a telepítés átdolgozására, a hőmérséklet emelésére, és... ismét a plazma új módot találtak a mágneses fogságból való kimenekülésre! Olyan ez, mint egy hegyi utazás: újabb nehéz csúcsot vesznek fel, de a magasságából új hágók, szurdokok, szakadékok nyílnak a szemnek, melyeket a cél felé vezető úton le kell győzni...
Három évtizede a nehéz út nagy része bejárt. Minden szakasza nem napok vagy hónapok, hanem évek kitartó, legbonyolultabb kísérletei, számításai, több tucat kiábrándító kudarc és ragyogó sikerek. És minden megoldandó problémára alkalmazhatjuk az „először” szót.
Például először meg kellett tanulni, hogyan lehet szupererős mágneses teret létrehozni meglehetősen nagy kamrákban. És a mező benne a legmagasabb fokozat szimmetrikus. A plazma egy milliméter töredéknyi szimmetria-eltéréssel is igyekezett áttörni a kamra falaiig és lehűlni.
Volt olyan időszak is, amikor a mágneses tér által megbízhatóan megtartott plazma nem akart néhány millió fok fölé melegedni. Végül kiderült, hogy mindenért a plazmában található nehéz elemek elhanyagolhatóan kicsi szennyeződései a felelősek. De hogyan kerültek kamerába? Volt egy feltételezés - elpárolognak a fém felületéről. amelyből a kamra falai készülnek. Ennek eredményeként a plazmaelektronok lelassulnak ezen elemek elektromos mezőjében, elveszítik energiájukat, ami a hőmérséklet csökkenéséhez vezet ... Sok évbe telt, hogy megértsék, és ami a legfontosabb, megszüntesse ezt az okot.
Mi a helyzet a reaktor úgynevezett első falának problémájával? Képzeld, több millió fok van a fal mögötti kamrában! Nem párolog el azonnal, mert mint tudjuk, a plazmát láthatatlan mágneses tér „beburkolja”. De belülről erőteljes neutronfolyamok hullanak a falra! A fal anyagának rendkívül ellenállónak kell lennie, hogy ne omoljon össze a magas hőmérséklet és a neutronok hatására, ugyanakkor a lehető legátlátszóbbnak kell lennie az azonos neutronokhoz képest! Hiszen ők veszik ki a termonukleáris fúzió energiáját a kamrából, amit tovább kívánunk alakítani hővé és elektromos árammá. ha a fal nem "átlátszó", a kívánt energia a "fánk" belsejében marad. Ezek azok a paradox követelmények, amelyeknek a reaktor első falának anyagának meg kell felelnie. Mintha egy téglafalat átlátszóvá tennénk a tüzérségi lövedékek számára. Pontosan lőttük le millió kagylóval, de sértetlen – egyetlen lyuk sincs.
Az erős mágneses mezők létrehozása a Tokamak által elfogyasztott energia oroszlánrészét veszi ki, és eddig többet igényel, mint amennyit ad. Hogyan csökkenthető az energiaétvágy?
A probléma egyik megoldása a szupravezetés. Ismeretes, hogy az abszolút nullához közeli hőmérsékleten egyes vezetők elektromos ellenállása végtelenül kicsivé válik. Az áram, ha egyszer egy ilyen vezető gyűrűjébe beindul, szinte veszteség nélkül, ameddig csak kívánja, keringhet benne. Annak érdekében, hogy gyakorlatilag tanulmányozzák a szupravezetés alkalmazásának lehetőségét a "Tokamaks"-ban, az Intézet tudósai atomenergia az I. V. Kurcsatovról elnevezett Tokamak-7 installációt építették, melynek mágnestekercsei szupravezető anyagokból készülnek. Elsősorban mérnökök és anyagtudósok számára volt egyedülálló élmény. A helyzet az, hogy a Tokamak legerősebb mágneses mezői a szupravezetés ellenségeivé válnak, és elpusztítják azt. Itt nagyon különleges, mágnesesen ellenálló szupravezető ötvözetek létrehozására és tesztelésére volt szükség. A hagyományos mágneses rendszerhez képest a T-7 szupravezető tekercselései lehetővé tették a hálózatból felvett energia mintegy 100-szoros csökkentését!
1975-ben helyezték üzembe a Tokamak-10 létesítményt az Atomenergia Intézetben. Ezzel a telepítéssel rekord hőmérsékletű plazmát lehetett nyerni - 15 millió Celsius fokot! Itt jelentek meg először megbízható jelek arra, hogy a kamrában termonukleáris reakció "gyulladt be", még ha csak az első szikrákkal is. Igen, egy szikra tüzet gyújt. Azonban még száz egyedi szikra sem máglya. A termonukleáris szikrák kialudtak. De már megjelenésükkel meggyőzték a fizikusokat szerte a világon a választott út helyességéről.
Most egy új létesítmény - "Tokamak-15" - épül az Atomenergia Intézetben. A benne lévő plazma "fánk" térfogata körülbelül ötször nagyobb lesz, mint a T-10-ben. Miért van erre szükség? A helyzet az, hogy a kamra térfogatának növekedésével növekszik a részecskék száma, és ennek következtében az ütközésük valószínűsége, amely reakciót vált ki. A T-15-ben lévő plazma 70-80 millió fokra melegszik fel - ez már nagyon közel van a szükségeshez. A T-15 mágneses tekercseinek tekercselése szupravezető lesz. Ez jelentősen csökkenti az energiafogyasztást.
A T-15-tel és más "tokamakkal" végzett kísérletek, ahogy a tudósok remélik, végre megerősítik az önfenntartó fúziós reakció megvalósíthatóságát. Ha minden jól megy, akkor hátra van az utolsó lépés megtétele a termonukleáris erőművek felé vezető úton. Ebben az utolsó szakaszban választ kell kapni arra a kérdésre: mit és hogyan kell tenni annak érdekében, hogy a neutronok hőenergiáját összegyűjtsük, és villamos energiává alakítva elküldjük gyárakba, városokba, falvakba.
A magfúzió energiájának elsajátítása, egy valóban kimeríthetetlen energiaforrás elsajátítása grandiózus feladat. Az egész emberiség fejlődése a megoldás sikerétől függ. Ezért jobb ezt a problémát közösen megoldani, minden olyan ország segítségével, amely rendelkezik az ehhez szükséges tudományos és műszaki lehetőségekkel. Különösen fontos az erőfeszítések egyesítése a kutatás jelenlegi szakaszában, a legfontosabb és talán a legnehezebb szakaszban, amely hatalmas anyagköltséget igényel.
1978-ban Bécsben, a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség ülésén a szovjet termonukleáris program vezetője, E. P. Velikhov akadémikus felszólalt, és a szovjet kormány nevében azt javasolta, hogy a vezető országok szakemberei közösen tervezzenek és építsenek fel egy nagy bemutatót. tokamak reaktor. E beszéd, valamint I. V. Kurchatov 1956-os beszédének jelentőségét aligha lehet túlbecsülni. Ez egy lépés a békés együttműködés új szakasza felé a fúzió területén. A javaslatot elfogadták, és az első nemzetközi termonukleáris reaktor építésében részt vett a Szovjetunió, az USA, Japán és tíz fejlett országok Nyugat-Európa. INTOR - ez a név a leendő reaktornak az első betűkkel angol név- Nemzetközi Tokamak reaktor.
Milyen lesz az INTOR?
Külsőleg hasonlít a Tokamaks család elődeire - T-10, T-15 és külföldi társaikra, eltérve tőlük nagy méretek. A plazma térfogata az INTOR-ban körülbelül 5-ször nagyobb lesz, mint a jelenlegi generációs Tokamakban, és mint már tudjuk, ez növeli a termonukleáris reakció meggyulladásának valószínűségét. 5-6 másodperc alatt a plazma 100 millió fok feletti hőmérsékletre melegszik. 100 másodpercen belül termonukleáris reakció megy végbe a kamrában, és a mai közepes teljesítményű atomreaktorokéval megegyező energia szabadul fel - körülbelül 600 MW. (Összehasonlításképpen emlékeztetek arra, hogy az első atomerőmű teljesítménye 5 MW volt.) Ekkor a reakció megszakad, hogy a kamrából eltávolítsák az égéstermékeket (főleg héliummagokat), amelyek szennyezik a kamrát. Ezután ismét befecskendezik a termonukleáris üzemanyag egy részét, és a ciklus megismétlődik.
Az INTOR fő jellemzője talán az. hogy itt először végeznek komoly teszteket és olyan rendszerelemeket, amelyek lehetővé teszik a termonukleáris fúzió energiájának gyakorlati felhasználását. Az ilyen rendszereket "takaróknak" nevezik (a angol szó takaró - takaró.) A takaró a legegyszerűbb esetben a reaktort körülvevő üreges héj, amiben folyadék kering - mondjuk ugyanaz a víz. A reakció során megszülető és a termonukleáris fúzió energiáját hordozó neutronokat a folyadék elnyeli, és felmelegítve adja át energiáját. Aztán a szokásos séma szerint, mint a hő- vagy atomerőművekben: a víz felmelegszik, gőzzé alakul, ami egy turbinát indít el egy elektromos generátorral.
A takaró INTOR segíteni fog egy másik fontos probléma megoldásában.
Korábban már említettük, hogy a termonukleáris reaktorok eleinte deutérium és trícium keverékén működnek majd - egy ilyen keverékhez alacsonyabb gyulladási hőmérséklet szükséges, mint a tiszta deutérium esetében. Felmerül a kérdés: mi a helyzet ennek az üzemanyagnak a forrásaival? Ami a deutériumot illeti. akkor bőven elérhető tengervíz, egy egész óceán, nem elég egy évszázadra. Hol lehet tríciumot kapni? A természetben. mint tudod, rendkívül kicsi.
Az atomfizika itt is kiutat javasolt. Mesterségesen tríciumot kaphat mástól kémiai elem, ami teljesen elég a földön - lítium, neutronokkal besugározva. És ez nagyon fontos, meg lehet csinálni ugyanabban a termonukleáris reaktorban. Pontosan ez a második fontos funkciója a takarónak: a benne elhelyezett lítium tríciummal kerül feldolgozásra.
A reaktornak tehát elméletileg nem csak energiát kellene termelnie, hanem tüzelőanyaggal is ellátnia magát, ahogy ez egyébként most történik a gyorsneutronos atomerőművekben.
A szabályozott magfúzió problémája elleni támadás most széles fronton zajlik. NÁL NÉL utóbbi évek biztató eredmények születtek más kutatási területeken is. Különösen olyan lehetőségeket nevezhetünk meg, mint a "lézerfúzió", amikor a termonukleáris üzemanyagot minden oldalról erős lézersugarak melegítik. Vagy "elektronikus termonukleáris". ahol a lézersugarak helyett erőteljes elektronsugarak működnek.
Még korai beszélni arról, hogy ezek az elképzelések hogyan valósulnak meg a gyakorlatban. A "tokamakok" mindenki másnál közelebb vitték a tudósokat a szabályozott fúzió problémájának megoldásához. És ebben az irányban koncentrálódnak ma a fő erőfeszítések és eszközök, amelyek közelebb visznek egy gyakorlatilag kimeríthetetlen energiaforrás elsajátításához.
A fizika, bár a környező világról szóló tudomány, még mindig meglehetősen távol áll a hétköznapoktól, vagyis távol áll a hétköznapi emberek érdekeitől. A szokatlan emberek a fizikára koncentrálnak. Ha megnézzük a térproblémákba teljesen elmerült „nagy fizikusok” életrajzát, láthatjuk, hogy egy részük pszichiáter kliense volt, mások ezt elkerülték, bár furcsa viselkedést tanúsítottak. Ezek a "nagy fizikusok" azonban főként teoretikusok, kozmológusok, matematikusok, általános definíciójuk: . Van egy nagy közösség a fizikusok és meglehetősen mentálisan normális emberek, de ezek naplopók, a „dolce vita” szerelmesei, akik alkalmazkodtak az állami pénz „látásához”, sokféle „természetből kikopott” hasznot ígérve az államnak azzal, hogy különféle őrült elméletekkel befolyásolják, amelyeket korábban a „ brit tudósok”.
Ezeknek a zsákutcás fizikusoknak számos tevékenységi köre van fizikai érzék, de a pénz értelmében termékeny. A költségvetés „fűrészelőinek” egyik ilyen tevékenységi területe a termonukleáris reaktor létrehozása.
Természetesen a termonukleáris reaktorok létrehozásának története egészen tudományos projektek formájában kezdődött.
1949-ben egy szovjet atombombát, az amerikai mását teszteltek. De a szovjet stratégák valami még erősebbet és ijesztőbbet akartak az ellenségek számára.
A teoretikusok a 20. század elején úgy döntöttek, hogy a leghatékonyabb energiaforrás a termonukleáris reakciók, amelyek véleményük szerint a csillagok, köztük a Nap energiáját szolgáltatják. . Termonukleáris reakciók csak a Napon, az Új- és Szupernóva-csillagok robbanásaiban mennek végbe.
Szaharov hitt a termonukleáris fúzióban, és egy termonukleáris bombán dolgozott. Valójában egy erősebbet hozott létre atombomba, a trícium és a lítium-6 deuterid hozzáadásának köszönhetően ...
A termonukleáris fúzió nem működött, de a Szaharov-bomba robbanásának ereje a katonai stratégáknak és a fizikusoknak egyaránt megfelelt. A bombát hidrogénnek nyilvánították, és mítoszként kezdett terjedni az a verzió, hogy termonukleáris. Titok! Ki fogja ellenőrizni!
Sok fizikus hitt az ellenőrizetlen termonukleáris fúzió lehetőségében a Földön, így az az ötlet, hogy szabályozott termonukleáris reakció segítségével energiát nyerjenek, nyilvánosságot és pénzügyi támogatást kapott.
Szaharov úgy döntött, hogy lehet kicsiben robbantani hidrogénbombákés hasznosítsa a felszabaduló hőt. Őt persze nem érdekelte, hogy a trícium energetikai és gazdaságos előállítása ne térüljön meg az így nyert energiából.
Ugyanakkor egy bizonyos Oleg Lavrentiev őrmester Sztálinnak írt levelében azt javasolta, hogy a plazmát elektrosztatikusan tartsák a kamrában. Beria megbeszélte Lavrentiev levelét Tamm-szal és Szaharovval, akik azt mondták, jobb lenne mágneses mezőt használni a plazma korlátozására.
Kurcsatov utasította Artsimovichot, hogy vezesse a szabályozott termonukleáris fúzióval kapcsolatos munkát.
Artsimovich felfedezte azt, amit mindenki tud, aki valaha látott villámot, vagyis felfedezte, hogy a deutériumban lévő erős áramkisülések vékony zsinórt hoznak létre. A zsinór lüktetett, összenyomódott és kicsavarodott... A zsinóron, amelyet tudományosan úgymond csípésnek jelöltek, a második áramhullám során csomók jelentek meg, és ezek voltak a neutronok forrásai. () Erőteljes röntgensugarakat is bocsátottak ki.
Ezután következik a tokamak története. Az 1950-es évektől ig korai III csaknem három tucat évezredek óta készül belőlük. A méretük és a költségük természetesen nőtt abban a reményben, hogy a következő tokamak végre nemcsak neutronokat, hanem héliumot is termel, vagyis végre megvalósul a termonukleáris fúzió... De hiába. A leírt kísérletekben héliumot soha nem mutattak ki, vagyis nem volt termonukleáris reakció, és nem.
Ha 1961 előtt a tokamakkal végzett kísérletek még tudományosnak tekinthetők, akkor a későbbi "kísérletek" a költségvetés tiszta "levágását" jelentik.
1961-ben akadémikus B.P. Konsztantyinov Artszimovicshoz intézett felhívásában „Miért nem épül meg a termonukleáris erőmű sem 1980-ban, sem 2000-ben” azt mondta, hogy tevékenysége nemcsak haszontalan, hanem káros is.
Konsztantyinov kifejtette, hogy a deutérium és a deutérium reakciója nem helyettesíthető a deutérium tríciummal való reakciójával. A trícium nem létezik a természetben, először atomreaktorokban kell előállítani. A deutérium tríciummal való reakciójában a gyors neutronok gyorsan elviszik az energiát, elpusztítanak mindent, ami útjukba kerül, ezt egyetlen kamra sem tud ellenállni, gyorsan megsemmisülnek, a stabilizálhatatlan plazma pedig áttöri a falakat és szennyezi. környezet, elsősorban több száz kilogramm radioaktív trícium.
Természetesen senki sem kezdett hallgatni Konsztantyinovra és a hozzá hasonlókra. A "termonukleáris fúzió" körül hatalmas nemzetközi "költségvetési fűrészelők" maffia alakult ki, ők építették, építik és építik is értéktelen "fúziós reaktoraikat". Elméletileg a jogalkotók megállíthatják őket, de a jogalkotók tehetnek valamit, aztán elméletileg csak a saját országukban, a tudományos maffia pedig nemzetközi. De még egyes országokban is csak azért jutnak hatalomra a politikusok, hogy pénzt keressenek, így a maffia könnyen megveszi őket, és ebben viszont nincs fény, mint a „tudományos” tevékenység sok más területén.
Megtekintések száma: 1751
„Azt mondtuk, hogy egy dobozba tesszük a Napot. Az ötlet nagyszerű. De a probléma az, hogy nem tudjuk, hogyan hozzuk létre ezt a dobozt." - Pierre Gilles de Gennes, 1991-es fizikai Nobel-díj.
Míg a Földön és általában az űrben elég sok nehéz elem szükséges a nukleáris reakciókhoz, a termonukleáris reakciókhoz nagyon sok könnyű elem van mind a Földön, mind az űrben. Ezért szinte azonnal megszületett az ötlet, hogy a termonukleáris energiát az emberiség javára használjuk fel a mögöttes folyamatok megértésével – ez valóban korlátlan lehetőségekkel kecsegtetett, hiszen a termonukleáris üzemanyag készleteinek a Földön több tízezer évre elegendőnek kellett volna lenniük, jön.
A termonukleáris reaktorok fejlesztésének már 1951-ben két fő iránya jelent meg: Andrej Szaharov és Igor Tamm kidolgozta a tokamak-architektúrát, amelyben a munkakamra egy tórusz volt, míg Lyman Spitzer egy bonyolultabb kialakítású architektúrát javasolt, amely leginkább egy reaktorra emlékeztet. fordított Möbius csík nem csak egyszer, hanem többször is.
A tokamak alapvető kialakításának egyszerűsége lehetővé tette hosszú idő ennek az iránynak a fejlesztése a hagyományos és szupravezető mágnesek jellemzőinek javításával, valamint a reaktor méretének fokozatos növelésével. De a plazmaparaméterek növekedésével fokozatosan megjelentek az instabil viselkedésével kapcsolatos problémák, ami lelassította a folyamatot.
A sztellátor tervezésének összetettsége teljesen oda vezetett, hogy az 50-es évek első kísérletei után ennek az iránynak a fejlődése hosszú időre megállt. Egészen a közelmúltban kapott új lélegzetet a modern számítógéppel segített tervezőrendszerek megjelenésével, amelyek lehetővé tették a Wendelstein 7-X stellátor tervezését a működéséhez szükséges paraméterekkel és tervezési pontossággal.
A vasatomok maximális kötési energiával rendelkeznek nukleononként – vagyis annak az energiának a mértéke, amelyet egy atom neutronokra és protonokra való felosztásához el kell fordítani, elosztva a teljes számukkal. Minden kisebb és nagyobb tömegű atomnak ez a mutatója van a vas alatt:
Ugyanakkor a könnyű atomok termonukleáris fúziós reakcióiban a vasig energia szabadul fel, és a keletkező atom tömege valamivel kisebb lesz, mint a kezdeti atomok tömegének összege a felszabaduló energiának megfelelő mértékben. az E = mc² képletre (az úgynevezett tömeghiba). Ugyanígy energia szabadul fel a vasnál nehezebb atomok maghasadási reakciói során.
Az atomok fúziós reakciói során hatalmas energia szabadul fel, de ennek az energiának a kinyeréséhez először bizonyos erőfeszítéseket kell tennünk a pozitív töltésű atommagok közötti taszító erők leküzdésére (a Coulomb-gát leküzdésére). Miután sikerült közelebb hoznunk egy atompárt a szükséges távolsághoz, az erős nukleáris erő lép működésbe, amely megköti a neutronokat és a protonokat. Minden üzemanyagtípusnál eltérő a reakció elindításához szükséges Coulomb-gát, valamint az optimális reakcióhőmérséklet:
Ebben az esetben az atomok első termonukleáris reakcióit már jóval azelőtt elkezdik feljegyezni, hogy azok elérnének átlaghőmérséklet ennek a gátnak az anyagai, mivel az atomok kinetikus energiája a Maxwell-eloszlástól függ:
De a reakció viszonylag alacsony hőmérsékleten (több millió °C nagyságrendű) rendkívül lassú. Tegyük fel, hogy a központban a hőmérséklet eléri a 14 millió ° C-ot, de a termonukleáris reakció fajlagos teljesítménye ilyen körülmények között csak 276,5 W / m³, és a Napnak több milliárd évre van szüksége, hogy teljesen elfogyassza az üzemanyagot. Az ilyen feltételek elfogadhatatlanok egy termonukleáris reaktornál, hiszen ilyen alacsony energiafelszabadulás mellett elkerülhetetlenül többet költünk a termonukleáris üzemanyag fűtésére és sűrítésére, mint amennyit a reakcióból cserébe kapunk.
A tüzelőanyag hőmérsékletének emelkedésével az atomok egyre nagyobb hányada kezdi el a Coulomb-gátat meghaladó energiát, és a reakció hatékonysága nő, elérve a csúcsot. A hőmérséklet további emelkedésével a reakciósebesség ismét csökkenni kezd, már amiatt, hogy az atomok mozgási energiája túl nagy lesz, és "elcsúsznak" egymás mellett, nem tudják megtartani az erős magkölcsönhatást.
Így elég gyorsan megszületett az a megoldás, hogyan lehet egy szabályozott termonukleáris reakcióból energiát nyerni, de ennek a feladatnak a megvalósítása fél évszázadon át húzódott, és még mindig nem fejeződött be. Ennek oka az igazán őrült körülmények, amelyek között kiderült, hogy termonukleáris üzemanyagot kell elhelyezni - a reakció pozitív hozama érdekében a hőmérsékletnek több tízmillió °C-nak kellett lennie.
Fizikailag egyetlen fal sem tudott ilyen hőmérsékletet elviselni, de ez a probléma szinte azonnal a megoldáshoz vezetett: mivel az ilyen hőmérsékletre hevített anyag egy forró plazma (teljesen ionizált gáz), amely pozitív töltésű, az oldatról kiderült, hogy a felületen fekszik. - Csak egy ilyen felmelegített plazmát kellett egy erős mágneses térbe helyeznünk, amely megtartja a fúziós üzemanyagot biztonságos távolság a falaktól.
A témával kapcsolatos kutatások egyszerre több irányba haladnak:
Az ellenőrzött termonukleáris reakció felé vezető nehézségek és problémák ellenére ez a történet már a fináléjához közeledik. Az energiaszektorban az üzemanyag-hatékonyság kiszámításához az EROEI mutatót szokás használni - az energiabefektetés energiamegtérülése (az üzemanyag előállítására fordított energia aránya az ebből származó energia mennyiségéhez képest). És miközben a szén EROEI-értéke tovább növekszik, ez az olaj és gáz mutatója a múlt század közepén érte el a csúcsot, és mára folyamatosan csökken annak a ténynek köszönhetően, hogy ezeknek az üzemanyagoknak az új lelőhelyei egyre távolabbi helyeken és egyre nagyobb mélységekben találhatók. :
Ugyanakkor nem tudjuk növelni a széntermelést azért sem, mert az abból való energia beszerzése nagyon piszkos folyamat, és szó szerint az emberek életét veszi el. különféle betegségek tüdő. Így vagy úgy, de most a fosszilis tüzelőanyagok korszakának hanyatlásának küszöbén állunk – és ezek nem a környezetvédők machinációi, hanem banálisak. gazdasági számítások amikor a jövőbe tekintünk. Ugyanakkor a szintén a múlt század közepén megjelent kísérleti termonukleáris reaktorok EROI-ja folyamatosan nőtt, és 2007-ben elérte az egy lélektani gátat - vagyis idén először sikerült megszereznie az emberiségnek. több energia egy termonukleáris reakció révén, mint amennyit a megvalósítására fordított. És annak ellenére, hogy a reaktor megvalósítása, a vele végzett kísérletek és az ITER megvalósítása során szerzett tapasztalatok alapján a már első demonstrációs termonukleáris erőmű, a DEMO gyártása sok időt vesz igénybe. Ma már nem kétséges, hogy jövőnk ilyen reaktorok mögött áll.
A fúziós reaktorokkal kapcsolatos kutatások fő kritikája azon a tényen alapul, hogy a kutatások rendkívül lassúak. És ez igaz – az első kísérletektől a nullszaldós termonukleáris reakció létrejöttéig 66 évbe telt. A probléma lényege azonban az, hogy az ilyen kutatások finanszírozása soha nem érte el a szükséges szintet – íme egy példa az Egyesült Államok Energiakutatási és Fejlesztési Igazgatóságának becsléseire a fúziós reaktor projekt finanszírozásának szintjéről és a befejezés időpontjáról. :
Amint ezen a grafikonon is látható, nem meglepő, hogy még mindig nincsenek kereskedelmi forgalomban lévő fúziós reaktoraink, amelyek villamos energiát termelnének, de jelenleg egyáltalán el tudtunk érni bármilyen pozitív energiakibocsátást a kísérleti reaktorokból.
