가까운 미래에 대한 믿을 수 없을 정도로 낙관적 인 예측은 포털에 의해 이루어집니다 " 좋은 소식러시아". 더욱이 그것은 우리 나라뿐만 아니라 세계의 다른 지역에도 동일하게 적용됩니다.
혁명은 사회-정치적(사회주의, 부르주아, 유색)이며, 과학 및 기술(NTR)이 있습니다. 에너지 혁명은 일종의 과학 기술 혁명입니다.
혁명 (lat. revolutio)은 혁명, 변형입니다. 급진적이며 급진적이며 깊은 질적 변화, 발전의 도약입니다.
우리 세계가 서 있는 문턱에 있는 에너지 혁명은 무엇입니까?
에너지 분야의 어떤 혁명이 우리를 기다리고 있습니까? 질적 변화는 무엇입니까? 발전의 도약은 무엇이며 어떻게 될 것입니까?
모두 현대적인 전망전력 엔지니어는 다양한 단점을 가지고 있으며 대부분은 높은 비용(설치, 연결, 킬로와트) 또는 낮은 가용성입니다.
그리드 연결을 다룬 적이 있는 사람은 많은 문제가 있고 접근성이 많이 부족하다는 것을 알고 있습니다. 예, 비용도 마찬가지입니다.
가장 저렴하고 환경 친화적인 연료 중 하나인 가스는 모든 곳에서 구할 수 없습니다. 가스 파이프라인을 원격으로 당겨 정착매우 어렵다. 액화 가스는 비싸다. 가스보일러도 비싸다. 가스통을 사서 스토브에 연결하는 것은 어렵지 않지만, 집에 난방을 하고 전기를 공급하는 것은 실린더를 산다고 해결되지 않습니다. 또한 가스는 폭발성입니다.
디젤, 연료유-보일러 하우스(발전기)에서 사용하는 것은 가스보다 훨씬 비쌉니다. 개인 (시간제) 농장에서 사용하려면 발전기를 넣을 수 있지만 출력 전기는 상당히 비쌉니다. 그리고 발전기도 돈이 듭니다.
수력 발전에는 수력 발전소 건설이 필요합니다. 이는 막대한 자본 비용입니다. 그리고 수술도 무료와는 거리가 멉니다. 모든 곳에서 사용할 수 있는 것은 아닙니다. 그리고 부작용생태학을 위해. 대체로 완벽과는 거리가 멉니다. 소규모 세대에는 적합하지 않습니다.
원자력은 사고(체르노빌, 후쿠시마)의 위험과 관련이 있으며 현대의 원자력 발전소가 절대적으로 신뢰할 수 있다고 아무리 확신하더라도 원자력 발전소 옆에 사는 것은 여전히 불편합니다. 또한 원자력 발전소는 사용후핵연료를 발생시키는 방사성 물질이므로 누출이 없도록 안전한 장소에 보관하는 것이 좋습니다. 그리고 원자력 발전소의 건설은 다시 높은 자본 비용입니다. 소규모 원자력 발전소는 적어도 안전상의 이유로 존재하지 않으며 존재할 수도 없습니다.
태양 에너지는 비용이 많이 들고 항상 효율적인 것은 아닙니다. 화창한 날 1년 안에. 햇볕이 잘 드는 지역의 외딴 마을과 단독주택에 에너지를 공급하는 데는 적합하나, 높은 전력이 필요하고 맑은 날이 적은 곳에서는 적합하지 않다.
풍력발전이 점차 발전하고 발전기의 규모와 전력이 증가하고 에너지 비용이 감소하고 있지만 이런 에너지도 만병통치약이라고 할 수는 없습니다. 매우 저렴하지 않고 매우 안정적이지 않습니다. 그리고 그것은 모든 곳에 적용되지 않습니다.
이상적인 에너지원은 아직 없다
일부는 비싸고 다른 일부는 모든 곳에서 사용할 수 없으며 다른 일부는 위험합니다. 그리고 그들 모두는 용량이 매우 제한적이며 필요에 따라 임의로 증가하는 소비를 허용하지 않습니다. 추가 연료 요소를 설계 용량을 초과하여 원자력 발전소에 삽입 할 수 없으며 가스 파이프 라인을 확장 할 수 없으며 몇 개의 추가 터빈 수력 발전소에 추가할 수 없습니다.
일반적으로 견고한 제한 ...
현대 에너지의 단점에 대한 생생한 예는 반도가 빠르게 보충될 수 없는 에너지 부족에 직면했던 크림 반도의 이야기입니다. 발전기가 충분하지 않았고 가스 발전소를 신속하게 건설할 수 없었고 해협을 가로질러 케이블을 늘리는 것도 불가능했으며 상당한 시간이 걸렸습니다.
그리고 에너지의 가용성뿐만 아니라 비용도 많이 요구됩니다.
에너지는 생산 및 배송의 모든 단계에서 에너지와 연료(에너지 운반체)가 사용되기 때문에 모든 상품 및 서비스 비용의 상당 부분을 차지합니다.
산업 장비는 전기로 작동하고 용광로는 가스로 작동하거나 다시 전기로 작동합니다. 철도 운송 비용에는 전기 비용도 포함됩니다. 자동차 운송 서비스 비용에는 연료 비용이 포함됩니다.
공과금은 거의 전적으로 에너지 비용으로 구성됩니다. 뜨거운 물난방은 모든 에너지입니다. 그리고 비용까지도 차가운 물물은 전기 펌프로 펌핑되기 때문에 에너지 비용에 따라 다릅니다.
주택 비용의 상당 부분을 차지하는 시멘트 비용도 전기 및 연료 비용에 크게 의존합니다. 알루미늄 비용 (주요 현대 재료) 알루미늄은 전기 분해에 의해 생산되기 때문에 거의 전적으로 전기 비용으로 구성됩니다.
다양한 상품과 서비스 비용에서 에너지와 연료가 차지하는 비중은 매우 다양하지만, 원료 추출, 정제, 가공 등 생산의 모든 단계에서 발생하는 에너지 비용을 고려할 때 거의 모든 곳에서 상당히 높습니다.
따라서 에너지가 더 저렴하고 더 쉽게 접근할 수 있기를 바랍니다.
킬로와트에서 기가와트로 확장성이 높아졌으면 합니다. 대도시작은 마을, 심지어는 단독주택에도 값싼 에너지를 공급하기 위해. 일년 중 맑은 날의 수, 바람, 강, 지형 및 기타 자연 요인의 존재 여부에 관계없이 모든 곳에서 작동합니다. 그리고 연료를 사용할 수 있도록 합니다. 그리고 환경 친화적이어야 합니다.
그러나 그것이 가능합니까?
위의 모든 기준(가용성, 확장성, 낮은 설치 및 운영 비용, 환경 친화성)을 모두 충족하는 에너지원이 있습니까?
오늘날 시장에는 그러한 소스가 없습니다.
기존의 모든 에너지원은 설치 비용이 상대적으로 저렴하지만 에너지가 비싸거나 자본 비용이 높거나 환경 위험이 있거나 기타 제한 사항과 같은 특정 단점과 한계가 있습니다.
가까운 미래에 새로운 에너지원이 될 것입니다.
높은 확장성(킬로와트에서 기가와트까지)과 광범위한 설치 가능성(대도시 및 산업 시설에서 소도시 및 개별 주택에 이르기까지), 환경 친화성 및 수신 에너지의 저렴한 비용( 기존의 모든 것보다 몇 배 또는 몇 십 배 저렴).
산, 북쪽, 외딴 마을, 섬 및 반도 등 모든 지역에서 비용 및 설치 가능성 측면에서 몇 배, 수십 배 더 저렴한 에너지.
각 기업은 현재 네트워크에서 사용 가능한 것보다 저렴한 에너지를 생산하는 자체 발전소를 설치할 수 있습니다.
마을이나 새로운 주택 단지 건설을 위해 기존 수력 발전소, 화력 발전소 또는 원자력 발전소에서 전력을 전환할 필요가 없으며 자체 발전소를 설치할 수 있습니다.
에너지 비용의 다중 감소는 모든 상품 및 서비스에 대한 가격 변경으로 이어질 것이며, 높은 에너지 비용으로 인해 오늘날 사용하기에 수익성이 없는 새로운 재료 및 기술을 사용할 수 있게 될 것입니다.
에너지 혁명은 다른 모든 영역에서 큰 변화를 가져올 것이며 아마도 혁명적일 것입니다.
에너지 부문에 이어 경제 구조가 바뀌고 경제에 이어 사회·정치적 구조도 바뀌게 된다.
그러나 어떤 새로운 에너지원이 글로벌 에너지 혁명과 그에 따른 모든 변화로 이어질 것입니까?
값싼 킬로와트, 메가와트, 기가와트가 장소와 수량에 관계없이 어디에서 올까요?
핵융합 에너지
오늘날 존재하는 원자력 산업은 중방사성 원소(우라늄 동위원소는 원자력 발전소 운영에 사용됨)의 핵분열 반응을 기반으로 합니다. 이것이 원자력 발전소의 높은 복잡성과 비용, 사고의 심각한 결과, 사용후핵연료 문제의 원인입니다.
방사성 연료는 생산, 사용 및 폐기가 어렵고 비용이 많이 듭니다. 높은 비용과 위험은 수신된 에너지 비용에 영향을 미치며 어디에서나 소규모 원자력 발전소 건설을 허용하지 않아 훈련을 받지 않고 통제되지 않은 인력에게 운영으로 이전합니다.
그러나 핵분열 반응과 함께 훨씬 더 큰 에너지 수율을 제공하는 핵융합 반응이 있으며 동시에 출력에서 방사성 동위원소가 형성되지 않아 사용후핵연료에 문제가 없습니다.
핵융합의 산물은 거의 항상 자연에 존재하는 것과 다르지 않은 안정 동위 원소입니다. 물론 방사성 동위원소가 방출되면서 핵융합 반응이 일어나긴 하지만 누구도 강제로 일으키지 않는다.
오랫동안 핵융합 에너지의 전망에 대해 많은 말과 글이 있었습니다.
핵융합 기술의 발전과 관련된 에너지 혁명은 지난 세기 말에 예상되었습니다. 그들은 기다리고 있었지만 결코 하지 않았습니다.
약 반세기 전, 시도가 시작되었습니다. 핵융합따라서 전 세계에 깨끗하고 실질적으로 고갈되지 않는 에너지를 제공합니다(일반 물을 포함하여 합성 반응에서 잠재적으로 연료가 될 수 있는 것이 있음에도 불구하고 합성 물질 1g은 가솔린 100리터보다 더 많은 에너지를 제공합니다).
그러나 실제로 핵융합 반응을 시작하려는 시도는 쿨롱 장벽에 부딪혀 극복하기 매우 어려웠습니다.
쿨롱 장벽은 원자핵의 반발력으로 원자핵의 융합(합성)을 방지합니다. 핵융합이 저절로 일어나지 않는 것은 바로 쿨롱 장벽 때문입니다. 이 장벽이 없었다면 모든 물질은 오래전에 철과 기타 여러 무거운 원소로 변했을 것입니다.
동일한 쿨롱 장벽 때문에 열핵 폭발은 전체 행성이 타버릴 연쇄 반응을 일으킬 수 없습니다. 열핵폭발에서 핵융합은 재래식 핵분열 핵전하인 1단계 폭발의 순간에 "불 붙은" 물질의 부피에서만 일어난다.
반세기 동안 핵융합 반응의 사용에 대한 아이디어가 등장한 이래 국가 경제, 합성 에너지를 생성하려는 시도는 이 동일한 쿨롱 장벽에 대해 안정적으로 충돌했습니다.
토카막(핵융합로의 일종)은 다른 것보다 더 많이 건설(그리고 계속 건설)되었지만, 자기 도넛(토러스, 따라서 이름 - tokamak, 토로이달 자기 코일) - 어떻게 그렇지 않았습니까? 그리고 결코 그렇지 않을 것이라고 믿을 만한 이유가 있습니다.
그러나 에너지 효율이 높은 핵융합을 시작하려는 모든 시도가 지금까지 쿨롱 장벽에 부딪히며 토카막이 아직 긍정적인 에너지 출력을 제공하지 않고 이를 제공할 것인지 여부가 알려지지 않은 경우 임박한 에너지 혁명에 대한 예측은 어디에서 올까요? 에서?
LENR 또는 LENR - 저에너지 핵융합
고온 플라즈마에서 토카막을 구축하고 핵융합을 시작하려는 시도와 함께 종종 저온 핵융합이라고 불리는 방향이 있지만 이것이 정확한 용어는 아니지만 많은 사람들을 오도하고 있습니다.
결론은 핵융합은 고온 플라즈마뿐만 아니라 다른 조건, 특히 원자핵이 핵융합에 충분한 에너지를 얻는 강력한 방전과 함께 일어날 수 있다는 것입니다. 이 융합을 저온이라고 부르기 위해 입자에 전달되는 에너지 이 경우고온 플라즈마보다 작지 않음). "따뜻한"핵융합이 발생하는 다른 조건이 발견되었습니다. "플라즈마보다 낮지만 실온보다 높은"온도입니다.
오랫동안학계에서는 고온플라즈마 이외의 조건에서 핵융합의 가능성을 인식하지 못했다. 중간자를 얻는 비용이 핵융합 에너지 수율보다 높기 때문에 핵융합이 물질의 가열을 필요로 하지 않지만 에너지적으로 수익성이 없는 "중간자 촉매 작용"의 경우는 예외입니다.
저에너지 융합(LENR) 분야에서 연구를 수행한 많은 과학자들은 학계에서 날카로운 비판을 받았고 "연금술사"라고 선언했으며 일부는 "이단"으로 연구소에서 해고되기도 했습니다.
그러나 "정통 물리학"이 핵융합은 낮은 에너지에서 진행될 수 없다고 아무리 주장해도 할 수 없기 때문에-이 분야의 연구가 계속되고 새로운 연구 센터가 합류하고 자금이 증가하고 실험 기반이 확장되고 .. 결국 불가능은 여전히 가능하며 핵융합은 고온 플라즈마뿐만 아니라 다른 조건 및 물질 상태에서도 발생한다는 것이 밝혀졌습니다.
당 지난 몇 년방전에서 "따뜻한"핵융합 및 핵융합의 구현에 대한 여러 실험은 다양한 독립적인 연구 그룹에 의해 반복되어 안정적인 재현 가능한 효과를 달성하고 가장 중요한 것은 우라늄보다 큰 것으로 밝혀진 양의 에너지 수율을 얻었습니다. 핵분열 반응(그래야 하는 것처럼, 핵분열 반응은 핵분열 반응보다 에너지적으로 더 강력하기 때문입니다).
또한 원자핵이 완고한 쿨롱 장벽을 극복하는 방법과 엄격하게 정의된 조건에서 이것이 일어나는 이유를 정확히 설명하는 여러 이론이 한 번에 개발되었습니다.
어느 이론이 옳은지 과학계에서는 아직 합의가 이루어지지 않았습니다. '이건 절대 될 수 없다'는 말을 계속해서 고집스럽게 되풀이하는 이들도 있다. 그러나 사실에 대한 인식은 불가피할 뿐만 아니라 이론 기반을 과학계에서 인정하는 단일 상태로 개선하는 것입니다.
쿨롱 장벽 극복
쿨롱 장벽은 모든 면에서 극복되었으며 이제 핵융합 원리에 따라 작동하는 원자로의 출현은 주로 공학적 과제이자 시간 문제입니다.
물론 산업용 핵융합로가 등장하기까지는 더 많은 세월이 걸릴 수 있습니다. 어쩌면 수십 년. 파일럿 플랜트에서 산업 디자인으로 가는 길이 항상 쉬운 것은 아닙니다. 그리고 과학은 이러한 반응의 물리적 기반에 대한 합의에 도달해야 하며, 이것이 없으면 구현 프로세스가 크게 지연될 것입니다.
예를 들어 헬리콥터 건설의 역사를 기억할 수 있습니다. 최초의 실험용 헬리콥터는 20세기 초에 등장했지만 위험하고 불안정하며 비효율적이었습니다. 불과 몇 십 년 후, 제2차 세계 대전이 끝난 후, 신뢰할 수 있고 진정으로 효율적인 헬리콥터를 개발하여 생산에 투입하고 실험 모델에서 산업용 헬리콥터로 전환하는 것이 가능했습니다.
핵융합 원자로는 오늘날 작동하는 실험 시설에서 10-20년 안에 생산되기 시작할 산업 장비에 이르기까지 같은 방식으로 갈 것입니다.
그러나 가장 중요한 일이 이미 일어났습니다. 핵융합로의 실험 샘플이 만들어졌고, 연구자들은 현대 원자력 발전소에서 사용되는 연료봉의 에너지 출력을 초과하는 안정적인 재현 가능한 효과와 양의 에너지 출력을 달성했습니다.
프로토타입을 통해 우리는 융합 원자로가 매우 확장 가능하다는 결론을 내릴 수 있습니다. 최소 유효 전력은 몇 킬로와트에서 시작하고 이 전력의 전력 단위는 컴퓨터 시스템 단위의 크기가 될 수 있습니다. 전력 킬로와트당 설치 비용은 기존 발전기보다 낮습니다. 유비쿼터스 물질을 사용하기 때문에 연료 비용(충전)은 무시할 수 있습니다.
이 자료에서 핵융합 효과를 얻은 연구원 및 실험 시설은 따로 검토할 가치가 있기 때문에 나열하지 않겠습니다. 이에 대해서는 추가로 작성하여 포스팅하겠습니다.
지금은 연구를 수행하고 긍정적인 결과를 얻은 국가만 표시하겠습니다. 이들은 러시아, 일본, 이탈리아 및 미국입니다. 동시에 핵융합의 첫 번째 설치는 분명히 소련에서 만들어졌지만 프로젝트는시기 적절한 개발을받지 못하고 닫혔습니다.
특히 중국 과학자들이 핵융합의 효과를 재현하는 데 성공했다는 것이 중요하며, 중국에서 무언가가 재현된다면 산업 디자인의 출현을 막을 수 없습니다.
핵융합의 에너지가 환상에서 현실로 바뀌고 있습니다.
세계는 취소할 수 없는 에너지 혁명을 앞두고 있습니다.
에너지는 생산, 운송, 생명 유지, 전체 경제의 기초와 같은 모든 것의 기초이기 때문에 에너지 혁명에 뒤따를 다른 모든 혁명을 취소하지 마십시오. 그리고 경제는 정치와 사회질서의 기초입니다. 따라서 에너지 혁명은 사회 정치적인 것에 이르기까지 나머지 모든 것이 뒤따를 것입니다.
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핵융합 반응은 반응을 시작하는 유일한 방법이 핵연료를 고온으로 가열하는 것이기 때문에 열핵이라고 합니다.
핵융합 반응은 에너지원으로도 작용할 수 있습니다.
핵융합 반응은 극도로 고온그리고 압력.
수소-3는 핵융합 반응에 가장 쉽게 진입할 수 있지만 지구의 대기소량으로 생산되고 매우 높은 비용이 소요되므로 연료로 사용할 가능성이 의심됩니다.
이 반응을 핵융합 반응이라고 하는 이유는 핵이 결합한 결과 핵이 더 무거워지기 때문입니다.
핵융합 반응이 시작되기 위해서는 100만 도 정도의 온도에 도달해야 합니다. 그러한 온도를 달성하는 현재 알려진 유일한 수단은 핵분열 반응이기 때문에 핵분열 기반 원자 폭탄은 수소 핵융합 반응을 일으키기 위해 사용됩니다. 우리 태양을 포함한 별들이 방출하는 에너지는 위의 반응과 유사한 핵융합 반응의 결과로 형성된다고 가정합니다. 별의 나이와 온도에 따라 탄소, 산소, 질소 핵, 수소 및 헬륨 동위원소가 이러한 반응에 참여할 수 있습니다.
핵융합 반응의 주요 문제는 필요한 에너지 양을 방출하기 위해 하전 입자의 가스인 플라즈마를 수백만 도 정도의 온도에서 꽤 오랜 시간 동안 유지할 수 있는 기술을 개발하는 반면, 플라즈마가 고립된 상태입니다. 이 과정을 제어하는 두 가지 방법이 있습니다. 자기장 방법과 강력한 레이저의 도움으로 무거운 수소 원자를 유지하는 방법입니다. 이 방법은 1억 C 이상의 온도에서 자기장에 의해 유지되는 플라즈마에서 일어나는 중수소와 삼중수소를 포함하는 핵융합을 수행하는 가장 쉬운 방법입니다. 핵융합 반응의 최종 생성물은 헬륨 이온(He -4) 및 중성자. 핵융합의 결과로 방출되는 에너지의 약 80%는 중성자에서 나옵니다. 다음 단계인 열전달 및 열변환 시스템은 기존에 사용된 시스템과 유사합니다. 원자로분할.
핵융합을 통해 유용한 에너지를 생성하는 방법을 배우는 것은 주로 다음과 같은 이유로 중요합니다. 열핵융합거의 무진장한 에너지원이다. 핵융합 연료의 비용은 화석 연료의 비용에 비해 적습니다. 그것은 어디에서나 사용할 수 있으며 그것을 얻는 과정은 환경에 미미한 영향을 미칩니다. 또한 열핵 에너지도 유형 중 하나이지만 원자력, 우라늄, 플루토늄, 토륨의 핵분열 과정에서 방출되는 기존의 원자력 에너지와 크게 다릅니다. 핵분열 원자로와 그로 인한 위험에 비해 핵융합 원자로는 훨씬 덜 위험한 것으로 보입니다.
1초에 일어나는 모든 핵융합 반응의 결과로 발생하는 에너지 방출 속도는 물질 1g당 칼로리로 표현하면 매우 작은 값입니다. 속도보다 100배 이상 느려질 것입니다. 인간의 몸 1초 만에 신진대사 과정에서 열을 방출합니다. 물론 태양이 발산하는 열의 총량은 태양의 총 질량이 매우 크기 때문에 우리 몸의 열과 비교할 수 없습니다. 그러나 질량 1g당 열 방출 속도가 우리 몸보다 100배 낮다면 태양이 어떻게 그렇게 뜨거울 수 있는지에 대한 의문이 생깁니다.
일반적으로 핵융합을 통한 에너지 생산은 오염을 줄여야 한다는 것이 일반적입니다. 환경핵분열보다. 그러나 핵융합로의 내부 부품을 구성하는 재료는 매우 방사능이 강해야 하고 종종 교체해야 한다는 점을 고려해야 합니다. 이러한 합병증의 원인은 무엇입니까?
원소의 풍부함은 핵의 안정성과 원소의 핵융합 반응 과정과 관련이 있습니다. 이에 따라 요소의 풍부함을 결정하는 대략적인 규칙이 있습니다. 따라서 원자량이 작은 원소가 무거운 원소보다 더 흔하다는 것이 관찰되었습니다. 또한, 가장 일반적인 원소의 원자량은 4의 배수로 표현됩니다. 짝수 서수가 있는 요소는 인접한 홀수 요소보다 몇 배 더 일반적입니다.
생산의 에너지 기반 개발에 대한 실로 엄청난 전망은 사회가 통제된 핵융합 반응을 숙달할 것을 약속합니다. 열핵 반응을 제어하는 문제의 해결은 소비에트 과학의 의제에 있습니다. 그 임무 중에는 방법의 발견이 있습니다. 직접 변환열, 원자력, 태양 및 화학 에너지를 전기 에너지로 변환합니다.
양성자가 거리 r r0에 가까워지면 핵융합 반응이 일어나고 핵자는 중수소 원자의 핵인 결합 시스템을 형성합니다. 결합 상태는 포텐셜 우물의 입자 모델에 해당합니다. 그러나 이러한 입자 접근은 전위 장벽에 의해 방지됩니다. 반응의 가능성을 설명하려면 다른 에너지에서 장벽을 통해 입자가 통과하는 문제를 해결할 필요가 있습니다.
리튬은 핵융합 반응에 사용되는 수소의 무거운 동위원소인 삼중수소의 공급원입니다.
어렸을 때 나는 "Science and Life"라는 잡지를 읽는 것을 좋아했습니다. 마을에는 60년대부터 시작되는 파일이 있었습니다. 그곳에서 그들은 종종 즐거운 방식으로 열핵 융합에 대해 이야기했습니다. 거의 다 왔고 앞으로도 그럴 것입니다! 많은 국가들이 자유 에너지의 분배에 맞춰 토카막을 건설했습니다(전 세계에 총 300개 설치).
세월이 흘렀습니다... 2013년이고 인류는 여전히 19세기에 그랬던 것처럼 석탄을 태우면서 대부분의 에너지를 얻습니다. 왜 그런 일이 일어났는지, 열핵 원자로의 생성을 막는 것은 무엇이며, 미래에 무엇을 기대할 수 있습니까?
실용적인 측면에서 가장 현실적이고 흥미로운 것은 다음 합성 반응입니다.
1) 2 D+ 3 T -> 4 He(3.5MeV) + n(14.1MeV)
2) 2D+ 2D -> 3T(1.01MeV) + p(3.02MeV) 50%
2 D+ 2 D -> 3 He(0.82MeV) + n(2.45MeV) 50%
3) 2 D+ 3 He -> 4 He(3.6 MeV) + p(14.7 MeV)
4) p+ 11 B -> 3 4 He + 8.7 MeV
중수소(D)는 이러한 반응에 사용됩니다. 바닷물, 삼중수소(T) - 수소의 방사성 동위원소, 이제 기존 원자로에서 폐기물로 얻어지며 리튬에서 특별히 생산할 수 있습니다. 헬륨-3 - 우리 모두가 이미 알고 있듯이 달에서처럼. 붕소-11 - 천연 붕소는 80%가 붕소-11로 구성됩니다. p (Protium, 수소 원자) - 일반 수소.
비교를 위해 235U의 핵분열은 ~202.5MeV의 에너지를 방출합니다. 원자 1개를 기반으로 한 핵융합 반응보다 훨씬 많습니다(하지만 연료 킬로그램을 기준으로 함 - 물론 열핵 연료가 더 많은 에너지를 제공함).
반응 1과 2에 따르면, 원자로의 전체 구조를 방사성으로 만드는 매우 높은 에너지의 중성자가 많이 얻어진다. 그러나 반응 3과 4 - "중성자 없음"(중성자) - 유도 방사선을 제공하지 않습니다. 불행히도, 예를 들어 반응 3의 부반응은 여전히 남아 있습니다. 중수소는 자체적으로 반응할 것이고 여전히 작은 중성자 방사선이 있을 것입니다.
반응 4는 결과적으로 3개의 알파 입자를 얻게 되므로 이론적으로 에너지를 직접 제거할 수 있기 때문에 흥미롭습니다(이는 실제로 이동 전하 = 전류를 나타내기 때문에).
전반적으로, 흥미로운 반응충분한. 유일한 질문은 현실에서 구현하기가 얼마나 쉬운가 입니다.
반응의 복잡성에 대해인류는 235U의 핵분열을 비교적 쉽게 마스터했습니다. 여기에는 아무런 어려움이 없습니다. 중성자는 전하가 없기 때문에 문자 그대로 매우 낮은 속도로도 핵을 통해 "크롤링"할 수 있습니다. 대부분의 핵분열 원자로에서는 이동 속도가 원자의 열 이동 속도와 유사한 열 중성자가 사용됩니다.
그러나 융합 반응 동안 - 우리는 전하를 띠는 2개의 핵을 가지고 있으며 서로 밀어냅니다. 반응에 필요한 거리에 가깝게 하기 위해서는 충분한 속도로 움직여야 합니다. 이 속도는 가속기(모든 원자가 결과적으로 동일한 최적의 속도로 움직일 때) 또는 가열(원자가 무작위로 임의의 방향과 임의의 속도로 이동할 때)에서 달성할 수 있습니다.
다음은 충돌하는 원자의 속도(=에너지)에 대한 반응 속도(단면)를 보여주는 그래프입니다. 
다음은 동일하지만 원자가 임의의 속도로 날아간다는 사실을 고려하여 플라즈마 온도에서 구성됩니다. 
우리는 즉시 D + T 반응이 "가장 쉬운"(비참한 1억 도 필요), D + D가 동일한 온도에서 약 100배 느리다는 것을 알 수 있습니다. D + 3 그는 경쟁 D + D보다 빠릅니다. 10억 도 정도의 온도에서.
따라서 D + T 반응만이 모든 단점(삼중수소의 방사능, 획득의 어려움, 중성자에 의해 유도된 방사선)과 함께 최소한 원격으로 사람이 접근할 수 있습니다.
그러나 당신이 이해하듯이, 어떤 것을 1억 도까지 가열하고 반응하도록 두는 것은 효과가 없습니다. 가열된 물체는 빛을 방출하므로 빠르게 냉각됩니다. 수억 도까지 가열된 플라즈마는 X선 범위에서 빛나고 가장 슬픈 것은 그에게 투명합니다. 저것들. 이러한 온도의 플라즈마는 치명적으로 빠르게 냉각되며, 온도를 유지하기 위해서는 온도를 유지하기 위한 거대한 에너지를 지속적으로 펌핑해야 합니다.
그러나 열핵 반응기에 가스가 거의 없기 때문에(예: ITER에서 - 0.5g만) 모든 것이 그렇게 나쁘지 않은 것으로 판명되었습니다. 0.5g의 수소를 1억도까지 가열하려면 다음을 수행해야 합니다. 100도당 186리터의 물을 데우는 것과 거의 같은 양의 에너지를 소비합니다.
프로젝트는 2012년 9월 30일에 종료되었습니다. 컴퓨터 모델에 부정확성이 있음이 밝혀졌습니다. 새로운 추정에 따르면 NIF에서 달성된 펄스 전력은 1.8메가줄로, 소비된 만큼의 에너지를 방출하는 데 필요한 것의 33~50%입니다. 
샌디 Z 머신아이디어는 다음과 같습니다. 고전압 커패시터 더미를 가져 와서 기계 중앙의 얇은 텅스텐 와이어를 통해 갑자기 방전하십시오. 와이어는 즉시 증발하고 2,700만 암페어의 거대한 전류가 95나노초 동안 와이어를 통해 계속 흐릅니다. 수백만 및 수십억(!)도로 가열된 플라즈마는 X선을 방출하고 중앙에 중수소-삼중수소 혼합물이 있는 캡슐을 압축합니다(X선 펄스의 에너지는 2.7메가줄임).
러시아어를 사용하여 시스템을 업그레이드 할 계획입니다. 발전소(선형 변압기 드라이버 - LTD). 2013년에는 받은 에너지를 소비한 에너지(Q=1)와 비교하는 첫 번째 테스트가 예상됩니다. 아마도 미래에는 이 방향이 토카막을 비교하고 능가할 기회가 있을 것입니다. 
고밀도 플라즈마 초점-DPF- 전극을 따라 흐르는 플라즈마를 "붕괴"시켜 거대한 온도를 얻습니다. 2012년 3월, 이 원칙에 따라 작동하는 설비의 온도는 18억 도에 도달했습니다.
공중에 떠 있는 쌍극자- "역전된" 토카막, 진공 챔버 중앙에 플라즈마를 고정하는 환상형 초전도 자석이 매달려 있습니다. 이러한 계획에서 플라즈마는 자체적으로 안정적임을 약속합니다. 하지만 이 프로젝트는 현재 자금이 없고, 합성 반응이 시설에서 직접 수행되지 않은 것으로 보인다.
판스워스-허쉬 퓨저아이디어는 간단합니다. 우리는 중수소 또는 중수소-삼중수소 혼합물로 채워진 진공 챔버에 두 개의 구형 그리드를 놓고 그 사이에 50-200,000볼트의 전위를 적용합니다. 전기장에서 원자는 챔버의 중심 주위를 날아 다니기 시작하며 때로는 서로 충돌합니다.
중성자 수율이 있지만 다소 작습니다. X-ray bremsstrahlung으로 인한 큰 에너지 손실, 내부 그리드는 원자 및 전자와의 충돌로 빠르게 가열되고 증발합니다. 디자인은 학문적 관점에서 흥미롭지만(모든 학생이 조립할 수 있음) 중성자 생성 효율은 선형 가속기보다 훨씬 낮습니다. 
폴리웰모든 융합 작업이 공개되지는 않는다는 것을 상기시켜줍니다. 이 작업은 미 해군이 자금을 지원했으며 부정적인 결과가 나올 때까지 분류되었습니다.
아이디어는 Farnsworth-Hirsch 퓨저의 개발입니다. 가장 문제가 많았던 중앙 음극을 챔버 중앙의 자기장에 의해 유지되는 전자 구름으로 대체합니다. 모든 테스트 모델에는 초전도가 아닌 일반 자석이 있습니다. 반응은 단일 중성자를 생성했습니다. 일반적으로 혁명은 없습니다. 아마도 크기와 초전도 자석의 증가는 무언가를 바꾸었을 것입니다.
뮤온 촉매- 근본적으로 다른 생각. 우리는 음전하를 띤 뮤온을 원자의 전자로 대체합니다. 뮤온은 전자보다 207배 무겁기 때문에 수소 분자의 2개 원자가 훨씬 더 가까워지고 융합 반응이 일어납니다. 유일한 문제는 반응의 결과로 헬륨이 형성되고(확률 ~ 1%) 뮤온이 함께 날아가면 더 이상 반응에 참여할 수 없다는 것입니다(헬륨은 수소).
여기서 문제는 뮤온의 생성이 이 순간는 일련의 반응에서 얻을 수 있는 것보다 더 많은 에너지를 필요로 하므로 여기에서는 아직 에너지를 얻을 수 없습니다.
"차가운" 열핵융합(이것은 "차가운" 뮤온 촉매를 포함하지 않음) - 오랫동안 사이비 과학자들의 목초지였습니다. 과학적으로 확인되고 독립적으로 반복 가능한 긍정적인 결과는 없습니다. 그리고 노란색 언론 수준의 센세이션은 Andrea Rossi의 E-Cat 이전에 두 번 이상 있었습니다.
열핵 반응가벼운 핵이 무거운 핵으로 융합되는 반응이다.
구현을 위해서는 초기 핵자 또는 가벼운 핵이 인력의 핵력의 작용 영역 반경 이하의 거리(즉, 최대 10-15m)까지 서로 접근해야 합니다. 이러한 핵의 상호 접근은 양전하를 띤 핵 사이에 작용하는 쿨롱 척력에 의해 방지됩니다. 핵융합 반응이 일어나기 위해서는 핵의 열 운동의 운동 에너지가 쿨롱 반발력을 극복하기에 충분하도록 고밀도 물질을 초고온(수억 켈빈 정도)으로 가열해야 합니다. 힘. 이러한 온도에서 물질은 플라즈마 형태로 존재합니다. 핵융합은 매우 높은 온도에서만 일어날 수 있기 때문에 핵융합 반응을 열핵 반응이라고 합니다. 테마"따뜻함, 더위").
열핵 반응은 엄청난 에너지를 방출합니다. 예를 들어, 중수소 융합과 헬륨 형성의 반응에서
\(~^2_1D + \ ^2_1D \to \ ^3_2He + \ ^1_0n\)
3.2 MeV의 에너지가 방출됩니다. 중수소 합성과 삼중수소 형성 반응에서
\(~^2_1D + \ ^2_1D \to \ ^3_1T + \ ^1_1p\)
4.0 MeV의 에너지가 방출되고 반응에서
\(~^2_1D + \ ^3_1T \to \ ^4_2He + \ ^1_0n\)
17.6 MeV의 에너지가 방출됩니다.
쌀. 1. 중수소-삼중수소 반응의 도식
현재 제어된 열핵 반응은 중수소\(~^2H\)와 삼중수소\(~^3H\)의 합성에 의해 수행됩니다. 중수소 비축량은 수백만 년 동안 지속되어야 하며 (삼중수소 생산을 위해) 쉽게 채굴되는 리튬 비축량은 수백 년 동안의 수요를 충족하기에 충분합니다.
그러나 이 반응에서 방출된 운동 에너지의 대부분(80% 이상)은 정확히 중성자에 떨어집니다. 파편이 다른 원자와 충돌하여 이 에너지가 열에너지로 변환됩니다. 또한 고속 중성자는 상당한 양의 방사성 폐기물을 생성합니다.
따라서 가장 유망한 것은 중수소 + 헬륨-3과 같은 "중성자가 없는" 반응입니다.
\(~D + \ ^3He \to \ ^4He + p\)
이 반응은 중성자 수율이 부족하여 전력의 상당 부분을 빼앗고 원자로 설계에서 유도 방사능을 생성합니다. 또한 지구상의 헬륨-3 매장량은 500kg에서 1톤이지만 달에서는 최대 1천만 톤(최소 추정치에 따르면 50만 톤)에 이르는 상당한 양입니다. 동시에 기존의 핵분열 원자로를 이용하여 자연계에 널리 분포되어 있는 리튬-6으로부터 지구상에서 쉽게 얻을 수 있다.
지구에서는 1953년 8월 12일 세미팔라틴스크 시험장에서 수소폭탄이 폭발하면서 최초의 열핵 반응이 일어났다. "그녀의 아버지"는 학자 Andrei Dmitrievich Sakharov였으며, 그는 열 발전을 위해 세 번이나 사회주의 노동의 영웅 칭호를 받았습니다. 핵무기. 수소 폭탄에서 열핵 반응을 시작하는 데 필요한 높은 온도는 구성 요소의 폭발의 결과로 얻어졌습니다. 원자 폭탄기폭장치 역할을 한다. 폭발 중에 발생하는 열핵 반응 수소폭탄, 제어할 수 없습니다.
쌀. 2. 수소폭탄
육상 조건에서 쉽게 제어되는 열핵 반응을 수행하는 것이 가능하다면 지구상의 수소 매장량이 엄청나기 때문에 인류는 거의 고갈되지 않는 에너지 원을 받게 될 것입니다. 그러나 에너지적으로 유리한 제어된 열핵 반응을 구현하는 데는 큰 기술적 어려움이 있습니다. 우선, 108K 정도의 온도를 생성해야 합니다. 이러한 초고온은 플라즈마에서 고전력 방전을 생성하여 얻을 수 있습니다.
이 방법은 원자력 연구소에서 처음 만든 "토카막" 유형(자기 코일이 있는 TO-리오달 카메라) 설치에 사용됩니다. I.V. 쿠르차토바. 이러한 설비에서 플라즈마는 강력한 펄스 변압기의 2차 권선인 토로이달 챔버에서 생성됩니다. 1차 권선은 매우 큰 커패시터 뱅크에 연결됩니다. 챔버는 중수소로 채워져 있습니다. 축전기의 배터리가 토로이달 챔버의 1차 권선을 통해 방전될 때 와류 전기장이 여기되어 중수소의 이온화와 그 안에 강력한 전류 펄스가 나타나 가스와 가스의 강한 가열로 이어집니다. 열핵 반응이 일어날 수 있는 고온 플라즈마의 형성.
쌀. 삼. 회로도원자로 운전
주요 어려움은 이러한 고온을 견딜 수 있는 재료가 없기 때문에 챔버 벽과 접촉하지 않고 0.1-1초 동안 챔버 내부의 플라즈마를 유지하는 것입니다. 이 어려움은 토로이달의 도움으로 부분적으로 극복할 수 있습니다. 자기장, 카메라가 들어 있습니다. 자기력의 작용에 따라 플라즈마는 코드로 비틀어지고 챔버의 벽에 닿지 않고 자기장 유도선에 "매달아"집니다.
열핵융합의 가능성에 대한 연구에서 현대 시대의 시작은 러시아 Tokamak T3 시설에서 약 1 m 3 의 플라즈마에서 3 M°C의 온도에 도달한 1969년으로 간주되어야 합니다. 그 후 전 세계의 과학자들은 토카막 설계를 자기 플라즈마 감금에 가장 유망한 것으로 인식했습니다. 몇 년 후, 훨씬 더 큰 플라즈마 부피(100m3)를 가진 JET 시설(Joint European Torus)을 만들기로 과감한 결정이 내려졌습니다. 장치의 작동 주기는 약 1분이며, 그 이유는 환상형 코일이 구리로 만들어지고 빠르게 가열되기 때문입니다. 이 시설은 1983년에 운영을 시작했으며 150 M°C의 온도로 플라즈마 가열을 제공하는 세계 최대의 토카막으로 남아 있습니다.
쌀. 4. JET 반응기의 설계
2006 년 러시아 대표, 대한민국, 중국, 일본, 인도, 유럽 연합 및 미국은 파리에서 최초의 국제 열핵 실험 원자로(International Tokamak Experimental Reactor - ITER) 건설 작업을 시작하기로 합의했습니다. ITER 원자로의 자기 코일은 초전도 물질을 기반으로 하므로(원칙적으로 플라즈마의 전류가 유지되는 한 연속 작동이 가능함) 설계자는 최소 10분의 보장된 듀티 사이클을 제공하기를 희망합니다.
쌀. 5. ITER 원자로의 설계.
원자로는 프랑스 남부 마르세유에서 60km 떨어진 카다라슈(Cadarache) 시 근처에 건설될 예정이다. 부지 준비 작업은 내년 봄에 시작됩니다. 원자로 자체의 건설은 2009년에 시작될 예정입니다.
건설은 10년 동안 지속되며 원자로 작업은 20년 이내에 수행될 것으로 예상됩니다. 프로젝트의 총 비용은 약 100억 달러입니다. 비용의 40%는 유럽 연합이 부담하고 60%는 나머지 프로젝트 참가자와 동일한 몫으로 부담합니다.
이 목표를 달성하는 또 다른 방법은 레이저 융합입니다. 이 방법의 본질은 다음과 같습니다. 직경 1mm 미만의 볼 형태로 제조된 중수소와 삼중수소의 동결된 혼합물을 강력한 레이저 방사선으로 모든 면에서 균일하게 조사합니다. 이것은 볼 표면에서 물질의 가열 및 증발로 이어집니다. 이 경우 볼 내부의 압력은 10 15 Pa 정도의 값으로 증가합니다. 이러한 압력의 작용으로 볼의 중심부에서 밀도의 증가와 물질의 강한 가열이 일어나 열핵반응이 시작된다.
자기 플라즈마 감금과 대조적으로 레이저 감금에서는 감금 시간(즉, 열핵 반응의 지속 시간을 결정하는 고밀도 및 온도를 갖는 플라즈마의 수명)이 10–10–10–11초이므로 LTS 펄스 모드에서만 수행할 수 있습니다. 열핵융합에 레이저를 사용하자는 제안은 물리연구소에서 처음으로 제안되었습니다. 1961년 소련의 P. N. Lebedev 과학 아카데미 N. G. Basov와 O. N. Krokhin.
캘리포니아의 Lawrence Livermore 국립 연구소는 세계에서 가장 강력한 레이저 복합 시설의 건설을 완료했습니다(2009년 5월). 그것은 "National Incindiary Plant"(US National Ignition Facility, NIF)라고 불렸습니다. 건설은 12년 동안 지속되었습니다. 에 레이저 콤플렉스 35억 달러를 지출했다.
쌀. 7. ULS의 개략도
NIF는 밀리미터 구형 표적(약 150마이크로그램의 열핵 연료 - 중수소와 삼중수소의 혼합물, 미래에 방사성 삼중수소는 헬륨-3의 가벼운 동위원소로 대체될 수 있음)을 동시에 향하게 될 192개의 강력한 레이저를 기반으로 합니다. ). 결과적으로 목표 온도는 1억도에 도달하고 공 내부의 압력은 지구 대기의 압력보다 1000억 배 더 높을 것입니다.
전기를 생산하기 위해 핵융합로를 사용하는 것을 지지하는 사람들은 다음과 같은 주장을 합니다.
제어된 열핵 융합은 (이론적으로는 지금까지) 화석 연료에 대한 에너지 의존으로부터 세상을 구할 수 있는 흥미로운 물리적 과정입니다. 이 과정은 에너지 방출과 함께 더 가벼운 핵에서 더 무거운 핵으로 원자핵의 합성을 기반으로 합니다. 원자의 또 다른 용도(붕괴 동안 원자로에서 에너지를 방출)와 달리 종이에 융합하면 방사성 부산물이 거의 남지 않습니다. ITER 원자로에 특별한 희망이 있으며, 이 원자로는 엄청난 비용이 듭니다. 그러나 회의론자들은 민간 기업의 발전에 의존합니다.
2018년 과학자들은 다음과 같은 우려에도 불구하고 지구 온난화, 석탄은 2017년에 세계 전력의 38%를 생성했는데, 이는 20년 전에 최초의 기후 경고가 나타났을 때와 정확히 같은 양입니다. 설상가상으로 온실가스 배출량은 지난해 2.7% 증가해 7년 만에 최대 증가폭을 기록했다. 이러한 침체로 인해 정치인과 환경 운동가들도 우리에게 더 많은 원자력이 필요하다고 생각하기 시작했습니다.
