A spajanje?

Izvještaji kineskih stručnjaka krajem prošle godine o izgradnji reaktora za sintezu od strane kineskih stručnjaka zvučali su senzacionalno (1). Kineski državni mediji izvijestili su da će postrojenje HL-2M, smješteno u istraživačkom centru u Chengduu, biti operativno 2020. godine. Ton medijskih napisa upućivao je na to da je pitanje pristupa neiscrpnoj energiji termonuklearne fuzije zauvijek riješeno.

Pažljiviji pogled na detalje pomaže ohladiti optimizam.

novi aparat tipa tokamak, s naprednijim dizajnom od onih do sada poznatih, trebao bi generirati plazmu s temperaturama iznad 200 milijuna stupnjeva Celzija. To je u priopćenju za javnost najavio 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 graditeljstvo.

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 toplinska snaga ovog reaktora niti koje su razine energije potrebne za pokretanje reakcije nuklearne fuzije u njemu. Ne znamo ono najvažnije - je li kineski fuzijski reaktor dizajn s pozitivnom energetskom bilansom ili je to samo još jedan eksperimentalni fuzijski reaktor koji omogućuje fuzijsku reakciju, ali istovremeno zahtijeva više energije za "paljenje" od energija koja se može dobiti kao rezultat reakcija.

Međunarodni napor

Kina, zajedno s Europskom unijom, Sjedinjenim Državama, Indijom, Japanom, Južnom Korejom i Rusijom, članice su programa ITER. Ovo je najskuplji od sadašnjih međunarodnih istraživačkih projekata koje financiraju gore navedene zemlje, a košta oko 20 milijardi američkih dolara. Otvoren je kao rezultat suradnje vlada Mihaila Gorbačova i Ronalda Reagana tijekom hladnoratovske ere, a mnogo godina kasnije uključen je u ugovor koji su sve te zemlje potpisale 2006. godine.

2. Na gradilištu tokamaka ITER

Projekt ITER u Cadaracheu u južnoj Francuskoj (2) razvija najveći tokamak na svijetu, odnosno plazma komoru koja se mora ukrotiti pomoću snažnog magnetskog polja koje stvaraju elektromagneti. Ovaj izum razvio je Sovjetski Savez 50-ih i 60-ih godina. Voditelj projekta, Lavan Koblenz, najavio je da bi organizacija trebala dobiti "prvu plazmu" do prosinca 2025. ITER bi svaki put trebao podržati termonuklearnu reakciju za oko tisuću ljudi. sekundi, dobivajući snagu 500-1100 MW. Za usporedbu, najveći britanski tokamak do danas, JET (zglobni europski torus), zadržava reakciju nekoliko desetaka sekundi i dobiva snagu do 16 MW. Energija u ovom reaktoru oslobađat će se u obliku topline - ne bi se trebala pretvarati u električnu energiju. Isporuka fuzijske snage u mrežu ne dolazi u obzir jer je projekt samo u istraživačke svrhe. Tek na temelju ITER-a gradit će se buduća generacija termonuklearnih reaktora koji će dostići snagu 3-4 tisuće. MW.

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

Dodajte helij-3, promiješajte i zagrijte

ITER je glavni fokus globalnog istraživanja fuzije, ali mnogi istraživački centri, tvrtke i vojni laboratoriji također rade na drugim fuzijskim projektima koji odstupaju od klasičnog pristupa.

Na primjer, provedeno posljednjih godina na s Massachusetts Institute of Technology eksperimenti sa Helem-3 na tokamaku dao je uzbudljive rezultate, uključujući deseterostruko povećanje energije ion plazme. Znanstvenici koji provode 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 iona. Tim Alcatel C-Mod (3) proveo je istraživanje još u rujnu 2016., no podaci iz ovih eksperimenata tek su nedavno analizirani, otkrivajući ogroman porast energije plazme. Rezultati su bili toliko ohrabrujući da su znanstvenici koji vode najveći svjetski operativni fuzijski laboratorij, JET u Velikoj Britaniji, odlučili ponoviti eksperimente. Postignut je isti porast energije. Rezultati studije objavljeni su u časopisu Nature Physics.

3. Tokamak Alcator C-Mod u pogonu

Ključ za povećanje učinkovitosti nuklearnog goriva bio je dodavanje helija-3, stabilnog izotopa helija u tragovima, s jednim neutronom umjesto dva. Nuklearno gorivo korišteno u Alcator C metodi prije je sadržavalo samo dvije vrste iona, deuterij i vodik. Deuterij, stabilan izotop vodika s neutronom u jezgri (za razliku od vodika bez neutrona), čini oko 95% goriva. Znanstvenici iz Centra za istraživanje plazme i Massachusetts Institute of Technology (PSFC) koristili su proces tzv. RF grijanje. Antene pored tokamaka koriste određenu radio frekvenciju za pobuđivanje čestica, a valovi su kalibrirani da "ciljaju" vodikove ione. Budući da vodik čini mali dio ukupne gustoće goriva, koncentriranje samo malog dijela iona na zagrijavanje omogućuje postizanje ekstremnih razina energije. Nadalje, stimulirani vodikovi ioni prelaze na ione deuterija koji prevladavaju u smjesi, a tako nastale čestice ulaze u vanjsku ljusku reaktora, oslobađajući toplinu.

Učinkovitost ovog procesa se povećava kada se u smjesu dodaju ioni helija-3 u količini manjoj od 1%. Koncentrirajući sve radio-zagrijavanje na malu količinu helija-3, znanstvenici su podigli energiju iona na megaelektronvolte (MeV).

Prvi dođe - prvi poslužen Ekvivalent na ruskom: Eating late guest and bone

Bilo je mnogo razvoja u svijetu kontroliranog fuzijskog rada tijekom posljednjih nekoliko godina koje su ponovno pokrenule nade znanstvenika i svih nas da konačno dosegnemo "sveti gral" energije.

Dobri signali uključuju, između ostalog, otkrića iz Laboratorija za fiziku plazme Princeton (PPPL) Ministarstva energetike SAD-a (DOE). Radio valovi su s velikim uspjehom korišteni za značajno smanjenje takozvanih plazma perturbacija, koje mogu biti presudne u procesu "dotjerivanja" termonuklearnih reakcija. Isti istraživački tim izvijestio je u ožujku 2019. o eksperimentu s litijevim tokamakom u kojem su unutarnje stijenke ispitnog reaktora bile obložene litijem, materijalom dobro poznatim iz baterija koje se obično koriste u elektronici. Znanstvenici su primijetili da litijeva obloga na zidovima reaktora apsorbira raspršene čestice plazme, sprječavajući ih da se reflektiraju natrag u oblak plazme i ometaju termonuklearne reakcije.

4. Vizualizacija projekta TAE Technologies

Znanstvenici s velikih uglednih znanstvenih 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 razvoja prototipa kompaktnog fuzijskog reaktora (CFR) u sljedećem desetljeću. Ako tehnologija na kojoj tvrtka radi funkcionira, uređaj veličine kamiona moći će osigurati dovoljno električne energije da zadovolji potrebe uređaja od 100 četvornih stopa. gradskih stanovnika.

Druge tvrtke i istraživački centri natječu se tko može izgraditi prvi pravi fuzijski reaktor, uključujući TAE Technologies i Massachusetts Institute of Technology. Čak su se Amazonov Jeff Bezos i Microsoftov Bill Gates nedavno uključili u projekte spajanja. NBC News je nedavno izbrojao sedamnaest malih tvrtki samo za fuziju u SAD-u. Startupi kao što su General Fusion ili Commonwealth Fusion Systems usredotočuju se na manje reaktore temeljene na inovativnim supravodičima.

Koncept "hladne fuzije" i alternative velikim reaktorima, ne samo tokamacima, već i tzv. stelaratori, s malo drugačijim dizajnom, izgrađen uključujući i u Njemačkoj. Nastavlja se i potraga za drugačijim pristupom. Primjer za to je uređaj tzv Z-štipanje, izgradili znanstvenici sa Sveučilišta Washington i opisali u jednom od najnovijih brojeva časopisa Physics World. Z-pinč radi tako što hvata i komprimira plazmu u snažnom magnetskom polju. U eksperimentu je bilo moguće stabilizirati plazmu tijekom 16 mikrosekundi, a reakcija fuzije je trajala oko trećine tog vremena. Demonstracija je trebala pokazati da je sinteza malih razmjera moguća, iako mnogi znanstvenici još uvijek ozbiljno sumnjaju u to.

Zauzvrat, zahvaljujući podršci Googlea i drugih investitora napredne tehnologije, kalifornijska tvrtka 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. fuzijskog raketnog motora. Prototip cilindričnog fuzijskog reaktora (4) s protu snopovima (CBFR), koji zagrijava plinoviti vodik da tvori dva plazma prstena. Kombiniraju se sa snopovima inertnih čestica i drže se u takvom stanju, što bi trebalo povećati energiju i trajnost plazme.

Još jedan fusion startup General Fusion iz kanadske pokrajine Britanska Kolumbija uživa podršku samog Jeffa Bezosa. Jednostavno rečeno, njegov koncept je ubrizgavanje vruće plazme u kuglicu tekućeg metala (mješavina litija i olova) unutar čelične kuglice, nakon čega se plazma komprimira klipovima, slično kao kod dizel motora. Nastali tlak 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 debitirati za deset godina.

5. Ilustracija iz termonuklearnog patenta američke mornarice.

Nedavno je i američka mornarica podnijela patent za "uređaj za fuziju plazme". Patent govori o magnetskim poljima za stvaranje "ubrzane vibracije" (5). Ideja je izgraditi fuzijske reaktore dovoljno male da budu prijenosni. Nepotrebno je reći da je ova patentna prijava dočekana sa skepticizmom.