Իսկ միաձուլումը.

Չինացի մասնագետների կողմից սինթեզի ռեակտորի կառուցման մասին անցյալ տարվա վերջին հաղորդագրությունները սենսացիոն էին (1)։ Չինաստանի պետական ​​լրատվամիջոցները հաղորդում են, որ HL-2M օբյեկտը, որը տեղակայված է Չենդուի հետազոտական ​​կենտրոնում, կգործի 2020 թվականին: Լրատվամիջոցների հաղորդագրությունների տոնայնությունը վկայում էր այն մասին, որ ջերմամիջուկային միաձուլման անսպառ էներգիայի հասանելիության հարցը ընդմիշտ լուծված է։

Մանրամասներին ավելի ուշադիր նայելն օգնում է սառեցնել լավատեսությունը։

Nowy tokamak տիպի ապարատ, ավելի առաջադեմ դիզայնով, քան մինչ այժմ հայտնիները, պետք է առաջացնի պլազմա 200 միլիոն աստիճան Ցելսիուսից բարձր ջերմաստիճանով: Այս մասին մամուլի հաղորդագրության մեջ հայտնել է Չինաստանի ազգային միջուկային կորպորացիայի Հարավարևմտյան ֆիզիկայի ինստիտուտի ղեկավար Դուան Սիուրուն։ Սարքը տեխնիկական աջակցություն կցուցաբերի նախագծի վրա աշխատող չինացիներին Միջազգային ջերմամիջուկային փորձարարական ռեակտոր (ITER)ինչպես նաև շինարարություն։

Այսպիսով, ես կարծում եմ, որ դա դեռևս էներգետիկ հեղափոխություն չէ, չնայած այն ստեղծվել է չինացիների կողմից: ռեակտոր KhL-2M առայժմ քիչ բան է հայտնի: Մենք չգիտենք, թե որն է այս ռեակտորի կանխատեսվող ջերմային ելքը կամ էներգիայի ինչ մակարդակներ են անհրաժեշտ նրանում միջուկային միաձուլման ռեակցիա վարելու համար: Մենք չգիտենք ամենակարևորը. արդյո՞ք չինական միաձուլման ռեակտորը նախագծված է դրական էներգիայի հաշվեկշռով, թե՞ դա հերթական փորձարարական միաձուլման ռեակտորն է, որը թույլ է տալիս միաձուլման ռեակցիա, բայց միևնույն ժամանակ «բոցավառման» համար ավելի շատ էներգիա է պահանջում, քան էներգիա, որը կարելի է ստանալ ռեակցիաների արդյունքում։

Միջազգային ջանքեր

Չինաստանը Եվրամիության, ԱՄՆ-ի, Հնդկաստանի, Ճապոնիայի, Հարավային Կորեայի և Ռուսաստանի հետ միասին ITER ծրագրի անդամ են: Սա վերոնշյալ երկրների կողմից ֆինանսավորվող ընթացիկ միջազգային հետազոտական ​​նախագծերից ամենաթանկն է՝ շուրջ 20 միլիարդ ԱՄՆ դոլար արժողությամբ։ Այն բացվել է Սառը պատերազմի ժամանակաշրջանում Միխայիլ Գորբաչովի և Ռոնալդ Ռեյգանի կառավարությունների համագործակցության արդյունքում, իսկ շատ տարիներ անց ներառվել է այս բոլոր երկրների կողմից 2006 թվականին ստորագրված պայմանագրի մեջ։

2. ITER tokamak-ի շինհրապարակում

ITER նախագիծը Ֆրանսիայի հարավում գտնվող Cadarache-ում (2) մշակում է աշխարհի ամենամեծ tokamak-ը, այսինքն՝ պլազմային խցիկը, որը պետք է ընտելացնել էլեկտրամագնիսների կողմից առաջացած հզոր մագնիսական դաշտի միջոցով: Այս գյուտը մշակվել է Խորհրդային Միության կողմից 50-60-ական թվականներին։ Ծրագրի ղեկավար, Լավան Կոբլենց, հայտարարեց, որ կազմակերպությունը պետք է ստանա «առաջին պլազման» մինչև 2025 թվականի դեկտեմբեր: ITER-ը պետք է ամեն անգամ աջակցի ջերմամիջուկային ռեակցիային մոտ 1 հազար մարդու համար։ վայրկյաններ՝ ուժ ձեռք բերելով 500-1100 ՄՎտ. Համեմատության համար նշենք, որ մինչ օրս ամենամեծ բրիտանական tokamak-ը, JET (համատեղ եվրոպական տորուս), պահպանում է ռեակցիան մի քանի տասնյակ վայրկյան և ուժ է ստանում մինչև 16 ՄՎտ. Այս ռեակտորում էներգիան կթողարկվի ջերմության տեսքով, այն չի ենթադրվում, որ այն վերածվի էլեկտրականության։ Ցանցին միաձուլման էներգիայի մատակարարումը բացառվում է, քանի որ նախագիծը նախատեսված է միայն հետազոտական ​​նպատակների համար: Միայն ITER-ի հիման վրա կկառուցվի ապագա սերնդի ջերմամիջուկային ռեակտորներ՝ հասնելով հզորության. 3-4 հազ. ՄՎտ.

Հիմնական պատճառը, թե ինչու նորմալ միաձուլման էլեկտրակայանները դեռ գոյություն չունեն (չնայած ավելի քան վաթսուն տարվա ծավալուն և ծախսատար հետազոտությունների) պլազմայի վարքագիծը վերահսկելու և «կառավարելու» դժվարությունն է: Այնուամենայնիվ, տարիների փորձերը բազմաթիվ արժեքավոր հայտնագործություններ են տվել, և այսօր միաձուլման էներգիան ավելի մոտ է թվում, քան երբևէ:

Ավելացնել հելիում-3, խառնել և տաքացնել

ITER-ը գլոբալ միաձուլման հետազոտությունների հիմնական կենտրոնն է, սակայն բազմաթիվ հետազոտական ​​կենտրոններ, ընկերություններ և ռազմական լաբորատորիաներ աշխատում են նաև այլ միաձուլման նախագծերի վրա, որոնք շեղվում են դասական մոտեցումից:

Օրինակ, անցկացվել է վերջին տարիներին Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտից հետ փորձեր Սաղավարտ-3 tokamak-ի վրա հուզիչ արդյունքներ տվեց, այդ թվում էներգիայի տասնապատիկ աճ պլազմայի իոն: Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտի C-Mod tokamak-ի վրա փորձեր կատարող գիտնականները Բելգիայից և Մեծ Բրիտանիայից մասնագետների հետ միասին երեք տեսակի իոններ պարունակող ջերմամիջուկային վառելիքի նոր տեսակ են ստեղծել։ Թիմ Alcator C-Mod (3) հետազոտություն է անցկացրել դեռևս 2016 թվականի սեպտեմբերին, սակայն այս փորձերի տվյալները միայն վերջերս են վերլուծվել՝ բացահայտելով պլազմայի էներգիայի հսկայական աճ: Արդյունքներն այնքան հուսադրող էին, որ գիտնականները, որոնք ղեկավարում էին աշխարհի ամենամեծ գործող միաձուլման լաբորատորիան՝ JET-ը Մեծ Բրիտանիայում, որոշեցին կրկնել փորձերը: Ձեռք բերվեց էներգիայի նույն աճը։ Հետազոտության արդյունքները հրապարակված են Nature Physics ամսագրում։

3. Tokamak Alcator C-Mod-ը գործում է

Միջուկային վառելիքի արդյունավետության բարձրացման բանալին հելիում-3-ի՝ հելիումի կայուն իզոտոպի հետքային քանակությունների ավելացումն էր՝ երկու նեյտրոնով մեկ նեյտրոնով: Alcator C մեթոդով օգտագործվող միջուկային վառելիքը նախկինում պարունակում էր միայն երկու տեսակի իոններ՝ դեյտերիում և ջրածին։ Դեյտերիումը՝ ջրածնի կայուն իզոտոպը, որի միջուկում նեյտրոն է (ի տարբերություն առանց նեյտրոնների ջրածնի), կազմում է վառելիքի մոտ 95%-ը։ Պլազմայի հետազոտական ​​կենտրոնի և Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտի (PSFC) գիտնականներն օգտագործել են մի գործընթաց, որը կոչվում է ՌԴ ջեռուցում. Tokamak-ի կողքին գտնվող ալեհավաքները մասնիկները գրգռելու համար օգտագործում են հատուկ ռադիոհաճախականություն, իսկ ալիքները տրամաչափվում են, որպեսզի «թիրախավորեն» ջրածնի իոնները։ Քանի որ ջրածինը կազմում է վառելիքի ընդհանուր խտության մի փոքր մասը, ջեռուցման վրա իոնների միայն մի փոքր մասի կենտրոնացումը թույլ է տալիս հասնել էներգիայի ծայրահեղ մակարդակների: Այնուհետև, խթանված ջրածնի իոնները անցնում են խառնուրդում գերակշռող դեյտերիումի իոններին, և այս ձևով ձևավորված մասնիկները մտնում են ռեակտորի արտաքին թաղանթ՝ ազատելով ջերմություն։

Այս գործընթացի արդյունավետությունը մեծանում է, երբ խառնուրդին ավելացվում են հելիում-3 իոններ 1%-ից պակաս քանակով: Ամբողջ ռադիոջեռուցումը կենտրոնացնելով փոքր քանակությամբ հելիում-3-ի վրա՝ գիտնականները իոնների էներգիան բարձրացրել են մինչև մեգաէլեկտրոնվոլտ (MeV):

Առաջին գալը - առաջինը մատուցվել է Համարժեք ռուսերեն. Ուշացած հյուր ու ոսկոր ուտել

Վերջին մի քանի տարիների ընթացքում վերահսկվող միաձուլման աշխատանքների աշխարհում բազմաթիվ զարգացումներ են եղել, որոնք կրկին բորբոքել են գիտնականների և բոլորիս հույսերը՝ վերջապես հասնել էներգիայի «Սուրբ Գրաալ»:

Լավ ազդանշանները ներառում են, ի թիվս այլոց, ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարության (DOE) Փրինսթոնի պլազմայի ֆիզիկայի լաբորատորիայի (PPPL) հայտնագործությունները: Ռադիոալիքները մեծ հաջողությամբ կիրառվել են այսպես կոչված պլազմային խանգարումները զգալիորեն նվազեցնելու համար, որոնք կարող են վճռորոշ լինել ջերմամիջուկային ռեակցիաների «հարդարման» գործընթացում։ Նույն հետազոտական ​​թիմը 2019-ի մարտին զեկուցեց լիթիումի տոկամակի փորձի մասին, որի ընթացքում փորձնական ռեակտորի ներքին պատերը պատված էին լիթիումով, մի նյութ, որը հայտնի է էլեկտրոնիկայի մեջ սովորաբար օգտագործվող մարտկոցներից: Գիտնականները նշել են, որ ռեակտորի պատերի լիթիումային երեսպատումը կլանում է ցրված պլազմայի մասնիկները՝ թույլ չտալով դրանք վերադառնալ դեպի պլազմային ամպ և խանգարել ջերմամիջուկային ռեակցիաներին։

4. Վիզուալիզացիայի նախագիծ TAE Technologies

Խոշոր հեղինակավոր գիտական ​​հաստատությունների գիտնականները նույնիսկ զգուշավոր լավատես են դարձել իրենց հայտարարություններում: Վերջերս նկատվել է նաև մասնավոր հատվածում վերահսկվող միաձուլման տեխնիկայի նկատմամբ հետաքրքրության մեծ աճ: 2018-ին Lockheed Martin-ը հայտարարեց հաջորդ տասնամյակի ընթացքում կոմպակտ միաձուլման ռեակտորի (CFR) նախատիպի մշակման ծրագրի մասին: Եթե ​​տեխնոլոգիան, որի վրա աշխատում է ընկերությունը, աշխատի, բեռնատարի չափի սարքը կկարողանա ապահովել այնքան էլեկտրաէներգիա, որը բավարարում է 100 քառակուսի ոտնաչափ սարքի կարիքները: քաղաքի բնակիչներ.

Այլ ընկերություններ և հետազոտական ​​կենտրոններ մրցում են՝ տեսնելու, թե ով կարող է կառուցել առաջին իրական միաձուլման ռեակտորը, ներառյալ TAE Technologies-ը և Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտը: Նույնիսկ Amazon-ի Ջեֆ Բեզոսը և Microsoft-ի Բիլ Գեյթսը վերջերս ներգրավվել են միաձուլման նախագծերում: NBC News-ը վերջերս հաշվել է ԱՄՆ-ում միայն fusion-ով աշխատող տասնյոթ փոքր ընկերություն: Սկսնակ ընկերությունները, ինչպիսիք են General Fusion-ը կամ Commonwealth Fusion Systems-ը, կենտրոնանում են նորարարական գերհաղորդիչների վրա հիմնված փոքր ռեակտորների վրա:

«Սառը միաձուլման» հայեցակարգը և խոշոր ռեակտորների այլընտրանքները, ոչ միայն tokamaks-ը, այլ նաև այսպես կոչված. աստղագուշակներ, մի փոքր այլ դիզայնով, կառուցված այդ թվում Գերմանիայում։ Տարբեր մոտեցման որոնումները նույնպես շարունակվում են։ Դրա օրինակն է սարքը, որը կոչվում է Z- պտղունց, կառուցվել է Վաշինգտոնի համալսարանի գիտնականների կողմից և նկարագրված է Physics World ամսագրի վերջին համարներից մեկում: Z-pinch-ն աշխատում է պլազման սեղմելով և սեղմելով հզոր մագնիսական դաշտում: Փորձի ժամանակ հնարավոր եղավ կայունացնել պլազման 16 միկրովայրկյանով, և միաձուլման ռեակցիան շարունակվեց այս ժամանակի մոտ մեկ երրորդը: Ցույցը պետք է ցույց տա, որ փոքրածավալ սինթեզ հնարավոր է, թեև շատ գիտնականներ դեռ լուրջ կասկածներ ունեն այս հարցում։

Իր հերթին, Google-ի և առաջադեմ տեխնոլոգիաներում ներգրավված այլ ներդրողների աջակցության շնորհիվ, Կալիֆորնիայի TAE Technologies ընկերությունը օգտագործում է տարբեր, քան բնորոշ է միաձուլման փորձերի համար, բորի վառելիքի խառնուրդ, որոնք օգտագործվել են ավելի փոքր և էժան ռեակտորներ մշակելու համար, սկզբում, այսպես կոչված, միաձուլվող հրթիռային շարժիչի համար։ Գլանաձև միաձուլման ռեակտորի նախատիպ (4) հակաճառագայթներով (CBFR), որը տաքացնում է ջրածնային գազը՝ ձևավորելով երկու պլազմային օղակներ։ Նրանք միավորվում են իներտ մասնիկների կապոցների հետ և պահվում են այնպիսի վիճակում, որը պետք է նպաստի պլազմայի էներգիայի և ամրության բարձրացմանը։

Կանադայի Բրիտանական Կոլումբիա նահանգի մեկ այլ ֆյուժն ստարտափ General Fusion-ը վայելում է անձամբ Ջեֆ Բեզոսի աջակցությունը։ Պարզ ասած, նրա հայեցակարգն է ներարկել տաք պլազմա հեղուկ մետաղի գնդիկի մեջ (լիթիումի և կապարի խառնուրդ) պողպատե գնդիկի ներսում, որից հետո պլազման սեղմվում է մխոցներով՝ դիզելային շարժիչի նման: Ստեղծված ճնշումը պետք է հանգեցնի միաձուլման, որը հսկայական քանակությամբ էներգիա կթողնի նոր տեսակի էլեկտրակայանի տուրբինները սնուցելու համար։ General Fusion-ի տեխնոլոգիական տնօրեն Մայք Դելագը ասում է, որ միջուկային կոմերցիոն միաձուլումը կարող է դեբյուտային լինել տասը տարի հետո:

5. Նկարազարդում ԱՄՆ ռազմածովային ուժերի ջերմամիջուկային արտոնագրից:

Վերջերս ԱՄՆ ռազմածովային ուժերը նույնպես արտոնագիր են ներկայացրել «պլազմային միաձուլման սարքի» համար։ Արտոնագրում խոսվում է մագնիսական դաշտերի մասին՝ «արագացված թրթռում» ստեղծելու համար (5) Գաղափարն այն է, որ կառուցվեն միաձուլման ռեակտորներ, որոնք բավականաչափ փոքր են, որպեսզի դրանք շարժական լինեն: Ավելորդ է ասել, որ արտոնագրային այս հայտը թերահավատությամբ ընդունվեց։