Sinteza termonuklearnih. Problemi termonuklearne fuzije

Inovativni projekti, ki uporabljajo sodobne superprevodnike v bližnji prihodnosti, omogočajo izvajanje nadzorovane termonuklearne fuzije, pravijo nekateri optimisti. Strokovnjaki pa napovedujejo, da bo praktična uporaba trajala več desetletij.

Zakaj je tako težko?

Energija termonuklearne fuzije se šteje kot potencialni vir prihodnje energije. To je čista energija atoma. Kaj pa je to in zakaj je tako težko doseči? Za začetek, morate razumeti razliko med klasično jedrska cepitev in termonuklearno fuzijo.

Delitev atoma je, da radioaktivni izotopi - uran ali plutonij -, so razčlenjene in pretvori v druge visoko radioaktivnih izotopov, ki se je nato treba odtujenih ali reciklirati.

Reakcija termonuklearnih sinteza je, da se dva izotopa vodika - devterija in tritija - združita v eno celoto, ki tvori netoksični helij in en sam nevtron, ne da bi radioaktivni odpadki.

Problem nadzora

Reakcije, ki se zgodijo na Soncu ali v vodikovi bombici, so termonuklearna fuzija, inženirji se soočajo z zastrašujočo nalogo, kako spremljati ta proces v elektrarni?

To je nekaj, o katerem znanstveniki delajo že od šestdesetih let prejšnjega stoletja. Naslednji eksperimentalni termonuklearni fuzijski reaktor, imenovan Wendelstein 7-X, je začel delovati v severnem nemškem mestu Greifswald. Zaenkrat ni namenjen ustvarjanju reakcije - to je samo posebna zasnova, ki opravi test (stelarator namesto tokamaka).

Visokoenergijska plazma

Vse termonuklearne naprave imajo skupno značilnost - obročasto obliko. Temelji na ideji o uporabi močnih elektromagnetov za ustvarjanje močnega elektromagnetnega polja, ki ima obliko torusa - napihnjeno fotoaparat s kolesom.

To elektromagnetno polje bi moralo biti tako gosto, da se v mikrovalovni pečici segreje na milijon stopinj Celzija, v središču obroča pa mora biti plazma. Potem se vžge tako, da se začne termonuklearna fuzija.

Prikaz možnosti

V Evropi sta trenutno dva takšna eksperimenta. Eden od njih je Wendelstein 7-X, ki je pred kratkim ustvaril svojo prvo plazmo helija. Druga je ITER - velika eksperimentalna postavitev termonuklearne fuzije na jugu Francije, ki je še v izgradnji in bo pripravljena na začetek leta 2023.

Predpostavlja se, da bo ITER doživel prave jedrske reakcije, vendar le za kratek čas in zagotovo ne daljši od 60 minut. Ta reaktor je le eden od številnih korakov proti jedrska fuzija.

Termonuklearni reaktor: manjši in močnejši

V zadnjem času je več oblikovalcev napovedalo oblikovanje nove reaktorske zasnove. Glede na skupino študentov iz Massachusetts Institute of Technology, kakor tudi predstavniki podjetja - proizvajalca "Lockheed Martin" orožje, lahko jedrska fuzija se izvaja v objektih, ki so veliko močnejši in manjši od ITER, in so pripravljeni to storiti, za deset let.

Ideja novega modela je uporaba sodobnih visokotemperaturnih superprevodnikov v elektromagneti, ki kažejo svoje lastnosti, ko jih ohladimo s tekočim dušikom in ne s konvencionalnimi, za katere je potrebno tekoči helij. Nova, bolj prilagodljiva tehnologija bo popolnoma spremenila zasnovo reaktorja.

Klaus Hesch, odgovoren za tehnologijo jedrske fuzije na Tehnološkem inštitutu Karlsruhe v jugozahodni Nemčiji, je skeptičen. Podpira uporabo novih visokotemperaturnih superprevodnikov za nove modele reaktorjev. Ampak, po njegovem mnenju, ni dovolj razviti nekaj na računalniku ob upoštevanju zakonov fizike. Upoštevati je treba izzive, ki nastanejo, ko je ideja vključena v prakso.

Znanstvena fantastika

Po mnenju Hescha model študentov MIT kaže samo možnost izvajanja projekta. Toda v resnici ima veliko znanstvene fantastike. Projekt predvideva, da se rešijo resni tehnični problemi termonuklearne fuzije. Toda sodobna znanost nima pojma, kako jih rešiti.

Eden takih problemov je zamisel zložljivih tuljav. Da bi prišli do obroča, ki drži plazmo, je v modelu MIT mogoče demontirati elektromagneti.

To bi bilo zelo koristno, ker bi lahko imeli dostop do predmetov v notranjem sistemu in jih nadomestili. Toda v resnici so superprevodniki narejeni iz keramičnega materiala. Na stotine jih je treba prepletati na prefinjen način, da se oblikujejo pravilno magnetno polje. In tu je več temeljnih težav: povezave med njimi niso tako enostavne kot povezave bakrenih kablov. Nihče niti ni razmišljal o konceptih, ki bi pomagali rešiti take težave.

Preveč vroče

Tudi toplota je problem. V jedru termonuklearne plazme bo temperatura dosegla okoli 150 milijonov stopinj Celzija. Ta izjemna toplota ostaja na mestu - v središču ioniziran plin. Toda tudi okoli je še vedno zelo vroč - od 500 do 700 stopinj v reaktorju, pri čemer notranja plast kovinska cev, ki bo "predvajajo" tritij, potrebne za zgodila jedrska fuzija.

Termonuklearni reaktor ima še večji problem - tako imenovano izhodno moč. To je del sistema, v katerega izrabljeno gorivo, predvsem helij, izhaja iz sinteznega procesa. Prvi kovinski deli, v katere vnese vroči plin, imenujemo "preusmerjevalnik". Lahko se segreje nad 2000 ° C.

Problem divertorja

Da bi namestitev vzdržala takšne temperature, inženirji poskušajo uporabiti kovinski volfram, ki se uporablja v staromodnih žarnicah. Tališče volframa je približno 3000 stopinj. Toda obstajajo druge omejitve.

V ITER je to mogoče storiti, ker ogrevanje v njej ni konstantno. Predpostavlja se, da bo reaktor delal samo 1-3% časa. Vendar to ni možnost za elektrarno, ki mora delovati v 24-urnem načinu. In če nekdo trdi, da bi lahko zgradil manjši reaktor z enako zmogljivostjo kot ITER, lahko z zaupanjem povemo, da nima rešitve problema preusmerjevalnika.

Elektrarna v nekaj desetletjih

Kljub temu so znanstveniki optimistični glede razvoja termonuklearnih reaktorjev, vendar ne bo tako hitro, kot nekateri navdušenci napovedujejo.

ITER mora pokazati, da lahko nadzorovana termonuklearna fuzija dejansko proizvede več energije, kot bi bila porabljena za segrevanje plazme. Naslednji korak bo izgradnja popolnoma nove hibridne demonstracijske elektrarne, ki bi dejansko proizvedla električno energijo.

Inženirji že delajo na svojem oblikovanju. Ti se bodo morali naučiti iz ITER, ki je predvidena za začetek leta 2023 Ob upoštevanju časa, potrebnega za oblikovanje, načrtovanje in gradnjo, se zdi malo verjetno, da se bo prvi fuzijska elektrarna začela veliko prej kot sredi stoletja XXI.

Cold termonuklearna sinteza Rossi

Leta 2014 je neodvisni preskus reaktorja E-Cat ugotovil, da ima naprava povprečno 2800 vatov izhodne moči za 32 dni pri 900 vatov. To je več kot vsaka kemična reakcija, ki lahko razlikuje. Rezultat je bodisi preboj v termonuklearni fuziji ali odkrita goljufija. Poročilo je razočaralo skeptike, ki dvomijo, ali je bilo preverjanje resnično neodvisno in predlagalo morebitno ponarejanje rezultatov testa. Drugi so se ukvarjali z razjasnitvijo "tajnih sestavin", ki omogočajo izvajanje termonuklearne sinteze Rossi, da bi se ta tehnologija reproducira.

Je Ross prevara?

Andrea je impresiven. Objavlja razglas na svetu na edinstven angleščini v pripombah oddelku njihove spletne strani, pretenciozno imenovano "list jedrsko fiziko". Toda njegovi prejšnji neuspešni poskusi so vključevali italijanski projekt pretvorbe smeti v gorivo in termoelektričnega generatorja. Petroldragon, projekt za ravnanje z odpadki na vir energije, se je uspelo tudi zato, ker je nezakonito odlaganje odpadkov pod nadzorom italijanskega organiziranega kriminala, ki je bil odprt kazenski zadevi zoper njega zaradi kršitve predpisov o odstranjevanju odpadkov. Ustvaril je tudi termoelektrični napravo za Corps of Engineers ameriške vojske, vendar pa testiranje pripomoček proizvaja le del prijavljene zmogljivosti.

Mnogi ne zaupajo Rossi in odgovorni urednik New Energy Times mu je kazal kriminalca, za njim pa niz neuspešnih energetskih projektov.

Neodvisno preverjanje

Rossi je z ameriško družbo Industrial Heat podpisal pogodbo za izvedbo enoletnega tajnega testa enote hladne fuzije z močjo 1 MW. Naprava je bila zabojnik, ki je bil pakiran z več desetimi E-Cat. Poskus je moral nadzirati tretja oseba, ki bi lahko potrdila, da dejansko poteka toplota. Rossi trdi, da je večino lanskega leta preživel, praktično živi v posodi, in nadzoroval operacije več kot 16 ur na dan, da bi dokazal komercialno sposobnost E-Cata.

Test je bil zaključen marca. Ruski navijači so nestrpno čakali na poročilo opazovalcev, v upanju na utemeljitev svojega junaka. Na koncu pa so prejeli tožbo.

Litigation

V svoji izjavi za sodišče Florida Rossi trdi, da je bil test uspešen in neodvisen arbiter je potrdil, da je E-Cat reaktor proizvaja šest krat več energije, kot jo porabi. Trdil je tudi, da je družba, težko Heat dogovorili, da mu plača 100 milijonov dolarjev - 11,5 milijona predujem po testu 24-urno (domnevno za licenčnih pravic v družbi lahko prodal to tehnologijo v ZDA) in drugi 89 mio po uspešnem zaključku podaljšanega testa 350 dni. Rossi je obtožil IH, da je izvedel "goljufivo shemo", katere namen je bil ukrasti njegovo intelektualno lastnino. Prav tako je obtožil podjetje za poneverbe reaktorske E-Cat, nezakonito kopiranje inovativnih tehnologij in izdelkov, funkcij in struktur ter nezakonitega poskusu, da bi dobili patent za svojo intelektualno lastnino.

Rudnik zlata

Drugič, Rossi trdi, da je IH na podlagi ene od svojih demonstracij IH od vlagateljev dobil 50-60 milijonov USD in še 200 milijonov iz Kitajske po ponovnem igranju s sodelovanjem kitajskih visokih uradnikov. Če je to res, potem je v igri veliko več kot sto milijonov dolarjev. Industrijska toplota je te trditve zavrnila kot neutemeljena in se bo aktivno branila. Še pomembneje je, da trdi, da je "delala več kot tri leta, da bi potrdila rezultate, ki jih je Rossi domnevno dosegel s svojo tehnologijo E-Cat, in vsi niso uspeli."

IH ne verjame v uspešnost E-Cata, New Energy Times pa ne vidi nobenega razloga za dvom o tem. Junija 2011 je predstavnik objave obiskal Italijo, intervjuiral Rossi in posnel demonstracijo svojega E-Cata. Dan kasneje je poročal o resnih zaskrbljenosth glede metode merjenja toplotne energije. Po šestih dneh je novinar objavil svoj videoposnetek v YouTubu. Strokovnjaki z vsega sveta so mu poslali analize, ki so bile objavljene julija. Jasno je bilo, da je to prevara.

Eksperimentalna potrditev

Kljub temu so številni raziskovalci - Aleksandar Parkhomov z Ruske narodne univerze v Rusiji in spominski projekt Martin Fleischmann (MFPM) - uspeli razmnožiti rusko hladno fuzijo. Poročilo MFPM je bilo imenovanih "Konec ogljikovega obdobja je blizu." Razlog za takšno občudovanje je odkritje izbruha gama sevanja, ki ga ni mogoče razložiti drugače kot kot termonuklearna reakcija. Po mnenju raziskovalcev ima Rossi točno to, kar pravi.

Odprti recept za hladno jedrsko fuzijo lahko povzroči energijsko "zlato". Alternativne metode je mogoče najti, da se bodo obotavljali Rossiovi patenti in ga odvrnili od energije v več milijard dolarjev.

Torej, morda bi se Rossi raje izognil tej potrditvi.