Termonuklearni reaktorji na svetu. Prvi termonuklearni reaktor

Danes mnoge države sodelujejo v termonuklearnih raziskavah. Voditelji so Evropska unija, Združene države, Rusija in Japonska, programi Kitajske, Brazilije, Kanade in Koreje pa hitro naraščajo. Sprva, fusion reaktorjev v ZDA in Sovjetske zveze so povezane z razvojem jedrskega orožja in je ostala skrivnost do konference "Atomi za mir", ki je potekala v Ženevi leta 1958. Po ustanovitvi sovjetske študije tokamak jedrska fuzija v sedemdesetih letih so postali "velika znanost". Toda stroški in zapletenost naprav so se povečali do točke, ko je bilo mednarodno sodelovanje edina priložnost za napredovanje.

Termonuklearni reaktorji na svetu

Od sedemdesetih let se je začela komercialna uporaba fuzijske energije nenehno potiskati že 40 let. Vendar se je v zadnjih letih veliko zgodilo, zaradi česar se to obdobje lahko zmanjša.

Zgrajeni so bili številni tokamaki, vključno z evropskim JET, britanskim MAST in eksperimentalnim termonuklearnim reaktorjem TFTR v Princetonu v ZDA. Mednarodni projekt ITER se trenutno gradi v Cadaracheju v Franciji. Ko bo delovala leta 2020, bo postal največji tokamak. Leta 2030 bo CFETR zgradil na Kitajskem, ki bo presegel ITER. Medtem PRC izvaja raziskave o eksperimentalnem superprevodni tokamak EAST.

Termonuklearni reaktorji drugih tipov - stelaratorji - so prav tako priljubljeni pri raziskovalcih. Eden največjih, LHD, je začel delati na japonskem nacionalnem inštitutu termonuklearna fuzija leta 1998. To se uporablja za iskanje najboljših konfiguracijo porodu magnetnega plazme. Nemški Max Planck Inštitut za obdobje od leta 1988 do leta 2002, izvaja raziskave o Wendelstein 7-AS reaktorja v Garching, in zdaj - v Wendelstein 7-X, katerega gradnja je trajala več kot 19 let. Še en TJII stellarator deluje v Madridu, Španija. V ZDA Princeton Laboratory fizika plazme (PPPL), kjer je zgradil prvi jedrski fuzijski reaktor te vrste v letu 1951, v letu 2008 ustavil gradnjo NCSX zaradi prekoračitve stroškov in pomanjkanja finančnih sredstev.

Poleg tega je bil v študijah inercialne termonuklearne fuzije dosežen znaten napredek. Zgradba National Ignition Facility (NIF) v vrednosti 7 milijard $ na Livermore National Laboratory Lawrence (LLNL), ki ga je državna uprava za jedrsko varnost je financirala, je bila končana marca 2009, je francoski Laser megajoul (LMJ) začela z delom oktobra 2014. Fusion reaktorji, ki uporabljajo laserje dostavljene v nekaj milijardinke a drugega približno 2 milijona joulov za svetlobne energije v ciljni velikosti nekaj milimetrov za začetek jedrsko fuzijo. Glavni cilj NIF in LMJ je raziskava v podporo nacionalnih programov jedrskega orožja.

ITER

Leta 1985 je Sovjetska zveza predlagala gradnjo naslednje generacije tokamaka skupaj z Evropo, Japonsko in Združenimi državami Amerike. Delo je potekalo pod pokroviteljstvom IAEA. V obdobju od 1988 do 1990 so bili ustvarjeni prvi projekti mednarodnega termonuklearnega eksperimentalnega reaktorja ITER, kar pomeni tudi "pot" ali "potovanje" v latinščino, da bi dokazali, da lahko sinteza proizvede več energije kot absorbira. Kanada in Kazahstan sta sodelovala tudi pri mediaciji Euratoma in Rusije.

Po šestih letih je odbor ITER odobril prvo kompleksno zasnovo reaktorja, ki temelji na uveljavljeni fiziki in tehnologiji v vrednosti 6 milijard USD. Potem so se ZDA umaknile iz konzorcija, ki je prisililo znižati stroške za polovico in spremeniti projekt. Rezultat je bil ITER-FEAT vreden 3 milijarde dolarjev, vendar vam omogoča, da dosežete samozadostno reakcijo in pozitivno ravnovesje moči.

Leta 2003 so se ZDA ponovno pridružile konzorciju, Kitajska pa je napovedala svojo željo po sodelovanju. Zato so se sredi leta 2005 partnerji dogovorili o gradnji ITER v Cadarachu na jugu Francije. EU in Francija sta prispevali polovico 12,8 milijarde evrov, Japonska, Kitajska, Južna Koreja, ZDA in Rusija - po 10 odstotkov. Japonska je zagotovila visokotehnološke komponente, vsebovala IFMIF instalacijo v vrednosti 1 milijarde evrov za preskušanje materialov in je imela pravico zgraditi naslednji testni reaktor. Skupni stroški ITER vključujejo polovico stroškov za 10-letno gradnjo in polovico - za 20 let delovanja. Indija je postala sedma članica ITER ob koncu leta 2005.

Poskusi bi se morali začeti leta 2018 z uporabo vodika, da bi se izognili aktiviranju magnetov. Uporaba plazme D-T se ne pričakuje pred letom 2026.

Cilj ITER je ustvariti 500 MW (vsaj za 400 s), pri čemer poraba manj kot 50 MW vhodne moči ne povzroča električne energije.

Demo-ova demonstracijska elektrarna z dvema gigavatoma bo proizvedla velik obseg proizvodnja električne energije stalno. Konceptualna zasnova Demo bo končana do leta 2017, njegova gradnja pa se bo začela leta 2024. Lansiranje bo potekalo leta 2033.

JET

Leta 1978 je EU (Euratom, Švedska in Švica) v Združenem kraljestvu uvedla skupni evropski projekt JET. JET je danes največji delovni tokamak na svetu. Podoben reaktor JT-60 deluje na japonskem nacionalnem inštitutu za termonuklearno fuzijo, le JET pa lahko uporablja devterijsko-tritijsko gorivo.

Reaktor se je začel leta 1983 in je bil prvi poskus, ki je v novembru 1991 povzročil nadzorovano termonuklearno sintezo z zmogljivostjo do 16 MW za eno sekundo in 5 MW stabilne moči na plazmi devterijevega tritija. Številni poskusi so bili izvedeni za preučevanje različnih sistemov ogrevanja in drugih tehnik.

Nadaljnje izboljšave JET so povezane s povečanjem njegove moči. Kompaktni MAST reaktor se razvija z JET in je del projekta ITER.

K-STAR

K-STAR - Korejski superprevodne tokamak Nacionalni inštitut za fuzijo študije (NFRI) v Daejeon, ki je izdelala svoje prvo plazmo, sredi leta 2008. To je pilotni projekt ITER, ki je rezultat mednarodnega sodelovanja. Tokamak s polmerom 1,8 m je prvi reaktor, ki uporablja superprevodne magnete Nb3Sn, enake tiste, ki se načrtujejo za uporabo v ITER. V prvi fazi, ki je bila zaključena do leta 2012, je K-STAR moral dokazati sposobnost preživetja osnovnih tehnologij in doseči plazemske impulze do 20 sekund. V drugi fazi (2013-2017) je nadgrajen, da preuči dolge impulze do 300 s v načinu H in prestopi v visoko zmogljiv AT-način. Cilj tretje faze (2018-2023) je doseči visoko zmogljivost in učinkovitost v dolgem impulznem načinu. V četrti fazi (2023-2025) bodo testirane tehnologije DEMO. Naprava ne more delovati s tritijem in D-T ne uporablja goriva.

K-DEMO

Oblikovan v sodelovanju z Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) ameriškega ministrstva za energijo in južnokorejske Institute NFRI, mora K-DEMO bo naslednji korak na poti k oblikovanju komercialnih reaktorjev po ITER, in bo prva elektrarna sposobna generirati napajanje električnega omrežja, in sicer, 1 milijon kW v nekaj tednih. Njen premer bo 6,65 m, in da bo imel odejo modul, ki nastane projekta DEMO. Ministrstvo za šolstvo, znanost in tehnologijo Koreja namerava vlagati v njej približno bilijona Korean Won (941.000.000 $).

EAST

Kitajščina pilotni izboljšano superprevodnega tokamaka (vzhodno) na inštitutu za fiziko v China Hefee povzročajo vodika v plazmi temperaturo 50 milijonov ° C in jo hranijo 102 sekund.

TFTR

V ameriškem PPPL laboratoriju je eksperimentalni termonuklearni reaktor TFTR deloval od leta 1982 do leta 1997. Decembra 1993 je TFTR postal prvi magnetni tokamak, na katerem so bili izdelani obsežni eksperimenti s plazmo devterija-tritija. Naslednje leto je reaktor ustvaril rekord takrat 10,7 MW nadzorovane zmogljivosti, leta 1995 pa je bil dosežen zapis o temperaturi ioniziran plin v 510 milijonov ° C Vendar pa namestitev ni uspela komaj fuzijsko energijo, vendar je uspešno izpolnil cilj oblikovanje strojne opreme, kar pomembno prispeva k ITER.

LHD

LHD na japonskem nacionalnem inštitutu za termonuklearno fuzijo v Tokiju, prefektura Gifu, je bil največji stelarator na svetu. Lansiranje fuzijskega reaktorja je potekalo leta 1998 in pokazalo, da so kakovostne omejitve v plazmi primerljive z drugimi velikimi napravami. Temperatura ionov je bila 13,5 keV (okoli 160 milijonov ° C) in energija je bila 1,44 MJ.

Wendelstein 7-X

Po letu testiranja, ki se je začelo konec leta 2015, je temperatura helija za kratek čas dosegla 1 milijon ° C. Leta 2016 je termonuklearni reaktor z vodikovo plazmo, ki je uporabljal moč 2 MW, dosegel temperaturo 80 milijonov ° C za četrtino sekunde. W7-X je največji stelarator na svetu in njeno neprekinjeno delovanje načrtuje 30 minut. Stroški reaktorja so znašali 1 milijardo EUR.

NIF

Nacionalni sklad za vžig (NIF) v Nacionalnem laboratoriju Livermore (LLNL) je bil končan marca 2009. Z uporabo svojih 192 laserskih žarkov lahko NIF koncentrira 60-krat več energije kot kateri koli prejšnji laserski sistem.

Hladna jedrska fuzija

Marca 1989, dva raziskovalca, ameriška Stanley Pons in Martin Fleischmann Britanec, je dejal, da so se začeli preprosto namizno hladno fuzijskega reaktorja, ki deluje pri sobni temperaturi. Postopek je zajemal elektrolizo težke vode ob uporabi paladijevega elektrodo, v kateri so devterija jedra koncentriramo z visoko gostoto. Raziskovalci trdijo, da proizvaja toploto, ki jo je mogoče razložiti le na področju jedrskih procesov, pa tudi ni bilo stranski produkti sinteze, vključno s helijem, tritija in nevtroni. Toda drugi preizkuševalci niso poskusili ponoviti tega preizkusa. Večina znanstvenih skupnosti ne verjame, da so reaktorji hladne fuzije resnični.

Nizkoenergetske jedrske reakcije

Na podlagi zahtevkov za "hladno fuzijo" se nadaljujejo raziskave na področju nizkoenergijske energije jedrske reakcije, z nekaj empirično podporo, vendar ne splošno sprejeto znanstveno razlago. Očitno so šibke jedrske interakcije (ne močna sila, kot pri cepitvi jeder ali njihova sinteza) uporabljene za ustvarjanje in zajemanje nevtronov. Poskusi vključujejo penetracijo vodika ali devterija skozi katalitsko posteljo in reakcijo s kovino. Raziskovalci poročajo o opazovani sproščenosti energije. Glavni praktični primer je interakcija vodika z nikljuvim prahom s sproščanjem toplote, katere količina je večja od katere koli kemične reakcije.