Sinteza termonuklearnih. Problemi termonuklearne fuzije

Inovativni projekti koji koriste suvremene supravodiče u bliskoj budućnosti omogućit će implementaciju kontrolirane termonuklearne fuzije, kažu neki optimisti. Stručnjaci, međutim, predviđaju da će praktična primjena potrajati nekoliko desetljeća.

Zašto je tako teško?

Energija termonuklearne fuzije smatra se potencijalnim izvorom buduće energije. Ovo je čista energija atoma. Ali što je to i zašto je tako teško postići? Za početak, morate razumjeti razliku između klasične nuklearna fisija i termonuklearne fuzije.

Podjela na atom koji je radioaktivni izotopi - uran ili plutonija - se razlome i prevesti u druge visoko radioaktivnim izotopima, koji se zatim mora prodanih ili reciklirati.

Reakcija termonuklearnih sinteza je da se dva izotopa vodika - deuterija i tricija spajaju u jednu cjelinu, tvore netoksični helij i jedan neutron, bez proizvodnje radioaktivni otpad.

Problem kontrole

Reakcije koje se odvijaju na Suncu ili u vodikovoj bombi su termonuklearna fuzija, a inženjeri se suočavaju s zastrašujućim zadatkom - kako pratiti taj proces u elektrani?

To je nešto što znanstvenici rade od 1960-ih. Sljedeći eksperimentalni termonuklearni fuzijski reaktor nazvan Wendelstein 7-X počeo je raditi u sjevernom njemačkom gradu Greifswaldu. Za sada se ne namjerava stvoriti reakcija - to je samo poseban dizajn koji prolazi test (stellarator umjesto tokamak).

Visoka energija plazma

Sve termonuklearne instalacije imaju zajedničku osobinu - prstenasti oblik. Temelji se na ideji korištenja snažnih elektromagneta za stvaranje snažnog elektromagnetskog polja, koje ima oblik torusa - napuhanu kameru za bicikle.

Ovo elektromagnetsko polje trebalo bi biti toliko gusto da kada se zagrijava u mikrovalnoj pećnici do milijun stupnjeva Celzija, plazma bi se trebala pojaviti u sredini prstena. Zatim se zapali tako da može početi termonuklearna fuzija.

Demonstracija mogućnosti

U Europi trenutno postoje dva takva eksperimenta. Jedan od njih je Wendelstein 7-X, koji je nedavno generirao svoju prvu helijevu plazmu. Drugi je ITER - velika eksperimentalna instalacija termonuklearne fuzije na jugu Francuske, koja je još u izgradnji i koja će biti spremna za lansiranje 2023. godine.

Pretpostavlja se da će ITER doživjeti realne nuklearne reakcije, međutim, samo kratko vrijeme i sigurno ne duže od 60 minuta. Ovaj reaktor je samo jedan od mnogih koraka prema nuklearna fuzija.

Termonuklearni reaktor: manje i snažnije

Nedavno je nekoliko dizajnera najavilo stvaranje novog reaktorskog dizajna. Prema grupom studenata iz Massachusetts Institute of Technology, kao i predstavnici tvrtke - proizvođača „Lockheed Martin” oružja, nuklearne fuzije može se provesti u objektima koji su mnogo snažnije i manji od ITER, i oni su spremni učiniti za deset godina.

Ideja novog dizajna jest uporaba suvremenih visokotemperaturnih supravodiča u elektromagnetsima koji pokazuju svojstva kada se hladi tekućim dušikom, a ne uobičajenim, za koje je potrebno tekućeg helija. Nova, fleksibilnija tehnologija u potpunosti će promijeniti dizajn reaktora.

Klaus Hesch, odgovoran za tehnologiju nuklearne fuzije na Tehnološkom institutu Karlsruhe u jugozapadnoj Njemačkoj, skeptičan je. Podržava uporabu novih visokotemperaturnih supravodiča za nove reaktorske projekte. Ali, prema njegovim riječima, nije dovoljno razviti nešto na računalu uzimajući u obzir zakone fizike. Potrebno je uzeti u obzir izazove koji nastaju kada se ideja utjelovljuje u praksi.

Znanstvena fantastika

Prema Heschu, model studenata MIT-a pokazuje samo mogućnost provedbe projekta. No, u stvari, ima mnogo znanstvene fantastike. Projekt pretpostavlja da su riješeni ozbiljni tehnički problemi termonuklearne fuzije. Ali suvremena znanost nema pojma kako ih riješiti.

Jedan od takvih problema je ideja sklopivih zavojnica. Da bi se ušao u prsten koji drži plazmu, u MIT modelu dizajna, elektromagneti se mogu rastaviti.

Ovo bi bilo vrlo korisno jer biste mogli pristupiti objektima u unutarnjem sustavu i zamijeniti ih. Ali u stvarnosti supravodiči su izrađeni od keramičkog materijala. Stotine njih moraju se umetnuti na sofisticirani način da oblikuju ispravno magnetsko polje. I ovdje postoje više temeljnih poteškoća: veze između njih nisu tako jednostavne kao i veze bakrenih kabela. Nitko nije ni razmišljao o konceptima koji bi pomogli u rješavanju takvih problema.

Previše vruće

Toplina je također problem. U jezgri termonuklearne plazme, temperatura će doseći oko 150 milijuna stupnjeva Celzijusa. Ova ekstremna vrućina ostaje na mjestu - desno u sredini ioniziranog plina. No, čak i oko nje, to je još uvijek vrlo vruće - od 500 do 700 stupnjeva u reaktorskoj zoni, što je unutarnji sloj metalne cijevi u kojem će se "reproducirati" tricij, tako da se dogodi nuklearna fuzija.

Termonuklearni reaktor ima još veći problem - takozvani izlaz snage. Ovo je dio sustava u kojemu istrošeno gorivo, uglavnom helij, dolazi od procesa sinteze. Prve metalne komponente, u koje ulazi vrući plin, nazivaju se "divertor". Može se zagrijati iznad 2000 ° C.

Problem sreće

Kako bi instalacija podnijela takve temperature, inženjeri pokušavaju koristiti metalnu volframu, koja se koristi u starinskim žaruljama sa žarnom niti. Točka topljenja volframa je oko 3000 stupnjeva. Ali postoje i druga ograničenja.

U ITER-u to se može učiniti, jer grijanje u njoj nije konstantno. Pretpostavlja se da će reaktor raditi samo 1-3% vremena. Ali to nije opcija za elektranu koja mora raditi u 24/7 načinu rada. A ako netko tvrdi da može graditi manji reaktor s istim kapacitetom kao ITER, možemo sa sigurnošću reći da nema rješenje problema sreće.

Elektrana u nekoliko desetljeća

Ipak, znanstvenici su optimistični oko razvoja termonuklearnih reaktora, međutim, neće biti jednako brzo kao što neki entuzijasti predviđaju.

ITER mora pokazati da kontrolirana termonuklearna fuzija zapravo može proizvesti više energije nego što bi se potrošilo za zagrijavanje plazme. Sljedeći korak bit će izgradnja potpuno nove hibridne demonstracijske elektrane koja bi zapravo proizvodila električnu energiju.

Inženjeri već rade na njegovom dizajnu. Oni će morati naučiti lekcije iz ITER, koji je zakazan za lansiranje u 2023. Uzimajući u obzir vrijeme potrebno za projektiranje, planiranje i izgradnju, malo je vjerojatno da je prva fuzija elektrana će biti pokrenut puno ranije od sredine XXI stoljeća.

Hladna termonuklearna sinteza Rossija

U 2014. godini, nezavisni test E-Cat reaktora zaključio je da je uređaj imao prosječno 2800 W izlazne snage 32 dana na 900 W. To je više od bilo kakve kemijske reakcije koja se može razlikovati. Rezultat kaže da je riječ o proboju u termonuklearnoj fuži ili iskrenoj prijevari. Izvještaj je razočarao skeptike, koji sumnjaju da li je verifikacija doista neovisna i sugerira moguću falsificaciju rezultata ispitivanja. Drugi su sudjelovali u razjašnjavanju "tajnih sastojaka", koji dopuštaju primjenu termosuklearne sinteze Rossi, kako bi se reproducirala ova tehnologija.

Je li Ross prijevara?

Andrea je impresivan. On objavljuje proglas svijeta na jedinstvenoj engleski u komentarima svoje web stranice, pretenciozno naziva „Journal of Nuclear Physics”. Ali njegovi prethodni neuspješni pokušaji uključivali su talijanski projekt pretvaranja smeća u gorivo i termoelektričnog generatora. Petroldragon, upravljanje projektima otpada u izvor energije, nije uspio dijelom zato što je ilegalno odlaganje otpada pod kontrolom talijanskog organiziranog kriminala, koji je otvoren kazneni postupak protiv njega zbog kršenja propisa za zbrinjavanje otpada. On je također stvorio Termoelektrični uređaj za Corps of Engineers američke vojske, ali dok testiranje gadgeta proizvedene samo dio deklarirane snage.

Mnogi se ne vjeruju Rossiju, a glavni urednik New Energy Times nazvao ga je zločincem, iza njega niz neuspjelih energetskih projekata.

Nezavisna potvrda

Rossi je potpisao ugovor s američkom tvrtkom Industrial Heat za provođenje jednogodišnjeg tajnog testa jedinice hladne fuzije od 1 MW. Uređaj je bio utovarni kontejner, prepun desetaka E-mačaka. Eksperiment treba kontrolirati treća strana, što bi moglo potvrditi da se stvaranje topline zapravo odvija. Rossi tvrdi da je proveo veći dio prošle godine, praktički žive u kontejneru, a nadzire operacije dulje od 16 sati dnevno kako bi dokazao komercijalnu održivost E-mačke.

Test je završen u ožujku. Pristaše Rusije željno su čekali izvješće promatrača, nadajući se opravdanosti njihovog junaka. Ali na kraju su primili tužbu.

suđenje

U svojoj izjavi sudu Florida Rossi tvrdi da je test bio uspješan i neovisan arbitar potvrdio da je E-Mačka reaktor proizvodi šest puta više energije nego što troši. Također je tvrdio da je tvrtka Industrijski topline pristala da mu isplati 100 milijuna dolara - 11,5 milijuna napredak nakon testa od 24 sata (navodno za prava licenci tvrtke mogu prodati ovu tehnologiju u Sjedinjenim Američkim Državama), a još 89 milijuna nakon uspješnog završetka produženog testa za 350 dana. Rossi je optužio IH da provodi "lažnu shemu", čiji je cilj bio ukrasti njegovo intelektualno vlasništvo. Također je optužio tvrtku od otuđenja reaktora E-mačka, ilegalnog kopiranja inovativnih tehnologija i proizvoda, značajke i struktura i ilegalni pokušaj da se patent na svojoj intelektualnog vlasništva.

Rudnik zlata

Drugdje Rossi tvrdi da protiv pozadina jednog od svojih demonstracija tvrtka H primili od investitora 50-60 milijuna $ i 200 milijuna iz Kine, nakon igranja s kineskim dužnosnicima a dužnosnici više razine. Ako je to istina, onda je u pitanju puno više od stotinu milijuna dolara. Industrijska toplina odbacio je ove tvrdnje kao neosnovane i aktivno će se braniti. Što je još važnije, ona kaže da je „više od tri godine radi na potvrđivanju rezultata, koja je navodno napravio Rossi i njegov E-Cat-tehnologije, sve bez uspjeha.”

IH ne vjeruje u izvedbu e-mača, a New Energy Times ne vidi razloga sumnjati u to. U lipnju 2011. predstavnik publikacije posjetio je Italiju, razgovarao s Rossi i snimio demonstraciju svog E-mača. Dan kasnije, izvijestio je svoje ozbiljne zabrinutosti o načinu mjerenja toplinske snage. Nakon 6 dana novinar je postavio svoj videozapis na YouTube. Stručnjaci iz cijelog svijeta poslao mu je analize, koji su objavljeni u srpnju. Postalo je jasno da je ovo obmana.

Eksperimentalna potvrda

Ipak, veliki broj istraživača - Aleksandar Parkhomov Sveučilišta prijateljstva ruskih naroda i sjećanje projekt Martina Fleischmanna (MFPM) - uspjeli reproducirati hladnu fuziju Rossi. Izvješće MFPM-a nazvano je "kraj ugljika u dobi je blizu". Razlog takvom divljenju bio je otkriće eksplozije gama zračenja, što se ne može objasniti drugačije nego kao termonuklearna reakcija. Prema riječima istraživača, Rossi ima upravo ono što kaže.

Otvoreni recept za hladnu nuklearnu fuzija može uzrokovati energiju "zlato". Postoje alternativne metode koje će zaobići Rossijeve patente i odvratiti ga od poslovanja s više milijardi dolara.

Možda bi Rossi radije izbjegao ovu potvrdu.