Termonuklearni reaktori u svijetu. Prvi termonuklearni reaktor

Danas mnoge zemlje sudjeluju u termonuklearnim istraživanjima. Čelnici su Europska unija, Sjedinjene Države, Rusija i Japan, a programi Kine, Brazila, Kanade i Koreje brzo rastu. U početku, termonuklearni reaktori u Sjedinjenim Državama i SSSR bili su povezani s razvojem nuklearnog oružja i ostali su razvrstani do konferencije Atoma za mir u Ženevi 1958. godine. Nakon stvaranja sovjetske tokamak studije nuklearna fuzija u 1970-ima postali su "velika znanost". Ali troškovi i složenost uređaja povećali su se do mjesta gdje je međunarodna suradnja bila jedina prilika za kretanje naprijed.

Termonuklearni reaktori u svijetu

Od 1970-ih, početak komercijalne uporabe fuzije energije stalno se gura natrag za 40 godina. Međutim, posljednjih godina mnogo se toga događalo, zahvaljujući kojem se ovo razdoblje može smanjiti.

Izrađeno je nekoliko tokamaka, uključujući Europski JET, britanski MAST i eksperimentalni TFTR termonuklearni reaktor u Princetonu, SAD. Međunarodni projekt ITER trenutno je u izgradnji u Cadarache, Francuska. To će postati najveći tokamak kada će raditi u 2020. Godine 2030. CFETR će biti izgrađen u Kini, koji će nadmašiti ITER. U međuvremenu, PRC provodi istraživanja eksperimentalnog supravodljivog tokamak EAST.

Termonuklearni reaktori drugog tipa - stellaratori - također su popularni kod istraživača. Jedan od najvećih, LHD, započeo je rad na japanskom nacionalnom institutu termonuklearna fuzija 1998. godine. Koristi se za pronalaženje najbolje magnetske konfiguracije zatvaranja plazme. Njemački Max Planck Institut za razdoblje od 1988. do 2002. godine provela istraživanje o wendelstein 7-AS reaktora u Garchingu, a sada - u wendelstein 7-X, čija je gradnja trajala više od 19 godina. Još jedan TJII stellarator djeluje u Madridu, Španjolska. U SAD Princeton Laboratory fizika plazme (PPPL), gdje je prvi termonuklearni reaktor ove vrste izgrađen 1951. godine, u 2008. je zaustavio izgradnju NCSX-a zbog prevelikih troškova i nedostatka financiranja.

Osim toga, postignut je značajan napredak u istraživanjima inercijskog termonuklearnog spajanja. Objekt Zgrada Nacionalni paljenja (NIF) u vrijednosti 7 milijardi $ u Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), financiranog od strane Nacionalne nuklearnu sigurnost uprave, dovršena je u ožujku 2009. godine, francuski Laser Mégajoule (LMJ) započela je s radom u listopadu 2014. godine. Fusion reaktori koriste laseri dostavljene u roku od nekoliko billionths se drugim oko 2.000.000 džula od svjetlosne energije na ciljanom veličinom od nekoliko milimetara za početak nuklearnu fuziju. Glavni zadatak NIF-a i LMJ-a je podrška nacionalnim vojnim nuklearnim programima.

ITER

1985. Sovjetski Savez predložio je izgradnju tokamaka nove generacije zajedno s Europom, Japanom i Sjedinjenim Državama. Rad je proveden pod pokroviteljstvom IAEA. U razdoblju od 1988. do 1990. godine je stvorena prva nacrta Međunarodnog Termonuklearna eksperimentalnog reaktora ITER, koji također znači „put” ili „putovanje” u latinski, kako bi se dokazalo da je fuzija može proizvesti više energije nego što upija. Kanada i Kazahstan također su sudjelovali uz posredovanje Euratoma i Rusije.

Nakon 6 godina, ITER odbor odobrio je prvi složeni reaktorski dizajn temeljen na uspostavljenoj fizici i tehnologiji vrijednoj 6 milijardi dolara. Tada su se SAD povukle iz konzorcija, što je prisililo smanjiti troškove na pola i promijeniti projekt. Rezultat je ITER-FEAT vrijedan 3 milijarde dolara, ali dopuštajući vam da postignete samoodrživu reakciju i pozitivnu ravnotežu moći.

Godine 2003. Sjedinjene Države ponovno su se pridružile konzorciju, a Kina je najavila svoju želju za sudjelovanjem u njemu. Kao rezultat toga, sredinom 2005. godine partneri su se složili oko izgradnje ITER-a u Cadaracheu na jugu Francuske. EU i Francuska pridonijele su polovici od 12,8 milijardi eura, a Japan, Kina, Južna Koreja, Sjedinjene Države i Rusija - svaka po 10%. Japan je osigurao komponente visoke tehnologije, sadržavao je IFMIF instalaciju vrijednu milijardu eura za testiranje materijala i imao je pravo izgraditi sljedeći reaktor za ispitivanje. Ukupni trošak ITER-a uključuje polovicu troškova 10 godina izgradnje i polovicu - za 20 godina rada. Indija je postala sedmi član ITER-a krajem 2005. godine.

Eksperimenti bi trebali početi 2018. koristeći vodik kako bi se izbjeglo aktivacija magneta. Korištenje D-T plazme se ne očekuje prije 2026.

Cilj ITER-a je generirati 500 MW (najmanje 400 s), koristeći manje od 50 MW ulazne snage bez generiranja električne energije.

Demoova demonstracijska elektrana s dva gigawata proizvest će veliku količinu proizvodnja energije na stalnoj osnovi. Konceptualni dizajn Demo-a bit će dovršen do 2017. godine, a njegova izgradnja započet će 2024. godine. Pokretanje će se održati 2033.

JET

Godine 1978. EU (Euratom, Švedska i Švicarska) pokrenula je zajednički europski projekt JET u Velikoj Britaniji. JET je danas najveći radni tokamak na svijetu. Sličan reaktor JT-60 djeluje na japanskom National Institute of Thermonuclear Fusion, ali samo JET može koristiti deuterium-tritijev gorivo.

Reaktor je pokrenuta je 1983. i bio je prvi eksperiment u kojem se održava pod kontrolom termonuklearni fuzijski do 16 MW studenog 1991. za drugi 5 MW i stabilnog napajanja za deuterij tricija plazme. Provedeni su brojni eksperimenti za proučavanje različitih shema grijanja i drugih tehnika.

Daljnja poboljšanja JET-a odnose se na povećanje njegove snage. Kompaktni MAST reaktor razvija se s JET i dio je ITER projekta.

K-STAR

K-STAR je korejski supravodljivi tokamak Nacionalnog instituta za termonuklearna istraživanja (NFRI) u Daejeonu, koji je sredinom 2008. godine proizveo svoju prvu plazmu. Ovo je pilot projekt ITER, što je rezultat međunarodne suradnje. Tokamak s radijusom od 1,8 m je prvi reaktor koji koristi supravodljive Nb3Sn magnete, iste one koji se planiraju koristiti u ITER-u. Tijekom prve faze, koja je dovršena do 2012. godine, K-STAR je morao dokazati održivost osnovnih tehnologija i postići impulse plazme do 20 sekundi. U drugoj fazi (2013-2017), ona se nadograđuje na proučavanje dugih impulsa do 300 s u H modu i prijelaz na AT-modu visokih performansi. Cilj treće faze (2018-2023) je postići visoku učinkovitost i učinkovitost u dugom pulsnom načinu rada. Na 4. stupnju (2023-2025), testirat će se tehnologije DEMO. Uređaj ne može raditi s tritiumom, a D-T ne koristi gorivo.

K-DEMO

Dizajniran u suradnji s Princeton plazma fizike Laboratory (PPPL) američkog ministarstva energetike i južnokorejskog instituta NFRI, K-DEMO trebao biti sljedeći korak prema stvaranju komercijalnih reaktora nakon ITER, te će biti prva elektrana kadro snage na električnu mrežu, naime, 1 milijun kW u nekoliko tjedana. Njegov promjer iznosi 6,65 m, a bit će stvoren i modul za reproduktivnu zonu u okviru DEMO projekta. Ministarstvo obrazovanja, znanosti i tehnologije Koreje planira uložiti oko trilijuna korejske pobjede (941 milijuna dolara).

ISTOK

Kineski eksperimentalni napredni supravodljivi tokamak (EAST) na Institutu kineske fizike u Hefei stvorio je plazmu vodika s temperaturom od 50 milijuna ° C i održavala je 102 sekundi.

TFTR

U američkom PPPL laboratoriju, eksperimentalni TFTR termonuklearni reaktor djelovao je od 1982. do 1997. godine. U prosincu 1993. TFTR je postao prvi magnetski tokamak na kojem su izrađeni opsežni eksperimenti s plazma deuterium-tritija. Sljedeće godine reaktor je u to vrijeme imao rekord od 10,7 MW kontroliranog kapaciteta, a 1995. godine postignut je rekordan stupanj temperature ioniziranog plina u 510 milijuna ° C. Međutim, instalacija nije postigla cilj snage loma termonuklearne fuzije, ali je uspješno ispunila ciljeve hardvera, što je značajan doprinos razvoju ITER-a.

LHD

LHD u japanskom National Institute of Thermonuclear Fusion u Tokiju, Gifu Prefecture, bio je najveći stellarator na svijetu. Pokretanje fuzijskog reaktora odvijao se 1998. godine i pokazao je svojstva zadržavanja plazme usporediva s ostalim velikim postrojenjima. Temperatura ionske energije bila je 13,5 keV (oko 160 milijuna ° C) i energija je bila 1,44 MJ.

Wendelstein 7-X

Nakon godinu dana testiranja, koja je započela krajem 2015., temperatura helija kratko je dosegla milijun C. U 2016. godini, termonuklearni reaktor s vodikom plazme, korištenjem snage od 2 MW, dostigao je temperaturu od 80 milijuna Celzijevih stupnja Celzijeva u trajanju od četvrtine sekunde. W7-X je najveći stellarator na svijetu, a kontinuirani rad planiran je za 30 minuta. Trošak reaktora iznosio je milijardu eura.

NIF

Nacionalni institut za paljenje (NIF) u Nacionalnom laboratoriju Livermore (LLNL) dovršen je u ožujku 2009. godine. Pomoću svojih 192 laserskih zraka NIF može koncentrirati 60 puta više energije nego bilo koji prethodni laserski sustav.

Hladna nuklearna fuzija

U ožujku 1989. godine, dva istraživača, američki Stanley Pons i britanski Martin Fleischman, izjavili su da su pokrenuli jednostavni hladni fuzijski reaktor koji radi na sobnoj temperaturi. Postupak se sastoji od elektrolize teške vode korištenjem paladijskih elektroda na kojima su deuterijeve jezgre bile koncentrirane pri visokoj gustoći. Istraživači tvrde da proizvodi toplinu, koja se može objasniti samo u smislu nuklearnih procesa, kao i bilo nusprodukti sinteze, uključujući helij, tricija i neutrona. Međutim, drugi eksperimenti nisu uspjeli ponoviti ovaj eksperiment. Većina znanstvene zajednice ne vjeruje da su hladni fuzije reaktori stvarni.

Niskoenergetske nuklearne reakcije

Pokrenute patentnim zahtjevima za "hladnu fuziju", istraživanje je nastavljeno na području niske energije nuklearne reakcije, s nekom empirijskom podrškom, ali ne i općeprihvaćenom znanstvenom objašnjenju. Očigledno, slabe nuklearne interakcije (umjesto moćne sile, kao u fizionama jezgri ili njihovoj sintezi) koriste se za stvaranje i hvatanje neutrona. Eksperimenti uključuju penetraciju vodika ili deuterija kroz katalitički sloj i reakciju s metalom. Istraživači izvještavaju o promatranom otpuštanju energije. Glavni praktični primjer je interakcija vodika s nikalnim prahom s otpuštanjem topline čija je količina veća od bilo koje kemijske reakcije.