და შერწყმა?

გასული წლის ბოლოს ცნობები ჩინელი სპეციალისტების მიერ სინთეზისთვის რეაქტორის მშენებლობის შესახებ სენსაციური ჟღერდა (1). ჩინეთის სახელმწიფო მედია იტყობინება, რომ HL-2M ობიექტი, რომელიც მდებარეობს ჩენგდუში კვლევით ცენტრში, ამოქმედდება 2020 წელს. მედიაში გავრცელებული ტონი მიუთითებდა, რომ თერმობირთვული შერწყმის ამოუწურავი ენერგიის ხელმისაწვდომობის საკითხი სამუდამოდ მოგვარდა.

დეტალების უფრო დეტალურად დათვალიერება ხელს უწყობს ოპტიმიზმის გაგრილებას.

ნოვი ტოკამაკის ტიპის აპარატი200 მილიონ გრადუს ცელსიუსზე მაღალი ტემპერატურით პლაზმა უნდა გამოიმუშაოს უფრო მოწინავე დიზაინით, ვიდრე აქამდე იყო ცნობილი. ამის შესახებ ჩინეთის ნაციონალური ბირთვული კორპორაციის ფიზიკის სამხრეთ-დასავლეთის ინსტიტუტის ხელმძღვანელმა დუან სირუმ პრესრელიზში განაცხადა. მოწყობილობა ტექნიკურ მხარდაჭერას გაუწევს პროექტზე მომუშავე ჩინელებს საერთაშორისო თერმობირთვული ექსპერიმენტული რეაქტორი (ITER)ასევე მშენებლობა.

ასე რომ, ვფიქრობ, ეს ჯერ კიდევ არ არის ენერგეტიკული რევოლუცია, მიუხედავად იმისა, რომ ის ჩინელებმა შექმნეს. რეაქტორი KhL-2M ჯერჯერობით ცოტა რამ არის ცნობილი. ჩვენ არ ვიცით, რა არის ამ რეაქტორის პროგნოზირებული თერმული გამომუშავება ან ენერგიის რა დონეა საჭირო მასში ბირთვული შერწყმის რეაქციის გასატარებლად. ჩვენ არ ვიცით ყველაზე მნიშვნელოვანი - არის თუ არა ჩინური შერწყმის რეაქტორი დიზაინი დადებითი ენერგეტიკული ბალანსით, თუ ეს არის კიდევ ერთი ექსპერიმენტული შერწყმის რეაქტორი, რომელიც საშუალებას აძლევს შერწყმის რეაქციას, მაგრამ ამავე დროს მოითხოვს უფრო მეტ ენერგიას "ანთებისთვის", ვიდრე ენერგია, რომელიც შეიძლება მივიღოთ რეაქციების შედეგად.

საერთაშორისო ძალისხმევა

ჩინეთი, ევროკავშირთან ერთად, აშშ, ინდოეთი, იაპონია, სამხრეთ კორეა და რუსეთი, არიან ITER პროგრამის წევრები. ეს არის ყველაზე ძვირი ზემოაღნიშნული ქვეყნების მიერ დაფინანსებული მიმდინარე საერთაშორისო კვლევითი პროექტებიდან, რომლის ღირებულება დაახლოებით 20 მილიარდი აშშ დოლარია. იგი გაიხსნა ცივი ომის ეპოქაში მიხეილ გორბაჩოვის და რონალდ რეიგანის მთავრობებს შორის თანამშრომლობის შედეგად და მრავალი წლის შემდეგ შეიტანეს ხელშეკრულებაში, რომელსაც ხელი მოაწერეს ყველა ამ ქვეყანამ 2006 წელს.

2. ITER tokamak-ის სამშენებლო მოედანზე

ITER პროექტი კადარაში, სამხრეთ საფრანგეთში (2) ავითარებს მსოფლიოში უდიდეს ტოკამაკს, ანუ პლაზმურ კამერას, რომელიც უნდა მოითმინოს ელექტრომაგნიტების მიერ წარმოქმნილი ძლიერი მაგნიტური ველის გამოყენებით. ეს გამოგონება საბჭოთა კავშირმა 50-60-იან წლებში შეიმუშავა. Პროექტის მენეჯერი, ლავან კობლენცი, გამოაცხადა, რომ ორგანიზაციამ უნდა მიიღოს „პირველი პლაზმა“ 2025 წლის დეკემბრისთვის. ITER-მა უნდა დაუჭიროს მხარი თერმობირთვულ რეაქციას ყოველ ჯერზე დაახლოებით 1 ათასი ადამიანისათვის. წამი, ძალას იძენს 500-1100 მგვტ. შედარებისთვის, დღემდე ყველაზე დიდი ბრიტანული ტოკამაკი, JET (ერთობლივი ევროპული ტორუსი), ინარჩუნებს რეაქციას რამდენიმე ათეული წამის განმავლობაში და იძენს ძალას მდე 16 მეგავატი. ამ რეაქტორში ენერგია გამოიყოფა სითბოს სახით - ის არ უნდა გარდაიქმნას ელექტროენერგიად. ქსელში შერწყმის ენერგიის მიწოდება გამორიცხულია, რადგან პროექტი მხოლოდ კვლევის მიზნებისთვისაა განკუთვნილი. მხოლოდ ITER-ის ბაზაზე აშენდება მომავალი თაობის თერმობირთვული რეაქტორები, რომლებიც ძალას მიაღწევენ. 3-4 ათასი. MW.

მთავარი მიზეზი, რის გამოც ნორმალური შერწყმის ელექტროსადგურები ჯერ კიდევ არ არსებობს (მიუხედავად სამოც წელზე მეტი ვრცელი და ძვირადღირებული კვლევისა) არის პლაზმის ქცევის კონტროლისა და „მართვის“ სირთულე. თუმცა, მრავალწლიანმა ექსპერიმენტებმა მრავალი ღირებული აღმოჩენა გამოიღო და დღეს შერწყმის ენერგია უფრო ახლოს ჩანს, ვიდრე ოდესმე.

დაამატეთ ჰელიუმ-3, აურიეთ და გაათბეთ

ITER არის გლობალური შერწყმის კვლევის მთავარი აქცენტი, მაგრამ მრავალი კვლევითი ცენტრი, კომპანია და სამხედრო ლაბორატორია ასევე მუშაობს სხვა შერწყმის პროექტებზე, რომლებიც გადახრის კლასიკური მიდგომას.

მაგალითად, ჩატარებული ბოლო წლებში მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტიდან ექსპერიმენტები Helm-3 ტოკამაკზე საინტერესო შედეგი გამოიღო, მათ შორის ენერგიის ათჯერ გაზრდა პლაზმის იონი. მეცნიერებმა, რომლებიც ატარებენ ექსპერიმენტებს C-Mod tokamak-ზე მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიურ ინსტიტუტში, ბელგიისა და დიდი ბრიტანეთის სპეციალისტებთან ერთად, შექმნეს ახალი ტიპის თერმობირთვული საწვავი, რომელიც შეიცავს სამი ტიპის იონს. გუნდი Alcator C-Mod (3) ჩაატარა კვლევა ჯერ კიდევ 2016 წლის სექტემბერში, მაგრამ ამ ექსპერიმენტების მონაცემები სულ ახლახან იქნა გაანალიზებული, რამაც გამოავლინა პლაზმის ენერგიის უზარმაზარი ზრდა. შედეგები იმდენად დამაიმედებელი იყო, რომ მეცნიერებმა, რომლებიც მართავენ მსოფლიოში უდიდეს მოქმედი შერწყმის ლაბორატორიას, JET-ს დიდ ბრიტანეთში, გადაწყვიტეს ექსპერიმენტების გამეორება. ენერგიის იგივე ზრდა მიღწეული იყო. კვლევის შედეგები გამოქვეყნებულია ჟურნალში Nature Physics.

3. Tokamak Alcator C-Mod მუშაობს

ბირთვული საწვავის ეფექტურობის გაზრდის გასაღები იყო ჰელიუმ-3-ის, ჰელიუმის სტაბილური იზოტოპის კვალი რაოდენობით დამატება, ორის ნაცვლად ერთი ნეიტრონით. Alcator C მეთოდით გამოყენებული ბირთვული საწვავი ადრე შეიცავდა მხოლოდ ორ ტიპის იონს, დეიტერიუმს და წყალბადს. დეიტერიუმი, წყალბადის სტაბილური იზოტოპი ბირთვში ნეიტრონით (განსხვავებით წყალბადისგან ნეიტრონების გარეშე), შეადგენს საწვავის დაახლოებით 95%-ს. პლაზმის კვლევის ცენტრისა და მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის (PSFC) მეცნიერებმა გამოიყენეს პროცესი ე.წ RF გათბობა. ტოკამაკის გვერდით მდებარე ანტენები ნაწილაკების აღგზნებისთვის სპეციფიურ რადიოსიხშირს იყენებს, ტალღები კი დაკალიბრებულია წყალბადის იონების „სამიზნეზე“. იმის გამო, რომ წყალბადი საწვავის მთლიანი სიმკვრივის მცირე ნაწილს შეადგენს, იონების მხოლოდ მცირე ნაწილის კონცენტრირება გათბობაზე იძლევა ენერგიის უკიდურესი დონის მიღწევას. გარდა ამისა, სტიმულირებული წყალბადის იონები გადადიან ნარევში გაბატონებულ დეიტერიუმის იონებში და ამ გზით წარმოქმნილი ნაწილაკები შედიან რეაქტორის გარე გარსში, ათავისუფლებენ სითბოს.

ამ პროცესის ეფექტურობა იზრდება მაშინ, როდესაც ნარევს ემატება ჰელიუმ-3 იონები 1%-ზე ნაკლები რაოდენობით. მთელი რადიო გათბობის კონცენტრირებით მცირე რაოდენობით ჰელიუმ-3-ზე, მეცნიერებმა იონების ენერგია მეგაელექტრონვოლტამდე (MeV) გაზარდეს.

პირველი მოვიდა - პირველი მიწოდებული ექვივალენტი რუსულად: გვიან სტუმრის და ძვლის ჭამა

ბოლო რამდენიმე წლის განმავლობაში კონტროლირებადი შერწყმის სამუშაოების სამყაროში მრავალი განვითარება მოხდა, რამაც მეცნიერებს და ყველა ჩვენგანს კვლავ გააღვიძა იმედები, რომ საბოლოოდ მივაღწიოთ ენერგიის „წმინდა გრაალს“.

კარგი სიგნალები მოიცავს, სხვათა შორის, აღმოჩენებს აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის (DOE) პრინსტონის პლაზმური ფიზიკის ლაბორატორიიდან (PPPL). რადიოტალღები დიდი წარმატებით იქნა გამოყენებული, რათა მნიშვნელოვნად შემცირდეს ეგრეთ წოდებული პლაზმური აშლილობა, რაც შეიძლება გადამწყვეტი იყოს თერმობირთვული რეაქციების „ჩაცმის“ პროცესში. იმავე კვლევითმა ჯგუფმა 2019 წლის მარტში გამოაცხადა ლითიუმის ტოკამაკის ექსპერიმენტი, რომელშიც სატესტო რეაქტორის შიდა კედლები დაფარული იყო ლითიუმით, მასალა, რომელიც კარგად არის ცნობილი ელექტრონიკაში გავრცელებული ბატარეებიდან. მეცნიერებმა აღნიშნეს, რომ რეაქტორის კედლებზე ლითიუმის გარსი შთანთქავს გაფანტულ პლაზმურ ნაწილაკებს, რაც ხელს უშლის მათ პლაზმის ღრუბელში ასახვას და ხელს უშლის თერმობირთვულ რეაქციებს.

4. ვიზუალიზაციის პროექტი TAE Technologies

მსხვილი რეპუტაციის მქონე სამეცნიერო დაწესებულებების მეცნიერები თავიანთ გამონათქვამებში ფრთხილი ოპტიმისტებიც კი გახდნენ. ბოლო დროს ასევე გაიზარდა ინტერესი კონტროლირებადი შერწყმის ტექნიკის მიმართ კერძო სექტორში. 2018 წელს Lockheed Martin-მა გამოაცხადა გეგმა შემდეგი ათწლეულის განმავლობაში კომპაქტური შერწყმის რეაქტორის (CFR) პროტოტიპის შემუშავების შესახებ. თუ ტექნოლოგია, რომელზეც კომპანია მუშაობს, იმუშავებს, სატვირთო მანქანის ზომის მოწყობილობას შეეძლება უზრუნველყოს საკმარისი ელექტროენერგია 100 XNUMX კვადრატული ფუტის ფართობის მოწყობილობის მოთხოვნილებების დასაკმაყოფილებლად. ქალაქის მაცხოვრებლები.

სხვა კომპანიები და კვლევითი ცენტრები კონკურენციას უწევენ იმის დასანახად, თუ ვის შეუძლია ააშენოს პირველი რეალური შერწყმის რეაქტორი, მათ შორის TAE Technologies და მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტი. ამაზონის ჯეფ ბეზოსი და მაიკროსოფტის ბილ გეითსი ახლახანს ჩაერთნენ შერწყმის პროექტებში. NBC News-მა ცოტა ხნის წინ დაითვალა ჩვიდმეტი მცირე fusion კომპანია აშშ-ში. სტარტაპები, როგორიცაა General Fusion ან Commonwealth Fusion Systems, აქცენტს აკეთებენ მცირე რეაქტორებზე, რომლებიც დაფუძნებულია ინოვაციურ სუპერგამტარებზე.

„ცივი შერწყმის“ კონცეფცია და დიდი რეაქტორების ალტერნატივები, არა მარტო ტოკამაკები, არამედ ე.წ. ვარსკვლავები, ოდნავ განსხვავებული დიზაინით, აშენებული მათ შორის გერმანიაში. განსხვავებული მიდგომის ძიებაც გრძელდება. ამის მაგალითია მოწყობილობა ე.წ Z-pinch, აშენებული ვაშინგტონის უნივერსიტეტის მეცნიერების მიერ და აღწერილია ჟურნალ Physics World-ის ერთ-ერთ უახლეს ნომერში. Z-pinch მუშაობს პლაზმის დაჭერით და შეკუმშვით ძლიერ მაგნიტურ ველში. ექსპერიმენტში შესაძლებელი გახდა პლაზმის სტაბილიზაცია 16 მიკროწამში და შერწყმის რეაქცია გაგრძელდა ამ დროის დაახლოებით მესამედზე. დემონსტრაციას უნდა ეჩვენებინა, რომ მცირე მასშტაბის სინთეზი შესაძლებელია, თუმცა ბევრ მეცნიერს ჯერ კიდევ აქვს სერიოზული ეჭვი ამაში.

თავის მხრივ, Google-ის და სხვა მოწინავე ტექნოლოგიების ინვესტორების მხარდაჭერის წყალობით, კალიფორნიის კომპანია TAE Technologies იყენებს განსხვავებულს, ვიდრე ტიპიურია შერწყმის ექსპერიმენტებისთვის, ბორის საწვავის ნარევი, რომლებიც გამოიყენებოდა უფრო პატარა და იაფი რეაქტორების შესაქმნელად, თავდაპირველად ე.წ. fusion სარაკეტო ძრავისთვის. ცილინდრული შერწყმის რეაქტორის პროტოტიპი (4) მრიცხველის სხივებით (CBFR), რომელიც ათბობს წყალბადის აირს ორი პლაზმური რგოლის შესაქმნელად. ისინი ერწყმის ინერტული ნაწილაკების შეკვრას და ინახება ისეთ მდგომარეობაში, რამაც უნდა გაზარდოს პლაზმის ენერგია და გამძლეობა.

კიდევ ერთი fusion სტარტაპი General Fusion კანადის პროვინციიდან, ბრიტანეთის კოლუმბიიდან, თავად ჯეფ ბეზოსის მხარდაჭერით სარგებლობს. მარტივად რომ ვთქვათ, მისი კონცეფციაა ცხელი პლაზმის შეყვანა თხევადი ლითონის ბურთულაში (ლითიუმის და ტყვიის ნარევი) ფოლადის ბურთულაში, რის შემდეგაც პლაზმა შეკუმშულია დგუშებით, დიზელის ძრავის მსგავსი. შექმნილმა წნევამ უნდა გამოიწვიოს შერწყმა, რომელიც გამოყოფს უზარმაზარ ენერგიას ახალი ტიპის ელექტროსადგურის ტურბინების გასაძლიერებლად. მაიკ დელაჟი, General Fusion-ის ტექნოლოგიების მთავარი ოფიცერი, ამბობს, რომ კომერციული ბირთვული შერწყმა შეიძლება ათ წელიწადში დებიუტი იყოს.

5. ილუსტრაცია აშშ-ს საზღვაო ძალების თერმობირთვული პატენტიდან.

ცოტა ხნის წინ, აშშ-ს საზღვაო ფლოტმა ასევე შეიტანა პატენტი "პლაზმის შერწყმის მოწყობილობაზე". პატენტი საუბრობს მაგნიტურ ველებზე "აჩქარებული ვიბრაციის" შესაქმნელად (5). იდეა მდგომარეობს იმაში, რომ აეშენებინათ შერწყმა რეაქტორები საკმარისად პატარა, რომ იყოს პორტატული. ზედმეტია იმის თქმა, რომ ამ საპატენტო განაცხადს სკეპტიციზმი მოჰყვა.