Yu.N. Dnestrovskiy - t.f.n. fanlar, yadro sintezi instituti professori,
"Kurchatov instituti" RRC, Moskva, Rossiya
Xalqaro konferensiya materiallari
“KELAJAKGA YO‘L – FAN, GLOBAL MUAMMOLAR, ORZU VA UMIDLAR”
2007 yil 26-28 noyabr Amaliy matematika instituti. M.V. Keldysh RAS, Moskva

Boshqariladigan termoyadroviy sintez (CNF) uzoq muddatda energiya muammosini hal qila oladimi? TCBni o'zlashtirish yo'lining qaysi qismi allaqachon bosib o'tilgan va qancha davom etishi kerak? Oldinda qanday qiyinchiliklar kutilmoqda? Ushbu muammolar ushbu maqolada muhokama qilinadi.

1. CTS uchun jismoniy shartlar

Engil yadrolarning yadro sintezi reaktsiyalari energiya ishlab chiqarish uchun ishlatilishi kerak. Ushbu turdagi ko'plab reaktsiyalar orasida eng oson amalga oshiriladigan reaktsiya deyteriy va tritiy yadrolarining birlashishi hisoblanadi.

Bu yerda barqaror geliy yadrosi (alfa zarrasi), N - neytron, zarrachaning reaksiyadan keyingi energiyasi qavs ichida, , deb belgilanadi. Bu reaksiyada neytron massali zarrachaga ajratiladigan energiya taxminan 3,5 MeV ni tashkil qiladi. Bu uranning bo'linishi paytida chiqarilgan har bir zarrachaga taxminan 3-4 barobar ko'p energiya.

Energiya olish uchun (1) reaktsiyasini amalga oshirishga urinayotganda qanday muammolar paydo bo'ladi?

Asosiy muammo shundaki, tritiy tabiatda mavjud emas. Bu radioaktiv, uning yarimparchalanish davri taxminan 12 yilga teng, shuning uchun agar u bir marta Yerda ko'p miqdorda bo'lgan bo'lsa, unda uzoq vaqt davomida undan hech narsa qolmagan. Tabiiy radioaktivlik yoki kosmik nurlanish tufayli Yerda olingan tritiy miqdori ahamiyatsiz. Uran yadroviy reaktorida sodir bo'ladigan reaksiyalarda oz miqdorda tritiy olinadi. Kanadadagi reaktorlardan biri bunday tritiyni yig'ishni tashkil qiladi, ammo uni reaktorlarda ishlab chiqarish juda sekin va ishlab chiqarish juda qimmatga tushadi.

Shunday qilib, (1) reaktsiyaga asoslangan termoyadro reaktorida energiya ishlab chiqarish bir vaqtning o'zida bir xil reaktorda tritiy ishlab chiqarish bilan birga bo'lishi kerak. Buni qanday qilish mumkinligi quyida muhokama qilinadi.

Har ikkala zarracha, ya'ni deyteriy va tritiy yadrolari (1) reaksiyada ishtirok etuvchi musbat zaryadga ega va shuning uchun bir-birini Kulon kuchi bilan qaytaradi. Ushbu kuchni engish uchun zarralar katta energiyaga ega bo'lishi kerak. Reaksiya tezligi (1), , tritiy-deyteriy aralashmasining haroratiga bog'liqligi 1-rasmda qo'sh logarifmik shkalada ko'rsatilgan.

Ko'rinib turibdiki, reaksiya ehtimoli (1) harorat oshishi bilan tez ortadi. Reaktor uchun maqbul reaksiya tezligi T > 10 keV haroratda erishiladi. Agar bu darajalarni hisobga olsak, reaktordagi harorat 100 million darajadan oshishi kerak. Bunday haroratdagi moddaning barcha atomlari ionlanishi kerak va bu holatdagi moddaning o'zi odatda plazma deb ataladi. Eslatib o'tamiz, zamonaviy hisob-kitoblarga ko'ra, Quyosh markazidagi harorat "atigi" 20 million darajaga etadi.

Termoyadro energiyasini ishlab chiqarish uchun printsipial jihatdan mos keladigan boshqa termoyadroviy reaktsiyalar mavjud. Bu erda biz adabiyotda keng muhokama qilingan faqat ikkita reaktsiyani qayd etamiz

Bu erda, massasi 3 ga teng bo'lgan geliy yadrosining izotopi, p - proton (vodorod yadrosi). Reaktsiya (2) yaxshi, chunki Yerda uning uchun etarli miqdorda yoqilg'i (deyteriy) mavjud. Deyteriyni dengiz suvidan ajratish texnologiyasi ishlab chiqilgan va nisbatan arzon. Afsuski, bu reaksiya tezligi reaksiya tezligidan (1) sezilarli darajada past (1-rasmga qarang), shuning uchun reaksiya (2) taxminan 500 million daraja haroratni talab qiladi.

Reaktsiya (3) hozirda kosmik parvozlar bilan shug'ullanadigan odamlarda katta hayajonga sabab bo'lmoqda. Ma'lumki, Oyda juda ko'p izotop mavjud, shuning uchun uni Yerga tashish imkoniyati kosmonavtikaning ustuvor vazifalaridan biri sifatida muhokama qilinadi. Afsuski, bu reaksiya tezligi (1-rasm) ham sezilarli darajada pastroq, reaksiya tezligi (1) va bu reaksiya uchun zarur haroratlar ham 500 million daraja darajasida.

Taxminan 100-500 million daraja haroratda plazmani ushlab turish uchun magnit maydondan foydalanish taklif qilindi (I.E. Tamm, A.D. Saxarov). Endi plazmasi torus (donut) shakliga ega bo'lgan qurilmalar eng istiqbolli ko'rinadi. Bu torusning katta radiusini bilan belgilaymiz R, va kichik orqali a. Plazmaning beqaror harakatlarini bostirish uchun toroidal (uzunlamasına) magnit maydoni B0 dan tashqari, ko'ndalang (poloidal) maydon ham talab qilinadi. Bunday magnit konfiguratsiya amalga oshiriladigan ikkita turdagi o'rnatish mavjud. Tokamak tipidagi qurilmalarda maydon yo'nalishi bo'yicha plazmada oqadigan uzunlamasına oqim I tomonidan poloidal maydon hosil bo'ladi. Yulduzli tipdagi qurilmalarda poloid maydon tashqi spiral oqim o'tkazuvchi o'rashlar tomonidan yaratiladi. Ushbu sozlamalarning har biri o'zining afzalliklari va kamchiliklariga ega. Tokamakda joriy I maydonga mos kelishi kerak. Yulduzli qurilma texnik jihatdan ancha murakkab. Bugungi kunda tokamak tipidagi o'rnatishlar yanada rivojlangan. Katta, muvaffaqiyatli ishlaydigan yulduzlar ham mavjud.

2. Tokamak reaktori uchun shartlar

Bu erda biz tokamak plazmasi reaktorining parametrlari bo'shlig'idagi "oyna" ni aniqlaydigan ikkita zarur shartni ko'rsatamiz. Albatta, bu "oyna" ni kamaytiradigan boshqa ko'plab shartlar mavjud, ammo ular hali ham unchalik ahamiyatli emas.

1). Reaktor tijoriy jihatdan yaroqli bo'lishi uchun (juda katta emas), chiqarilgan energiyaning o'ziga xos quvvati P etarlicha katta bo'lishi kerak.

Bu yerda n 1 va n 2 deyteriyning zichligi, tritiy esa reaksiyaning bir aktida ajralib chiqadigan energiya (1). Shart (4) pastdan n 1 va n 2 zichliklarni cheklaydi.

2). Plazma barqaror bo'lishi uchun plazma bosimi bo'ylama magnit maydon bosimidan sezilarli darajada kam bo'lishi kerak.O'rtacha geometriyaga ega plazma uchun bu holat shaklga ega.

Berilgan magnit maydon uchun bu holat yuqoridan plazma zichligi va haroratini cheklaydi. Agar reaksiya haroratni oshirishni talab qilsa (masalan, (1) reaktsiyadan (2) yoki (3) reaktsiyalargacha), u holda (5) shartni bajarish uchun magnit maydonni oshirish kerak.

CTSni amalga oshirish uchun qanday magnit maydon kerak? Avval (1) turdagi reaktsiyani ko'rib chiqing. Oddiylik uchun n 1 = n 2 = n /2 deb faraz qilaylik, bu erda n - plazma zichligi. Keyin harorat holatida (1) beradi

(5) shartdan foydalanib, magnit maydonning pastki chegarasini topamiz

Toroidal geometriyada torusning asosiy o'qidan uzoqlashganda bo'ylama magnit maydon 1/ r kabi tushadi. Maydon - plazmaning meridional kesimining markazidagi maydon. Torusning ichki konturida maydon kattaroq bo'ladi. Tomonlar nisbati bilan

R/ a~ 3 toroidal maydonning bobinlari ichidagi magnit maydon 2 baravar kattaroq bo'lib chiqadi. Shunday qilib, (4-5) shartlarni bajarish uchun uzunlamasına maydon bobinlari 13-14 Tesla tartibidagi magnit maydonda ishlashga qodir bo'lgan materialdan tayyorlanishi kerak.

Tokamak reaktorining statsionar ishlashi uchun bobinlardagi o'tkazgichlar o'ta o'tkazuvchan materialdan yasalgan bo'lishi kerak. Zamonaviy supero'tkazgichlarning ba'zi xususiyatlari 2-rasmda ko'rsatilgan.

Hozirgi vaqtda dunyoda o'ta o'tkazgichli o'rashli bir nechta tokamaklar qurilgan. SSSRda 70-yillarda qurilgan ushbu turdagi birinchi tokamak (T-7 tokamak) supero'tkazgich sifatida niobiy-titandan (NbTi) foydalangan. Xuddi shu material katta frantsuz tokamaki Tore Suprada (80-yillarning o'rtalarida) ishlatilgan. 2-rasmdan ko'rinib turibdiki, suyuq geliy haroratida bunday o'ta o'tkazgichli tokamakdagi magnit maydon 4 Tesla ga etishi mumkin. Xalqaro tokamak reaktori ITER uchun katta potentsialga ega, ammo yanada murakkab texnologiyaga ega niobiy qalay supero'tkazgichidan foydalanishga qaror qilindi. Ushbu supero'tkazgich 1989 yilda ishga tushirilgan rus T-15 qurilmasida qo'llaniladi. 2-rasmdan ko'rinib turibdiki, ITERda geliy darajasidagi haroratda katta chegaraga ega bo'lgan plazmadagi magnit maydon kerakli maydon qiymatlari 6 Teslaga yetishi mumkin.

(2) va (3) reaktsiyalar uchun (4)-(5) shartlar ancha qattiqroq bo'lib chiqadi. Shartni (4) bajarish uchun T reaktoridagi plazma harorati 4 marta, plazma zichligi esa (1) reaktorga nisbatan 2 baravar yuqori bo'lishi kerak. Natijada plazma bosimi 8 marta, kerakli magnit maydon kuchi esa 2,8 marta ortadi. Bu supero'tkazgichdagi magnit maydon 30 Tesla qiymatlariga yetishi kerakligini anglatadi. Hozircha hech kim bunday dalalar bilan statsionar rejimda katta hajmda ishlamagan. 2-rasmda kelajakda bunday maydon uchun supero'tkazgich yaratish umidi borligini ko'rsatadi. Biroq, hozirgi vaqtda (2)-(3) turdagi reaktsiyalar uchun (4)-(5) shartlarni tokamak o'rnatishda amalga oshirib bo'lmaydi.

3. Tritiy ishlab chiqarish

Tokamak reaktorida plazmali kamera toroidal maydonning o'rashlarini neytronlar tomonidan o'ta o'tkazuvchanlikni yo'q qilishdan himoya qiladigan qalin materiallar qatlami bilan o'ralgan bo'lishi kerak. Taxminan bir metr qalinlikdagi bunday qatlam adyol deb ataldi. Bu erda, adyolda, sekinlashuv paytida neytronlar tomonidan chiqarilgan issiqlikni olib tashlash kerak. Bunday holda, neytronlarning bir qismi adyol ichida tritiy ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. Bunday jarayon uchun eng mos keladigan yadro reaktsiyasi energiya chiqishi bilan davom etadigan quyidagi reaktsiyadir

Bu yerda, massasi 6 ga teng litiy izotopi. Neytron neytral zarra boʻlganligi uchun kulon toʻsigʻi yoʻq va reaksiya (8) 1 MeV dan ancha past neytron energiyasida borishi mumkin. Tritiyning samarali ishlab chiqarilishi uchun (8) turdagi reaksiyalar soni yetarlicha, buning uchun esa reaksiyaga kirishuvchi neytronlar soni ko'p bo'lishi kerak. Neytronlar sonini ko'paytirish uchun neytronlarni ko'paytirish reaktsiyalari sodir bo'ladigan materiallar bu erda adyolda joylashgan bo'lishi kerak. (1) reaktsiyada hosil bo'lgan birlamchi neytronlarning energiyasi yuqori (14 MeV) va reaktsiya (8) uchun kam energiyali neytronlar kerak bo'lgani uchun, printsipial jihatdan, adyoldagi neytronlar sonini 10 marta oshirish mumkin. –15, va shunday qilib, tritiy balansini yoping: har bir reaksiya hodisasi uchun (1) bir yoki bir nechta reaksiya hodisalarini oling (8). Bu muvozanatni amalda amalga oshirish mumkinmi? Bu savolga javob batafsil tajriba va hisob-kitoblarni talab qiladi. ITER reaktori o'zini yoqilg'i bilan ta'minlashi shart emas, lekin tritiy balansi muammosiga oydinlik kiritish uchun unda tajribalar o'tkaziladi.

Reaktorni ishga tushirish uchun qancha tritiy kerak? Oddiy hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, issiqlik quvvati 3 GVt (1 GVt elektr quvvati) bo'lgan reaktor yiliga 150 kg tritiy talab qiladi. Bu bir xil quvvatga ega issiqlik elektr stantsiyasining yillik ishlashi uchun zarur bo'lgan yoqilg'i moyining og'irligidan taxminan bir baravar kam.

(8) ga ko'ra, reaktor uchun asosiy "yoqilg'i" lityum izotopidir. Tabiatda u juda ko'pmi? Tabiiy litiy tarkibida ikkita izotop mavjud

Ko'rinib turibdiki, tabiiy litiyda izotopning miqdori ancha yuqori. Yerdagi litiy zahiralari hozirgi energiya iste'moli darajasida bir necha ming yilga, okeanda esa o'n millionlab yillarga to'g'ri keladi. (8)-(9) formulalarga asoslangan hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, tabiiy litiy tritiyga nisbatan 50-100 barobar ko'p qazib olinishi kerak. Shunday qilib, muhokama qilingan quvvatga ega bitta reaktor uchun yiliga 15 tonna tabiiy lityum kerak bo'ladi. Bu issiqlik elektr stansiyasi uchun zarur bo'lgan mazut miqdoridan 10 5 baravar kam. Tabiiy litiyda izotoplarni ajratish uchun katta energiya talab qilinsa-da, reaksiyada (8) ajralib chiqadigan qo'shimcha energiya bu xarajatlarni qoplashi mumkin.

4. CTS bo'yicha tadqiqotlarning qisqacha tarixi

Tarixiy jihatdan I.E.Tamm va A.D.Saxarovlarning 1950-yil mart-aprel oylarida nashr etilgan maxfiy hisoboti mamlakatimizda KTSga oid birinchi tadqiqot hisoblanadi. Keyinchalik 1958 yilda nashr etilgan. Hisobotda toroidal ob'ektdagi magnit maydon tomonidan issiq plazmani ushlab turishning asosiy g'oyalari va termoyadroviy reaktorning o'lchamlarini baholashning umumiy ko'rinishi mavjud. Ajablanarlisi shundaki, hozirda qurilayotgan ITER tokamak o'z parametrlari bo'yicha tarixiy Hisobot prognozlariga yaqin.

Issiq plazma bilan tajribalar SSSRda ellikinchi yillarning boshlarida boshlangan. Dastlab, bu har xil turdagi, tekis va toroidal kichik qurilmalar edi, ammo o'n yillikning o'rtalarida tajribachilar va nazariyotchilarning birgalikdagi ishi "tokamak" deb nomlangan qurilmalarga olib keldi. Yildan yilga o'rnatishlarning o'lchamlari va murakkabligi ortib bordi va 1962 yilda R = 100 sm, a = 20 sm o'lchamli va to'rtta Tesla gacha bo'lgan magnit maydonga ega T-3 qurilmasi ishga tushirildi. O'n yarim yil davomida to'plangan tajriba shuni ko'rsatdiki, metall kamerali, devorlari yaxshi tozalangan va yuqori vakuumli (mm Hg gacha) bo'lgan ob'ektda yuqori elektron haroratiga ega toza, barqaror plazma olish mumkin. LA Artsimovich ushbu natijalar haqida 1968 yilda Novosibirskda bo'lib o'tgan Plazma fizikasi va CTS bo'yicha xalqaro konferentsiyada ma'ruza qildi. Shundan so'ng tokamaklar yo'nalishi jahon ilmiy jamoatchiligi tomonidan tan olindi va ko'plab mamlakatlarda bunday turdagi inshootlar qurila boshlandi.

Keyingi, ikkinchi avlod tokamaklari (SSSRda T-10 va AQShda PLT) 1975 yilda plazma bilan ishlay boshladilar. Ular birinchi avlod tokamaklari tomonidan yaratilgan umidlar tasdiqlanayotganini ko'rsatdi. Katta o'lchamli tokamaklarda esa barqaror va issiq plazma bilan ishlash mumkin. Biroq, o'shanda ham kichik o'lchamli reaktorni yaratish mumkin emasligi va plazma hajmini oshirish kerakligi aniq bo'ldi.

Uchinchi avlod tokamaklarining dizayni taxminan besh yil davom etdi va ularning qurilishi 70-yillarning oxirida boshlangan. Keyingi o'n yillikda ular ketma-ket ishga tushirildi va 1989 yilga kelib 7 ta yirik tokamak ishlab chiqarildi: AQShda TFTR va DIII - D, birlashgan Evropada JET (eng kattasi), Germaniyada ASDEX - U, Frantsiyada TORE - SUPRA, Yaponiyada JT 60-U va SSSRda T-15. Ushbu qurilmalar reaktor uchun zarur bo'lgan harorat va plazma zichligini olish uchun ishlatilgan. Albatta, ular alohida-alohida, harorat uchun alohida va zichlik uchun alohida olingan. TFTR va JET qurilmalari tritiy bilan ishlashga imkon berdi va ularda birinchi marta plazmaga kiritilgan P aux tashqi quvvati bilan taqqoslanadigan sezilarli P DT termoyadroviy quvvati ((1) reaktsiyasiga ko'ra) olindi. 1997 yil tajribalarida JET inshootidagi maksimal quvvat P DT taxminan 25 MVt quvvat P aux bilan 16 MVt ga yetdi. JET o'rnatish bo'limi va kameraning ichki ko'rinishi rasmda ko'rsatilgan. 3 a, b. Bu erda taqqoslash uchun odamning o'lchamlari ko'rsatilgan.

1980-yillarning boshida xalqaro olimlar guruhi (Rossiya, AQSH, Yevropa, Yaponiya) keyingi (toʻrtinchi) avlod tokamak — INTOR reaktorini loyihalash boʻyicha birgalikda ishlay boshladilar. Ushbu bosqichda vazifa to'liq loyihani yaratmasdan kelajakdagi o'rnatishning "torbo'yinlari" ni ko'rib chiqish edi. Biroq, 1980-yillarning o'rtalariga kelib, loyihani yaratishni o'z ichiga olgan yanada to'liqroq vazifa qo'yilishi kerakligi aniq bo'ldi. E.P.Velixovning taklifi bilan davlatlar rahbarlari (M.S.Gorbachyov va R.Reygan) darajasidagi uzoq muzokaralardan soʻng 1988-yilda Bitim imzolandi va ITER tokamak reaktori loyihasi ustida ish boshlandi. Ish uch bosqichda uzilishlar bilan amalga oshirildi va jami 13 yil davom etdi. ITER loyihasining diplomatik tarixi dramatik, bir necha marta boshi berk ko'chaga olib kelgan va alohida tavsifga loyiqdir (masalan, kitobga qarang). Rasmiy ravishda, loyiha 2000 yil iyul oyida yakunlandi, ammo baribir qurilish uchun joy tanlash va Qurilish shartnomasi va ITER Nizomini ishlab chiqish kerak edi. Hammasi birgalikda deyarli 6 yil davom etdi va nihoyat, 2006 yil noyabr oyida Frantsiyaning janubida ITER qurilishi to'g'risida shartnoma imzolandi. Qurilishning o'zi taxminan 10 yil davom etishi kutilmoqda. Shunday qilib, muzokaralar boshlanganidan ITER termoyadroviy reaktorida birinchi plazma ishlab chiqarilishigacha taxminan 30 yil o'tadi. Bu allaqachon odamning faol hayoti vaqti bilan solishtirish mumkin. Bular taraqqiyotning haqiqatlari.

Chiziqli o'lchamlari bo'yicha ITER JET qurilmasidan taxminan ikki baravar katta. Loyihaga ko'ra, undagi magnit maydon = 5,8 Tesla, oqim esa I = 12-14 MA. Taxminlarga ko'ra, termoyadro quvvati plazmaga isitish uchun kiritilgan qiymatga etadi, bu 10 ga teng bo'ladi.

5. Plazma isitish uchun vositalarni ishlab chiqish.

Tokamak hajmining o'sishi bilan parallel ravishda plazmali isitish vositalari texnologiyasi ishlab chiqildi. Hozirgi vaqtda uch xil isitish usuli qo'llaniladi:

1. Plazmani u orqali o'tadigan oqim bilan ohmik isitish.
2. Deyteriy yoki tritiyning issiq neytral zarralari nurlari bilan isitish.
3. Turli chastota diapazonlarida elektromagnit to'lqinlar bilan isitish.

Tokamakda ohmik plazma isitish har doim mavjud, ammo u 10-15 keV (100-150 million daraja) darajadagi termoyadroviy haroratgacha isitish uchun etarli emas. Gap shundaki, elektronlarning isishi bilan plazma qarshiligi tezda pasayadi (teskari proportsional), shuning uchun sobit oqimda kirish quvvati ham kamayadi. Misol tariqasida shuni ta'kidlaymizki, 3-4 MA oqimi bo'lgan JET inshootida plazmani faqat ~ 2-3 keVgacha qizdirish mumkin. Shu bilan birga, plazma qarshiligi shunchalik pastki, bir necha million amper (MA) oqimi 0,1 - 0,2 V kuchlanish bilan saqlanadi.

Issiq neytral nurli injektorlar birinchi marta 1976-77 yillarda Amerika PLT zavodida paydo bo'lgan va o'shandan beri uzoq yo'lni bosib o'tgan. Endi odatiy injektor 80 - 150 keV energiya va 3 - 5 MVt quvvatga ega bo'lgan zarrachalar nuriga ega. Katta o'rnatishda odatda har xil quvvatdagi 10-15 tagacha injektorlar o'rnatiladi. Plazma tomonidan olingan umumiy nur quvvati 25-30 MVt ga etadi. Bu kichik issiqlik elektr stansiyasining quvvati bilan solishtirish mumkin. ITERda zarrachalar energiyasi 1 MeV gacha va umumiy quvvati 50 MVt gacha bo'lgan injektorlarni o'rnatish rejalashtirilgan. Hozircha bunday nurlar yo'q, ammo intensiv rivojlanish davom etmoqda. Yaponiya ITER kelishuvidagi ushbu o'zgarishlar uchun javobgarlikni o'z zimmasiga oldi.

Hozirgi vaqtda plazmani elektromagnit to'lqinlar bilan isitish uchta chastota diapazonida samarali ekanligiga ishoniladi:

• f ~ 170 gigagertsli siklotron chastotasida elektronni isitish;
• f ~ 100 MGts ion siklotron chastotasida ionlar va elektronlarni isitish;
• f ~ 5 gigagertsli oraliq (pastki gibrid) chastotada isitish.

So'nggi ikki chastota diapazoni uchun kuchli nurlanish manbalari uzoq vaqtdan beri mavjud bo'lib, bu erda asosiy muammo to'lqinlarni aks ettirish ta'sirini kamaytirish uchun manbalarni (antennalarni) plazma bilan to'g'ri moslashtirishdir. Bir qator yirik qurilmalarda tajribachilarning yuqori mahorati tufayli shu tarzda plazmaga 10 MVtgacha quvvat kiritish mumkin edi.

Birinchi, eng yuqori chastota diapazoni uchun muammo dastlab to'lqin uzunligi l ~ 2 mm bo'lgan kuchli nurlanish manbalarini ishlab chiqishdan iborat edi. Bu erda kashshof Nijniy Novgoroddagi Amaliy fizika instituti edi. Yarim asrlik maqsadli ish uchun statsionar rejimda 1 MVtgacha quvvatga ega nurlanish manbalarini (girotronlar) yaratish mumkin edi. Aynan shu asboblar ITERda o'rnatiladi. Girotronlarda texnologiya san'at darajasiga ko'tarildi. To'lqinlar elektron nurlar tomonidan qo'zg'atiladigan rezonatorning o'lchamlari 20 sm, kerakli to'lqin uzunligi esa 10 baravar kichikdir. Shuning uchun quvvatning 95% gacha rezonansli ravishda bitta va juda yuqori fazoviy harmonikaga, qolganlarning hammasiga esa - 5% dan ko'p bo'lmagan miqdorda investitsiya qilish kerak. ITER uchun girotronlardan birida radius = 25 va burchak bo'ylab = 10 bo'lgan raqamlar (tugunlar soni) bo'lgan garmonika shunday tanlangan garmonika sifatida ishlatiladi. Girotrondan nurlanishni olish uchun qalinligi 1,85 mm bo'lgan polikristal olmos disk. va 106 mm diametrli oyna sifatida ishlatiladi. Shunday qilib, plazma isitish muammosini hal qilish uchun ulkan sun'iy olmos ishlab chiqarishni rivojlantirish kerak edi.

6. Diagnostika

100 million daraja plazma haroratida plazmaga hech qanday o'lchash moslamasini kiritish mumkin emas. U bug'lanadi, oqilona ma'lumotni uzatishga vaqt topolmaydi. Shuning uchun barcha o'lchovlar bilvosita. Plazmadan tashqaridagi oqimlar, maydonlar va zarralar o'lchanadi, so'ngra matematik modellar yordamida qayd etilgan signallar izohlanadi.

Aslida nima o'lchanadi?

Avvalo, bu plazmani o'rab turgan davrlardagi oqimlar va kuchlanishlar. Mahalliy problar plazmadan tashqaridagi elektr va magnit maydonlarni o'lchaydi. Bunday zondlarning soni bir necha yuzga yetishi mumkin. Ushbu o'lchovlardan teskari masalalarni yechish orqali plazma shaklini, uning kameradagi holatini va oqimning kattaligini qayta tiklash mumkin.

Plazma harorati va zichligini o'lchash uchun ham faol, ham passiv usullar qo'llaniladi. Plazmaga har qanday nurlanish (masalan, lazer nuri yoki neytral zarrachalar nuri) yuborilganda va plazma parametrlari to'g'risida ma'lumot olib yuradigan tarqoq nurlanish o'lchanadigan usul faol usul deb tushuniladi. Muammoning qiyinchiliklaridan biri shundaki, qoida tariqasida, AOK qilingan nurlanishning faqat kichik bir qismi tarqaladi. Shunday qilib, elektronlarning harorati va zichligini o'lchash uchun lazerdan foydalanilganda, lazer zarbasi energiyasining atigi 10 -10 qismi tarqaladi. Ion haroratini o'lchash uchun neytral nurdan foydalanilganda, nur neytrallarida plazma ionlarining zaryad almashinuvi paytida paydo bo'ladigan optik chiziqlarning intensivligi, shakli va holati o'lchanadi. Ushbu chiziqlarning intensivligi juda past va ularning shaklini tahlil qilish uchun yuqori sezuvchanlik spektrometrlari talab qilinadi.

Passiv usullar deganda plazmadan doimiy ravishda chiqadigan nurlanishni o'lchaydigan usullar tushuniladi. Bunday holda, elektromagnit nurlanish turli chastota diapazonlarida yoki paydo bo'ladigan neytral zarrachalarning oqimlari va spektrlarida o'lchanadi. Bunga qattiq va yumshoq rentgen nurlari, ultrabinafsha, optik, infraqizil va radio diapazonlarida o'lchovlar kiradi. Spektrlarning o'lchovlari ham, alohida chiziqlarning joylashuvi va shakllari ham qiziqish uyg'otadi. Shaxsiy diagnostikada fazoviy kanallar soni bir necha yuzga etadi. Signalni ro'yxatga olish chastotasi bir necha MGts ga etadi. Har bir o'z-o'zini hurmat qiladigan o'rnatish 25-30 diagnostika to'plamiga ega. ITER tokamak reaktorida faqat dastlabki bosqichda bir necha o'nlab passiv va faol diagnostika bo'lishi kerak.

7. Plazmaning matematik modellari

Plazmani matematik modellashtirish masalalarini taxminan ikki guruhga bo'lish mumkin. Birinchi guruhga eksperimentni izohlash muammolari kiradi. Ular odatda noto'g'ri va tartibga solish usullarini ishlab chiqishni talab qiladi. Bu guruhdagi muammolarga misollar keltiramiz.

1. Plazma chegarasini plazmadan tashqaridagi maydonlarning magnit (zond) o'lchovlaridan qayta qurish. Bu muammo birinchi turdagi Fredgolm integral tenglamalariga yoki chiziqli algebraik tizimlarning kuchli degeneratsiyasiga olib keladi.
2. Akkord o'lchovlarini qayta ishlash. Bu erda biz Volterra-Fredholm aralash tipdagi birinchi turdagi integral tenglamalarga kelamiz.
3. Spektral chiziqlarning o'lchovlarini qayta ishlash. Bu erda instrumental funktsiyalarni hisobga olish talab qilinadi va biz yana birinchi turdagi Fredgolm integral tenglamalariga kelamiz.
4. Shovqinli vaqt signallarini qayta ishlash. Bu erda turli xil spektral parchalanishlar (Furye, to'lqin-yillar), turli tartibli korrelyatsiyalarni hisoblashdan foydalaniladi.
5. Zarrachalar spektrlarini tahlil qilish. Bu erda biz birinchi turdagi chiziqli bo'lmagan integral tenglamalar bilan shug'ullanamiz.

Quyidagi raqamlar yuqoridagi misollarning ayrimlarini ko'rsatadi. 4-rasmda MAST ob'ektida (Angliya) yumshoq rentgen signallarining vaqtinchalik harakati ko'rsatilgan, akkordlar bo'ylab kollimatsiyalangan detektorlar tomonidan o'lchanadi.

O'rnatilgan diagnostika 100 dan ortiq bunday signallarni qayd etadi. Egri chiziqlardagi o'tkir cho'qqilar plazmaning tez ichki harakatlariga ("tanaffuslari") mos keladi. Bunday harakatlarning ikki o'lchovli tuzilishini ko'p sonli signallarni tomografik ishlov berish yordamida topish mumkin.

5-rasmda bir xil MAST o'rnatishdan ikkita impuls uchun elektron bosimining fazoviy taqsimoti ko'rsatilgan.

Lazer nurlarining tarqoq nurlanish spektrlari radius bo'ylab 300 nuqtada o'lchanadi. 5-rasmdagi har bir nuqta detektorlar tomonidan qayd etilgan fotonlarning energiya spektrini kompleks qayta ishlash natijasidir. Lazer nurlari energiyasining faqat kichik bir qismi tarqalganligi sababli, spektrdagi fotonlar soni kichik va spektr kengligidan haroratni qayta tiklash noto'g'ri muammo bo'lib chiqadi.

Ikkinchi guruh plazmadagi jarayonlarni modellashtirishning dolzarb muammolarini o'z ichiga oladi. Tokamakdagi issiq plazma juda ko'p xarakterli vaqtlarga ega, ularning ekstremallari 12 darajali kattalik bilan farqlanadi. Shuning uchun plazmadagi "barcha" jarayonlarni o'z ichiga olgan modellar yaratilishini kutish behuda. Biz faqat juda tor xarakterli vaqt oralig'ida amal qiladigan modellardan foydalanishimiz kerak.

Asosiy modellarga quyidagilar kiradi:

• Plazmaning girokinetik tavsifi. Bu erda noma'lum - oltita o'zgaruvchiga bog'liq bo'lgan ion taqsimoti funktsiyasi: toroidal geometriyadagi uchta fazoviy koordinata, uzunlamasına va ko'ndalang tezliklar va vaqt. Bunday modellarda elektronlarni tavsiflash uchun o'rtacha hisoblash usullari qo'llaniladi. Bu muammoni hal qilish uchun bir qator xorijiy markazlarda gigant kodlar ishlab chiqilgan. Ular tomonidan hisoblash superkompyuterlarda ko'p vaqtni talab qiladi. Hozir Rossiyada bunday kodlar yo'q, dunyoning qolgan qismida ularning o'nga yaqini bor. Hozirgi vaqtda girokinetik kodlar plazma jarayonlarini 10 -5 -10 -2 sek vaqt oralig'ida tavsiflaydi. Bunga beqarorlikning rivojlanishi va plazma turbulentligining xatti-harakati kiradi. Afsuski, bu kodlar plazmadagi tashishning oqilona rasmini hali bermaydi. Hisob-kitoblar natijalarini tajriba bilan solishtirish hali boshlang'ich bosqichda.
• Plazmaning magnithidrodinamik (MHD) tavsifi. Ushbu sohada bir qator markazlar chiziqli uch o'lchamli modellar uchun kodlarni yaratdilar. Ular plazmaning barqarorligini o'rganish uchun ishlatiladi. Qoida tariqasida, parametrlar va o'sishlar maydonidagi beqarorlik chegaralari qidiriladi. Bunga parallel ravishda chiziqli bo'lmagan kodlar ishlab chiqilmoqda.

E'tibor bering, so'nggi 2 o'n yillikda fiziklarning plazma beqarorligiga munosabati sezilarli darajada o'zgargan. 1950-1960-yillarda plazmadagi beqarorlik "deyarli har kuni" aniqlandi. Ammo vaqt o'tishi bilan ma'lum bo'ldiki, ulardan faqat ba'zilari plazmaning qisman yoki to'liq yo'q qilinishiga olib keladi, qolganlari esa faqat energiya va zarrachalarning uzatilishini oshiradi (yoki ko'paytirmaydi). Plazmaning to'liq yo'q qilinishiga olib keladigan eng xavfli beqarorlik "stolning beqarorligi" yoki oddiygina "to'xtash" deb ataladi. Bu chiziqli bo'lmagan va individual rezonansli yuzalar bilan bog'liq bo'lgan ko'proq elementar chiziqli MHD rejimlari kosmosda kesishganda va shu bilan magnit sirtlarni yo'q qilganda rivojlanadi. Buzilish jarayonini tasvirlashga urinishlar chiziqli bo'lmagan kodlarni yaratishga olib keldi. Afsuski, hozircha ularning hech biri plazmani yo'q qilish rasmini tasvirlay olmaydi.

Bugungi tajribalar plazmasida stendning beqarorligidan tashqari, kam sonli beqarorlik xavfli hisoblanadi. Bu erda biz ulardan faqat ikkitasini nomlaymiz. Bular kamera devorlarining chekli o'tkazuvchanligi va undagi plazma barqarorlashtiruvchi oqimlarning susayishi bilan bog'liq bo'lgan RWM rejimi va rezonansli magnit yuzalarda magnit orollarning paydo bo'lishi bilan bog'liq NTM rejimi. Bugungi kunga kelib, ushbu turdagi buzilishlarni o'rganish uchun toroidal geometriyada bir nechta 3D MHD kodlari yaratilgan. Dastlabki bosqichda ham, rivojlangan turbulentlik bosqichida ham ushbu beqarorliklarni bostirish usullarini faol izlashlar mavjud.

• Plazmada tashish tavsifi, issiqlik o'tkazuvchanligi va diffuziya. Taxminan qirq yil oldin toroidal plazmada tashishning klassik (zarrachalarning juft to'qnashuviga asoslangan) nazariyasi yaratilgan. Ushbu nazariya "neoklassik" deb nomlandi. Biroq, 1960-yillarning oxirida, tajribalar shuni ko'rsatdiki, plazmadagi energiya va zarrachalarning o'tkazilishi neoklassikdan (1-2 darajaga) ko'proq. Shu asosda eksperimental plazmadagi oddiy transport "anomal" deb ataladi.

Plazmadagi turbulent hujayralar rivojlanishi orqali anomal transportni tasvirlashga ko'p urinishlar qilingan. So'nggi o'n yillikda dunyoning ko'plab laboratoriyalarida qabul qilingan odatiy usul quyidagicha. Taxminlarga ko'ra, anomal tashishning asosiy sababi ionlar va elektronlarning harorat gradientlari yoki plazmaning toroidal geometriyasida tutilgan zarrachalarning mavjudligi bilan bog'liq bo'lgan drift tipidagi beqarorlikdir. Bunday kodlar uchun hisob-kitoblar natijalari quyidagi rasmga olib keladi. Agar harorat gradientlari ma'lum bir kritik qiymatdan oshsa, unda rivojlanayotgan beqarorlik plazma turbulentligiga va energiya oqimlarining keskin o'sishiga olib keladi. Ushbu oqimlar eksperimental va tanqidiy gradientlar orasidagi masofaga (ba'zi metrikada) mutanosib ravishda o'sadi deb taxmin qilinadi. Shu tarzda, so'nggi o'n yillikda tokamak plazmasida energiya almashinuvini tasvirlash uchun bir nechta transport modellari qurilgan. Biroq, bu modellar asosida hisob-kitoblarni tajriba bilan solishtirishga urinishlar har doim ham muvaffaqiyatga olib kelmaydi. Tajribalarni tavsiflash uchun turli tushirish rejimlarida va plazma kesmasining turli fazoviy nuqtalarida turli beqarorliklar uzatishda asosiy rol o'ynashini taxmin qilish kerak. Natijada, bashorat har doim ham ishonchli emas.

So'nggi chorak asr davomida plazmaning "o'z-o'zini tashkil qilish" ning ko'plab belgilari aniqlanganligi sababli masala yanada murakkablashadi. Bunday ta'sirning namunasi 6-rasm a, b da ko'rsatilgan.

Shakl 6a bir xil oqimlar va magnit maydonlarga ega bo'lgan ikkita MAST razryadlari uchun plazma zichligi profillarini n (r) ko'rsatadi, lekin zichlikni saqlash uchun turli deyteriy gaz oqim tezligi bilan. Bu erda r - torusning markaziy o'qiga bo'lgan masofa. Ko'rinib turibdiki, zichlik profillari o'z shaklida juda katta farq qiladi. Xuddi shu impulslar uchun 6b-rasmda nuqtada normallashtirilgan elektron bosim rejimlari ko'rsatilgan - elektron harorat rejimi. Bosim profillarining "qanotlari" yaxshi mos kelishini ko'rish mumkin. Bundan kelib chiqadiki, elektron harorat rejimlari bosim rejimlarini bir xil qilish uchun "sozlash" kabi ko'rinadi. Ammo bu shuni anglatadiki, uzatish koeffitsientlari "sozlangan", ya'ni ular mahalliy plazma parametrlarining funktsiyalari emas. Umuman olganda, bunday rasm o'z-o'zini tashkil qilish deb ataladi. Markaziy qismdagi bosim rejimlari o'rtasidagi nomuvofiqlik yuqori zichlikdagi oqimning markaziy zonasida davriy MHD tebranishlari mavjudligi bilan izohlanadi. Qanotlardagi bosim profillari, bu statsionar bo'lishiga qaramay, bir-biriga mos keladi.

Bizning ishimizda o'z-o'zini tashkil etish effekti ko'plab beqarorliklarning bir vaqtning o'zida ta'siri bilan belgilanadi deb taxmin qilinadi. Ular orasida asosiy beqarorlikni ajratib ko'rsatish mumkin emas, shuning uchun transportning tavsifi dissipativ jarayonlar tufayli plazmada amalga oshiriladigan ba'zi variatsion printsiplar bilan bog'liq bo'lishi kerak. Bunday printsip sifatida Kadomtsev tomonidan taklif qilingan minimal magnit energiya printsipidan foydalanish taklif etiladi. Ushbu tamoyil bizga odatda kanonik deb ataladigan ba'zi maxsus oqim va bosim rejimlarini ajratish imkonini beradi. Transport modellarida ular muhim gradientlar bilan bir xil rol o'ynaydi. Ushbu yo'l bo'ylab qurilgan modellar tokamakning turli ish rejimlarida eksperimental harorat va plazma zichligi profillarini oqilona tavsiflash imkonini beradi.

8. Kelajakka yo'l. Umidlar va orzular.

Issiq plazma bo'yicha olib borilgan yarim asrdan ko'proq vaqt davomida termoyadroviy reaktorga olib boradigan yo'lning muhim qismi qamrab olindi. Hozirgi vaqtda bu maqsadda tokamak tipidagi qurilmalardan foydalanish eng istiqbolli ko'rinadi. Bunga parallel ravishda, 10-15 yil kechikish bilan, yulduzlar yo'nalishi rivojlanmoqda. Ushbu qurilmalardan qaysi biri tijorat reaktori uchun ko'proq mos kelishini hozir aytish mumkin emas. Buni faqat kelajakda hal qilish mumkin.

1960-yillardan beri CTS bo'yicha tadqiqotlarning rivojlanishi 7-rasmda qo'sh logarifmik shkalada ko'rsatilgan.

Termoyadro reaksiyalarini amalga oshirish bilan bog'liq asosiy muammolar

Termoyadroviy reaktorda termoyadroviy reaktsiya sekin bo'lishi kerak va uni boshqarish mumkin bo'lishi kerak. Yuqori haroratli deyteriy plazmasida sodir bo'ladigan reaktsiyalarni o'rganish sun'iy boshqariladigan termoyadro reaktsiyalarini olishning nazariy asosidir. Asosiy qiyinchilik - bu o'z-o'zidan barqaror termoyadro reaktsiyasini olish uchun zarur bo'lgan sharoitlarni saqlash. Bunday reaktsiya uchun reaktsiya sodir bo'lgan tizimda energiyaning ajralib chiqish tezligi tizimdan energiyani olib tashlash tezligidan kam bo'lmasligi kerak. 10 8 K darajadagi haroratlarda deyteriy plazmasidagi termoyadro reaktsiyalari sezilarli intensivlikka ega va katta energiya ajralib chiqishi bilan birga keladi. Plazma hajmining birligida, deyteriy yadrolari birlashganda, 3 kVt / m 3 quvvat chiqariladi. 10 6 K tartibli haroratlarda quvvat faqat 10 -17 Vt / m 3 ni tashkil qiladi.

Ammo chiqarilgan energiyadan amalda qanday foydalanish kerak? Deyteriyning triteriy bilan sintezi jarayonida ajralib chiqadigan energiyaning asosiy qismi (taxminan 80%) neytronlarning kinetik energiyasi shaklida namoyon bo'ladi. Agar bu neytronlar magnit tuzoqdan tashqarida sekinlashtirilsa, u holda issiqlikni olish mumkin, keyin esa elektr energiyasiga aylanadi. Deyteriydagi termoyadroviy reaksiya jarayonida chiqarilgan energiyaning taxminan 2/3 qismi zaryadlangan zarralar - reaksiya mahsulotlari tomonidan olib boriladi va energiyaning faqat 1/3 qismi neytronlardir. Va zaryadlangan zarralarning kinetik energiyasi to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasiga aylanishi mumkin.

Sintez reaksiyalarini amalga oshirish uchun qanday sharoitlar zarur? Bu reaksiyalarda yadrolar bir-biri bilan birlashishi kerak. Ammo har bir yadro musbat zaryadlangan, ya'ni ular o'rtasida Kulon qonuni bilan belgilanadigan itaruvchi kuchlar harakat qiladi:

Bu yerda Z 1 e - bitta yadroning zaryadi, Z 2 e - ikkinchi yadroning zaryadi, e - elektron zaryad moduli. Bir-biri bilan bog'lanish uchun yadrolar Kulonning itaruvchi kuchlarini engib o'tishlari kerak. Yadrolar bir-biriga yaqinlashganda, bu kuchlar juda katta bo'ladi. Eng kichik itaruvchi kuchlar eng kichik zaryadga ega (Z=1) vodorod yadrolarida bo'ladi. Kulonning itaruvchi kuchlarini yengish va ulanish uchun yadrolar taxminan 0,01 - 0,1 MeV kinetik energiyaga ega bo'lishi kerak. Bunday energiya 10 8 - 10 9 K tartibli haroratga to'g'ri keladi va bu hatto Quyoshning ichaklaridagi haroratdan ham ko'proqdir! Termoyadro reaktsiyalari juda yuqori haroratlarda sodir bo'lishi sababli ular termoyadro deb ataladi.

Termoyadroviy reaktsiyalar energiya manbai bo'lishi mumkin, agar energiya chiqarilishi xarajatlardan oshsa. Shunda, ular aytganidek, sintez jarayoni o'z-o'zidan davom etadi.

Bu sodir bo'ladigan harorat ateşleme harorati yoki tanqidiy harorat deb ataladi. DT (deyteriy - triteriy) reaksiyasi uchun yonish harorati taxminan 45 million K, DD (deyteriy - deyteriy) reaktsiyasi uchun 400 million K ga yaqin. Shunday qilib, DT reaktsiyalari DD reaktsiyalariga qaraganda ancha past haroratlarni talab qiladi. Shuning uchun plazma tadqiqotchilari DT reaksiyalarini afzal ko'rishadi, garchi tritiy tabiatda uchramaydi va termoyadroviy reaktorda uni ko'paytirish uchun maxsus sharoitlar yaratilishi kerak.

Qanday qilib plazmani qandaydir o'rnatishda - termoyadroviy reaktorda saqlash va termoyadroviy jarayon boshlanishi uchun uni qanday isitish kerak? Yuqori haroratli plazmadagi energiya yo'qotishlari, asosan, qurilma devorlari orqali issiqlikning chiqishi bilan bog'liq. Plazma devorlardan keyin izolyatsiya qilinishi kerak. Shu maqsadda kuchli magnit maydonlar qo'llaniladi (plazmaning magnit issiqlik izolatsiyasi). Agar plazma ustunidan o'z o'qi yo'nalishi bo'yicha katta elektr toki o'tkazilsa, u holda bu oqimning magnit maydonida plazmani devorlardan ajratilgan plazma ustuniga siqib chiqaradigan kuchlar paydo bo'ladi. Plazmani devorlardan ajratilgan holda saqlash va turli plazma beqarorliklariga qarshi kurashish eng murakkab muammolar bo'lib, ularni hal qilish boshqariladigan termoyadro reaktsiyalarini amaliy amalga oshirishga olib kelishi kerak.

Ko'rinib turibdiki, zarrachalarning konsentratsiyasi qanchalik yuqori bo'lsa, ular bir-biri bilan tez-tez to'qnashadi. Shuning uchun termoyadroviy reaktsiyalarni amalga oshirish uchun yuqori konsentratsiyali zarrachalar plazmasidan foydalanish kerakdek tuyulishi mumkin. Ammo, agar zarrachalarning konsentratsiyasi normal sharoitda (10 25 m -3) gazlardagi molekulalarning konsentratsiyasi bilan bir xil bo'lsa, u holda termoyadroviy haroratlarda plazmadagi bosim juda katta bo'ladi - taxminan 10 12 Pa. Hech qanday texnik qurilma bunday bosimga bardosh bera olmaydi! Bosim 10 6 Pa tartibda bo'lishi va materialning mustahkamligiga mos kelishi uchun termoyadro plazmasi juda kam bo'lishi kerak (zarrachalar kontsentratsiyasi 10 21 m -3 ga teng bo'lishi kerak). kam uchraydigan plazmada zarrachalarning bir-biri bilan to'qnashuvi kamroq sodir bo'ladi. Bunday sharoitda termoyadroviy reaksiya davom etishi uchun zarrachalarning reaktorda turish vaqtini oshirish kerak. Shu munosabat bilan, tuzoqning ushlab turish qobiliyati zarrachalar konsentratsiyasining n kontsentratsiyasining ularning tuzoqda ushlab turish t vaqtiga ko'paytmasi bilan tavsiflanadi.

Ma'lum bo'lishicha, DD reaktsiyasi uchun

nt>10 22 m -3. dan,

va reaksiya DT uchun

nt>10 20 m -3. dan.

Bu shuni ko'rsatadiki, DD reaktsiyasi uchun n=10 21 m -3 da ushlab turish vaqti 10 s dan katta bo'lishi kerak; agar n=10 24 m -3 bo'lsa, unda ushlab turish vaqti 0,1 s dan oshishi kifoya.

Deyteriy va tritiy aralashmasi uchun n=10 21 m -3 da, agar plazmani ushlab turish vaqti 0,1 s dan katta bo'lsa, termoyadro sintezi reaktsiyasi boshlanishi mumkin va n=10 24 m -3 da bu vaqt kattaroq bo'lishi kifoya. 10-4 s dan ortiq. Shunday qilib, bir xil sharoitlarda DT reaktsiyasining talab qilinadigan ushlab turish vaqti DD reaktsiyalariga qaraganda sezilarli darajada kam bo'lishi mumkin. Shu ma’noda DT reaksiyasi DD reaksiyasiga qaraganda osonroq amalga oshiriladi.

Quyosh batareyalari, ularning birikmalari - batareyalarning ishlash mexanizmini o'rganish

Quyosh panellarining samaradorligi past va 10-20% oralig'ida yotadi. Eng yuqori samaradorlikka ega quyosh xujayralari qalinligi 300 mikron bo'lgan monokristal va polikristal kremniy asosida ishlab chiqariladi. Bunday batareyalarning samaradorligi 20% ga etadi ...

Ikki erkinlik darajasiga ega bo'lgan mexanik tizimning harakatini o'rganish

Aylanuvchi jismning tayanchidagi reaksiyalarni kinetostatik usul bilan aniqlaymiz. U dinamika masalasini statika vositalari (tenglamalari) orqali yechishdan iborat. Mexanik tizimning har bir nuqtasi uchun dinamikaning asosiy tenglamasi amal qiladi: (4...

Optika va tabiatdagi optik hodisalar

Kamalak Kamalak - yorug'lik nurlarining ko'p yomg'ir tomchilarida sinishi bilan bog'liq optik hodisa. Biroq, hamma ham bilmaydi ...

Yengil yadrolarning birlashishi uchun musbat zaryadlangan yadrolardagi protonlarning kulon repulsiyasidan kelib chiqadigan potentsial to'siqni engib o'tish kerak. 12D vodorod yadrolarining birlashishi uchun ularni bir-biriga yaqin masofada birlashtirish kerak.

Termoyadro sintezi muammolari

Er sharoitida termoyadro reaksiyalarini amalga oshirish energiya olish uchun katta imkoniyatlar yaratadi. Misol uchun, bir litr suvda mavjud bo'lgan deyteriydan foydalanganda, termoyadro termoyadroviy reaktsiyasida bir xil miqdordagi energiya chiqariladi ...

Termoyadro sintezi muammolari

Fiziklar termoyadroviy sintez reaktsiyalarining energiyasini o'zlashtirish yo'llarini doimiy ravishda izlamoqda. Allaqachon bunday reaktsiyalar turli termoyadro qurilmalarida amalga oshirilmoqda, ammo ularda chiqarilgan energiya hali ham mablag' va mehnat sarfini oqlamaydi ...

Termoyadro sintezi muammolari

Yadro sintezi institutida plazma fizikasi va boshqariladigan termoyadro sintezi boʻyicha tadqiqotlarning asosiy yoʻnalishi...

Zamonaviy tsivilizatsiya uchun energiyaga bo'lgan ehtiyojni qondirishning beqiyos ahamiyati "energiya xavfsizligi" kabi xususiyatni joriy etishda namoyon bo'ladi...

Deaeratsiya zavodining ish jarayonlari va uning elementlari

Biz inson hayotining barcha jabhalariga eng ko'p ta'sir qiladigan va tsivilizatsiyaning barqaror rivojlanishining asoslariga ta'sir qiladigan uchta asosiy muammo haqida gapirishimiz mumkin...

To'g'ridan-to'g'ri ommaviy magnitostatik to'lqinlarda rezonator filtrini hisoblash

Chastota javobining notekisligini yaxshilash va tarmoqli kengligini kengaytirishga bir xil rezonatorlar o'rtasidagi kritik ulanish holatida erishish mumkin. Bu diapazondan tashqarida bostirishni ham, chastotaga javob yonbag'irlarining qiyaligini ham yaxshilaydi ...

Boshqariladigan termoyadro sintezi

Birlashish reaktsiyasi quyidagicha: ikki yoki undan ortiq atom yadrolari olinadi va ma'lum bir kuch qo'llanilishi bilan ular bir-biriga shunchalik yaqinlashadiki, bunday masofalarda harakat qiluvchi kuchlar ...

Makromolekulyar birikmalar fizikasi

Polimerlarning kimyoviy o'zgarishlari makromolekulyar birikmalarning ko'plab yangi sinflarini yaratishga va tayyor polimerlarning xususiyatlari va qo'llanilishini keng doirada o'zgartirishga imkon beradi ...

Materiyaning ekstremal holatlari

Harorat va bosim etarlicha yuqori bo'lganda, moddada yadroviy o'zgarishlar boshlanadi, ular energiya chiqishi bilan davom etadi. Bu jarayonlarni o‘rganish muhimligini bu yerda tushuntirishga hojat yo‘q...

Rossiyaning energiya xavfsizligi

Plazma fizikasi sohasi yulduzni shishaga solish istagi tufayli rivojlandi. So'nggi bir necha o'n yilliklar davomida bu soha son-sanoqsiz yo'nalishlarda o'sdi: astrofizikadan kosmik ob-havoga, nanotexnologiyaga.

Plazma haqidagi umumiy tushunchamiz oshgani sayin, termoyadroviy sharoitlarni bir soniyadan ko'proq ushlab turish qobiliyatimiz ham oshdi. Joriy yilning boshida Xitoyda yangi o‘ta o‘tkazuvchan termoyadroviy reaktor plazmani 102 soniya davomida 50 million daraja Selsiyda ushlab turishga muvaffaq bo‘ldi. O'tgan yilning kuzida Germaniyada birinchi marta jonli efirga uzatilgan Wendelstein X-7 Stellarator bu rekordni yangilashi va plazmani bir vaqtning o'zida 30 daqiqagacha ushlab turishi kutilmoqda.

Yaqinda NSTX-U yangilanishi ushbu yirtqich hayvonlarga nisbatan kamtarona ko'rinadi: tajriba endi plazmani bir soniya o'rniga besh soniya ushlab turishi mumkin. Ammo bu ham muhim bosqichdir.

"Faqat besh soniya yashaydigan termoyadroviy plazmani yaratish juda uzoq jarayon kabi ko'rinmasligi mumkin, ammo plazma fizikasida besh soniyani barqaror holatdagi fizikasi bilan solishtirish mumkin", deydi Mayers plazma qanday sharoitlarda ekanligiga ishora qilib. barqarordir. Yakuniy maqsad tashqaridan oz miqdorda energiya kiritish bilan termoyadroviyni o'z-o'zidan o'tkaza oladigan "yonib turgan plazma" ning barqaror holatiga erishishdir. Bunga hali hech qanday tajriba erishmagan.

NSTX-U Prinstonlik tadqiqotchilarga plazma fizikasidan ma'lum bo'lgan va barqaror yonish va toza elektr energiyasini ishlab chiqarishga qodir bo'lgan tajriba zavodini yaratish uchun zarur bo'lgan ba'zi bo'shliqlarni to'ldirishga imkon beradi.

Bir tomondan, eng yaxshi saqlash materiallarini topish uchun biz termoyadroviy plazma va reaktor devorlari o'rtasida nima sodir bo'lishini yaxshiroq tushunishimiz kerak. Prinston uzoq muddatli korroziyani kamaytirish maqsadida o‘z reaktorining devorlarini (uglerodli grafitdan yasalgan) suyuq litiy “devoriga” almashtirish imkoniyatlarini o‘rganmoqda.

Bundan tashqari, olimlarning fikricha, termoyadroviy global isishga qarshi kurashda yordam bersa, ular shoshilishlari kerak. NSTX-U fiziklarga sferik tokamak dizaynini ishlab chiqishni davom ettirish to‘g‘risida qaror qabul qilishda yordam beradi. Tokamak tipidagi reaktorlarning ko'pchiligi shakli olma shaklida kamroq, donut, simit yoki torusga o'xshaydi. Sferik torusning g'ayrioddiy shakli uning bobinlarining magnit maydonidan yanada samarali foydalanish imkonini beradi.

"Uzoq muddatda biz ushbu mashinalardan birining konfiguratsiyasini qanday optimallashtirishni aniqlamoqchimiz", deydi Martin Grinvald, Plazma va termoyadroviy fanlar markazi direktori dotsenti. "Buni amalga oshirish uchun siz mashinaning ishlashi siz boshqarishingiz mumkin bo'lgan narsaga, masalan, shaklga bog'liqligini bilishingiz kerak."

Myers bizni tijoriy jihatdan mumkin bo'lgan termoyadroviy quvvatdan qanchalik uzoqda ekanligimizni hukm qilishni yomon ko'radi va uni tushunish mumkin. Negaki, o‘nlab yillar davom etgan muqarrar optimizm bu sohaning obro‘siga jiddiy putur yetkazdi va sintezning quruq orzu ekanligi haqidagi g‘oyani mustahkamladi. Barcha moliyaviy natijalar bilan.

Federatsiyalar eng kuchli magnit maydonlardan birini ishlab chiqaradigan va termoyadroviy plazmani eng yuqori bosimda namoyish qiluvchi Alcator C-Mid tokamakni qo'llab-quvvatlagani MIT termoyadroviy dasturiga katta zarba bo'ldi. Kutilayotgan NSTX-U tadqiqotlarining aksariyati Myersning ta'kidlashicha, "bir yilda" keladigan federal yordamga bog'liq bo'ladi.

Har bir inson o'z tadqiqot dollarlarini sarflashda ehtiyot bo'lishi kerak va ba'zi termoyadroviy dasturlar allaqachon aql bovar qilmaydigan mablag'larni yutib yuborgan. Masalan, Frantsiyada qurilayotgan ulkan supero'tkazuvchi termoyadroviy reaktor ITERni olaylik. 2005-yilda xalqaro hamkorlik boshlanganida, u 5 milliard dollarlik, 10 yillik loyiha sifatida e’lon qilindi. Bir necha yillik muvaffaqiyatsizlikdan so'ng, narx yorlig'i 40 milliard dollarga ko'tarildi. Eng optimistik hisob-kitoblarga ko'ra, ob'ekt 2030 yilgacha qurib bitkaziladi.

ITER o'simta kabi shishib ketguncha va o'z xostini o'ldirguncha shishishi mumkin bo'lgan joyda, MITning ajratilgan termoyadroviy dasturi buni qanday qilib kamroq byudjetda amalga oshirish mumkinligini ko'rsatadi. O'tgan yozda MIT aspirantlari jamoasi ARC, arzon termoyadroviy reaktor uchun rejalarini e'lon qildi, u yangi yuqori haroratli o'ta o'tkazuvchan materiallardan ITER bilan bir xil miqdorda quvvat ishlab chiqarish uchun foydalanadi, faqat juda kichikroq qurilma bilan.

Grinvald ARC kontseptsiyasi hozirda MITning Energetika tashabbusi tomonidan amalga oshirilayotganini ta'kidlab, "Fusion uchun qiyinchilik uni iqtisodiy jihatdan foydali qiladigan texnik yo'lni topishdir, bu biz tez orada qilishni rejalashtirgan narsadir". "Agar termoyadroviy global isishga ta'sir qiladigan bo'lsa, biz tezroq harakat qilishimiz kerak deb hisoblaymiz".

"Fusion energiyaning asosiy manbai bo'lishni va'da qilmoqda - bu, aslida, bizning yakuniy maqsadimizdir", deydi Robert Rosner, Chikago universitetining plazma fizigi va uning qoshidagi Energetika siyosati instituti hammuassisi. “Shu bilan birga, muhim savol bor: biz hozir qancha pul sarflashga tayyormiz. Agar biz moliyalashtirishni shu darajaga qisqartirsak, aqlli bolalarning keyingi avlodi buni umuman qilishni xohlamasa, biz undan butunlay chiqib ketamiz."

2016 yil 9 iyul

Ba'zi optimistlarning ta'kidlashicha, zamonaviy supero'tkazgichlardan foydalanadigan innovatsion loyihalar tez orada boshqariladigan termoyadro sinteziga imkon beradi. Mutaxassislarning fikriga ko'ra, amaliy qo'llash bir necha o'n yillar davom etadi.

Nega bunchalik qiyin?

Fusion energiyasi kelajak uchun potentsial energiya manbai hisoblanadi. Bu atomning sof energiyasi. Lekin bu nima va nima uchun unga erishish juda qiyin? Boshlash uchun klassik yadro parchalanishi va termoyadro sintezi o'rtasidagi farqni tushunishimiz kerak.

Atomning bo'linishi shundan iboratki, radioaktiv izotoplar - uran yoki plutoniy bo'linadi va boshqa yuqori radioaktiv izotoplarga aylanadi, keyin ularni ko'mish yoki qayta ishlash kerak.

Termoyadroviy reaksiya shundan iboratki, vodorodning ikkita izotoplari - deyteriy va tritiy - bitta butunga birlashib, toksik bo'lmagan geliy va bitta neytron hosil qiladi, radioaktiv chiqindilarni hosil qilmaydi.

Nazorat muammosi

Quyoshda yoki vodorod bombasida sodir bo'ladigan reaktsiyalar termoyadroviy sintez bo'lib, muhandislar oldida juda qiyin vazifa turibdi - bu jarayonni elektr stantsiyasida qanday boshqarish kerak?

Bu olimlar 1960-yillardan beri ishlamoqda. Germaniya shimolidagi Greifsvald shahrida Wendelstein 7-X deb nomlangan yana bir tajriba termoyadroviy reaktor ishlay boshladi. U hali reaktsiya yaratish uchun mo'ljallanmagan - bu shunchaki sinovdan o'tayotgan maxsus dizayn (tokamak o'rniga yulduzcha).

yuqori energiya plazmasi

Barcha termoyadro qurilmalari umumiy xususiyatga ega - halqa shakli. U torus shaklidagi kuchli elektromagnit maydonni - shishirilgan velosiped trubkasini yaratish uchun kuchli elektromagnitlardan foydalanish g'oyasiga asoslanadi.

Bu elektromagnit maydon shunchalik zich bo'lishi kerakki, u mikroto'lqinli pechda bir million daraja Selsiygacha qizdirilganda halqaning eng markazida plazma paydo bo'lishi kerak. Keyin termoyadro sintezi boshlanishi uchun yondiriladi.

Imkoniyatlarni namoyish qilish

Hozirda Yevropada ikkita shunday tajribalar olib borilmoqda. Ulardan biri yaqinda birinchi geliy plazmasini yaratgan Wendelstein 7-X. Ikkinchisi - ITER, Frantsiya janubidagi ulkan eksperimental termoyadroviy inshoot, u hali ham qurilishi davom etmoqda va 2023 yilda ishga tushishga tayyor.

Haqiqiy yadroviy reaktsiyalar ITERda qisqa vaqt ichida va, albatta, 60 daqiqadan ko'proq bo'lmasada sodir bo'lishi kutilmoqda. Bu reaktor yadroviy sintezni haqiqatga aylantirish yo'lidagi ko'p qadamlardan biri xolos.

Termoyadroviy reaktor: kichikroq va kuchliroq

Yaqinda bir nechta dizaynerlar yangi reaktor dizaynini e'lon qilishdi. Massachusets texnologiya instituti talabalari, shuningdek, qurol ishlab chiqaruvchi Lockheed Martin kompaniyasi vakillarining so‘zlariga ko‘ra, termoyadroviy ITER’dan ancha kuchliroq va kichikroq ob’ektlarda amalga oshirilishi mumkin va ular buni o‘n yil ichida amalga oshirishga tayyor. yillar.

Yangi dizayn g‘oyasi elektromagnitlarda suyuq geliyni talab qiladigan an’anaviylardan ko‘ra suyuq azot bilan sovutilganda o‘z xususiyatlarini namoyon qiluvchi zamonaviy yuqori haroratli o‘ta o‘tkazgichlardan foydalanishdan iborat. Yangi, yanada moslashuvchan texnologiya reaktor dizaynini butunlay o‘zgartirish imkonini beradi.

Germaniyaning janubi-g'arbiy qismidagi Karlsrue texnologiya institutida yadroviy sintez texnologiyasi bo'yicha mas'ul Klaus Xesch bunga shubha bilan qaraydi. U yangi reaktor konstruksiyalari uchun yangi yuqori haroratli supero‘tkazgichlardan foydalanishni qo‘llab-quvvatlaydi. Ammo, uning fikricha, fizika qonunlarini hisobga olgan holda kompyuterda biror narsa ishlab chiqishning o'zi etarli emas. G'oyani amaliyotga tatbiq etishda yuzaga keladigan qiyinchiliklarni hisobga olish kerak.

Ilmiy fantastika

Heshning so'zlariga ko'ra, MIT talaba modeli faqat loyihaning imkoniyatini ko'rsatadi. Lekin bu aslida juda ko'p ilmiy fantastika. Loyiha termoyadroviy sintezning jiddiy texnik muammolarini hal qilishini nazarda tutadi. Ammo zamonaviy fan ularni qanday hal qilishni bilmaydi.

Bunday muammolardan biri yig'iladigan bobinlar g'oyasi. MIT dizayn modelida plazmani ushlab turadigan halqa ichiga kirish uchun elektromagnitlarni demontaj qilish mumkin.

Bu juda foydali bo'ladi, chunki ichki tizimdagi ob'ektlarga kirish va ularni almashtirish mumkin bo'ladi. Lekin, aslida, supero'tkazgichlar keramik materialdan qilingan. To'g'ri magnit maydon hosil qilish uchun ularning yuzlablari murakkab tarzda bir-biriga bog'langan bo'lishi kerak. Va bu erda ko'proq fundamental qiyinchiliklar mavjud: ular orasidagi aloqalar mis kabellarning ulanishlari kabi oddiy emas. Hech kim bunday muammolarni hal qilishga yordam beradigan tushunchalar haqida o'ylamagan.

juda issiq

Yuqori harorat ham muammodir. Termoyadroviy plazmaning yadrosida harorat Selsiy bo'yicha 150 million darajaga etadi. Bu haddan tashqari issiqlik o'z joyida - ionlangan gazning to'g'ridan-to'g'ri markazida qoladi. Ammo uning atrofida ham u juda issiq - reaktor zonasida 500 dan 700 darajagacha, bu metall quvurning ichki qatlami bo'lib, unda yadro sintezi uchun zarur bo'lgan tritiy "ko'payadi".

Termoyadroviy reaktorda yanada katta muammo bor - quvvatni chiqarish deb ataladigan muammo. Bu termoyadroviy jarayondan foydalanilgan yoqilg'ini, asosan geliyni oladigan tizimning bir qismi. Issiq gaz kiradigan birinchi metall komponentlar "divertor" deb ataladi. 2000 ° C dan yuqori haroratgacha qizdirilishi mumkin.

Divertor muammosi

O'rnatish bunday haroratga bardosh berishi uchun muhandislar eski moda akkor lampalarda ishlatiladigan metall volframdan foydalanishga harakat qilmoqdalar. Volframning erish nuqtasi taxminan 3000 daraja. Ammo boshqa cheklovlar ham mavjud.

ITERda buni qilish mumkin, chunki unda isitish doimiy ravishda sodir bo'lmaydi. Reaktor vaqtning atigi 1-3 foizida ishlaydi, deb taxmin qilinadi. Ammo bu 24/7 ishlashi kerak bo'lgan elektr stantsiyasi uchun imkoniyat emas. Va agar kimdir ITER bilan bir xil quvvatga ega bo'lgan kichikroq reaktor qurishga qodirligini da'vo qilsa, unda divertor muammosiga yechim yo'q deb aytish mumkin.

Bir necha o'n yilliklarda elektr stantsiyasi

Shunga qaramay, olimlar termoyadroviy reaktorlarning rivojlanishiga optimistik qarashadi, garchi bu ba'zi ishqibozlar taxmin qilganidek tez bo'lmaydi.

ITER boshqariladigan termoyadroviy plazmani isitish uchun sarflanganidan ko'ra ko'proq energiya ishlab chiqarishi mumkinligini ko'rsatishi kerak. Keyingi qadam elektr energiyasini ishlab chiqaradigan yangi gibrid ko'rgazmali elektr stantsiyasini qurishdir.

Muhandislar allaqachon uning dizayni ustida ishlamoqda. Ular 2023-yilda ishga tushirilishi rejalashtirilgan ITER’dan o‘rganishlari kerak bo‘ladi. Loyihalash, rejalashtirish va qurish uchun zarur bo‘lgan vaqtni hisobga olsak, birinchi termoyadroviy elektr stansiyasi 21-asr o‘rtalaridan ancha erta ishga tushirilishi dargumon.

Sovuq Fusion Rossi

2014-yilda E-Cat reaktorining mustaqil sinovi shuni ko'rsatdiki, qurilma 900 vatt iste'moli bilan 32 kunlik davrda o'rtacha 2800 vatt quvvat ishlab chiqargan. Bu har qanday kimyoviy reaktsiyani ajratib olishga qodir bo'lganidan ham ko'proq. Natija termoyadroviy sintezdagi yutuq yoki to'g'ridan-to'g'ri firibgarlik haqida gapiradi. Hisobot skeptiklarning hafsalasi pir bo'ldi, ular test haqiqatan ham mustaqil ekanligiga shubha qiladilar va test natijalarini soxtalashtirishni taklif qiladilar. Boshqalar esa Rossining sinteziga texnologiyani takrorlash imkonini beruvchi “maxfiy ingredientlar”ni aniqlash bilan band edi.

Rossi firibgarmi?

Andrea hayratlanarli. U o'z veb-saytining "Journal of Nuclear Physics" deb nomlangan sharhlar qismida noyob ingliz tilida dunyoga e'lonlarni nashr etadi. Ammo uning oldingi muvaffaqiyatsiz urinishlari Italiyaning chiqindidan yoqilg'iga aylanishi loyihasini va termoelektr generatorini o'z ichiga olgan. Chiqindilarni energiyaga aylantiruvchi Petroldragon loyihasi qisman muvaffaqiyatsizlikka uchradi, chunki chiqindilarni noqonuniy tashlab yuborish Italiyaning uyushgan jinoyatchiligi tomonidan nazorat qilinadi va u chiqindilarni boshqarish qoidalarini buzganlik uchun unga qarshi jinoiy ish qo'zg'adi. U, shuningdek, AQSh armiyasi muhandislar korpusi uchun termoelektrik qurilma yaratdi, ammo sinov paytida gadjet e'lon qilingan quvvatning faqat bir qismini ishlab chiqardi.

Ko'pchilik Rossiga ishonmaydi va New Energy Times bosh muharriri uni orqasida bir qator muvaffaqiyatsiz energetika loyihalari bo'lgan jinoyatchi deb atagan.

Mustaqil tekshirish

Rossi Amerikaning Industrial Heat kompaniyasi bilan 1 MVt quvvatga ega sovuq termoyadroviy qurilmani bir yil davomida maxfiy sinovdan o'tkazish uchun shartnoma imzoladi. Qurilma o'nlab E-Mushuklar bilan o'ralgan yuk tashish konteyneri edi. Tajriba issiqlik hosil bo'lishi haqiqatan ham sodir bo'layotganligini tasdiqlay oladigan uchinchi tomon tomonidan nazorat qilinishi kerak edi. Rossining ta'kidlashicha, o'tgan yilning ko'p qismini deyarli konteynerda yashab o'tkazgan va E-Mushukning tijorat hayotiyligini isbotlash uchun kuniga 16 soatdan ko'proq operatsiyalarni nazorat qilgan.

Test mart oyida yakunlandi. Rossining tarafdorlari o‘z qahramonining oqlanishiga umid qilib, kuzatuvchilar hisobotini intiqlik bilan kutishgan. Ammo oxir-oqibat ularni sudga berishdi.

Sinov

Florida sudiga arizada Rossi sinov muvaffaqiyatli o'tganini va mustaqil hakam E-Cat reaktori iste'mol qilganidan olti baravar ko'proq energiya ishlab chiqarishini tasdiqladi. Uning ta'kidlashicha, Industrial Heat unga 24 soatlik sinovdan so'ng 100 million dollar - 11,5 million dollar to'lashga rozi bo'lgan (taxminan kompaniya texnologiyani AQShda sotishi uchun litsenziyalash huquqi uchun) va kengaytirilgan sinov muvaffaqiyatli yakunlanganidan keyin yana 89 million dollar. 350 kun ichida. Rossi IHni uning intellektual mulkini o‘g‘irlash bo‘yicha “firibgarlik sxemasini” yuritishda aybladi. Shuningdek, u kompaniyani E-Cat reaktorlarini o‘zlashtirganlikda, innovatsion texnologiyalar va mahsulotlar, funksionallik va dizaynlardan noqonuniy nusxa ko‘chirishda hamda intellektual mulkiga patentni suiiste’mol qilishda aybladi.

Oltin koni

Boshqa joyda, Rossining ta'kidlashicha, o'zining namoyishlaridan birida IH yuqori xitoylik amaldorlar ishtirokidagi takroriy o'yindan keyin investorlardan 50-60 million dollar va Xitoydan yana 200 million dollar olgan. Agar bu to'g'ri bo'lsa, unda yuz million dollardan ko'proq narsa xavf ostida. Industrial Heat bu da'volarni asossiz deb rad etdi va o'zini faol himoya qilmoqchi. Eng muhimi, u "Rossi o'zining E-Cat texnologiyasi bilan erishgan natijalarni tasdiqlash uchun uch yildan ko'proq vaqt davomida ishlaganini, ammo barchasi muvaffaqiyat qozonmaganini" da'vo qilmoqda.

IH E-Catga ishonmaydi va New Energy Times bunga shubha qilish uchun hech qanday sabab ko'rmaydi. 2011 yil iyun oyida nashr vakili Italiyaga tashrif buyurib, Rossidan intervyu oldi va uning E-Cat namoyishini suratga oldi. Bir kun o'tgach, u issiqlik quvvatini o'lchash usuli bilan bog'liq jiddiy xavotirlarini bildirdi. 6 kundan so‘ng jurnalist o‘z videosini YouTube’ga joylashtirdi. Butun dunyodan ekspertlar unga iyul oyida chop etilgan tahlillarni yuborishdi. Bu firibgarlik ekanligi ayon bo'ldi.

Eksperimental tasdiqlash

Shunga qaramay, bir qator tadqiqotchilar - Rossiya Xalqlar Do'stligi Universitetidan Aleksandr Parkxomov va Martin Fleishman xotirasi loyihasi (MFPM) - Rossiyaning sovuq sintezini takrorlashga muvaffaq bo'lishdi. MFPM hisoboti "Uglerod davrining oxiri yaqin" deb nomlangan. Bunday hayratga sabab gamma-nurlanishning portlashi kashfiyoti bo'lib, uni termoyadroviy reaktsiyadan boshqa tarzda tushuntirib bo'lmaydi. Tadqiqotchilarning fikricha, Rossi aynan nima haqida gapirayotganiga ega.

Sovuq termoyadroviy uchun ochiq retsept energiya oltin shovqinini keltirib chiqarishi mumkin. Rossining patentlarini chetlab o'tish va uni ko'p milliard dollarlik energiya biznesidan chetlashtirish uchun muqobil usullarni topish mumkin.

Shuning uchun, ehtimol, Rossi bu tasdiqdan qochishni afzal ko'rardi.

3. Boshqariladigan termoyadro sintezi muammolari

Barcha rivojlangan mamlakatlardagi tadqiqotchilar boshqariladigan termoyadro reaktsiyasi orqali yaqinlashib kelayotgan energiya inqirozini yengib o'tishga umid qilmoqdalar. Bunday reaktsiya - geliyning deyteriy va tritiydan sintezi - millionlab yillar davomida Quyoshda sodir bo'lib kelmoqda va ular ellik yildan beri yer sharoitida uni ulkan va juda qimmat lazer qurilmalarida, tokamaklarda amalga oshirishga harakat qilmoqdalar. (issiq plazmada termoyadro termoyadroviy reaktsiyasini amalga oshirish uchun qurilma) va stellaratorlar (yuqori haroratli plazmani o'z ichiga olgan yopiq magnit tuzoq). Biroq, bu qiyin muammoni hal qilishning boshqa usullari mavjud va katta tokamaklar o'rniga, ehtimol, termoyadroviy sintezni amalga oshirish uchun juda ixcham va arzon kollayder - to'qnashuv nurlari ustidagi tezlatgichdan foydalanish mumkin bo'ladi.

Tokamak ishlashi uchun juda oz miqdorda litiy va deyteriy talab qilinadi. Masalan, 1 GVt elektr quvvatiga ega reaktor yiliga 100 kg deyteriy va 300 kg litiyni yoqadi. Agar barcha termoyadro stansiyalari 10 trln. Yiliga kVt/soat elektr energiyasi, ya'ni bugungi kunda Yerning barcha elektr stansiyalari ishlab chiqargan darajada, deyteriy va litiyning jahon zaxiralari ko'p million yillar davomida insoniyatni energiya bilan ta'minlash uchun etarli bo'ladi.

Deyteriy va litiyning sinteziga qo'shimcha ravishda, ikkita deyteriy atomi birlashganda sof quyosh sintezi mumkin. Agar bu reaktsiya o'zlashtirilsa, energiya muammolari darhol va abadiy hal qilinadi.

Boshqariladigan termoyadroviy sintezning (CTF) ma'lum bo'lgan har qanday variantida termoyadroviy reaktsiyalar quvvatning nazoratsiz o'sishi rejimiga kira olmaydi, shuning uchun bunday reaktorlar o'z-o'zidan xavfsiz emas.

Jismoniy nuqtai nazardan, muammo sodda tarzda tuzilgan. O'z-o'zidan ta'minlangan yadro sintezi reaktsiyasi sodir bo'lishi uchun ikkita shartni qondirish zarur va etarli.

1. Reaksiyada ishtirok etuvchi yadrolarning energiyasi kamida 10 keV bo'lishi kerak. Yadro sintezi boshlanishi uchun reaksiyada ishtirok etuvchi yadrolar radiusi 10-12-10-13 s.sm boʻlgan yadro kuchlari maydoniga tushishi kerak. Biroq, atom yadrolari musbat elektr zaryadiga ega va xuddi shunday zaryadlar bir-birini itaradi. Yadro kuchlarining ta'siri chegarasida Kulon itarilish energiyasi taxminan 10 keV ni tashkil qiladi. Ushbu to'siqni engib o'tish uchun to'qnashuvdagi yadrolar kamida bu qiymatdan kam bo'lmagan kinetik energiyaga ega bo'lishi kerak.

2. Reaksiyaga kirishuvchi yadrolar konsentratsiyasining mahsuloti va ular ko'rsatilgan energiyani ushlab turish vaqti kamida 1014 s.sm-3 bo'lishi kerak. Bu holat - Lawson mezoni deb ataladigan - reaktsiyaning energiya rentabelligi chegarasini belgilaydi. Termoyadroviy reaksiyada ajralib chiqadigan energiya hech bo'lmaganda reaktsiyani boshlash uchun sarflanadigan energiya xarajatlarini qoplashi uchun atom yadrolari ko'plab to'qnashuvlarga duch kelishi kerak. Deyteriy (D) va tritiy (T) o'rtasida sintez reaktsiyasi sodir bo'lgan har bir to'qnashuvda 17,6 MeV energiya ajralib chiqadi, ya'ni taxminan 3,10-12 J. Agar yoqish uchun, masalan, 10 MJ energiya sarflangan bo'lsa, u holda Agar unda kamida 3,1018 DT jufti ishtirok etsa, reaktsiya zararsiz bo'ladi. Va buning uchun reaktorda juda zich yuqori energiyali plazma uzoq vaqt davomida saqlanishi kerak. Bu holat Louson mezoni bilan ifodalanadi.

Agar ikkala talab bir vaqtning o'zida qondirilsa, boshqariladigan termoyadro sintezi muammosi hal qilinadi.

Biroq, ushbu jismoniy muammoni texnik jihatdan amalga oshirish juda katta qiyinchiliklarga duch keladi. Axir, 10 keV energiya 100 million daraja haroratdir. Bunday haroratdagi moddani faqat vakuumda, uni o'rnatish devorlaridan ajratib qo'yish orqali soniyaning hatto ulushlari uchun saqlanishi mumkin.

Ammo bu muammoni hal qilishning yana bir usuli bor - sovuq termoyadroviy. Sovuq termoyadroviy nima - bu xona haroratida sodir bo'ladigan "issiq" termoyadro reaktsiyasining analogidir.

Tabiatda kontinuumning bir o'lchami doirasida materiyani o'zgartirishning kamida ikkita usuli mavjud. Siz olovda suvni qaynatishingiz mumkin, ya'ni. termal, yoki mikroto'lqinli pechda, ya'ni. chastota. Natija bir xil - suv qaynaydi, yagona farq shundaki, chastota usuli tezroq. Bundan tashqari, atom yadrosini bo'lish uchun ultra yuqori haroratga erishadi. Termal usul nazoratsiz yadro reaktsiyasini beradi. Sovuq sintezning energiyasi o'tish holatining energiyasidir. Sovuq sintez reaktsiyasini o'tkazish uchun reaktorni loyihalashning asosiy shartlaridan biri uning piramidal-kristal shaklining holatidir. Yana bir muhim shart - aylanadigan magnit va burilish maydonlarining mavjudligi. Maydonlarning kesishishi vodorod yadrosining beqaror muvozanat nuqtasida sodir bo'ladi.

Oak Ridge milliy laboratoriyasidan Ruzi Taleyarxon, Politexnika universitetidan Richard Leyxi. Renssilira va akademik Robert Nigmatulin - laboratoriyada sovuq termoyadro reaktsiyasini qayd etishdi.

Guruh o'lchami ikki-uch stakan bo'lgan suyuq asetonli stakandan foydalangan. Ovoz to'lqinlari suyuqlik orqali intensiv ravishda uzatilib, fizikada akustik kavitatsiya deb nomlanuvchi ta'sirni keltirib chiqardi, buning natijasida sonoluminesans paydo bo'ldi. Kavitatsiya paytida suyuqlikda kichik pufakchalar paydo bo'ldi, ular diametri ikki millimetrga ko'tarilib, portladi. Portlashlar yorug'likning miltillashi va energiyaning chiqishi bilan birga keldi, ya'ni. portlash paytida pufakchalar ichidagi harorat 10 million daraja Kelvinga yetdi va eksperimentchilarning fikriga ko'ra, chiqarilgan energiya termoyadro sintezini amalga oshirish uchun etarli.

"Texnik" reaktsiyaning mohiyati shundan iboratki, deyteriyning ikki atomining birikmasi natijasida uchinchisi - tritiy deb nomlanuvchi vodorod izotopi va juda katta energiya bilan tavsiflangan neytron hosil bo'ladi. .

Supero'tkazuvchi holatdagi oqim nolga teng va shuning uchun magnit maydonni saqlashga minimal elektr energiyasi sarflanadi. 8. Superfast tizimlar. Boshqariladigan termoyadro termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy yadroviy birikma.

2004 yil uchun. Ushbu loyiha bo'yicha navbatdagi muzokaralar 2004 yilning may oyida Vena shahrida bo'lib o'tadi. Reaktor 2006 yilda quriladi va 2014 yilda ishga tushirilishi rejalashtirilgan. U qanday ishlaydi Fusion* energiya ishlab chiqarishning arzon va ekologik toza usuli hisoblanadi. Milliardlab yillar davomida Quyoshda boshqarilmaydigan termoyadro sintezi sodir bo'ldi - geliy vodorod deyteriyning og'ir izotopidan hosil bo'ladi. Qayerda...

Eksperimental termoyadro reaktoriga E.P.Velixov rahbarlik qiladi. 15 milliard dollar sarflagan Qo'shma Shtatlar ushbu loyihadan voz kechgan bo'lsa, qolgan 15 milliard dollari xalqaro ilmiy tashkilotlar tomonidan sarflangan. 2. Texnik, ekologik va tibbiy muammolar. Boshqariladigan termoyadroviy termoyadroviy (UTF) qurilmalarining ishlashi paytida. neytron nurlari va gamma nurlanish paydo bo'ladi, shuningdek ...

Chiqarilgan energiya energiyani chiqarish jarayonini boshlash xarajatlarini qoplash uchun etarli bo'lishi uchun energiya va qanday sifat kerak bo'ladi. Bu savolni quyida termoyadro sintezi muammolari bilan bog‘liq holda muhokama qilamiz. Lazerlarning energiya sifati haqida Eng oddiy hollarda, past sifatli energiyani yuqori sifatli energiyaga aylantirish bo'yicha cheklovlar aniq. Mana bir nechta misollar...