Ellenzők a tokamak, távíró, a világ minden tájáról
A tudósok keresik a módját, hogy megakadályozza az állandó neutronbombázásával, ami a falak a tokamak erősen radioaktív. Fotó: Lawrence Berkeley National Laboratory
35 évvel ezelőtt, akadémikus Lev Andreevich Artsimovich (1909-1973) azt mondta, hogy a fúziós reaktor épül majd, ha szükség van rá. Most azt mondhatjuk, hogy ez a pont megkeresett minket „karnyújtásnyira”. Mivel a jelenlegi szinten a széntartalmú tüzelőanyag fogyasztást a feltárt betétek (beleértve a szén) elég lehet 40-50 év. Sajnos, a fogyasztás folyamatosan növekszik, és egyre növekvő, sajnos, nem lineárisan. Ami a kilátásokat az olajtermelés a Jeges-tenger, ez még sokkal több illuzórikus, mint a futás, az üzemben hálózat Hold a későbbi szállítás az energia a Földre lézersugárral.
Jelenleg, a nagy remény elérésének szabályozott nukleáris fúzió tokamakon kapcsolódik - reaktorba szabályos mértani alakzatú (toroid kamra mágneses tekercsek - A kifejezés által javasolt Andreem Dmitrievichem Saharovym (1921-1989), és Igorem Evgenevichem Tammom (1895-1971), és kiszámítja az első projekt). Az első tokamak jött létre vezetése alatt Artsimovich Intézet Nukleáris Energia Intézet. Kurchatov 1960. A kamrájából keverékét töltjük hidrogén izotópok. hőmérsékleten több száz millió fokos történt termonukleáris reakciót inert gáz hélium szintézisét, amelynek megjelenése hatalmas energiájú neutronok.
De tokamakok kapcsolódik az egyik legnagyobb probléma: plazma korlátozódik belül toroid kamrában egy mágneses mező instabil. A folyamat során a ellenőrizetlen sodródás ez „diák”, hogy a külső falak a reaktor, azonnal lehűtjük, és van egy „nagy átütési” reakció. Viszonylag nemrég a plazma megtartása volt tizedmásodperc. Most a pontszám megy másodpercet, még a plazmaelkülönítés kell tölteni majdnem annyi energiát termelnek. Vedd amíg EAST tokamakon tartozik a kínai Intézet Plasma Physics - 1,25: 1.
Molten plazma belsejében tokamakká Fusion Reactor Test. Fotó: Princeton Plasma Physics Laboratory
gyűrött bagel
Azonban a tudományos kutatás nem csak arról szól, hogy egy békés fúziós energia egy „tokamak mainstream.” Van még két másik területen is nagyon biztatóak. Egyikük - teremtés sztellarátorok hogy mivel tokamakon képviseli reaktorok mágneses plazmaelkülönítés. Ezek hasonlóképpen hajtjuk hélium szintézisét nehéz a hidrogén izotópjai, ugyanolyan körülmények között a hőmérséklet és a nyomás a milliók légkörben. Azonban, a mechanizmus a plazma fűtés, és mágneses szülést sztellarátorokat különböző.
A tokamak plazma „tartja magát”. Azaz, a toroidális mágneses tekercset, megszúrták zárt toroid kamrában mágneses teret hoznak létre, amely indukálja a plazma oszlopban kör alakú áramnak. Ez az áram létrehoz egy poloid területen, amely rendelkezik a plazma összenyomja a zsinór átmérője (ezt nevezik a csipet hatás), így a plazma érintkezik a hideg falakon a kamrából. Ezen túlmenően, az elektromos áram a plazmában felmelegíti azt az ohmos ellenállás. Azonban, az ilyen melegítés nem elegendő, és a kamra, hogy adja gerendák nagy energiájú semleges atomok vagy magas frekvenciájú plazma besugárzással.
Stellaratorra fejlesztett vezetése alatt Leo Spittsera (Leo Spitzer, 1887-1960), Princeton University (Princeton University), szerkezetileg bonyolultabb tokamakon. Úgy csavart és torz szempontjából bagel. Ugyanilyen bizarr konfiguráció ültetett rajta mágneses tekercsek. Ennek köszönhetően a kifinomult lehetséges, hogy hagyjon a használata a plazma előállító aktuális, mint a rögzítő mező képződik a kamrán belül. Ez szerepet játszik a reaktoron kívül kamrába a területen termelt külső mágnesek komplex konfigurációk.
Ily módon lehetséges, hogy jelentősen növelje a plazma stabilitás, megbízhatóan megakadályozza az érintkezést a hideg a kamra falai. Record idő fenntartása és a plazma fűtési meghaladó 54 perc, feljegyeztük a japán sztellarátor LHD. Azaz, ez a paraméter ITER tokamakon megközelíteni sztellarátorok csak tíz évvel később.
Egy másik előnye ennek a típusú fúziós reaktorok, hogy a spirális tekercselés képes stellarátor tiszta munkavégzést keverék és a szennyeződések eltávolítása a reakció termékek. Azonban az ilyen - divertor - kanyargós elkezdték használni az új generációs tokamakban.
De van egy jelentős hátránya - a nagy energiaveszteséggel a plazma okozta egyenetlenségek a határoló mágneses mező lezáró csoport részecskék bordázata. Mivel ez még nem lehetséges az ilyen típusú reaktor hőmérséklet, így biztosítva stabil fúziós. A problémát súlyosbítja az a tény, hogy a stellaratorra szupravezető mágnesek, hogy megteremtse a szükséges térerősség energiát fogyasztanak lényegesen nagyobb, mint a tekercs tokamakon milyen területen áram keletkezik a plazmában kábelköteg.
Belső nézet a japán stellarátort Large Helical Device. Fotó: NIF (Japán)
A tudósok világszerte próbálják sikertelenül megoldani a problémát, amint azt a fűtés a plazma paramétereinek a legújabb sztellarátorokat. Ezek közé tartozik a fent említett japán LHD (Large Helical Device) a tokiói National Institute of Nuclear Fusion (National Institute for Fusion Science), és létrehozta a Max Planck Intézet Plazmafizikai (Max-Planck-Institut füR Plasmaphysik) Wendelstein 7-X. ahol a plazma hőmérséklete közel 10 millió fok. A hőmérséklet-növekedés érhető el nem csak növeli a hálózati fecskendeznek a plazmában az atomok, hanem mindenekelőtt révén javulás mágneses csapdák simítás szabálytalanságok határoló területen. Ennek eredményeként ezek a tevékenységek által lehetővé tett folyamatok modellezésére modern szuperszámítógépek, kiderül quasisymmetry területén, az energiaveszteség, amelyek közel állnak a veszteségek tokamakban.
A német projekt tudósok más országokban, amelyek között van Vengriyane és ukránok. Wendelstein 7-X stellarátor lesz a legnagyobb a világon. A nagy sugara munkakamra - 5,5 m (3,6 m japán LHD). Kis sugarú - 0,5 m plazma fűtési teljesítmény -. 20 MW. NBTI szupravezető mágneses tekercsek egy működési hőmérséklet 1,8 K T 6 indukciós.
By quasisymmetry típusú sztellarátorok vonatkozik közepén indult a HSX (spirálisan szimmetrikus kísérlet) idén létrehozását, amely egy tudóscsoport a University of Wisconsin-Madison (University of Wisconsin-Madison) által vezetett David Anderson (David Anderson) töltött 17 év. Alapján telepítési vizsgálati eredmények, az alkotók azt állítják, hogy a szint a plazma energiaveszteség nem rosszabb, mint a modern tokamakban. A HSX, azt mondhatjuk - miniatűr stellaratorra képest a japán és a német „testvérek”. A nagy sugara munkakamra volt 1,2 m Kis - .. 0,3 m tekercsek termelnek mágneses indukció 1,37 T üzemi áram 13,4 kA. Plazma fűtési teljesítmény - 100 kW. És míg a plazma hőmérsékletre melegítjük körülbelül 20 millió fok - kiváló arány.
A rendszer kiválasztása a tokamak reaktor ITER nemzetközi globális programot több okból is. Először is, a jelentős áttörést a módok, amelyek a kapott fúziós energia közel a fordított energia, sor került a ilyen típusú reaktorok előtt. Másodszor, az építési sztellarátorokat költségek magasabbak, mert bonyolultabb tervezési és technológiai szempontból. Ezen túlmenően, a hatékonyság a stellarátort nagymértékben függ a mérete - a nagyobb ez, annál jobb. Következésképpen ezek drágábbak, amely közvetlenül érinti a villamos energia ára termelt. És végül, harmadszor, mint mindig, amikor döntenek a kérdés, hogy a kiadások több milliárd dollárt, dolgoztunk és bürokratikus tőkeáttétel és politikai. És meg kell jegyeznünk, elégedetten, hogy a hazai tudományos iskola túlsúlyban az amerikai.
A cél a projektben használt NIF, - egy henger egy üzemanyag-kapszula. kapszula szélesség - csak néhány milliméter, de hasonló méretű kis borsó. Fotó: Lawrence Livermore National Security, LLC, valamint Lawrence Livermore National Laboratory
Skeet
Az 1960-as, amikor a lézer megjelent az a gondolat, termelő fúziós energia révén termonukleáris fúzió. Ennek lényege a következő. A reakciókamra egy bizonyos frekvencia dobott célt képviselő mm izzó töltve deutérium és a trícium, az meggyullad, és nagy teljesítményű lézersugarat. Az eredmény egy következetes sor termonukleáris mikro-robbanások, amelynek energiája alakul át villamos energiát. Mi hasonlít a működését a belső égésű motor, ahol az üzemanyag gyújtás diszkrét energia alakul át folyamatos forgómozgást.
Az ötlet kiderült, hogy szép, de nehéz megvalósítani technikailag. A legegyszerűbb módja annak, hogy hozzon létre egy cél, és kipróbálni a hagyományos módszer a katonai - a föld alatt, használ, mint egy biztosíték plutónium díjat. A cél egy labdát egy 1-3 mm átmérőjű. Under kemény héj van egy réteg egy fagyasztott tüzelőanyag - deutérium és a trícium. A központ a cél - ritkás DT-gáz-halmazállapotú tüzelőanyag. Nyersbőr a cél lehet a különböző anyagok - fémötvözetek és műanyag.
Gyújtás a cél erő kell alkalmazni úgy, hogy egy sűrűsége 10 20 W / cm 2. Ez kibocsátó - Driver - adjon 10 nanoszekundumos impulzus energiája több mJ. Vannak más szigorú követelményeknek. Az expozíció egyenetlen a cél ne haladja meg az 1% (cél minden oldalról „sült” többszörös sugarak). Végül, hogy megkapjunk egy kimeneti teljesítménye legalább 1 GW kell égetni egy cél frekvenciával 5-6 Hz. Ennek eredményeként, az hatással van a cél egy hatalmas energia zsugorodik, a „padlón” a központ a termonukleáris reakciót, amely eloszlik egy szilárd fagyott, az üzemanyag.
Két rendszerek célba gyújtás - közvetlen, amikor a lézersugarak esik közvetlenül a felszínén. És segítségével a fényvisszaverő kamra tűzálló anyagból, így például volfrámból, amelybe a sugarak áthatolnak a lyukakat, és ismételten visszaverődik a falakon.
NIF - egyik sarokköve a speciális programot a US Department of Energy (készletgazdálkodás irányítási program). A reakció megindításához a NIF azt fogja használni a világ legnagyobb lézer. Ez a kísérlet segít a tudósok, hogy ellenőrizze a lehetőséget a nukleáris fegyverek nélküli igazi próba, és lesz egy értékes információkat az alapkutatás és a fúziós energia. Fotó: DOE
A legjobb eredményeket a fejlesztés tehetetlenségi összetartásra fúziós amerikaiak 192 lézersugaras rendszer NIF (National Ignition Facility) található, Livermore. Ez hozza le az energiát a megcélzott 1,8 MJ. Azonban az a lézer generáló kereskedelmi villamos energia meglehetősen problematikus, mivel az alacsony hatékonyságú lézerek. De az Egyesült Államok költ létre NIF több mint $ 5000000000, várható, hogy használni nem csak, és talán nem is annyira, hogy megoldja az energia probléma, hanem az új típusú fegyverek.
Sokkal több ígéretes célpontja égetés a ionsugarakat nehéz elemek, mint például az ólom. (Kötege A könnyű ionok, annak ellenére, hogy az egyszerűség a saját generációs, nem teszik lehetővé, hogy elérjék a kívánt nyaláb fókuszálás, és az is elveszíti az energia, amikor áthalad a maradék gáz az égéstérben).
Az egyik fő nehézséget létrehozását vezetők nehézion gerendák -, hogy jelentős szemcsék sűrűsége a pulzusa. És úgy néz ki, hamarosan megoldódnak. A tudósok az amerikai nemzeti kutatólaboratórium Berkeley telepítés NDCX-1 (semlegesített Drift Compression Experiment létesítmény), kísérletezik xenon ionok, a cézium és a higany képes legyen nyomást kapott kimenetén a gázpedál 200 nanoszekundumos impulzus 4 ns. Ez tette lehetővé, hogy néhány okos mágneses rendszer, amely, amint az a kiadás, felgyorsítja a „farok” a pulzus gyorsabb, mint a „fej”.
Az impulzus energia még mindig kicsi - 255 keV, és ez nyilvánvalóan nem elég ahhoz, hogy meggyullad a DT-célt. Azonban a kutatók optimisták, azzal a szándékkal, hogy hozzon létre egy tökéletes beállítás NDCX-2. És ez azt jelenti, hogy sok kilométert lineáris gyorsító kerül kialakításra.
Összefoglalva, érdemes mondani egy pár szót a folyamat kamra a reaktor inerciális fúzió. Van egy projekt HyLife-11. amely szerint a kamra átmérője 8 méter, magassága 20 méter. Ahhoz, hogy elnyelik a robbanás energiát használnak, a folyékony függöny olvadt só Li2 BeF4. A környező terület, amely dobnak célt. A folyékony függöny is szolgál, hogy flush a maradék blast célok és csillapítási nyomás, az erő, amely egyenértékű a 20-200 kg TNT. Folyékony hűtőközeg áramlási 50 m3 / s. Folyékony függöny van ellátva, nyitó szinkronizálva van az etetés a cél frekvenciája körülbelül 5 Hz halad a gerenda nehéz ionok. Pontosság takarmány célpont egy milliméter töredéke.
Aki végül megnyeri a termonukleáris „faj” - tokamakban „ráncos bagel” vagy beállítás a tehetetlenségi magfúzió, még nem valószínű, hogy világossá vált a következő néhány évben. De a győztes - ez határozottan világos, most már.