Dhe bashkimi?

Raportet në fund të vitit të kaluar për ndërtimin e një reaktori për sintezë nga specialistë kinezë dukeshin të bujshme (1). Media shtetërore e Kinës raportoi se objekti HL-2M, i vendosur në një qendër kërkimore në Chengdu, do të jetë funksional në vitin 2020. Toni i raporteve të mediave tregonte se çështja e aksesit në energjinë e pashtershme të shkrirjes termonukleare u zgjidh përgjithmonë.

Një vështrim më i afërt i detajeve ndihmon për të ftohur optimizmin.

i ri aparat i tipit tokamak, me një dizajn më të avancuar se ato të njohura deri më tani, duhet të gjenerojë plazmë me temperatura mbi 200 milionë gradë Celsius. Kjo u njoftua në një deklaratë për shtyp nga kreu i Institutit Jugperëndimor të Fizikës të Korporatës Kombëtare Bërthamore të Kinës, Duan Xiuru. Pajisja do të ofrojë mbështetje teknike për kinezët që punojnë në projekt Reaktor Ndërkombëtar Eksperimental Termonuklear (ITER)si dhe ndërtimi.

Kështu që unë mendoj se nuk është ende një revolucion energjetik, edhe pse është krijuar nga kinezët. reaktori KhL-2M deri më tani dihet pak. Ne nuk e dimë se çfarë është prodhimi termik i parashikuar i këtij reaktori ose çfarë nivelesh energjie nevojiten për të kryer një reaksion të shkrirjes bërthamore në të. Ne nuk e dimë gjënë më të rëndësishme - a është reaktori kinez i shkrirjes një dizajn me një bilanc pozitiv të energjisë, apo është thjesht një reaktor tjetër eksperimental i shkrirjes që lejon një reaksion bashkimi, por në të njëjtën kohë kërkon më shumë energji për "ndezjen" sesa energji që mund të merret si rezultat i reaksioneve.

Përpjekje ndërkombëtare

Kina, së bashku me Bashkimin Evropian, Shtetet e Bashkuara, Indinë, Japoninë, Korenë e Jugut dhe Rusinë, janë anëtarë të programit ITER. Ky është projekti më i shtrenjtë i kërkimit ndërkombëtar aktual i financuar nga vendet e lartpërmendura, që kushton rreth 20 miliardë dollarë. Ajo u hap si rezultat i bashkëpunimit midis qeverive të Mikhail Gorbachev dhe Ronald Reagan gjatë epokës së Luftës së Ftohtë dhe shumë vite më vonë u përfshi në një traktat të nënshkruar nga të gjitha këto vende në 2006.

2. Në kantierin e ITER tokamak

Projekti ITER në Cadarache në Francën jugore (2) po zhvillon tokamakun më të madh në botë, domethënë një dhomë plazme që duhet të zbutet duke përdorur një fushë magnetike të fuqishme të krijuar nga elektromagnetët. Kjo shpikje u zhvillua nga Bashkimi Sovjetik në vitet '50 dhe '60. Menaxher i Projektit, Lavan Koblenz, njoftoi se organizata duhet të marrë "plazmën e parë" deri në dhjetor 2025. ITER duhet të mbështesë një reaksion termonuklear për rreth 1 mijë njerëz çdo herë. sekonda, duke fituar forcë 500-1100 MW. Për krahasim, tokamak më i madh britanik deri më sot, JET (torus i përbashkët evropian), ruan një reagim për disa dhjetëra sekonda dhe fiton forcë deri në 16 MW. Energjia në këtë reaktor do të çlirohet në formën e nxehtësisë - nuk supozohet të shndërrohet në energji elektrike. Shpërndarja e energjisë së shkrirjes në rrjet nuk diskutohet pasi projekti është vetëm për qëllime kërkimore. Vetëm në bazë të ITER do të ndërtohet gjenerata e ardhshme e reaktorëve termonuklear, duke arritur fuqinë 3-4 mijë. MW.

Arsyeja kryesore pse termocentralet normale të shkrirjes ende nuk ekzistojnë (megjithë mbi gjashtëdhjetë vjet kërkime të gjera dhe të kushtueshme) është vështirësia e kontrollit dhe "menaxhimit" të sjelljes së plazmës. Megjithatë, vitet e eksperimentimit kanë dhënë shumë zbulime të vlefshme dhe sot energjia e shkrirjes duket më afër se kurrë.

Shtoni helium-3, përzieni dhe ngrohni

ITER është fokusi kryesor i kërkimit global të shkrirjes, por shumë qendra kërkimore, kompani dhe laboratorë ushtarakë po punojnë gjithashtu në projekte të tjera të shkrirjes që devijojnë nga qasja klasike.

Për shembull, të kryera vitet e fundit në nga Instituti i Teknologjisë në Masaçusets eksperimente me Helem-3 në tokamak dha rezultate emocionuese, duke përfshirë rritje dhjetëfish të energjisë joni i plazmës. Shkencëtarët që kryejnë eksperimente në C-Mod tokamak në Institutin e Teknologjisë në Massachusetts, së bashku me specialistë nga Belgjika dhe Britania e Madhe, kanë zhvilluar një lloj të ri karburanti termonuklear që përmban tre lloje jonesh. Ekipi Alcatel C-Mod (3) kreu një studim në shtator 2016, por të dhënat nga këto eksperimente janë analizuar vetëm kohët e fundit, duke zbuluar një rritje të madhe të energjisë plazmatike. Rezultatet ishin aq inkurajuese sa shkencëtarët që drejtonin laboratorin më të madh të fuzionit në botë, JET në MB, vendosën të përsërisin eksperimentet. E njëjta rritje e energjisë u arrit. Rezultatet e studimit janë publikuar në revistën Nature Physics.

3. Tokamak Alcator C-Mod në funksion

Çelësi për rritjen e efikasitetit të karburantit bërthamor ishte shtimi i sasive gjurmë të helium-3, një izotop i qëndrueshëm i heliumit, me një neutron në vend të dy. Karburanti bërthamor i përdorur në metodën Alcator C më parë përmbante vetëm dy lloje jonesh, deuterium dhe hidrogjen. Deuteriumi, një izotop i qëndrueshëm i hidrogjenit me një neutron në bërthamën e tij (në krahasim me hidrogjenin pa neutrone), përbën rreth 95% të karburantit. Shkencëtarët në Qendrën Kërkimore të Plazmës dhe Institutin e Teknologjisë në Massachusetts (PSFC) përdorën një proces të quajtur Ngrohje me RF. Antenat pranë tokamakut përdorin një frekuencë specifike radio për të ngacmuar grimcat, dhe valët janë kalibruar për të "shënjestruar" jonet e hidrogjenit. Për shkak se hidrogjeni përbën një pjesë të vogël të densitetit total të karburantit, përqendrimi i vetëm një pjese të vogël të joneve në ngrohje lejon arritjen e niveleve ekstreme të energjisë. Më tej, jonet e stimuluara të hidrogjenit kalojnë në jonet e deuteriumit që mbizotërojnë në përzierje, dhe grimcat e formuara në këtë mënyrë hyjnë në shtresën e jashtme të reaktorit, duke lëshuar nxehtësi.

Efikasiteti i këtij procesi rritet kur jonet e helium-3 i shtohen përzierjes në një sasi më të vogël se 1%. Duke përqendruar të gjithë ngrohjen e radios në një sasi të vogël helium-3, shkencëtarët e ngritën energjinë e joneve në megaelektronvolt (MeV).

I pari i ardhur - servisi i parë Ekuivalenti në Rusisht: Ngrënia e mysafirëve të vonuar dhe kockave

Ka pasur shumë zhvillime në botën e punës së fuzionit të kontrolluar gjatë viteve të fundit që kanë rindezur shpresat e shkencëtarëve dhe të gjithë neve për të arritur më në fund "Gralin e Shenjtë" të energjisë.

Sinjalet e mira përfshijnë, ndër të tjera, zbulime nga Laboratori i Fizikës së Plazmës Princeton (PPPL) i Departamentit të Energjisë të SHBA-së (DOE). Valët e radios janë përdorur me sukses të madh për të reduktuar ndjeshëm të ashtuquajturat perturbacione të plazmës, të cilat mund të jenë vendimtare në procesin e "veshjes" së reaksioneve termonukleare. I njëjti ekip kërkimor në mars 2019 raportoi një eksperiment tokamak me litium, në të cilin muret e brendshme të reaktorit testues ishin të veshura me litium, një material i njohur mirë nga bateritë që përdoren zakonisht në elektronikë. Shkencëtarët vunë re se rreshtimi i litiumit në muret e reaktorit thith grimcat e shpërndara të plazmës, duke i penguar ato të reflektohen përsëri në renë e plazmës dhe të ndërhyjnë në reaksionet termonukleare.

4. Vizualizimi i projektit TAE Technologies

Studiuesit nga institucione të mëdha shkencore me reputacion janë bërë madje optimistë të kujdesshëm në prononcimet e tyre. Kohët e fundit, ka pasur gjithashtu një rritje të madhe të interesit për teknikat e fuzionit të kontrolluar në sektorin privat. Në vitin 2018, Lockheed Martin njoftoi një plan për të zhvilluar një prototip të reaktorit kompakt të shkrirjes (CFR) brenda dekadës së ardhshme. Nëse teknologjia mbi të cilën po punon kompania funksionon, një pajisje me madhësi kamioni do të jetë në gjendje të sigurojë energji elektrike të mjaftueshme për të përmbushur nevojat e një pajisjeje prej 100 metrash katrorë. banorët e qytetit.

Kompani të tjera dhe qendra kërkimore po konkurrojnë për të parë se kush mund të ndërtojë reaktorin e parë të vërtetë të shkrirjes, duke përfshirë TAE Technologies dhe Institutin e Teknologjisë në Massachusetts. Edhe Jeff Bezos i Amazon dhe Bill Gates i Microsoft-it janë përfshirë së fundmi në projekte bashkimi. NBC News numëroi së fundmi shtatëmbëdhjetë kompani të vogla vetëm me shkrirje në SHBA. Fillesat si General Fusion ose Commonwealth Fusion Systems po fokusohen në reaktorë më të vegjël të bazuar në superpërçues novatorë.

Koncepti i "fusionit të ftohtë" dhe alternativat e reaktorëve të mëdhenj, jo vetëm tokamaks, por edhe të ashtuquajturit. yjore, me një dizajn paksa të ndryshëm, i ndërtuar në Gjermani. Kërkimi për një qasje të ndryshme gjithashtu vazhdon. Një shembull i kësaj është një pajisje e quajtur Z-pinch, ndërtuar nga shkencëtarët nga Universiteti i Uashingtonit dhe përshkruar në një nga numrat më të fundit të revistës Physics World. Z-pinch funksionon duke bllokuar dhe ngjeshur plazmën në një fushë magnetike të fuqishme. Në eksperiment, ishte e mundur të stabilizohej plazma për 16 mikrosekonda dhe reaksioni i shkrirjes vazhdoi për rreth një të tretën e kësaj kohe. Demonstrimi supozohej të tregonte se sinteza në shkallë të vogël është e mundur, megjithëse shumë shkencëtarë ende kanë dyshime serioze për këtë.

Nga ana tjetër, në sajë të mbështetjes së Google dhe investitorëve të tjerë të teknologjisë së avancuar, kompania kaliforniane TAE Technologies përdor një tjetër, sesa tipike për eksperimentet e shkrirjes, përzierje e karburantit të borit, të cilat u përdorën për të zhvilluar reaktorë më të vegjël dhe më të lirë, fillimisht për qëllimin e të ashtuquajturit motor rakete me shkrirje. Një prototip i reaktorit cilindrik të shkrirjes (4) me trarët kundër (CBFR), i cili ngroh gazin e hidrogjenit për të formuar dy unaza plazmatike. Ato kombinohen me tufa grimcash inerte dhe mbahen në një gjendje të tillë, e cila duhet të rrisë energjinë dhe qëndrueshmërinë e plazmës.

Një tjetër startup fusion General Fusion nga provinca kanadeze e British Columbia gëzon mbështetjen e vetë Jeff Bezos. E thënë thjesht, koncepti i tij është të injektojë plazmën e nxehtë në një top prej metali të lëngshëm (një përzierje litiumi dhe plumbi) brenda një topi çeliku, pas së cilës plazma kompresohet nga pistona, të ngjashëm me një motor nafte. Presioni i krijuar duhet të çojë në shkrirje, e cila do të lëshojë një sasi të madhe energjie për të fuqizuar turbinat e një lloji të ri termocentrali. Mike Delage, shefi i teknologjisë në General Fusion, thotë se bashkimi bërthamor komercial mund të debutojë në dhjetë vjet.

5. Ilustrim nga një patentë termonukleare e Marinës së SHBA.

Kohët e fundit, Marina e SHBA ka paraqitur një patentë për një "pajisje të shkrirjes së plazmës". Patenta flet për fushat magnetike për të krijuar "dridhje të përshpejtuar" (5). Ideja është të ndërtohen reaktorë të shkrirjes mjaft të vegjël për të qenë të lëvizshëm. Eshtë e panevojshme të thuhet se kjo kërkesë për patentë u prit me skepticizëm.