Fuziune termonucleară controlată. Fuziunea termonucleară controlată este șarlamănie

„Am spus că vom pune Soarele într-o cutie. Ideea este grozavă. Dar problema este că nu știm cum să creăm această cutie” - Pierre Gilles de Gennes, laureat Premiul Nobelîn fizică 1991.

Deși sunt necesare destul de multe elemente grele pentru reacțiile nucleare pe Pământ și în spațiu în general, există o mulțime de elemente ușoare pentru reacțiile termonucleare atât pe Pământ, cât și în spațiu. Prin urmare, ideea utilizării energiei termonucleare în beneficiul umanității a venit aproape imediat odată cu înțelegerea proceselor care stau la baza acesteia - aceasta promitea posibilități cu adevărat nelimitate, deoarece rezervele de combustibil termonuclear de pe Pământ ar fi trebuit să fie suficiente pentru zeci de mii de ani care vor veni.

Deja în 1951, au apărut două direcții principale pentru dezvoltarea reactoarelor termonucleare: Andrei Saharov și Igor Tamm au dezvoltat o arhitectură tokamak în care camera de lucru era un tor, în timp ce Lyman Spitzer a propus o arhitectură cu un design mai complicat, cu o formă care amintește cel mai mult de un bandă Mobius inversată nu o dată, ci de mai multe ori.

Simplitatea designului fundamental al tokamakului a permis perioadă lungă de timp să dezvolte această direcție prin îmbunătățirea caracteristicilor magneților convenționali și supraconductori, precum și prin creșterea treptată a dimensiunii reactorului. Dar, odată cu creșterea parametrilor plasmatici, au început să apară treptat probleme cu comportamentul său instabil, ceea ce a încetinit procesul.

Complexitatea designului stelarului a dus la faptul că, după primele experimente din anii 50, dezvoltarea acestei direcții pentru o lungă perioadă de timp oprit. A primit o nouă viață destul de recent odată cu apariția sistemelor moderne de proiectare asistată de computer, care au făcut posibilă proiectarea stelatorului Wendelstein 7-X cu parametrii și precizia de proiectare necesare funcționării sale.

Fizica procesului și problemele în implementarea acestuia

Atomii de fier au o energie de legare maximă per nucleon - adică o măsură a energiei care trebuie cheltuită pentru a împărți un atom în neutroni și protoni constituenți, împărțită la numărul lor total. Toți atomii cu masă din ce în ce mai mare au acest indicator sub fier:

În acest caz, în reacțiile termonucleare de fuziune a atomilor de lumină până la fier, se eliberează energie, iar masa atomului rezultat devine puțin mai mică decât suma maselor atomilor inițiali cu o cantitate care se corelează cu energia eliberată. conform formulei E = mc² (așa-numitul defect de masă). În același mod, energia este eliberată în timpul reacțiilor de fisiune nucleară ale atomilor mai grei decât fierul.

În timpul reacțiilor de fuziune atomică, se eliberează o energie enormă, dar pentru a extrage această energie, trebuie mai întâi să facem un anumit efort pentru a depăși forțele de respingere dintre nucleele atomice care sunt încărcate pozitiv (depășim bariera Coulomb). După ce am reușit să aducem o pereche de atomi împreună la distanța necesară, interacțiunea nucleară puternică intră în joc, care leagă neutronii și protonii. Pentru fiecare tip de combustibil, bariera Coulomb pentru începutul unei reacții este diferită, la fel cum temperatura optimă de reacție este diferită:

În acest caz, primele reacții termonucleare ale atomilor încep să fie înregistrate cu mult înainte ca temperatura medie a substanței să atingă această barieră datorită faptului că energie cinetică atomii este supus distribuției Maxwell:

Dar reacția la o temperatură relativ scăzută (de ordinul a câteva milioane de °C) decurge extrem de lent. Deci, să presupunem că în centru temperatura ajunge la 14 milioane de °C, dar puterea specifică a reacției termonucleare în astfel de condiții este de doar 276,5 W/m³ și Soarelui îi ia câteva miliarde de ani pentru a-și consuma complet combustibilul. Astfel de condiții sunt inacceptabile pentru un reactor termonuclear, deoarece la un nivel atât de scăzut de eliberare de energie vom cheltui inevitabil mai mult pentru încălzirea și comprimarea combustibilului termonuclear decât vom primi în schimb din reacție.

Pe măsură ce temperatura combustibilului crește, o proporție tot mai mare de atomi încep să aibă energie care depășește bariera coulombiană și eficiența reacției crește, atingând apogeul. Odată cu o creștere suplimentară a temperaturii, viteza de reacție începe să scadă din nou datorită faptului că energia cinetică a atomilor devine prea mare și se „depășesc” reciproc, neputând fi ținute împreună de interacțiunea nucleară puternică.

Astfel, soluția pentru obținerea energiei dintr-o reacție termonucleară controlată a fost obținută destul de rapid, dar implementarea acestei sarcini a durat o jumătate de secol și nu a fost încă finalizată. Motivul pentru aceasta constă în condițiile cu adevărat nebunești în care s-a dovedit a fi necesară plasarea combustibilului termonuclear - pentru un randament pozitiv din reacție, temperatura acestuia trebuia să fie de câteva zeci de milioane de °C.

Niciun perete nu ar putea rezista fizic la o astfel de temperatură, dar această problemă a dus aproape imediat la soluția sa: deoarece o substanță încălzită la astfel de temperaturi este o plasmă fierbinte (gaz complet ionizat) care este încărcată pozitiv, soluția s-a dovedit a fi la suprafață - a trebuit doar să plasăm o astfel de plasmă încălzită într-un câmp magnetic puternic, care va menține combustibilul termonuclear la o distanță sigură de pereți.

Progres în implementarea acestuia

Cercetările pe acest subiect merg în mai multe direcții simultan:

  1. Folosind magneți supraconductori, oamenii de știință încearcă să reducă energia cheltuită pentru aprinderea și menținerea reacției;
  2. cu ajutorul noilor generații de supraconductori crește inducția câmp magneticîn interiorul reactorului, care vă permite să păstrați plasmă cu densități și temperaturi mai mari, ceea ce crește puterea specifică a reactoarelor pe unitate de volum;
  3. cercetări în domeniul plasmei fierbinți și progrese în domeniu tehnologie informatică permit un control mai bun al fluxurilor de plasmă, apropiind astfel reactoarele de fuziune de limitele lor teoretice de eficiență;
  4. Progresele din zona anterioară ne permit, de asemenea, să menținem plasma într-o stare stabilă mai mult timp, ceea ce crește eficiența reactorului datorită faptului că nu este nevoie să reîncălzim plasma la fel de des.

În ciuda tuturor dificultăților și problemelor care se aflau pe calea unei reacții termonucleare controlate, această poveste se apropie deja de sfârșit. În industria energetică, se obișnuiește să se utilizeze indicatorul EROEI - randamentul energetic al investiției energetice (raportul dintre energia cheltuită în producția de combustibil și cantitatea de energie pe care o obținem în cele din urmă din acesta) pentru a calcula eficiența combustibilului. Și în timp ce EROEI al cărbunelui continuă să crească, acest indicator pentru petrol și gaze a atins apogeul la mijlocul secolului trecut și acum scade constant datorită faptului că noile zăcăminte ale acestor combustibili sunt situate în locuri din ce în ce mai inaccesibile și în permanență. adâncimi mai mari:

În același timp, nu putem crește producția de cărbune pentru că obținerea energiei din acesta este un proces foarte murdar și literalmente ia vieți de oameni chiar acum din diverse boli plămânii. Într-un fel sau altul, ne aflăm acum în pragul sfârșitului erei combustibililor fosili - și aceasta nu este mașinațiunile ecologiștilor, ci banale. calcule economice când privim spre viitor. În același timp, EROI-ul reactoarelor termonucleare experimentale, care a apărut și la mijlocul secolului trecut, a crescut constant și în 2007 a atins bariera psihologică a unuia - adică anul acesta pentru prima dată omenirea a reușit să obțină mai multă energie. printr-o reacție termonucleară decât a cheltuit pentru implementarea ei. Și în ciuda faptului că implementarea reactorului, experimentele cu acesta și producerea primei centrale termonucleare demonstrative DEMO pe baza experienței acumulate în timpul implementării ITER va dura încă mult timp. Nu mai există nicio îndoială că viitorul nostru stă în astfel de reactoare.

Critica cercetării

Principala critică la adresa cercetării reactoarelor de fuziune este că cercetarea decurge extrem de lent. Și este adevărat - de la primele experimente până la producerea unei reacții termonucleare de prag de rentabilitate, ne-a luat până la 66 de ani. Dar miezul problemei aici este că finanțarea pentru o astfel de cercetare nu a atins niciodată nivelul necesar - iată un exemplu de estimări ale Administrației de Cercetare și Dezvoltare în Energie din SUA privind nivelul de finanțare pentru proiectul reactorului de fuziune și momentul finalizării acestuia:

După cum se poate observa din acest grafic, este surprinzător nu numai că încă nu avem reactoare termonucleare comerciale care produc energie electrică, dar am reușit să obținem în prezent orice energie pozitivă din reactoarele experimentale.

Fuziunea termonucleară controlată este un proces fizic interesant care (încă în teorie) poate salva lumea de dependența energetică de sursele de combustibili fosili. Procesul se bazează pe sinteza nucleelor ​​atomice de la cele mai ușoare la cele mai grele cu eliberare de energie. Spre deosebire de o altă utilizare a atomului - eliberând energie din el în reactoarele nucleare pe măsură ce se descompune - fuziunea pe hârtie nu va lăsa practic niciun produs secundar radioactiv.

Reactoarele de fuziune imită procesul nuclear din interiorul soarelui, zdrobește atomii mai ușori împreună și transformându-i în alții mai grei, eliberând cantități uriașe de energie pe parcurs. Pe Soare, acest proces este condus de gravitație. Pe Pământ, inginerii încearcă să recreeze condițiile fuziunii termonucleare folosind extrem de temperaturi ridicate- aproximativ 150 de milioane de grade - dar le este greu să rețină plasma necesară fuziunii atomilor.

Una dintre soluțiile construite este reprezentată de ITER, cunoscut anterior drept Reactorul Experimental Termonuclear Internațional, care este în construcție din 2010 în Caradaches, Franța. Primele experimente, planificate inițial pentru 2018, au fost amânate pentru 2025.

Cu doar câteva zile în urmă am raportat că primul

Proiectele inovatoare care utilizează supraconductori moderni vor face în curând posibilă implementarea fuziunii termonucleare controlate, după cum spun unii optimiști. Experții, totuși, prevăd că aplicarea practică va dura câteva decenii.

De ce este atât de greu?

Energia de fuziune este considerată o sursă potențială. Este energie atomică pură. Dar ce este și de ce este atât de greu de realizat? În primul rând, trebuie să înțelegeți diferența dintre fuziunea clasică și cea termonucleară.

Fisiunea atomică este locul în care izotopii radioactivi - uraniu sau plutoniu - sunt împărțiți și transformați în alți izotopi foarte radioactivi, care trebuie apoi eliminați sau reciclați.

Fuziunea constă din doi izotopi de hidrogen - deuteriu și tritiu - care se contopesc într-un singur întreg, formând heliu netoxic și un singur neutron, fără a produce deșeuri radioactive.

Problema de control

Reacțiile care apar în Soare sau într-o bombă cu hidrogen sunt fuziunea termonucleară, iar inginerii se confruntă cu o sarcină descurajantă - cum să controleze acest proces la o centrală electrică?

Acesta este un lucru la care oamenii de știință au lucrat încă din anii 1960. Un alt reactor experimental de fuziune termonucleară numit Wendelstein 7-X a început să funcționeze în orașul Greifswald, din nordul Germaniei. Încă nu este destinat să creeze o reacție - este doar un design special care este testat (un stellarator în loc de un tokamak).

Plasmă de înaltă energie

Toate instalațiile termonucleare au o caracteristică comună - o formă inelală. Se bazează pe ideea de a folosi electromagneți puternici pentru a crea un câmp electromagnetic puternic sub forma unui torus - o cameră umflată pentru bicicletă.

Acest câmp electromagnetic trebuie să fie atât de dens încât atunci când este încălzit cuptor cu microunde până la un milion de grade Celsius, plasma ar trebui să apară chiar în centrul inelului. Apoi este aprins pentru ca fuziunea nucleară să poată începe.

Demonstrarea capacităților

Două experimente similare sunt în curs de desfășurare în Europa. Unul dintre ele este Wendelstein 7-X, care a generat recent prima sa plasmă cu heliu. Celălalt este ITER, o uriașă instalație experimentală de fuziune din sudul Franței, care este încă în construcție și va fi gata să înceapă în 2023.

Se presupune că la ITER vor avea loc reacții nucleare reale, deși doar pentru o perioadă scurtă de timp și cu siguranță nu mai mult de 60 de minute. Acest reactor este doar unul dintre mulți pași pentru a face fuziunea nucleară practică.

Reactorul de fuziune: mai mic și mai puternic

Recent, mai mulți designeri au anunțat un nou design de reactor. Potrivit unui grup de studenți de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts, precum și reprezentanți ai producătorului de arme Lockheed Martin, fuziunea nucleară poate fi realizată în instalații mult mai puternice și mai mici decât ITER și sunt gata să o facă în termen de zece. ani.

Ideea noului design este de a folosi supraconductori moderni de înaltă temperatură în electromagneți, care își manifestă proprietățile atunci când sunt răciți cu azot lichid, mai degrabă decât cele convenționale, care necesită o tehnologie nouă, mai flexibilă, care va schimba complet designul reactor.

Klaus Hesch, responsabil cu tehnologia la Institutul de Tehnologie Karlsruhe din sud-vestul Germaniei, este sceptic. Susține utilizarea de noi supraconductori de înaltă temperatură pentru noi modele de reactoare. Dar, potrivit lui, dezvoltarea ceva pe un computer ținând cont de legile fizicii nu este suficientă. Este necesar să se țină cont de provocările care apar la punerea în practică a unei idei.

Operă științifico-fantastică

Potrivit lui Hesch, modelul studenților MIT arată doar fezabilitatea proiectului. Dar, de fapt, sunt multe în el operă științifico-fantastică. Proiectul presupune atât de serios probleme tehnice fuziunea termonucleara rezolvata. Dar stiinta moderna habar nu are cum sa le rezolve.

O astfel de problemă este ideea de role pliabile. În designul MIT, electromagneții pot fi dezasamblați pentru a intra în inelul care deține plasma.

Acest lucru ar fi foarte util deoarece ar fi posibil să accesați obiecte în sistem internși înlocuiți-le. Dar, în realitate, supraconductorii sunt fabricați din material ceramic. Sute dintre ele trebuie să fie împletite într-un mod sofisticat pentru a forma câmpul magnetic corect. Și aici intervine o dificultate mai fundamentală: conexiunile dintre ele nu sunt la fel de simple precum conexiunile dintre cablurile de cupru. Nimeni nu s-a gândit măcar la concepte care ar ajuta la rezolvarea unor astfel de probleme.

Prea cald

Temperatura ridicată este, de asemenea, o problemă. În miezul plasmei de fuziune temperatura va atinge aproximativ 150 de milioane de grade Celsius. Această căldură extremă rămâne pe loc - chiar în centrul gazului ionizat. Dar chiar și în jurul lui este încă foarte fierbinte - de la 500 la 700 de grade în zona reactorului, care este stratul interior al tubului metalic în care va fi „reprodus” tritiul necesar pentru fuziunea nucleară.

Are o problemă și mai mare - așa-numita putere de ieșire. Aceasta este partea sistemului în care combustibilul uzat, în principal heliul, provine din procesul de sinteză. Primele componente metalice în care intră gazul fierbinte se numesc „deviator”. Se poate încălzi până la peste 2000 °C.

Problemă cu deviatorul

Pentru a ajuta unitatea să reziste la astfel de temperaturi, inginerii încearcă să folosească tungstenul metalic folosit în becurile cu incandescență de modă veche. Punctul de topire al wolframului este de aproximativ 3000 de grade. Dar există și alte restricții.

Acest lucru se poate face în ITER deoarece încălzirea nu are loc constant. Se așteaptă ca reactorul să funcționeze doar 1-3% din timp. Dar aceasta nu este o opțiune pentru o centrală electrică care trebuie să funcționeze 24/7. Și, dacă cineva pretinde că poate construi un reactor mai mic cu aceeași putere ca ITER, este sigur să spunem că nu are o soluție la problema deviatorului.

Centrală electrică după câteva decenii

Cu toate acestea, oamenii de știință sunt optimiști cu privire la dezvoltarea reactoarelor termonucleare, deși nu va fi atât de rapidă pe cât prevăd unii entuziaști.

ITER ar trebui să arate că fuziunea controlată poate produce de fapt mai multă energie decât ar fi cheltuită pentru încălzirea plasmei. Următorul pas va fi construirea unei centrale electrice demonstrative hibride complet nouă, care produce efectiv electricitate.

Inginerii lucrează deja la proiectarea acestuia. Ei vor trebui să învețe lecții de la ITER, care este programat să fie lansat în 2023. Având în vedere timpul necesar pentru proiectare, planificare și construcție, pare puțin probabil ca prima centrală electrică de fuziune să intre în funcțiune mult mai devreme de mijlocul secolului XXI.

Cold Fusion Rusia

În 2014, un test independent al reactorului E-Cat a concluzionat că dispozitivul producea o putere medie de 2.800 de wați pe o perioadă de 32 de zile în timp ce consuma 900 de wați. Acesta este mai mult decât poate aloca cineva reacție chimică. Rezultatul vorbește fie despre o descoperire în fuziunea termonucleară, fie despre fraudă totală. Raportul i-a dezamăgit pe sceptici, care se întreabă dacă revizuirea a fost cu adevărat independentă și sugerează o posibilă falsificare a rezultatelor testelor. Alții s-au apucat să descopere „ingredientele secrete” care permit fuziunea lui Rossi pentru a reproduce tehnologia.

Rossi este o fraudă?

Andrea este impresionanta. El emite proclamații către lume într-o engleză unică în secțiunea de comentarii a site-ului său, numită pretențios Journal of Nuclear Physics. Dar încercările sale anterioare eșuate au inclus un proiect italian de transformare a deșeurilor în combustibil și un generator termoelectric. Petroldragon, un proiect de transformare a deșeurilor în energie, a eșuat parțial deoarece depozitarea ilegală a deșeurilor este controlată de italian. crima organizată, care i-a intentat dosar penal pentru încălcarea regulilor de gestionare a deșeurilor. De asemenea, a creat un dispozitiv termoelectric pentru Corpul Inginerilor Armatei SUA, dar în timpul testării gadgetul a produs doar o fracțiune din puterea declarată.

Mulți nu au încredere în Rusia, dar redactor-șef New Energy Times l-a numit direct un criminal, cu o serie de proiecte energetice nereușite în spate.

Verificare independentă

Rossi a semnat un contract cu compania americană Industrial Heat pentru a efectua un test secret de un an al unei centrale de fuziune la rece de 1 MW. Dispozitivul era un container de transport plin cu zeci de E-Cats. Experimentul a trebuit să fie monitorizat de o terță parte care ar putea confirma că într-adevăr se generează căldură. Rossi susține că și-a petrecut o mare parte din ultimul an trăind practic într-un container și observând operațiunile mai mult de 16 ore pe zi pentru a dovedi viabilitatea comercială a E-Cat.

Testul s-a încheiat în martie. Susținătorii lui Rossi au așteptat cu nerăbdare raportul observatorilor, sperând o achitare a eroului lor. Dar au ajuns să primească un proces.

Proces

În dosarul său la tribunalul din Florida, Rossi spune că testul a avut succes și un arbitru independent a confirmat că reactorul E-Cat a produs de șase ori mai multă energie decât a consumat. El a susținut, de asemenea, că Industrial Heat a fost de acord să-i plătească 100 milioane USD - 11,5 milioane USD în avans, după o încercare de 24 de ore (aparent pentru drepturi de licențiere, astfel încât compania să poată vinde tehnologia în SUA) și alte 89 milioane USD la finalizarea cu succes a unei proces prelungit în 350 de zile. Rossi l-a acuzat pe IH că derulează o „schemă frauduloasă” pentru a-i fura proprietatea intelectuală. De asemenea, a acuzat compania că a deturnat reactoare E-Cat, copierea ilegală tehnologii inovatoareși produse, funcționalitate și design și încercarea necorespunzătoare de a obține un brevet asupra proprietății sale intelectuale.

mina de aur

În altă parte, Rossi susține că într-una dintre demonstrațiile sale, IH a primit 50-60 de milioane de dolari de la investitori și alte 200 de milioane de dolari din China, după o reconstituție care a implicat înalți oficiali chinezi. Dacă acest lucru este adevărat, atunci sunt mult mai mult de o sută de milioane de dolari în joc. Industrial Heat a respins aceste afirmații ca nefondate și intenționează să se apere cu fermitate. Mai important, ea susține că „a lucrat timp de peste trei ani pentru a confirma rezultatele pe care se presupune că Rossi le-a obținut cu tehnologia sa E-Cat, fără succes”.

IH nu crede că E-Cat va funcționa, iar New Energy Times nu vede niciun motiv să se îndoiască de asta. În iunie 2011, un reprezentant al publicației a vizitat Italia, l-a intervievat pe Rossi și a filmat o demonstrație a lui E-Cat. O zi mai târziu, a raportat îngrijorări serioase cu privire la modul în care era măsurată puterea termică. Șase zile mai târziu, jurnalistul și-a postat videoclipul pe YouTube. Experți din întreaga lume i-au trimis analize care au fost publicate în iulie. A devenit clar că aceasta era o păcăleală.

Confirmare experimentală

Cu toate acestea, un număr de cercetători - Alexander Parkhomov de la Universitatea Rusă Prietenia popoarelor și Proiectul Memorial Martin Fleischmann (MFPM) - au reușit să reproducă fuziunea termonucleară rece a Rusiei. Raportul MFPM a fost intitulat „Sfârșitul erei carbonului este aproape”. Motivul acestei admirații a fost o descoperire care nu poate fi explicată decât printr-o reacție termonucleară. Potrivit cercetătorilor, Rossi are exact ceea ce spune.

O rețetă viabilă, open-source de fuziune la rece ar putea declanșa o goană a aurului energetic. S-ar putea găsi metode alternative pentru a ocoli brevetele lui Rossi și a-l ține departe de afacerile cu energie de miliarde de dolari.

Deci, poate că Rossi ar prefera să evite această confirmare.


Este posibilă fuziunea termonucleară controlată în condițiile Pământului?

Ideea utilizării fuziunii termonucleare în scopuri industriale a fost exprimată acum 60 de ani, în 1950. Ideea părea simplă. Patru atomi de hidrogen fuzionează într-un atom de heliu, eliberând o cantitate colosală de energie și fără radiații. Există mult hidrogen pe pământ, ceea ce înseamnă că va fi posibil să avem multă energie curată. Curând această idee s-a adeverit, doar nu în scopuri industriale, ci în scopuri militare - a fost creată o bombă cu hidrogen. Se părea că mai era puțin de îmbunătățit - să încetinească procesul, astfel încât să nu fie exploziv, ci să continue cu o viteză controlată. Problema părea rezolvabilă. Abundența de energie viitoare a fost scrisă în manualele școlare, s-a vorbit în presă și s-au făcut filme populare.

A început cu construcția tokomak-urilor - instalații toroidale pentru confinarea magnetică a plasmei în vederea realizării condițiilor necesare fuziunii termonucleare controlate (Fig. 1, http://ru.wikipedia.org/wiki/%D2%EE%EA% E0%EC% E0%EA).

În total, în lume au fost construite aproximativ 300 de tokamak (conform celor mai conservatoare estimări, a costat 150 de miliarde de dolari). Dar până în prezent, niciunul dintre tokamak-urile construite nu este potrivit pentru scopuri industriale. Problema principală este că un cordon de plasmă inelar cu parametri suficienți pentru ca reacțiile termonucleare să apară este de scurtă durată. Recent, pe internet a apărut un alt mesaj „încurajator” (http://science.compulenta.ru/268602): „Oamenii de știință japonezi au stabilit un nou record în fizica plasmei - au reușit să păstreze plasmă în tokamak-ul JT-60 pentru 28,6 secunde. Aceasta este aproape dublul recordului din 2004 de 16,5 secunde.” Un astfel de mesaj „încurajator”, atunci când vine vorba de utilizarea fuziunii nucleare în scopuri industriale, poate fi perceput doar ca ridicol. „Oamenii de știință vin la muncă, pornesc reactorul, par să-l oprească și se gândesc. Care este motivul de a face mai departe, fără niciun rezultat? s-a parcurs un drum lung și s-au făcut multe pentru a atinge scopul final, dar, din păcate, nu a fost creat un reactor termonuclear controlat să fie îndeplinită. Dar nu vor fi rezultate în 60 de ani? (http://n-t.ru/tp/ie/ts.htm). Momentan la știri ITER- proiectul unui reactor termonuclear experimental internațional. Proiectarea reactorului a fost finalizată și s-a ales un amplasament pentru construcția lui - în sudul Franței. Proiectul de construcție ITER include China, Japonia, Coreea de Sud, Rusia, SUA, țările UE și India. Costul proiectului a fost estimat inițial la 12 miliarde de dolari. În iulie 2010, din cauza modificărilor de proiectare și a costurilor în creștere ale materialelor, costul construirii reactorului termonuclear internațional ITER a fost ajustat și a crescut la 15 miliarde de euro. Data planificată de finalizare a reactorului este 2015. La ce vă puteți aștepta de la următorul tokamak, deși unul foarte mare? Dar o reacție termonucleară neexplozivă are loc în mod continuu pe Soare!


Povestea cu tokamak-uri îmi amintește de povestea cu mașinile cu mișcare perpetuă. Fiecare următor inventator al unei mașini cu mișcare perpetuă așteaptă ca aceasta să înceapă să funcționeze. Dar nu merge. Dar inventatorii mașinilor cu mișcare perpetuă nu cunosc una dintre legile de bază ale fizicii - legea conservării energiei. Poate că nici creatorii tokamak-urilor nu știu ceva? Da, probabil că este adevărat. Ei nu cunosc proprietățile structurii recent descoperite a vidului spațiului (http://www.worldspace.nm.ru/ru/articles/pdf/vivvd-1.pdf). Cu toate acestea, este mai bine să se acorde cuvântul autorului descoperirii, A.V. Rykov:

„Astrofizicienii au confirmat după 1998 că Universul a ascuns (fără radiații) energie și materie „întunecată” Descoperirea structurii vidului face posibilă înțelegerea acestor entități „întunecate” ale Universului conexiune inextricabilă între gravitație și antigravitație, care este responsabilă pentru energia „întunecată”. Structura vidului este de natură electromagnetică și este formată dintr-o rețea cristalină cu sarcini elementare în nodurile sale de dimensiunea (+.-)1.602176462е -19 coulomb și fluxuri de inducție magnetică asociate cu sarcini, magnitudine Ф=4,8032042е -18 Weber. Grile cu dimensiunea elementului 1,3987631е -15 m îndeplinește funcția de energie „întunecată”, fluxul de inducție magnetică îndeplinește funcția de materie „întunecată”.

Structura vacuumului intră 37832 mai mică decât raza atomului de hidrogen, ceea ce explică imposibilitatea de a apăra gravitația și alte acțiuni similare (înlăturarea tensiunii electrice din sarcinile structurii). Este nemișcat și rigid legat de vidul Universului, în care lumina se propagă conform lui Maxwell. Micimea structurii asigura prezenta si patrunderea acesteia in orice obiecte si dispozitive realizate de oameni. Această pătrundere există și în instalațiile experimentale de tip Tokamak. În instalațiile moderne cu capcane magnetice de plasmă de deuteriu sau tritiu, structura de vid omniprezentă distruge izolația magnetică și eliberează plasma din aceasta. Acesta este motivul eșecului încercărilor de a obține energie termonucleară pe Pământ. Pe Soare, toate reacțiile termonucleare sunt limitate în spațiu de gravitație, cu accelerații gravitaționale de 273 m/sec 2, ceea ce este imposibil de realizat pe Pământ.”

În numele meu, pot doar să adaug că temperatura din centrul Soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade, iar presiunea și densitatea nu sunt, de asemenea, comparabile cu ceea ce poate fi furnizat pe Pământ.

Dorința persistentă de a stăpâni energia termonucleară se datorează nevoilor gigantice de energie ale industriei și, într-adevăr, a întregii infrastructuri a civilizației noastre. Între timp, momentul a fost de mult copt când a fost posibil și necesar să se treacă de la vechile tehnologii consumatoare de energie la noi tehnologii bazate pe ideile bionicei. Și dacă, chiar dacă nu în urmă cu 60 de ani, ci cu cel puțin 20-30 de ani în urmă, fondurile investite în acest timp în crearea tokamak-urilor ar fi avut ca scop dezvoltarea tehnologiilor de economisire a energiei, planeta noastră nu s-ar fi confruntat cu problemele. de foamete de energie și dezastru ecologic .

1. Întocmit de proiectul Astrogalaxy 2. Publicarea proiectului, 5 octombrie 2011 3. Autorul articolului L.M. Toptunov pentru proiectul „Astrogalaxie”

Ori de câte ori apare tehnologia de fuziune, ea întotdeauna „vine peste treizeci de ani”. Aceasta este ceea ce au spus oamenii de știință în 1966, și în 1980 și în 2000. În ce stadiu se află cercetarea și când ne putem aștepta la rezultate?

Energie pentru viață

Omul modern are nevoie aproape constant de energie, în principal sub formă curent electric. Nu există baterii, prize sau fire în natură, dar există o mulțime de diverse fenomene naturale, pe care omul l-a adaptat pentru a genera electricitate.

Ele ne sunt cunoscute ca surse de energie. Majoritatea centralelor electrice de pe Pământ funcționează prin mișcarea apei sau a aerului, ardând cărbunele și substanțe radioactive în descompunere. În primele două cazuri, turbinele sau paletele se rotesc și se generează energie cinetică (energia de mișcare). Alte surse emit căldură, adică energie termică. Apoi un tip de energie este transferat la altul - este generat curent electric.

Foarte popular panouri solare: Folosesc efecte electrice speciale care convertesc lumina direct în curent fără „intermediari”.

Abandonul energiei nucleare

Nu este un secret pentru nimeni că omenirea este în căutarea altor surse de energie – alternative – de foarte, foarte mult timp. Morile de vânt și panourile solare nu funcționează eficient în toate regiunile Pământului și sunt încă destul de scumpe. Construcția de baraje hidroelectrice reprezintă o intervenție majoră în ecosistemul din jur.

Nici măcar nu merită menționat despre arderea cărbunelui: absolut toată lumea a auzit despre efectul de seră și despre rezervele limitate de combustibili fosili. Centralele nucleare furnizează multă energie, dar ridică o mulțime de întrebări și preocupări. Tehnologiile pentru dezintegrarea controlată a elementelor radioactive au fost de mult dezvoltate și recunoscute ca sigure, dar în cazul unor accidente (care, din păcate, s-au întâmplat), daunele sunt colosale. Multe țări, din fericire sau din păcate, au început să renunțe la utilizarea energiei nucleare.

Surse alternative

În încercarea de a găsi o sursă de energie ieftină, răspândită, eficientă, ecologică și sigură (în general, ideală), omenirea a încercat, se pare, totul opțiuni posibile: energie geotermală, fulger, diverse tipuri combustibil biologic și multe alte idei.

În prezent, toate sursele alternative au deficiențe fundamentale. De exemplu, în cazul surselor geotermale, aceasta este o prevalență relativ scăzută: foarte eficientă dacă locuiți în Islanda sau Kamchatka, dar absolut inutilă în centrul Rusiei. Sau o altă problemă este lipsa combustibilului în cantități suficiente și costul ridicat de producție. Crearea, să zicem, a biohidrogenului, o alternativă la benzină, este încă foarte costisitoare. Și nu uitați, producția de combustibil prietenos cu mediul uneori în sine provoacă uneori daune foarte grave mediului - utilizarea de noi surse de energie își pierde pur și simplu sensul.

Dar de mai bine de cincizeci de ani, oamenii de știință au fost bântuiți de o idee foarte atractivă: dezvoltarea tehnologiei de fuziune termonucleară controlată.

Sinteză: de ce anume

Principiul de funcționare al centralelor nucleare se bazează pe proprietățile nucleelor ​​atomice: unele elemente sunt mai ușor de divizat decât altele, acest lucru depinde de cât de puternic sunt conectate între ele componentele nucleelor ​​unei anumite substanțe. Se dovedește că puterea de legătură crește de la hidrogen la fier și apoi începe să scadă.

Acest lucru sugerează că elemente chimice Fierul mai ușor este din punct de vedere energetic mai avantajos de combinat, iar după fier este mai avantajos pentru ei să se separe în componente mai ușoare. Energia nucleară folosește substanțe „grele”, cum ar fi uraniul, care eliberează energie atunci când se degradează.

Tehnologiile de fuziune termonucleară, adică fuziunea elementelor ușoare, se bazează pe utilizarea proprietăților de fuziune a elementelor până la fier. Astfel de procese au loc în interiorul stelelor, inclusiv în Soarele nostru: atomii de hidrogen se combină pentru a forma heliu, apoi fuziunea heliului formează elemente mai grele, beriliu și litiu, iar lanțul continuă până la formarea fierului. Toate aceste procese eliberează energie colosală, datorită căreia stelele strălucesc. Datorită ei, viața există pe Pământ.

Ruperea nu înseamnă construcție

Fuziunea termonucleară ar putea rezolva majoritatea problemelor energetice ale umanității: cantitatea de energie eliberată în reacții depășește semnificativ toate sursele moderne. Dar există un „dar” - din punct de vedere tehnologic, se dovedește a fi foarte, foarte greu de făcut.

Energia atomică este de fapt eliberată de la sine - dezintegrarea radioactivă are loc în mod natural, principalul lucru este controlul vitezei de reacție. Pentru a declanșa fuziunea termonucleară, trebuie mai întâi să aduceți două elemente luminoase împreună și apoi să le forțați să fuzioneze. Dar acest lucru nu este atât de ușor de făcut - vor respinge cu cât este mai puternică, cu atât distanța dintre cei doi atomi este mai mică. Temperatura din interiorul stelelor atinge câteva mii de grade: această energie este suficientă pentru a începe o reacție. Dar astfel de puteri nu sunt încă disponibile pentru oameni.

Nu înainte de 2054

O serie de universități și institute de cercetare europene care studiază problema fuziunii termonucleare au creat organizația EUROfusion, al cărei scop este de a combina eforturile și evoluțiile în acest domeniu. Conform planurilor, lansarea primei centrale electrice de probă, DEMO, a fost planificată pentru 2040, dar a fost apoi amânată înapoi în 2054. Unii oameni de știință sugerează că rezultatele reale pot veni chiar mai târziu.

Lansarea DEMO este amânată din cauza problemelor în construcția reactorului ITER, care va sta la baza viitoarei centrale electrice și va furniza puterea corespunzătoare. Acesta este un proiect comun al Uniunii Europene, India, Japonia, Coreea de Sud, Rusia și Statele Unite, fondat în sudul Franței. Construcția reactorului costisitor a fost în permanență împiedicată de întreruperile investițiilor și de luptele interne interne — China și Coreea de Sud și-au lansat propriile proiecte de reactoare demonstrative, iar interesul lor de a contribui la ITER a scăzut. Dar până când reactorul este finalizat, este imposibil să se dezvolte pe deplin proiectarea viitoarei centrale electrice DEMO. Acest cerc vicios face imposibil să spunem cu certitudine că vom putea, de fapt, să vedem rezultate în treizeci de ani.

Viitorul fuziunii nucleare rămâne neclar. Construcția reactorului ITER este un pas uriaș înainte, dar unii sunt foarte sceptici: va funcționa în „impulsuri” scurte și este necesară o alimentare neîntreruptă cu energie pentru o centrală de fuziune. În mod clar, oamenii de știință mai au multe de gândit. Singurul lucru de care sunt siguri este că fuziunea termonucleară nu va fi niciodată „ieftină, rapidă și de dimensiuni mici”.