АдукацыяНавука

Сінтэз тэрмаядзерны. Праблемы тэрмаядзернага сінтэзу

Інавацыйныя праекты з выкарыстаннем сучасных звышправаднікоў ў бліжэйшы час дадуць магчымасць ажыццявіць кіраваны тэрмаядзерны сінтэз - так сцвярджаюць некаторыя аптымісты. Эксперты, аднак, прадказваюць, што практычнае прымяненне зойме некалькі дзесяцігоддзяў.

Чаму так складана?

Энергія тэрмаядзернага сінтэзу лічыцца патэнцыйным крыніцай энергіі будучыні. Гэта чыстая энергія атама. Але што ж яна сабой уяўляе і чаму яе так складана дамагчыся? Для пачатку варта разабрацца з адрозненнем паміж класічным дзяленнем ядра і тэрмаядзерным сінтэзам.

Дзяленне атама складаецца ў тым, што радыеактыўныя ізатопы - уран ці плутоній - расшчапляюцца і ператвараюцца ў іншыя высокарадыеактыўнай ізатопы, якія затым павінны быць пахаваныя або перапрацаваныя.

Рэакцыя тэрмаядзернага сінтэзу заключаецца ў тым, што два ізатопа вадароду - дэйтэрый і трыцій - зліваюцца ў адзінае цэлае, утвараючы неядавітых гелій і адзіны нейтрон, ня вырабляючы радыеактыўных адходаў.

праблема кантролю

Рэакцыі, якія адбываюцца на Сонца або ў вадароднай бомбе, - гэта сінтэз тэрмаядзерны, і перад інжынерамі варта грандыёзная задача - як кантраляваць гэты працэс на электрастанцыі?

Гэта тое, над чым навукоўцы працуюць пачынаючы з 1960-х гадоў. Чарговы эксперыментальны рэактар тэрмаядзернага сінтэзу пад назвай Wendelstein 7-X пачаў працу ў паўночным нямецкім горадзе Грайфсвальд. Пакуль яшчэ ён не прызначаны для стварэння рэакцыі - гэта проста адмысловая канструкцыя, якая праходзіць выпрабаванні (стелларатор замест токамака).

высокаэнергетычных плазма

Усе тэрмаядзерныя ўстаноўкі валодаюць агульнай рысай - кольцападобнай формай. У яе аснове ляжыць ідэя выкарыстання магутных электрамагнітаў для стварэння моцнага электрамагнітнага поля, які мае форму тора - надзьмутай веласіпеднай камеры.

Гэта электрамагнітнае поле павінна быць настолькі шчыльным, што, калі яно награваецца ў мікрахвалевай печы да аднаго мільёна градусаў па Цэльсіі, у самым цэнтры кольцы павінна з'явіцца плазма. Затым яна запальваецца, каб сінтэз тэрмаядзерны мог пачацца.

дэманстрацыя магчымасцяў

У Еўропе ў цяперашні час праводзіцца два падобных эксперыменту. Адным з іх з'яўляецца Wendelstein 7-X, які нядаўна згенераваў сваю першую гелиевую плазму. Другога - ITER - велізарная эксперыментальная ўстаноўка тэрмаядзернага сінтэзу на поўдні Францыі, якая ўсё яшчэ знаходзіцца ў стадыі будаўніцтва і будзе гатова да запуску ў 2023 годзе.

Мяркуецца, што на ITER будуць адбывацца сапраўдныя ядзерныя рэакцыі, праўда, толькі на працягу кароткага перыяду часу і ўжо дакладна не даўжэй 60 хвілін. Гэты рэактар з'яўляецца толькі адным з многіх крокаў на шляху да таго, каб на практыцы ажыццявіць ядзерны сінтэз.

Тэрмаядзерны рэактар: менш і больш магутны

Нядаўна некалькі канструктараў абвясцілі аб стварэнні новага дызайну рэактара. Па словах групы студэнтаў з Масачусецкага тэхналагічнага інстытута, а таксама прадстаўнікоў кампаніі - вытворцы ўзбраенняў «Локхід Марцін», тэрмаядзерны сінтэз можна ажыццявіць ва ўстаноўках, якія значна больш магутны і менш, чым ITER, і яны гатовыя зрабіць гэта на працягу дзесяці гадоў.

Ідэя новай канструкцыі складаецца ў выкарыстанні ў электрамагнітах сучасных высокатэмпературных звышправаднікоў, якія праяўляюць свае ўласцівасці пры астуджэнні вадкім азотам, а не звычайных, для якіх неабходны вадкі гелій. Новая, больш гнуткая тэхналогія дазволіць цалкам змяніць канструкцыю рэактара.

Клаўс Хэш, які адказвае за тэхналогіі ядзернага сінтэзу ў Тэхналагічным інстытуце Карлсруэ на паўднёвым захадзе Германіі, настроены скептычна. Ён падтрымлівае выкарыстанне новых высокатэмпературных звышправаднікоў для новых канструкцый рэактараў. Але, па яго словах, нешта распрацаваць на кампутары з улікам законаў фізікі недастаткова. Неабходна прыняць да ўвагі выклікі, якія ўзнікаюць пры ўвасабленні ідэі на практыцы.

Навуковая фантастыка

Па словах хэша, мадэль студэнтаў MIT паказвае толькі магчымасць ажыццяўлення праекта. Але на самой справе ў ёй шмат навуковай фантастыкі. Праект прадугледжвае, што сур'ёзныя тэхнічныя праблемы тэрмаядзернага сінтэзу вырашаны. Але сучасная навука не мае ні найменшага падання аб тым, як іх вырашыць.

Адной з такіх праблем з'яўляецца ідэя разборных шпулек. Для таго каб трапіць унутр кольцы, які ўтрымлівае плазму, ў мадэлі MIT-дызайну электрамагніты могуць быць разабраны.

Гэта было б вельмі карысна, таму што можна б было мець доступ да аб'ектаў ва ўнутранай сістэме і замяняць іх. Але ў рэчаіснасці звышправаднікі выкананы з керамічнага матэрыялу. Сотні іх павінны быць пераплецены выдасканаленым спосабам, каб сфармаваць правільнае магнітнае поле. І тут узнікаюць больш фундаментальныя цяжкасці: злучэння паміж імі не так простыя, як злучэння медных кабеляў. Ніхто яшчэ нават не задумваўся аб канцэпцыях, якія б дапамаглі вырашыць падобныя праблемы.

занадта горача

Высокая тэмпература таксама ўяўляе сабой праблему. У асяродку тэрмаядзернай плазмы тэмпература дасягне каля 150 мільёнаў градусаў па Цэльсіі. Гэтая экстрэмальная спякота застаецца на месцы - прама ў цэнтры іянізаванага газу. Але нават вакол яе ўсё яшчэ вельмі горача - ад 500 да 700 градусаў у зоне рэактара, якая з'яўляецца унутраным пластом металічнай трубы, у якой будзе «прайгравацца» трыцій, неабходны для таго, каб адбываўся ядзерны сінтэз.

Тэрмаядзерны рэактар мае яшчэ большую праблему - так званы выпуск магутнасці. Гэта частка сістэмы, у якую з працэсу сінтэзу паступае выкарыстанае паліва, у асноўным гелій. Першыя металічныя кампаненты, у якія трапляе гарачы газ, называюцца «дивертор». Ён можа награвацца звыш 2000 ° C.

праблема дивертора

Каб ўстаноўка магла вытрымліваць такія тэмпературы, інжынеры спрабуюць выкарыстаць металічны вальфрам, які ўжываецца ў старамодных лямпах напальвання. Тэмпература плаўлення вальфраму каля 3000 градусаў. Але ёсць і іншыя абмежаванні.

У ITER гэта можна зрабіць, таму што нагрэў ў ёй адбываецца не пастаянна. Мяркуецца, што рэактар будзе працаваць толькі 1-3% часу. Але гэта не варыянт для электрастанцыі, якая павінна працаваць у рэжыме 24/7. І, калі хтосьці сцвярджае, што здольны пабудаваць меншы рэактар з такой жа магутнасцю, як ITER, можна ўпэўнена сказаць, што ў яго няма рашэння праблемы дивертора.

Электрастанцыя праз некалькі дзесяцігоддзяў

Тым не менш навукоўцы з аптымізмам глядзяць на развіццё тэрмаядзерных рэактараў, праўда, яно будзе не такім хуткім, як прадказваюць некаторыя энтузіясты.

ITER павінен паказаць, што кіраваны тэрмаядзерны сінтэз на самай справе можа вырабіць больш энергіі, чым будзе выдаткавана на нагрэў плазмы. Наступным крокам будзе будаўніцтва цалкам новай гібрыднай дэманстрацыйнай электрастанцыі, якая б на самой справе выпрацоўвала электраэнергію.

Інжынеры ўжо зараз працуюць над яе дызайнам. Яны павінны будуць атрымаць урокі з ITER, запуск якой запланаваны на 2023 г. Прымаючы пад увагу час, неабходнае для праектавання, планавання і будаўніцтва, здаецца малаверагодным, што першая тэрмаядзерная электрастанцыя будзе запушчана нашмат раней за сярэдзіну XXI стагоддзя.

Халодны тэрмаядзерны сінтэз Росі

У 2014 годзе незалежны тэст рэактара E-Cat прыйшоў да высновы, што прылада на працягу 32 дзён у сярэднім вырабляла 2800 Вт выхадны магутнасці пры спажыванні 900 Вт. Гэта больш, чым здольная вылучыць любая хімічная рэакцыя. Вынік гаворыць альбо пра прарыў у тэрмаядзерным сінтэзе, альбо аб адкрытым махлярстве. Справаздача расчараваў скептыкаў, якія сумняваюцца ў тым, ці была праверка сапраўды незалежнай і мяркуюць магчымую фальсіфікацыю вынікаў тэставання. Іншыя заняліся высвятленнем «сакрэтных інгрэдыентаў», якія дазваляюць ажыццявіць тэрмаядзерны сінтэз Росі, каб прайграць гэтую тэхналогію.

Росі - махляр?

Андрэа импозантен. Ён выдае заклікі да міру на ўнікальным англійскай ў раздзеле каментароў свайго вэб-сайта, прэтэнцыёзна названага «Часопіс ядзернай фізікі». Але яго папярэднія няўдалыя спробы ўключалі італьянскі праект ператварэння смецця ў паліва і тэрмаэлектрычны генератар. Petroldragon, праект перапрацоўкі адходаў у крыніца энергіі, не атрымаўся збольшага таму, што нелегальнае захаванне адходаў кантралюецца італьянскай арганізаванай злачыннасцю, якая ўзбудзіла супраць яго крымінальную справу аб парушэнні правілаў абыходжання з адходамі. Таксама ён стварыў тэрмаэлектрычных прылада для Інжынернага корпуса сухапутных войскаў ЗША, але падчас тэставання гаджэт вырабіў толькі частка заяўленай магутнасці.

Многія не давяраюць Росі, а галоўны рэдактар New Energy Times прама назваў яго крымінальнікам, за плячыма якога чарада няўдалых энергетычных пражэктаў.

незалежная праверка

Росі заключыў кантракт з амерыканскай кампаніяй Industrial Heat на правядзенне гадавых сакрэтных выпрабаванняў 1-МВт ўстаноўкі халоднага тэрмаядзернага сінтэзу. Прылада ўяўляла сабой транспортировочный кантэйнер, упакаваны дзесяткамі E-Cat. Эксперымент павінен быў кантралявацца трэцім бокам, якая б магла пацвердзіць, што сапраўды мае месца генерацыя цяпла. Росі сцвярджае, што правёў большую частку мінулага года, практычна жывучы ў кантэйнеры, і назіраў за аперацыямі на працягу больш за 16 ч у суткі, каб даказаць камерцыйную жыццяздольнасць E-Cat.

Тэст завяршыўся ў сакавіку. Прыхільнікі Росі з нецярпеннем чакалі справаздачы назіральнікаў, спадзеючыся на апраўданне свайго героя. Але ў выніку яны атрымалі судовы працэс.

судовае разбіральніцтва

У сваёй заяве ў суд Фларыды Росі сцвярджае, што тэст прайшоў паспяхова і незалежны арбітр пацвердзіў, што рэактар E-Cat вырабляе ў шэсць разоў больш энергіі, чым спажывае. Ён таксама сцвярджаў, што кампанія Industrial Heat пагадзілася заплаціць яму 100 млн долараў ЗША - 11,5 млн авансам пасля 24-гадзіннага выпрабаванні (нібыта за правы ліцэнзавання, каб кампанія магла прадаваць гэтую тэхналогію ў ЗША) і яшчэ 89 млн пасля паспяховага завяршэння пашыранага выпрабаванні на працягу 350 дзён. Росі абвінавачваў IH ў правядзенні «ашуканскай схемы», мэтай якой была крадзеж яго інтэлектуальнай уласнасці. Ён таксама абвінаваціў кампанію ў незаконным прысваенні рэактараў E-Cat, незаконным капіяванні інавацыйных тэхналогій і прадуктаў, функцыянальных магчымасцяў і канструкцый і неправамернай спробе атрымаць патэнт на яго інтэлектуальную ўласнасць.

залатая жыла

У іншым месцы Росі сцвярджае, што на фоне адной з яго дэманстрацый кампанія IH атрымала ад інвестараў 50-60 млн долараў і яшчэ 200 млн ад Кітая пасля прайгравання з удзелам кітайскіх службовых асоб вышэйшага ўзроўню. Калі гэта праўда, то на коне нашмат больш за сто мільёнаў даляраў. Industrial Heat адпрэчыла гэтыя прэтэнзіі як беспадстаўныя і збіраецца актыўна абараняцца. Што яшчэ больш важна, яна сцвярджае, што «на працягу больш за тры гады працавала над пацвярджэннем вынікаў, якіх нібыта дамогся Росі са сваёй E-Cat-тэхналогіяй, і ўсё беспаспяхова».

IH не верыць у працаздольнасць E-Cat, і часопіс New Energy Times не бачыць прычын, каб у гэтым сумнявацца. У чэрвені 2011 года прадстаўнік выдання наведваў Італію, узяў інтэрв'ю ў Росі і засняў дэманстрацыю яго E-Cat. Праз суткі ён паведаміў пра свае сур'ёзных асцярогах адносна спосабу вымярэння цеплавой магутнасці. Праз 6 дзён журналіст выклаў сваё відэа на YouTube. Эксперты з усяго свету дасылалі яму аналізы, якія былі апублікаваныя ў ліпені. Стала ясна, што гэта быў падман.

эксперыментальнае пацверджанне

Тым не менш шэрагу даследчыкаў - Аляксандру Пархомову з Расійскага універсітэта дружбы народаў і Праекту памяці Марціна Флайшман (MFPM) - атрымалася прайграць халодны тэрмаядзерны сінтэз Росі. Справаздача MFPM называўся «Канец вугляроднай эры блізкі». Прычынай такога захаплення стала выяўленне ўсплёску гама-выпраменьвання, якое немагчыма растлумачыць інакш, як тэрмаядзернай рэакцыяй. На думку даследчыкаў, у Росі ёсць менавіта тое, пра што ён кажа.

Жыццяздольны адкрыты рэцэпт халоднага ядзернага сінтэзу здольны выклікаць энергетычную «залатую ліхаманку». Могуць быць знойдзеныя альтэрнатыўныя метады, якія дазволяць абысці патэнты Росі і пакінуць яго ў баку ад шматмільярднага энергетычнага бізнесу.

Так што, магчыма, Росі хацеў бы пазбегнуць гэтага пацверджання.

Similar articles

 

 

 

 

Trending Now

 

 

 

 

Newest

Copyright © 2018 be.unansea.com. Theme powered by WordPress.