A termonukleáris reaktor megjelenésére több mint fél évszázada számítottak. A várakozások annyira túlfűtöttek, hogy nagyon népszerű összeesküvés-elmélet alakult ki, mintha valójában már régen feltalálták volna, de az olajmágnások elrejtik a találmányt a tömegek elől, hogy ne veszítsék el a szuperprofitokat. Mint minden összeesküvés-elmélet, egy ilyen elmélet sem állja meg a kritikát, és továbbra is a detektívpróza témája. Ennek megértése azonban nem tagadja a fő kérdést: mikor fogjuk elsajátítani a termonukleáris energiát?
SUNNY BOSTER
Egy termonukleáris reakciót (vagy magfúziós reakciót), amelyben a könnyebb magok nehezebbé olvadnak össze, a fizikusok még az 1910-es években írták le. És először Ernst Rutherford angol tudós figyelte meg. 1919-ben nagy sebességgel nitrogénnel nyomja a héliumot, hogy hidrogént és nehéz oxigént termeljen. Öt évvel később Rutherford sikeresen befejezte a szuperheves hidrogén-trícium szintézisét a deutérium nehéz hidrogénmagjaiból. Körülbelül ugyanebben az időben Arthur Eddington asztrofizikus merész hipotézist vetett fel, miszerint a csillagok a mélységükben lévő termonukleáris reakciók következtében égnek. 1937-ben Hans Bethe amerikai tudós bizonyítani tudta a termonukleáris reakciók előfordulását a Napban - ezért Eddingtonnak igaza volt.
A "szoláris tűz" reprodukciójának gondolata a Földön Tokutaro Hagiwara japán fizikusé volt, aki 1941-ben felvetette annak lehetőségét, hogy az uránhasadás robbanásveszélyes láncreakciójával termikus nukleáris reakció induljon meg a hidrogénmagok között - vagyis egy atomrobbanásnak körülményeket kell teremteni (ultramagas hőmérséklet és nyomás). hogy elinduljon a termonukleáris fúzió. Kicsit később Enrico Fermi, aki részt vett az amerikai atombomba létrehozásában, ugyanerre az ötletre jutott. 1946-ban Edward Teller vezetésével kutatási projekt indult a termonukleáris energia felhasználásáról a Los Alamos Laboratóriumban.
Az első termonukleáris eszközt az amerikai katonaság 1952. november 1-jén robbantotta fel a csendes-óceáni Enewetok atollon. Hasonló kísérletet hajtottunk végre 1953-ban. Így az emberiség több mint hatvan éve használja a termonukleáris fúziót, de csak pusztító célokra. Miért nem lehet racionálisabban használni?
PLAZMAMESTEREK
Promóciós videó:
Energia szempontjából a termonukleáris reakció szempontjából az optimális plazma hőmérséklet 100 millió fok. Ez többszörösen magasabb, mint a Nap belsejének hőmérséklete. Hogyan legyen?
A fizikusok azt javasolták, hogy a plazmát "mágneses csapdában" tartsák. Az ötvenes évek elején Andrej Szaharov és Igor Tamm kiszámították a mágneses mezők konfigurációját, amelyek képesek plazmát vékony szálakká préselni és megakadályozni, hogy a kamra falaira essen. Az általuk javasolt séma alapján számos tokamak jött létre.
Úgy gondolják, hogy a "TOKAMAK" kifejezés a "TOroid CAMERA with Magnetic Coils" kifejezés rövidítéseként jött létre. A fő tervezési elem valóban azok a tekercsek, amelyek erőteljes mágneses teret hoznak létre. A tokamak munkakamrája tele van gázzal. Az örvénymező hatására történő lebontás eredményeként a kamrában lévő gáz fokozott ionizációja következik be, amely plazmává változtatja. A toroid kamra mentén mozgó plazma szál képződik, amelyet hosszirányú elektromos áram melegít. A mágneses mezők egyensúlyban tartják a zsinórt, és olyan alakot adnak neki, amely megakadályozza, hogy megérintse a falakat és megégesse őket.
A mai napig a tokamak plazma hőmérséklete elérte az 520 millió fokot. A bemelegítés azonban az út legeleje. A tokamak nem erőmű - éppen ellenkezőleg, energiát fogyaszt, anélkül, hogy bármit is cserébe adna. A hőerőművet különböző elveken kell felépíteni.
Mindenekelőtt a fizikusok döntöttek az üzemanyagról. A teljesítményreaktor számára szinte ideális a hidrogén-izotópok - deutérium és trícium (D + T) magjainak összeolvadásán alapuló reakció, amelynek eredményeként egy hélium-4 mag és egy neutron képződik. A szokásos víz szolgál a deutérium forrásaként, és a tríciumot neutronokkal besugárzott lítiumból nyerik.
Ezután a plazmát 100 millió fokra kell melegíteni és erősen összenyomni, hosszú ideig ebben az állapotban tartva. A mérnöki tervezés szempontjából ez hihetetlenül összetett és drága feladat. Ez a bonyolultság és a magas költségek sokáig hátráltatták az energia irányának fejlődését. A társaság nem volt kész finanszírozni egy ekkora projektet, amíg nem volt bizalom a sikerében.
ÚT A JÖVŐHEZ
A Szovjetunió, ahol egyedülálló tokamak épült, megszűnt, de a termonukleáris energia elsajátításának gondolata nem halt meg, és a vezető országok rájöttek, hogy a problémát csak együtt lehet megoldani.
És most épül az első kísérleti termonukleáris reaktor az energetikához Cadarache faluban, Franciaország délkeleti részén, Aix-en-Provence város közelében. Oroszország, az USA, az Európai Unió, Japán, Kína, Dél-Korea, India és Kazahsztán részt vesz e nagyszerű projekt megvalósításában.
Szigorúan véve a Cadarache-ban építendő létesítmény továbbra sem lesz képes hőerőműként működni, de közelebb hozhatja az idejét. Nem véletlen, hogy ITER-nek hívták - ez a rövidítés a Nemzetközi Termonukleáris Kísérleti Reaktor rövidítése, de szimbolikus jelentéssel is bír: latinul az iter út, út. Így a Cadarash-reaktornak meg kell nyitnia az utat a jövő termonukleáris energiájának, amely biztosítja az emberiség túlélését a fosszilis üzemanyagok kimerülése után.
Az ITER felépítése a következő. Középső részén egy körülbelül 2000 m3 térfogatú toroid kamra található, amely 100 millió fok feletti hőmérsékletre melegített trícium-deutérium plazmával van feltöltve. A fúziós reakció során keletkező neutronok elhagyják a "mágneses üveget", és az "első falon" át a takaró körülbelül egy méter vastag szabad területébe lépnek. A takaró belsejében a neutronok lítium atomokkal ütköznek, és reakciót eredményeznek a trícium képződésével, amely nemcsak az ITER, hanem más reaktorok számára is elő fog állni, ha megépülnek. Ebben az esetben az "első falat" neutronok melegítik 400 ° C-ra. A felszabadult hőt a hagyományos állomásokhoz hasonlóan az elsődleges hűtőkör veszi egy hűtőfolyadékkal (például vizet vagy héliumot tartalmaz), és átviszi a szekunder körbe, ahol vízgőz keletkezik,áramot termelő turbinákba megy.
Az ITER telepítése valóban mega gép. Súlya 19.000 tonna, a toroid kamra belső sugara 2 méter, a külső több mint 6 méter. Az építkezés már javában zajlik, de senki sem tudja biztosan megmondani, hogy mikor érkezik az első pozitív energiatermelés a telepítéskor. Az ITER azonban 200 000 kWh előállítását tervezi, ami megegyezik a 70 tonna szénben lévő energiával. A szükséges lítiummennyiség a számítógép egyik mini-akkumulátorában található, a deutériummennyiség pedig 45 liter vízben található. És abszolút tiszta energia lesz.
Ebben az esetben a deutériumnak évmilliókra elegendőnek kell lennie, és a könnyen kivonható lítium tartalékai elégségesek ahhoz, hogy több száz évig kielégítsék az igényét. Még akkor is, ha a kőzetekben lévő lítiumkészletek elfogynak, a fizikusok képesek lesznek kinyerni a tengervízből.
Az ITER biztosan megépül. És természetesen örülök, hogy hazánk részt vesz a jövő projektjében. Csak az orosz szakemberek rendelkeznek sokéves tapasztalattal a nagy szupravezető mágnesek létrehozásában, amelyek nélkül lehetetlen megtartani a plazmát az izzószálban: hála a tokamaknak!
Anton Pervushin