მრეწველობა

მსოფლიოს უდიდესი შერწყმა რეაქტორი მზის ენერგიას ააყენებს

მსოფლიოს უდიდესი შერწყმა რეაქტორი მზის ენერგიას ააყენებს

მსოფლიოში ყველაზე დიდი ტოკამაკის რეაქტორი [სურათის წყარო: ITER]

ადამიანის განვითარება და ყოველდღიური რეგულარული ფუნქციონირება დიდწილად დამოკიდებულია ელექტროენერგიის მუდმივ ხელმისაწვდომობაზე. ახალი და ძველი თითქმის ყველა ტექნოლოგია მნიშვნელოვნად არის დამოკიდებული ენერგიის მუდმივ მარაგზე. როგორც ასეთი, ადამიანებს აქვთ გადასახადების მასიური მოთხოვნა მეტ ძალაზე, ძალა, რომელიც ხშირად გროვდება ნაკლებად სასურველ საშუალებებზე. იქნება ეს წიაღისეული საწვავის დაწვა თუ ჰიდროელექტრო კაშხლები, ყველა ამჟამინდელი ელექტროენერგიის გამომუშავება გარკვეულწილად გადასახადით ატარებს გარემოს. ამასთან, რა მოხდება, თუ თქვენ გააუქმებთ ელექტროენერგიის ამჟამინდელი წარმოების ყველა მავნე ზემოქმედებას, როდესაც გენერატორი შეძლებს მილიონჯერ მეტი ენერგიის გამომუშავებას, ვიდრე ნებისმიერი ქიმიური რეაქცია - და გამოიყენოთ იგი პრაქტიკულად შეუზღუდავი ენერგიის გასათავისუფლებლად?

როგორც ჩანს, საინჟინრო ფანტაზიაა, თუმცა, პასუხი პირდაპირ თავში იკვეთება. შერწყმა ენერგია, ენერგია, რომელიც მზეს და ყველა სხვა ვარსკვლავს აძლიერებს კომოსში. ეს არის ორი ნაწილაკის შერწყმა, რაც ენერგიის დიდ რაოდენობას უშვებს შეუზღუდავად. წყალბადის, ყველაზე უხვი ელემენტი დედამიწაზე და სამყაროში წარმოადგენს საწვავის მომარაგებას. შერწყმა ენერგიაზე ჩასმა უზრუნველყოფს პრაქტიკულად შეუზღუდავ ენერგიას ნახშირბადის გამონაბოლქვის გარეშე და არავითარ უარყოფით გვერდით ეფექტს გარემოსთან მიმართებაში.

1900-იანი წლების დასაწყისში იგი მეტწილად აღიარებულია, როგორც ენერგიის მიღების ყველაზე ეფექტური საშუალება. ამასთან, მეცნიერები წარმოუდგენლად გულუბრყვილოები იყვნენ, მათი ვარაუდით, შერწყმის გენერატორებისგან ენერგიის გამომუშავება და მოპოვება ადვილი იქნებოდა. მე -19 საუკუნის 30-იან წლებში ფიზიკოსები უკვე ატარებდნენ პირველ ექსპერიმენტებს შერწყმის თაობაზე. თუმცა, მხოლოდ 1968 წელს იქნა მიღწეული მნიშვნელოვანი ეტაპი სამიდან ორი კრიტიკული პირობების შექმნისთვის, რაც აუცილებელია შერწყმის პროცესის დასაწყებად.

მსოფლიოში პირველი ტოკამაკი მოწყობილობა რუსული T1 Tokamak მოსკოვის კურჩატოვის ინსტიტუტში. მხოლოდ 0,4 კუბური მეტრი პლაზმის დაგროვება, მოწყობილობა 2000-ჯერ პატარაა, ვიდრე ამჟამად განვითარებული მსოფლიოში უდიდესი ტოკამაკი, ITER [სურათის წყარო: ITER]

ექსპერიმენტში გამოყენებული მოწყობილობა ჩატარდა ატოკამაკი- ძირითადად დონატის ფორმის აპარატი, რომელიც იყენებს ძლიერ მაგნიტურ ველებს, რათა შეიცავდეს პლაზმას ტემპერატურაზე აღემატება რომ მზე. ტოკამაკი გახდა თერმობირთვული კვლევის აუცილებელი კომპონენტი და დღემდე გამოიყენება სიცოცხლისუნარიანი შერწყმის რეაქტორის წარმოების შემდგომი განვითარების მიზნით.

ტოკამაკები ფუნქციონირებენ გაზის ვაკუუმის პალატაში გატუმბვით. შემდეგ ელექტროენერგია ტუმბოს ცენტრში (დონატის ხვრელი). გაზი აგროვებს დიდ მუხტს და იწყებს გახურებას, მაგრამ ის შემოიფარგლება ინტენსიური მაგნიტური ველებით, რომლებიც წარმოიქმნება მასიური მაგნიტური ბორბლებით, რომლებიც გარს აკრავს მოწყობილობას.

დაბრკოლებები ჯერ კიდევ არ არის მიღწეული

მიუხედავად იმისა, რომ გუნდმა შეიმუშავა მეთოდი შერწყმის რეაქტორის შექმნის ორი პირობის დაკმაყოფილების მიზნით, ფუნქციონალური მოდელის შემუშავება ძალზე რთული აღმოჩნდა. მხოლოდ 1991 წელს იქნა მიღწეული შერწყმის ენერგიის პირველი კონტროლირებადი გამოყოფა. ამასთან, გენერატორს ბევრჯერ მეტი ენერგიის შეყვანა სჭირდებოდა, ვიდრე წარმოებული, აშკარად ცუდი საშუალება და ელექტროენერგიის წარმოქმნის არაცოცხალი გზა.

Fusion ენერგია

შერწყმის რეაქციის დასაწყებად უნდა დაკმაყოფილდეს სამი პირობა - ესენია: წარმოუდგენლად მაღალი ტემპერატურა (მაღალენერგეტიკული შეჯახების სტიმულირების მიზნით); პლაზმის ნაწილაკების ადექვატური სიმკვრივე (შეჯახების მაღალი ალბათობის უზრუნველსაყოფად); და საკმარისი დრო, როდესაც პლაზმა უნდა შეიზღუდოს (განსაზღვრული მოცულობით შენარჩუნდეს პლაზმა, რომელსაც გაფართოების ტენდენცია აქვს).

მხოლოდ სამი კომპონენტის დაკმაყოფილების შემთხვევაში დაიწყება შერწყმის პროცესი.

გახლეჩის რეაქციის საპირისპიროდ, რომელიც მოითხოვს და აძევებს ძლიერ რადიოაქტიურ მასალას, შერწყმა აკონტროლებს იმ ნაწილაკების დაუკრავებას, რომლებიც ენერგიის დიდ რაოდენობას ათავისუფლებს სითბოს სახით, მხოლოდ წყალბადს მოითხოვს საწვავად და თითქმის არ იწვევს რადიოაქტიურ ნარჩენებს.

რეაქტორები გამოიყენებენ წყალბადის, დეიტერიუმის და ტრიტიუმის ორ რადიოაქტიურ იზოტოპს, რომ გაერთიანდნენ და შექმნან ჰელიუმი, რადგან ამოაგდება ერთი ძლიერ ენერგიული ნეიტრონი, რომელიც შემდეგ სწრაფად ჩქარდება შემდეგი რეაქციის დასაწყებად. ამ მეთოდით შეიძლება შეიქმნას მარყუჟის მექანიზმი თვითსამაგრილებელი მოწყობილობის დასაწყებად.

შერწყმის პროცესი [სურათის წყარო: ვიკიპედია]

სიცოცხლისუნარიანი შერწყმის რეაქტორის შექმნის ყველაზე დიდი პრობლემაა მოწყობილობის შემუშავება, რომელსაც შეუძლია შეინარჩუნოს უზარმაზარი წნევა და პლაზმური ტემპერატურა, რომლებიც უახლოვდება 100 მილიონი გრადუსი - 6-ჯერ უფრო ცხელი, ვიდრე დედამიწის ბირთვი. მიუხედავად იმისა, რომ მეცნიერებმა მიაღწიეს ტემპერატურას, როდესაც ტოკამაკი უფრო მცირე იყო 50 მილიონი გრადუსი ცელსიუსით, ექსპერიმენტი მხოლოდ გაგრძელდა 102 წამისანამ პლაზმა დაინგრევა თავის სტაბილურ ფორმაში. ამ დრომდე მდგრადი პირობების შექმნა ფუნქციური შერწყმის რეაქციის წარმოებისა და შენარჩუნებისთვის სრულიად გაუგებარია.

ელექტროენერგიის წარმოქმნის მისაღწევად, შერწყმის მეცნიერებმა უნდა დააკმაყოფილონ პლაზმური ენერგიის დაწყვეტილი წერტილი - წერტილი, რომელშიც შერწყმის მოწყობილობაში არსებული პლაზმური ენერგია მინიმუმ იმავე ენერგიას გამოდევნის, რაც პროცესის დასაწყებად გამოიყენება. დღეისათვის ჯერ მომენტი არ არის მიღწეული. ამასთან, ენერგიის გამოყოფის დონის აღრიცხვა შესაძლებელი იყო70 პროცენტიშეყვანის ძალა. რეკორდს კვლავ ფლობს JET.

ახლა კი, თითქმის თითქმის 60 წლის შერწყმა ენერგიის კვლევისა და განვითარებისათვის, ინჟინრები და მეცნიერები ემზადებიან მსოფლიოს უდიდესი ტოკამაკის რეაქტორის ბოლო ეტაპზე, რათა დაიწყოს და შეინარჩუნოს სიტყვის პირველი ბირთვული გახლეჩის გენერატორი ენერგიის დადებითი გამომუშავებით. პროექტი წარმოადგენს საერთაშორისო თანამშრომლობას, რომლის მიზანია ექსპერიმენტული შერწყმა რეაქტორის წარმოქმნა, რომელიც ამბობს, რომ თვითგამორკვევაა - არსებითად აითვისებს პატარა ვარსკვლავის ძალას. პროექტი, რომელიც ითვლება ITER, ამჟამად კარგად მიმდინარეობს.

რა არის ITER

ITER (საერთაშორისო თერმობირთვული ექსპერიმენტული რეაქტორი) არის ერთა საერთაშორისო თანამშრომლობა, რათა შეიქმნას მსოფლიოში პირველი თვითგამორკვევის თერმობირთვული რეაქტორი, რომელიც გადაჭარბებულ წერტილს გადააჭარბებს. გენერატორი ამჟამად ვითარდება და ჰპირდება რევოლუციას ელექტროენერგიის წარმოებაში 21 საუკუნეში. თუ ის ფუნქციონირებს როგორც დაგეგმილია, ის გამოიმუშავებს 500 მეგავატი გამომუშავების ენერგიას, ხოლო მხოლოდ 50 მეგავატიანი შეყვანის ხარჯვას, რაც ისტორიის ახალ თავში გადაიწერს, როგორც თაობამ, რომელიც ვარსკვლავების ენერგიას აიღო.

მანძილი მთელს მანძილზე 42 ჰექტარი ქარხანა დასაქმდება 5,000 ხალხი პიკის მშენებლობის დროს. ეს იქნება ყველაზე დიდი ტოკამაკის რეაქტორი, რომელიც აშენდა ოდესმე, და ზომა იქნება შემდეგი შემდეგი ტოკამაკის მოცულობის 8-ჯერ.

Როგორ მუშაობს?

ამაზრზენი აპარატი იქნება მსოფლიოში ყველაზე დიდი ტოკამაკი, რომლის პლაზმური რადიუსი (R) არის 6,2 მ და პლაზმის მოცულობა 840 კვ.მ.. რეაქტორის გულში რჩება ტოკამაკის გარშემო შემოხვეული მასიური მაგნიტური ხვია, რაც მნიშვნელოვანი კომპონენტია ტემპერატურის შეზღუდვისთვის150 მილიონი გრადუსი C როგორც ყველა სხვა ტოკამაკი, მასიური ხომალდი დააკისრებს გაზურ საწვავს, რომელსაც შეიცავს უზარმაზარი მაგნიტური ველები. ელექტროენერგიის არაჩვეულებრივი რაოდენობით გამოყენება აიძულებს გაზს დაანგრიოს და იონიზირდეს, რადგან ელექტრონებს ბირთვებიდან აცლიან. შემდეგ ჩამოყალიბდება პლაზმები.

პლაზმის ნაწილაკები ენერგიულად განაგრძობენ, როდესაც ისინი აგრძელებენ შეჯახებას მზარდი ინტერვალებით და ინტენსივობით. დამხმარე გათბობის მეთოდები გააუმჯობესებს პლაზმის ტემპერატურას, სანამ შერწყმის ტემპერატურა არ მიიღწევა 150-დან 300 მილიონამდე ° C. ძლიერ ენერგიულ ნაწილაკებს შეეძლებათ დაძლიონ ბუნებრივი ელექტრომაგნიტური მოგერიება, რაც საშუალებას მისცემს ნაწილაკებს შეჯახდნენ და დაუკრავენ, ენერგიის უზარმაზარი რაოდენობის გამოყოფა.

რას გააკეთებს ეს?

პირველი ეტაპი იქნება მსოფლიოში ფუნქციონალური, თვითგამძლე თერმობირთვული რეაქტორის შექმნა. საწყისი განვითარების გარდა, ITER- მა რამდენიმე მიზანი დაისახა.
1) აწარმოეთ 500 მგვტ შერწყმა ენერგია 400 წმ პულსისთვის
ITER ითვალისწინებს 500 მეგავატი სიმძლავრის წარმოებას, რაც ენერგიის შეყვანისგან 10-ჯერ იზრდება. ამის მიზანია პლაზმის შენარჩუნება მინიმუმ 400 წამი.

2) შერწყმის ელექტროსადგურის ტექნოლოგიების ინტეგრირებული მუშაობის დემონსტრირება
ITER პირობას დებს, რომ გადაკვეთს უფსკრული ექსპერიმენტულ შერწყმა მოწყობილობებსა და ფუნქციონალურ გენერატორს შორის, რაც აჩვენებს მომავალში შერწყმის ელექტროსადგურების შესაძლებლობებს. მასიური მოწყობილობით, მეცნიერებს კვლავ შეეძლებათ შეისწავლიან პლაზმებს მსგავსი პირობებით, რომლებიც მოსალოდნელია მომავალში შერწყმის ელექტროსადგურებში.

3) მიაღწიეთ დეიტერიუმ-ტრიციუმის პლაზმას, რომელშიც რეაქცია მდგრადია შიდა გათბობით
იდეალურ შემთხვევაში, მოწყობილობის ჩართვის შემთხვევაში, მეცნიერები დარწმუნებულნი არიან, რომ მანქანა დარჩება თვითგამორკვევით, ერთადერთი ელექტროენერგიის შეყვანა გამოიყენება მასიური ელექტრომაგნიტებისთვის.

4) ტრიტიუმის გამოყვანა
ტრიტიუმი, წყალბადის რადიოაქტიური იზოტოპი, შეიძლება კრიტიკული კომპონენტი იყოს მომავალი ელექტროსადგურების განვითარებაში. ამასთან, მოთხოვნილების შემცირება, რომელიც უკვე მცირეა მოთხოვნით, პირველმა გენერატორებმა უნდა აჩვენონ ტრიტიუმის წარმოების მიზანშეწონილობა სხვა რეაქტორების შენარჩუნების მიზნით.

5) შერწყმის მოწყობილობის უსაფრთხოების მახასიათებლების დემონსტრირება
2012 წელს ITER– მა მიიღო ლიცენზია, როგორც ბირთვული ოპერატორი საფრანგეთში და გახდა პირველი მსოფლიოში, რომელმაც გაიარა უამრავი ექსპერტიზა უსაფრთხოების შესახებ. ITER– ის ერთ – ერთი ძირითადი მიზანია პლაზმაში დემონსტრირება და შერწყმის რეაქციები გარემოზე უმნიშვნელო შედეგებს გამოიწვევს.

მომავალი / არის შერწყმა

როგორც ადამიანი 21 საუკუნეში ვითარდება, აქცენტი კეთდება მდგრადი, ეკოლოგიურად სუფთა შექმნაზე. წარმატებული თერმობირთვული რეაქტორის ტესტებით, რომლებიც სულ უფრო ხშირად ხდება ეტაპები შერწყმის წარმოებაში, აშკარა ხდება, რომ ალბათ ერთ მშვენიერ დღეს, სამყარო კიდევ ერთხელ დაეყრდნობა ვარსკვლავების ძალას, ამ დროის გარდა, ჩვენი სურვილისამებრ. ასეთი რეაქტორების პროგრესი და განვითარება პერსპექტიული რჩება. დროის საკითხია, სანამ ფუნქციონალური საშუალებების დიდი ინტეგრაცია განვითარდება. ბირთვული კრიზისის შანსის გარეშე, რადიოაქტიური ნარჩენების თითქმის არარსებობა და ენერგიის პრაქტიკულად შეუზღუდავი მომარაგება იმედის მომცემი პერსპექტივაა, რომელშიც ადამიანები მნიშვნელოვნად შეამცირებენ დედამიწაზე ამჟამად ჩაჭრილ ნაკვალევს.

აგრეთვე იხილეთ: MIT მნიშვნელოვან მიღწევას ახდენს ბირთვული შერწყმაში

დაწერილი მავერიკ ბეიკერი


Უყურე ვიდეოს: როგორ დავამზადოთ მზის წყალგამაცხელებელი ჩვენი ხელით (დეკემბერი 2021).