핵융합로. Iter는 국제적인 열핵 원자로(iter)입니다. iter 프로젝트 생성 및 원자로 출시

핵융합로

현재 개발 중입니다. (80년대) 빛의 합성반응을 통해 에너지를 얻는 장치. 매우 높은 온도(=108K)에서 핵이 발생합니다. 기초적인 열핵반응이 충족해야 하는 요구사항은 열핵반응의 결과로 발생하는 에너지가 외부 소스의 에너지 비용을 보상하는 것보다 더 크다는 것입니다. 반응을 유지하는 소스.

T.r에는 두 가지 유형이 있습니다. 첫 번째 유형에는 TR이 포함되어 있으며 외부에서 크림으로 연결이 필요합니다. 열핵융합의 점화만을 위한 소스. 반응. 추가 반응은 융합 중에 플라즈마에서 방출되는 에너지에 의해 뒷받침됩니다. 반응; 예를 들어, 중수소-삼중수소 혼합물에서는 반응 중에 형성된 α-입자의 에너지가 높은 플라즈마 온도를 유지하는 데 소비됩니다. 고정 작동 모드 T.r. a-입자가 운반하는 에너지는 에너지를 보상합니다. 주로 플라즈마와 방사선의 열전도율로 인해 플라즈마로 인한 손실이 발생합니다. 이런 유형의 T.r. 예를 들어 .

다른 유형의 T.r. 원자로에는 입자 형태로 방출되는 에너지가 반응의 연소를 유지하기에 충분하지 않지만 외부 소스로부터의 에너지가 필요한 원자로가 포함됩니다. 소스. 이는 에너지 수준이 높은 원자로에서 발생합니다. 손실, 예: 오픈 마그네틱 트랩.

T.r. 자기를 이용한 시스템을 기반으로 구축할 수 있습니다. 토카막, 개방형 자기장과 같은 플라즈마 감금. 트랩 등 또는 관성 플라즈마 감금 시스템은 짧은 시간(10-8-10-7초)(레이저 방사선을 사용하거나 상대 전자 또는 이온 빔을 사용하여)에 에너지가 플라즈마에 도입될 때 충분합니다. 반응의 발생과 유지를 위해. T.r. 자석으로 플라즈마 감금은 준고정 모드 또는 고정 모드로 작동할 수 있습니다. 관성 플라즈마 감금의 경우 T. r. 단펄스 모드에서 작동해야 합니다.

T.r. 계수로 특징 지어집니다. 전력 증폭 (품질 계수) Q는 원자로에서 얻은 화력과 생산 전력 비용의 비율과 같습니다. 열 T.r. 융합 중에 방출되는 전력으로 구성됩니다. 플라즈마의 반응, 그리고 소위 말하는 힘이 방출됩니다. TR 블랭킷 - 열핵핵과 중성자의 에너지를 사용하는 플라즈마를 둘러싸는 특수 쉘입니다. 가장 유망한 기술은 다른 핵융합 반응보다 반응 속도가 더 빠르기 때문에 중수소-삼중수소 혼합물에서 작동하는 기술인 것으로 보입니다.

T.r. 중수소-삼중수소 연료에서는 블랭킷의 구성에 따라 "순수" 또는 하이브리드일 수 있습니다. "순수한"T.r.의 담요 Li를 함유하고; 그 안에서 중성자의 영향으로 중수소-삼중수소 플라즈마가 "화상"되고 열핵의 에너지가 증가하는 것이 생성됩니다. 17.6에서 22.4 MeV까지의 반응. 하이브리드 T.r의 담요에서. 삼중수소가 생산될 뿐만 아니라, 238U를 배치하면 239Pu를 얻을 수 있는 구역도 있습니다(원자로 참조). 동시에, 담요에서 대략 같은 에너지가 방출됩니다. 열핵 하나당 140MeV. . 따라서 하이브리드 T.r. "순수한" 원자로보다 약 6배 더 많은 에너지를 얻을 수 있지만 전자에는 핵분열성 방사성 물질이 존재합니다. 인인은 독이 있는 곳에 가까운 환경을 만들어줍니다. 핵분열로.

물리백과사전. - M.: 소련 백과사전. 편집장 A. M. Prokhorov. 1983 .

핵융합로

1990년대에 개발되었습니다. 매우 높은 온도(108K)의 플라즈마 내에서 일어나는 가벼운 원자핵의 융합반응을 통해 에너지를 얻는 장치. 기초적인 T.R.이 충족해야 하는 요구 사항은 결과적으로 에너지 방출이 발생한다는 것입니다. 열핵반응(TP) 외부 소스의 에너지 비용을 보상하는 것 이상입니다. 반응을 유지하는 소스.

T.r에는 두 가지 유형이 있습니다. 첫 번째에는 외부 소스로부터 에너지를 생성하는 원자로가 포함됩니다. 소스는 TP 점화에만 필요합니다. 예를 들어, 추가 반응은 TP에서 플라즈마에서 방출되는 에너지에 의해 뒷받침됩니다. 중수소-삼중수소 혼합물에서는 반응 중에 형성된 α-입자의 에너지가 고온을 유지하기 위해 소비됩니다. 3개의 He와 중수소의 혼합물에서 모든 반응 생성물, 즉 a-입자 및 양성자의 에너지는 필요한 플라즈마 온도를 유지하는 데 소비됩니다. 고정 작동 모드 T.r. 전하를 운반하는 에너지. 반응 생성물은 에너지를 보상합니다. 주로 다음으로 인한 플라즈마 손실 플라즈마 열전도도 및 방사선. 이러한 원자로를 자립형 열핵 반응이 점화되는 원자로(참조: 점화 기준).그러한 T.r.의 예: 토카막, 스텔라레이터.

다른 유형의 T.r. 반응기에는 플라즈마에서 전하 형태로 방출되는 에너지가 반응의 연소를 유지하기에 불충분한 반응기가 포함됩니다. 반응 생성물이지만 에너지는 외부 소스에서 필요합니다. 소스. 이러한 원자로는 일반적으로 열핵 반응의 연소를 지원하는 원자로라고 불립니다. 이것은 에너지가 높은 T. 강에서 발생합니다. 손실, 예: 오픈 매거진. 트랩, 토카막, 점화 곡선 TP 아래의 플라즈마 밀도 및 온도 모드에서 작동합니다. 이 두 가지 유형의 원자로에는 자기 시스템을 기반으로 구축할 수 있는 모든 유형의 T.r.이 포함됩니다. 플라즈마 감금(토카막, 스텔라레이터, 개방형 자기 트랩 등) 또는 다음을 갖춘 시스템 관성 유지혈장.

국제 열핵 실험로 ITER: 1 - 본부; 2 - 담요 - ; 3 - 혈장; 4 - 진공벽; 5 - 펌핑 파이프라인; 6- 저온 유지 장치; 7- 능동 제어 코일; 8 - 토로이드 자기장 코일; 9 - 첫 번째 벽; 10 - 전환판; 11 - 폴로이드 자기장 코일.

관성 플라즈마 밀폐형 원자로는 레이저 방사선이나 상대론적 전자 또는 이온 빔을 사용하여 짧은 시간(10 -8 -10 -7 초)에 에너지가 도입되어 다음의 발생 및 유지에 충분하다는 사실을 특징으로 합니다. TP. 이러한 반응기는 자석이 있는 반응기와 달리 짧은 펄스 모드에서만 작동합니다. 준고정 모드나 정지 모드에서도 작동할 수 있는 플라즈마 감금.

T.r. 계수로 특징 지어집니다. 전력 이득(품질 계수) 큐,원자로의 화력 대 생산 전력 비용의 비율과 같습니다. 원자로의 화력은 플라즈마에서 TP 동안 방출되는 전력, 연소 온도 TP를 유지하거나 토카막의 경우 플라즈마에서 정지 전류를 유지하기 위해 플라즈마에 도입되는 전력, 그리고 토카막의 경우 플라즈마에서 방출되는 전력으로 구성됩니다. 혈장.

T.r의 개발 자석으로 보유는 관성 보유 시스템보다 더 발전되었습니다. 국제열핵실험 계획. 그림에는 1988년부터 소련(1992년부터 러시아), 미국, Euratom 국가 및 일본의 4개 당사자가 개발한 프로젝트인 ITER 토카막 원자로가 표시되어 있습니다. T.r. 그것은 . 매개변수: 큰 플라즈마 반경 8.1m; 평균적으로 작은 플라즈마 반경. 비행기 3m; 혈장 단면 신장 1.6; 토로이달 매거진. 축 5.7 Tesla; 정격 플라즈마 21 MA; DT 연료 1500MW를 사용한 정격 열핵전력. 반응기에 흔적이 있습니다. 기초적인 노드: 중심. 솔레노이드 나, 전기 수행하는 분야에서는 전류의 증가를 조절하고 특수 전류와 함께 이를 유지합니다. 시스템이 보완될 예정 플라즈마 가열; 첫 번째 벽 9, 가장자리는 플라즈마를 직접 향하고 복사 및 중성 입자 형태의 열 흐름을 감지합니다. 담요 - 보호 2, 어떤 현상 T. r의 필수적인 부분입니다. 중수소-삼중수소(DT) 연료에서는 플라즈마에서 연소된 삼중수소가 블랭킷에서 재생되기 때문입니다. T.r. DT 연료의 경우 담요의 재질에 따라 "순수" 또는 하이브리드일 수 있습니다. "순수한"T.r.의 담요 Li를 함유하고; 그 안에서 열핵 중성자의 영향으로 삼중수소가 생성됩니다: 6 Li +nT+ 4 He+ 4.8 MeV, TP 에너지는 17.6 MeV에서 22.4 MeV로 증가합니다. 빈칸에 하이브리드 핵융합로삼중수소가 생산될 뿐만 아니라 폐기물 238U가 배치되어 239 Pu를 생산하는 구역도 있습니다. 동시에 열핵 중성자당 140MeV에 해당하는 에너지가 담요에서 방출됩니다. T.o., 하이브리드 T.r. "순수한" T.R.보다 초기 핵융합 사건당 약 6배 더 많은 에너지를 얻을 수 있지만, 핵분열성 방사성 물질의 첫 번째 경우에는 존재합니다. 물질은 방사선을 생성합니다. 천국과 유사한 환경 원자로분할.

T.r에서. D와 3 He의 혼합물에 연료를 사용하면 삼중수소를 재생산할 필요가 없기 때문에 담요가 없습니다. D + 3 He 4 He(3.6 MeV) + p(14.7 MeV), 모든 에너지는 청구 형태. 반응 생성물. 방사능 보호는 중성자 에너지와 방사성 물질을 흡수하도록 설계되었습니다. 복사 및 열의 감소와 복사는 초전도 자석으로 흐릅니다. 고정 작동에 허용되는 수준으로 시스템을 유지합니다. 토로이드 자석 코일 필드 8 토로이달 자석을 생성하는 역할을 합니다. Nb 3 Sn 초전도체와 액체 헬륨 온도(4.2K)에서 작동하는 구리 매트릭스를 사용하여 초전도체로 만들어졌습니다. 고온 초전도성을 얻기 위한 기술의 개발은 예를 들어 액체 헬륨을 이용한 코일 냉각을 없애고 더 저렴한 냉각 방법으로 전환하는 것을 가능하게 할 수 있습니다. 액체 질소. 원자로의 설계는 크게 변하지 않을 것입니다. 폴로이달 필드 코일 11 마그네슘과 함께 초전도성이기도 합니다. 플라즈마 전류장은 폴로이드 자기장의 평형 구성을 생성합니다. 1개 또는 2개의 0이 있는 폴로이드 다이버터가 있는 필드 10, 전하 흐름의 형태로 플라즈마에서 열을 제거하는 역할을 합니다. 전환기 플레이트에서 중화된 반응 생성물인 헬륨과 프로튬을 펌핑하는 데 사용됩니다. T.r에서. D 3 He 연료를 사용하면 전환기 플레이트가 직접 충전 에너지 변환 시스템의 요소 중 하나 역할을 할 수 있습니다. 반응 생성물을 전기로. 저온 유지 장치 6 보다 진보된 고온 초전도체를 사용할 때 초전도 코일을 액체 헬륨의 온도 또는 더 높은 온도로 냉각시키는 역할을 합니다. 진공 챔버 4 펌핑 수단(5)은 플라즈마가 생성되는 반응기의 작업 챔버에서 높은 진공을 얻도록 설계되었습니다. 3, 저온 유지 장치를 포함한 모든 보조 볼륨에 포함됩니다.

열핵 에너지 생성을 향한 첫 번째 단계로서 열핵 반응기는 다른 핵융합 반응보다 반응 속도가 더 빠르기 때문에 DT 혼합물에서 작동하는 것으로 보입니다. 앞으로는 저방사성 T.r.을 만들 가능성도 검토되고 있다. D와 He 3의 혼합물. 에너지는 전하를 운반합니다. 반응 생성물 및 중성자는 DD 반응에서 생성된 삼중수소가 연소되는 동안 DD 및 DT 반응에서만 나타납니다. 그 결과, 바이오. 위험 T.r. 분명히 핵분열로에 비해 4~5배 정도 줄일 수 있으므로 산업적 발전이 필요하지 않습니다. 방사성 물질 처리 물질 및 운송, 방사성 물질의 폐기가 질적으로 단순화됩니다. 쓰레기. 하지만 앞으로 친환경 TR을 만들어갈 전망은. D와 3의 혼합물 원료 문제로 복잡하지 않음 : 천연. 지구상의 3개 He 동위원소의 농도는 4개 He 동위원소의 백만분율입니다. 따라서 원자재 확보에 대한 어려운 문제가 발생합니다. 달에서 배달해서요.

록히드 마틴 경영진은 2018년 2월 소형 핵융합로에 대한 특허를 획득했다고 발표했습니다. 전문가들은 이것이 불가능하다고 말하지만 The War Zone에 따르면 "미국 기업이 가까운 시일 내에 공식 성명을 발표할 가능성이 있다"고 합니다.

FlightGlobal 기자인 Stephen Trimble은 “스컹크 웍스 엔지니어의 새로운 특허는 F-16의 잠재적인 응용 분야에 대한 청사진을 갖춘 소형 핵융합로 설계를 보여줍니다. 프로토타입 원자로가 팜데일에서 테스트되고 있습니다.”

출판물에 따르면, "스컹크 웍스가 지난 4년 동안 특허 과정에 계속 참여했다는 사실은 그들이 실제로 프로그램에 적어도 어느 정도 진전을 이뤘음을 나타내는 것 같습니다." 자료의 저자는 4년 전 프로젝트 개발자가 원자로의 기본 설계, 프로젝트 일정 및 프로그램의 전반적인 목표에 대한 기본 정보를 공개했는데 이는 심각한 작업을 나타냅니다.

록히드 마틴이 2013년 4월 4일에 "플라즈마 감금을 위한 자기장 캡슐화" 특허에 대한 임시 신청을 제출한 것을 기억해 봅시다. 동시에, 2014년 4월 2일 미국 특허상표청에 대한 공식 신청서가 접수되었습니다.

록히드마틴은 해당 특허가 2018년 2월 15일에 접수됐다고 밝혔다. 한때 Compact Fusion 프로젝트 관리자인 Thomas McGuire는 파일럿 플랜트가 2014년에, 프로토타입은 2019년에, 작동 프로토타입은 2024년에 생성될 것이라고 말했습니다.

회사는 자사 웹사이트를 통해 회사 전문가들이 연구하고 있는 열핵 원자로가 항공모함, 전투기 또는 소규모 도시에 에너지를 공급하는 데 사용될 수 있다고 보고했습니다.

2014년 10월, 회사는 예비 연구 결과에 따르면 약 100메가와트의 출력과 트럭과 비슷한 크기(기존 모델보다 약 10배 작은)의 경량 핵융합로를 만들 가능성이 있음을 시사했다고 밝혔습니다. 본질적으로 우리는 무엇이든 에너지를 공급할 수 있는 방사선 안전 원자로인 세기의 발견을 위한 응용 프로그램에 대해 이야기하고 있습니다.

제어된 열핵융합 분야 연구에 참여한 러시아 과학자들은 록히드 마틴의 메시지가 일반 대중의 관심을 끌기 위한 비과학적인 진술이라고 말했습니다. 그러나 미국 기업인 록히드 마틴(Lockheed Martin)이 제작한 것으로 추정되는 소형 열핵 원자로의 사진이 트위터에 등장했습니다.

“이런 일은 일어날 수 없습니다. 사실 열핵 원자로가 의미하는 바는 물리적 관점에서 매우 잘 알려져 있습니다. “헬륨 3? - 이것이 속임수라는 것을 즉시 이해해야합니다. 이것은 그러한 준발견의 특징입니다. "어떻게 하는지, 어떻게 구현하는지"라는 한 줄과 나중에 어떻게 좋을지에 대한 10페이지가 있습니다. 이것은 매우 특징적인 신호입니다. 여기서 우리는 저온 열핵 융합을 발명했지만 그들은 그것을 구현하는 방법을 말하지 않았고, 불과 10페이지 후에 그것이 얼마나 훌륭할 것인지에 대해 이야기했습니다.”라고 핵 반응 연구소 부소장은 말했습니다. Pravda.ru. Dubna Andrey Papeko의 Flerov JINR.

“주요 질문은 열핵 반응을 자극하는 방법, 가열 방법, 유지 방법입니다. 이것은 또한 일반적으로 현재 해결되지 않은 질문입니다. 그리고 레이저 열핵 설비에서도 정상적인 열핵 반응이 발화되지 않습니다. 그리고 아쉽게도 가까운 미래에는 해결책이 보이지 않습니다.”라고 핵물리학자는 설명했습니다.

“러시아는 꽤 많은 연구를 수행하고 있습니다. 이는 이해할 수 있으며 전체 공개 언론에 발표되었습니다. 즉, 열핵 반응을 위해 재료를 가열하는 조건을 연구가 필요합니다. 일반적으로 이것은 중수소와의 혼합물입니다. 공상 과학 소설이 없으며 이 물리학은 모두 매우 잘 알려져 있습니다. 가열하는 방법, 유지하는 방법, 에너지를 제거하는 방법, 매우 뜨거운 플라즈마를 점화하면 원자로의 벽을 먹어서 녹일 것입니다. 대규모 시설에서는 자기장을 사용하여 반응기 벽이 녹지 않도록 챔버 중앙에 고정하고 집중시킬 수 있습니다. 그러나 소규모 설치에서는 작동하지 않고 녹아서 타버릴 것입니다. 즉, 내 생각에는 이것은 매우 시기상조인 발언이다”라고 그는 결론지었다.

열핵 원자로는 아직 작동하지 않으며 곧 작동하지 않을 것입니다. 그러나 과학자들은 이미 그것이 어떻게 작동하는지 정확히 알고 있습니다.

이론

헬륨의 동위원소 중 하나인 헬륨-3은 열핵 원자로의 연료로 사용될 수 있습니다. 지구에서는 드물지만 달에는 매우 풍부합니다. 이것은 같은 이름의 Duncan Jones 영화의 줄거리입니다. 이 기사를 읽고 있다면 분명히 영화를 좋아할 것입니다.

핵융합 반응은 두 개의 작은 원자핵이 하나의 큰 원자핵으로 융합되는 반응입니다. 이것은 정반대의 반응입니다. 예를 들어, 두 개의 수소 핵을 서로 충돌시켜 헬륨을 만들 수 있습니다.

이러한 반응에서는 질량 차이로 인해 엄청난 양의 에너지가 방출됩니다. 반응 전의 입자 질량은 결과로 생성되는 큰 핵의 질량보다 큽니다. 이 질량은 덕분에 에너지로 변환됩니다.

그러나 두 핵이 융합하려면 두 핵의 정전기적 반발력을 극복하고 서로 강하게 밀어붙여야 합니다. 그리고 작은 거리에서는 핵 크기 정도에 따라 훨씬 더 큰 핵력이 작용하여 핵이 서로 끌어 당겨 하나의 큰 핵으로 결합됩니다.

따라서 열핵융합 반응은 매우 높은 온도에서만 일어날 수 있으므로 핵의 속도는 핵이 충돌할 때 핵력이 작용하고 반응이 일어날 수 있을 만큼 서로 가까워질 수 있을 만큼 충분한 에너지를 가지고 있습니다. . 이름에서 "thermo"가 유래된 곳입니다.

관행

에너지가 있는 곳에 무기가 있다. 냉전 기간 동안 소련과 미국은 열핵(또는 수소) 폭탄을 개발했습니다. 이것은 인류가 만든 가장 파괴적인 무기이며 이론적으로는 지구를 파괴할 수 있습니다.

실제로 열핵에너지를 사용하는 데 있어 온도는 주요 장애물이다. 녹지 않고 이 온도를 유지할 수 있는 물질은 없습니다.

하지만 탈출구가 있습니다. 강한 에너지 덕분에 플라즈마를 붙잡을 수 있습니다. 특수 토카막에서는 거대하고 강력한 자석에 의해 플라즈마가 도넛 모양으로 유지될 수 있습니다.

핵융합 발전소는 안전하고 환경 친화적이며 매우 경제적입니다. 인류의 모든 에너지 문제를 해결할 수 있습니다. 이제 남은 일은 열핵발전소를 건설하는 방법을 배우는 것뿐입니다.

국제 실험용 핵융합로

핵융합로를 건설하는 것은 매우 어렵고 비용도 많이 듭니다. 이러한 거대한 과제를 해결하기 위해 러시아, 미국, EU 국가, 일본, 인도, 중국, 한국 및 캐나다 등 여러 국가의 과학자들이 힘을 합쳤습니다.

실험용 토카막은 현재 프랑스에서 건설되고 있으며, 2019년까지 완료되고 2037년까지 실험이 수행될 예정인 계획에 따르면 약 150억 달러의 비용이 소요될 것입니다. 만약 성공한다면 아마도 우리는 여전히 행복한 열핵에너지 시대에 살 수 있는 시간을 갖게 될 것입니다.

그러니 더욱 집중하고 실험 결과를 기대해 보세요. 이것은 여러분이 기다려야 할 두 번째 iPad가 아닙니다. 인류의 미래가 달려 있습니다.

모든 것이 어떻게 시작 되었습니까? "에너지 문제"는 다음 세 가지 요소의 조합으로 인해 발생했습니다.

1. 인류는 이제 엄청난 양의 에너지를 소비합니다.

현재 전 세계 에너지 소비량은 약 15.7테라와트(TW)이다. 이 값을 세계 인구로 나누면 1인당 약 2400와트를 얻을 수 있으며 이는 쉽게 추정하고 시각화할 수 있습니다. 지구의 모든 주민(어린이 포함)이 소비하는 에너지는 24개의 100와트 전구를 24시간 작동하는 데 해당합니다. 그러나 지구 전체에 걸쳐 이 에너지의 소비는 매우 고르지 않습니다. 왜냐하면 여러 국가에서는 매우 크고 다른 국가에서는 무시할 수 있기 때문입니다. 소비량(1인 기준)은 미국의 10.3kW(기록적인 값 중 하나), 러시아의 6.3kW, 영국의 5.1kW 등이지만, 반면에 이는 동일합니다. 방글라데시는 0.21kW에 불과합니다(미국 에너지 소비량의 2%에 불과합니다!).

2. 세계 에너지 소비가 급격히 증가하고 있습니다.

국제에너지기구(2006)의 예측에 따르면, 세계 에너지 소비는 2030년까지 50% 증가할 것으로 예상된다. 물론 선진국은 추가 에너지 없이도 괜찮을 수 있지만, 이러한 성장은 15억 명이 심각한 전력 부족을 겪고 있는 개발도상국의 사람들을 빈곤에서 벗어나기 위해 필요합니다.

3. 현재 세계 에너지의 80%는 화석연료 연소에서 나옵니다. (석유, 석탄 및 가스), 그 용도는 다음과 같습니다.
a) 잠재적으로 치명적인 환경 변화의 위험을 초래합니다.
b) 언젠가는 필연적으로 끝나야 합니다.

지금까지 말한 바에 따르면 이제 우리는 화석연료 시대의 종말을 준비해야 함은 분명합니다.

현재 원자력 발전소에서는 원자핵의 핵분열 반응 중에 방출되는 에너지를 대규모로 생산하고 있습니다. 그러한 발전소의 건설과 개발은 가능한 모든 방법으로 장려되어야 하지만, 그 운영에 가장 중요한 재료 중 하나(저렴한 우라늄)의 매장량도 향후 50년 이내에 완전히 소진될 수 있다는 점을 고려해야 합니다. . 핵분열 기반 에너지의 가능성은 보다 효율적인 에너지 사이클을 사용하여 크게 확장될 수 있으며, 이를 통해 생산되는 에너지의 양이 거의 두 배로 증가할 수 있습니다. 이 방향으로 에너지를 개발하려면 토륨 원자로(소위 토륨 증식 원자로 또는 증식 원자로)를 만들어야 합니다. 이 반응에서 원래 우라늄보다 더 많은 토륨이 생성되고 그 결과 총 에너지량이 생성됩니다. 주어진 양의 물질에 대해 40배 증가합니다. 또한 우라늄 원자로보다 훨씬 효율적이고 60배 더 많은 에너지를 생산할 수 있는 고속 중성자를 사용하여 플루토늄 증식 장치를 만드는 것도 유망해 보입니다. 이러한 지역을 개발하려면 우라늄을 얻기 위한 새로운 비표준 방법(예: 가장 접근하기 쉬운 해수에서)을 개발해야 할 수도 있습니다.

핵융합 발전소

그림은 열핵 발전소의 장치 및 작동 원리에 대한 개략도(축척이 아님)를 보여줍니다. 중앙 부분에는 100M°C 이상의 온도로 가열된 삼중수소-중수소(T-D) 플라즈마로 채워진 부피가 ~2000m3인 환상형(도넛 모양) 챔버가 있습니다. 핵융합 반응(1)에서 생성된 중성자는 '자기병'을 떠나 그림에 보이는 두께 1m 정도의 껍질 안으로 들어간다.

껍질 내부에서 중성자는 리튬 원자와 충돌하여 삼중수소를 생성하는 반응을 일으킵니다.

중성자 + 리튬 → 헬륨 + 삼중수소

또한 시스템에서는 삼중수소가 형성되지 않고 경쟁 반응이 일어날 뿐만 아니라 추가 중성자를 방출하는 많은 반응이 발생하여 삼중수소가 형성됩니다(이 경우 추가 중성자가 방출될 수 있음). 예를 들어 베릴륨 원자를 껍질과 납에 도입함으로써 크게 향상되었습니다. 전체적인 결론은 이 시설이 (적어도 이론적으로는) 삼중수소를 생산하는 핵융합 반응을 겪을 수 있다는 것입니다. 이 경우, 생산되는 삼중수소의 양은 시설 자체의 요구사항을 충족할 뿐만 아니라 다소 더 커야 하며, 이는 새로운 시설에 삼중수소를 공급하는 것을 가능하게 할 것입니다. 아래에 설명된 ITER 원자로에서 테스트하고 구현해야 하는 것이 바로 이 작동 개념입니다.

또한 중성자는 소위 파일럿 플랜트(상대적으로 "일반적인" 건축 자재가 사용됨)에서 쉘을 약 400°C까지 가열해야 합니다. 앞으로는 최신 고강도 재료(예: 탄화규소 복합재)를 사용하여 쉘 가열 온도가 1000°C 이상인 개선된 설비를 만들 계획입니다. 기존 스테이션에서와 마찬가지로 쉘에서 생성된 열은 냉각수(예: 물 또는 헬륨 포함)가 포함된 1차 냉각 회로에서 흡수되어 2차 회로로 전달되어 수증기가 생성되어 터빈에 공급됩니다.

1985 - 소련은 핵융합로 제작에 있어 주요 4개국의 경험을 활용하여 차세대 토카막 발전소를 제안했습니다. 미국은 일본 및 유럽 공동체와 함께 프로젝트 시행에 대한 제안을 내놓았습니다.

현재 프랑스에서는 플라즈마를 "점화"할 수 있는 최초의 토카막이 될 국제 실험용 열핵 원자로 ITER(국제 토카막 실험 원자로) 건설이 진행 중입니다.

기존의 가장 발전된 토카막 설비는 오랫동안 핵융합 발전소의 작동에 필요한 값에 가까운 약 150M°C의 온도에 도달했지만, ITER 원자로는 오랫동안 설계된 최초의 대규모 발전소가 되어야 합니다. -기간 운영. 앞으로는 작동 매개변수를 크게 개선해야 하며, 이를 위해서는 우선 플라즈마의 압력을 높여야 합니다. 주어진 온도에서 핵융합 속도는 압력의 제곱에 비례하기 때문입니다. 이 경우 주요 과학적 문제는 플라즈마의 압력이 증가하면 매우 복잡하고 위험한 불안정성, 즉 불안정한 작동 모드가 발생한다는 사실과 관련이 있습니다.

왜 이것이 필요합니까?

핵융합의 가장 큰 장점은 자연에서 연료로 매우 흔히 볼 수 있는 아주 적은 양의 물질만 필요하다는 것입니다. 설명된 시설의 핵융합 반응은 기존 화학 반응(예: 화석 연료 연소) 중에 방출되는 표준 열보다 천만 배 더 높은 엄청난 양의 에너지를 방출할 수 있습니다. 비교를 위해 1기가와트(GW) 용량의 화력발전소에 전력을 공급하는 데 필요한 석탄의 양은 하루 10,000톤(철도차량 10량)이며, 같은 전력의 핵융합발전소는 약 1만톤만 소비한다는 점을 지적합니다. 하루에 1kg의 D+T 혼합물.

중수소는 수소의 안정한 동위원소입니다. 일반 물 분자 3,350개 중 약 1개에서 수소 원자 중 하나가 중수소(빅뱅의 유산)로 대체됩니다. 이 사실은 물에서 필요한 양의 중수소를 상당히 저렴하게 생산하는 것을 쉽게 조직화합니다. 불안정한 삼중수소를 얻는 것이 더 어렵습니다(반감기는 약 12년이므로 자연 상태의 함량은 무시할 수 있음). 그러나 위에 표시된 것처럼 삼중수소는 작동 중에 열핵 시설 내부에 직접 나타납니다. 중성자와 리튬의 반응으로 인해.

따라서 핵융합로의 초기 연료는 리튬과 물이다. 리튬은 가전제품(휴대폰 배터리 등)에 널리 사용되는 일반적인 금속이다. 위에서 설명한 설비는 비이상적인 효율성을 고려하더라도 200,000kWh의 전기 에너지를 생산할 수 있으며 이는 석탄 70톤에 포함된 에너지에 해당합니다. 여기에 필요한 리튬의 양은 컴퓨터 배터리 한 개에 들어 있고, 중수소의 양은 물 45리터에 들어있습니다. 위 값은 EU 국가의 30년간 현재 전력 소비량(1인당 계산)에 해당합니다. 그러한 미미한 양의 리튬이 그러한 양의 전력 생산을 보장할 수 있다는 사실(CO2 배출 및 대기 오염이 전혀 없음)은 열핵 에너지의 가장 빠르고 활발한 개발에 대한 상당히 심각한 주장입니다. 어려움과 문제) 그리고 그러한 연구의 성공에 대한 100% 확신이 없더라도.

중수소는 수백만 년 동안 지속되어야 하며, 쉽게 채굴되는 리튬 매장량은 수백 년 동안 수요를 공급하기에 충분합니다. 암석에 포함된 리튬이 고갈되더라도 물에서 추출할 수 있으며, 물에서 추출할 수 있을 만큼 충분히 높은 농도(우라늄 농도의 100배)로 경제적으로 추출이 가능합니다.

실험용 열핵 원자로 (국제 열 핵 실험 원자로)가 프랑스 Cadarache시 근처에 건설되고 있습니다. ITER 프로젝트의 주요 목표는 제어된 열핵융합 반응을 산업 규모로 구현하는 것입니다.

열핵연료의 단위 중량당, 같은 양의 유기연료를 태울 때보다 약 1,000만 배 더 많은 에너지를 얻고, 현재 가동 중인 원자력 발전소의 원자로에서 우라늄 핵을 분해할 때보다 약 100배 더 많은 에너지를 얻습니다. 과학자와 디자이너의 계산이 실현된다면 이는 인류에게 무한한 에너지원을 제공할 것입니다.

따라서 여러 국가(러시아, 인도, 중국, 한국, 카자흐스탄, 미국, 캐나다, 일본, 유럽 연합 국가)가 힘을 합쳐 새로운 발전소의 프로토타입인 국제 열핵 연구용 원자로를 만들었습니다.

ITER는 수소와 삼중수소 원자(수소 동위원소)의 합성 조건을 만들어 새로운 원자인 헬륨 원자를 생성하는 시설입니다. 이 과정에는 엄청난 에너지 폭발이 수반됩니다. 열핵 반응이 일어나는 플라즈마의 온도는 섭씨 약 1억 5천만도입니다(비교하자면 태양 핵의 온도는 4천만도입니다). 이 경우 동위원소가 연소되어 방사성 폐기물이 거의 남지 않습니다.
국제 프로젝트 참여 계획은 원자로 부품 공급 및 건설 자금 조달을 제공합니다. 이에 대한 대가로 각 참여 국가는 열핵 원자로를 만들기 위한 모든 기술과 이 원자로에 대한 모든 실험 작업 결과에 대한 완전한 접근권을 가지며, 이는 직렬 동력 열핵 원자로 설계의 기초가 될 것입니다.

열핵융합 원리에 기초한 원자로는 방사능 방사선이 없으며 환경에 완전히 안전합니다. 세계 거의 모든 곳에 위치할 수 있으며 연료는 일반 물입니다. ITER 건설 기간은 약 10년, 원자로 사용 기간은 20년 정도가 될 것으로 예상된다.

향후 ITER 열핵 원자로 건설을 위한 국제 기구 협의회에서 러시아의 관심은 러시아 과학 아카데미의 해당 회원인 Mikhail Kovalchuk, 러시아 아카데미 결정학 연구소의 Kurchatov 연구소 소장이 대표할 것입니다. 과학기술교육위원회 과학과학비서관. Kovalchuk은 향후 2년 동안 ITER 국제 평의회 의장으로 선출되었으며 이 직책을 참가 국가의 공식 대표의 직무와 결합할 권리가 없는 학자 Evgeniy Velikhov를 임시로 교체할 것입니다.

총 건설 비용은 50억 유로로 추산되며, 원자로 시험 운전에도 같은 금액이 필요할 것으로 보인다. 인도, 중국, 한국, 러시아, 미국, 일본의 지분은 각각 총 가치의 약 10%를 차지하며, 45%는 유럽연합 국가에서 나옵니다. 그러나 유럽 국가들은 비용이 정확히 어떻게 분배되는지에 대해 아직 합의하지 않았습니다. 이로 인해 착공은 2010년 4월로 연기됐다. 최근 지연에도 불구하고 ITER 관련 과학자와 관계자들은 2018년까지 프로젝트를 완료할 수 있을 것이라고 말했습니다.

ITER의 추정 열핵전력은 500메가와트이다. 개별 자석 부품의 무게는 200~450톤에 이릅니다. ITER를 냉각하려면 하루 33,000입방미터의 물이 필요합니다.

1998년에 미국은 이 프로젝트에 대한 자금 지원을 중단했습니다. 공화당이 집권하고 캘리포니아에서 정전이 시작된 후 부시 행정부는 에너지에 대한 투자를 늘리겠다고 발표했습니다. 미국은 국제 프로젝트에 참여할 의도가 없었고 자체 열핵 프로젝트에 참여했습니다. 2002년 초, 부시 대통령의 기술 고문인 존 마버거 3세(John Marburger III)는 미국이 마음을 바꾸었고 이 프로젝트에 복귀할 계획이라고 말했습니다.

참가자 수 측면에서 이 프로젝트는 또 다른 주요 국제 과학 프로젝트인 국제 우주 정거장과 비슷합니다. 이전에 80억 달러에 달했던 ITER 비용은 이후 40억 달러 미만으로 떨어졌습니다. 미국이 참가를 철회함에 따라 원자로 출력을 1.5GW에서 500MW로 줄이기로 결정됐다. 이에 따라 프로젝트 가격도 하락했다.

2002년 6월에는 “ITER 모스크바의 날” 심포지엄이 러시아 수도에서 열렸습니다. 이 프로젝트의 성공은 인류의 운명을 바꾸고 효율성과 경제성 측면에서 태양 에너지와 비교할 수 있는 새로운 유형의 에너지를 제공할 수 있는 프로젝트를 부활시키는 이론적, 실제적, 조직적 문제를 논의했습니다.

2010년 7월 프랑스 카다라슈에서 열린 임시회의에서 ITER 국제핵융합로 프로젝트 참가국 대표들이 예산과 건설일정을 승인했다. .

마지막 임시 회의에서 프로젝트 참가자들은 플라즈마를 사용한 첫 번째 실험 시작일인 2019년을 승인했습니다. 전체 실험은 2027년 3월로 계획되어 있지만 프로젝트 관리팀은 기술 전문가에게 프로세스를 최적화하고 2026년에 실험을 시작하도록 요청했습니다. 회의 참가자들은 원자로 건설 비용도 결정했지만 시설 건설에 지출할 계획 금액은 공개하지 않았습니다. 익명의 출처로부터 ScienceNOW 포털 편집자가 받은 정보에 따르면 실험이 시작될 때까지 ITER 프로젝트 비용은 160억 유로에 달할 수 있습니다.

Cadarache에서의 회의는 또한 새로운 프로젝트 디렉터인 일본 물리학자 Osamu Motojima의 첫 공식 근무일이었습니다. 그 전에는 2005년부터 이 프로젝트를 주도한 일본인 이케다 카나메(Kaname Ikeda)는 예산과 건설 기한이 승인된 후 즉시 자리를 떠나기를 원했습니다.

ITER 핵융합로는 유럽연합, 스위스, 일본, 미국, 러시아, 한국, 중국, 인도의 공동 프로젝트입니다. ITER를 만들자는 아이디어는 지난 세기 80년대부터 고려되어 왔지만, 재정적, 기술적 어려움으로 인해 프로젝트 비용이 지속적으로 증가하고 착공일이 계속 연기되고 있습니다. 2009년에 전문가들은 원자로 건설 작업이 2010년에 시작될 것으로 예상했습니다. 나중에 이 날짜가 옮겨져 처음에는 2018년, 그 다음에는 2019년을 원자로 발사 시기로 명명했습니다.

열핵융합 반응은 가벼운 동위원소의 핵이 융합되어 더 무거운 핵을 형성하는 반응으로, 엄청난 에너지 방출을 동반합니다. 이론적으로 핵융합로는 저렴한 비용으로 많은 에너지를 생산할 수 있지만 현재 과학자들은 핵융합 반응을 시작하고 유지하기 위해 훨씬 더 많은 에너지와 돈을 소비하고 있습니다.

열핵융합은 에너지를 생산하는 저렴하고 환경 친화적인 방법입니다. 수십억 년 동안 통제되지 않은 열핵융합이 태양에서 일어나고 있습니다. 헬륨은 중수소 동위원소 중수소로부터 형성됩니다. 이는 엄청난 양의 에너지를 방출합니다. 그러나 지구상의 사람들은 그러한 반응을 통제하는 방법을 아직 배우지 못했습니다.

ITER 원자로는 수소 동위원소를 연료로 사용합니다. 열핵반응 중에 가벼운 원자가 더 무거운 원자로 결합될 때 에너지가 방출됩니다. 이를 달성하려면 가스를 태양 중심의 온도보다 훨씬 높은 1억도 이상의 온도로 가열해야 합니다. 이 온도의 가스는 플라즈마로 변합니다. 동시에, 수소 동위원소 원자가 합쳐져 많은 수의 중성자가 방출되면서 헬륨 원자로 변합니다. 이 원리로 작동하는 발전소는 밀도가 높은 물질(리튬) 층에 의해 속도가 느려진 중성자 에너지를 사용합니다.

열핵 시설을 만드는 데 왜 그렇게 오랜 시간이 걸렸습니까?

거의 반세기 동안 그 이점에 대해 논의해 왔던 그렇게 중요하고 가치 있는 시설이 아직까지 만들어지지 않은 이유는 무엇입니까? 세 가지 주요 이유가 있습니다 (아래에서 설명). 그 중 첫 번째는 외부 또는 사회적이라고 할 수 있고 다른 두 가지는 내부, 즉 열핵 에너지 자체 개발의 법칙과 조건에 의해 결정됩니다.

1. 지난 세기 80년대에는 화석 연료원이 무궁무진해 보였고 환경 문제와 기후 변화가 그랬기 때문에 오랫동안 열핵융합 에너지의 실용화 문제에는 긴급한 결정과 조치가 필요하지 않다고 믿어왔습니다. 대중에게는 관심이 없습니다. 1976년 미국 에너지부의 핵융합에너지 자문위원회는 다양한 연구 자금 지원 옵션에 따라 R&D 및 실증 핵융합 발전소의 기간을 추정하려고 시도했습니다. 동시에, 이 방향의 연구를 위한 연간 자금 규모가 완전히 부족하다는 사실이 밝혀졌으며, 기존 예산 수준이 유지된다면 할당된 자금이 일치하지 않기 때문에 열 핵융합 시설의 건설은 결코 성공할 수 없을 것입니다. 최소한의 임계 수준까지.

2. 이 분야의 연구 개발에 있어 더 심각한 장애물은 논의 중인 유형의 열핵 시설을 소규모로 만들고 시연할 수 없다는 점입니다. 아래 제시된 설명을 통해 열핵융합에는 플라즈마의 자기적 가두기뿐만 아니라 플라즈마의 충분한 가열도 필요하다는 것이 분명해집니다. 소비된 에너지와 수용된 에너지의 비율은 적어도 시설의 선형 치수의 제곱에 비례하여 증가하며, 그 결과 열핵 시설의 과학적, 기술적 능력과 장점은 다음과 같은 상당히 큰 스테이션에서만 테스트하고 시연할 수 있습니다. 언급된 ITER 원자로와 같습니다. 사회는 성공에 대한 충분한 확신이 있을 때까지 그러한 대규모 프로젝트에 자금을 조달할 준비가 되어 있지 않았습니다.

3. 열핵 에너지의 개발은 매우 복잡했지만(자금 부족과 JET 및 ITER 설치를 위한 센터 선택의 어려움에도 불구하고) 운영 스테이션은 아직 만들어지지 않았지만 최근 몇 년간 명확한 진전이 관찰되었습니다.

현대 세계는 더 정확하게는 “불확실한 에너지 위기”라고 부를 수 있는 매우 심각한 에너지 문제에 직면해 있습니다. 문제는 금세기 후반에 화석연료 매장량이 고갈될 수 있다는 사실과 관련이 있다. 더욱이, 화석 연료를 태우면 지구 기후의 주요 변화를 방지하기 위해 대기로 방출되는 이산화탄소를 어떻게든 격리하고 "저장"해야 할 수도 있습니다(위에서 언급한 CCS 프로그램).

현재 인류가 소비하는 에너지의 거의 대부분은 화석연료의 연소로 발생하며, 문제의 해결방안은 태양에너지나 원자력에너지(고속증식로의 생성 등)의 활용과 관련될 수 있다. 개발도상국의 인구 증가와 생활 수준 향상 및 생산되는 에너지 양의 증가로 인한 글로벌 문제는 이러한 접근 방식만으로는 해결될 수 없습니다. 물론 대체 에너지 생산 방법을 개발하려는 시도는 불가능합니다. 장려되어야 한다.

엄밀히 말하면, 우리는 행동 전략의 선택의 여지가 적고, 성공 보장이 부족함에도 불구하고 열핵 에너지의 개발은 매우 중요합니다. Financial Times 신문(2004년 1월 25일자)은 이에 대해 다음과 같이 썼습니다.

열핵에너지 개발 과정에서 크고 예상치 못한 놀라움이 없기를 바랍니다. 이 경우 약 30년 안에 처음으로 에너지 네트워크에 전류를 공급할 수 있게 될 것이며, 불과 10년 안에 최초의 상업용 열핵 발전소가 가동되기 시작할 것입니다. 금세기 후반에는 핵융합 에너지가 화석 연료를 대체하기 시작하고 점차 전 세계적으로 인류에게 에너지를 공급하는 데 점점 더 중요한 역할을 하기 시작할 가능성이 있습니다.

열핵에너지(모든 인류를 위한 효과적이고 대규모 에너지원)를 생성하는 작업이 성공적으로 완료될 것이라는 절대적 보장은 없지만, 이 방향에서 성공할 가능성은 상당히 높습니다. 열핵 발전소의 막대한 잠재력을 고려할 때, 급속한(심지어 가속화된) 개발을 위한 프로젝트에 드는 모든 비용은 정당하다고 간주될 수 있습니다. 특히 이러한 투자는 거대한 글로벌 에너지 시장(연간 4조 달러8)을 배경으로 매우 미미해 보이기 때문입니다. 인류의 에너지 수요를 충족시키는 것은 매우 심각한 문제입니다. 화석 연료의 가용성이 낮아지고(그리고 그 사용이 바람직하지 않게 됨) 상황이 변하고 있으며 우리는 핵융합 에너지를 개발하지 않을 수 없습니다.

“열핵에너지는 언제 나타날 것인가?”라는 질문에 Lev Artsimovich(이 분야 연구의 선구자이자 리더로 인정받음)는 "인류에게 정말로 필요할 때 만들어질 것입니다"라고 응답한 적이 있습니다.

ITER는 소비하는 것보다 더 많은 에너지를 생산하는 최초의 핵융합로가 될 것입니다. 과학자들은 "Q"라고 부르는 간단한 계수를 사용하여 이 특성을 측정합니다. ITER가 모든 과학적 목표를 달성하면 소비하는 것보다 10배 더 많은 에너지를 생산하게 됩니다. 마지막으로 제작된 장치인 영국의 Joint European Torus는 과학 연구의 최종 단계에서 거의 1의 Q 값을 달성한 소형 프로토타입 핵융합로입니다. 이는 소비한 에너지와 정확히 동일한 양의 에너지를 생산했음을 의미합니다. . ITER는 핵융합을 통한 에너지 생성을 시연하고 Q 값 10을 달성함으로써 이보다 더 나아갈 것입니다. 아이디어는 약 50MW의 에너지 소비에서 500MW를 생성하는 것입니다. 따라서 ITER의 과학적 목표 중 하나는 Q 값 10을 달성할 수 있음을 증명하는 것입니다.

또 다른 과학적 목표는 ITER가 매우 긴 "연소" 시간(최대 1시간까지 지속되는 펄스)을 갖는 것입니다. ITER는 지속적으로 에너지를 생산할 수 없는 연구용 실험로이다. ITER가 작동하기 시작하면 1시간 동안 켜져 있으며 그 후에는 꺼야 합니다. 지금까지 우리가 만든 일반적인 장치는 몇 초 또는 10분의 1초의 굽기 시간을 가질 수 있었기 때문에 이는 중요합니다. 이것이 최대값입니다. "Joint European Torus"는 20초의 펄스 길이와 약 2초의 연소 시간으로 Q 값 1에 도달했습니다. 그러나 몇 초 동안 지속되는 프로세스는 진정으로 영구적이지 않습니다. 자동차 엔진 시동과 유사하게 엔진을 잠깐 켰다가 끄는 것은 아직 자동차의 실제 작동이 아닙니다. 30분 동안 차를 운전해야만 차는 일정한 작동 모드에 도달하고 그러한 차가 실제로 운전할 수 있음을 입증할 것입니다.

즉, 기술적이고 과학적인 관점에서 볼 때 ITER는 Q 값 10과 증가된 연소 시간을 제공할 것입니다.

열핵융합 프로그램은 진정으로 국제적이고 그 성격이 광범위합니다. 사람들은 이미 ITER의 성공을 기대하고 있으며 다음 단계인 DEMO라고 불리는 산업용 열핵 원자로의 프로토타입 제작에 대해 생각하고 있습니다. 그것을 건설하려면 ITER가 작동해야 합니다. 우리는 과학적 목표를 달성해야 합니다. 왜냐하면 이는 우리가 제시하는 아이디어가 완전히 실현 가능하다는 것을 의미하기 때문입니다. 그러나 나는 항상 다음에 무엇이 올지 생각해야 한다는 데 동의합니다. 또한, ITER가 25~30년 동안 운영되면서 우리의 지식은 점차 깊어지고 확장될 것이며, 다음 단계의 윤곽을 더욱 정확하게 잡을 수 있을 것입니다.

실제로 ITER가 토카막이어야 하는지에 대해서는 논쟁이 없습니다. 일부 과학자들은 매우 다른 질문을 던집니다. ITER가 존재해야 하는가? 대규모가 아닌 자체 열핵 프로젝트를 개발하는 여러 나라의 전문가들은 그러한 대형 원자로가 전혀 필요하지 않다고 주장합니다.

그러나 그들의 의견이 권위 있는 것으로 간주되어서는 안 됩니다. 수십 년 동안 토로이달 트랩을 연구해 온 물리학자들이 ITER 창설에 참여했습니다. Karadash에 있는 실험용 열핵 원자로의 설계는 수십 개의 이전 토카막에 대한 실험에서 얻은 모든 지식을 기반으로 했습니다. 그리고 이러한 결과는 원자로가 토카막이어야 하고 그것도 대형이어야 함을 나타냅니다.

JET 현재 가장 성공적인 토카막은 EU가 영국의 Abingdon 도시에 건설한 JET로 간주될 수 있습니다. 이것은 현재까지 만들어진 가장 큰 토카막형 원자로이며, 플라즈마 토러스의 큰 반경은 2.96미터입니다. 열핵반응의 힘은 이미 20메가와트 이상에 도달했고, 머무름 시간은 최대 10초에 이릅니다. 반응기는 플라즈마에 투입된 에너지의 약 40%를 반환합니다.

에너지 균형을 결정하는 것은 플라즈마의 물리학입니다.”라고 Igor Semenov는 Infox.ru에 말했습니다. MIPT 부교수는 간단한 예를 들어 에너지 균형이 무엇인지 설명했습니다. “우리 모두는 불이 타는 것을 보았습니다. 사실 그곳에서 타는 것은 나무가 아니라 가스입니다. 에너지 체인은 다음과 같습니다. 가스가 연소되고, 목재가 가열되고, 목재가 증발하고, 가스가 다시 연소됩니다. 따라서 불에 물을 던지면 액체 물이 증기 상태로 상전이되는 시스템에서 갑자기 에너지를 가져옵니다. 잔액이 마이너스가 되고 불이 꺼집니다. 또 다른 방법이 있습니다. 단순히 선동 브랜드를 가져와 우주에 퍼뜨리는 것입니다. 불도 꺼질 것이다. 우리가 만들고 있는 열핵 원자로에서도 마찬가지입니다. 치수는 이 원자로에 대해 적절한 양의 에너지 균형을 생성하도록 선택됩니다. 미래에 실제 원자력 발전소를 건설하기에 충분하며, 현재 해결되지 않은 모든 문제를 이 실험 단계에서 해결합니다.”

반응기의 크기가 한 번 변경되었습니다. 이는 20~21세기 초 미국이 프로젝트에서 탈퇴하고 나머지 회원국들이 ITER 예산(당시 100억 달러로 추산)이 너무 크다는 것을 깨달았을 때 일어났습니다. 설치 비용을 절감하려면 물리학자와 엔지니어가 필요했습니다. 그리고 이것은 크기 때문에만 가능했습니다. ITER의 "재설계"는 이전에 Karadash의 프랑스 Tore Supra 토카막 작업에 참여했던 프랑스 물리학자 Robert Aymar가 주도했습니다. 플라즈마 토러스의 외부 반경이 8.2미터에서 6.3미터로 감소되었습니다. 그러나 크기 감소와 관련된 위험은 여러 개의 초전도 자석을 추가하여 부분적으로 보상되었으며, 이를 통해 당시 공개되어 연구되었던 플라즈마 감금 모드를 구현하는 것이 가능해졌습니다.

오랫동안 트루드노피사카 건설 중인 열핵 원자로에 대한 게시물을 작성해 달라고 요청했습니다. 기술에 대한 흥미로운 세부 사항을 알아보고, 이 프로젝트를 구현하는 데 왜 그렇게 오랜 시간이 걸리는지 알아보세요. 드디어 자료를 모았습니다. 프로젝트의 세부 사항에 대해 알아 보겠습니다.

모든 것이 어떻게 시작 되었습니까? "에너지 문제"는 다음 세 가지 요소의 조합으로 인해 발생했습니다.

1. 인류는 이제 엄청난 양의 에너지를 소비합니다.

2. 세계 에너지 소비가 급격히 증가하고 있습니다.

3. 현재 세계 에너지의 80%는 화석연료 연소에서 나옵니다.(석유, 석탄 및 가스), 그 용도는 다음과 같습니다.
a) 잠재적으로 치명적인 환경 변화의 위험을 초래합니다.
b) 언젠가는 필연적으로 끝나야 합니다.

지금까지 말한 바에 따르면 이제 우리는 화석연료 시대의 종말을 준비해야 함은 분명합니다.

핵융합 발전소

껍질 내부에서 중성자는 리튬 원자와 충돌하여 삼중수소를 생성하는 반응을 일으킵니다.

중성자 + 리튬 → 헬륨 + 삼중수소

현재 프랑스에서는 플라즈마를 "점화"할 수 있는 최초의 토카막이 될 국제 실험용 열핵 원자로 ITER(국제 토카막 실험 원자로) 건설이 진행 중입니다.

왜 이것이 필요합니까?

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향후 ITER 열핵 원자로 건설을 위한 국제 기구 협의회에서 러시아의 관심은 러시아 과학 아카데미 해당 회원인 Mikhail Kovalchuk(러시아 아카데미 결정학 연구소, Kurchatov 연구소 소장)이 대표할 것입니다. 과학기술교육위원회 과학과학비서관. Kovalchuk은 향후 2년 동안 ITER 국제 평의회 의장으로 선출되었으며 이 직책을 참가 국가의 공식 대표의 직무와 결합할 권리가 없는 학자 Evgeniy Velikhov를 임시로 교체할 것입니다.

ITER의 추정 열핵전력은 500메가와트이다. 개별 자석 부품의 무게는 200~450톤에 이릅니다. ITER를 냉각하려면 하루 33,000입방미터의 물이 필요합니다.

2010년 7월 프랑스 카다라슈에서 열린 임시회의에서 ITER 국제핵융합로 프로젝트 참가국 대표들이 예산과 건설일정을 승인했다. .

마지막 임시 회의에서 프로젝트 참가자들은 첫 번째 플라즈마 실험 시작일인 2019년을 승인했습니다. 전체 실험은 2027년 3월로 계획되어 있지만 프로젝트 관리팀은 기술 전문가에게 프로세스를 최적화하고 2026년에 실험을 시작하도록 요청했습니다. 회의 참가자들은 원자로 건설 비용도 결정했지만 시설 건설에 지출할 계획 금액은 공개하지 않았습니다. 익명의 출처로부터 ScienceNOW 포털 편집자가 받은 정보에 따르면 실험이 시작될 때까지 ITER 프로젝트 비용은 160억 유로에 달할 수 있습니다.

열핵 시설을 만드는 데 왜 그렇게 오랜 시간이 걸렸습니까?

또 다른 과학적 목표는 ITER가 매우 긴 "연소" 시간(최대 1시간까지 지속되는 펄스)을 갖는 것입니다. ITER는 지속적으로 에너지를 생산할 수 없는 연구용 실험로이다. ITER가 작동하기 시작하면 1시간 동안 켜져 있으며 그 후에는 꺼야 합니다. 지금까지 우리가 만든 표준 장치는 몇 초 또는 10분의 1초의 굽기 시간을 가질 수 있었기 때문에 이것은 중요합니다. 이것이 최대값입니다. "Joint European Torus"는 20초의 펄스 길이와 약 2초의 연소 시간으로 Q 값 1에 도달했습니다. 그러나 몇 초 동안 지속되는 프로세스는 진정으로 영구적이지 않습니다. 자동차 엔진 시동과 유사하게 엔진을 잠깐 켰다가 끄는 것은 아직 자동차의 실제 작동이 아닙니다. 30분 동안 차를 운전해야만 차는 일정한 작동 모드에 도달하고 그러한 차가 실제로 운전할 수 있음을 입증할 것입니다.

즉, 기술적이고 과학적인 관점에서 볼 때 ITER는 Q 값 10과 증가된 연소 시간을 제공할 것입니다.

원천
http://ehorussia.com
http://oko-planet.su