Reaktor i shkrirjes. Iter është një reaktor ndërkombëtar termonuklear (iter). Krijimi i projektit iter dhe nisja e reaktorit

reaktor i shkrirjes

Aktualisht në zhvillim. (80) një pajisje për marrjen e energjisë përmes reaksioneve të sintezës së dritës në. bërthama që ndodhin në temperatura shumë të larta (=108 K). bazë Kërkesa që duhet të plotësojnë reaksionet termonukleare është që çlirimi i energjisë si rezultat i reaksioneve termonukleare të kompensojë më shumë kostot e energjisë nga burimet e jashtme. Burimet për të ruajtur reagimin.

Ekzistojnë dy lloje të T. r. Lloji i parë përfshin TR, në Krime është e nevojshme nga jashtë. burime vetëm për ndezjen e shkrirjeve termonukleare. reagimet. Reaksionet e mëtejshme mbështeten nga energjia e çliruar në plazmë gjatë shkrirjes. reagimet; për shembull, në një përzierje deuterium-tritium, energjia e grimcave a të formuara gjatë reaksioneve konsumohet për të mbajtur një temperaturë të lartë plazmatike. Në modalitetin e palëvizshëm të funksionimit T.r. energjia e bartur nga grimcat a kompenson energjinë. humbje nga plazma, kryesisht për shkak të përçueshmërisë termike të plazmës dhe rrezatimit. Tek ky lloj T. r. zbatohet, për shembull,.

Tek lloji tjetër i T.r. Reaktorët përfshijnë reaktorë në të cilët energjia e lëshuar në formën e grimcave a nuk është e mjaftueshme për të ruajtur djegien e reaksioneve, por kërkohet energji nga burime të jashtme. burimet. Kjo ndodh në ata reaktorë në të cilët nivelet e energjisë janë të larta. humbjet, p.sh. kurth i hapur magnetik.

T.r. mund të ndërtohet në bazë të sistemeve me magnetike. mbyllje plazma, të tilla si tokamak, magnetike të hapura. kurth, etj., ose sisteme me mbyllje inerciale të plazmës, kur energjia futet në plazmë në një kohë të shkurtër (10-8-10-7 s) (ose duke përdorur rrezatim lazer, ose duke përdorur rreze të elektroneve ose joneve relative), të mjaftueshme për shfaqjen dhe ruajtjen e reaksioneve. T.r. me magnetike mbyllja e plazmës mund të funksionojë në mënyra pothuajse stacionare ose stacionare. Në rastin e mbylljes inerciale të plazmës T. r. duhet të funksionojë në modalitetin e pulsit të shkurtër.

T.r. karakterizohet nga koeficienti. amplifikimi i fuqisë (faktori i cilësisë) Q, i barabartë me raportin e fuqisë termike të marrë në reaktor me koston e fuqisë së prodhimit të tij. Termike T.r. përbëhet nga fuqia e lëshuar gjatë shkrirjes. reaksionet në plazmë, dhe fuqia e lëshuar në të ashtuquajturat. Batanije TR - një guaskë e veçantë që rrethon plazmën, e cila përdor energjinë e bërthamave termonukleare dhe neutroneve. Teknologjia më premtuese duket të jetë ajo që funksionon në një përzierje deuterium-tritium për shkak të shpejtësisë më të lartë të reagimit se reaksionet e tjera të shkrirjes.

T.r. në karburantin deuterium-tritium, në varësi të përbërjes së batanijes, mund të jetë "i pastër" ose hibrid. Batanije e “pastër” T. r. përmban Li; në të, nën ndikimin e neutroneve, prodhohet që "digjet" në plazmën e deuterium-tritiumit dhe rritet energjia e termonuklearëve. reaksionet nga 17.6 në 22.4 MeV. Në batanijen e një hibride T. r. Jo vetëm që prodhohet tritium, por ka zona në të cilat, kur vendoset 238U në to, mund të merret 239Pu (shih REAKTORIN BËRTHAMOR). Në të njëjtën kohë, energjia lirohet në batanije e barabartë me përafërsisht. 140 MeV për një termonuklear. . Kështu, në hibrid T. r. është e mundur të merret përafërsisht gjashtë herë më shumë energji sesa në një reaktor bërthamor "të pastër", por prania e radioakteve të zbërthyer në të parën. in-in krijon një mjedis të afërt me atë në të cilin ka një helm. reaktorët e ndarjes.

Fjalor enciklopedik fizik. - M.: Enciklopedia Sovjetike. Kryeredaktor A. M. Prokhorov. 1983 .

reaktor i shkrirjes

Zhvilluar në vitet 1990. një pajisje për marrjen e energjisë përmes reaksioneve të shkrirjes së bërthamave atomike të lehta që ndodhin në plazmë në temperatura shumë të larta (10 8 K). bazë Kërkesa që T.R duhet të plotësojë është që çlirimi i energjisë si rezultat reaksionet termonukleare(TP) më shumë se kompensuar për kostot e energjisë nga burime të jashtme. Burimet për të ruajtur reagimin.

Ekzistojnë dy lloje të T. r. E para përfshin reaktorët, të cilët gjenerojnë energji nga burime të jashtme. burimet janë të nevojshme vetëm për ndezjen e TP. Reaksionet e mëtejshme mbështeten nga energjia e çliruar në plazmë në TP, për shembull. në një përzierje deuterium-tritium, energjia e grimcave a të formuara gjatë reaksioneve konsumohet për të mbajtur një temperaturë të lartë. Në një përzierje të deuteriumit me 3 He, energjia e të gjitha produkteve të reaksionit, d.m.th., grimcave a dhe protoneve, shpenzohet për ruajtjen e temperaturës së kërkuar të plazmës. Në modalitetin e palëvizshëm të funksionimit T.r. energji që mbart një ngarkesë. produktet e reagimit, kompenson energjinë. Humbjet nga plazma të shkaktuara kryesisht nga përçueshmëria termike dhe rrezatimi i plazmës. Reaktorë të tillë quhen reaktorët me ndezje të një reaksioni termonuklear vetë-qëndrueshëm (shih. Kriteri i ndezjes). Një shembull i një T.r. të tillë: tokamak, yjor.

Tek llojet e tjera të T.r. Reaktorët përfshijnë reaktorë në të cilët energjia e çliruar në plazmë në formën e ngarkesave është e pamjaftueshme për të ruajtur djegien e reaksioneve. produkte të reaksionit, por nevojitet energji nga burime të jashtme. burimet. Reaktorë të tillë zakonisht quhen reaktorë që mbështesin djegien e reaksioneve termonukleare. Kjo ndodh në ata lumenj T. ku energjia është e lartë. humbjet, p.sh. magnetike e hapur kurth, tokamak, që funksionon në një regjim me densitet plazmatik dhe temperaturë nën kurbën e ndezjes TP. Këta dy lloje reaktorësh përfshijnë të gjitha llojet e mundshme të T. r., të cilët mund të ndërtohen në bazë të sistemeve me magnetikë. mbyllja e plazmës (tokamak, yjor, kurth i hapur magnetik, etj.) ose sisteme me mbajtje inerciale plazma.

Reaktor ndërkombëtar eksperimental termonuklear ITER: 1 - qendrore ; 2 - batanije - ; 3 - plazma; 4 - mur vakum; 5 - tubacion pompimi; 6- kriostat; 7- mbështjellje kontrolli aktiv; 8 - mbështjellje të fushës magnetike toroidale; 9 - muri i parë; 10 - pllaka divertor; 11 - mbështjellje të fushës magnetike poloide.

Një reaktor me mbyllje inerciale të plazmës karakterizohet nga fakti se në një kohë të shkurtër (10 -8 -10 -7 s) futet në të energjia duke përdorur ose rrezatim lazer ose rreze elektronesh ose jonesh relativiste, të mjaftueshme për shfaqjen dhe mirëmbajtjen e TP. Një reaktor i tillë do të funksionojë vetëm në modalitetin e pulsit të shkurtër, ndryshe nga një reaktor me magnet. mbyllja e plazmës, e cila mund të funksionojë në mënyra pothuajse stacionare apo edhe stacionare.

T.r. karakterizohet nga koeficienti. fitimi i fuqisë (faktori i cilësisë) P, e barabartë me raportin e fuqisë termike të reaktorit me kostot e energjisë së prodhimit të tij. Fuqia termike e reaktorit përbëhet nga fuqia e lëshuar gjatë TP në plazmë, fuqia e futur në plazmë për të ruajtur temperaturën e djegies TP ose për të mbajtur një rrymë të palëvizshme në plazmë në rastin e një tokamak, dhe fuqia e lëshuar në plazma.

Zhvillimi i T.r. me magnetike mbajtja është më e avancuar se sistemet e mbajtjes inerciale. Skema e Eksperimentit Ndërkombëtar Termonuklear. Reaktori ITER tokamak, një projekt i cili është zhvilluar që nga viti 1988 nga katër palë - BRSS (që nga viti 1992 Rusia), SHBA, vendet e Euratom dhe Japonia, është paraqitur në figurë. T.r. Ajo ka. parametrat: rreze e madhe plazmatike 8,1 m; rreze e vogël plazmatike në mesatare. aeroplan 3 m; zgjatja e prerjes tërthore të plazmës 1.6; mag toroidale. në aksin 5.7 Tesla; plazma e vlerësuar 21 MA; fuqi termonukleare nominale me karburant DT 1500 MW. Reaktori përmban gjurmë. bazë nyjet: qendër. solenoid I, elektrike fusha e cila kryen, rregullon rritjen e rrymës dhe e ruan atë së bashku me speciale. sistemi do të plotësohet ngrohje me plazma; muri i parë 9, skajet janë drejtpërdrejt përballë plazmës dhe perceptojnë rrjedhat e nxehtësisë në formën e rrezatimit dhe grimcave neutrale; batanije - mbrojtje 2, cilat fenomene pjesë përbërëse e T. r. në lëndë djegëse deuterium-tri-tium (DT), pasi tritiumi i djegur në plazmë riprodhohet në batanije. T.r. në karburantin DT, në varësi të materialit të batanijes, mund të jetë "i pastër" ose hibrid. Batanije e "pastër" T. r. përmban Li; në të nën ndikimin e neutroneve termonukleare prodhohet tritium: 6 Li +nT+ 4 He+ 4,8 MeV, kurse energjia TP rritet nga 17,6 MeV në 22,4 MeV. Në bosh reaktor i shkrirjes hibride Jo vetëm që prodhohet tritium, por ka zona në të cilat vendosen mbetjet 238 U për të prodhuar 239 Pu. Në të njëjtën kohë, energjia e barabartë me 140 MeV për neutron termonuklear lëshohet në batanije. T. o., në një T.r hibrid. është e mundur të merret përafërsisht gjashtë herë më shumë energji për ngjarje të shkrirjes fillestare sesa në T.R. "të pastër", por prania në rastin e parë të radioakteve të zbërthyer. substanca krijon rrezatim. një mjedis i ngjashëm me atë të parajsës që ekziston në reaktorët bërthamorë ndarje.

Në T.r. me karburant në një përzierje të D me 3 He, nuk ka batanije, pasi nuk ka nevojë të riprodhohet tritium: D + 3 He 4 He (3,6 MeV) + p (14,7 MeV), dhe e gjithë energjia lëshohet në formën e pagesës. produktet e reagimit. Rrezatimi Mbrojtja është krijuar për të thithur energjinë e neutroneve dhe akteve radioaktive. rrezatimi dhe zvogëlimi i nxehtësisë dhe rrezatimi rrjedh në magnetin superpërçues. sistemi në një nivel të pranueshëm për funksionim të palëvizshëm. Bobina magnetike toroidale fusha 8 shërbejnë për të krijuar një magnet toroidal. fusha dhe janë bërë superpërcjellëse duke përdorur një superpërçues Nb 3 Sn dhe një matricë bakri që vepron në temperaturën e heliumit të lëngshëm (4.2 K). Zhvillimi i teknologjisë për marrjen e superpërçueshmërisë në temperaturë të lartë mund të bëjë të mundur eliminimin e ftohjes së mbështjelljeve me helium të lëngshëm dhe kalimin në një metodë ftohjeje më të lirë, për shembull. azoti i lëngët. Dizajni i reaktorit nuk do të ndryshojë ndjeshëm. Bobinat e fushës poloide 11 janë gjithashtu superpërçues dhe së bashku me magnezin. fusha e rrymës plazmatike krijon një konfigurim ekuilibër të fushës magnetike poloidale. fusha me një ose dy zero poloidale d i v e r t o r 10, që shërben për largimin e nxehtësisë nga plazma në formën e një rryme ngarkesash. grimcat dhe për pompimin e produkteve të reaksionit të neutralizuara në pllakat e divertorit: helium dhe protium. Në T. r. me karburant D 3 He, pllakat e divertorit mund të shërbejnë si një nga elementët e sistemit të konvertimit të energjisë së ngarkesës direkte. produktet e reagimit në energji elektrike. Kriostat 6 shërben për të ftohur mbështjelljet superpërçuese në temperaturën e heliumit të lëngshëm ose në temperatura më të larta kur përdoren superpërçues më të avancuar me temperaturë të lartë. Dhoma me vakum 4 dhe mjetet e pompimit 5 janë projektuar për të marrë një vakum të lartë në dhomën e punës të reaktorit, në të cilin krijohet plazma 3, dhe në të gjitha vëllimet ndihmëse, duke përfshirë kriostatin.

Si hap i parë drejt krijimit të energjisë termonukleare, propozohet një reaktor termonuklear që operon në një përzierje DT për shkak të shpejtësisë më të lartë të reagimit se reaksionet e tjera të shkrirjes. Në të ardhmen po shqyrtohet mundësia e krijimit të një T.r me radioaktive të ulët. në një përzierje të D me 3 He, në të cilën bas. energjia mbart një ngarkesë. produktet e reaksionit dhe neutronet shfaqen vetëm në reaksionet DD dhe DT gjatë djegies së tritiumit të krijuar në reaksionet DD. Si rezultat, biol. rreziku T. r. me sa duket, mund të reduktohet me katër deri në pesë rend të madhësisë në krahasim me reaktorët e ndarjes bërthamore, nuk ka nevojë për industriale përpunimi i radioaktit materialeve dhe transportit të tyre, asgjësimi i materialeve radioaktive është thjeshtuar cilësisht. humbje. Sidoqoftë, perspektivat për krijimin e një TR miqësore me mjedisin në të ardhmen. në një përzierje të D me 3 Nuk është e komplikuar nga problemi i lëndëve të para: natyrore. përqendrimet e izotopit 3 He në Tokë janë pjesë për milion të izotopit 4 He. Prandaj shtrohet çështja e vështirë e marrjes së lëndëve të para, p.sh. duke e dorëzuar atë nga Hëna.

Menaxhmenti i Lockheed Martin njoftoi se në shkurt 2018 mori një patentë për një reaktor kompakt me shkrirje. Ekspertët e quajnë këtë të pamundur, megjithëse sipas The War Zone, "është e mundur që korporata amerikane të bëjë një deklaratë zyrtare në të ardhmen e afërt".

Reporteri i FlightGlobal, Stephen Trimble, shkroi në Twitter se “një patentë e re nga një inxhinier i Skunk Works tregon një dizajn kompakt të reaktorit të shkrirjes me një plan për F-16 si një aplikim potencial. Një reaktor prototip po testohet në Palmdale.

Sipas botimit, "Fakti që Skunk Works ka mbetur i përfshirë në procesin e patentave gjatë katër viteve të fundit gjithashtu duket se tregon se ata me të vërtetë kanë bërë përparim me programin, të paktën në një farë mase." Autorët e materialit vënë në dukje se katër vjet më parë, zhvilluesit e projektit publikuan informacionin bazë për dizajnin bazë të reaktorit, orarin e projektit dhe qëllimet e përgjithshme të programit, gjë që tregon punë serioze.

Le të kujtojmë se Lockheed Martin paraqiti një aplikim të përkohshëm për patentën "Përfshirja e fushave magnetike për mbylljen e plazmës" më 4 prill 2013. Në të njëjtën kohë, aplikacioni zyrtar në Zyrën e Patentave dhe Markave Tregtare të SHBA-së u pranua më 2 prill 2014.

Lockheed Martin tha se patenta u mor më 15 shkurt 2018. Në një kohë, menaxheri i projektit Compact Fusion Thomas McGuire tha se një fabrikë pilot do të krijohej në 2014, një prototip në 2019 dhe një prototip pune në 2024.

Kompania raporton në faqen e saj të internetit se reaktori termonuklear, në të cilin po punojnë specialistët e saj, mund të përdoret për të siguruar energji për një aeroplanmbajtëse, avion luftarak ose një qytet të vogël.

Në tetor 2014, korporata tha se rezultatet paraprake të hulumtimit tregojnë mundësinë e krijimit të reaktorëve të lehtë të shkrirjes bërthamore me një fuqi prej rreth 100 megavat dhe dimensione të krahasueshme me një kamion (që është rreth dhjetë herë më i vogël se modelet ekzistuese). Në thelb, ne po flasim për një aplikacion për zbulimin e shekullit - një reaktor i sigurt nga rrezatimi, i aftë për të siguruar energji për çdo gjë.

Nga ana e tyre, shkencëtarët rusë të përfshirë në kërkime në fushën e fuzionit të kontrolluar termonuklear e quajtën mesazhin e Lockheed Martin një deklaratë joshkencore që synon të tërheqë vëmendjen e publikut të gjerë. Sidoqoftë, një foto e një reaktori termonuklear kompakt, që supozohet se është krijuar nga korporata amerikane Lockheed Martin, u shfaq në Twitter.

“Kjo nuk mund të ndodhë. Fakti është se ajo që nënkuptohet me një reaktor termonuklear është shumë e njohur nga pikëpamja fizike. Nëse tingëllon "helium 3? - Duhet të kuptoni menjëherë se ky është një mashtrim. Kjo është një tipar karakteristik i kuazi-zbulimeve të tilla - ku ka një rresht "si ta bëjmë, si ta zbatojmë" dhe dhjetë faqe se si do të jetë mirë më pas. Kjo është një shenjë shumë karakteristike - këtu, ne shpikëm shkrirjen termonukleare të ftohtë, dhe pastaj nuk thonë se si ta zbatojmë atë, dhe pastaj vetëm dhjetë faqe më vonë, sa mirë do të jetë, "tha zëvendësdrejtori i Laboratorit të Reaksioneve Bërthamore. Pravda.ru. Flerov JINR në Dubna Andrey Papeko.

"Pyetja kryesore është se si të ngacmoni një reaksion termonuklear, me çfarë ta ngrohni, me çfarë ta mbani - kjo është gjithashtu, në përgjithësi, një pyetje që nuk është zgjidhur tani. Dhe madje, të themi, instalimet termonukleare lazer, një reaksion normal termonuklear nuk ndizet atje. Dhe, mjerisht, nuk ka asnjë zgjidhje në horizont në të ardhmen e parashikueshme”, shpjegoi fizikani bërthamor.

"Rusia po kryen mjaft kërkime, kjo është e kuptueshme, është botuar në të gjithë shtypin e hapur, domethënë është e nevojshme të studiohen kushtet për ngrohjen e materialeve për një reaksion termonuklear. Në përgjithësi, kjo është një përzierje me deuterium - nuk ka fantashkencë, kjo fizikë është e gjitha shumë e njohur. Si ta ngrohni, si ta mbani, si të hiqni energjinë, nëse ndezni një plazmë shumë të nxehtë, ajo do të hajë muret e reaktorit, do t'i shkrijë. Në instalimet e mëdha, fushat magnetike mund të përdoren për ta mbajtur dhe fokusuar atë në qendër të dhomës në mënyrë që të mos shkrijë muret e reaktorit. Por në instalime të vogla thjesht nuk do të funksionojë, do të shkrihet dhe do të digjet. Dmth, këto për mendimin tim janë deklarata shumë të parakohshme”, përfundoi ai.

Reaktori termonuklear nuk po punon ende dhe nuk do të funksionojë së shpejti. Por shkencëtarët tashmë e dinë saktësisht se si funksionon.

Teoria

Helium-3, një nga izotopet e heliumit, mund të përdoret si lëndë djegëse për një reaktor termonuklear. Është e rrallë në Tokë, por është shumë e bollshme në Hënë. Ky është komploti i filmit të Duncan Jones me të njëjtin emër. Nëse jeni duke e lexuar këtë artikull, atëherë patjetër që do t'ju pëlqejë filmi.

Një reaksion i shkrirjes bërthamore është kur dy bërthama të vogla atomike bashkohen në një të madhe. Ky është reagimi i kundërt. Për shembull, ju mund të thyeni dy bërthama hidrogjeni së bashku për të bërë helium.

Me një reagim të tillë, një sasi e madhe energjie lëshohet për shkak të ndryshimit në masë: masa e grimcave para reaksionit është më e madhe se masa e bërthamës së madhe që rezulton. Kjo masë shndërrohet në energji falë.

Por në mënyrë që të ndodhë shkrirja e dy bërthamave, është e nevojshme të kapërceni forcën e tyre të zmbrapsjes elektrostatike dhe t'i shtypni fort ato kundër njëri-tjetrit. Dhe në distanca të vogla, në rendin e madhësisë së bërthamave, veprojnë forca shumë më të mëdha bërthamore, për shkak të të cilave bërthamat tërhiqen nga njëra-tjetra dhe kombinohen në një bërthamë të madhe.

Prandaj, reaksioni i shkrirjes termonukleare mund të ndodhë vetëm në temperatura shumë të larta, kështu që shpejtësia e bërthamave është e tillë që kur ato përplasen, ato të kenë energji të mjaftueshme për t'u afruar mjaftueshëm me njëra-tjetrën që forcat bërthamore të funksionojnë dhe të ndodhë një reagim. . Nga këtu vjen emri "termo".

Praktikoni

Ku ka energji, ka armë. Gjatë Luftës së Ftohtë, BRSS dhe SHBA zhvilluan bomba termonukleare (ose hidrogjen). Kjo është arma më shkatërruese e krijuar nga njerëzimi, në teori mund të shkatërrojë Tokën.

Temperatura është pengesa kryesore për përdorimin e energjisë termonukleare në praktikë. Nuk ka materiale që mund ta mbajnë këtë temperaturë pa shkrirë.

Por ka një rrugëdalje, ju mund ta mbani plazmën falë energjisë së fortë. Në tokamakët specialë, plazma mund të mbahet në formë donuti nga magnet të mëdhenj e të fuqishëm.

Një termocentral me shkrirje është i sigurt, miqësor me mjedisin dhe shumë ekonomik. Mund të zgjidhë të gjitha problemet energjetike të njerëzimit. Gjithçka që mbetet për të bërë është të mësoni se si të ndërtoni termocentrale termonukleare.

Reaktor Ndërkombëtar Eksperimental i Fusionit

Ndërtimi i një reaktori të shkrirjes është shumë i vështirë dhe shumë i kushtueshëm. Për të zgjidhur një detyrë kaq madhështore, shkencëtarët nga disa vende kombinuan përpjekjet e tyre: Rusia, SHBA, vendet e BE-së, Japonia, India, Kina, Republika e Koresë dhe Kanadaja.

Një tokamak eksperimental po ndërtohet aktualisht në Francë, do të kushtojë afërsisht 15 miliardë dollarë, sipas planeve do të përfundojë deri në vitin 2019 dhe do të kryhen eksperimente mbi të deri në vitin 2037. Nëse ata janë të suksesshëm, atëherë ndoshta do të kemi ende kohë për të jetuar në epokën e lumtur të energjisë termonukleare.

Pra, përqendrohuni më shumë dhe filloni të prisni me padurim rezultatet e eksperimenteve, ky nuk është një iPad i dytë që ju duhet të prisni - e ardhmja e njerëzimit është në rrezik.

Si nisi e gjitha? "Sfida e energjisë" u ngrit si rezultat i një kombinimi të tre faktorëve të mëposhtëm:

1. Njerëzimi tani konsumon një sasi të madhe energjie.

Aktualisht, konsumi i energjisë në botë është rreth 15.7 teravat (TW). Duke e ndarë këtë vlerë me popullsinë botërore, marrim afërsisht 2400 vat për person, të cilat mund të vlerësohen dhe vizualizohen lehtësisht. Energjia e konsumuar nga çdo banor i Tokës (përfshirë fëmijët) korrespondon me funksionimin gjatë gjithë orarit të 24 llambave elektrike prej njëqind vat. Megjithatë, konsumi i kësaj energjie në të gjithë planetin është shumë i pabarabartë, pasi është shumë i madh në disa vende dhe i papërfillshëm në të tjera. Konsumi (për një person) është i barabartë me 10.3 kW në SHBA (një nga vlerat rekord), 6.3 kW në Federatën Ruse, 5.1 kW në MB, etj., por, nga ana tjetër, është i barabartë vetëm 0,21 kW në Bangladesh (vetëm 2% e konsumit të energjisë në SHBA!).

2. Konsumi botëror i energjisë po rritet në mënyrë dramatike.

Sipas Agjencisë Ndërkombëtare të Energjisë (2006), konsumi global i energjisë pritet të rritet me 50% deri në vitin 2030. Vendet e zhvilluara, natyrisht, mund të bëjnë mirë pa energji shtesë, por kjo rritje është e nevojshme për të nxjerrë njerëzit nga varfëria në vendet në zhvillim, ku 1.5 miliardë njerëz vuajnë nga mungesa të rënda të energjisë.

3. Aktualisht, 80% e energjisë në botë vjen nga djegia e lëndëve djegëse fosile (naftë, qymyr dhe gaz), përdorimi i të cilave:
a) paraqet rrezik potencial për ndryshime katastrofike mjedisore;
b) në mënyrë të pashmangshme duhet të përfundojë një ditë.

Nga sa u tha, është e qartë se tani duhet të përgatitemi për fundin e epokës së përdorimit të lëndëve djegëse fosile.

Aktualisht, termocentralet bërthamore prodhojnë energji të çliruar gjatë reaksioneve të ndarjes së bërthamave atomike në një shkallë të gjerë. Krijimi dhe zhvillimi i stacioneve të tilla duhet të inkurajohet në çdo mënyrë të mundshme, por duhet pasur parasysh se edhe rezervat e një prej materialeve më të rëndësishme për funksionimin e tyre (uraniumi i lirë) mund të përdoren plotësisht brenda 50 viteve të ardhshme. . Mundësitë e energjisë së bazuar në ndarje bërthamore mund (dhe duhet) të zgjerohen ndjeshëm përmes përdorimit të cikleve më efikase të energjisë, duke lejuar që sasia e energjisë së prodhuar të pothuajse dyfishohet. Për të zhvilluar energjinë në këtë drejtim, është e nevojshme të krijohen reaktorë toriumi (të ashtuquajturit reaktorë riprodhues të toriumit ose reaktorë riprodhues), në të cilët reaksioni prodhon më shumë torium se uraniumi origjinal, si rezultat i të cilit sasia totale e energjisë së prodhuar. për një sasi të caktuar të substancës rritet me 40 herë . Gjithashtu duket premtuese krijimi i rritësve të plutoniumit duke përdorur neutrone të shpejtë, të cilët janë shumë më efikas se reaktorët e uraniumit dhe mund të prodhojnë 60 herë më shumë energji. Mund të ndodhë që për të zhvilluar këto zona do të jetë e nevojshme të zhvillohen metoda të reja, jo standarde për marrjen e uraniumit (për shembull, nga uji i detit, i cili duket të jetë më i arritshëm).

Termocentrale me shkrirje

Figura tregon një diagram skematik (jo në shkallë) të pajisjes dhe parimit të funksionimit të një termocentrali termonuklear. Në pjesën qendrore ndodhet një dhomë toroidale (në formë donuti) me vëllim ~2000 m3, e mbushur me plazmë tritium-deuterium (T-D) të ngrohur në një temperaturë mbi 100 M°C. Neutronet e prodhuara gjatë reaksionit të shkrirjes (1) largohen nga "shishja magnetike" dhe futen në guaskën e treguar në figurë me një trashësi rreth 1 m.

Brenda guaskës, neutronet përplasen me atomet e litiumit, duke rezultuar në një reagim që prodhon tritium:

neutron + litium → helium + tritium

Përveç kësaj, në sistem ndodhin reaksione konkurruese (pa formimin e tritiumit), si dhe shumë reaksione me lëshimin e neutroneve shtesë, të cilat më pas çojnë gjithashtu në formimin e tritiumit (në këtë rast, lirimi i neutroneve shtesë mund të jetë përmirësuar ndjeshëm, për shembull, duke futur atomet e beriliumit në guaskë dhe plumb). Përfundimi i përgjithshëm është se ky objekt mund (të paktën teorikisht) t'i nënshtrohet një reaksioni të shkrirjes bërthamore që do të prodhonte tritium. Në këtë rast, sasia e tritiumit të prodhuar jo vetëm që duhet të plotësojë nevojat e vetë instalimit, por edhe të jetë disi më e madhe, gjë që do të bëjë të mundur furnizimin e instalimeve të reja me tritium. Është ky koncept operativ që duhet të testohet dhe zbatohet në reaktorin ITER të përshkruar më poshtë.

Përveç kësaj, neutronet duhet të ngrohin guaskën në të ashtuquajturat impiante pilot (në të cilat do të përdoren materiale ndërtimi relativisht "të zakonshme") në afërsisht 400°C. Në të ardhmen, është planifikuar të krijohen instalime të përmirësuara me një temperaturë të ngrohjes së guaskës mbi 1000°C, e cila mund të arrihet përmes përdorimit të materialeve më të fundit me rezistencë të lartë (si p.sh. kompozitat e karbitit të silikonit). Nxehtësia e gjeneruar në guaskë, si në stacionet konvencionale, merret nga qarku primar i ftohjes me një ftohës (që përmban, për shembull, ujë ose helium) dhe transferohet në qarkun dytësor, ku avulli i ujit prodhohet dhe furnizohet në turbina.

1985 - Bashkimi Sovjetik propozoi gjeneratën e ardhshme të centralit Tokamak, duke përdorur përvojën e katër vendeve kryesore në krijimin e reaktorëve të shkrirjes. Shtetet e Bashkuara të Amerikës, së bashku me Japoninë dhe Komunitetin Evropian, parashtruan një propozim për zbatimin e projektit.

Aktualisht, në Francë, po zhvillohet ndërtimi i reaktorit ndërkombëtar eksperimental termonuklear ITER (International Tokamak Experimental Reactor), i përshkruar më poshtë, i cili do të jetë tokamak i parë i aftë për të "ndezur" plazmën.

Instalimet më të avancuara ekzistuese tokamak kanë arritur prej kohësh temperaturat prej rreth 150 M°C, afër vlerave të kërkuara për funksionimin e një stacioni të shkrirjes, por reaktori ITER duhet të jetë termocentrali i parë në shkallë të gjerë i projektuar për një kohë të gjatë. -operimi me afat. Në të ardhmen, do të jetë e nevojshme të përmirësohen ndjeshëm parametrat e tij të funksionimit, gjë që do të kërkojë, para së gjithash, rritjen e presionit në plazmë, pasi shkalla e shkrirjes bërthamore në një temperaturë të caktuar është proporcionale me katrorin e presionit. Problemi kryesor shkencor në këtë rast lidhet me faktin se kur presioni në plazmë rritet, lindin paqëndrueshmëri shumë komplekse dhe të rrezikshme, domethënë mënyra të paqëndrueshme të funksionimit.

Pse na duhet kjo?

Avantazhi kryesor i shkrirjes bërthamore është se ai kërkon vetëm sasi shumë të vogla të substancave që janë shumë të zakonshme në natyrë si lëndë djegëse. Reaksioni i shkrirjes bërthamore në instalimet e përshkruara mund të çojë në çlirimin e sasive të mëdha të energjisë, dhjetë milionë herë më të larta se nxehtësia standarde e lëshuar gjatë reaksioneve kimike konvencionale (të tilla si djegia e lëndëve djegëse fosile). Për krahasim, theksojmë se sasia e qymyrit e nevojshme për të fuqizuar një termocentral me një kapacitet prej 1 gigavat (GW) është 10,000 ton në ditë (dhjetë makina hekurudhore), dhe një termocentral me të njëjtën fuqi do të konsumojë vetëm rreth 1 kilogram përzierje D+T në ditë.

Deuteriumi është një izotop i qëndrueshëm i hidrogjenit; Në rreth një në çdo 3,350 molekula të ujit të zakonshëm, një nga atomet e hidrogjenit zëvendësohet nga deuteriumi (një trashëgimi nga Big Bengu). Ky fakt e bën të lehtë organizimin e prodhimit mjaft të lirë të sasisë së kërkuar të deuteriumit nga uji. Është më e vështirë për të marrë tritium, i cili është i paqëndrueshëm (gjysma e jetës është rreth 12 vjet, si rezultat i së cilës përmbajtja e tij në natyrë është e papërfillshme), megjithatë, siç tregohet më lart, tritiumi do të shfaqet direkt brenda instalimit termonuklear gjatë funksionimit. për shkak të reaksionit të neutroneve me litiumin.

Kështu, karburanti fillestar për një reaktor të shkrirjes është litiumi dhe uji. Litiumi është një metal i zakonshëm që përdoret gjerësisht në pajisjet shtëpiake (bateritë e telefonave celularë, etj.). Instalimi i përshkruar më sipër, edhe duke marrë parasysh efiçencën jo ideale, do të jetë në gjendje të prodhojë 200,000 kWh energji elektrike, e cila është e barabartë me energjinë që përmban 70 ton qymyr. Sasia e litiumit që kërkohet për këtë gjendet në një bateri kompjuteri dhe sasia e deuteriumit është në 45 litra ujë. Vlera e mësipërme korrespondon me konsumin aktual të energjisë elektrike (llogaritur për person) në vendet e BE-së mbi 30 vjet. Vetë fakti që një sasi kaq e parëndësishme e litiumit mund të sigurojë prodhimin e një sasie të tillë të energjisë elektrike (pa emetim të CO2 dhe pa ndotjen më të vogël të ajrit) është një argument mjaft serioz për zhvillimin më të shpejtë dhe më të fuqishëm të energjisë termonukleare (pavarësisht vështirësitë dhe problemet) dhe madje pa besim qind për qind në suksesin e një kërkimi të tillë.

Deuterium duhet të zgjasë për miliona vjet, dhe rezervat e litiumit lehtësisht të minuara janë të mjaftueshme për të plotësuar nevojat për qindra vjet. Edhe nëse litiumi në shkëmbinj mbaron, ne mund ta nxjerrim atë nga uji, ku gjendet në përqendrime mjaft të larta (100 herë më shumë se përqendrimi i uraniumit) për ta bërë nxjerrjen e tij ekonomikisht të qëndrueshme.

Një reaktor eksperimental termonuklear (International thermonuclear Experimental Reactor) është duke u ndërtuar pranë qytetit të Cadarache në Francë. Qëllimi kryesor i projektit ITER është zbatimi i një reaksioni të fuzionit termonuklear të kontrolluar në shkallë industriale.

Për njësi të peshës së karburantit termonuklear, fitohet rreth 10 milion herë më shumë energji sesa kur digjet e njëjta sasi karburanti organik dhe rreth njëqind herë më shumë se kur ndahen bërthamat e uraniumit në reaktorët e termocentraleve bërthamore që funksionojnë aktualisht. Nëse llogaritjet e shkencëtarëve dhe projektuesve bëhen të vërteta, kjo do t'i japë njerëzimit një burim të pashtershëm energjie.

Prandaj, një numër vendesh (Rusia, India, Kina, Koreja, Kazakistani, SHBA, Kanada, Japonia, vendet e Bashkimit Evropian) bashkuan forcat në krijimin e Reaktorit Ndërkombëtar të Kërkimit Termonuklear - një prototip i termocentraleve të reja.

ITER është një strukturë që krijon kushte për sintezën e atomeve të hidrogjenit dhe tritiumit (një izotop i hidrogjenit), duke rezultuar në formimin e një atomi të ri - një atom helium. Ky proces shoqërohet nga një shpërthim i madh energjie: temperatura e plazmës në të cilën ndodh reaksioni termonuklear është rreth 150 milion gradë Celsius (për krahasim, temperatura e bërthamës së Diellit është 40 milion gradë). Në këtë rast, izotopet digjen, duke mos lënë praktikisht mbetje radioaktive.
Skema e pjesëmarrjes në projektin ndërkombëtar parashikon furnizimin e komponentëve të reaktorit dhe financimin e ndërtimit të tij. Në këmbim të kësaj, secili nga vendet pjesëmarrëse merr akses të plotë në të gjitha teknologjitë për krijimin e një reaktori termonuklear dhe në rezultatet e të gjithë punës eksperimentale në këtë reaktor, i cili do të shërbejë si bazë për projektimin e reaktorëve termonuklear me fuqi serike.

Reaktori, i bazuar në parimin e shkrirjes termonukleare, nuk ka rrezatim radioaktiv dhe është plotësisht i sigurt për mjedisin. Mund të gjendet pothuajse kudo në botë, dhe karburanti për të është uji i zakonshëm. Ndërtimi i ITER pritet të zgjasë rreth dhjetë vjet, pas së cilës reaktori pritet të jetë në përdorim për 20 vjet.

Në vitet e ardhshme, interesat e Rusisë në Këshillin e Organizatës Ndërkombëtare për Ndërtimin e Reaktorit Termonuklear ITER do të përfaqësohen nga Anëtari korrespondues i Akademisë së Shkencave Ruse Mikhail Kovalchuk, Drejtor i Qendrës Ruse të Kërkimeve Kurchatov, Instituti i Kristalografia e Akademisë Ruse të Shkencave dhe Sekretari Shkencor i Këshillit Presidencial për Shkencën, Teknologjinë dhe Arsimin. Kovalchuk do të zëvendësojë përkohësisht në këtë post akademikun Evgeniy Velikhov, i cili u zgjodh kryetar i Këshillit Ndërkombëtar ITER për dy vitet e ardhshme dhe nuk ka të drejtë të kombinojë këtë pozicion me detyrat e një përfaqësuesi zyrtar të një vendi pjesëmarrës.

Kostoja totale e ndërtimit vlerësohet në 5 miliardë euro dhe e njëjta shumë do të kërkohet për funksionimin provë të reaktorit. Aksionet e Indisë, Kinës, Koresë, Rusisë, SHBA-së dhe Japonisë përbëjnë secila rreth 10 për qind të vlerës totale, 45 për qind vjen nga vendet e Bashkimit Evropian. Megjithatë, shtetet evropiane ende nuk kanë rënë dakord se si do të shpërndahen saktësisht kostot mes tyre. Për shkak të kësaj, fillimi i ndërtimit u shty për në prill 2010. Pavarësisht vonesës së fundit, shkencëtarët dhe zyrtarët e përfshirë në ITER thonë se do të jenë në gjendje ta përfundojnë projektin deri në vitin 2018.

Fuqia termonukleare e vlerësuar e ITER është 500 megavat. Pjesët individuale të magnetit arrijnë një peshë prej 200 deri në 450 tonë. Për të ftohur ITER-in do të nevojiten 33 mijë metër kub ujë në ditë.

Në vitin 1998, Shtetet e Bashkuara ndaluan financimin e pjesëmarrjes së saj në projekt. Pasi republikanët erdhën në pushtet dhe filluan ndërprerjet e energjisë elektrike në Kaliforni, administrata e Bush njoftoi rritjen e investimeve në energji. Shtetet e Bashkuara nuk kishin ndërmend të merrnin pjesë në projektin ndërkombëtar dhe ishin të angazhuara në projektin e tyre termonuklear. Në fillim të vitit 2002, këshilltari i teknologjisë i Presidentit Bush, John Marburger III tha se Shtetet e Bashkuara kishin ndryshuar mendje dhe synonin të ktheheshin në projekt.

Për sa i përket numrit të pjesëmarrësve, projekti është i krahasueshëm me një projekt tjetër të madh shkencor ndërkombëtar - Stacionin Ndërkombëtar të Hapësirës. Kostoja e ITER, e cila më parë arrinte në 8 miliardë dollarë, atëherë ishte më pak se 4 miliardë. Si rezultat i tërheqjes së Shteteve të Bashkuara nga pjesëmarrja, u vendos që të reduktohej fuqia e reaktorit nga 1.5 GW në 500 MW. Prandaj, çmimi i projektit gjithashtu ka rënë.

Në qershor 2002, në kryeqytetin rus u mbajt simpoziumi "Ditët e ITER në Moskë". U diskutua për problemet teorike, praktike dhe organizative të ringjalljes së projektit, suksesi i të cilit mund të ndryshojë fatin e njerëzimit dhe t'i japë atij një lloj të ri energjie, të krahasueshme në efikasitet dhe ekonomi vetëm me energjinë e Diellit.

Në korrik 2010, përfaqësuesit e vendeve pjesëmarrëse në projektin e reaktorit ndërkombëtar termonuklear ITER miratuan buxhetin e tij dhe planin e ndërtimit në një takim të jashtëzakonshëm të mbajtur në Cadarache, Francë. .

Në takimin e fundit të jashtëzakonshëm, pjesëmarrësit e projektit miratuan datën e fillimit për eksperimentet e para me plazmën - 2019. Eksperimentet e plota janë planifikuar për në Mars 2027, megjithëse menaxhimi i projektit u kërkoi specialistëve teknikë të përpiqen të optimizojnë procesin dhe të fillojnë eksperimentet në vitin 2026. Pjesëmarrësit e takimit vendosën edhe për kostot e ndërtimit të reaktorit, por shumat e planifikuara për t'u shpenzuar për krijimin e instalimit nuk u bënë të ditura. Sipas informacionit të marrë nga redaktori i portalit ScienceNOW nga një burim i paidentifikuar, në kohën kur të fillojnë eksperimentet, kostoja e projektit ITER mund të arrijë në 16 miliardë euro.

Takimi në Cadarache shënoi gjithashtu ditën e parë zyrtare të punës për drejtorin e ri të projektit, fizikanin japonez Osamu Motojima. Para tij, projekti drejtohej që në vitin 2005 nga japonezi Kaname Ikeda, i cili dëshironte të largohej nga posti i tij menjëherë pas miratimit të buxhetit dhe afateve të ndërtimit.

Reaktori i shkrirjes ITER është një projekt i përbashkët i Bashkimit Evropian, Zvicrës, Japonisë, SHBA-së, Rusisë, Koresë së Jugut, Kinës dhe Indisë. Ideja e krijimit të ITER ka qenë në shqyrtim që nga vitet 80 të shekullit të kaluar, megjithatë, për shkak të vështirësive financiare dhe teknike, kostoja e projektit është vazhdimisht në rritje, dhe data e fillimit të ndërtimit po shtyhet vazhdimisht. Në vitin 2009, ekspertët prisnin që puna për krijimin e reaktorit të fillonte në vitin 2010. Më vonë, kjo datë u zhvendos dhe fillimisht viti 2018 dhe më pas 2019 u emërua si koha e nisjes së reaktorit.

Reaksionet e shkrirjes termonukleare janë reagime të shkrirjes së bërthamave të izotopeve të dritës për të formuar një bërthamë më të rëndë, të cilat shoqërohen nga një çlirim i madh energjie. Në teori, reaktorët e shkrirjes mund të prodhojnë shumë energji me kosto të ulët, por për momentin shkencëtarët shpenzojnë shumë më tepër energji dhe para për të filluar dhe mbajtur reaksionin e shkrirjes.

Shkrirja termonukleare është një mënyrë e lirë dhe miqësore me mjedisin për të prodhuar energji. Shkrirja e pakontrolluar termonukleare ka ndodhur në Diell për miliarda vjet - heliumi është formuar nga izotopi i rëndë i hidrogjenit, deuterium. Kjo çliron një sasi kolosale të energjisë. Megjithatë, njerëzit në Tokë nuk kanë mësuar ende të kontrollojnë reagime të tilla.

Reaktori ITER do të përdorë izotopet e hidrogjenit si lëndë djegëse. Gjatë një reaksioni termonuklear, energjia lirohet kur atomet e lehta bashkohen në ato më të rënda. Për ta arritur këtë, gazi duhet të nxehet në një temperaturë prej mbi 100 milionë gradë - shumë më e lartë se temperatura në qendër të Diellit. Gazi në këtë temperaturë shndërrohet në plazmë. Në të njëjtën kohë, atomet e izotopeve të hidrogjenit bashkohen, duke u shndërruar në atome të heliumit me lëshimin e një numri të madh neutronesh. Një termocentral që funksionon në këtë parim do të përdorë energjinë e neutroneve të ngadalësuar nga një shtresë e materialit të dendur (litium).

Pse u desh kaq gjatë krijimi i instalimeve termonukleare?

Pse nuk janë krijuar ende instalime kaq të rëndësishme dhe të vlefshme, përfitimet e të cilave janë diskutuar për gati gjysmë shekulli? Ekzistojnë tre arsye kryesore (të diskutuara më poshtë), e para prej të cilave mund të quhet e jashtme ose sociale, dhe dy të tjerat - të brendshme, domethënë të përcaktuara nga ligjet dhe kushtet e zhvillimit të vetë energjisë termonukleare.

1. Për një kohë të gjatë, besohej se problemi i përdorimit praktik të energjisë së shkrirjes termonukleare nuk kërkonte vendime dhe veprime urgjente, pasi që në vitet '80 të shekullit të kaluar, burimet e karburantit fosile dukeshin të pashtershme, dhe problemet mjedisore dhe ndryshimet klimatike bënë. nuk shqetësojnë publikun. Në vitin 1976, Komiteti Këshillimor i Energjisë së Fusionit të Departamentit të Energjisë së SHBA-së u përpoq të vlerësonte kornizën kohore për R&D dhe një termocentral demonstrues me shkrirje sipas opsioneve të ndryshme të financimit të kërkimit. Në të njëjtën kohë, u zbulua se vëllimi i financimit vjetor për kërkime në këtë drejtim është plotësisht i pamjaftueshëm dhe nëse ruhet niveli ekzistues i ndarjeve, krijimi i instalimeve termonukleare nuk do të jetë kurrë i suksesshëm, pasi fondet e alokuara nuk korrespondojnë. edhe në nivelin minimal, kritik.

2. Një pengesë më serioze për zhvillimin e kërkimeve në këtë fushë është se një instalim termonuklear i tipit në diskutim nuk mund të krijohet dhe demonstrohet në një shkallë të vogël. Nga shpjegimet e paraqitura më poshtë, do të bëhet e qartë se shkrirja termonukleare kërkon jo vetëm izolim magnetik të plazmës, por edhe ngrohje të mjaftueshme të saj. Raporti i energjisë së shpenzuar dhe marrë rritet të paktën në proporcion me katrorin e dimensioneve lineare të instalimit, si rezultat i të cilit aftësitë dhe avantazhet shkencore dhe teknike të instalimeve termonukleare mund të testohen dhe demonstrohen vetëm në stacione mjaft të mëdha, si p.sh. si reaktori i përmendur ITER. Shoqëria thjesht nuk ishte gati të financonte projekte kaq të mëdha derisa të kishte besim të mjaftueshëm në sukses.

3. Zhvillimi i energjisë termonukleare ka qenë shumë kompleks, megjithatë (megjithë financimin e pamjaftueshëm dhe vështirësitë në përzgjedhjen e qendrave për krijimin e instalimeve JET dhe ITER), është vërejtur përparim i qartë vitet e fundit, megjithëse ende nuk është krijuar një stacion operativ.

Bota moderne po përballet me një sfidë shumë serioze energjetike, e cila mund të quhet më saktë një "krizë e pasigurt energjetike". Problemi lidhet me faktin se rezervat e lëndëve djegëse fosile mund të mbarojnë në gjysmën e dytë të këtij shekulli. Për më tepër, djegia e lëndëve djegëse fosile mund të rezultojë në nevojën për të sekuestruar disi dhe "ruajtur" dioksidin e karbonit të lëshuar në atmosferë (programi CCS i përmendur më lart) për të parandaluar ndryshime të mëdha në klimën e planetit.

Aktualisht, pothuajse e gjithë energjia e konsumuar nga njerëzimi krijohet nga djegia e lëndëve djegëse fosile, dhe zgjidhja e problemit mund të lidhet me përdorimin e energjisë diellore ose të energjisë bërthamore (krijimi i reaktorëve të shpejtë të rritjes së neutroneve, etj.). Problemi global i shkaktuar nga popullsia në rritje e vendeve në zhvillim dhe nevoja e tyre për të përmirësuar standardet e jetesës dhe për të rritur sasinë e energjisë së prodhuar nuk mund të zgjidhet vetëm në bazë të këtyre qasjeve, megjithëse, natyrisht, çdo përpjekje për të zhvilluar metoda alternative të prodhimit të energjisë duhet inkurajuar.

Në mënyrë të rreptë, ne kemi një zgjedhje të vogël të strategjive të sjelljes dhe zhvillimi i energjisë termonukleare është jashtëzakonisht i rëndësishëm, edhe përkundër mungesës së një garancie suksesi. Gazeta Financial Times (datë 25 janar 2004) shkroi për këtë:

Le të shpresojmë se nuk do të ketë surpriza të mëdha dhe të papritura në rrugën e zhvillimit të energjisë termonukleare. Në këtë rast, pas rreth 30 vitesh do të mund të furnizojmë për herë të parë rrymë elektrike prej saj në rrjetet energjetike dhe në pak më shumë se 10 vjet do të fillojë të funksionojë termocentrali i parë komercial termonuklear. Është e mundur që në gjysmën e dytë të këtij shekulli, energjia e shkrirjes bërthamore të fillojë të zëvendësojë lëndët djegëse fosile dhe gradualisht të fillojë të luajë një rol gjithnjë e më të rëndësishëm në ofrimin e energjisë për njerëzimin në shkallë globale.

Nuk ka asnjë garanci absolute që detyra e krijimit të energjisë termonukleare (si një burim efektiv dhe në shkallë të gjerë të energjisë për të gjithë njerëzimin) do të përfundojë me sukses, por gjasat për sukses në këtë drejtim janë mjaft të larta. Duke marrë parasysh potencialin e madh të stacioneve termonukleare, të gjitha kostot për projektet për zhvillimin e tyre të shpejtë (dhe madje të përshpejtuar) mund të konsiderohen të justifikuara, veçanërisht pasi këto investime duken shumë modeste në sfondin e tregut monstruoz global të energjisë (4 trilion dollarë në vit8). Plotësimi i nevojave energjetike të njerëzimit është një problem shumë serioz. Ndërsa lëndët djegëse fosile bëhen më pak të disponueshme (dhe përdorimi i tyre bëhet i padëshirueshëm), situata po ndryshon dhe ne thjesht nuk mund të përballojmë të mos zhvillojmë energji të shkrirjes.

Në pyetjen "Kur do të shfaqet energjia termonukleare?" Lev Artsimovich (një pionier dhe udhëheqës i njohur i kërkimit në këtë fushë) një herë u përgjigj se "do të krijohet kur të bëhet vërtet i nevojshëm për njerëzimin"

ITER do të jetë reaktori i parë i shkrirjes që prodhon më shumë energji sesa konsumon. Shkencëtarët matin këtë karakteristikë duke përdorur një koeficient të thjeshtë që ata e quajnë "Q". Nëse ITER arrin të gjitha qëllimet e tij shkencore, do të prodhojë 10 herë më shumë energji sesa konsumon. Pajisja e fundit e ndërtuar, Joint European Torus në Angli, është një prototip më i vogël reaktor i shkrirjes që, në fazat e fundit të kërkimit shkencor, arriti një vlerë Q prej pothuajse 1. Kjo do të thotë se prodhoi saktësisht të njëjtën sasi energjie sa konsumonte. . ITER do të shkojë përtej kësaj duke demonstruar krijimin e energjisë nga shkrirja dhe duke arritur një vlerë Q prej 10. Ideja është që të gjenerohen 500 MW nga një konsum energjie prej afërsisht 50 MW. Kështu, një nga qëllimet shkencore të ITER është të provojë se një vlerë Q prej 10 mund të arrihet.

Një tjetër synim shkencor është që ITER do të ketë një kohë "djegie" shumë të gjatë - një puls me kohëzgjatje të zgjatur deri në një orë. ITER është një reaktor eksperimental kërkimor që nuk mund të prodhojë energji vazhdimisht. Kur ITER të fillojë të funksionojë, ai do të jetë i ndezur për një orë, pas së cilës do të duhet të fiket. Kjo është e rëndësishme sepse deri më tani pajisjet tipike që kemi krijuar kanë qenë në gjendje të kenë një kohë djegieje prej disa sekondash apo edhe të dhjeta të sekondës - ky është maksimumi. "Joint European Torus" arriti vlerën e tij Q prej 1 me një kohë djegieje prej afërsisht dy sekondash me një gjatësi pulsi prej 20 sekondash. Por një proces që zgjat disa sekonda nuk është vërtet i përhershëm. Për analogji me ndezjen e motorit të makinës: ndezja e motorit për një kohë të shkurtër dhe më pas fikja e tij nuk është ende funksionim real i makinës. Vetëm kur vozitni makinën tuaj për gjysmë ore, ajo do të arrijë një modalitet të vazhdueshëm operimi dhe do të demonstrojë se një makinë e tillë mund të drejtohet në të vërtetë.

Kjo do të thotë, nga pikëpamja teknike dhe shkencore, ITER do të sigurojë një vlerë Q prej 10 dhe një rritje të kohës së djegies.

Programi i shkrirjes termonukleare është vërtet ndërkombëtar dhe i gjerë në natyrë. Njerëzit tashmë po llogarisin në suksesin e ITER dhe po mendojnë për hapin tjetër - krijimin e një prototipi të një reaktori termonuklear industrial të quajtur DEMO. Për ta ndërtuar atë, ITER duhet të punojë. Ne duhet të arrijmë qëllimet tona shkencore, sepse kjo do të thotë që idetë që ne parashtrojmë janë plotësisht të realizueshme. Megjithatë, jam dakord që gjithmonë duhet të mendoni për atë që vjen më pas. Përveç kësaj, ndërsa ITER operon për 25-30 vjet, njohuritë tona gradualisht do të thellohen dhe zgjerohen dhe ne do të jemi në gjendje të përshkruajmë më saktë hapin tonë të ardhshëm.

Në të vërtetë, nuk ka asnjë debat nëse ITER duhet të jetë një tokamak. Disa shkencëtarë e shtrojnë pyetjen krejt ndryshe: a duhet të ekzistojë ITER? Ekspertët në vende të ndryshme, duke zhvilluar projektet e tyre, jo aq të mëdha termonukleare, argumentojnë se një reaktor kaq i madh nuk nevojitet fare.

Megjithatë, mendimi i tyre vështirë se duhet të konsiderohet autoritativ. Fizikanët që kanë punuar me kurthe toroidale për disa dekada janë përfshirë në krijimin e ITER. Dizajni i reaktorit eksperimental termonuklear në Karadash u bazua në të gjitha njohuritë e marra gjatë eksperimenteve në dhjetëra tokamakë paraardhës. Dhe këto rezultate tregojnë se reaktori duhet të jetë një tokamak, dhe në të njëjtën kohë një i madh.

JET Për momentin, tokamak më i suksesshëm mund të konsiderohet JET, i ndërtuar nga BE në qytetin britanik Abingdon. Ky është reaktori më i madh i tipit tokamak i krijuar deri më sot, rrezja e madhe e torusit të plazmës është 2.96 metra. Fuqia e reaksionit termonuklear tashmë ka arritur më shumë se 20 megavat me një kohë mbajtjeje deri në 10 sekonda. Reaktori kthen rreth 40% të energjisë së futur në plazmë.

Është fizika e plazmës që përcakton bilancin e energjisë, "tha Igor Semenov për Infox.ru. Profesori i asociuar i MIPT-it përshkroi se çfarë është bilanci i energjisë me një shembull të thjeshtë: “Të gjithë kemi parë një zjarr të djegur. Në fakt aty nuk digjet druri, por gazi. Zinxhiri i energjisë atje është i tillë: gazi digjet, druri nxehet, druri avullohet, gazi digjet përsëri. Prandaj, nëse hedhim ujë në zjarr, do të marrim befas energji nga sistemi për kalimin fazor të ujit të lëngshëm në gjendje avulli. Bilanci do të bëhet negativ dhe zjarri do të shuhet. Ekziston një mënyrë tjetër - ne thjesht mund të marrim flakët dhe t'i përhapim ato në hapësirë. Zjarri do të shuhet gjithashtu. Është e njëjta gjë në reaktorin termonuklear që po ndërtojmë. Dimensionet janë zgjedhur për të krijuar një bilanc të përshtatshëm pozitiv të energjisë për këtë reaktor. I mjaftueshëm për të ndërtuar një termocentral të vërtetë bërthamor në të ardhmen, duke zgjidhur në këtë fazë eksperimentale të gjitha problemet që aktualisht mbeten të pazgjidhura.”

Dimensionet e reaktorit u ndryshuan një herë. Kjo ndodhi në kapërcyellin e shekujve 20-21, kur Shtetet e Bashkuara u tërhoqën nga projekti dhe anëtarët e mbetur kuptuan se buxheti i ITER (deri në atë kohë vlerësohej në 10 miliardë dollarë amerikanë) ishte shumë i madh. Fizikanëve dhe inxhinierëve iu kërkua të ulnin koston e instalimit. Dhe kjo mund të bëhej vetëm për shkak të madhësisë. "Ridizajnimi" i ITER u drejtua nga fizikani francez Robert Aymar, i cili më parë ka punuar në tokamakin francez Tore Supra në Karadash. Rrezja e jashtme e torusit të plazmës është zvogëluar nga 8.2 në 6.3 metra. Sidoqoftë, rreziqet që lidhen me zvogëlimin e madhësisë u kompensuan pjesërisht nga disa magnet shtesë superpërçues, të cilët bënë të mundur zbatimin e mënyrës së izolimit të plazmës, e cila ishte e hapur dhe e studiuar në atë kohë.

Për një kohë të gjatë trudnopisaka më kërkoi të bëja një postim për reaktorin termonuklear në ndërtim. Zbuloni detaje interesante të teknologjisë, zbuloni pse ky projekt po merr kaq shumë kohë për t'u zbatuar. Më në fund e kam mbledhur materialin. Le të njihemi me detajet e projektit.

Si nisi e gjitha? "Sfida e energjisë" u ngrit si rezultat i një kombinimi të tre faktorëve të mëposhtëm:

1. Njerëzimi tani konsumon një sasi të madhe energjie.

2. Konsumi botëror i energjisë po rritet në mënyrë dramatike.

3. Aktualisht, 80% e energjisë në botë vjen nga djegia e lëndëve djegëse fosile(naftë, qymyr dhe gaz), përdorimi i të cilave:
a) paraqet rrezik potencial për ndryshime katastrofike mjedisore;
b) në mënyrë të pashmangshme duhet të përfundojë një ditë.

Nga sa u tha, është e qartë se tani duhet të përgatitemi për fundin e epokës së përdorimit të lëndëve djegëse fosile.

Termocentrale me shkrirje

Brenda guaskës, neutronet përplasen me atomet e litiumit, duke rezultuar në një reagim që prodhon tritium:

neutron + litium → helium + tritium

Pse na duhet kjo?

Mund të klikohet 4000 px

Interesat e Rusisë në Këshillin e Organizatës Ndërkombëtare për Ndërtimin e Reaktorit Termonuklear ITER në vitet e ardhshme do të përfaqësohen nga Anëtari korrespondues i Akademisë Ruse të Shkencave Mikhail Kovalchuk - Drejtor i Institutit Kurchatov, Instituti i Kristalografisë i Akademisë Ruse të Shkenca dhe Sekretar Shkencor i Këshillit Presidencial për Shkencë, Teknologji dhe Arsim. Kovalchuk do të zëvendësojë përkohësisht në këtë post akademikun Evgeniy Velikhov, i cili u zgjodh kryetar i Këshillit Ndërkombëtar ITER për dy vitet e ardhshme dhe nuk ka të drejtë të kombinojë këtë pozicion me detyrat e një përfaqësuesi zyrtar të një vendi pjesëmarrës.

Pse u desh kaq gjatë krijimi i instalimeve termonukleare?

Një tjetër synim shkencor është që ITER do të ketë një kohë "djegie" shumë të gjatë - një puls me kohëzgjatje të zgjatur deri në një orë. ITER është një reaktor eksperimental kërkimor që nuk mund të prodhojë energji vazhdimisht. Kur ITER të fillojë të funksionojë, ai do të jetë i ndezur për një orë, pas së cilës do të duhet të fiket. Kjo është e rëndësishme sepse deri më tani pajisjet standarde që kemi krijuar kanë qenë në gjendje të kenë një kohë djegie prej disa sekondash apo edhe të dhjeta të sekondës - ky është maksimumi. "Joint European Torus" arriti vlerën e tij Q prej 1 me një kohë djegieje prej afërsisht dy sekondash me një gjatësi pulsi prej 20 sekondash. Por një proces që zgjat disa sekonda nuk është vërtet i përhershëm. Për analogji me ndezjen e motorit të makinës: ndezja e motorit për një kohë të shkurtër dhe më pas fikja e tij nuk është ende funksionim real i makinës. Vetëm kur vozitni makinën tuaj për gjysmë ore, ajo do të arrijë një modalitet të vazhdueshëm operimi dhe do të demonstrojë se një makinë e tillë mund të drejtohet në të vërtetë.

Kjo do të thotë, nga pikëpamja teknike dhe shkencore, ITER do të sigurojë një vlerë Q prej 10 dhe një rritje të kohës së djegies.

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