Sintese van termonukleêre. Probleme van termonukleêre samesmelting

Innoverende projekte wat moderne supergeleiers in die nabye toekoms gebruik, sal dit moontlik maak om beheerde termonukleêre samesmelting te implementeer. Sommige optimiste sê. Kenners voorspel egter dat praktiese toepassings 'n paar dekades sal neem.

Hoekom is dit so moeilik?

Die energie van termonukleêre samesmelting word beskou as 'n potensiële bron van toekomstige energie. Dit is die suiwer energie van die atoom. Maar wat is dit en hoekom is dit so moeilik om te bereik? Om mee te begin is dit nodig om die verskil tussen die klassieke splitsing van die kern en termonukleêre samesmelting te verstaan.

Die splitsing van 'n atoom bestaan uit die feit dat radioaktiewe isotope, uraan of plutonium gesplitste word en na ander hoogs radioaktiewe isotope omgeskakel word, wat dan weggedoen of herwin moet word.

Die reaksie van termonukleêre fusie bestaan uit die feit dat die twee isotope van waterstof, deuterium en tritium in 'n enkele geheel saamsmelt, wat 'n nie-giftige helium en 'n enkele neutron vorm, wat nie radioaktiewe afval produseer nie.

Die probleem van beheer

Die reaksies wat plaasvind op die Son of in 'n waterstofbom is termonukleêre samesmelting, en die ingenieurs staan voor die uitdagende taak om hierdie proses by 'n kragstasie te beheer.

Dit is iets waaraan wetenskaplikes sedert die 1960's gewerk het. Nog 'n eksperimentele termonukleêre fusie reaktor genaamd Wendelstein 7-X het begin werk in die noordelike Duitse stad Greifswald. Voorlopig is dit nie bedoel om 'n reaksie te skep nie - dit is net 'n spesiale ontwerp wat die toets slaag (stellarator in plaas van tokamak).

Hoë-energie-plasma

Alle termonukleêre installasies het 'n algemene kenmerk - 'n ringvormige vorm. Dit is gebaseer op die idee van die gebruik van kragtige elektromagnetes om 'n sterk elektromagnetiese veld te skep, wat die vorm van 'n torus - 'n opgeblase fiets kamera het.

Hierdie elektromagnetiese veld moet so dig wees dat wanneer dit in die mikrogolf na een miljoen grade Celsius verhit word, plasma in die middel van die ring moet verskyn. Dan word dit aangesteek sodat 'n termonukleêre samesmelting kan begin.

Demonstrasie van geleenthede

In Europa is daar tans twee sulke eksperimente. Een van hulle is Wendelstein 7-X, wat onlangs sy eerste helium-plasma genereer het. Die ander is ITER, 'n groot eksperimentele samesmeltingsinstallasie in die suide van Frankryk, wat nog in aanbou is en in 2023 gereed sal wees vir die bekendstelling.

Daar word aanvaar dat ITER werklike kernreaksies sal ervaar, maar slegs vir 'n kort tydperk en seker nie meer as 60 minute nie. Hierdie reaktor is net een van baie stappe om kernfusie in die praktyk te maak .

Kernreaktor: kleiner en kragtiger

Onlangs het verskeie ontwerpers die skepping van 'n nuwe reaktorontwerp aangekondig. Volgens 'n groep studente van die Massachusetts Institute of Technology, sowel as verteenwoordigers van die Lockheed Martin-wapenvervaardiger, kan termonukleêre samesmelting uitgevoer word in installasies wat baie sterker en kleiner as ITER is en hulle gereed is om dit binne tien jaar te doen.

Die idee van 'n nuwe ontwerp is om moderne hoë temperatuur supergeleiers in elektromagnete te gebruik wat hul eienskappe vertoon wanneer hulle afgekoel word met vloeibare stikstof, eerder as konvensionele, wat vloeibare helium benodig. 'N Nuwe, meer buigsame tegnologie sal die ontwerp van die reaktor heeltemal verander.

Klaus Hesch, verantwoordelik vir kernfusie tegnologie by die Karlsruhe Instituut vir Tegnologie in Suidwes-Duitsland, is skepties. Hy ondersteun die gebruik van nuwe hoë temperatuur supergeleiers vir nuwe reaktor ontwerpe. Maar volgens hom is dit nie genoeg om iets op die rekenaar te ontwikkel nie, met inagneming van die wette van fisika. Dit is nodig om die uitdagings in ag te neem wanneer die idee in die praktyk beliggaam word.

Wetenskapsfiksie

Volgens Hesh toon die model van MIT-studente slegs die moontlikheid om die projek te implementeer. Maar in werklikheid het dit baie wetenskapfiksie. Die projek veronderstel dat ernstige tegniese probleme van termonukleêre samesmelting opgelos word. Maar die moderne wetenskap het geen idee hoe om dit op te los nie.

Een so 'n probleem is die idee van inklapbare spoele. Om binne die ring te hou wat die plasma in die MIT-ontwerpmodel bevat, kan die elektromagnetes uitmekaar gehaal word.

Dit sal baie handig wees, want jy kan toegang tot voorwerpe in die interne stelsel hê en vervang. Maar in werklikheid word supergeleiers van keramiekmateriaal gemaak. Honderde van hulle moet op 'n gesofistikeerde wyse verweef word om die korrekte magnetiese veld te vorm. En hier is daar meer fundamentele probleme: die verbindings tussen hulle is nie so eenvoudig soos die verbindings van koperkabels nie. Niemand het selfs gedink aan konsepte wat sal help om sulke probleme op te los nie.

Te warm

Hitte is ook 'n probleem. In die kern van termonukleêre plasma sal die temperatuur ongeveer 150 miljoen grade Celsius bereik. Hierdie uiterste hitte bly in plek - reg in die middel van die geïoniseerde gas. Maar selfs daardeur is dit steeds baie warm - van 500 tot 700 grade in die reaktorsone, wat 'n binnelaag van 'n metaalbuis is waarin tritium "gereproduseer" sal word, sodat kernfusie plaasvind.

Die termokernreaktor het 'n nog groter probleem - die sogenaamde kraguitset. Dit is deel van die stelsel waarin die verbruikte brandstof uit die sinteseproses kom, hoofsaaklik helium. Die eerste metaalkomponente waarin die warm gas ingaan, word die "divertor" genoem. Dit kan verhit word bo 2000 ° C.

Die probleem van die divertor

Ten einde die installasie sulke temperature te weerstaan, probeer ingenieurs metale wolfraam wat in outydse gloeilampe gebruik word, gebruik. Die smeltpunt van wolfram is ongeveer 3000 grade. Maar daar is ander beperkings.

In ITER kan dit gedoen word, omdat die verhitting daarin nie konstant is nie. Daar word aanvaar dat die reaktor slegs 1-3% van die tyd sal gebruik. Maar dit is nie 'n opsie vir 'n kragstasie wat in die 24/7 modus moet funksioneer nie. En as iemand beweer dat hy 'n kleiner reaktor met dieselfde kapasiteit as ITER kan bou, kan ons met selfvertroue sê dat hy nie 'n oplossing vir die probleem van die divertor het nie.

Kragstasie in verskeie dekades

Nietemin is wetenskaplikes optimisties oor die ontwikkeling van termokernreaktore, hoewel dit nie so vinnig sal wees soos sommige entoesiaste voorspel nie.

ITER moet aantoon dat beheerde termonukleêre samesmelting eintlik meer energie kan lewer as wat dit aan die verhitting van die plasma bestee sal word. Die volgende stap sal die bou van 'n splinternuwe hibriede demonstrasiekragsentrale wees wat eintlik elektrisiteit sal produseer.

Ingenieurs werk reeds aan die ontwerp. Hulle sal moet leer van ITER, wat na verwagting in 2023 van stapel gestuur sal word. Met inagneming van die tyd wat nodig is vir ontwerp, beplanning en konstruksie, lyk dit onwaarskynlik dat die eerste kernkragsentrale baie vroeër as die middel van die 21ste eeu begin sal word.

Koue termonukleêre sintese van Rossi

In 2014 het 'n onafhanklike toets van die E-Cat-reaktor geraak dat die toestel vir gemiddeld 32 dae 2800 watt uitsetkrag teen 900 watt verbruik. Dit is meer as enige chemiese reaksie kan onderskei. Die resultaat sê óf 'n deurbraak in termonucleaire samesmelting óf oor frank bedrog. Die verslag het die skeptici teleurgesteld, wat twyfel of die verifikasie regtig onafhanklik is en dui op moontlike vervalsing van die toetsuitslae. Ander betrokke by die verduideliking van die "geheime bestanddele", wat die implementering van die termonukleêre sintese van Rossi toelaat om hierdie tegnologie te kan voortplant.

Is Rossi 'n bedrog?

Andrea is indrukwekkend. Hy gee 'n beroep op die wêreld in unieke Engels in die kommentaarafdeling van sy webwerf, wat Pretentiously die Journal of Nuclear Physics genoem het. Maar sy vorige onsuksesvolle pogings het die Italiaanse projek ingesluit om vullis te omskep in brandstof en 'n termo-elektriese generator. Petroldragon, 'n projek vir die verwerking van afval in 'n bron van energie, het gedeeltelik misluk omdat onwettige afvalverwydering beheer word deur die Italiaanse georganiseerde misdaad wat 'n kriminele saak teen hom gebring het vir die oortreding van die reëls vir afvalbestuur. Hy het ook 'n termo-apparaat vir die US Army Corps of Engineers geskep, maar tydens die toets het die gadget slegs 'n deel van die beweerde kapasiteit geproduseer.

Baie vertrou nie Rossi nie, en die hoofredakteur van New Energy Times het hom 'n misdadiger genoem, agter hom 'n reeks onsuksesvolle energieprojekte.

Onafhanklike verifikasie

Rossi het 'n kontrak met die Amerikaanse maatskappy Industrial Heat onderteken om 'n eenjarige geheime toets van 'n 1-MW koue fusie-eenheid te doen. Die toestel was 'n verskepinghouer, vol tientalle E-Cat. Die eksperiment moes deur 'n derde party beheer word, wat kan bevestig dat daar werklik 'n generasie hitte is. Rossi beweer dat hy die meeste van verlede jaar bestee het, prakties in 'n houer gewoon het en die operasies vir meer as 16 uur per dag gekyk het om die kommersiële lewensvatbaarheid van die E-Cat te bewys.

Die toets is in Maart voltooi. Ondersteuners van Rusland het gretig gewag vir die verslag van die waarnemers, met die hoop op die regverdiging van hul held. Maar op die ou end het hulle 'n regsgeding gekry.

verhoor

Rossi beweer in 'n verklaring aan die Florida-hof dat die toets suksesvol was en die onafhanklike arbiter het bevestig dat die E-Cat-reaktor ses keer meer energie lewer as wat dit verbruik. Hy het ook beweer dat Industrial Heat ingestem het om hom $ 100 miljoen - $ 11,5 miljoen vooruit te betaal ná 'n 24-uur-verhoor (na bewering vir lisensieregte sodat die maatskappy die tegnologie in die VSA kan verkoop) en nog 89 miljoen nadat die uitgebreide toets suksesvol voltooi is. Vir 350 dae. Rossi beskuldig IH van die uitvoering van 'n "bedrieglike skema", waarvan die doel om sy intellektuele eiendom te steel. Hy het ook die maatskappy daarvan beskuldig dat E-Cat-reaktore onwettig is, onwettige kopiëring van innoverende tegnologie en produkte, funksionaliteit en ontwerpe, en 'n onsuksesvolle poging om 'n patent vir sy intellektuele eiendom te verkry.

Goudmyn

Elders beweer Rossi dat, teen die agtergrond van een van sy demonstrasies, IH van beleggers 50-60 miljoen dollar en nog 200 miljoen van China ontvang het ná die herhaling met die deelname van Chinese amptenare. As dit waar is, dan is dit op die spel baie meer as 'n honderd miljoen dollar. Industriële Hitte verwerp hierdie eise as grondlose en gaan homself aktief verdedig. Meer belangrik, beweer sy dat sy "vir meer as drie jaar gewerk het om die resultate wat Rossi glo met sy E-Cat-tegnologie behaal het, te bevestig, en almal het misluk."

IH glo nie in die prestasie van die E-Cat nie, en die New Energy Times sien geen rede om dit te betwyfel nie. In Junie 2011 het die verteenwoordiger van die publikasie Italië besoek, Rossi ondervra en 'n demonstrasie van sy E-Cat verfilm. 'N Dag later het hy sy ernstige kommer oor die metode van hitte-uitset gemeet. Na 6 dae het die joernalis sy video op YouTube geplaas. Kenners van regoor die wêreld het hom ontledings gestuur, wat in Julie gepubliseer is. Dit het duidelik geword dat dit 'n misleiding was.

Eksperimentele bevestiging

Nogtans het 'n aantal navorsers - Alexander Parkhomov van die Volksvriendskapsuniversiteit van Rusland en die Martin Fleischmann-gedenkprojek (MFPM) - die koue samesmelting van termokernen Rossi gereproduseer. Die MFPM-verslag is genoem: "Die einde van die koolstof-era is naby." Die rede vir so 'n bewondering was die ontdekking van 'n uitbarsting van gammastraling, wat nie andersins as 'n termonukleêre reaksie verklaar kan word nie. Volgens die navorsers het Rossi presies wat hy sê.

'N Lewensvatbare oop resep vir koue kernfusie kan 'n energie "goue haas" veroorsaak. Alternatiewe metodes kan gevind word wat Rossi se patente sal omseil en hom weghou van die multibillion-dollar-energiebesigheid.

So, miskien, sal Rossi verkies om hierdie bevestiging te vermy.