Projek inovatif menggunakan superkonduktor moden tidak lama lagi akan membenarkan pelakuran termonuklear terkawal, kata sesetengah optimis. Walau bagaimanapun, pakar meramalkan bahawa aplikasi praktikal akan mengambil masa beberapa dekad.
Mengapa ia begitu sukar?
Tenaga gabungan dianggap sebagai sumber tenaga yang berpotensi untuk masa hadapan. Ini adalah tenaga tulen atom. Tetapi apakah itu dan mengapa ia begitu sukar untuk dicapai? Sebagai permulaan, kita perlu memahami perbezaan antara pembelahan nuklear klasik dan pelakuran termonuklear.
Pembelahan atom ialah apabila isotop radioaktif - uranium atau plutonium - dibelah dan bertukar menjadi isotop sangat radioaktif lain, yang kemudiannya mesti ditanam atau dikitar semula.
Tindak balas pelakuran terdiri daripada fakta bahawa dua isotop hidrogen - deuterium dan tritium - bercantum menjadi satu keseluruhan, membentuk helium bukan toksik dan satu neutron, tanpa menghasilkan sisa radioaktif.
Masalah kawal
Reaksi yangberlaku di Matahari atau dalam bom hidrogen - ini adalah pelakuran termonuklear, dan jurutera menghadapi tugas yang sukar - bagaimana untuk mengawal proses ini di loji kuasa?
Ini adalah sesuatu yang telah diusahakan oleh saintis sejak tahun 1960-an. Satu lagi reaktor gabungan eksperimen yang dipanggil Wendelstein 7-X telah mula beroperasi di bandar Greifswald di utara Jerman. Ia belum lagi direka bentuk untuk mencipta reaksi - ia hanyalah reka bentuk khas yang sedang diuji (sebuah bintang dan bukannya tokamak).
Plasma Tenaga Tinggi
Semua pemasangan termonuklear mempunyai ciri yang sama - bentuk anulus. Ia berdasarkan idea menggunakan elektromagnet berkuasa untuk mencipta medan elektromagnet yang kuat berbentuk seperti torus - tiub basikal yang melambung.
Medan elektromagnet ini mestilah sangat padat sehingga apabila ia dipanaskan dalam ketuhar gelombang mikro hingga satu juta darjah Celsius, plasma mesti muncul di tengah-tengah gelang. Ia kemudiannya dinyalakan supaya pelakuran boleh bermula.
Demonstrasi kemungkinan
Di Eropah, dua percubaan sedemikian sedang dijalankan. Salah satunya ialah Wendelstein 7-X, yang baru-baru ini menghasilkan plasma helium pertamanya. Satu lagi ialah ITER, kemudahan gabungan eksperimen yang besar di selatan Perancis yang masih dalam pembinaan dan akan sedia untuk disiarkan secara langsung pada tahun 2023.
Adalah diandaikan bahawa tindak balas nuklear sebenar akan berlaku di ITER, walau bagaimanapun, hanya dalamuntuk tempoh masa yang singkat dan pastinya tidak melebihi 60 minit. Reaktor ini hanyalah satu daripada banyak langkah ke arah menjadikan pelakuran nuklear satu kenyataan.
Reaktor gabungan: lebih kecil dan lebih berkuasa
Baru-baru ini, beberapa pereka telah mengumumkan reka bentuk reaktor baharu. Menurut sekumpulan pelajar dari Institut Teknologi Massachusetts, serta wakil syarikat senjata Lockheed Martin, gabungan boleh dilakukan dalam kemudahan yang jauh lebih berkuasa dan lebih kecil daripada ITER, dan mereka bersedia untuk melakukannya dalam masa sepuluh. tahun.
Idea reka bentuk baharu ialah menggunakan superkonduktor suhu tinggi moden dalam elektromagnet, yang mempamerkan sifatnya apabila disejukkan dengan nitrogen cecair, dan bukannya konvensional, yang memerlukan helium cecair. Teknologi baharu yang lebih fleksibel akan membolehkan reka bentuk semula lengkap reaktor.
Klaus Hesch, yang bertanggungjawab dalam teknologi gabungan nuklear di Institut Teknologi Karlsruhe di barat daya Jerman, ragu-ragu. Ia menyokong penggunaan superkonduktor suhu tinggi baharu untuk reka bentuk reaktor baharu. Tetapi, menurutnya, untuk membangunkan sesuatu pada komputer, dengan mengambil kira undang-undang fizik, tidak mencukupi. Adalah perlu untuk mengambil kira cabaran yang timbul semasa mempraktikkan idea.
Sci-fi
Menurut Hesh, model pelajar MIT hanya menunjukkan kemungkinan projek. Tetapi ia sebenarnya banyak fiksyen sains. Projekmenunjukkan bahawa masalah teknikal gabungan yang serius telah diselesaikan. Tetapi sains moden tidak tahu cara menyelesaikannya.
Satu masalah sedemikian ialah idea gegelung boleh lipat. Elektromagnet boleh dibongkar untuk masuk ke dalam gelang yang memegang plasma dalam model reka bentuk MIT.
Ini akan sangat berguna kerana seseorang boleh mengakses objek dalam sistem dalaman dan menggantikannya. Tetapi pada hakikatnya, superkonduktor diperbuat daripada bahan seramik. Beratus-ratus daripadanya mesti dijalin dengan cara yang canggih untuk membentuk medan magnet yang betul. Dan di sini terdapat lebih banyak kesukaran asas: sambungan di antara mereka tidak semudah sambungan kabel tembaga. Belum ada sesiapa pun yang memikirkan konsep yang akan membantu menyelesaikan masalah sedemikian.
Terlalu panas
Suhu tinggi juga menjadi masalah. Pada teras plasma gabungan, suhu akan mencapai kira-kira 150 juta darjah Celsius. Haba melampau ini kekal di tempatnya - betul-betul di tengah-tengah gas terion. Tetapi walaupun di sekelilingnya ia masih sangat panas - dari 500 hingga 700 darjah di zon reaktor, yang merupakan lapisan dalam paip logam di mana tritium yang diperlukan untuk pelakuran nuklear berlaku akan "membiak"
Reaktor gabungan mempunyai masalah yang lebih besar - apa yang dipanggil pelepasan kuasa. Ini adalah bahagian sistem yang menerima bahan api terpakai, terutamanya helium, daripada proses pelakuran. Pertamakomponen logam di mana gas panas masuk dipanggil "divertors". Ia boleh memanaskan sehingga lebih 2000°C.
Masalah pengalih
Untuk membolehkan loji itu menahan suhu ini, jurutera cuba menggunakan tungsten logam yang digunakan dalam mentol lampu pijar lama. Takat lebur tungsten adalah kira-kira 3000 darjah. Tetapi terdapat had lain juga.
Dalam ITER, ini boleh dilakukan, kerana pemanasan di dalamnya tidak berlaku secara berterusan. Diandaikan bahawa reaktor akan beroperasi hanya 1-3% daripada masa. Tetapi itu bukan pilihan untuk loji kuasa yang perlu beroperasi 24/7. Dan, jika seseorang mendakwa boleh membina reaktor yang lebih kecil dengan kuasa yang sama seperti ITER, adalah selamat untuk mengatakan bahawa dia tidak mempunyai penyelesaian kepada masalah divertor.
Loji kuasa dalam beberapa dekad
Namun begitu, saintis optimistik tentang pembangunan reaktor termonuklear, namun, ia tidak akan secepat yang diramalkan oleh sesetengah peminat.
ITER sepatutnya menunjukkan bahawa pelakuran terkawal sebenarnya boleh menghasilkan lebih banyak tenaga daripada yang akan dibelanjakan untuk memanaskan plasma. Langkah seterusnya ialah membina loji kuasa demonstrasi hibrid baharu yang sebenarnya menjana elektrik.
Jurutera sedang mengusahakan reka bentuknya. Mereka perlu belajar daripada ITER, yang dijadualkan dilancarkan pada 2023. Memandangkan masa yang diperlukan untuk reka bentuk, perancangan dan pembinaan, nampaknyatidak mungkin loji kuasa gabungan pertama akan dilancarkan lebih awal daripada pertengahan abad ke-21.
Rossi Cold Fusion
Pada 2014, ujian bebas reaktor E-Cat menyimpulkan bahawa peranti itu menghasilkan purata output kuasa 2,800 watt dalam tempoh 32 hari dengan penggunaan 900 watt. Ini lebih daripada apa-apa tindak balas kimia yang mampu diasingkan. Hasilnya bercakap sama ada tentang kejayaan dalam gabungan termonuklear, atau penipuan langsung. Laporan itu mengecewakan orang yang ragu-ragu, yang meragui sama ada ujian itu benar-benar bebas dan mencadangkan kemungkinan pemalsuan keputusan ujian. Yang lain sibuk memikirkan "bahan rahsia" yang membolehkan gabungan Rossi meniru teknologi itu.
Rossi penipu?
Andrea sangat mengagumkan. Dia menerbitkan pengisytiharan kepada dunia dalam bahasa Inggeris yang unik di bahagian komen laman webnya, yang dipanggil Jurnal Fizik Nuklear. Tetapi percubaannya yang gagal sebelum ini termasuk projek sisa ke bahan api Itali dan penjana termoelektrik. Petroldragon, projek sisa kepada tenaga, gagal sebahagiannya kerana pembuangan sisa secara haram dikawal oleh jenayah terancang Itali, yang telah memfailkan tuduhan jenayah terhadapnya kerana melanggar peraturan pengurusan sisa. Dia juga mencipta peranti termoelektrik untuk Kor Jurutera Tentera AS, tetapi semasa ujian, alat itu hanya menghasilkan sebahagian kecil daripada kuasa yang diisytiharkan.
Ramai yang tidak mempercayai Rossi, dan ketua pengarang New Energy Times terus terang memanggilnya penjenayah dengan rentetan projek tenaga yang gagal di belakangnya.
Pengesahan bebas
Rossi menandatangani kontrak dengan syarikat Amerika Industrial Heat untuk menjalankan ujian rahsia selama setahun bagi loji gabungan sejuk 1-MW. Peranti itu ialah bekas penghantaran yang penuh dengan berpuluh-puluh E-Cats. Eksperimen itu perlu dikawal oleh pihak ketiga yang boleh mengesahkan bahawa penjanaan haba memang berlaku. Rossi mendakwa telah menghabiskan sebahagian besar tahun lalu secara praktikal tinggal di dalam bekas dan mengawasi operasi selama lebih daripada 16 jam sehari untuk membuktikan daya maju komersial E-Cat.
Ujian berakhir pada bulan Mac. Penyokong Rossi tidak sabar menunggu laporan pemerhati, mengharapkan pembebasan untuk wira mereka. Tetapi akhirnya mereka mendapat tuntutan mahkamah.
Litigasi
Dalam pemfailan mahkamah Florida, Rossi mendakwa bahawa ujian itu berjaya dan penimbang tara bebas mengesahkan bahawa reaktor E-Cat menghasilkan enam kali lebih banyak tenaga daripada yang digunakan. Dia juga mendakwa bahawa Industrial Heat telah bersetuju untuk membayarnya $100 juta - $11.5 juta terlebih dahulu selepas percubaan 24 jam (kononnya untuk hak pelesenan supaya syarikat boleh menjual teknologi di AS) dan $89 juta lagi selepas berjaya menyiapkan lanjutan itu. percubaan.dalam masa 350 hari. Rossi menuduh IH menjalankan "skim penipuan"tujuannya adalah untuk mencuri harta inteleknya. Dia juga menuduh syarikat itu menyalahgunakan reaktor E-Cat, menyalin teknologi dan produk inovatif secara haram, kefungsian dan reka bentuk serta menyalahgunakan paten pada harta inteleknya.
Lombong Emas
Di tempat lain, Rossi mendakwa bahawa dalam salah satu demonstrasinya, IH menerima $50-60 juta daripada pelabur dan $200 juta lagi daripada China selepas tayangan semula yang melibatkan pegawai tinggi China. Jika ini benar, maka lebih daripada seratus juta dolar dipertaruhkan. Industrial Heat telah menolak dakwaan ini sebagai tidak berasas dan akan secara aktif mempertahankan dirinya. Lebih penting lagi, dia mendakwa bahawa dia "bekerja selama lebih tiga tahun untuk mengesahkan keputusan yang didakwa dicapai oleh Rossi dengan teknologi E-Catnya, tanpa kejayaan."
IH tidak mempercayai E-Cat, dan New Energy Times tidak melihat sebab untuk meraguinya. Pada Jun 2011, wakil penerbitan melawat Itali, menemu bual Rossi dan merakam demonstrasi E-Catnya. Sehari kemudian, dia melaporkan kebimbangan seriusnya tentang kaedah mengukur kuasa haba. Selepas 6 hari, wartawan itu menyiarkan videonya di YouTube. Pakar dari seluruh dunia menghantar analisis kepadanya, yang diterbitkan pada bulan Julai. Menjadi jelas bahawa ini adalah penipuan.
Pengesahan percubaan
Walau bagaimanapun, sebilangan penyelidik - Alexander Parkhomov dari Universiti Persahabatan Rakyat Rusia dan Projek Memorial Martin Fleishman (MFPM) -berjaya menghasilkan semula gabungan termonuklear sejuk Rusia. Laporan MFPM itu bertajuk "Penghujung Era Karbon Sudah Dekat". Sebab kekaguman sedemikian ialah penemuan letusan sinaran gamma, yang tidak dapat dijelaskan selain daripada tindak balas termonuklear. Menurut penyelidik, Rossi mempunyai apa yang dia katakan.
Resipi terbuka yang berdaya maju untuk gabungan sejuk boleh mencetuskan larian emas tenaga. Kaedah alternatif boleh didapati untuk memintas paten Rossi dan menghalangnya daripada perniagaan tenaga berbilion dolar.
Jadi mungkin Rossi lebih suka mengelak pengesahan ini.
