Og sameiningin?

Skýrslur í lok síðasta árs um smíði kínverskra sérfræðinga á kjarnakljúfi fyrir myndun hljómuðu stórkostlega (1). Ríkisfjölmiðlar Kína greindu frá því að HL-2M aðstaðan, sem staðsett er í rannsóknarmiðstöð í Chengdu, verði tekin í notkun árið 2020. Tónninn í fréttum fjölmiðla gaf til kynna að málið um aðgang að ótæmandi orku varmakjarnasamruna væri leyst að eilífu.

Nánari skoðun á smáatriðunum hjálpar til við að kæla bjartsýnina.

ný tæki af tokamak gerð, með fullkomnari hönnun en þær sem vitað er um hingað til, ætti að mynda plasma með hitastig yfir 200 milljón gráður á Celsíus. Þetta var tilkynnt í fréttatilkynningu frá yfirmanni Southwestern Institute of Physics í Kína National Nuclear Corporation Duan Xiuru. Tækið mun veita tæknilega aðstoð til Kínverja sem vinna að verkefninu International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER)auk framkvæmda.

Þannig að ég held að þetta sé ekki orkubylting ennþá, þó hún hafi verið búin til af Kínverjum. reactor KhL-2M enn sem komið er er lítið vitað. Við vitum ekki hver spáð varmaafköst þessa kjarnaofns er eða hvaða orkustig þarf til að keyra kjarnasamrunahvörf í honum. Við vitum ekki hvað mikilvægast er - er kínverski samrunaofninn hönnun með jákvætt orkujafnvægi, eða er það bara enn einn tilraunasamrunaofninn sem gerir samrunahvarf, en þarf á sama tíma meiri orku fyrir "kveikju" en orka sem hægt er að fá vegna viðbragða.

Alþjóðlegt átak

Kína, ásamt Evrópusambandinu, Bandaríkjunum, Indlandi, Japan, Suður-Kóreu og Rússlandi, eru aðilar að ITER-áætluninni. Þetta er dýrasta af núverandi alþjóðlegu rannsóknarverkefnum sem styrkt eru af ofangreindum löndum, sem kostar um 20 milljarða bandaríkjadala. Það var opnað vegna samstarfs milli ríkisstjórna Míkhaíls Gorbatsjovs og Ronalds Reagans á tímum kalda stríðsins og mörgum árum síðar var það innifalið í sáttmála sem öll þessi lönd undirrituðu árið 2006.

2. Á byggingarsvæði ITER tokamaksins

ITER verkefnið í Cadarache í Suður-Frakklandi (2) er að þróa stærsta tokamak heims, það er plasmahólf sem þarf að temja með því að nota öflugt segulsvið sem myndast með rafsegulum. Þessi uppfinning var þróuð af Sovétríkjunum á sjötta og sjöunda áratugnum. Verkefnastjóri, Lavan Koblenz, tilkynnti að samtökin ættu að fá „fyrsta plasma“ í desember 2025. ITER ætti að styðja við hitakjarnahvarf fyrir um 1 þúsund manns í hvert sinn. sekúndur, öðlast styrk 500-1100 MW. Til samanburðar má nefna að stærsti breski tokamakinn til þessa, JET (joint European torus), heldur viðbragði í nokkra tugi sekúndna og styrkist allt að 16 MW. Orkan í þessum kjarnaofni mun losna í formi hita - það á ekki að breyta honum í rafmagn. Það kemur ekki til greina að afhenda samrunaafl til netsins þar sem verkefnið er eingöngu í rannsóknarskyni. Það er aðeins á grundvelli ITER sem framtíðarkynslóð hitakjarnaofna verður byggð og ná 3-4 þúsund. MW.

Aðalástæðan fyrir því að venjuleg samrunaorkuver eru enn ekki til (þrátt fyrir yfir sextíu ára miklar og kostnaðarsamar rannsóknir) eru erfiðleikar við að stjórna og „stjórna“ hegðun blóðvökvans. Hins vegar hafa margra ára tilraunir skilað mörgum dýrmætum uppgötvunum og í dag virðist samrunaorka nær en nokkru sinni fyrr.

Bætið helíum-3 út í, hrærið og hitið

ITER er megináherslan í alþjóðlegum samrunarannsóknum, en margar rannsóknarmiðstöðvar, fyrirtæki og herrannsóknastofur vinna einnig að öðrum samrunaverkefnum sem víkja frá klassískri nálgun.

Til dæmis, gerðar á undanförnum árum á frá Massachusetts Institute of Technology tilraunir með Hjálmur-3 á tokamakinu gaf spennandi úrslit, þ.á.m tíföldun á orku plasma jón. Vísindamenn sem gera tilraunir á C-Mod tokamak við Massachusetts Institute of Technology, ásamt sérfræðingum frá Belgíu og Bretlandi, hafa þróað nýja tegund af hitakjarnaeldsneyti sem inniheldur þrjár tegundir jóna. Lið Alcator C-Mod (3) gerði rannsókn aftur í september 2016, en gögnin úr þessum tilraunum hafa aðeins nýlega verið greind, sem leiddi í ljós mikla aukningu á plasmaorku. Niðurstöðurnar voru svo uppörvandi að vísindamennirnir sem reka stærstu starfandi samrunarannsóknarstofu heims, JET í Bretlandi, ákváðu að endurtaka tilraunirnar. Sama orkuaukning náðist. Niðurstöður rannsóknarinnar eru birtar í tímaritinu Nature Physics.

3. Tokamak Alcator C-Mod í gangi

Lykillinn að því að auka skilvirkni kjarnorkueldsneytis var að bæta við snefilmagni af helíum-3, stöðugri samsætu helíums, með einni nifteind í stað tveggja. Kjarnorkueldsneytið sem notað var í Alcator C aðferðinni innihélt áður aðeins tvær tegundir jóna, deuterium og vetni. Deuterium, stöðug samsæta vetnis með nifteind í kjarna sínum (öfugt við vetni án nifteinda), er um 95% af eldsneytinu. Vísindamenn við Plasma Research Center og Massachusetts Institute of Technology (PSFC) notuðu ferli sem kallast RF upphitun. Loftnetin við hlið tokamaksins nota ákveðna útvarpstíðni til að örva agnirnar og bylgjurnar eru kvarðaðar til að „miða“ á vetnisjónirnar. Vegna þess að vetni er örlítið brot af heildarþéttleika eldsneytisins, gerir það að einbeita aðeins litlu broti jónanna við upphitun kleift að ná miklum orkustigum. Ennfremur berast örvuðu vetnisjónirnar yfir í deuteríumjónirnar sem eru ríkjandi í blöndunni og agnirnar sem myndast á þennan hátt komast inn í ytri skel kjarnans og gefa frá sér hita.

Skilvirkni þessa ferlis eykst þegar helíum-3 jónum er bætt við blönduna í minna magni en 1%. Með því að einbeita allri útvarpshituninni á lítið magn af helíum-3, hækkuðu vísindamennirnir orku jónanna upp í megarafeindavolta (MeV).

Fyrstur kemur - fyrstur fær Samsvarandi á rússnesku: Að borða seint gest og bein

Það hefur verið mikil þróun í heimi stýrðrar samrunavinnu á undanförnum árum sem hefur endurvakið vonir vísindamanna og okkar allra um að ná loksins „heilagri gral“ orkunnar.

Góð merki eru meðal annars uppgötvanir frá Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) hjá bandaríska orkumálaráðuneytinu (DOE). Útvarpsbylgjur hafa verið notaðar með góðum árangri til að draga verulega úr svokölluðum plasmatruflunum, sem getur skipt sköpum í því ferli að „klæða upp“ hitakjarnahvörf. Sama rannsóknarteymi í mars 2019 tilkynnti um litíum tokamak tilraun þar sem innri veggir prófunarofns voru húðaðir með litíum, efni sem er vel þekkt úr rafhlöðum sem almennt eru notaðar í rafeindatækni. Vísindamennirnir tóku fram að litíumfóðrið á veggjum kjarnaofnsins gleypir dreifðar plasmaagnir, kemur í veg fyrir að þær endurspeglast aftur í plasmaskýið og truflar hitakjarnahvörf.

4. Sýning á TAE Technologies verkefninu

Fræðimenn frá helstu virtum vísindastofnunum eru jafnvel orðnir varkárir bjartsýnismenn í yfirlýsingum sínum. Að undanförnu hefur einnig verið mikill aukinn áhugi á stýrðri samrunatækni í einkageiranum. Árið 2018 tilkynnti Lockheed Martin áætlun um að þróa samruna reactor (CFR) frumgerð á næsta áratug. Ef tæknin sem fyrirtækið vinnur að virkar mun tæki á stærð við vörubíl geta veitt næga raforku til að mæta þörfum 100 fermetra tækis. borgarbúa.

Önnur fyrirtæki og rannsóknarmiðstöðvar keppast við að sjá hver getur byggt fyrsta alvöru samrunaofninn, þar á meðal TAE Technologies og Massachusetts Institute of Technology. Meira að segja Jeff Bezos hjá Amazon og Bill Gates hjá Microsoft hafa nýlega tekið þátt í samrunaverkefnum. NBC News taldi nýlega sautján lítil fyrirtæki sem eingöngu eru samrunafyrirtæki í Bandaríkjunum. Sprotafyrirtæki eins og General Fusion eða Commonwealth Fusion Systems einbeita sér að smærri kjarnakljúfum sem byggja á nýstárlegum ofurleiðurum.

Hugmyndin um "kalt samruna" og val til stórra kjarnaofna, ekki aðeins tokamaks, heldur einnig svokallaða. stjörnumenn, með aðeins öðruvísi hönnun, smíðuð meðal annars í Þýskalandi. Leitin að annarri nálgun heldur einnig áfram. Dæmi um þetta er tæki sem kallast Z-klípa, smíðaður af vísindamönnum frá háskólanum í Washington og lýst er í einu af nýjustu heftum tímaritsins Physics World. Z-klípan virkar með því að fanga og þjappa plasmanum í öflugt segulsvið. Í tilrauninni var hægt að koma plasma á stöðugleika í 16 míkrósekúndur og samrunahvörfið hélt áfram í um þriðjung þessa tíma. Sýningin átti að sýna að smærri nýmyndun er möguleg, þó að margir vísindamenn hafi enn miklar efasemdir um það.

Aftur á móti, þökk sé stuðningi Google og annarra hátæknifjárfesta, notar Kaliforníufyrirtækið TAE Technologies annað en dæmigert fyrir samrunatilraunir, bór eldsneytisblöndu, sem voru notaðir til að þróa smærri og ódýrari kjarnaofna, upphaflega í tilgangi svokallaðrar samrunaflaugavélar. Frumgerð sívals samrunaofns (4) með gagngeislum (CBFR), sem hitar vetnisgas til að mynda tvo plasmahringa. Þeir sameinast búntum af óvirkum ögnum og er haldið í slíku ástandi, sem ætti að auka orku og endingu plasmasins.

Önnur fusion sprotafyrirtæki General Fusion frá kanadíska héraðinu Bresku Kólumbíu nýtur stuðnings sjálfs Jeff Bezos. Einfaldlega sagt, hugmynd hans er að sprauta heitu plasma inn í kúlu úr fljótandi málmi (blöndu af litíum og blýi) inni í stálkúlu, eftir það er plasma þjappað með stimplum, svipað og dísilvél. Þrýstingurinn sem myndast ætti að leiða til samruna sem mun losa um mikla orku til að knýja hverfla nýrrar tegundar orkuvera. Mike Delage, yfirmaður tæknimála hjá General Fusion, segir að kjarnorkusamruni í atvinnuskyni gæti frumsýnt eftir tíu ár.

5. Myndskreyting úr varmakjarna einkaleyfi bandaríska sjóhersins.

Nýlega lagði bandaríski sjóherinn einnig inn einkaleyfi fyrir „plasmasamrunatæki“. Einkaleyfið talar um segulsvið til að búa til „hraða titring“ (5). Hugmyndin er að smíða samrunakjarnaofna nógu litla til að vera færanlegir. Það þarf varla að taka það fram að þessari einkaleyfisumsókn var mætt með tortryggni.