Синтез на термоядрени. Проблеми на термоядрения синтез

Иновативните проекти, използващи съвременни свръхпроводници в близко бъдеще, ще направят възможно осъществяването на контролиран термоядрен синтез, казват някои оптимисти. Експертите обаче прогнозират, че практическото приложение ще отнеме няколко десетилетия.

Защо е толкова трудно?

Енергията на термоядрения синтез се счита за потенциален източник на бъдеща енергия. Това е чистата енергия на атома. Но какво е това и защо е толкова трудно да се постигне? Първо, трябва да разберете разликата между класическата ядрен делене и термоядрен синтез.

Разделянето на един атом се състои в това, че радиоактивните изотопи - уран или плутоний - се разделят и се превръщат в други силно радиоактивни изотопи, които след това трябва да бъдат погребани или обработени.

Реакцията на термоядрения синтеза е, че два изотопа на водорода - деутерий и тритий - се сливат в едно цяло, образувайки нетоксичен хелий и един неутрон, без да произвеждат радиоактивни отпадъци.

Проблемът с контрола

Реакциите, които се случват на слънцето или на водородна бомба, са термоядрен синтез, а инженерите са изправени пред трудна задача - как да наблюдаваме този процес в електроцентрала?

Това е нещо, върху което учените работят от 60-те години на миналия век. Следващият експериментален термоядрен реактор за термоядрен синтез, наречен Wendelstein 7-X, започна работа в северния германски град Грейфсвалд. Засега тя не е предназначена да създаде реакция - това е просто специален дизайн, който преминава теста (stellarator вместо tokamak).

Високоенергийна плазма

Всички термоядрени инсталации имат обща характеристика - пръстеновидна форма. Тя се основава на идеята за използване на мощни електромагнити, за да се създаде силно електромагнитно поле, което има формата на торус - напомпана камера за велосипеди.

Това електромагнитно поле трябва да е толкова плътно, че когато се загрее в микровълновата печка до един милион градуса по Целзий, плазмата трябва да се появи в центъра на пръстена. След това се запалва, за да започне термоядрен синтез.

Демонстрация на възможности

В Европа в момента има два такива експеримента. Един от тях е Wendelstein 7-X, който наскоро генерира първата си хелиева плазма. Другата е ITER - огромна експериментална инсталация на термоядрен синтез в южната част на Франция, която все още е в процес на изграждане и ще бъде готова за пускане през 2023 г.

Предполага се, че ITER ще има истински ядрени реакции, но само за кратък период от време и със сигурност не по-дълъг от 60 минути. Този реактор е само един от многото стъпки към ядрен синтез.

Термоядрен реактор: по-малки и по-мощни

Наскоро няколко дизайнери обявиха създаването на нов дизайн на реактора. Според една група от студенти от Масачузетския технологичен институт, както и представители на фирмата - производител на оръжия "Локхийд Мартин", ядрен синтез може да се извършва в съоръжения, които са много по-мощни и по-малък от ITER, и те са готови да направят това в продължение на десет години.

Идеята за нов дизайн е да се използват съвременни високотемпературни свръхпроводници в електромагнитите, които проявяват своите свойства при охлаждане с течен азот, а не конвенционални, за които е необходимо течен хелий. Нова, по-гъвкава технология ще промени напълно дизайна на реактора.

Клаус Хеш, отговарящ за технологията за ядрен синтез в Технологичния институт в Карлсруе в югозападна Германия, е скептичен. Той подкрепя използването на нови високотемпературни свръхпроводници за нов дизайн на реактора. Но, според него, не е достатъчно да се разработи нещо на компютъра, като се вземат предвид законите на физиката. Необходимо е да се отчетат предизвикателствата, които възникват, когато идеята е внедрена в практиката.

Научна фантастика

Според Хеш, моделът на студентите в МИТ показва само възможността за реализиране на проекта. Но всъщност има много научна фантастика. Проектът предполага, че са решени сериозни технически проблеми на термоядрения синтез. Но съвременната наука няма представа как да ги решим.

Един такъв проблем е идеята за сгъваеми бобини. За да влезете в пръстена, държейки плазмата, в дизайна на MIT, електромагнитите могат да бъдат разглобени.

Това би било много полезно, защото бихте могли да имате достъп до обекти във вътрешната система и да ги замените. Но всъщност свръхпроводниците са изработени от керамичен материал. Стотици от тях трябва да бъдат преплетени по сложен начин за формиране на правилното магнитно поле. И тук има повече фундаментални трудности: връзките между тях не са толкова прости, колкото връзките на медни кабели. Никой дори не е мислил за концепции, които биха спомогнали за решаването на такива проблеми.

Твърде горещо

Топлината е проблем. В сърцевината на термоядрената плазма температурата ще достигне около 150 милиона градуса по Целзий. Тази екстремна топлина остава на място - точно в центъра йонизиран газ. Но дори и около него все още е много горещо - от 500 до 700 градуса в зоната на реактора, което е вътрешен слой от метална тръба, в която ще се "възпроизвежда" тритий, за да се получи ядрен синтез.

Термоядреният реактор има още по-голям проблем - така наречената мощност. Това е част от системата, в която от синтезирания процес идва отработеното гориво, главно хелий. Първите метални компоненти, в които навлиза горещият газ, се наричат ​​"разклонител". Той може да се нагрява над 2000 ° C.

Проблемът на разклонителя

За да може инсталацията да издържи на такива температури, инженерите се опитват да използват метален волфрам, използван в старомодни лампи с нажежаема жичка. Точката на топене на волфрама е около 3000 градуса. Но има и други ограничения.

В ITER това може да се направи, защото отоплението в него не е постоянно. Предполага се, че реакторът ще работи само 1-3% от времето. Но това не е опция за електроцентрала, която трябва да работи в режим 24/7. И ако някой твърди, че може да построи по-малък реактор със същия капацитет като ITER, можем уверено да кажем, че той няма решение на проблема с дивертора.

Електроцентрала от няколко десетилетия

Независимо от това, учените са оптимисти за развитието на термоядрени реактори, но няма да бъдат толкова бързи, колкото някои ентусиасти прогнозират.

ITER трябва да покаже, че контролираното термоядрено синтез всъщност може да произведе повече енергия, отколкото би било изразходвано за нагряване на плазмата. Следващата стъпка ще бъде изграждането на чисто нова хибридна демонстрационна електроцентрала, която всъщност ще произвежда електроенергия.

Инженерите вече работят върху дизайна си. Те ще трябва да се научат уроците на ITER, което е насрочено за изстрелване през 2023 г. Като се има предвид времето, необходимо за проектирането, планирането и изграждането време, изглежда малко вероятно, че първата електроцентрала сливане ще започне много по-рано от средата на XXI век.

Студен термоядрен синтез на Роси

През 2014 г. независим тест на реактора E-Cat заключи, че устройството има средно 2800 вата изходна мощност за 32 дни при 900 вата. Това е повече, отколкото може да различи всяка химическа реакция. Резултатът казва или пробив в термоядрения синтез, или измамна измама. Докладът разочарова скептиците, които се съмняват дали проверката е наистина независима и предлагат възможна фалшификация на резултатите от теста. Други ангажирани с изясняването на "тайните съставки", които позволяват прилагането на термоядрения синтез на Роси, за да се възпроизведе тази технология.

Дали Рос е измама?

Андреа е впечатляваща. Той публикува прокламация към света на уникалното англичаните в секцията за коментари на сайта им, претенциозно наречен "вестник Ядрена физика". Но предишните си неуспешни опити включени италианския проект превръщане на отпадъци в гориво и термоелектрически генератор. Petroldragon, проект за управление на отпадъците в източника на енергия, не е отчасти заради незаконно изхвърляне на отпадъци се контролира от италианската организирана престъпност, която откри наказателно дело срещу него за нарушения на разпоредби за изхвърляне на отпадъци. Той също така създава термоелектрически прибор за Инженерния корпус на армията на САЩ, но по време на тестове на притурката произведени само част от обявената мощност.

Много от тях не вярват на Роси, а главният редактор на New Energy Times го нарича престъпник, зад него серия от неуспешни енергийни проекти.

Независима проверка

Роси подписа договор с американската компания Industrial Heat за провеждане на едногодишен секретен тест на 1-MW модул за студен синтез. Устройството представляваше контейнер, натоварен с десетки E-Cat. Експериментът трябваше да бъде контролиран от трета страна, което би могло да потвърди, че производството на топлина действително се осъществява. Роси твърди, че е прекарал повечето от миналата година, практически живее в контейнер и наблюдава операции повече от 16 часа на ден, за да докаже търговската жизнеспособност на E-Cat.

Тестът приключи през март. Поддръжниците на Русия с нетърпение чакаха доклада на наблюдателите, надявайки се да оправдаят героя си. Но в крайна сметка те получиха съдебен процес.

изпитание

В изказването си пред съда на Флорида Роси твърди, че тестът е бил успешен и независим арбитър потвърди, че реактор E-Cat произвежда шест пъти повече енергия, отколкото изразходва. Той също така заяви, че компанията Промишлена топлотехника се съгласи да му плати $ 100 милиона - 11500000 аванс след тест с 24-часова (уж за лицензионни права на компанията може да продаде тази технология в САЩ), а другата по 89 милиона при успешно завършване на продължителен тест за 350 дни. Русия обвинява IH в провеждането на "измамна схема", целта на която е кражбата на интелектуалната собственост. Той също така обвини компанията на присвояване на реактор E-Cat, нелегалното копиране на иновативни технологии и продукти, характеристики и структури и незаконен опит да се получи патент за своята интелектуална собственост.

Златна мина

На други места Роси твърди, че на фона на една от демонстрациите си ИХ е получило от инвеститори 50-60 милиона долара, а други 200 милиона от Китай след репортажа с участието на китайски висши служители. Ако това е вярно, тогава залогът е повече от сто милиона долара. Industrial Heat отхвърли тези твърдения като неоснователни и ще се защитава активно. По-важното е, че тя "работи повече от три години, за да потвърди резултатите, за които Роси твърди, че е постигнала с технологията си E-Cat, и всички не успяха".

ИХ не вярва в представянето на "Е-Каут" и Ню Енерджи Таймс не вижда причини да се съмнява в него. През юни 2011 г. представителят на публикацията посети Италия, интервюира Роси и заснема демонстрация на своя E-Cat. Ден по-късно той съобщи сериозната си загриженост относно метода за измерване на топлинната мощност. След 6 дни журналистът публикува видеоклипа си в YouTube. Експерти от цял ​​свят му изпратиха анализи, публикувани през юли. Стана ясно, че това е измама.

Експериментално потвърждение

Независимо от това, редица изследователи - Александър Паркомов от Университета за приятелство на народите в Русия и Мемориалният проект "Мартин Флайшман" (МФМП) успяха да възпроизведат студения синтез на Русия. Докладът на MFPM се казва "Краят на въглеродната ера е близо." Причината за такова възхищение беше откриването на избухването на гама-лъчение, което не може да бъде обяснено по друг начин, освен като термоядрена реакция. Според изследователите, Роси има точно това, което казва.

Една жизнеспособна отворена рецепта за студен ядрен синтез може да предизвика енергия "златна треска". Намират се алтернативни методи, които ще заобикалят патентите на Роси и ще го предпазят от енергийния бизнес в много милиарди долари.

Може би Роси предпочита да избегне това потвърждение.