Sinteza termonucleară. Probleme ale fuziunii termonucleare

Proiectele inovatoare care utilizează supraconductoare moderne în viitorul apropiat vor face posibilă implementarea fuziunii termonucleare controlate, spun unii optimiști. Cu toate acestea, experții prevăd că aplicarea practică va dura câteva decenii.

De ce este atât de dificil?

Energia fuziunii termonucleare este considerată o sursă potențială de energie viitoare. Aceasta este energia pură a atomului. Dar ce este și de ce este atât de dificil de realizat? În primul rând, trebuie să înțelegeți diferența dintre clasic fisiune nucleară și fuziunea termonucleară.

Divizarea atomului este ca izotopii radioactivi - uraniu sau plutoniu - sunt defalcate și transformați în alți izotopi radioactivi, puternic care trebuie apoi eliminate sau reciclate.

Reacția termonucleară sinteza este că doi izotopi de hidrogen - deuteriu și tritiu - se îmbină într-un singur întreg, formând un heliu netoxic și un singur neutron, fără a produce deșeuri radioactive.

Problema controlului

Reacțiile care au loc pe Soare sau într-o bombă cu hidrogen sunt fuziunea termonucleară, iar inginerii se confruntă cu o sarcină descurajantă - cum să monitorizăm acest proces la o centrală electrică?

Acesta este un lucru pe care oamenii de știință lucrează de la anii 1960. Următorul reactor experimental termonuclear de fuziune denumit Wendelstein 7-X a început să lucreze în orașul nordic german Greifswald. Deocamdată nu intenționează să creeze o reacție - este doar un design special care trece testul (stelarator în loc de tokamak).

Plasma cu energie înaltă

Toate instalațiile termonucleare au o caracteristică comună - o formă inelară. Se bazează pe ideea folosirii unor electromagneți puternici pentru a crea un câmp electromagnetic puternic, care are forma unui torus - o cameră de bicicletă umflată.

Acest câmp electromagnetic ar trebui să fie atât de dens, încât atunci când este încălzit în cuptorul cu microunde la un milion de grade Celsius, ar trebui să apară plasmă în centrul inelului. Apoi este aprins pentru ca o fuziune termonucleară să poată începe.

Demonstrarea oportunităților

În Europa, există în prezent două astfel de experimente. Una dintre ele este Wendelstein 7-X, care a generat recent prima sa placă de heliu. Celălalt este ITER - o instalație experimentală imensă de fuziune termonucleară în sudul Franței, care este încă în construcție și va fi pregătită pentru lansare în 2023.

Se presupune că ITER va avea reacții nucleare reale, totuși, doar pentru o perioadă scurtă de timp și cu siguranță nu mai mult de 60 de minute. Acest reactor este doar unul dintre multele pași către fuziunea nucleară.

Reactor termonuclear: mai mici și mai puternice

Recent, mai mulți designeri au anunțat crearea unui nou proiect al reactorului. Potrivit unui grup de studenți de la Massachusetts Institute of Technology, precum și reprezentanți ai societății - fabricantul de arme „Lockheed Martin“, fuziunea nucleară poate fi realizată în instalații care sunt mult mai puternice și mai mici decât ITER, și ei sunt dispuși să facă acest lucru timp de zece ani.

Ideea unui nou design este utilizarea unor supraconductoare moderne de înaltă temperatură în electromagneți care își manifestă proprietățile atunci când sunt răciți cu azot lichid, mai degrabă decât cu cele convenționale, pentru care este necesar heliu lichid. O tehnologie nouă și mai flexibilă va schimba complet designul reactorului.

Klaus Hesch, responsabil pentru tehnologia fuziunii nucleare de la Institutul de Tehnologie din Karlsruhe din sud-vestul Germaniei, este sceptic. El susține utilizarea noilor superconductori de temperatură înaltă pentru noile modele ale reactorului. Dar, în opinia lui, nu este suficient să dezvolți ceva pe calculator ținând cont de legile fizicii. Este necesar să se țină seama de provocările care apar atunci când ideea este întruchipată în practică.

Science Fiction

Potrivit lui Hesch, modelul studenților MIT arată doar posibilitatea implementării proiectului. Dar, de fapt, are o mulțime de science fiction. Proiectul presupune rezolvarea problemelor tehnice grave ale fuziunii termonucleare. Dar știința modernă nu are nicio idee cum să le rezolvăm.

O astfel de problemă este ideea de bobine pliante. Pentru a intra în inelul de susținere a plasmei, în modelul de proiectare MIT, electromagneții pot fi dezasamblați.

Acest lucru ar fi foarte util, deoarece ați putea avea acces la obiecte din sistemul intern și le puteți înlocui. Dar, în realitate, supraconductorii sunt din material ceramic. Sute dintre ele trebuie să se împletească într-un mod sofisticat pentru a forma câmpul magnetic corect. Și aici există mai multe dificultăți fundamentale: conexiunile dintre ele nu sunt atât de simple ca conexiunile cablurilor de cupru. Nimeni nu sa gândit nici măcar la concepte care ar ajuta la rezolvarea unor astfel de probleme.

Prea fierbinte

Căldura este, de asemenea, o problemă. În nucleul unei plasme termonucleare, temperatura va atinge aproximativ 150 de milioane de grade Celsius. Această căldură extremă rămâne în poziție - chiar în centru gaz ionizat. Dar chiar și în jurul său, este încă foarte cald - de la 500 la 700 de grade în zona reactorului, care este un strat interior al unei țevi metalice în care tritiuul va fi "reprodus", astfel încât să aibă loc fuziunea nucleară.

Reactorul termonuclear are o problemă și mai mare - așa-numita putere de ieșire. Aceasta face parte din sistemul în care combustibilul uzat, în principal heliul, provine din procesul de sinteză. Primele componente metalice, în care intră gazul fierbinte, se numesc "divertor". Se poate încălzi la o temperatură mai mare de 2000 ° C.

Problema divertorului

Pentru ca instalația să reziste la astfel de temperaturi, inginerii încearcă să utilizeze tungsten metalic, utilizat în lămpi incandescente de modă veche. Punctul de topire al tungstenului este de aproximativ 3000 de grade. Dar există și alte limitări.

În ITER, acest lucru se poate face, deoarece încălzirea nu este constantă. Se presupune că reactorul va funcționa doar 1-3% din timp. Dar aceasta nu este o opțiune pentru o centrală care trebuie să funcționeze în mod 24/7. Și dacă cineva pretinde că este capabil să construiască un reactor mai mic cu aceeași capacitate ca ITER, putem spune cu încredere că nu are o soluție la problema divergentului.

Centrala electrică în câteva decenii

Cu toate acestea, oamenii de stiinta sunt optimisti in ceea ce priveste dezvoltarea reactoarelor termonucleare, cu toate acestea, nu va fi la fel de rapid cum prezic unii entuziasti.

ITER trebuie să demonstreze că fuziunea termonucleară controlată poate produce de fapt mai multă energie decât ar fi cheltuită pentru încălzirea plasmei. Următorul pas va fi construirea unei noi centrale electrice demonstrative hibride, care ar produce efectiv energie electrică.

Inginerii lucrează deja la proiectarea sa. Ei vor trebui să învețe lecțiile ITER, care este programat pentru lansare în 2023 Luând în considerare timpul necesar pentru proiectarea, planificarea și construcția, se pare puțin probabil ca prima stație de putere de fuziune va fi început mult mai devreme decât la mijlocul secolului XXI.

Sinteza termonucleară rece a lui Rossi

În 2014, un test independent al reactorului E-Cat a concluzionat că dispozitivul a avut o medie de 2800 wați de putere de ieșire timp de 32 de zile la 900 de wați. Acest lucru este mai mult decât orice reacție chimică poate distinge. Rezultatul spune fie un progres în fuziunea termonucleară, fie o fraudă sinceră. Raportul a dezamăgit scepticii, care se îndoiesc că verificarea era într-adevăr independentă și sugerau posibila falsificare a rezultatelor testelor. Alții se ocupă de clarificarea "ingredientelor secrete", care permit implementarea sintezei termonucleare a lui Rossi, pentru a reproduce această tehnologie.

Este Ross o fraudă?

Andrea este impresionantă. El a publicat o proclamație către lume pe unic limba engleză în secțiunea de comentarii a site-ul lor, pretentiously numit „Jurnalul de Fizică Nucleară“. Dar încercările sale anterioare nereușite au inclus proiectul italian de transformare a gunoiului în combustibil și un generator termoelectric. Petroldragon, proiect de gestionare a deșeurilor în sursa de energie, a eșuat în parte, deoarece descărcarea ilegală a deșeurilor este controlată de crima organizată italiană, care a deschis un dosar penal împotriva lui pentru încălcarea reglementărilor de eliminare a deșeurilor. El a creat, de asemenea, un dispozitiv termoelectric pentru Corpul de ingineri americani, dar în timpul testelor, dispozitivul a produs doar o parte din capacitatea revendicată.

Mulți nu au încredere în Rossi, iar redactorul-șef al New Energy Times la numit criminal, în spatele lui o serie de proiecte energetice nereușite.

Verificare independentă

Rossi a semnat un contract cu compania americană Industrial Heat pentru a efectua un test secret de un an pentru o unitate de fuziune rece de 1 MW. Dispozitivul era un container de transport maritim, ambalat cu zeci de E-Cat. Experimentul urma să fie controlat de un terț, ceea ce ar putea confirma că producerea de căldură are loc efectiv. Rossi susține că a petrecut cea mai mare parte a anului trecut, practic trăind într-un container și a monitorizat operațiunile de mai mult de 16 ore pe zi pentru a dovedi viabilitatea comercială a E-Cat.

Testul a fost finalizat în martie. Suporterii Rusiei așteptau cu nerabdare raportul observatorilor, sperând să justifice eroul lor. Dar, în cele din urmă, au primit un proces.

proces

În declarația sa de instanța din Florida Rossi susține că testul a fost de succes și arbitru independent a confirmat că reactorul E-Cat produce de șase ori mai multă energie decât consumă. De asemenea, el a susținut că societatea industrială la cald a fost de acord să-i plătească 100 de milioane de $ - 11,5 milioane de avans, după un test de 24 de ore (se presupune că pentru drepturile de licențiere pentru compania ar putea vinde această tehnologie în Statele Unite) și un alt 89 de milioane la finalizarea cu succes a testului extins timp de 350 de zile. Rossi ia acuzat pe IH că a realizat o "schemă frauduloasă", al cărei scop era să-și fure proprietatea intelectuală. El a acuzat, de asemenea, compania de deturnare a reactorului E-Cat, copierea ilegală a tehnologiilor inovatoare și a produselor, caracteristici și structuri și tentativă ilegală de a obține un brevet privind proprietatea intelectuală.

Mina de aur

În altă parte, Rossi susține că, în contextul uneia dintre demonstrațiile sale, IH a primit de la investitori 50-60 de milioane de dolari și alte 200 de milioane din China după reluarea cu participarea oficialilor chinezi la nivel înalt. Dacă este adevărat, atunci este în joc mai mult de o sută de milioane de dolari. Industrial Heat a respins aceste afirmații ca neîntemeiate și se va apăra în mod activ. Mai important, ea susține că "a lucrat mai mult de trei ani pentru a confirma rezultatele pe care Rossi le-a obținut cu tehnologia lui E-Cat și toate au eșuat".

IH nu crede în performanța E-Cat, iar New Energy Times nu vede nici un motiv să se îndoiască de el. În iunie 2011, reprezentantul publicației a vizitat Italia, a intervievat pe Rossi și a filmat o demonstrație a lui E-Cat. O zi mai târziu, el și-a raportat preocupările serioase cu privire la metoda de măsurare a căldurii. După 6 zile, jurnalistul a postat videoclipul pe YouTube. Experți din întreaga lume i-au trimis analize, care au fost publicate în iulie. A devenit clar că aceasta a fost o înșelăciune.

Confirmare experimentală

Cu toate acestea, un număr de cercetători - Alexander Parkhomov de la Universitatea de Prietenie a Popoarelor din Rusia și Proiectul Memorial Martin Fleischmann (MFPM) - au reușit să reproducă fuziunea rece a Rusiei. Raportul MFPM a fost numit "Sfârșitul erei de carbon este aproape." Motivul pentru o astfel de admirație a fost descoperirea unei izbucniri a radiației gamma, care nu poate fi explicată altfel decât ca o reacție termonucleară. Potrivit cercetătorilor, Rossi are exact ceea ce spune el.

O rețetă viabilă deschisă pentru fuziunea nucleară rece poate provoca o "aglomerație de aur" a energiei. Pot fi găsite metode alternative care vor ocoli brevetele lui Rossi și îl vor ține departe de afacerea cu energii de miliarde de dolari.

Deci, poate, Rossi ar prefera să evite această confirmare.