Агуулгын хүснэгт:

Термоядролын энерги ирээдүйтэй юу?
Термоядролын энерги ирээдүйтэй юу?

Видео: Термоядролын энерги ирээдүйтэй юу?

Видео: Термоядролын энерги ирээдүйтэй юу?
Видео: Почему горят машины? #shorts #лайфхак #авто 2024, Гуравдугаар сар
Anonim

Хагас зуун гаруй жилийн турш эрдэмтэд дэлхий дээр оддын гэдэс шиг термоядролын урвал явагддаг машин бүтээхийг оролдож байна. Хяналттай термоядролыг нэгтгэх технологи нь хүн төрөлхтөнд цэвэр эрчим хүчний бараг шавхагдашгүй эх үүсвэрийг амлаж байна. Энэхүү технологийн гарал үүслийг Зөвлөлтийн эрдэмтэд тавьсан бөгөөд одоо Орос улс дэлхийн хамгийн том хайлуулах реакторыг барихад тусалж байна.

Атомын цөмийн хэсгүүдийг асар их хүчээр холбодог. Үүнийг гаргах хоёр арга бий. Эхний арга нь үелэх системийн хамгийн алслагдсан хэсгээс том хүнд цөмийн задралын энергийг ашиглах явдал юм: уран, плутони. Дэлхий дээрх бүх атомын цахилгаан станцуудад эрчим хүчний эх үүсвэр нь яг хүнд цөмийн задрал юм.

Гэхдээ атомын энергийг гаргах хоёр дахь арга бас бий: хуваах биш, харин эсрэгээрээ цөмүүдийг нэгтгэх. Тэдний зарим нь нэгдэх үед ураны задралын цөмөөс ч илүү их энерги ялгаруулдаг. Цөм нь хөнгөн байх тусмаа хайлуулах явцад (тэдний хэлснээр бол хайлуулж) илүү их энерги ялгардаг тул цөмийн нэгдлийн энергийг олж авах хамгийн үр дүнтэй арга бол хамгийн хөнгөн элемент болох устөрөгчийн цөм ба түүний изотопуудыг нэгтгэх явдал юм..

Гар од: сайн талууд

Цөмийн хайлалтыг 1930-аад онд оддын дотоод хэсэгт явагдаж буй үйл явцыг судалснаар нээжээ. Нар бүрийн дотор цөмийн хайлуулах урвал явагддаг бөгөөд гэрэл, дулаан нь түүний бүтээгдэхүүн юм. Энэ нь тодорхой болмогц эрдэмтэд дэлхий дээрх нарны гэдэс дотор болж буй үйл явдлыг хэрхэн давтах талаар бодож байв. Бүх мэдэгдэж байгаа эрчим хүчний эх үүсвэртэй харьцуулахад "гар нар" нь маргаангүй олон давуу талтай байдаг.

Нэгдүгээрт, ердийн устөрөгч нь түүний түлш болж үйлчилдэг бөгөөд түүний нөөц нь дэлхий дээр олон мянган жилийн турш үргэлжлэх болно. Урвалын хувьд хамгийн түгээмэл изотоп болох дейтерийг шаарддаггүй ч гэсэн жижиг хотыг долоо хоногийн турш цахилгаанаар хангахад нэг аяга ус хангалттай байдаг. Хоёрдугаарт, нүүрсустөрөгчийн шаталтаас ялгаатай нь цөмийн хайлуулах урвал нь хортой бүтээгдэхүүн үүсгэдэггүй - зөвхөн саармаг хий гелий.

Холимог энергийн давуу тал

Бараг хязгааргүй түлшний нөөц. Хайлуулах реакторт устөрөгчийн изотопууд - дейтерий ба тритиум нь түлш болдог; Та мөн гелий-3 изотопыг ашиглаж болно. Далайн усанд их хэмжээний дейтерий байдаг - үүнийг ердийн электролизийн аргаар гаргаж авах боломжтой бөгөөд дэлхийн далай дахь нөөц нь хүн төрөлхтний эрчим хүчний өнөөгийн эрэлт хэрэгцээнд 300 сая орчим жил үргэлжилнэ.

Байгальд тритий хамаагүй бага байдаг, үүнийг цөмийн реакторуудад зохиомлоор үйлдвэрлэдэг боловч термоядролын урвалд маш бага шаардлагатай байдаг. Дэлхий дээр гелий-3 бараг байдаггүй, харин сарны хөрсөн дээр маш их байдаг. Хэзээ нэгэн цагт бид термоядролын эрчим хүчтэй болбол сар руу нисэх боломжтой байж магадгүй.

Дэлбэрэлт байхгүй. Термоядролын урвал үүсгэж, хадгалахын тулд маш их энерги зарцуулдаг. Эрчим хүчний хангамж зогсмогц урвал зогсч, хэдэн зуун сая градус хүртэл халсан плазм нь оршин тогтнохоо болино. Тиймээс хайлуулах реакторыг унтраахаас илүү асаахад хэцүү байдаг.

Бага цацраг идэвхт. Термоядроны урвал нь соронзон урхинаас ялгарч, вакуум камерын хананд хуримтлагддаг нейтроны урсгалыг үүсгэж, түүнийг цацраг идэвхт болгодог. Плазмын периметрийн эргэн тойронд нейтроныг удаашруулдаг тусгай "хөнжил" (хөнжил) бий болгосноор реакторын эргэн тойрон дахь орон зайг бүрэн хамгаалах боломжтой. Хөнжил өөрөө цаг хугацааны явцад цацраг идэвхт бодис болох нь гарцаагүй, гэхдээ тийм ч удаан биш. Үүнийг 20-30 жил байлгаснаар та байгалийн цацраг туяа бүхий материалыг дахин авах боломжтой.

Шатахуун гоожихгүй. Шатахуун гоожих эрсдэл үргэлж байдаг ч хайлуулах реактор нь маш бага түлш шаарддаг тул бүрэн гоожиж байсан ч хүрээлэн буй орчинд аюул учруулахгүй. Жишээлбэл, ITER-ийг хөөргөхөд ердөө 3 кг тритий, арай илүү дейтерий шаардлагатай болно. Хамгийн муу тохиолдолд ч ийм хэмжээний цацраг идэвхт изотопууд ус, агаарт хурдан тархаж, хэнд ч хор хөнөөл учруулахгүй.

Зэвсэг байхгүй. Термоядролын реактор нь атомын зэвсэг хийхэд ашиглаж болох бодис үйлдвэрлэдэггүй. Тиймээс термоядролын эрчим хүч тархах нь цөмийн уралдаанд хүргэх аюул байхгүй.

"Хиймэл нарыг" хэрхэн гэрэлтүүлэх вэ гэдэг нь ерөнхийдөө өнгөрсөн зууны 50-аад оны үед тодорхой болсон. Далайн хоёр талд хяналттай цөмийн хайлуулах урвалын үндсэн параметрүүдийг тогтоосон тооцоолол хийсэн. Энэ нь хэдэн зуун сая градусын асар их температурт явагдах ёстой: ийм нөхцөлд электронууд цөмөөсөө тасардаг. Тиймээс энэ урвалыг термоядролын нэгдэл гэж бас нэрлэдэг. Нүцгэн бөөмүүд бие биетэйгээ асар хурдтайгаар мөргөлдөж, Кулоны түлхэлтийг даван туулж, нэгддэг.

Дэлхийн анхны токамак Т-1
Дэлхийн анхны токамак Т-1

Асуудал ба шийдэл

Эхний арван жилийн урам зориг нь даалгаврын гайхалтай нарийн төвөгтэй байдалд оров. Термоядролын хайлалтыг эхлүүлэх нь тэсрэлт хэлбэрээр хийгдсэн бол харьцангуй хялбар болсон. Номхон далайн атолл, Семипалатинск, Новая Земля дахь Зөвлөлтийн туршилтын талбайнууд дайны дараах эхний арван жилд термоядролын урвалын бүрэн хүчийг мэдэрсэн.

Гэхдээ устгахаас бусад тохиолдолд энэ хүчийг ашиглах нь термоядролын цэнэгийг дэлбэлэхээс хамаагүй хэцүү юм. Термоядролын энергийг цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд ашиглахын тулд урвалыг хяналттай явуулах ёстой бөгөөд ингэснээр энерги бага багаар ялгардаг.

Үүнийг хэрхэн хийх вэ? Термоядролын урвал явагдах орчныг плазм гэж нэрлэдэг. Энэ нь хийтэй төстэй, ердийн хийнээс ялгаатай нь цэнэгтэй хэсгүүдээс бүрддэг. Мөн цэнэглэгдсэн бөөмсийн үйл ажиллагааг цахилгаан болон соронзон орон ашиглан хянаж болно.

Тиймээс, хамгийн ерөнхий хэлбэрээр нь термоядролын реактор нь дамжуулагч ба соронзонд баригдсан плазмын бүлэгнэл юм. Тэд плазмыг гадагшлуулахаас сэргийлдэг бөгөөд үүнийг хийх явцад атомын цөмүүд плазмын дотор нэгдэж, үүний үр дүнд энерги ялгардаг. Энэ энергийг реактороос зайлуулж, хөргөлтийн шингэнийг халаахад ашиглаж, цахилгаан авах шаардлагатай.

Хавх, гоожих

Плазма бол дэлхий дээрх хүмүүсийн тулгардаг хамгийн дур булаам бодис болж хувирсан. Эрдэмтэд нэг төрлийн цусны сийвэнгийн алдагдлыг хаах арга олох бүрт шинээр нээсэн. 20-р зууны хоёрдугаар хагасыг бүхэлд нь реакторын доторх плазмыг ямар ч чухал хугацаанд хадгалж сурахад зарцуулсан. Энэ асуудал нь плазмын үйл ажиллагааны математик загварыг бий болгох боломжтой хүчирхэг компьютерууд гарч ирэх үед л гарч эхэлсэн.

Цусны сийвэнг саатуулах ямар арга хамгийн тохиромжтой вэ гэдэг дээр одоог хүртэл зөвшилцөлд хүрээгүй байна. Хамгийн алдартай загвар болох токамак бол пончик хэлбэртэй вакуум камер (математикчдын хэлснээр бол торус) дотор болон гадна талд плазмын хавхнууд юм. Энэхүү тохиргоо нь дэлхийн хамгийн том, хамгийн үнэтэй термоядролын суурилуулалт болох Францын өмнөд хэсэгт одоо баригдаж буй ITER реактортой байх болно.

ITER
ITER

Токамакаас гадна термоядролын реакторуудын олон боломжит тохируулгууд байдаг: Санкт-Петербургийн Глобус-М шиг бөмбөрцөг хэлбэртэй, хачирхалтай муруй одны аппаратууд (Герман дахь Макс Планкийн Цөмийн физикийн хүрээлэнгийн Wendelstein 7-X гэх мэт), лазер Америкийн NIF гэх мэт инерцийн занга. Тэд ITER-ээс хамаагүй бага хэвлэл мэдээллийн анхаарлыг татдаг ч тэд бас өндөр хүлээлттэй байдаг.

Оддын загварыг токамакаас илүү амжилттай гэж үздэг эрдэмтэд байдаг: үүнийг барихад хямд бөгөөд плазмын саатал нь илүү их зүйлийг амлаж байна. Эрчим хүчний өсөлтийг плазмын урхины геометрээр хангадаг бөгөөд энэ нь "пончик" -д байдаг шимэгчийн нөлөө, гоожихоос ангижрах боломжийг олгодог. Лазераар шахдаг хувилбар нь бас давуу талтай.

Тэдгээрийн устөрөгчийн түлш нь лазерын импульсийн тусламжтайгаар шаардлагатай температур хүртэл халааж, хайлуулах урвал бараг тэр даруй эхэлдэг. Ийм суурилуулалтанд плазм нь инерцээр баригддаг бөгөөд тараах цаг байдаггүй - бүх зүйл маш хурдан болдог.

Бүх ертөнц

Өнөөдөр дэлхий дээр байгаа бүх термоядролын реакторууд туршилтын машинууд юм. Тэдгээрийн аль нь ч цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд ашиглагддаггүй. Термоядролын урвалын гол шалгуурыг (Лоусоны шалгуур) хэн ч биелүүлж чадаагүй байна: урвал үүсгэхэд зарцуулснаас илүү их энерги авах. Тиймээс дэлхийн хамтын нийгэмлэг аварга том ITER төсөлд анхаарлаа хандуулсан. Хэрэв Лоусоны шалгуурыг ITER дээр хангасан бол технологийг боловсронгуй болгож, арилжааны рельс рүү шилжүүлэхийг оролдох боломжтой болно.

Дэлхийн аль ч улс дангаараа ITER-ийг барьж чадахгүй. Түүнд дангаар нь 100 мянган км хэт дамжуулагч утас, мөн олон арван хэт дамжуулагч соронз, плазмыг барих аварга том төв соленоид, цагирагт өндөр вакуум үүсгэх систем, соронзны гелий хөргөгч, хянагч, электроник … Иймээс Энэхүү төсөл нь дэлхийн 35 улс ба түүнээс дээш олон мянган шинжлэх ухааны хүрээлэн, үйлдвэрүүдийг нэгэн зэрэг барьж байна.

ITER
ITER

Орос бол төсөлд оролцож буй гол орнуудын нэг; Орос улсад ирээдүйн реакторын 25 технологийн системийг боловсруулж, барьж байна. Эдгээр нь хэт дамжуулагч, плазмын параметрүүдийг хэмжих систем, автомат хянагч ба диверторын бүрэлдэхүүн хэсгүүд, токамакийн дотоод хананы хамгийн халуун хэсэг юм.

ITER-ийг ажиллуулсны дараа Оросын эрдэмтэд түүний бүх туршилтын мэдээлэлд хандах боломжтой болно. Гэсэн хэдий ч ITER-ийн цуурай зөвхөн шинжлэх ухаанд мэдрэгдэх болно: одоо зарим бүс нутагт Орост урьд өмнө байгаагүй үйлдвэрлэлийн байгууламжууд гарч ирэв. Тухайлбал, төсөл хэрэгжиж эхлэхээс өмнө манай улсад хэт дамжуулагч материалыг үйлдвэрийн аргаар үйлдвэрлэдэггүй байсан бөгөөд дэлхий даяар жилд ердөө 15 тонныг л үйлдвэрлэдэг байжээ. Одоо зөвхөн "Росатом" улсын корпорацийн Чепецкийн механикийн үйлдвэрт жилд 60 тонн үйлдвэрлэх боломжтой.

Эрчим хүчний ирээдүй ба түүнээс дээш

ITER-ийн анхны плазмыг 2025 онд хүлээн авахаар төлөвлөж байна. Дэлхий нийт энэ үйл явдлыг хүлээж байна. Гэхдээ нэг, тэр ч байтугай хамгийн хүчирхэг машин нь бүгд биш юм. Дэлхий даяар болон Орос улсад тэд шинэ термоядролын реакторуудыг үргэлжлүүлэн барьж байгаа бөгөөд энэ нь плазмын шинж чанарыг ойлгож, түүнийг ашиглах хамгийн сайн аргыг олоход тусална.

2020 оны сүүлээр Курчатовын хүрээлэнгээс цөмийн болон термоядролын элемент бүхий эрлийз суурилуулалтын нэг хэсэг болох шинэ токамак Т-15МД-г гаргах гэж байна. Эрлийз суурилуулалтанд термоядролын урвалын бүсэд үүсдэг нейтронууд нь уран ба торийн хүнд цөмүүдийн хуваагдлыг эхлүүлэхэд ашиглагдана. Ирээдүйд ийм эрлийз машинуудыг ердийн цөмийн реакторууд - дулааны болон хурдан нейтронуудад түлш үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно.

Ториумын аврал

Торийн цөм дэх задралыг эхлүүлэхийн тулд термоядроны "цөм"-ийг нейтроны эх үүсвэр болгон ашиглах хэтийн төлөв нь ялангуяа сэтгэл татам юм. Дэлхий дээр уранаас ч илүү тори байдаг бөгөөд түүнийг цөмийн түлш болгон ашиглах нь орчин үеийн цөмийн эрчим хүчний хэд хэдэн асуудлыг нэг дор шийдэж байна.

Тиймээс торийн задралын бүтээгдэхүүнийг цэргийн цацраг идэвхт бодис үйлдвэрлэхэд ашиглах боломжгүй юм. Ингэж ашиглах боломж нь жижиг орнуудыг цөмийн эрчим хүчээ хөгжүүлэхэд саад болж буй улс төрийн хүчин зүйл болж байна. Ториум түлш энэ асуудлыг нэг удаа шийддэг.

Плазмын хавх нь зөвхөн эрчим хүч төдийгүй бусад энх тайвны салбарт, тэр байтугай сансарт ч ашигтай байж болно. Одоо "Росатом" болон Курчатовын хүрээлэн нь сансрын хөлөгт зориулсан электродгүй плазмын пуужингийн хөдөлгүүрийн эд анги, материалыг плазмаар өөрчлөх систем дээр ажиллаж байна. ОХУ-ын ITER төсөлд оролцох нь тус салбарыг эрчимжүүлж, шинэ үйлдвэрүүдийг бий болгоход хүргэдэг бөгөөд энэ нь Оросын шинэ бүтээн байгуулалтын үндэс суурь болж байна.

Зөвлөмж болгож буй: