Tokamak și fuziunea termonucleară controlată
Tokamak (camera toroidală cu bobine magnetice) este o instalație toroidală pentru plasarea magnetică a plasmei. Plasma nu este ținută de pereții camerei, care nu sunt capabili să reziste la temperatura ei, ci printr-un câmp magnetic special creat. O caracteristică a tokamak-ului este folosirea unui curent electric care curge prin plasmă pentru a crea un câmp semiidal necesar pentru echilibrul plasmei. Acesta este diferit de stelarator, în care atât câmpurile toroidale, cât și cele semialidice sunt create cu ajutorul bobinelor magnetice.
Termenul „Tokamak“ a fost introdus de către fizicianul rus Igor Tamm și Andrei Saharov în anii '50 ca o abreviere a expresiei „camera toroidal cu bobine magnetice.“ Primul tokamak a fost dezvoltat sub îndrumarea academicianului LA Artsimovich din cadrul Institutului de Energie Atomică. IV Kurchatov la Moscova și a demonstrat în 1968 în Novosibirsk.
În prezent, tokamak este considerat cel mai promițător dispozitiv pentru implementarea fuziunii termonucleare controlate.
Tokamak este o cameră de vid toroidal pe care sunt înfășurate bobine pentru a crea un câmp magnetic (toroidal). Camera de vid este mai întâi evacuată și apoi umpluta cu un amestec de deuteriu și tritiu. Apoi, folosind un inductor, în camera este creat un câmp electric vortex. Inductorul este înfășurarea primară a unui transformator mare, în care camera tokamak este o înfășurare secundară. Câmpul electric determină curgerea curentului și aprinderea în camera de plasmă.
Curentul care curge prin plasmă îndeplinește două sarcini:
- Se încălzește plasma în același mod ca oricare alt conductor (încălzire ohmică) se va încălzi.
- Creează un câmp magnetic în jurul lui. Acest câmp magnetic este numit poloidal (adică direcționat de-a lungul liniilor care trec prin polii sistemului de coordonate sferice).
Câmpul magnetic comprimă curentul care curge prin plasmă. Ca rezultat, se formează o configurație în care liniile magnetice elicoidale de forță "răsucesc" cablul de plasmă. Pasul în timpul rotirii în direcția toroidală nu coincide cu pasul în direcția poloal. Liniile magnetice nu sunt închise, infinit de multe ori se încurcă în jurul torusului, formând așa-numitul. "Suprafețe magnetice" ale formei toroidale.
Prezența unui câmp semialidar este necesară pentru plasarea stabilă a plasmei într-un astfel de sistem. Deoarece este creat prin creșterea curentului în inductor și nu poate fi infinit, timpul de existență plasmatică stabilă în tokamakul clasic este limitat. Pentru a depăși această limitare, s-au dezvoltat metode suplimentare de menținere a curentului. Pentru aceasta, pot fi utilizate injecții de atomi neutri deuteriu neutri sau de tritiu sau radiații cu microunde în plasmă.
În plus față de bobinele toroidale, sunt necesare bobine de câmpuri suplimentare pentru a controla cablul de plasmă. Ele sunt rotiri inel, în jurul axei verticale a camerei tokamak.
Încălzirea datorată fluxului de curent nu este suficientă pentru a încălzi plasma până la temperatura necesară pentru reacția termonucleară. Pentru încălzirea suplimentară, radiația cu microunde este folosită pe așa-numitele. rezonanță (de exemplu, coincide cu frecvența ciclotronică a electronilor sau a ionilor) sau injectarea de atomi rapizi neutri.
Controlul fuziunii termonucleare
Soarele este un reactor termonuclear natural
Fuziune nucleară controlată (TCB) - sinteza nuclee mai grele atomice ale unei lumină pentru obținerea de energie, care este ușor de gestionat, spre deosebire de fuziune explozivă (utilizat în arme termonucleare). fuziunea nucleară controlată se deosebește de energia nucleară tradițională, care este utilizat în reacția de descompunere finală, în timpul căreia nucleele grele obținute din nuclee mai ușoare. Reacțiile nucleare majore care vor fi utilizate pentru punerea în aplicare a fuziunii nucleare controlate pentru a aplica deuteriu (2H) și tritiu (3H), în termen mai lung heliu-3 (3He).
Soarta fuziunii termonucleare
Ideea de a crea un reactor termonuclear sa născut în anii 1950. Apoi a fost decis să renunțe la ea, deoarece oamenii de știință nu au reușit să rezolve numeroase probleme tehnice. Au trecut câteva decenii înainte ca oamenii de știință să reușească să "forțeze" reactorul să producă cel puțin un fel de energie termonucleară.
Schema reactorului termonuclear internațional (ITER)
Proiectul privind numărul de participanți este comparabil cu un alt proiect științific internațional major - Stația Spațială Internațională. Costul ITER, care a atins anterior 8 miliarde de dolari, sa ridicat la mai puțin de 4 miliarde de euro. Ca urmare a retragerii din Statele Unite, sa decis reducerea capacității reactorului de la 1,5 GW la 500 MW. În consecință, prețul proiectului a "pierdut în greutate".
Termonuclearea fuziunii este o modalitate ieftină și ecologică de a extrage energia. Pe Soare timp de miliarde de ani există o sinteză termonucleară necontrolată - heliul este format din izotopul greu de hidrogen de deuteriu. În același timp, o cantitate enormă de energie este alocată. Cu toate acestea, pe Pământ, oamenii nu au învățat încă să controleze astfel de reacții.
Plasma într-un reactor termonuclear
Izotopii hidrogenului vor fi utilizați drept combustibil în reactorul ITER. În timpul reacției termonucleare, energia este eliberată atunci când atomii ușori sunt combinați în cele mai grele. Pentru a realiza acest lucru, este necesar să se încălzească gazul la o temperatură mai mare de 100 milioane de grade - mult mai mare decât temperatura din centrul Soarelui. Gazul la această temperatură este transformat în plasmă. Atomii izotopilor de hidrogen se îmbină, transformându-se în atomi de heliu, cu eliberarea unui număr mare de neutroni. O centrală electrică care funcționează pe baza acestui principiu va folosi energia neutronilor încetinită de un strat de materie densă (litiu)
Construcția stației va dura cel puțin 10 ani și 5 miliarde de dolari. Franța și Japonia concurează pentru dreptul prestigios de a fi locul de naștere al gigantului energetic.
Propunerile de amplasare a reactorului pe teritoriile lor au fost făcute de Canada, Japonia, Spania și Franța.
Canada justifică necesitatea amplasării reactorului pe teritoriul său prin faptul că în această țară există rezerve semnificative de tritiu, care este risipa de energie nucleară. Construcția unui reactor termonuclear le va permite să fie eliminate.
În Japonia, potrivit agenției Kyodo Tsushin, cele trei prefecturi au condus o luptă disperată pentru dreptul de a construi un reactor la domiciliu. În același timp, locuitorii insulei nordice Hokkaido s-au opus ridicării pe pământ.
"Avem deja structura științifică și tehnică existentă, competența și experiența, care este garantul îndeplinirii termenelor limită", a spus ministrul francez al cercetării.
Japonia are, de asemenea, o serie de avantaje - Rokkasho-mura este situat lângă port și lângă baza militară americană. În plus, japonezii sunt dispuși să investească mult mai mulți bani în proiect decât în Franța. "Dacă va fi ales Japonia, vom acoperi toate cheltuielile necesare", a declarat ministrul științei și educației din Japonia.
Un reprezentant al guvernului francez a declarat reporterilor că, înainte de întâlnire, a desfășurat "negocieri foarte intense la un nivel înalt". Cu toate acestea, potrivit unor surse, toate țările, cu excepția Uniunii Europene, sunt mai preferabile decât Japonia decât Franța.
Noua instalație, potrivit oamenilor de știință, este mai sigură pentru mediu decât reactoarele nucleare care funcționează astăzi. Ca combustibil uzat în instalația ITER, se formează heliu, nu izotopii săi, care trebuie depozitați în depozite speciale timp de decenii.
Oamenii de stiinta cred ca rezervele de combustibil pentru astfel de centrale sunt practic inepuizabile - deuteriul si tritiul sunt usor extrase din apa de mare. Un kilogram din acești izotopi poate elibera cât mai multă energie ca 10 milioane de kilograme de combustibil organic.
Multe mulțumiri.)
Probabil din apă de mare, tritiumul și deuteriul sunt extrase prin electroliză. M-am gândit așa.))
Aici aveți combustibil nuclear, pentru toată lumea și pentru toată lumea. Viitorul nu este departe, a fost întotdeauna în fața noastră.))
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: