Дэлхий дахины Thermobuclear Reactors. Эхний термоны цөмийн реактор

Өнөөдөр олон улс орон цөмийн эрчим хүчний судалгаа шинжилгээний ажилд оролцдог. Удирдагчид нь Европын Холбоо, АНУ, ОХУ, Япон улс бөгөөд Хятад, Бразил, Канад, Солонгос улсуудын хөтөлбөрүүд хурдацтай өсч байна. АНУ болон ЗХУ-ын цөмийн зэвсгийн үед анх удаа цөмийн зэвсгийг хөгжүүлэхтэй холбоотойгоор 1958 онд Женевт болсон "Атомын энх тайвны төлөөх" бага хурлыг зохион байгуулж байсан. ЗХУ задарсны дараа 1970-аад онд цөмийн хайлалтын судалгаа "том шинжлэх ухаан" болжээ. Гэвч төхөөрөмжүүдийн өртөг, нарийн төвөгтэй байдал нь олон улсын хамтын ажиллагаа урагшлах цорын ганц боломж болтлоо өссөн.

Дэлхий дахины Thermobuclear Reactors

1970-аад оноос хойш эрчим хүчийг арилжааны зорилгоор ашиглахыг 40 жилийн турш үргэлжлүүлэн хойшлуулсан. Гэсэн хэдий ч сүүлийн жилүүдэд ийм хугацаа өнгөрөх тусам ихээхэн тохиолдож байсан.

Европын JET, Их Британий MAST, АНУ-ын Принстоны TFTR термоны цөмийн реактор зэрэг хэд хэдэн tokamaks байгуулагдсан. Олон улсын ITER төсөл одоогоор Францын Кадарачи хотод баригдаж байна. Энэ нь 2020 он гэхэд хамгийн том жүжигчин болно. 2030 онд Хятад улс CFETR-г барина. Энэ хугацаанд БНХАУ туршилт superconducting tokamak EAST туршилтын судалгааг явуулж байна.

Өөр төрлийн төрлийн цөмийн интоны цөмийн реакторууд нь судлаачдын дунд түгээмэл байдаг. 1998 онд Техасын цөмийн эрчим хүчний үндэсний институт дээр ажиллаж эхэлсэн. Энэ нь плазмын хоригын хамгийн сайн соронзон тохиргоог олоход хэрэглэгддэг. Германы Макс Планкк Институт 1988 болон 2002 оны хооронд Garend дахь Wendelstein 7-AS реакторын судалгааг хийж байсан бөгөөд одоо Wendelstein 7-X дээр 19-ээс дээш жил үргэлжилжээ. Испаний Мадрид хотод өөр TJII одод ажиллаж байна. АНУ-д 1951 онд энэ төрлийн анхны термоны цөмийн реактор байгуулагдсан Принстоны плазмын физикийн лаборатори (PPPL) 2008 онд NCSX-ийн барилгын зардал, санхүүжилт дутагдалтай байснаа зогсоосон.

Үүнээс гадна инерцийн дулааны энергийг судлахад ихээхэн ахиц дэвшил гарсан. 2009 оны 3-р сард Францын Лазер Мудлуг (LMJ) үйл ажиллагаагаа эхэлсэн бөгөөд АНУ-ын Цөмийн энергийн үндэсний төвийн санхүүжүүлсэн ЭттМерролл Үндэсний Лабораторид 7 тэрбум долларын өртөг бүхий Үндэсний түлшний байгууламж (NIF). Термоны цөмийн реакторууд хэдхэн секундын дотор хэдэн сая миллиард гэрлийн цацрагийг цөмийн хайлалтын урвалыг өдөөдөг. NIF болон LMJ-ийн гол үүрэг нь үндэсний цэргийн цөмийн хөтөлбөрийг дэмжих явдал юм.

ITER

1985 онд Зөвлөлт Холбоот улс Европын, Япон, АНУ-тай хамтран дараагийн үеийг бүтээх санал тавьсан. Энэхүү ажлыг МАГАТЭЭ-гийн дэмжлэгтэйгээр явуулсан. 1988-1990 онд олон улсын Thermonuclear туршилтын реакторын анхны төслүүдийн нэг нь латин хэлээр "зам" буюу "аялах" гэсэн утгатай бөгөөд энэ нь нэгтгэх нь шингээхээс илүү энерги гаргаж чадна гэдгийг батлахын тулд хийгдсэн юм. Канад, Казахстан улс Евратом, ОХУ-ын зуучлалд оролцжээ.

6 жилийн дараа ITER Зөвлөл 6 тэрбум долларын үнэтэй физик, технологид суурилсан анхны цогцолборын реакторыг батлав. Дараа нь АНУ-ын консорциумаас зардлыг нь хасч, төсөлдөө өөрчлөлт оруулав. Үр дүнд нь ITER-FEAT 3 тэрбум долларын үнэ цэнэтэй хэдий ч өөрийгөө дэмжиж буй хариу үйлдэл болон хүч тэнцвэрийн эерэг тэнцвэрийг олох боломжийг олгодог.

2003 онд АНУ дахин консорциумд нэгдэж, Хятадад оролцох хүсэлтээ зарлалаа. Үүний үр дүнд, 2005 оны дундуур Францын өмнөд хэсэгт орших Кадарач хот дахь ITER-ийг барьж байгуулах талаар хамтран ажиллахаар тохиролцов. ЕХ ба Франц 12.8 тэрбум евро, Япон, Хятад, Өмнөд Солонгос, АНУ, ОХУ-ын тал хувийг тус тус бүрдүүлж байна. Япон улс нь өндөр технологийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хангаж, материалын сорилд зориулан IFMIF суурилуулсан 1 тэрбум еврогоор хангаж, дараагийн туршилтын реакторыг барих эрхтэй болсон. ITER-ийн нийт зардал нь 10 жилийн барилгын ажлын тал хувийг, 20 жилийн хугацаатай хагасыг багтаадаг. Энэтхэг 2005 оны сүүлчээр ITER-ийн долоо дахь гишүүн болжээ.

Туршилтыг 2018 оноос эхлэн устөрөгчийг ашиглан соронзоны идэвхжлээс зайлсхийх хэрэгтэй. ДТ концентрацийг 2026 оноос өмнө ашиглахгүй.

ITER-ийн зорилго нь цахилгаан үүсгэхгүйгээр 50 МВт-аас бага эрчим хүчийг ашиглан 500 МВт (хамгийн багадаа 400 сек) үйлдвэрлэх юм.

Demo-ийн хоёр киловатт станцын цахилгаан станц нь эрчим хүчний томоохон үйлдвэрлэлийн үйлдвэрлэлийг тогтмол явуулдаг. Демо-гийн үзэл баримтлалын загварыг 2017 он гэхэд дуусгах бөгөөд барилгын ажил 2024 онд эхэлнэ. Уг нээлтийг 2033 онд хийнэ.

JET

1978 онд Европын Холбоо (Euratom, Швед, Швейцар) Их Британид Европын хамтарсан JET хамтарсан төслийг эхлүүлсэн. JET өнөөдөр дэлхийн хамгийн том жүжигчин юм. Ижил реакторын JT-60 нь Thermonuclear Fusion Японы Үндэсний институт дээр ажиллаж байгаа бөгөөд зөвхөн JET зөвхөн дютер-тритум түлш хэрэглэж болно.

1983 онд реакторыг ашиглалтанд оруулсан бөгөөд анхны туршилтын туршилт нь 1991 оны 11-р сард термостатын нэгдсэн хүчдэлтэй, дютерий-тритомийн сийвэн дэх 1600 мВт-ын багтаамжтай, 1 МВт хүчин чадал бүхий 16 МВт чадалтай байсан. Төрөл бүрийн халаалтын схем болон бусад техникийг судлах туршилт явуулсан.

JET-ийг сайжруулах нь түүний хүчийг нэмэгдүүлэхтэй холбоотой. MAST оврын реакторыг JET ашиглан боловсруулсан бөгөөд ITER төслийн нэг хэсэг юм.

K-STAR

K-STAR нь Дэжон хотын Thermonruclear Research Institute (NFRI) -ны Солонгосын интулантронуклетийн жоншамак бөгөөд 2008 оны дундуур анхны плазмаа үйлдвэрлэв. Энэ бол ITER-ийн туршилтын төсөл бөгөөд олон улсын хамтын ажиллагааны үр дүн юм. 1.8 м-ийн радиустай 1.8 м-ийн жийргэвч нь ITER-д ашиглагдахаар төлөвлөгдсөн ижил төрлийн цөмийн хэт их туршигдаж байгаа Nb3Sn соронз ашиглан анхны реактор юм. 2012 онд дууссан эхний шатанд K-STAR үндсэн технологиудын чадварыг баталж, 20 секунд хүртэл сийвэнгийн импульс олно. Хоёр дахь шатанд (2013-2017) H хэлбэрийн 300 сек хүртэл урт имиджийг судалж, өндөр үзүүлэлттэй AT горимд шилжинэ. Гурав дахь үе шатны (2018-2023) зорилт нь урт импульсийн горимд өндөр үр дүнтэй, үр ашгийг олох явдал юм. 4-р үе шатанд (2023-2025) DEMO технологийг туршиж үзэх болно. Төхөөрөмж нь трититэй ажиллах чадваргүй бөгөөд DT нь түлш хэрэглэдэггүй.

K-DEMO

АНУ-ын Эрчим хүчний яамны Принстон плазмын физикийн лаборатори (PPPL), Өмнөд Солонгосын KFRI-ийн интеграци, K-DEMO нь ITER-ийн дараа арилжааны реакторуудыг хөгжүүлэх дараагийн алхам байх бөгөөд цахилгаан эрчим хүчний сүлжээнд цахилгаан үүсгэх анхны цахилгаан станц байх болно. Хэдэн долоо хоногийн дотор 1 сая кВт. Диаметр нь 6.65 метр бөгөөд DEMO төслийн хүрээнд бий болсон нөхөн үржихүйн бүсийн модулийг бий болгоно. БНСУ-ын Боловсрол, шинжлэх ухаан, технологийн яам нь ихэвчлэн нэг их наяд Солонгосын вон (941 сая доллар) хөрөнгө оруулалт хийхээр төлөвлөж байна.

EAST

БНХАУ-ын Хэфэй мужийн Хятадын физикийн хүрээлэнгийн хятадын туршилтын дэвшилтэт superconducting tokamak (EAST) нь 50 сая ° C температур бүхий устөрөгчийн сийвэнг үүсгэн 102 секундын турш барьж байжээ.

TFTR

АНУ-ын PPPL лабораторид туршилтын TFTR термоны цөмийн реактор 1982-1997 он хүртэл ажиллаж байжээ. 1993 оны 12-р сард ТТТР нь deuterium-tritium сийвэнгийн эмчилгээг хийх өргөн хүрээтэй туршилт хийсэн анхны соронзон аркамак болсон. Дараа жил нь реакторын үед 10.7 МВт-ын хэмжилтээр бүртгэгдсэн ба 1995 онд 510 сая ° С хэмд ионжсон хийн температурт хүрч байжээ. Гэсэн хэдий ч суурилуулалт нь цөмийн цахиурын хайлалтын эвдрэлийн энергийн зорилгод хүрч чадаагүй боловч тоног төхөөрөмжийн загварыг амжилттай биелүүлж, ITER-ийн хөгжилд чухал хувь нэмэр оруулав.

LHD

Токи, Гифү мужид Тасмачукийн Fusion-ийн Японы Үндэсний хүрээлэнгийн LHD нь дэлхийн хамгийн том од юм. Термод цөмийн реакторыг 1998 онд хөөргөж, бусад томоохон байгууламжуудтай харьцуулахад плазмын хязгаарлалтыг харуулсан. Ионы температур 13.5 кВ (ойролцоогоор 160 сая ° C), энерги 1.44 МЖ байсан.

Wendelstein 7-X

2015 он гэхэд нэг жилийн турш туршилт явуулсаны дараа богино хугацаанд гелитийн температур 1 сая ° C хүрсэн байна. 2016 онд 2 МВт-ын хүчийг ашиглан устөрөгчийн сийвэнтэй термоны цөмийн реактор нь 80 сая ° С температурт секундын дөрөвний нэгд хүрчээ. W7-X нь дэлхийн хамгийн том од бөгөөд 30 минутын дотор тасралтгүй үйл ажиллагаагаа явуулж байна. Реакторын өртөг нь 1 тэрбум € байсан.

NIF

2009 оны 3-р сард Этфордын Их Сургуулийн Лаборатори дахь Галын Онцгой Байдлын Байгууламж (NFL) байгуулагдсан. 192 лазер туяаг ашиглан NIF нь өмнөх лазер системээс 60 дахин илүү эрчим хүчийг баяжуулж чаддаг.

Хүйтэн цөмийн хайлш

1989 оны 3-р сард хоёр судлаач, Америкийн Stanley Pons, Британий Мартин Флэкмэнман нар өрөөний температурт ажилладаг хүйтэн хайлуур жоншны реактор ажиллуулж байсан гэжээ. Уг процесс нь хүндийн усаар дезутиум бөөмийг төвлөрүүлсэн палладин электрод ашиглан хүнд усыг электролизээс бүрдүүлсэн. Судлаачид цөмийн үйл явцын үүднээс тайлбарласнаар дулааны боловсруулалт хийдэг гэж үздэг бөгөөд гели, тритиум, нейтрон зэрэг синтезийн бүтээгдэхүүнүүд байдаг. Гэхдээ бусад туршилтууд энэ туршилтыг давтаагүй байна. Шинжлэх ухааны ихэнх хүмүүс хүйтэн хайлуур жоншийг бодитоор боддоггүй гэдэгт итгэдэггүй.

Бага эрчим хүчний цөмийн урвал

"Хүйтэн хайлш" -ын талаархи санаачлагыг судлахын тулд бага энергитэй цөмийн урвалын салбарт судалгаа явуулсан бөгөөд энэ нь эмпирик дэмжлэгтэй боловч ерөнхийдөө хүлээн зөвшөөрөгдсөн шинжлэх ухааны тайлбар биш юм. Нейтроныг үүсгэх, барихад ашиглагддаг цөмийн харилцан үйлчлэлийг сул дорой (хүчирхэг хүч, цөмийн эсийн хуваагдал, тэдгээрийн нэгдлүүд). Туршилтанд катализаторын орц, металлын урвалаар устөрөгч буюу деютери нэвтрэлт орно. Судлаачид энергийг илрүүлсэн тухай мэдээлж байна. Үндсэн практик жишээ бол никель нунтаг бүхий устөрөгчтэй харилцан үйлчлэлцэж буй дулааны алдагдлын хэмжээ юм.