Syntes av fusions. fusionsproblem

Innovativa projekt med moderna supraledare inom en snar framtid kommer att göra det möjligt att utföra kontrollerad termisk kärnfusion - så säger vissa optimister. Men experter förutspår att den praktiska tillämpningen kommer att ta flera decennier.

Varför är det så svårt?

Fusionsenergi betraktas som en potentiell källa till framtida energi. Det är ren energi i atomen. Men vad det är och varför det är så svårt att uppnå? Till att börja att förstå skillnaderna mellan den klassiska uppdelningen av kärnan och kärnfusion.

Uppdelningen av atomen är att radioaktiva isotoper - uran eller plutonium - bryts ned och omvandlas till andra starkt radioaktiva isotoper, som därefter måste bortskaffas eller återvinnas.

Termonukleär reaktion för syntes ligger i det faktum att de två isotoper av väte - deuterium och tritium - smälter samman till en enda enhet, som bildar enbart icke-toxiskt helium och neutroner utan att producera radioaktivt avfall.

styrproblem

De reaktioner som inträffar på solen eller i vätebomben - en syntes av fusions och ingenjörerna en svår uppgift - hur man styr denna process i ett kraftverk?

Det är det för vilket forskare arbetar sedan 1960-talet. En annan experimentreaktor termofusion kallas Wendelstein 7-X lanserades i norra tyska staden Greifswald. Men det är inte avsett att skapa en reaktion - det är bara en speciell design som testas (i stället för stel tokamak).

hög energi plasma

Alla termonukleära installationer är ett vanligt inslag - en ringformad formen. Den är baserad på idén att använda kraftfulla elektromagneter för alstring av ett starkt elektromagnetiskt fält som har en torusform - uppblåst cykel inre röret.

Detta elektromagnetiska fält ska vara så tät att när den värms i en mikrovågsugn till en miljon grader, bör plasma visas i mitten av ringen. Hon antänds sedan till fusion kunde börja.

demonstration av

I Europa för närvarande genomförs två liknande experiment. En av dem är Wendelstein 7-X, som nyligen genererade dess första heliumplasma. En annan - Iter - är en stor experimentell installation fusion i södra Frankrike, som fortfarande är under uppbyggnad och kommer att vara redo för lansering år 2023.

Det förväntas att Iter kommer att vara de verkliga kärnreaktioner, men bara för en kort tid och säkerligen inte längre än 60 minuter. Denna reaktor är bara en av många steg på vägen för att säkerställa att i praktiken genomföra fusion.

Fusionsreaktor: mindre och mer kraftfull

Nyligen har flera designers meddelade skapandet av en ny reaktorkonstruktioner. Enligt en grupp studenter från Massachusetts Institute of Technology, samt företrädare för bolaget - tillverkaren av "Lockheed Martin" vapen, kan kärnfusion utföras i anläggningar som är mycket mer kraftfull och mindre än ITER, och de är villiga att göra detta i tio år.

Tanken på den nya designen är att använda elektromagneter hos moderna högtemperatursupraledare, vilka uppvisar deras egenskaper när de kyls med flytande kväve snarare än den vanliga, som kräver flytande helium. Nya, mer flexibel teknik kommer att helt ändra utformningen av reaktorn.

Klaus Hash ansvar för kärnfusionsteknik vid Teknologisk Institut i Karlsruhe i sydvästra Tyskland, är skeptisk. Den stöder användningen av nya högtemperatursupraledare för nya reaktorkonstruktioner. Men, sade han, att utveckla något på datorn, med hänsyn till fysikens lagar är inte tillräckligt. Det är nödvändigt att ta hänsyn till de utmaningar som uppstår vid omräkning idéer i praktiken.

science fiction

Enligt Hash, visar modell MIT studenter bara möjligheten av projektet. Men i själva verket finns det en hel del science fiction. Projektet förutsätter att de allvarliga tekniska problem löses fusion. Men den moderna vetenskapen har ingen aning om hur man kan lösa dem.

Ett sådant problem är idén om demonterbara spolar. För att komma in i ringen, begränsa plasman i MIT-modell design elektro kan demonteras.

Det skulle vara mycket användbart, eftersom det skulle vara möjligt att få tillgång till objekt i det interna systemet och ersätta dem. Men i verkligheten supraledare av keramiskt material. Hundratals av dem måste sammanflätade sofistikerat sätt, att bilda den korrekta magnetfältet. Och det finns en mer grundläggande problem: sambandet mellan dem är inte så enkelt som kopparkabel. Ingen har ens tänkt på begrepp som skulle bidra till att lösa dessa problem.

för varmt

Värme är också ett problem. Fusionsplasmakärntemperaturen når cirka 150 miljoner grader Celsius. Denna extrema värmen kvar på plats - mitt i centrum av joniserad gas. Men även runt det är fortfarande mycket varm - från 500 till 700 grader i reaktorhärden, varvid det inre skiktet är ett metallrör, som kommer att "spelas upp" Tritium nödvändig för nukleär fusion skett.

Iter är ett ännu större problem - den så kallade frågan om makt. Denna del av systemet, som tillförs från syntesförfarandet använt bränsle, mestadels helium. Det första metallkomponent, i vilken den heta gasen sjunker, som kallas "avledare". Den kan upphettas över 2000 ° C.

avledare problemet

Att plantera tål sådana temperaturer, är ingenjörer försöker använda en metall volfram, som används i de gammaldags glödlampor. volfram smälttemperatur av ca 3000 grader. Men det finns andra begränsningar.

ITER det kan göras, eftersom uppvärmning det inte händer hela tiden. Det förutsätts att reaktorn kommer att fungera endast 1-3% av tiden. Men detta är inte ett alternativ för kraftverket, som skulle fungera på en 24/7 basis. Och om någon påstår sig kunna bygga en mindre reaktor med samma effekt som ITER, vi tryggt kan säga att han inte har några lösningar divertor problem.

Kraftverket inom några decennier

Men forskarna är optimistiska om utvecklingen av fusionsreaktorer, men det kommer inte att vara så snabb som vissa förutsäga entusiaster.

Iter är att visa att kontrollerad termonukleär fusion kan faktiskt producera mer energi än vad som spenderas vid uppvärmning av plasmat. Nästa steg är att bygga en helt ny hybriddemonstrationsanläggning, som faktiskt skulle generera elektricitet.

Ingenjörer arbetar nu på sin design. De kommer att behöva dra lärdom av ITER, vars lansering är planerad till 2023. Med hänsyn till den tid som krävs för utformning, planering och byggande, verkar det osannolikt att den första fusionskraftverk startas mycket tidigare än i mitten av XXI århundradet.

Rossis kall fusion

I 2014, den oberoende testreaktor E-Cat slutsatsen att anordningen för 32 dagar producerade en genomsnittlig uteffekt på 2800 W vid en konsumeras 900 watt. Detta är mer än kunna identifiera någon kemisk reaktion. Resultatet antyder antingen ett genombrott i kärnfusion eller en rent bedrägeri. Rapporten besviken skeptiker som tvivlar om testet var verkligt oberoende och föreslog en möjlig förfalskning av testresultat. Andra gör klarläggande av "hemliga ingredienser" som tillåter fusion Rossi att reproducera denna teknik.

Rossi - en skurk?

Andrea impozanten. Han publicerar en kungörelse till världen på den unika engelska i kommentarerna på deras hemsida, pretentiöst kallas "Journal of Nuclear Physics". Men hans tidigare misslyckade försök inkluderade italienska avfallsomvandlingsprojekt i bränslet och en termoelektrisk generator. Petroldragon, avfallshantering projekt i energikällan har misslyckats delvis på grund av olaglig dumpning av avfall styrs av italienska organiserade brottsligheten, som öppnade ett brottmål mot honom för brott mot reglerna för avfallshantering. Han skapade också en termoelektrisk anordning för Corps of Engineers amerikanska armén, men samtidigt testa gadget produceras endast en del av den deklarerade kapaciteten.

Många litar inte på Ryssland och chefredaktör för New Energy Times ringde honom en brottsling, bakom vilken en rad misslyckade power strålkastare.

oberoende kontroll

Rossi har tecknat ett avtal med det amerikanska företaget Industrial Heat att genomföra årliga test av sekretessbelagda en megawatt installation av kall fusion. Apparaten var en transportbehållare, packade i tiotals E-Cat. Experimentet måste övervakas av en tredje part, som skulle kunna bekräfta att verkligen är fallet med värmeutveckling. Rossi säger att han tillbringade större delen av förra året, nästan som bor i en behållare, och tittade på verksamheten i mer än 16 timmar per dag för att bevisa den kommersiella bärkraft E-Cat.

Testet avslutades i mars. Anhängare av Rossi ser fram emot observatörsrapporter, i hopp om att motivera sin hjälte. Men i slutändan de fick en rättegång.

rättegång

I sitt uttalande till domstol i Florida Rossi hävdar att testet var framgångsrikt och oberoende skiljedomare bekräftade att E-Cat reaktor producerar sex gånger mer energi än den förbrukar. Han hävdade också att företaget Industrial Heat gick med på att betala honom $ 100.000.000-11.500.000 förväg efter en 24-timmars test (enligt uppgift för licensrättigheterna till företaget skulle kunna sälja denna teknik i USA) och en annan 89 miljoner efter avslutad den förlängda prov inom 350 dagar. Ryssland anklagar IH bedriva "bedrägliga system", vars syfte var stöld av immateriella rättigheter. Han anklagade också sällskap av förskingring av reaktor E-Cat, illegal kopiering av innovativ teknik och produkter, funktioner och strukturer och olagliga försök att få patent på sina immateriella rättigheter.

guldgruva

På andra håll Rossi hävdar att mot bakgrund av en av sina demonstrationer företaget IH fått från investerare på $ 50 till 60.000.000 och 200 miljoner från Kina efter att ha spelat med kinesiska tjänstemän en högre nivå tjänstemän. Om detta är sant, på spel är mycket mer än hundra miljoner dollar. Industrial Heat avvisade dessa påståenden som ogrundade och avser att aktivt försvara. Ännu viktigare, säger hon, att "för mer än tre år arbetat med att bekräfta resultaten, som påstås ha gjort Rossi och hans E-Cat-teknik, allt till ingen nytta."

IH tror inte på effektiviteten i E-Cat, och New Energy Times Magazine ser ingen anledning att tvivla på detta. I juni 2011 års upplaga av företrädaren besökte han Italien, Rossi intervjuade och filmade en demonstration av sin E-Cat. Efter en dag, han berättade om sina allvarliga farhågor om hur den termiska effekten mätningarna. Efter 6 dagar journalisten skrev hans video på YouTube. Experter från hela världen skickade honom analyser, som publicerades i juli. Det stod klart att det var en bluff.

experimentell bekräftelse

Ändå har ett antal forskare - Aleksandru Parhomovu de ryska folk Friendship University och projektminnet Martina Fleyshmana (MFPM) - lyckats återge kall fusion Rossi. MFPM rapport som heter "The End of kol eran är nära." Orsaken till en sådan beundran var upptäckten av gammablixtar, vilka inte kan förklaras med undantag av fusionsreaktionen. Enligt forskarna, från Ryssland är precis vad han säger.

Livskraftig recept utomhus kall kärnfusionsenergi kan orsaka "Gold Rush". alternativa metoder som kommer att kringgå patent Ryssland och lämna den på sidan av ett biljondollarenergibranschen kan hittas.

Så kanske, Rossi skulle ha föredragit att undvika denna bekräftelse.