Токамак - может ли ядерный синтез быть реализован в 2035 году?
Международный термоядерный экспериментальный реактор, или ИТЭР, - это проект 30-летней давности, начатый президентом Рональдом Рейганом и советским лидером Михаилом Горбачевым. Этот экспериментальный термоядерный реактор на токамаке, в котором на кону стоят десятки миллиардов долларов, - термоядерный плазменный реактор, в котором чрезвычайно горячая заряженная плазма вращается и генерирует практически безграничную энергию - является одним из немногих чрезвычайно дорогих «миниатюрных солнц» по всему миру.
Этим реакторам требуются годы, чтобы нагреться до температуры, достаточной для того, чтобы вызвать ядерный синтез. Со временем ИТЭР будет устанавливать все больше и больше деталей, в том числе у специально проложенной тяжелой проезжей части, которая простирается примерно на 65 миль от Средиземного моря до кампуса ИТЭР в Сен-Поль-ле-Дюранс в Провансе, Франция. В ИТЭР заявляют, что в 2025 году токамак все еще планируется включить, что означает, что все детали будут установлены и полностью интегрированы, а реактор будет готов для наращивания температуры.
Затем потребуется еще 10 лет, чтобы реактор достиг термоядерного синтеза. В конечном итоге сторонники ИТЭР говорят, что он произведет в 10 раз больше энергии. Стивен Кривит решительно оспаривает это число и объясняет, почему. Плазма будет производить 1000% энергии, но это число не включает электричество для работы оборудования и электромагнитов. До сих пор производимая энергия не превышала потребляемую.
«Чтобы атомы вращались вокруг внутренней камеры машины, похожей на русскую матрешку, магнит пропустит через них 15 миллионов ампер электричества». В основе токамака ITER лежат дейтерий и тритий, положительно заряженные ионы, которые необходимо нагреть до невероятно экстремальных температур и столкнуть вместе. «Синтез - это процесс, при котором легкие ядра, такие как дейтерий (2H) и тритий (3H), объединяются, чтобы образовать гелий (4He) и нейтрон», - сказал физик и консультант токамака Колин Виндзор. объясняет. Этой реакции при очень высоких температурах будет способствовать 25 000 тонн оборудования ИТЭР.
Даже в этом объяснении Виндзор говорит, что солнечная и ветровая энергия упали в цене намного быстрее, чем предсказывали он и другие эксперты по термоядерному синтезу. Аргумент о том, что эти методы работают только в «непостоянные дни», становится все более и более слабым по мере того, как технологии хранения энергии возникают во всем мире. Энергия термоядерного синтеза через токамак тоже хрупка и может быть прерывистой.
Проекты во многих странах находятся на разных стадиях разработки, и хотя ИТЭР чрезвычайно амбициозен и пользуется поддержкой десятков стран, он также является своего рода «еловым гусем» в мире энергетики. Как ИТЭР вписывается в структуру небольших токамаков по всему миру? У нас есть 15 лет, чтобы это выяснить.
Токамак
Электростанции повсюду вырабатывают электричество путем преобразования механической энергии, такой как вращение турбины, в электрическую энергию. На угольной паровой станции при сжигании угля вода превращается в пар, а пар, в свою очередь, приводит в движение турбогенераторы для производства электроэнергии. Сегодня электростанции полагаются либо на ископаемое топливо, либо на ядерное деление, либо на возобновляемые источники, такие как гидроэнергетика.
Внутри токамака энергия, полученная при слиянии атомов, поглощается в виде тепла стенками сосуда. Как и обычная электростанция, термоядерная электростанция будет использовать это тепло для производства пара, а затем электричества с помощью турбин и генераторов. Однако мы еще не достигли цели. Эксплуатация ИТЭР позволит членам ИТЭР испытать работу с длинными импульсами и многие необходимые технологии в масштабе реактора, но машина не будет оборудована для производства электроэнергии.
Внутри под действием сильной жары и давления газообразное водородное топливо превращается в плазму - горячий, электрически заряженный газ. В звезде, как и в термоядерном устройстве, плазма создает среду, в которой легкие элементы могут сливаться и выделять энергию.
Заряженным частицам плазмы можно придавать форму и управлять ими с помощью массивных магнитных катушек, размещенных вокруг сосуда; физики используют это важное свойство, чтобы удерживать горячую плазму подальше от стенок сосуда. Термин «токамак» происходит от русского аббревиатуры «тороидальная камера с магнитными катушками» (тороидальная камера с магнитными катушками).
Для запуска процесса воздух и примеси сначала удаляются из вакуумной камеры. Затем заряжаются магнитные системы, которые помогают удерживать плазму и контролировать ее, и вводится газообразное топливо. Когда через сосуд проходит мощный электрический ток, газ электрически разрушается, становится ионизированным (электроны отрываются от ядер) и образует плазму.
Когда частицы плазмы получают энергию и сталкиваются, они также начинают нагреваться. Дополнительные методы нагрева помогают довести плазму до температуры плавления (от 150 до 300 миллионов ° C). Частицы, "возбужденные" до такой степени, могут преодолеть свое естественное электромагнитное отталкивание при столкновении с предохранитель, высвобождая огромное количество энергии.
Токамак, впервые разработанный советскими исследователями в конце 1960-х годов, был принят во всем мире как наиболее многообещающая конфигурация магнитного термоядерного устройства. ИТЭР станет крупнейшим токамаком в мире - в два раза больше, чем самая большая машина, работающая в настоящее время, и с объемом плазменной камеры в десять раз.
