2 просмотров

Мечтайте о неограниченной чистой энергии ядерного синтеза в пределах досягаемости

Старая шутка состоит в том, что до ядерного синтеза всегда 30 лет. Тем не менее, мечта об изобилии чистой энергии не повод для смеха, поскольку мы встречаемся с исследователем ИТЭР, чтобы узнать о прогрессе на реакторной установке.

27 июня 2022 г.
Гарет Уиллмер

Энергия ядерного синтеза может стать ключевым устойчивым источником энергии в дополнение к возобновляемым источникам энергии. Во Франции строится крупнейший в мире термоядерный эксперимент ITER. © Организация ИТЭР, http://www.iter.org/

Солнце подпитывало жизнь на Земле в течение миллиардов лет, создавая свет и тепло посредством ядерного синтеза.Учитывая эту невероятную мощность и долговечность, вряд ли может быть лучший способ генерировать энергию, чем использование тех же ядерных процессов, которые происходят в нашей собственной и других звездах.

Ядерные термоядерные реакторы стремятся воспроизвести этот процесс, сплавляя атомы водорода для создания гелия, высвобождая энергию в виде тепла. Поддержание этого в масштабе может создать безопасный, чистый, почти неиссякаемый источник энергии.

Поиски начались несколько десятилетий назад, но может ли давняя шутка о том, что до ядерного синтеза всегда оставалось 30 лет, вскоре начать казаться устаревшей?

Некоторые надеются на это после крупного прорыва во время эксперимента по ядерному синтезу в конце 2021 года. Это произошло в исследовательском центре Joint European Torus (JET) в Оксфордшире, Великобритания, на гигантской машине в форме пончика, называемой токамак.

Статья в тему:  Какая из перечисленных стран не обладает ядерным оружием?

Внутри образуются перегретые газы, называемые плазмой, в которых происходят реакции синтеза, содержащие заряженные частицы, которые удерживаются на месте мощными магнитными полями. Такая плазма может достигать температуры 150 миллионов градусов по Цельсию, что непостижимо в 10 раз горячее, чем ядро ​​Солнца.

Исследователи из консорциума EUROfusion выпустили рекордные 59 мегаджоулей (МДж) энергии термоядерного синтеза в результате продолжительного пятисекундного взрыва. Это почти втрое превышает предыдущий рекорд в 21,7 МДж, установленный на том же объекте в 1997 году, а результаты преподносятся как «самая яркая демонстрация за четверть века потенциала термоядерной энергии для обеспечения безопасной и устойчивой низкоуглеродной энергии». Перейдите по ссылке, чтобы узнать больше об успешном эксперименте по ядерному синтезу в JET.

Результаты обеспечили значительный импульс в преддверии следующего этапа развития ядерного синтеза. Более крупная и продвинутая версия JET, известная как ITER (что на латыни означает «Путь»), строится на участке площадью 180 гектаров в Сен-Поль-ле-Дюранс на юге Франции.

ИТЭР, который строится в результате сотрудничества 35 стран, в том числе стран ЕС, направлен на дальнейшее укрепление концепции термоядерного синтеза.Это одна из самых сложных машин, когда-либо созданных. Планировалось, что она начнет генерировать свою первую плазму в 2025 году, а в 2035 году начнет работать на большой мощности, хотя исследователи проекта ожидают некоторых задержек из-за пандемии.

Вид на плазму экспериментального термоядерного реактора JET. © Консорциум EUROfusion (2022)

Вид на плазму экспериментального термоядерного реактора JET. © Консорциум EUROfusion (2022)

Статья в тему:  Сколько ядерных боеголовок у пакистана

Основная веха

Результаты JET представляют собой важную веху, сказал профессор Тони Донне, руководитель программы проекта EUROfusion, крупного консорциума из 4 800 экспертов, студентов и объектов по всей Европе. «Это огромная веха — самая большая за долгое время», — сказал он.

«Это подтвердило все моделирование, так что это действительно повысило уверенность в том, что ИТЭР будет работать и делать то, для чего он предназначен». производит энергию.

Результаты стали кульминацией многолетней подготовки. Профессор Донне объяснил, что одним из ключевых достижений с 1997 года стало изменение внутренней стенки сосуда JET.

Это огромная веха в ядерном синтезе — крупнейшая за долгое время. Это подтверждено всем моделированием.

Проф. Тони Донне, EUROfusion

Раньше стена была сделана из углерода, но он оказался слишком реактивным с топливной смесью дейтерия и трития, двух более тяжелых изотопов или вариантов водорода, используемых в реакции синтеза. Это привело к образованию углеводородов, запирающих тритиевое топливо в стенке.

При реконструкции, которая включала 16 000 компонентов и 4 000 тонн металла, углерод был заменен бериллием и вольфрамом, чтобы уменьшить удержание трития. В конце концов, команде удалось многократно сократить количество захваченного топлива, что способствовало успеху недавнего термоядерного выстрела.

ДЕМО-запуск

В рамках подготовки к следующему этапу эпического путешествия термоядерного синтеза обновления до JET обеспечили соответствие его конфигурации планам ITER.В будущем следующим шагом после ИТЭР станет демонстрационная электростанция, известная как DEMO, предназначенная для подачи электроэнергии в сеть, что приведет к тому, что термоядерные установки станут коммерческой и промышленной реальностью.

Статья в тему:  Почему правильнее называть митоз ядерной репликацией?

«ИТЭР — это устройство, которое будет производить в 10 раз больше энергии синтеза, чем энергия, используемая для нагрева плазмы», — сказал профессор Донне. «Но поскольку это экспериментальный объект, он не будет поставлять электроэнергию в сеть. Для этого нам понадобится другое устройство, которое мы называем DEMO. Это действительно подведет нас к основам первого поколения термоядерных электростанций».

Профессор Донне добавил: «Теперь JET показал, что синтез возможен. ИТЭР должен показать, что он осуществим, а DEMO должен продемонстрировать, что он действительно работает».

Планируя обеспечить до 500 мегаватт (МВт) в сеть, он считает реалистичным запуск DEMO примерно в 2050 году. «Мы надеемся построить DEMO намного быстрее, чем мы построили ИТЭР, используя (используя) извлеченные уроки, ' он сказал.

Тем не менее, есть и другие ключевые проблемы, которые необходимо преодолеть на пути к созданию и запуску ядерного синтеза. Не в последнюю очередь это то, что в то время как дейтерия много в морской воде, трития крайне мало и его трудно производить.

Если мы запустим термоядерный синтез, то действительно у нас будет очень безопасный и чистый источник энергии, который может давать нам энергию на тысячи лет.

Проф. Тони Донне, EUROfusion

Поэтому исследователи планируют разработать способ его генерации внутри токамака, используя «подстилку», содержащую литий. Идея состоит в том, что нейтроны высокой энергии от реакций синтеза будут взаимодействовать с литием с образованием трития.

Статья в тему:  Почему не произошло предотвращение ядерного терроризма

Необходимая энергия

Профессор Донне сказал, что термоядерный синтез может стать основным экологичным и устойчивым источником энергии в будущем. — Я бы сказал, что это необходимо, — сказал он. «Я не уверен, что к 2050 году мы сможем перейти на углекислый газ, используя только возобновляемые источники энергии, и нам нужны другие вещи».

И хотя он говорит, что нынешний метод создания ядерной энергии путем деления становится все безопаснее и безопаснее, у синтеза есть ключевые преимущества. Сторонники ИТЭР говорят о таких преимуществах, как отсутствие риска расплавления, добавляя, что ядерный синтез не производит долгоживущих радиоактивных отходов и что материалы реактора можно перерабатывать или повторно использовать в течение 100–300 лет.

«Это определенно намного безопаснее», — сказал профессор Донне. Ссылаясь на стигму, которую несет ядерная энергия, он сказал: «Когда мы общаемся с общественностью, мы видим, что люди очень часто не слышали о ядерном синтезе. Но когда мы объясняем все «за» и «против», я думаю, люди становятся позитивными».

Ссылаясь на Льва Арцимовича, которого называют «отцом токамака», он сказал: «Арцимович всегда говорил, что термоядерный синтез будет, когда он действительно понадобится обществу. Если мы запустим термоядерный синтез, то действительно у нас будет очень безопасный и чистый источник энергии, который может давать нам энергию на тысячи лет».

Смотреть видео

голоса
Рейтинг статьи
Статья в тему:  Почему атомная энергетика лучше ископаемого топлива
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x