Na muungano?

Ripoti za mwisho wa mwaka jana kuhusu ujenzi wa kinu kwa ajili ya usanisi na wataalamu wa Kichina zilisikika za kushtua (1). Vyombo vya habari vya serikali ya China viliripoti kuwa kituo cha HL-2M, kilicho katika kituo cha utafiti huko Chengdu, kitafanya kazi mnamo 2020. Toni ya ripoti za vyombo vya habari ilionyesha kuwa suala la upatikanaji wa nishati isiyoweza kuharibika ya fusion ya nyuklia ilitatuliwa milele.

Kuangalia kwa karibu maelezo husaidia kutuliza matumaini.

mpya vifaa vya aina ya tokamak, yenye muundo wa hali ya juu zaidi kuliko zile zinazojulikana hadi sasa, inapaswa kuzalisha plazima yenye joto zaidi ya nyuzi joto milioni 200. Hayo yametangazwa katika taarifa kwa vyombo vya habari na mkuu wa Taasisi ya Fizikia ya Kusini Magharibi ya Shirika la Kitaifa la Nyuklia la China Duan Xiuru. Kifaa hicho kitatoa msaada wa kiufundi kwa Wachina wanaofanya kazi kwenye mradi huo Reactor ya Kimataifa ya Majaribio ya Thermonuclear (ITER)pamoja na ujenzi.

Kwa hivyo nadhani bado sio mapinduzi ya nishati, ingawa yaliundwa na Wachina. Reactor KhL-2M hadi sasa ni machache yanajulikana. Hatujui pato la mafuta lililotabiriwa la kinu hiki ni au ni viwango gani vya nishati vinavyohitajika ili kutekeleza mmenyuko wa muunganisho wa nyuklia ndani yake. Hatujui jambo muhimu zaidi - je, kinu cha muunganisho cha Kichina ni muundo na usawa wa nishati chanya, au ni kinu kingine cha majaribio cha muunganisho ambacho huruhusu mmenyuko wa muunganisho, lakini wakati huo huo inahitaji nishati zaidi ya "kuwasha" kuliko nishati ambayo inaweza kupatikana kama matokeo ya athari.

Juhudi za kimataifa

Uchina, pamoja na Umoja wa Ulaya, Marekani, India, Japan, Korea Kusini na Urusi, ni wanachama wa mpango wa ITER. Huu ni mradi wa bei ghali zaidi kati ya miradi ya sasa ya utafiti wa kimataifa inayofadhiliwa na nchi zilizotajwa hapo juu, inayogharimu karibu dola bilioni 20. Ilifunguliwa kutokana na ushirikiano kati ya serikali za Mikhail Gorbachev na Ronald Reagan wakati wa Vita Baridi, na miaka mingi baadaye ilijumuishwa katika mkataba uliotiwa saini na nchi hizi zote mwaka wa 2006.

2. Katika tovuti ya ujenzi wa ITER tokamak

Mradi wa ITER katika Cadarache kusini mwa Ufaransa (2) unatengeneza tokamak kubwa zaidi duniani, yaani, chemba ya plasma ambayo lazima ifugwa kwa kutumia uga wenye nguvu wa sumaku unaotolewa na sumaku-umeme. Uvumbuzi huu ulianzishwa na Umoja wa Kisovyeti katika miaka ya 50 na 60. Meneja wa mradi, Lavan Koblenz, ilitangaza kwamba shirika linapaswa kupokea "plasma ya kwanza" kufikia Desemba 2025. ITER inapaswa kusaidia athari ya nyuklia kwa watu wapatao elfu 1 kila wakati. sekunde, kupata nguvu 500-1100 MW. Kwa kulinganisha, tokamak kubwa zaidi ya Uingereza hadi sasa, JETI (Torasi ya pamoja ya Uropa), huhifadhi majibu kwa makumi kadhaa ya sekunde na kupata nguvu hadi 16 MW. Nishati katika reactor hii itatolewa kwa namna ya joto - haifai kubadilishwa kuwa umeme. Uwasilishaji wa nguvu ya muunganisho kwenye gridi ya taifa si swali kwani mradi ni wa madhumuni ya utafiti pekee. Ni kwa msingi wa ITER tu kwamba kizazi cha baadaye cha mitambo ya nyuklia kitajengwa, kufikia nguvu. 3-4 elfu. MW.

Sababu kuu kwa nini mitambo ya kawaida ya fusion bado haipo (licha ya zaidi ya miaka sitini ya utafiti wa kina na wa gharama kubwa) ni ugumu wa kudhibiti na "kusimamia" tabia ya plasma. Walakini, miaka ya majaribio imetoa uvumbuzi mwingi muhimu, na leo nishati ya muunganisho inaonekana karibu zaidi kuliko hapo awali.

Ongeza heliamu-3, koroga na joto

ITER ndiyo lengo kuu la utafiti wa muunganisho wa kimataifa, lakini vituo vingi vya utafiti, makampuni na maabara za kijeshi pia vinafanyia kazi miradi mingine ya muunganisho ambayo inapotoka kwenye mbinu ya kitamaduni.

Kwa mfano, uliofanywa katika miaka ya hivi karibuni kutoka Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts majaribio na Helemu-3 kwenye tokamak alitoa matokeo ya kusisimua, ikiwa ni pamoja na ongezeko la nishati mara kumi ioni ya plasma. Wanasayansi wanaofanya majaribio kwenye tokamak ya C-Mod katika Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts, pamoja na wataalamu kutoka Ubelgiji na Uingereza, wameunda aina mpya ya mafuta ya nyuklia yenye aina tatu za ayoni. Timu Alcatel C-Mod (3) ilifanya utafiti nyuma mnamo Septemba 2016, lakini data kutoka kwa majaribio haya imechambuliwa hivi karibuni tu, ikionyesha ongezeko kubwa la nishati ya plasma. Matokeo hayo yalikuwa ya kutia moyo sana hivi kwamba wanasayansi wanaoendesha maabara kubwa zaidi ya ufanyaji kazi duniani, JET ya nchini Uingereza, waliamua kurudia majaribio hayo. Ongezeko sawa la nishati lilipatikana. Matokeo ya utafiti huo yamechapishwa katika jarida la Nature Fizikia.

3. Tokamak Alcator C-Mod inafanya kazi

Ufunguo wa kuongeza ufanisi wa mafuta ya nyuklia ulikuwa ni kuongeza kwa kiasi kidogo cha heliamu-3, isotopu thabiti ya heliamu, na neutroni moja badala ya mbili. Mafuta ya nyuklia yaliyotumiwa katika njia ya Alcator C hapo awali yalikuwa na aina mbili tu za ioni, deuterium na hidrojeni. Deuterium, isotopu thabiti ya hidrojeni iliyo na neutroni kwenye kiini chake (kinyume na hidrojeni bila neutroni), hufanya karibu 95% ya mafuta. Wanasayansi katika Kituo cha Utafiti wa Plasma na Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts (PSFC) walitumia mchakato unaoitwa RF inapokanzwa. Antena karibu na tokamak hutumia mzunguko maalum wa redio ili kusisimua chembe, na mawimbi yanarekebishwa ili "kulenga" ioni za hidrojeni. Kwa sababu hidrojeni hufanyiza sehemu ndogo sana ya msongamano wa jumla wa mafuta, kukazia sehemu ndogo tu ya ayoni inapokanzwa huruhusu viwango vya juu vya nishati kufikiwa. Zaidi ya hayo, ioni za hidrojeni zilizochochewa hupita kwenye ioni za deuterium zilizopo kwenye mchanganyiko, na chembe zinazoundwa kwa njia hii huingia kwenye shell ya nje ya reactor, ikitoa joto.

Ufanisi wa mchakato huu huongezeka wakati ioni za heliamu-3 zinaongezwa kwa mchanganyiko kwa kiasi cha chini ya 1%. Kwa kuzingatia inapokanzwa kwa redio kwa kiasi kidogo cha heliamu-3, wanasayansi waliinua nishati ya ions kwa megaelectronvolts (MeV).

Kwanza kuja - kwanza aliwahi Sawa katika Kirusi: Kula marehemu mgeni na mfupa

Kumekuwa na maendeleo mengi katika ulimwengu wa kazi ya muunganisho iliyodhibitiwa katika miaka michache iliyopita ambayo yamefufua matumaini ya wanasayansi na sisi sote hatimaye kufikia "Grail Takatifu" ya nishati.

Ishara nzuri ni pamoja na, miongoni mwa nyingine, uvumbuzi kutoka Maabara ya Fizikia ya Princeton Plasma (PPPL) ya Idara ya Nishati ya Marekani (DOE). Mawimbi ya redio yametumiwa kwa mafanikio makubwa ili kupunguza kwa kiasi kikubwa kinachojulikana kuwa mivurugo ya plasma, ambayo inaweza kuwa muhimu katika mchakato wa "kupamba" athari za nyuklia. Timu hiyo hiyo ya watafiti mnamo Machi 2019 iliripoti jaribio la lithiamu tokamak ambapo kuta za ndani za kinu cha majaribio zilipakwa lithiamu, nyenzo inayojulikana sana kutoka kwa betri zinazotumiwa sana katika vifaa vya elektroniki. Wanasayansi walibaini kuwa bitana ya lithiamu kwenye kuta za kinu huchukua chembe za plasma zilizotawanyika, na kuzizuia zisionyeshwe nyuma kwenye wingu la plasma na kuingiliana na athari za nyuklia.

4. Taswira ya mradi wa TAE Technologies

Wasomi kutoka taasisi kuu za kisayansi zinazoheshimika hata wamekuwa watu wenye matumaini katika matamshi yao. Hivi majuzi, pia kumekuwa na ongezeko kubwa la nia ya mbinu zinazodhibitiwa za muunganisho katika sekta ya kibinafsi. Mnamo mwaka wa 2018, Lockheed Martin alitangaza mpango wa kuunda mfano wa fusion Reactor (CFR) ndani ya muongo ujao. Ikiwa teknolojia ambayo kampuni inafanyia kazi itafanya kazi, kifaa cha ukubwa wa lori kitaweza kutoa umeme wa kutosha kukidhi mahitaji ya kifaa cha futi za mraba 100. wakazi wa jiji.

Makampuni mengine na vituo vya utafiti vinashindana kuona ni nani anayeweza kuunda kinu cha kwanza cha uunganishaji, ikijumuisha TAE Technologies na Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts. Hata Jeff Bezos wa Amazon na Bill Gates wa Microsoft hivi karibuni wamehusika katika miradi ya kuunganisha. Hivi majuzi, NBC News ilihesabu kampuni ndogo kumi na saba za kuunganisha pekee nchini Marekani. Startups kama vile General Fusion au Commonwealth Fusion Systems inaangazia vinu vidogo kulingana na watendaji wakuu wa ubunifu.

Dhana ya "fusion baridi" na mbadala kwa reactors kubwa, si tu tokamaks, lakini pia kinachojulikana. nyota, na muundo tofauti kidogo, uliojengwa pamoja na Ujerumani. Utafutaji wa mbinu tofauti pia unaendelea. Mfano wa hii ni kifaa kinachoitwa Z-bana, iliyojengwa na wanasayansi kutoka Chuo Kikuu cha Washington na kuelezewa katika moja ya matoleo ya hivi karibuni ya jarida la Fizikia Ulimwenguni. Z-bana hufanya kazi kwa kunasa na kubana plasma katika uga wenye nguvu wa sumaku. Katika jaribio, iliwezekana kuimarisha plasma kwa microseconds 16, na mmenyuko wa fusion uliendelea kwa karibu theluthi moja ya wakati huu. Maandamano hayo yalitakiwa kuonyesha kwamba usanisi wa kiwango kidogo unawezekana, ingawa wanasayansi wengi bado wana mashaka makubwa juu ya hili.

Kwa upande mwingine, kutokana na usaidizi wa Google na wawekezaji wengine wa teknolojia ya hali ya juu, kampuni ya California TAE Technologies hutumia tofauti, kuliko kawaida kwa majaribio ya kuunganisha, mchanganyiko wa mafuta ya boroni, ambazo zilitumiwa kutengeneza vinu vidogo na vya bei nafuu, hapo awali kwa madhumuni ya kinachojulikana kama injini ya roketi ya fusion. Kitendo cha mfano cha muunganisho wa silinda (4) yenye miale ya kaunta (CBFR), ambayo hupasha joto gesi ya hidrojeni ili kuunda pete mbili za plasma. Wanachanganya na vifurushi vya chembe za inert na huwekwa katika hali hiyo, ambayo inapaswa kuongeza nishati na uimara wa plasma.

Uanzishaji mwingine wa mchanganyiko General Fusion kutoka jimbo la Kanada la British Columbia anafurahia kuungwa mkono na Jeff Bezos mwenyewe. Kuweka tu, dhana yake ni kuingiza plasma ya moto ndani ya mpira wa chuma kioevu (mchanganyiko wa lithiamu na risasi) ndani ya mpira wa chuma, baada ya hapo plasma inasisitizwa na pistoni, sawa na injini ya dizeli. Shinikizo linaloundwa linapaswa kusababisha muunganisho, ambao utatoa kiasi kikubwa cha nishati ili kuwasha mitambo ya aina mpya ya mtambo wa nguvu. Mike Delage, afisa mkuu wa teknolojia katika General Fusion, anasema muunganisho wa kibiashara wa nyuklia unaweza kuanza baada ya miaka kumi.

5. Mchoro kutoka kwa hati miliki ya thermonuclear ya Navy ya Marekani.

Hivi majuzi, Jeshi la Wanamaji la Merika pia liliwasilisha hati miliki ya "kifaa cha kuunganisha plasma". Patent inazungumza juu ya uwanja wa sumaku kuunda "mtetemo wa kasi" (5) Wazo ni kujenga vinu vya muunganisho vidogo vya kutosha kubebeka. Bila kusema, ombi hili la hataza lilitimizwa kwa mashaka.