थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर की जानकारी। रोड टू द सन - फ्रांस में दुनिया भर में फ्यूजन रिएक्टर का निर्माण

आज कई देश थर्मोन्यूक्लियर अनुसंधान में भाग लेते हैं। नेता यूरोपीय संघ, संयुक्त राज्य अमेरिका, रूस और जापान हैं, जबकि चीन, ब्राजील, कनाडा और कोरिया के कार्यक्रम तेजी से बढ़ रहे हैं। प्रारंभ में, यूएस और यूएसएसआर में फ्यूजन रिएक्टर परमाणु हथियारों के विकास से जुड़े थे और 1958 में जिनेवा में आयोजित शांति सम्मेलन के लिए परमाणुओं तक वर्गीकृत बने रहे। सोवियत टोकामक के निर्माण के बाद, 1970 के दशक में परमाणु संलयन अनुसंधान एक "बड़ा विज्ञान" बन गया। लेकिन उपकरणों की लागत और जटिलता इस हद तक बढ़ गई है कि अंतर्राष्ट्रीय सहयोग ही आगे बढ़ने का एकमात्र रास्ता बन गया है।

दुनिया में थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर

1970 के दशक की शुरुआत में, संलयन ऊर्जा के व्यावसायिक उपयोग को लगातार 40 साल पीछे धकेल दिया गया। हालाँकि, हाल के वर्षों में बहुत कुछ हुआ है, जिसके कारण इस अवधि को कम किया जा सकता है।

कई टोकामक बनाए गए हैं, जिनमें यूरोपीय जेट, ब्रिटिश एमएएसटी और प्रिंसटन, यूएसए में प्रायोगिक संलयन रिएक्टर टीएफटीआर शामिल हैं। अंतरराष्ट्रीय आईटीईआर परियोजना वर्तमान में फ्रांस के कैडराचे में निर्माणाधीन है। 2020 में चालू होने पर यह सबसे बड़ा टोकामक बन जाएगा। 2030 में CFETR को चीन में बनाया जाएगा, जो ITER को पीछे छोड़ देगा। इस बीच, पीआरसी पूर्व प्रयोगात्मक सुपरकंडक्टिंग टोकामक पर शोध कर रहा है।

एक अन्य प्रकार के फ्यूजन रिएक्टर - स्टेलेटर्स - भी शोधकर्ताओं के बीच लोकप्रिय हैं। सबसे बड़े एलएचडी में से एक ने 1998 में जापानी राष्ट्रीय संस्थान में काम करना शुरू किया। इसका उपयोग सबसे अच्छा चुंबकीय प्लाज्मा कारावास विन्यास खोजने के लिए किया जाता है। जर्मन मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट ने 1988 और 2002 के बीच गार्चिंग में वेंडेलस्टीन 7-एएस रिएक्टर पर और वर्तमान में वेंडेलस्टीन 7-एक्स पर शोध किया, जो 19 से अधिक वर्षों से निर्माणाधीन है। मैड्रिड, स्पेन में एक अन्य TJII तारकीय प्रचालन में है। अमेरिका में, प्रिंसटन लेबोरेटरी (पीपीपीएल), जहां इस प्रकार का पहला फ्यूजन रिएक्टर 1951 में बनाया गया था, लागत में वृद्धि और धन की कमी के कारण 2008 में एनसीएसएक्स का निर्माण रोक दिया गया था।

इसके अलावा, जड़त्वीय थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन में अनुसंधान में महत्वपूर्ण प्रगति हुई है। नेशनल न्यूक्लियर सिक्योरिटी एडमिनिस्ट्रेशन द्वारा वित्त पोषित लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी (एलएलएनएल) में $ 7 बिलियन नेशनल इग्निशन फैसिलिटी (एनआईएफ) का निर्माण मार्च 2009 में पूरा हुआ था। फ्रेंच लेजर मेगाजूल (एलएमजे) ने अक्टूबर 2014 में काम करना शुरू किया था। फ्यूजन रिएक्टर एक परमाणु संलयन प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए कुछ मिलीमीटर आकार के लक्ष्य के लिए एक सेकंड के कुछ अरबवें हिस्से में लेजर द्वारा वितरित लगभग 2 मिलियन जूल प्रकाश ऊर्जा का उपयोग करते हैं। NIF और LMJ का मुख्य कार्य राष्ट्रीय सैन्य परमाणु कार्यक्रमों का समर्थन करने के लिए अनुसंधान करना है।

आईटीईआर

1985 में, सोवियत संघ ने यूरोप, जापान और संयुक्त राज्य अमेरिका के सहयोग से अगली पीढ़ी के टोकामक के निर्माण का प्रस्ताव रखा। यह कार्य IAEA के तत्वावधान में किया गया था। 1988 और 1990 के बीच, अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर प्रायोगिक रिएक्टर, ITER, जिसका लैटिन में अर्थ "पथ" या "यात्रा" भी है, के लिए पहला डिज़ाइन यह साबित करने के लिए बनाया गया था कि संलयन जितना ऊर्जा अवशोषित कर सकता है उससे अधिक ऊर्जा का उत्पादन कर सकता है। कनाडा और कजाकिस्तान ने भी भाग लिया, क्रमशः यूरेटॉम और रूस द्वारा मध्यस्थता की गई।

छह साल बाद, आईटीईआर बोर्ड ने स्थापित भौतिकी और प्रौद्योगिकी पर आधारित पहली व्यापक रिएक्टर परियोजना को मंजूरी दी, जिसकी कीमत 6 अरब डॉलर थी। फिर अमेरिका संघ से हट गया, जिसने उन्हें लागत को आधा करने और परियोजना को बदलने के लिए मजबूर किया। परिणाम ITER-FEAT था, जिसकी लागत $3 बिलियन थी, लेकिन आत्मनिर्भर प्रतिक्रिया और एक सकारात्मक शक्ति संतुलन प्राप्त करना।

2003 में, संयुक्त राज्य अमेरिका संघ में फिर से शामिल हो गया, और चीन ने इसमें भाग लेने की अपनी इच्छा की घोषणा की। नतीजतन, 2005 के मध्य में, साझेदार दक्षिणी फ्रांस के कैडराचे में आईटीईआर के निर्माण के लिए सहमत हुए। यूरोपीय संघ और फ्रांस ने €12.8bn का आधा योगदान दिया, जबकि जापान, चीन, दक्षिण कोरिया, अमेरिका और रूस ने 10% प्रत्येक का योगदान दिया। जापान ने उच्च-तकनीकी घटक प्रदान किए, सामग्री परीक्षण के लिए €1 बिलियन IFMIF सुविधा की मेजबानी की, और अगले परीक्षण रिएक्टर के निर्माण का अधिकार था। आईटीईआर की कुल लागत में निर्माण के 10 साल की लागत का आधा और संचालन के 20 साल की लागत का आधा हिस्सा शामिल है। भारत 2005 के अंत में आईटीईआर का सातवां सदस्य बना।

चुंबक सक्रियण से बचने के लिए हाइड्रोजन का उपयोग करके 2018 में प्रयोग शुरू होने चाहिए। 2026 से पहले डी-टी प्लाज्मा के उपयोग की उम्मीद नहीं है।

ITER का लक्ष्य बिजली पैदा किए बिना 50 MW से कम इनपुट पावर का उपयोग करके 500 MW (कम से कम 400 s के लिए) उत्पन्न करना है।

डेमो का दो गीगावाट प्रदर्शन बिजली संयंत्र निरंतर आधार पर बड़े पैमाने पर उत्पादन करेगा। डेमो का कॉन्सेप्ट डिजाइन 2017 तक पूरा हो जाएगा, जिसका निर्माण 2024 में शुरू होगा। लॉन्च 2033 में होगा।

जेट

1978 में, EU (यूरेटॉम, स्वीडन और स्विटजरलैंड) ने यूके में एक संयुक्त यूरोपीय JET परियोजना शुरू की। जेट आज दुनिया में सबसे बड़ा ऑपरेटिंग टोकामक है। इसी तरह का एक जेटी-60 रिएक्टर जापान के नेशनल फ्यूजन फ्यूजन इंस्टीट्यूट में संचालित होता है, लेकिन केवल जेईटी ही ड्यूटेरियम-ट्रिटियम ईंधन का उपयोग कर सकता है।

रिएक्टर 1983 में लॉन्च किया गया था, और पहला प्रयोग बन गया, जिसके परिणामस्वरूप, नवंबर 1991 में, एक सेकंड के लिए 16 मेगावाट तक की शक्ति के साथ थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन को नियंत्रित किया गया और एक ड्यूटेरियम पर 5 मेगावाट की स्थिर शक्ति की गई- ट्रिटियम प्लाज्मा। विभिन्न ताप योजनाओं और अन्य तकनीकों का अध्ययन करने के लिए कई प्रयोग किए गए हैं।

JET में और सुधार इसकी शक्ति को बढ़ाने के लिए हैं। MAST कॉम्पैक्ट रिएक्टर को JET के साथ मिलकर विकसित किया जा रहा है और यह ITER परियोजना का हिस्सा है।

कश्मीर स्टार

K-STAR डेजॉन में नेशनल फ्यूजन रिसर्च इंस्टीट्यूट (NFRI) का एक कोरियाई सुपरकंडक्टिंग टोकामक है, जिसने 2008 के मध्य में अपना पहला प्लाज्मा तैयार किया था। ITER, जो अंतर्राष्ट्रीय सहयोग का परिणाम है। 1.8 मीटर त्रिज्या टोकामक Nb3Sn सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट का उपयोग करने वाला पहला रिएक्टर है, जैसा कि ITER में उपयोग किए जाने की योजना है। पहले चरण के दौरान, 2012 तक पूरा हुआ, K-STAR को बुनियादी तकनीकों की व्यवहार्यता साबित करनी थी और 20 s तक की अवधि के साथ प्लाज्मा दालों को प्राप्त करना था। दूसरे चरण (2013-2017) में, इसे एच मोड में 300 एस तक लंबी दालों का अध्ययन करने और उच्च प्रदर्शन एटी मोड में संक्रमण के लिए अपग्रेड किया जा रहा है। तीसरे चरण (2018-2023) का लक्ष्य निरंतर पल्स मोड में उच्च प्रदर्शन और दक्षता हासिल करना है। चौथे चरण (2023-2025) में डेमो प्रौद्योगिकियों का परीक्षण किया जाएगा। डिवाइस ट्रिटियम सक्षम नहीं है और डी-टी ईंधन का उपयोग नहीं करता है।

कश्मीर डेमो

यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी के प्रिंसटन प्लाज़्मा फिजिक्स लेबोरेटरी (पीपीपीएल) और दक्षिण कोरिया के एनएफआरआई के सहयोग से विकसित, के-डीईएमओ आईटीईआर के बाद वाणिज्यिक रिएक्टरों के विकास में अगला कदम है, और यह पहला बिजली संयंत्र होगा जो उत्पादन करने में सक्षम होगा विद्युत ग्रिड में बिजली, अर्थात् कुछ हफ्तों के भीतर 1 मिलियन किलोवाट। इसका व्यास 6.65 मीटर होगा और इसमें डेमो प्रोजेक्ट के हिस्से के रूप में एक प्रजनन क्षेत्र मॉड्यूल बनाया जाएगा। कोरियाई शिक्षा, विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय ने इसमें लगभग एक ट्रिलियन कोरियाई वोन (941 मिलियन डॉलर) का निवेश करने की योजना बनाई है।

पूर्व

हेफ़ेई में चीनी भौतिकी संस्थान में चीनी प्रायोगिक उन्नत सुपरकंडक्टिंग टोकामक (ईएएसटी) ने 50 मिलियन डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक हाइड्रोजन प्लाज्मा बनाया और इसे 102 सेकंड के लिए रखा।

टीएफटीआर

अमेरिकी प्रयोगशाला PPPL में, प्रायोगिक संलयन रिएक्टर TFTR 1982 से 1997 तक संचालित हुआ। दिसंबर 1993 में, टीएफटीआर ड्यूटेरियम-ट्रिटियम प्लाज्मा के साथ व्यापक प्रयोग करने वाला पहला चुंबकीय टोकामक बन गया। अगले वर्ष, रिएक्टर ने एक रिकॉर्ड 10.7 मेगावाट नियंत्रणीय शक्ति का उत्पादन किया, और 1995 में 510 मिलियन डिग्री सेल्सियस का तापमान रिकॉर्ड तक पहुंच गया। हालांकि, सुविधा ने ब्रेक-ईवन फ्यूजन ऊर्जा के लक्ष्य को हासिल नहीं किया, लेकिन हार्डवेयर डिजाइन लक्ष्यों को सफलतापूर्वक पूरा किया, जिससे आईटीईआर के विकास में महत्वपूर्ण योगदान हुआ।

एलएचडी

टोकी में जापान के नेशनल फ्यूजन फ्यूजन इंस्टीट्यूट में एलएचडी, गिफू प्रीफेक्चर दुनिया का सबसे बड़ा तारकीय यंत्र था। फ्यूजन रिएक्टर 1998 में लॉन्च किया गया था और इसने अन्य बड़ी सुविधाओं की तुलना में प्लाज्मा कारावास गुणों का प्रदर्शन किया है। 13.5 केवी (लगभग 160 मिलियन डिग्री सेल्सियस) का आयन तापमान और 1.44 एमजे की ऊर्जा हासिल की गई थी।

वेंडेलस्टीन 7-X

2015 के अंत में शुरू हुए एक साल के परीक्षण के बाद, हीलियम का तापमान संक्षेप में 1 मिलियन डिग्री सेल्सियस तक पहुंच गया। 2016 में, एक हाइड्रोजन प्लाज्मा फ्यूजन रिएक्टर, 2 मेगावाट बिजली का उपयोग करते हुए, एक सेकंड के एक चौथाई के भीतर 80 मिलियन डिग्री सेल्सियस के तापमान पर पहुंच गया। W7-X दुनिया का सबसे बड़ा तारकीय यंत्र है और इसे लगातार 30 मिनट तक संचालित करने की योजना है। रिएक्टर की लागत 1 बिलियन € थी।

n यदि

लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी (एलएलएनएल) में राष्ट्रीय इग्निशन सुविधा (एनआईएफ) मार्च 2009 में पूरी हुई थी। अपने 192 लेजर बीम का उपयोग करते हुए, एनआईएफ किसी भी पिछले लेजर सिस्टम की तुलना में 60 गुना अधिक ऊर्जा केंद्रित करने में सक्षम है।

शीत परमाणु संलयन

मार्च 1989 में, दो शोधकर्ताओं, अमेरिकी स्टेनली पोंस और ब्रिटिश मार्टिन फ्लेशमैन ने घोषणा की कि उन्होंने कमरे के तापमान पर संचालित एक साधारण बेंचटॉप कोल्ड फ्यूजन रिएक्टर लॉन्च किया है। इस प्रक्रिया में पैलेडियम इलेक्ट्रोड का उपयोग करके भारी पानी का इलेक्ट्रोलिसिस शामिल था, जिस पर ड्यूटेरियम नाभिक उच्च घनत्व पर केंद्रित थे। शोधकर्ताओं का दावा है कि गर्मी का उत्पादन किया गया था जिसे केवल परमाणु प्रक्रियाओं के संदर्भ में समझाया जा सकता था, और हीलियम, ट्रिटियम और न्यूट्रॉन सहित संलयन उप-उत्पाद थे। हालांकि, अन्य प्रयोगकर्ता इस अनुभव को दोहराने में विफल रहे। अधिकांश वैज्ञानिक समुदाय यह नहीं मानते हैं कि शीत संलयन रिएक्टर वास्तविक हैं।

कम ऊर्जा परमाणु प्रतिक्रियाएं

"कोल्ड फ्यूजन" के दावों से शुरू हुआ, अनुसंधान कुछ अनुभवजन्य समर्थन के साथ कम-ऊर्जा क्षेत्र में जारी है, लेकिन कोई स्वीकृत वैज्ञानिक स्पष्टीकरण नहीं है। जाहिर है, कमजोर परमाणु बातचीत का उपयोग न्यूट्रॉन बनाने और पकड़ने के लिए किया जाता है (और एक शक्तिशाली बल नहीं, जैसा कि या उनके संश्लेषण में)। प्रयोगों में उत्प्रेरक बिस्तर के माध्यम से हाइड्रोजन या ड्यूटेरियम को पार करना और धातु के साथ प्रतिक्रिया करना शामिल है। शोधकर्ताओं ने ऊर्जा की एक देखी गई रिलीज की रिपोर्ट की। मुख्य व्यावहारिक उदाहरण गर्मी की रिहाई के साथ निकल पाउडर के साथ हाइड्रोजन की बातचीत है, जिसकी मात्रा किसी भी रासायनिक प्रतिक्रिया से अधिक हो सकती है।

क्या थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा आवश्यक है?

सभ्यता के विकास के इस चरण में, हम सुरक्षित रूप से कह सकते हैं कि मानवता एक "ऊर्जा चुनौती" का सामना कर रही है। यह एक साथ कई मूलभूत कारकों के कारण होता है:

मानवता अब भारी मात्रा में ऊर्जा की खपत करती है.

— वैश्विक ऊर्जा खपत तेजी से बढ़ रही है.

अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी (2006) के पूर्वानुमान के अनुसार, 2030 तक विश्व ऊर्जा खपत में 50% की वृद्धि होनी चाहिए।

— वर्तमान में, दुनिया द्वारा खपत की जाने वाली ऊर्जा का 80% जीवाश्म ईंधन (तेल, कोयला और गैस) को जलाने से बनता है।), जिसके उपयोग से संभावित रूप से विनाशकारी पर्यावरणीय परिवर्तनों का जोखिम होता है।

सऊदी अरब के लोगों के बीच निम्नलिखित चुटकुला लोकप्रिय है: “मेरे पिता ऊंट की सवारी करते थे। मेरे पास एक कार है, और मेरा बेटा पहले से ही एक विमान उड़ा रहा है। परन्तु अब उसका पुत्र फिर ऊँट पर सवार होगा।”

ऐसा प्रतीत होता है, क्योंकि सभी गंभीर पूर्वानुमानों के अनुसार दुनिया के तेल भंडार लगभग 50 वर्षों में समाप्त हो जाएंगे।

अमेरिकी भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण के अनुमानों के आधार पर भी (यह पूर्वानुमान दूसरों की तुलना में बहुत अधिक आशावादी है), विश्व तेल उत्पादन की वृद्धि अगले 20 वर्षों से अधिक नहीं रहेगी (अन्य विशेषज्ञों का अनुमान है कि उत्पादन के चरम पर पहुंच जाएगा) 5-10 वर्ष), जिसके बाद उत्पादित तेल की मात्रा लगभग 3% प्रति वर्ष की दर से घटने लगेगी। प्राकृतिक गैस के उत्पादन की संभावनाएं बहुत बेहतर नहीं दिख रही हैं। आमतौर पर यह कहा जाता है कि हमारे पास अगले 200 वर्षों के लिए पर्याप्त कठोर कोयला होगा, लेकिन यह पूर्वानुमान उत्पादन और खपत के मौजूदा स्तर को बनाए रखने पर आधारित है। इस बीच, कोयले की खपत अब प्रति वर्ष 4.5% बढ़ रही है, जो 200 वर्ष की उल्लिखित अवधि को तुरंत घटाकर केवल 50 वर्ष कर देती है।

इस प्रकार, पहले से ही हमें जीवाश्म ईंधन के उपयोग के युग के अंत की तैयारी करनी चाहिए।

दुर्भाग्य से, वर्तमान में मौजूद वैकल्पिक ऊर्जा स्रोत मानव जाति की बढ़ती जरूरतों को पूरा करने में सक्षम नहीं हैं। सबसे आशावादी अनुमानों के अनुसार, सूचीबद्ध स्रोतों द्वारा उत्पन्न ऊर्जा की अधिकतम मात्रा (निर्दिष्ट ऊष्मा समतुल्य में) केवल 3 TW (पवन), 1 TW (हाइड्रो), 1 TW (जैविक स्रोत) और 100 GW (भूतापीय और अपतटीय प्रतिष्ठान)। अतिरिक्त ऊर्जा की कुल मात्रा (इस सबसे इष्टतम पूर्वानुमान में भी) केवल लगभग 6 TW है। साथ ही, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि नए ऊर्जा स्रोतों का विकास एक बहुत ही जटिल तकनीकी कार्य है, इसलिए उनके द्वारा उत्पादित ऊर्जा की लागत किसी भी मामले में कोयले के सामान्य दहन आदि से अधिक होगी। यह काफी लगता है स्पष्ट है कि

मानवता को ऊर्जा के कुछ अन्य स्रोतों की तलाश करनी चाहिए, जिन्हें वर्तमान में केवल सूर्य और थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन प्रतिक्रियाएं ही माना जा सकता है।

संभावित रूप से, सूर्य ऊर्जा का लगभग अटूट स्रोत है। ग्रह की सतह के केवल 0.1% पर गिरने वाली ऊर्जा की मात्रा 3.8 TW के बराबर है (भले ही इसे केवल 15% की दक्षता के साथ परिवर्तित किया गया हो)। समस्या इस ऊर्जा को पकड़ने और परिवर्तित करने में हमारी अक्षमता में निहित है, जो सौर पैनलों की उच्च लागत और आवश्यक क्षेत्रों में प्राप्त ऊर्जा के संचय, भंडारण और आगे हस्तांतरण की समस्याओं के साथ जुड़ी हुई है।

वर्तमान में, परमाणु ऊर्जा संयंत्र परमाणु नाभिक की विखंडन प्रतिक्रियाओं के दौरान जारी ऊर्जा को बड़े पैमाने पर प्राप्त करते हैं। मेरा मानना है कि ऐसे स्टेशनों के निर्माण और विकास को हर संभव तरीके से प्रोत्साहित किया जाना चाहिए, हालांकि, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि उनके संचालन के लिए सबसे महत्वपूर्ण सामग्री (सस्ते यूरेनियम) में से एक के भंडार का भी पूरी तरह से उपयोग किया जा सकता है। अगले 50 साल।

विकास का एक अन्य महत्वपूर्ण क्षेत्र परमाणु संलयन (नाभिक संलयन) का उपयोग है, जो अब मुक्ति के लिए मुख्य आशा के रूप में कार्य करता है, हालांकि पहले थर्मोन्यूक्लियर बिजली संयंत्रों के निर्माण का समय अभी भी अनिश्चित है। यह व्याख्यान इसी विषय को समर्पित है।

परमाणु संलयन क्या है?

परमाणु संलयन, जो सूर्य और सितारों के अस्तित्व का आधार है, सामान्य रूप से ब्रह्मांड के विकास के लिए संभावित रूप से ऊर्जा का एक अटूट स्रोत है। रूस में किए गए प्रयोग (रूस टोकामक फ्यूजन सुविधा का जन्मस्थान है), संयुक्त राज्य अमेरिका, जापान, जर्मनी, साथ ही यूके में संयुक्त यूरोपीय टोरस (जेईटी) कार्यक्रम के हिस्से के रूप में, जो प्रमुख शोध कार्यक्रमों में से एक है। दुनिया में, दिखाएं कि परमाणु संलयन न केवल मानव जाति की वर्तमान ऊर्जा जरूरतों (16 TW) को प्रदान कर सकता है, बल्कि ऊर्जा की एक बड़ी मात्रा भी प्रदान कर सकता है।

परमाणु संलयन की ऊर्जा बहुत वास्तविक है, और मुख्य प्रश्न यह है कि क्या हम पर्याप्त रूप से विश्वसनीय और लागत प्रभावी थर्मोन्यूक्लियर सुविधाएं बना सकते हैं।

परमाणु संलयन की प्रक्रियाएं एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा की रिहाई के साथ हल्के परमाणु नाभिक के भारी मात्रा में संलयन की प्रतिक्रियाएं हैं।

सबसे पहले, उनमें से हाइड्रोजन के दो समस्थानिकों (ड्यूटेरियम और ट्रिटियम) के बीच प्रतिक्रिया पर ध्यान दिया जाना चाहिए, जो पृथ्वी पर बहुत आम है, जिसके परिणामस्वरूप हीलियम बनता है और एक न्यूट्रॉन निकलता है। प्रतिक्रिया निम्नलिखित रूप में लिखी जा सकती है:

D + T = 4 He + n + ऊर्जा (17.6 MeV)।

जारी ऊर्जा, इस तथ्य से उत्पन्न होती है कि हीलियम -4 में बहुत मजबूत परमाणु बंधन हैं, सामान्य गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, जो न्यूट्रॉन और हीलियम -4 नाभिक के बीच 14.1 MeV / 3.5 MeV के अनुपात में वितरित होती है।

संलयन प्रतिक्रिया शुरू करने (प्रज्वलित) करने के लिए, ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के मिश्रण से गैस को 100 मिलियन डिग्री सेल्सियस (हम इसे एम डिग्री के रूप में निरूपित करेंगे) से ऊपर के तापमान पर पूरी तरह से आयनित और गर्म करना आवश्यक है, जो लगभग पांच गुना अधिक है। सूर्य के केंद्र के तापमान की तुलना में। पहले से ही कई हजार डिग्री के तापमान पर, अंतर-परमाणु टकराव परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों के बाहर निकलने की ओर ले जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अलग-अलग नाभिक और इलेक्ट्रॉनों का मिश्रण बनता है, जिसे प्लाज्मा के रूप में जाना जाता है, जिसमें सकारात्मक रूप से चार्ज और उच्च ऊर्जा वाले ड्यूटेरॉन और ट्राइटन (अर्थात, ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के नाभिक) एक मजबूत पारस्परिक प्रतिकर्षण का अनुभव करते हैं। हालांकि, प्लाज्मा का उच्च तापमान (और आयनों की संबद्ध उच्च ऊर्जा) इन ड्यूटेरियम और ट्रिटियम आयनों को कूलम्ब प्रतिकर्षण को दूर करने और एक दूसरे से टकराने की अनुमति देता है। 100 एम डिग्री से ऊपर के तापमान पर, सबसे "ऊर्जावान" ड्यूटेरॉन और ट्राइटन इतनी नज़दीकी दूरी पर टकराव में एक-दूसरे से संपर्क करते हैं कि शक्तिशाली परमाणु बल उनके बीच कार्य करना शुरू कर देते हैं, जिससे उन्हें एक दूसरे के साथ एक पूरे में विलय करने के लिए मजबूर होना पड़ता है।

प्रयोगशाला में इस प्रक्रिया का कार्यान्वयन तीन बहुत कठिन समस्याओं से जुड़ा है। सबसे पहले, नाभिक डी और टी के गैस मिश्रण को 100 एम डिग्री से ऊपर के तापमान पर गर्म किया जाना चाहिए, किसी तरह इसके शीतलन और संदूषण को रोकना (बर्तन की दीवारों के साथ प्रतिक्रियाओं के कारण)।

इस समस्या को हल करने के लिए, "चुंबकीय जाल" का आविष्कार किया गया, जिसे टोकामक कहा जाता है, जो प्लाज्मा को रिएक्टर की दीवारों के साथ बातचीत करने से रोकता है।

वर्णित विधि में, प्लाज्मा को टोरस के अंदर बहने वाले विद्युत प्रवाह द्वारा लगभग 3 एम डिग्री तक गर्म किया जाता है, हालांकि, प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए अभी भी अपर्याप्त है। प्लाज्मा के अतिरिक्त हीटिंग के लिए, रेडियो फ्रीक्वेंसी रेडिएशन (जैसे माइक्रोवेव ओवन में) द्वारा ऊर्जा को "पंप" किया जाता है, या उच्च-ऊर्जा तटस्थ कणों के बीम इंजेक्ट किए जाते हैं, जो टकराव के दौरान अपनी ऊर्जा को प्लाज्मा में स्थानांतरित करते हैं। इसके अलावा, गर्मी की रिहाई, वास्तव में, थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं (जैसा कि नीचे वर्णित किया जाएगा) के कारण होता है, जिसके परिणामस्वरूप, पर्याप्त रूप से बड़ी स्थापना में, प्लाज्मा "इग्निशन" होना चाहिए।

अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर प्रायोगिक रिएक्टर (आईटीईआर) का निर्माण, जो प्लाज्मा को "प्रज्वलित" करने में सक्षम पहला टोकामक होगा, वर्तमान में फ्रांस में शुरू हो रहा है।

सबसे उन्नत मौजूदा टोकामक-प्रकार की सुविधाएं एक संलयन संयंत्र के संचालन के लिए आवश्यक मूल्यों के करीब 150 एम डिग्री के तापमान तक पहुंच गई हैं, लेकिन आईटीईआर रिएक्टर पहला बड़े पैमाने पर बिजली संयंत्र होना चाहिए जिसे डिजाइन किया गया हो दीर्घकालिक संचालन। भविष्य में, इसके संचालन के मापदंडों में काफी सुधार करना आवश्यक होगा, जिसके लिए सबसे पहले, प्लाज्मा में दबाव में वृद्धि की आवश्यकता होगी, क्योंकि किसी दिए गए तापमान पर परमाणु संलयन की दर वर्ग के समानुपाती होती है दबाव।

इस मामले में मुख्य वैज्ञानिक समस्या इस तथ्य से संबंधित है कि जब प्लाज्मा में दबाव बढ़ता है, तो बहुत जटिल और खतरनाक अस्थिरता उत्पन्न होती है, अर्थात अस्थिर संचालन के तरीके।

संलयन प्रतिक्रिया के दौरान उत्पन्न होने वाले विद्युत आवेशित हीलियम नाभिक को एक "चुंबकीय जाल" के अंदर रखा जाता है, जहां वे अन्य कणों के साथ टकराव के कारण धीरे-धीरे धीमा हो जाते हैं, और टकराव के दौरान जारी ऊर्जा प्लाज्मा कॉलम के उच्च तापमान को बनाए रखने में मदद करती है। तटस्थ (विद्युत चार्ज नहीं) न्यूट्रॉन सिस्टम को छोड़ देते हैं और अपनी ऊर्जा को रिएक्टर की दीवारों में स्थानांतरित करते हैं, और दीवारों से ली गई गर्मी बिजली उत्पन्न करने वाले टर्बाइनों के संचालन के लिए ऊर्जा का स्रोत है। इस तरह की स्थापना के संचालन की समस्याएं और कठिनाइयाँ मुख्य रूप से इस तथ्य से संबंधित हैं कि उच्च-ऊर्जा न्यूट्रॉन का एक शक्तिशाली प्रवाह और जारी ऊर्जा (विद्युत चुम्बकीय विकिरण और प्लाज्मा कणों के रूप में) रिएक्टर को गंभीर रूप से प्रभावित करती है और उन सामग्रियों को नष्ट कर सकती है जिनसे यह बनाया गया था।

इस वजह से, थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन का डिज़ाइन बहुत जटिल है। भौतिकविदों और इंजीनियरों को अपने काम की उच्च विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के कार्य का सामना करना पड़ता है। थर्मोन्यूक्लियर स्टेशनों के डिजाइन और निर्माण के लिए उन्हें कई विविध और बहुत जटिल तकनीकी समस्याओं को हल करने की आवश्यकता होती है।

थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट का उपकरण

यह आंकड़ा डिवाइस का एक योजनाबद्ध आरेख (पैमाने पर नहीं) और थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट के संचालन के सिद्धांत को दर्शाता है। मध्य भाग में ट्रिटियम-ड्यूटेरियम (टी-डी) प्लाज्मा से भरा ~ 2000 मीटर 3 की मात्रा वाला एक टॉरॉयडल (डोनट के आकार का) कक्ष होता है, जिसे 100 एम डिग्री से ऊपर के तापमान पर गर्म किया जाता है। संलयन प्रतिक्रिया के दौरान उत्पन्न न्यूट्रॉन "चुंबकीय जाल" छोड़ देते हैं और लगभग 1 मीटर की मोटाई के साथ चित्र में दिखाए गए खोल में गिर जाते हैं।

खोल के अंदर, न्यूट्रॉन लिथियम परमाणुओं से टकराते हैं, जिसके परिणामस्वरूप ट्रिटियम के गठन के साथ प्रतिक्रिया होती है:

न्यूट्रॉन + लिथियम = हीलियम + ट्रिटियम।

इसके अलावा, सिस्टम में प्रतिस्पर्धात्मक प्रतिक्रियाएं होती हैं (ट्रिटियम के गठन के बिना), साथ ही अतिरिक्त न्यूट्रॉन की रिहाई के साथ कई प्रतिक्रियाएं होती हैं, जो तब ट्रिटियम के गठन की ओर ले जाती हैं (इस मामले में, अतिरिक्त न्यूट्रॉन की रिहाई हो सकती है उल्लेखनीय रूप से बढ़ाया गया है, उदाहरण के लिए, शेल बेरिलियम और लेड में परमाणुओं को पेश करके)। सामान्य निष्कर्ष यह है कि यह सुविधा (कम से कम सैद्धांतिक रूप से) एक परमाणु संलयन प्रतिक्रिया हो सकती है जो ट्रिटियम का उत्पादन करेगी। इस मामले में, गठित ट्रिटियम की मात्रा न केवल स्थापना की जरूरतों को पूरा करनी चाहिए, बल्कि कुछ हद तक बड़ी भी होनी चाहिए, जिससे ट्रिटियम के साथ नए इंस्टॉलेशन प्रदान करना संभव हो जाएगा।

यह ऑपरेटिंग अवधारणा है जिसे नीचे वर्णित आईटीईआर रिएक्टर में परीक्षण और कार्यान्वित किया जाना चाहिए।

न्यूट्रॉन को तथाकथित पायलट प्लांट (जो अपेक्षाकृत "साधारण" संरचनात्मक सामग्री का उपयोग करेगा) में लगभग 400 डिग्री तक खोल को गर्म करना चाहिए। भविष्य में, 1000 डिग्री से ऊपर के शेल हीटिंग तापमान के साथ बेहतर इंस्टॉलेशन बनाने की योजना है, जिसे नवीनतम उच्च-शक्ति सामग्री (जैसे सिलिकॉन कार्बाइड कंपोजिट) के उपयोग के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है। शेल में जारी गर्मी, पारंपरिक स्टेशनों की तरह, प्राथमिक शीतलन सर्किट द्वारा शीतलक (उदाहरण के लिए, पानी या हीलियम युक्त) के साथ ली जाती है और द्वितीयक सर्किट में स्थानांतरित की जाती है, जहां जल वाष्प का उत्पादन और टर्बाइनों को आपूर्ति की जाती है।

परमाणु संलयन का मुख्य लाभ यह है कि इसमें ईंधन के रूप में प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले पदार्थों की बहुत कम मात्रा की आवश्यकता होती है।

वर्णित पौधों में परमाणु संलयन प्रतिक्रिया पारंपरिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं (जैसे जीवाश्म ईंधन को जलाने) से उत्पन्न मानक गर्मी से दस मिलियन गुना अधिक ऊर्जा की भारी मात्रा में जारी कर सकती है। तुलना के लिए, हम बताते हैं कि 1 गीगावाट (GW) की क्षमता वाले थर्मल पावर प्लांट के संचालन को सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक कोयले की मात्रा 10,000 टन प्रति दिन (दस रेलवे कारें) है, और उसी क्षमता का थर्मोन्यूक्लियर प्लांट होगा D + प्रति दिन T के मिश्रण का लगभग 1 किलो ही सेवन करें।

ड्यूटेरियम हाइड्रोजन का एक स्थिर समस्थानिक है; साधारण पानी के प्रत्येक 3350 अणुओं में से लगभग एक में, हाइड्रोजन परमाणुओं में से एक को ड्यूटेरियम (ब्रह्मांड के बिग बैंग से विरासत में मिली विरासत) द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। यह तथ्य पानी से आवश्यक मात्रा में ड्यूटेरियम के काफी सस्ते उत्पादन को व्यवस्थित करना आसान बनाता है। ट्रिटियम प्राप्त करना अधिक कठिन है, जो अस्थिर है (आधा जीवन लगभग 12 वर्ष है, जिसके परिणामस्वरूप प्रकृति में इसकी सामग्री नगण्य है), हालांकि, जैसा कि ऊपर दिखाया गया है, ऑपरेशन के दौरान थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन के ठीक अंदर ट्रिटियम का उत्पादन किया जाएगा। लिथियम के साथ न्यूट्रॉन की प्रतिक्रिया के कारण।

इस प्रकार, थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के लिए प्रारंभिक ईंधन लिथियम और पानी है।

लिथियम एक सामान्य धातु है जिसका व्यापक रूप से घरेलू उपकरणों (उदाहरण के लिए मोबाइल फोन की बैटरी) में उपयोग किया जाता है। ऊपर वर्णित संयंत्र, अपूर्ण दक्षता के साथ भी, 200,000 kWh विद्युत ऊर्जा का उत्पादन करने में सक्षम होगा, जो कि 70 टन कोयले में निहित ऊर्जा के बराबर है। लिथियम की आवश्यक मात्रा एक कंप्यूटर बैटरी में निहित है, और ड्यूटेरियम की मात्रा 45 लीटर पानी में निहित है। उपरोक्त मूल्य यूरोपीय संघ के देशों में 30 वर्षों के लिए बिजली की वर्तमान खपत (एक व्यक्ति के संदर्भ में) से मेल खाती है। तथ्य यह है कि लिथियम की इतनी कम मात्रा बिजली की इतनी मात्रा (सीओ 2 उत्सर्जन के बिना और वातावरण के मामूली प्रदूषण के बिना) का उत्पादन प्रदान कर सकती है, विकास पर अनुसंधान के तेजी से और जोरदार विकास के लिए पर्याप्त रूप से मजबूत तर्क है। लागत प्रभावी थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बनाने के दीर्घकालिक परिप्रेक्ष्य के साथ भी (सभी कठिनाइयों और समस्याओं के बावजूद) संलयन ऊर्जा का।

ड्यूटेरियम लाखों वर्षों तक चलना चाहिए, और आसानी से खनन किए गए लिथियम भंडार सैकड़ों वर्षों की जरूरतों को पूरा करने के लिए पर्याप्त हैं।

यहां तक कि अगर हमारे पास चट्टानों में लिथियम खत्म हो जाता है, तो हम इसे पानी से निकाल सकते हैं, जहां यह पर्याप्त उच्च सांद्रता (यूरेनियम के 100 गुना) में पाया जाता है ताकि इसे आर्थिक रूप से मेरे लिए व्यवहार्य बनाया जा सके।

थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा न केवल मानवता का वादा करती है, सिद्धांत रूप में, भविष्य में (सीओ 2 उत्सर्जन के बिना और वायुमंडलीय प्रदूषण के बिना) बड़ी मात्रा में ऊर्जा का उत्पादन करने की संभावना है, बल्कि इसके कई अन्य फायदे भी हैं।

1 ) उच्च आंतरिक सुरक्षा।

थर्मोन्यूक्लियर प्रतिष्ठानों में उपयोग किए जाने वाले प्लाज्मा का घनत्व बहुत कम होता है (वायुमंडल के घनत्व से लगभग एक लाख गुना कम), जिसके परिणामस्वरूप प्रतिष्ठानों के काम के माहौल में कभी भी गंभीर घटनाओं या दुर्घटनाओं का कारण बनने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं होगी।

इसके अलावा, "ईंधन" की लोडिंग को लगातार किया जाना चाहिए, जिससे इसके काम को रोकना आसान हो जाता है, इस तथ्य का उल्लेख नहीं करने के लिए कि दुर्घटना की स्थिति में और पर्यावरणीय परिस्थितियों में तेज बदलाव, थर्मोन्यूक्लियर "लौ" होना चाहिए बस बाहर जाओ।

संलयन ऊर्जा से जुड़े खतरे क्या हैं? सबसे पहले, यह ध्यान देने योग्य है कि हालांकि संलयन उत्पाद (हीलियम और न्यूट्रॉन) रेडियोधर्मी नहीं हैं, न्यूट्रॉन के लंबे समय तक संपर्क के दौरान रिएक्टर शेल रेडियोधर्मी बन सकता है।

दूसरे, ट्रिटियम रेडियोधर्मी है और इसका आधा जीवन अपेक्षाकृत कम (12 वर्ष) है। लेकिन यद्यपि उपयोग किए गए प्लाज्मा की मात्रा महत्वपूर्ण है, इसके कम घनत्व के कारण, इसमें केवल बहुत कम मात्रा में ट्रिटियम (लगभग दस डाक टिकटों का कुल वजन) होता है। इसीलिए

यहां तक कि सबसे कठिन परिस्थितियों और दुर्घटनाओं में (खोल का पूर्ण विनाश और उसमें निहित सभी ट्रिटियम की रिहाई, उदाहरण के लिए, भूकंप और एक स्टेशन में एक विमान दुर्घटना के दौरान), केवल थोड़ी मात्रा में ईंधन पर्यावरण में प्रवेश करेगा , जिसके लिए आस-पास की बस्तियों से आबादी को निकालने की आवश्यकता नहीं होगी।

2 ) ऊर्जा की लागत।

यह उम्मीद की जाती है कि प्राप्त बिजली की तथाकथित "आंतरिक" कीमत (स्वयं उत्पादन की लागत) स्वीकार्य हो जाएगी यदि यह बाजार में पहले से मौजूद कीमत का 75% है। इस मामले में "स्वीकार्य" का अर्थ है कि कीमत पुराने हाइड्रोकार्बन ईंधन का उपयोग करके उत्पादित ऊर्जा की कीमत से कम होगी। "बाहरी" लागत (दुष्प्रभाव, सार्वजनिक स्वास्थ्य, जलवायु, पर्यावरण, आदि पर प्रभाव) अनिवार्य रूप से शून्य होगा।

अंतर्राष्ट्रीय प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर ITER

मुख्य अगला कदम प्लाज्मा प्रज्वलन की संभावना को प्रदर्शित करने के लिए डिज़ाइन किया गया ITER रिएक्टर बनाना है और इस आधार पर, ऊर्जा में कम से कम दस गुना लाभ प्राप्त करना है (प्लाज्मा हीटिंग पर खर्च की गई ऊर्जा के संबंध में)। ITER रिएक्टर एक प्रायोगिक उपकरण होगा जो बिजली के उत्पादन के लिए टर्बाइन और इसके उपयोग के लिए उपकरणों से लैस नहीं होगा। इसके निर्माण का उद्देश्य ऐसे बिजली संयंत्रों के संचालन के साथ-साथ वास्तविक, लागत प्रभावी बिजली संयंत्रों के निर्माण के दौरान मिलने वाली शर्तों का अध्ययन करना है, जो जाहिर तौर पर आकार में आईटीईआर से अधिक होना चाहिए। फ्यूजन पावर प्लांट्स (यानी पूरी तरह से टर्बाइनों से लैस प्लांट आदि) के वास्तविक प्रोटोटाइप बनाने के लिए निम्नलिखित दो समस्याओं को हल करने की आवश्यकता है। सबसे पहले, नई सामग्रियों को विकसित करना जारी रखना आवश्यक है (वर्णित शर्तों में बहुत कठोर परिचालन स्थितियों का सामना करने में सक्षम) और नीचे वर्णित IFMIF (अंतर्राष्ट्रीय संलयन विकिरण सुविधा) प्रणाली के उपकरणों के लिए विशेष नियमों के अनुसार उनका परीक्षण करना। दूसरे, कई विशुद्ध रूप से तकनीकी समस्याओं को हल किया जाना है और रिमोट कंट्रोल, हीटिंग, क्लैडिंग डिजाइन, ईंधन चक्र, आदि से संबंधित नई तकनीकों को विकसित किया जाना है।

यह आंकड़ा आईटीईआर रिएक्टर को दर्शाता है, जो न केवल सभी रैखिक आयामों (लगभग दो बार) में, बल्कि इसमें प्रयुक्त चुंबकीय क्षेत्रों और प्लाज्मा के माध्यम से बहने वाली धाराओं के परिमाण में भी वर्तमान में सबसे बड़ी जेईटी सुविधा से आगे निकल जाता है।

इस रिएक्टर को बनाने का उद्देश्य बड़े पैमाने पर थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट के डिजाइन में भौतिकविदों और इंजीनियरों के संयुक्त प्रयासों की संभावनाओं को प्रदर्शित करना है।

डिजाइनरों द्वारा नियोजित स्थापना की क्षमता 500 मेगावाट है (केवल 50 मेगावाट के सिस्टम इनपुट पर ऊर्जा खपत के साथ)। 3

आईटीईआर संयंत्र एक संघ द्वारा बनाया जा रहा है जिसमें यूरोपीय संघ, चीन, भारत, जापान, दक्षिण कोरिया, रूस और अमेरिका शामिल हैं। इन देशों की कुल जनसंख्या पृथ्वी की कुल जनसंख्या का लगभग आधा है, इसलिए इस परियोजना को वैश्विक चुनौती के लिए वैश्विक प्रतिक्रिया कहा जा सकता है। ITER रिएक्टर के मुख्य घटकों और घटकों को पहले ही बनाया और परीक्षण किया जा चुका है, और Cadarache (फ्रांस) शहर में निर्माण शुरू हो चुका है। रिएक्टर का प्रक्षेपण 2020 के लिए निर्धारित है, और ड्यूटेरियम-ट्रिटियम प्लाज्मा का उत्पादन - 2027 के लिए, क्योंकि रिएक्टर को चालू करने के लिए ड्यूटेरियम और ट्रिटियम से प्लाज्मा के लिए लंबे और गंभीर परीक्षणों की आवश्यकता होती है।

ITER रिएक्टर के चुंबकीय कॉइल सुपरकंडक्टिंग सामग्री पर आधारित होते हैं (जो, सिद्धांत रूप में, निरंतर संचालन की अनुमति देते हैं, बशर्ते कि प्लाज्मा में करंट बना रहे), इसलिए डिजाइनरों को कम से कम 10 मिनट का एक गारंटीकृत कर्तव्य चक्र प्रदान करने की उम्मीद है। यह स्पष्ट है कि एक वास्तविक थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट के निरंतर संचालन के लिए सुपरकंडक्टिंग चुंबकीय कॉइल की उपस्थिति मौलिक रूप से महत्वपूर्ण है। टोकामक जैसे उपकरणों में सुपरकंडक्टिंग कॉइल का पहले से ही उपयोग किया जा चुका है, लेकिन ट्रिटियम प्लाज्मा के लिए डिज़ाइन किए गए ऐसे बड़े पैमाने पर प्रतिष्ठानों में उनका उपयोग पहले नहीं किया गया है। इसके अलावा, आईटीईआर सुविधा पहली बार वास्तविक स्टेशनों में संचालन के लिए डिज़ाइन किए गए विभिन्न शेल मॉड्यूल का उपयोग और परीक्षण करेगी, जहां ट्रिटियम नाभिक उत्पन्न या "पुनर्प्राप्त" किया जा सकता है।

सुविधा के निर्माण का मुख्य उद्देश्य प्लाज्मा दहन के सफल नियंत्रण और प्रौद्योगिकी विकास के वर्तमान स्तर पर थर्मोन्यूक्लियर उपकरणों में वास्तव में ऊर्जा प्राप्त करने की संभावना का प्रदर्शन करना है।

इस दिशा में और विकास, निश्चित रूप से, उपकरणों की दक्षता में सुधार के लिए कई प्रयासों की आवश्यकता होगी, विशेष रूप से उनकी आर्थिक व्यवहार्यता के दृष्टिकोण से, जो कि गंभीर और लंबे अध्ययन से जुड़ा है, दोनों आईटीईआर रिएक्टर और अन्य उपकरणों पर। निर्धारित कार्यों में, निम्नलिखित तीन पर प्रकाश डाला जाना चाहिए:

1) यह दिखाना आवश्यक है कि विज्ञान और प्रौद्योगिकी का वर्तमान स्तर पहले से ही एक नियंत्रित परमाणु संलयन प्रक्रिया में ऊर्जा में 10 गुना लाभ (प्रक्रिया को बनाए रखने के लिए खर्च की तुलना में) प्राप्त करना संभव बनाता है। प्रतिक्रिया खतरनाक अस्थिर मोड की घटना के बिना आगे बढ़ना चाहिए, बिना अति ताप और निर्माण सामग्री को नुकसान पहुंचाए, और अशुद्धियों द्वारा प्लाज्मा के प्रदूषण के बिना। प्लाज़्मा ताप शक्ति के 50% के क्रम पर संलयन शक्ति के साथ, इन लक्ष्यों को पहले ही छोटी सुविधाओं पर प्रयोगों में प्राप्त किया जा चुका है, लेकिन ITER रिएक्टर के निर्माण से बहुत बड़ी सुविधा पर नियंत्रण विधियों की विश्वसनीयता का परीक्षण करना संभव हो जाएगा। जो लंबे समय तक बहुत अधिक ऊर्जा पैदा करता है। ITER रिएक्टर को भविष्य के फ्यूजन रिएक्टर की आवश्यकताओं के परीक्षण और सामंजस्य के लिए डिज़ाइन किया गया है, और इसका निर्माण एक बहुत ही जटिल और दिलचस्प कार्य है।

2) प्लाज्मा में दबाव बढ़ाने के तरीकों का अध्ययन करना आवश्यक है (याद रखें कि किसी दिए गए तापमान पर प्रतिक्रिया दर दबाव के वर्ग के समानुपाती होती है) प्लाज्मा व्यवहार के खतरनाक अस्थिर शासनों की घटना को रोकने के लिए। इस दिशा में अनुसंधान की सफलता या तो उच्च प्लाज्मा घनत्व पर रिएक्टर के संचालन को सुनिश्चित करने के लिए, या उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्रों की ताकत के लिए आवश्यकताओं को कम करने के लिए संभव बनाती है, जिससे उत्पादित बिजली की लागत में काफी कमी आएगी रिएक्टर।

3) परीक्षणों को यह पुष्टि करनी चाहिए कि स्थिर मोड में रिएक्टर का निरंतर संचालन वास्तविक रूप से सुनिश्चित किया जा सकता है (आर्थिक और तकनीकी दृष्टिकोण से, यह आवश्यकता बहुत महत्वपूर्ण लगती है, यदि मुख्य नहीं है), और प्रक्षेपण बड़ी ऊर्जा लागत के बिना संयंत्र को चलाया जा सकता है। शोधकर्ताओं और डिजाइनरों को बहुत उम्मीद है कि प्लाज्मा के माध्यम से विद्युत चुम्बकीय प्रवाह का "निरंतर" प्रवाह प्लाज्मा में इसकी पीढ़ी द्वारा प्रदान किया जा सकता है (उच्च आवृत्ति विकिरण और तेज परमाणुओं के इंजेक्शन के कारण)।

आधुनिक दुनिया एक बहुत ही गंभीर ऊर्जा चुनौती का सामना कर रही है, जिसे अधिक सटीक रूप से "अनिश्चित ऊर्जा संकट" कहा जा सकता है।

वर्तमान में, मानव द्वारा उपभोग की जाने वाली लगभग सभी ऊर्जा जीवाश्म ईंधन को जलाने से निर्मित होती है, और समस्या का समाधान सौर ऊर्जा या परमाणु ऊर्जा (फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टरों का निर्माण, आदि) के उपयोग से जुड़ा हो सकता है। विकासशील देशों की बढ़ती आबादी और उनके जीवन स्तर में सुधार और उत्पादित ऊर्जा की मात्रा में वृद्धि की आवश्यकता के कारण वैश्विक समस्या को केवल विचार किए गए दृष्टिकोणों के आधार पर हल नहीं किया जा सकता है, हालांकि, निश्चित रूप से, ऊर्जा के वैकल्पिक तरीकों को विकसित करने का कोई भी प्रयास पीढ़ी को प्रोत्साहित किया जाना चाहिए।

यदि थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा के विकास के रास्ते में कोई बड़ा और अप्रत्याशित आश्चर्य नहीं है, तो, कार्रवाई के विकसित उचित और व्यवस्थित कार्यक्रम के अधीन, जो (बेशक, काम के अच्छे संगठन और पर्याप्त धन के अधीन) को नेतृत्व करना चाहिए एक प्रोटोटाइप थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट का निर्माण। इस मामले में, लगभग 30 वर्षों में, हम पहली बार ऊर्जा नेटवर्क में इससे विद्युत प्रवाह की आपूर्ति करने में सक्षम होंगे, और 10 से अधिक वर्षों में, पहला वाणिज्यिक थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट संचालित होना शुरू हो जाएगा। यह संभव है कि हमारी सदी के उत्तरार्ध में, परमाणु संलयन ऊर्जा जीवाश्म ईंधन की जगह लेने लगेगी और धीरे-धीरे वैश्विक स्तर पर मानवता को ऊर्जा प्रदान करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने लगेगी।

बहुत देर तक ट्रुद्नोपिसाका निर्माणाधीन फ्यूज़न रिएक्टर के बारे में पोस्ट करने को कहा। जानें तकनीक के दिलचस्प विवरण, जानें कि इस परियोजना को लागू होने में इतना समय क्यों लग रहा है। अंत में सामग्री मिली। आइए परियोजना के विवरण से परिचित हों।

यह सब कब प्रारंभ हुआ। निम्नलिखित तीन कारकों के संयोजन के परिणामस्वरूप "ऊर्जा चुनौती" उत्पन्न हुई:

1. मानवता अब भारी मात्रा में ऊर्जा की खपत करती है।

दुनिया की वर्तमान ऊर्जा खपत लगभग 15.7 टेरावाट (TW) है। इस मान को ग्रह की जनसंख्या से विभाजित करने पर हमें प्रति व्यक्ति लगभग 2400 वाट प्राप्त होते हैं, जिसका आसानी से अनुमान लगाया जा सकता है और कल्पना की जा सकती है। पृथ्वी के प्रत्येक निवासी (बच्चों सहित) द्वारा खपत की जाने वाली ऊर्जा 24 सौ-वाट बिजली के लैंप के चौबीसों घंटे संचालन से मेल खाती है। हालांकि, ग्रह के चारों ओर इस ऊर्जा की खपत बहुत असमान है, क्योंकि यह कई देशों में बहुत अधिक है और अन्य देशों में नगण्य है। खपत (एक व्यक्ति के संदर्भ में) संयुक्त राज्य अमेरिका में 10.3 kW (रिकॉर्ड मूल्यों में से एक), रूसी संघ में 6.3 kW, यूके में 5.1 kW, आदि है, लेकिन, दूसरी ओर, यह केवल 0.21 kW है बांग्लादेश में (अमेरिकी ऊर्जा खपत का केवल 2%!)।

2. विश्व ऊर्जा खपत नाटकीय रूप से बढ़ रही है।

अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी (2006) के पूर्वानुमान के अनुसार, 2030 तक विश्व ऊर्जा खपत में 50% की वृद्धि होनी चाहिए। बेशक, विकसित देश बिना अतिरिक्त ऊर्जा के ठीक काम कर सकते हैं, लेकिन विकासशील देशों की आबादी को ऊपर उठाने के लिए यह वृद्धि आवश्यक है, जहां 1.5 अरब लोग बिजली की भारी कमी से जूझ रहे हैं, गरीबी से बाहर।

3. वर्तमान में, विश्व की 80% ऊर्जा जीवाश्म ईंधन को जलाने से उत्पन्न होती है(तेल, कोयला और गैस), जिसका उपयोग:
क) संभावित रूप से विनाशकारी पर्यावरणीय परिवर्तनों का जोखिम वहन करता है;
बी) किसी दिन अनिवार्य रूप से समाप्त होना चाहिए।

जो कहा गया है, उससे यह स्पष्ट है कि अब हमें जीवाश्म ईंधन के उपयोग के युग के अंत की तैयारी करनी चाहिए।

वर्तमान में, परमाणु ऊर्जा संयंत्र परमाणु नाभिक की विखंडन प्रतिक्रियाओं के दौरान जारी ऊर्जा को बड़े पैमाने पर प्राप्त करते हैं। ऐसे स्टेशनों के निर्माण और विकास को हर संभव तरीके से प्रोत्साहित किया जाना चाहिए, लेकिन यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि उनके संचालन के लिए सबसे महत्वपूर्ण सामग्री (सस्ते यूरेनियम) में से एक का भंडार भी अगले 50 वर्षों में पूरी तरह से उपयोग किया जा सकता है। . अधिक कुशल ऊर्जा चक्रों के उपयोग के माध्यम से परमाणु विखंडन-आधारित ऊर्जा की संभावनाओं को (और चाहिए) महत्वपूर्ण रूप से विस्तारित किया जा सकता है, जो उत्पादित ऊर्जा की मात्रा को लगभग दोगुना कर सकता है। इस दिशा में ऊर्जा के विकास के लिए थोरियम (तथाकथित थोरियम ब्रीडर रिएक्टर या ब्रीडर रिएक्टर) पर रिएक्टर बनाना आवश्यक है, जिसमें मूल यूरेनियम की तुलना में प्रतिक्रिया के दौरान अधिक थोरियम का उत्पादन होता है, जिसके परिणामस्वरूप किसी पदार्थ की दी गई मात्रा के लिए प्राप्त ऊर्जा की कुल मात्रा 40 गुना बढ़ जाती है। यह फास्ट-न्यूट्रॉन प्लूटोनियम ब्रीडर बनाने का भी वादा करता है, जो यूरेनियम रिएक्टरों की तुलना में बहुत अधिक कुशल हैं और 60 गुना अधिक ऊर्जा प्राप्त करना संभव बनाते हैं। शायद, इन क्षेत्रों के विकास के लिए, यूरेनियम प्राप्त करने के लिए नए, गैर-मानक तरीकों को विकसित करना आवश्यक होगा (उदाहरण के लिए, समुद्र के पानी से, जो सबसे अधिक सुलभ लगता है)।

फ्यूजन पावर प्लांट

यह आंकड़ा डिवाइस का एक योजनाबद्ध आरेख (पैमाने पर नहीं) और थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट के संचालन के सिद्धांत को दर्शाता है। मध्य भाग में, ट्रिटियम-ड्यूटेरियम (टी-डी) प्लाज्मा से भरा ~ 2000 एम 3 की मात्रा के साथ एक टॉरॉयडल (डोनट के आकार का) कक्ष होता है जिसे 100 एम डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर गर्म किया जाता है। संलयन प्रतिक्रिया के दौरान उत्पन्न न्यूट्रॉन (1) "चुंबकीय बोतल" छोड़ देते हैं और लगभग 1 मीटर की मोटाई के साथ चित्र में दिखाए गए खोल में गिर जाते हैं।

न्यूट्रॉन + लिथियम → हीलियम + ट्रिटियम

इसके अलावा, सिस्टम में प्रतिस्पर्धात्मक प्रतिक्रियाएं होती हैं (ट्रिटियम के गठन के बिना), साथ ही अतिरिक्त न्यूट्रॉन की रिहाई के साथ कई प्रतिक्रियाएं होती हैं, जो तब ट्रिटियम के गठन की ओर ले जाती हैं (इस मामले में, अतिरिक्त न्यूट्रॉन की रिहाई हो सकती है उल्लेखनीय रूप से बढ़ाया, उदाहरण के लिए, बेरिलियम परमाणुओं को खोल और सीसा में पेश करके)। सामान्य निष्कर्ष यह है कि यह सुविधा (कम से कम सैद्धांतिक रूप से) एक परमाणु संलयन प्रतिक्रिया हो सकती है जो ट्रिटियम का उत्पादन करेगी। इस मामले में, गठित ट्रिटियम की मात्रा न केवल स्थापना की जरूरतों को पूरा करनी चाहिए, बल्कि कुछ हद तक बड़ी भी होनी चाहिए, जिससे ट्रिटियम के साथ नए इंस्टॉलेशन प्रदान करना संभव हो जाएगा। यह ऑपरेटिंग अवधारणा है जिसे नीचे वर्णित आईटीईआर रिएक्टर में परीक्षण और कार्यान्वित किया जाना चाहिए।

इसके अलावा, न्यूट्रॉन को तथाकथित पायलट प्लांट (जो अपेक्षाकृत "पारंपरिक" संरचनात्मक सामग्री का उपयोग करेगा) में लगभग 400 डिग्री सेल्सियस तक क्लैडिंग को गर्म करना चाहिए। भविष्य में, 1000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के शेल हीटिंग तापमान के साथ बेहतर इंस्टॉलेशन बनाने की योजना है, जिसे नवीनतम उच्च-शक्ति सामग्री (जैसे सिलिकॉन कार्बाइड कंपोजिट) के उपयोग के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है। शेल में जारी गर्मी, पारंपरिक स्टेशनों की तरह, प्राथमिक शीतलन सर्किट द्वारा शीतलक (उदाहरण के लिए, पानी या हीलियम युक्त) के साथ ली जाती है और द्वितीयक सर्किट में स्थानांतरित की जाती है, जहां जल वाष्प का उत्पादन और टर्बाइनों को आपूर्ति की जाती है।

1985 - सोवियत संघ ने थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बनाने के लिए चार प्रमुख देशों के अनुभव का उपयोग करते हुए अगली पीढ़ी के टोकामक संयंत्र का प्रस्ताव रखा। संयुक्त राज्य अमेरिका ने जापान और यूरोपीय समुदाय के साथ मिलकर परियोजना के कार्यान्वयन के लिए एक प्रस्ताव रखा।

फ़्रांस वर्तमान में नीचे वर्णित अंतर्राष्ट्रीय टोकामक प्रायोगिक रिएक्टर (आईटीईआर) का निर्माण कर रहा है, जो प्लाज्मा को "प्रज्वलित" करने में सक्षम पहला टोकामक होगा।

अस्तित्व में सबसे उन्नत टोकामक-प्रकार की सुविधाएं लंबे समय तक 150 एम डिग्री सेल्सियस के तापमान तक पहुंच गई हैं, जो एक संलयन संयंत्र के संचालन के लिए आवश्यक हैं, लेकिन आईटीईआर रिएक्टर लंबे समय तक डिजाइन किए गए पहले बड़े पैमाने पर बिजली संयंत्र होना चाहिए। - टर्म ऑपरेशन। भविष्य में, इसके संचालन के मापदंडों में काफी सुधार करना आवश्यक होगा, जिसके लिए सबसे पहले, प्लाज्मा में दबाव में वृद्धि की आवश्यकता होगी, क्योंकि किसी दिए गए तापमान पर परमाणु संलयन की दर वर्ग के समानुपाती होती है दबाव। इस मामले में मुख्य वैज्ञानिक समस्या इस तथ्य से संबंधित है कि जब प्लाज्मा में दबाव बढ़ता है, तो बहुत जटिल और खतरनाक अस्थिरता उत्पन्न होती है, अर्थात अस्थिर संचालन के तरीके।

हमें इसकी जरूरत क्यों है?

परमाणु संलयन का मुख्य लाभ यह है कि इसमें ईंधन के रूप में प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले पदार्थों की बहुत कम मात्रा की आवश्यकता होती है। वर्णित पौधों में परमाणु संलयन प्रतिक्रिया पारंपरिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं (जैसे जीवाश्म ईंधन को जलाने) से उत्पन्न मानक गर्मी से दस मिलियन गुना अधिक ऊर्जा की भारी मात्रा में जारी कर सकती है। तुलना के लिए, हम बताते हैं कि 1 गीगावाट (GW) की क्षमता वाले थर्मल पावर प्लांट को संचालित करने के लिए आवश्यक कोयले की मात्रा 10,000 टन प्रति दिन (दस रेलवे कारें) है, और समान क्षमता का एक फ्यूजन प्लांट केवल लगभग खपत करेगा प्रति दिन एक डी + टी मिश्रण का 1 किलोग्राम। ।

ड्यूटेरियम हाइड्रोजन का एक स्थिर समस्थानिक है; साधारण पानी के प्रत्येक 3350 अणुओं में से लगभग एक में, हाइड्रोजन परमाणुओं में से एक को ड्यूटेरियम (बिग बैंग से विरासत में मिली विरासत) द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। यह तथ्य पानी से आवश्यक मात्रा में ड्यूटेरियम के काफी सस्ते उत्पादन को व्यवस्थित करना आसान बनाता है। ट्रिटियम प्राप्त करना अधिक कठिन है, जो अस्थिर है (आधा जीवन लगभग 12 वर्ष है, जिसके परिणामस्वरूप प्रकृति में इसकी सामग्री नगण्य है), हालांकि, जैसा कि ऊपर दिखाया गया है, ट्रिटियम सीधे ऑपरेशन के दौरान थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन के अंदर उत्पन्न होगा, लिथियम के साथ न्यूट्रॉन की प्रतिक्रिया के कारण।

इस प्रकार, थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के लिए प्रारंभिक ईंधन लिथियम और पानी है। लिथियम एक सामान्य धातु है जिसका व्यापक रूप से घरेलू उपकरणों (मोबाइल फोन की बैटरी, आदि) में उपयोग किया जाता है। ऊपर वर्णित संयंत्र, अपूर्ण दक्षता के साथ भी, 200,000 kWh विद्युत ऊर्जा का उत्पादन करने में सक्षम होगा, जो कि 70 टन कोयले में निहित ऊर्जा के बराबर है। लिथियम की आवश्यक मात्रा एक कंप्यूटर बैटरी में निहित है, और ड्यूटेरियम की मात्रा 45 लीटर पानी में निहित है। उपरोक्त मूल्य यूरोपीय संघ के देशों में 30 वर्षों के लिए बिजली की वर्तमान खपत (एक व्यक्ति के संदर्भ में) से मेल खाती है। तथ्य यह है कि लिथियम की इतनी कम मात्रा बिजली की इतनी मात्रा (सीओ 2 उत्सर्जन के बिना और वायुमंडल के मामूली प्रदूषण के बिना) का उत्पादन प्रदान कर सकती है, थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा के सबसे तेज़ और सबसे जोरदार विकास के लिए एक गंभीर तर्क है (भले ही सभी कठिनाइयों और समस्याओं) और यहां तक कि इस तरह के शोध की सफलता में एक सौ प्रतिशत विश्वास के बिना भी।

ड्यूटेरियम लाखों वर्षों तक चलना चाहिए, और आसानी से खनन किए गए लिथियम भंडार सैकड़ों वर्षों की जरूरतों को पूरा करने के लिए पर्याप्त हैं। यहां तक कि अगर हमारे पास चट्टानों में लिथियम खत्म हो जाता है, तो हम इसे पानी से निकाल सकते हैं, जहां यह पर्याप्त उच्च सांद्रता (यूरेनियम के 100 गुना) में पाया जाता है ताकि इसे आर्थिक रूप से मेरे लिए व्यवहार्य बनाया जा सके।

फ्रांस में कैडराचे शहर के पास एक प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर (अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर प्रायोगिक रिएक्टर) बनाया जा रहा है। आईटीईआर परियोजना का मुख्य कार्य औद्योगिक पैमाने पर नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन प्रतिक्रिया का कार्यान्वयन है।

थर्मोन्यूक्लियर ईंधन के प्रति यूनिट वजन, कार्बनिक ईंधन की समान मात्रा को जलाने की तुलना में लगभग 10 मिलियन गुना अधिक ऊर्जा प्राप्त होती है, और वर्तमान में संचालित परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के रिएक्टरों में यूरेनियम नाभिक के विखंडन से लगभग सौ गुना अधिक होती है। यदि वैज्ञानिकों और डिजाइनरों की गणना उचित है, तो यह मानवता को ऊर्जा का एक अटूट स्रोत देगा।

इसलिए, कई देश (रूस, भारत, चीन, कोरिया, कजाकिस्तान, अमेरिका, कनाडा, जापान, यूरोपीय संघ के देश) अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर रिसर्च रिएक्टर - नए बिजली संयंत्रों का एक प्रोटोटाइप बनाने में उनके प्रयासों में शामिल हुए।

ITER एक संस्थापन है जो हाइड्रोजन और ट्रिटियम परमाणुओं (हाइड्रोजन का एक समस्थानिक) के संश्लेषण के लिए स्थितियां बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक नए परमाणु का निर्माण होता है - हीलियम परमाणु। यह प्रक्रिया ऊर्जा की भारी वृद्धि के साथ होती है: प्लाज्मा का तापमान जिसमें थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया होती है, लगभग 150 मिलियन डिग्री सेल्सियस (तुलना के लिए, सूर्य के कोर का तापमान 40 मिलियन डिग्री है)। इस मामले में, आइसोटोप जलते हैं, व्यावहारिक रूप से कोई रेडियोधर्मी अपशिष्ट नहीं छोड़ते हैं।
अंतरराष्ट्रीय परियोजना में भागीदारी की योजना रिएक्टर घटकों की आपूर्ति और इसके निर्माण के वित्तपोषण के लिए प्रदान करती है। इसके बदले में, भाग लेने वाले प्रत्येक देश को थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बनाने के लिए सभी तकनीकों और इस रिएक्टर पर सभी प्रायोगिक कार्यों के परिणामों तक पूर्ण पहुंच प्राप्त होती है, जो सीरियल पावर थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरों के डिजाइन के आधार के रूप में काम करेगा।

थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के सिद्धांत पर आधारित रिएक्टर में कोई रेडियोधर्मी विकिरण नहीं होता है और यह पर्यावरण के लिए पूरी तरह से सुरक्षित है। यह दुनिया में लगभग कहीं भी स्थित हो सकता है, और साधारण पानी इसके लिए ईंधन का काम करता है। ITER के निर्माण में लगभग दस साल लगने चाहिए, जिसके बाद रिएक्टर के 20 साल तक इस्तेमाल होने की उम्मीद है।

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आने वाले वर्षों में ITER थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के निर्माण के लिए अंतर्राष्ट्रीय संगठन की परिषद में रूस के हितों का प्रतिनिधित्व रूसी विज्ञान अकादमी के संबंधित सदस्य मिखाइल कोवलचुक, कुरचटोव संस्थान के निदेशक, रूसी अकादमी के क्रिस्टलोग्राफी संस्थान द्वारा किया जाएगा। विज्ञान, प्रौद्योगिकी और शिक्षा के लिए राष्ट्रपति परिषद के विज्ञान और वैज्ञानिक सचिव। कोवलचुक अस्थायी रूप से शिक्षाविद येवगेनी वेलिखोव की जगह लेंगे, जिन्हें अगले दो वर्षों के लिए ITER की अंतर्राष्ट्रीय परिषद का अध्यक्ष चुना गया है और उन्हें इस पद को किसी भाग लेने वाले देश के आधिकारिक प्रतिनिधि के कर्तव्यों के साथ संयोजित करने का अधिकार नहीं है।

निर्माण की कुल लागत 5 अरब यूरो अनुमानित है, और रिएक्टर के परीक्षण संचालन के लिए इतनी ही राशि की आवश्यकता होगी। भारत, चीन, कोरिया, रूस, अमेरिका और जापान के शेयरों में कुल मूल्य का लगभग 10 प्रतिशत हिस्सा है, जिसमें 45 प्रतिशत यूरोपीय संघ के देशों के हैं। हालाँकि, जबकि यूरोपीय राज्य इस बात से सहमत नहीं हैं कि वास्तव में उनके बीच लागत कैसे वितरित की जाएगी। इस वजह से, निर्माण की शुरुआत अप्रैल 2010 तक स्थगित कर दी गई थी। एक और देरी के बावजूद, आईटीईआर के निर्माण में शामिल वैज्ञानिकों और अधिकारियों का कहना है कि वे 2018 तक इस परियोजना को पूरा करने में सक्षम होंगे।

आईटीईआर की अनुमानित थर्मोन्यूक्लियर शक्ति 500 मेगावाट है। मैग्नेट के अलग-अलग हिस्से 200 से 450 टन वजन तक पहुंचते हैं। ITER को ठंडा करने के लिए प्रतिदिन 33,000 क्यूबिक मीटर पानी की आवश्यकता होगी।

1998 में, अमेरिका ने परियोजना में अपनी भागीदारी के लिए धन देना बंद कर दिया। देश में रिपब्लिकन सत्ता में आने के बाद, और कैलिफोर्निया में ब्लैकआउट शुरू होने के बाद, बुश प्रशासन ने ऊर्जा निवेश में वृद्धि की घोषणा की। संयुक्त राज्य अमेरिका का अंतर्राष्ट्रीय परियोजना में भाग लेने का इरादा नहीं था और वह अपने स्वयं के थर्मोन्यूक्लियर प्रोजेक्ट में लगा हुआ था। 2002 की शुरुआत में, राष्ट्रपति बुश के प्रौद्योगिकी सलाहकार जॉन मारबर्गर III ने घोषणा की कि अमेरिका ने अपना विचार बदल दिया है और परियोजना पर लौटने का इरादा रखता है।

प्रतिभागियों की संख्या के संदर्भ में, परियोजना की तुलना एक अन्य प्रमुख अंतरराष्ट्रीय वैज्ञानिक परियोजना - अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन से की जा सकती है। आईटीईआर की लागत, जो पहले 8 अरब डॉलर तक पहुंच गई थी, फिर 4 अरब से भी कम हो गई। संयुक्त राज्य अमेरिका की वापसी के परिणामस्वरूप, रिएक्टर शक्ति को 1.5 GW से 500 MW तक कम करने का निर्णय लिया गया। तदनुसार, परियोजना की कीमत "वजन कम"।

जून 2002 में, रूसी राजधानी में "मॉस्को में ITER दिन" संगोष्ठी आयोजित की गई थी। इसने परियोजना के पुनरुद्धार की सैद्धांतिक, व्यावहारिक और संगठनात्मक समस्याओं पर चर्चा की, जिसकी सफलता मानव जाति के भाग्य को बदल सकती है और इसे केवल सौर ऊर्जा की तुलना में दक्षता और अर्थव्यवस्था के मामले में एक नई प्रकार की ऊर्जा दे सकती है।

जुलाई 2010 में, ITER अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर परियोजना में भाग लेने वाले देशों के प्रतिनिधियों ने फ्रांस के कैडराचे में आयोजित एक असाधारण बैठक में इसके बजट और निर्माण कार्यक्रम को मंजूरी दी। .

पिछली असाधारण बैठक में, परियोजना प्रतिभागियों ने प्लाज्मा - 2019 के साथ पहले प्रयोगों की शुरुआत की तारीख को मंजूरी दी। मार्च 2027 के लिए पूर्ण परीक्षण की योजना है, हालांकि परियोजना प्रबंधन ने तकनीकी कर्मचारियों को प्रक्रिया को अनुकूलित करने और 2026 में परीक्षण शुरू करने का प्रयास करने के लिए कहा है। बैठक के प्रतिभागियों ने रिएक्टर के निर्माण की लागत पर भी फैसला किया, हालांकि, सुविधा के निर्माण पर खर्च की जाने वाली राशि का खुलासा नहीं किया गया था। एक अनाम स्रोत से ScienceNOW पोर्टल के संपादक द्वारा प्राप्त जानकारी के अनुसार, प्रयोग शुरू होने तक ITER परियोजना की लागत 16 बिलियन यूरो हो सकती है।

Cadarache में बैठक परियोजना के नए निदेशक, जापानी भौतिक विज्ञानी ओसामु मोटोजिमा के लिए पहला आधिकारिक कार्य दिवस भी था। उनसे पहले, परियोजना का नेतृत्व 2005 से जापानी कनाम इकेदा ने किया था, जो बजट और निर्माण समय की मंजूरी के तुरंत बाद पद छोड़ना चाहते थे।

ITER फ्यूजन रिएक्टर यूरोपीय संघ, स्विट्जरलैंड, जापान, अमेरिका, रूस, दक्षिण कोरिया, चीन और भारत की एक संयुक्त परियोजना है। ITER बनाने का विचार पिछली सदी के 80 के दशक से माना जाता है, हालांकि, वित्तीय और तकनीकी कठिनाइयों के कारण, परियोजना की लागत लगातार बढ़ रही है, और निर्माण की शुरुआत की तारीख लगातार स्थगित की जा रही है। 2009 में, विशेषज्ञों को उम्मीद थी कि रिएक्टर के निर्माण पर काम 2010 में शुरू होगा। बाद में, इस तिथि को आगे बढ़ाया गया, और पहले 2018 और फिर 2019 को रिएक्टर का लॉन्च समय कहा गया।

संलयन प्रतिक्रियाएं एक भारी नाभिक के गठन के साथ प्रकाश समस्थानिकों के नाभिक की संलयन प्रतिक्रियाएं होती हैं, जो ऊर्जा की एक बड़ी रिहाई के साथ होती हैं। सिद्धांत रूप में, संलयन रिएक्टर कम लागत पर बहुत अधिक ऊर्जा उत्पन्न कर सकते हैं, लेकिन वैज्ञानिक वर्तमान में संलयन प्रतिक्रिया शुरू करने और बनाए रखने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा और पैसा खर्च करते हैं।

फ्यूजन ऊर्जा उत्पादन का एक सस्ता और पर्यावरण के अनुकूल तरीका है। अरबों वर्षों से सूर्य पर अनियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन होता रहा है - हाइड्रोजन ड्यूटेरियम के भारी समस्थानिक से हीलियम का निर्माण होता है। इससे भारी मात्रा में ऊर्जा निकलती है। हालांकि, पृथ्वी पर लोगों ने अभी तक ऐसी प्रतिक्रियाओं को नियंत्रित करना नहीं सीखा है।

ITER रिएक्टर में ईंधन के रूप में हाइड्रोजन आइसोटोप का उपयोग किया जाएगा। थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के दौरान, ऊर्जा तब निकलती है जब हल्के परमाणु मिलकर भारी बनते हैं। इसे प्राप्त करने के लिए, गैस को 100 मिलियन डिग्री से अधिक के तापमान पर गर्म करना आवश्यक है - सूर्य के केंद्र के तापमान से बहुत अधिक। इस तापमान पर गैस प्लाज्मा में बदल जाती है। इसी समय, हाइड्रोजन आइसोटोप परमाणु विलीन हो जाते हैं, बड़ी संख्या में न्यूट्रॉन की रिहाई के साथ हीलियम परमाणुओं में बदल जाते हैं। इस सिद्धांत पर काम करने वाला एक बिजली संयंत्र घने पदार्थ (लिथियम) की एक परत द्वारा संचालित न्यूट्रॉन की ऊर्जा का उपयोग करेगा।

थर्मोन्यूक्लियर प्रतिष्ठानों के निर्माण में इतना समय क्यों लगा?

ऐसा क्यों है कि इतने महत्वपूर्ण और मूल्यवान प्रतिष्ठान, जिनके लाभों की चर्चा लगभग आधी सदी से होती आ रही है, अभी तक नहीं बने हैं? तीन मुख्य कारण हैं (नीचे चर्चा की गई है), जिनमें से पहला बाहरी या सार्वजनिक कहा जा सकता है, और अन्य दो - आंतरिक, यानी थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा के विकास के लिए कानूनों और शर्तों के कारण।

1. लंबे समय से, यह माना जाता था कि संलयन ऊर्जा के व्यावहारिक उपयोग की समस्या के लिए तत्काल निर्णय और कार्यों की आवश्यकता नहीं होती है, क्योंकि पिछली शताब्दी के 80 के दशक में, जीवाश्म ईंधन स्रोत अटूट लग रहे थे, और पर्यावरणीय समस्याएं और जलवायु परिवर्तन नहीं हुआ। जनता की चिंता करो। 1976 में, अमेरिकी ऊर्जा विभाग में फ्यूजन एनर्जी पर सलाहकार समिति ने अनुसंधान एवं विकास के समय और विभिन्न अनुसंधान निधि विकल्पों के तहत एक प्रदर्शन संलयन बिजली संयंत्र के निर्माण का अनुमान लगाने का प्रयास किया। उसी समय, यह पता चला कि इस दिशा में अनुसंधान के लिए वार्षिक धन की मात्रा पूरी तरह से अपर्याप्त है, और विनियोग के मौजूदा स्तर को बनाए रखते हुए, थर्मोन्यूक्लियर प्रतिष्ठानों का निर्माण कभी भी सफल नहीं होगा, क्योंकि आवंटित धन भी मेल नहीं खाता है न्यूनतम, महत्वपूर्ण स्तर तक।

2. इस क्षेत्र में अनुसंधान के विकास के लिए एक और अधिक गंभीर बाधा यह है कि चर्चा के तहत एक थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन को छोटे पैमाने पर नहीं बनाया और प्रदर्शित किया जा सकता है। नीचे दिए गए स्पष्टीकरणों से यह स्पष्ट हो जाएगा कि थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के लिए न केवल प्लाज्मा के चुंबकीय बंधन की आवश्यकता होती है, बल्कि इसके पर्याप्त ताप की भी आवश्यकता होती है। खर्च और प्राप्त ऊर्जा का अनुपात कम से कम स्थापना के रैखिक आयामों के वर्ग के अनुपात में बढ़ता है, जिसके परिणामस्वरूप थर्मोन्यूक्लियर प्रतिष्ठानों की वैज्ञानिक और तकनीकी क्षमताओं और लाभों का परीक्षण और प्रदर्शन केवल काफी बड़े स्टेशनों पर किया जा सकता है, जैसे जैसा कि ऊपर उल्लेखित ITER रिएक्टर है। जब तक सफलता में पर्याप्त विश्वास नहीं था, तब तक समाज इतनी बड़ी परियोजनाओं को वित्तपोषित करने के लिए तैयार नहीं था।

3. थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा का विकास बहुत जटिल रहा है, हालांकि (अपर्याप्त धन और जेट और आईटीईआर सुविधाओं के निर्माण के लिए केंद्र चुनने में कठिनाइयों के बावजूद), हाल के वर्षों में स्पष्ट प्रगति हुई है, हालांकि अभी तक एक ऑपरेटिंग स्टेशन नहीं बनाया गया है।

आधुनिक दुनिया एक बहुत ही गंभीर ऊर्जा चुनौती का सामना कर रही है, जिसे अधिक सटीक रूप से "अनिश्चित ऊर्जा संकट" कहा जा सकता है। समस्या इस तथ्य से संबंधित है कि इस शताब्दी के उत्तरार्ध में जीवाश्म ईंधन के भंडार समाप्त हो सकते हैं। इसके अलावा, जीवाश्म ईंधन के जलने से ग्रह की जलवायु में गंभीर परिवर्तनों को रोकने के लिए किसी तरह वातावरण में जारी कार्बन डाइऑक्साइड (ऊपर उल्लिखित सीसीएस कार्यक्रम) को पकड़ने और "संग्रहित" करने की आवश्यकता हो सकती है।

वर्तमान में, मानव द्वारा उपभोग की जाने वाली लगभग सभी ऊर्जा जीवाश्म ईंधन को जलाकर बनाई जाती है, और समस्या का समाधान सौर ऊर्जा या परमाणु ऊर्जा (फास्ट ब्रीडर रिएक्टरों का निर्माण, आदि) के उपयोग से जुड़ा हो सकता है। विकासशील देशों की बढ़ती आबादी और उनके जीवन स्तर में सुधार और उत्पादित ऊर्जा की मात्रा में वृद्धि की आवश्यकता के कारण वैश्विक समस्या को केवल विचार किए गए दृष्टिकोणों के आधार पर हल नहीं किया जा सकता है, हालांकि, निश्चित रूप से, ऊर्जा के वैकल्पिक तरीकों को विकसित करने का कोई भी प्रयास पीढ़ी को प्रोत्साहित किया जाना चाहिए।

वास्तव में, हमारे पास व्यवहार रणनीतियों का एक छोटा सा विकल्प है और थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा का विकास अत्यंत महत्वपूर्ण है, भले ही सफलता की कोई गारंटी नहीं है। द फाइनेंशियल टाइम्स (दिनांक 25 जनवरी, 2004) ने इस बारे में लिखा:

आइए आशा करते हैं कि थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा के विकास के रास्ते में कोई बड़ा और अप्रत्याशित आश्चर्य नहीं होगा। इस मामले में, लगभग 30 वर्षों में, हम पहली बार ऊर्जा नेटवर्क में इससे विद्युत प्रवाह की आपूर्ति करने में सक्षम होंगे, और 10 से अधिक वर्षों में, पहला वाणिज्यिक थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट संचालित होना शुरू हो जाएगा। यह संभव है कि हमारी सदी के उत्तरार्ध में, परमाणु संलयन की ऊर्जा जीवाश्म ईंधन की जगह लेने लगेगी और धीरे-धीरे वैश्विक स्तर पर मानवता को ऊर्जा प्रदान करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने लगेगी।

इस बात की कोई पूर्ण गारंटी नहीं है कि थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा (सभी मानव जाति के लिए एक कुशल और बड़े पैमाने पर ऊर्जा के स्रोत के रूप में) बनाने का कार्य सफलतापूर्वक पूरा हो जाएगा, लेकिन इस दिशा में सफलता की संभावना काफी अधिक है। थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट्स की विशाल क्षमता को ध्यान में रखते हुए, उनके तीव्र (और यहां तक कि त्वरित) विकास के लिए परियोजनाओं की सभी लागतों को उचित माना जा सकता है, खासकर जब से ये निवेश एक राक्षसी विश्व ऊर्जा बाजार (एक वर्ष में 4 ट्रिलियन डॉलर) की पृष्ठभूमि के खिलाफ बहुत मामूली दिखते हैं। ) ऊर्जा में मानव जाति की जरूरतों को पूरा करना एक बहुत ही गंभीर समस्या है। जैसे-जैसे जीवाश्म ईंधन कम और कम उपलब्ध होते जाते हैं (इसके अलावा, उनका उपयोग अवांछनीय हो जाता है), स्थिति बदल रही है, और हम केवल संलयन शक्ति विकसित नहीं कर सकते।

प्रश्न के लिए "थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा कब दिखाई देगी?" लेव आर्टसिमोविच (इस क्षेत्र में एक मान्यता प्राप्त अग्रणी और अनुसंधान के नेता) ने एक बार उत्तर दिया था कि "यह तब बनाया जाएगा जब यह मानव जाति के लिए वास्तव में आवश्यक हो जाएगा"

आईटीईआर पहला फ्यूजन रिएक्टर होगा जो खपत से ज्यादा ऊर्जा पैदा करेगा। वैज्ञानिक इस विशेषता को एक साधारण कारक से मापते हैं जिसे वे "क्यू" कहते हैं। यदि आईटीईआर सभी निर्धारित वैज्ञानिक लक्ष्यों को प्राप्त करना संभव बनाता है, तो यह खपत की तुलना में 10 गुना अधिक ऊर्जा का उत्पादन करेगा। इंग्लैंड में बनाया गया अंतिम उपकरण, "संयुक्त यूरोपीय टोर", एक छोटा प्रोटोटाइप फ्यूजन रिएक्टर है जो वैज्ञानिक अनुसंधान के अपने अंतिम चरण में लगभग 1 के क्यू तक पहुंच गया, जिसका अर्थ है कि यह उतनी ही शक्ति उत्पन्न करता है जितनी खपत होती है। आईटीईआर फ्यूजन से ऊर्जा के निर्माण का प्रदर्शन करके और 10 का क्यू मान प्राप्त करके इसे पार कर जाएगा। विचार लगभग 50 मेगावाट की ऊर्जा खपत के साथ 500 मेगावाट उत्पन्न करना है। इस प्रकार, आईटीईआर के वैज्ञानिक लक्ष्यों में से एक यह साबित करना है कि 10 का क्यू मान प्राप्त किया जा सकता है।

एक अन्य वैज्ञानिक लक्ष्य यह है कि ITER में बहुत लंबा "जला" समय होगा - एक घंटे तक की अवधि में वृद्धि की एक नाड़ी। ITER एक शोध प्रायोगिक रिएक्टर है जो लगातार ऊर्जा का उत्पादन नहीं कर सकता है। जब ITER काम करना शुरू करेगा, तो यह एक घंटे के लिए चालू रहेगा, जिसके बाद इसे बंद करना होगा। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि अब तक हम जो मानक उपकरण बना रहे हैं, वे कई सेकंड या एक सेकंड के दसवें हिस्से के जलने में सक्षम हैं - यह अधिकतम है। "संयुक्त यूरोपीय टोरस" 20 सेकंड की पल्स लंबाई के साथ लगभग दो सेकंड के जलने के समय के साथ 1 के अपने क्यू मान तक पहुंच गया। लेकिन एक प्रक्रिया जो कुछ सेकंड तक चलती है वह वास्तव में स्थायी नहीं होती है। कार के इंजन को चालू करने के सादृश्य से: थोड़े समय के लिए इंजन को चालू करना और फिर उसे बंद करना कार का वास्तविक संचालन नहीं है। केवल जब आप अपनी कार को आधे घंटे तक चलाते हैं, तो यह संचालन के एक स्थायी मोड में प्रवेश करेगी और प्रदर्शित करेगी कि ऐसी कार को वास्तव में चलाया जा सकता है।

अर्थात्, तकनीकी और वैज्ञानिक दृष्टिकोण से, ITER 10 का Q मान और एक बढ़ा हुआ जलने का समय प्रदान करेगा।

थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन कार्यक्रम का वास्तव में अंतरराष्ट्रीय, व्यापक चरित्र है। लोग पहले से ही आईटीईआर की सफलता पर भरोसा कर रहे हैं और अगले कदम के बारे में सोच रहे हैं - डेमो नामक एक प्रोटोटाइप औद्योगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बनाना। इसे बनाने के लिए जरूरी है कि ITER काम करे। हमें अपने वैज्ञानिक लक्ष्यों को प्राप्त करना चाहिए, क्योंकि इसका मतलब यह होगा कि जो विचार हम सामने रखते हैं वे काफी व्यवहार्य हैं। हालांकि, मैं मानता हूं कि आपको हमेशा सोचना चाहिए कि आगे क्या होगा। इसके अलावा, 25-30 वर्षों के लिए ITER के संचालन के दौरान, हमारा ज्ञान धीरे-धीरे गहरा और विस्तारित होगा, और हम अपने अगले चरण को और अधिक सटीक रूप से रेखांकित कर पाएंगे।

वास्तव में, इस बारे में कोई विवाद नहीं है कि क्या आईटीईआर वास्तव में एक टोकामक होना चाहिए। कुछ विद्वान इस प्रश्न को बिल्कुल अलग तरीके से रखते हैं: क्या ITER होना चाहिए? विभिन्न देशों के विशेषज्ञ, अपने स्वयं के, इतने बड़े पैमाने पर थर्मोन्यूक्लियर प्रोजेक्ट विकसित नहीं कर रहे हैं, तर्क देते हैं कि इतने बड़े रिएक्टर की बिल्कुल भी आवश्यकता नहीं है।

हालांकि, उनकी राय शायद ही आधिकारिक पर विचार करने लायक है। कई दशकों से टॉरॉयडल ट्रैप के साथ काम कर रहे भौतिक विज्ञानी आईटीईआर के निर्माण में शामिल रहे हैं। करादाश में प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर का डिजाइन दर्जनों पूर्ववर्ती टोकामकों पर प्रयोगों के दौरान प्राप्त सभी ज्ञान पर आधारित था। और इन परिणामों से संकेत मिलता है कि रिएक्टर में एक टोकामक और उस पर एक बड़ा होना चाहिए।

जेट फिलहाल, सबसे सफल टोकामक को जेईटी माना जा सकता है, जिसे ईयू द्वारा ब्रिटिश शहर एबिंगडन में बनाया गया था। यह आज तक बनाए गए टोकामक-प्रकार के रिएक्टरों में सबसे बड़ा है, प्लाज्मा टोरस का बड़ा त्रिज्या 2.96 मीटर है। थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया की शक्ति पहले से ही 10 सेकंड तक के अवधारण समय के साथ 20 मेगावाट से अधिक तक पहुंच जाती है। रिएक्टर प्लाज्मा में निवेशित ऊर्जा का लगभग 40% लौटाता है।

यह प्लाज्मा भौतिकी है जो ऊर्जा संतुलन को निर्धारित करती है," इगोर सेमेनोव ने Infox.ru को बताया। मॉस्को इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स एंड टेक्नोलॉजी के एसोसिएट प्रोफेसर ने एक सरल उदाहरण के साथ ऊर्जा संतुलन का वर्णन किया: "हम सभी ने देखा कि आग कैसे जलती है। वास्तव में, जलाऊ लकड़ी नहीं जल रही है, बल्कि गैस है। वहां की ऊर्जा श्रृंखला इस प्रकार है: गैस जलती है, जलाऊ लकड़ी गर्म होती है, जलाऊ लकड़ी वाष्पित होती है, गैस फिर से जलती है। इसलिए, अगर हम आग में पानी फेंकते हैं, तो हम तरल पानी के वाष्प अवस्था में चरण संक्रमण के लिए सिस्टम से तेजी से ऊर्जा लेंगे। संतुलन नकारात्मक हो जाएगा, आग बुझ जाएगी। एक और तरीका है - हम अंतरिक्ष में फायरब्रांड को आसानी से ले और फैला सकते हैं। आग भी बुझ जाएगी। हम जिस फ्यूजन रिएक्टर का निर्माण कर रहे हैं, उसके लिए भी यही सच है। इस रिएक्टर के लिए उपयुक्त सकारात्मक ऊर्जा संतुलन बनाने के लिए आयामों को चुना जाता है। भविष्य में एक वास्तविक टीएनपीपी का निर्माण करने के लिए पर्याप्त है, इस प्रायोगिक चरण में उन सभी समस्याओं को हल करना जो वर्तमान में अनसुलझी हैं। ”

एक बार रिएक्टर के आयाम बदल गए। यह 20वीं-21वीं सदी के मोड़ पर हुआ, जब संयुक्त राज्य अमेरिका परियोजना से हट गया, और शेष सदस्यों ने महसूस किया कि आईटीईआर बजट (उस समय 10 अरब अमेरिकी डॉलर का अनुमान लगाया गया था) बहुत बड़ा था। स्थापना की लागत को कम करने के लिए भौतिकविदों और इंजीनियरों की आवश्यकता थी। और यह केवल आकार की कीमत पर ही किया जा सकता था। ITER के "रिडिजाइन" का नेतृत्व फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी रॉबर्ट आयमार ने किया था, जिन्होंने पहले करादाश में फ्रेंच टोकामक तोरे सुप्रा पर काम किया था। प्लाज्मा टोरस के बाहरी दायरे को 8.2 मीटर से घटाकर 6.3 मीटर कर दिया गया है। हालाँकि, डाउनसाइज़िंग से जुड़े जोखिमों को कुछ अतिरिक्त सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट द्वारा कुछ हद तक ऑफसेट किया गया था, जिससे तत्कालीन खोजे गए और खोजे गए प्लाज्मा कारावास शासन को लागू करना संभव हो गया।

स्रोत
http://ehorussia.com
http://oko-planet.su

सुबह 10:14 बजे - अंतर्राष्ट्रीय प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर ITER

अक्टूबर 2016 में ITER फ्यूजन रिएक्टर का निर्माण स्थल। रिएक्टर ही केंद्र में होगा, जहां क्रेन के साथ सर्कल है।

तो, यह एक रिकॉर्ड के साथ पहली पोस्ट है और हमारे रूब्रिक में हमने जो चर्चा की है उसका संक्षिप्त विवरण चांदी की बारिश. कल के अंक का विषय थर्मोन्यूक्लियर एनर्जी और दुनिया का सबसे महंगा वैज्ञानिक इंस्टालेशन - ITER था।

तो आईटीईआर क्या है?
ITER (इंटरनेशनल थर्मोन्यूक्लियर एक्सपेरिमेंटल रिएक्टर) एक अंतरराष्ट्रीय प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर है। इसे फ्रांस के परमाणु केंद्र कैडराचे में दर्जनों देशों के प्रयासों से बनाया जा रहा है। इसके लिए योजना 1980 के दशक में वापस शुरू हुई, परियोजना 1992 से 2007 तक विकसित की गई, निर्माण 2009 में शुरू हुआ। पहला प्लाज्मा 2025 में प्राप्त होने की उम्मीद है, और अंतिम समापन और परियोजना के अनुसार अधिकतम नियोजित कार्य मापदंडों तक पहुंचना 2035 के आसपास होगा। यह महत्वपूर्ण और दिलचस्प क्यों है? पहला, ITER दुनिया की सबसे महंगी और जटिल वैज्ञानिक और प्रायोगिक सुविधा है। इसकी लागत पहले से ही 20 अरब यूरो से अधिक आंकी गई है। लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर, तुलना के लिए, 6 बिलियन यूरो की लागत आई और इसे बनाने में 7 साल लगे। दूसरे, थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा के विकास की दिशा में अब आईटीईआर सबसे महत्वपूर्ण काम है, जो भविष्य में मानव जाति की सभी ऊर्जा समस्याओं को संभावित रूप से हल कर सकता है। स्थापना का उद्देश्य औद्योगिक पैमाने की क्षमताओं के साथ नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की संभावना को प्रदर्शित करना और पहले थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट के निर्माण के लिए अनुभव जमा करना है। इसलिए ITER खुद अभी तक बिजली पैदा नहीं करेगा।

एक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर में, एक पारंपरिक परमाणु रिएक्टर के विपरीत, यह यूरेनियम या प्लूटोनियम के भारी नाभिक की विखंडन प्रतिक्रिया का उपयोग नहीं होता है, बल्कि हाइड्रोजन आइसोटोप - ड्यूटेरियम और ट्रिटियम से प्रकाश हीलियम नाभिक के संलयन की प्रतिक्रिया होती है। इसी तरह की संलयन प्रतिक्रिया सूर्य में होती है, इसलिए "वैकल्पिक" सौर और पवन ऊर्जा किसी तरह से हमारे तारे की थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा का अप्रत्यक्ष उपयोग है।

इसी समय, एक नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन प्रतिक्रिया बनाना बहुत मुश्किल है। उन्होंने सीखा कि पृथ्वी पर एक अनियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया कैसे उत्पन्न की जाती है - हाइड्रोजन थर्मोन्यूक्लियर बम के रूप में, जो मनुष्य द्वारा बनाए गए सबसे शक्तिशाली हैं। लेकिन शांतिपूर्ण उद्देश्यों के लिए इसका अभी तक उपयोग नहीं किया जा सकता है। यहां कई कठिनाइयां हैं। सबसे पहले, संलयन प्रतिक्रिया के लिए उच्च तापमान की आवश्यकता होती है। एक ही सकारात्मक चार्ज के साथ दो प्रकाश नाभिकों को फैलाना और टकराना आवश्यक है, जो कम गति पर बस पीछे हट जाएगा। इसलिए, सूर्य का तापमान 15 मिलियन डिग्री तक पहुंच जाता है, और ITER रिएक्टर में और भी अधिक होगा - 150 मिलियन डिग्री।

ऐसे तापमान पर पदार्थ केवल प्लाज्मा के रूप में मौजूद होता है - ठोस, तरल और गैसीय के बाद पदार्थ की चौथी समग्र अवस्था, जहाँ अब परमाणु नहीं होते हैं, लेकिन केवल अलग-अलग आवेशित कण - नाभिक, प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन होते हैं। इसलिए, थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन की दूसरी कठिनाई रिएक्टर के अंदर इस प्लाज्मा का प्रतिधारण है। कोई भी पदार्थ इस प्लाज्मा के संपर्क का सामना नहीं कर सकता है, इसलिए इसे पदार्थ द्वारा नहीं, बल्कि चुंबकीय क्षेत्र द्वारा धारण करना होगा। यदि आप क्षेत्र को एक बंद आकार देते हैं, तो आवेशित कण उसके अंदर होंगे। हालांकि, एक गोलाकार बंद चुंबकीय क्षेत्र (हेजहोग कॉम्बिंग प्रमेय के कारण) बनाना सैद्धांतिक रूप से असंभव है, इसलिए प्लाज्मा को शामिल करने के लिए एक टोरस के आकार के क्षेत्र का प्रस्ताव किया गया था। बैगेल, दूसरे शब्दों में। और इसका आविष्कार और कार्यान्वयन पहली बार सोवियत वैज्ञानिकों द्वारा किया गया था। इसलिए, इस तरह के एक डिजाइन का नाम - टोकामक (चुंबकीय कॉइल के साथ टॉरॉयडल कक्ष), रूसी भाषा से विज्ञान की दुनिया में प्रवेश किया। आईटीईआर दुनिया में सबसे बड़ा और सबसे शक्तिशाली टोकामक होगा, हालांकि ग्रह पर पहले से ही उनमें से 300 से अधिक हैं।

खैर, और एक और कठिनाई - आवश्यक चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए, विशाल सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट की आवश्यकता होती है, जिसे तरल हीलियम द्वारा -270 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर ठंडा किया जाता है। तो यह पता चला है कि एक टोकामक एक ऐसा उपकरण है, जहां एक पूर्ण निर्वात में (क्योंकि ईंधन, ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के अलावा, किसी भी गैस अशुद्धियों की अनुमति नहीं है), 150 मिलियन के तापमान पर शून्य से तापमान के साथ कॉइल के अंदर एक प्रतिक्रिया होगी। डिग्री। यह है हॉट सैंडविच। अधिक विशेष रूप से, एक बैगेल।

इस आरेख से स्थापना के आकार और जटिलता का अनुमान लगाया जा सकता है।

लेकिन उन चुम्बक के छल्ले का वास्तविक आकार क्या है जिनसे ऊपर चित्र में दिखाया गया टोकामक कक्ष इकट्ठा किया जाएगा। अधिक रोमांचक तस्वीरें।

टोकामक की भौतिकी और उंगलियों पर उसके उपकरण के बारे में यहाँ और पढ़ें।

यहां तक कि सबसे विकसित देशों के लिए भी इस तरह की परियोजना को अकेले पूरा करना मुश्किल होगा। स्थापना की जटिलता के कारण, संलयन अनुसंधान में शामिल सभी देशों के ज्ञान और अनुभव को संयोजित करना आवश्यक था। ITER परियोजना में संयुक्त यूरोपीय संघ, संयुक्त राज्य अमेरिका, रूस, जापान, दक्षिण कोरिया, चीन और भारत शामिल हैं। बाद में, कजाकिस्तान इसमें शामिल हो गया, और हाल ही में ईरान भी। कोई प्रोजेक्ट में पैसे से निवेश करता है, तो कोई बिल्डिंग इक्विपमेंट के रूप में। उदाहरण के लिए, रूस कई महत्वपूर्ण घटकों का निर्माण करता है, जैसा कि नीचे दी गई तस्वीर में दिखाया गया है। और आप रूसी परियोजना केंद्र ITER की वेबसाइट पर रूस की भागीदारी के बारे में अधिक पढ़ सकते हैं।

ITER डिजाइन के हिस्से, जो रूस में बने हैं। उनका मूल्य कई अरब यूरो है।

संयुक्त प्रयास सभी के लिए फायदेमंद है - अपने हिस्से का निवेश करके, देशों को पायलट सुविधा से प्राप्त सभी सूचनाओं तक पहुंच प्राप्त होती है। थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा वास्तव में सभी मानव जाति की संपत्ति बन सकती है। परियोजना को अंतरराष्ट्रीय सहयोग के रूप में लागू करने का एक अन्य संभावित कारण जोखिम साझा करना है। यह अभी भी वाणिज्यिक प्रतिष्ठानों की उपस्थिति से बहुत दूर है (ITER स्वयं अभी तक ऊर्जा उत्पन्न नहीं करेगा, इसके बाद अगला DEMO रिएक्टर करेगा), हर कोई इसे समझता है, और इस तरह के एक महंगे प्रयोग को अकेले खींचना लाभहीन है। मोटे तौर पर, देश दूर के भविष्य में निवेश करते हैं और थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा के क्षेत्र में वैज्ञानिक क्षमता को बनाए रखते हैं, लेकिन साथ ही वे जोखिम साझा करते हैं कि उत्पाद जल्द ही प्रकट नहीं होगा और उस रूप में नहीं होगा जिसमें इसका उपयोग किया जा सकता है।

हालाँकि मैं परमाणु ऊर्जा के अध्ययन में लगा हुआ था, लेकिन एक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर एक ऐसा विषय है जो पारंपरिक परमाणु ऊर्जा संयंत्रों से इतना अलग और दूर है कि केवल अब मैंने इसमें काफी गहराई तक डुबकी लगाई है। अब मुझे ऐसा लगता है कि तकनीकी रूप से नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा के शांतिपूर्ण उपयोग की समस्या हल हो जाएगी। सृजन के समय तक इसकी कितनी मांग होगी और यह कब होगा, यह कहना अभी मुश्किल है।

ITER (ITER, इंटरनेशनल थर्मोन्यूक्लियर एक्सपेरिमेंटल रिएक्टर, "इंटरनेशनल एक्सपेरिमेंटल थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर") एक बड़े पैमाने पर वैज्ञानिक और तकनीकी परियोजना है जिसका उद्देश्य पहला अंतर्राष्ट्रीय प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बनाना है।

Cadarache (प्रोवेंस-आल्प्स-कोटे डी'ज़ूर क्षेत्र, फ्रांस) में सात मुख्य भागीदारों (यूरोपीय संघ, भारत, चीन, कोरिया गणराज्य, रूस, संयुक्त राज्य अमेरिका, जापान) द्वारा कार्यान्वित किया गया। आईटीईआर टोकामक सुविधा (पहले अक्षरों के नाम पर: चुंबकीय कॉइल के साथ टॉरॉयडल चैंबर) पर आधारित है, जिसे नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के लिए सबसे आशाजनक उपकरण माना जाता है। पहला टोकामक सोवियत संघ में 1954 में बनाया गया था।

परियोजना का उद्देश्य यह प्रदर्शित करना है कि औद्योगिक पैमाने पर संलयन ऊर्जा का उपयोग किया जा सकता है। ITER को 100 मिलियन डिग्री से अधिक के तापमान पर भारी हाइड्रोजन आइसोटोप के साथ संलयन प्रतिक्रिया द्वारा ऊर्जा उत्पन्न करना माना जाता है।

यह माना जाता है कि 1 ग्राम ईंधन (ड्यूटेरियम और ट्रिटियम का मिश्रण), जो कि स्थापना में उपयोग किया जाएगा, 8 टन तेल के समान ऊर्जा देगा। आईटीईआर की अनुमानित थर्मोन्यूक्लियर शक्ति 500 मेगावाट है।

विशेषज्ञों का कहना है कि इस प्रकार का रिएक्टर वर्तमान परमाणु ऊर्जा संयंत्रों (एनपीपी) की तुलना में अधिक सुरक्षित है, और समुद्र का पानी लगभग असीमित मात्रा में इसके लिए ईंधन प्रदान कर सकता है। इस प्रकार, आईटीईआर का सफल कार्यान्वयन स्वच्छ ऊर्जा का एक अटूट स्रोत प्रदान करेगा।

परियोजना का इतिहास

रिएक्टर की अवधारणा परमाणु ऊर्जा संस्थान में विकसित की गई थी। आई वी कुरचटोव। 1978 में, USSR ने अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी (IAEA) में एक परियोजना को लागू करने का विचार सामने रखा। परियोजना के कार्यान्वयन पर एक समझौता 1985 में जिनेवा में यूएसएसआर और यूएसए के बीच बातचीत के दौरान हुआ था।

कार्यक्रम को बाद में IAEA द्वारा अनुमोदित किया गया था। 1987 में, परियोजना को अपना वर्तमान नाम मिला, 1988 में शासी निकाय, ITER परिषद की स्थापना की गई थी। 1988-1990 में। सोवियत, अमेरिकी, जापानी और यूरोपीय वैज्ञानिकों और इंजीनियरों ने परियोजना का एक वैचारिक अध्ययन किया।

21 जुलाई 1992 को वाशिंगटन में, यूरोपीय संघ, रूस, संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान ने ITER तकनीकी परियोजना के विकास पर एक समझौते पर हस्ताक्षर किए, जो 2001 में पूरा हुआ। 2002-2005 में। दक्षिण कोरिया, चीन और भारत इस परियोजना में शामिल हुए। 21 नवंबर, 2006 को पेरिस में पहले अंतरराष्ट्रीय प्रयोगात्मक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के निर्माण पर समझौते पर हस्ताक्षर किए गए थे।

एक साल बाद, 7 नवंबर, 2007 को, ITER निर्माण स्थल पर एक समझौते पर हस्ताक्षर किए गए, जिसके अनुसार रिएक्टर फ्रांस में, मार्सिले के पास कैडराचे परमाणु केंद्र में स्थित होगा। नियंत्रण और डाटा प्रोसेसिंग केंद्र नाका (इबाराकी प्रीफेक्चर, जापान) में स्थित होगा।

Cadarache में साइट की तैयारी जनवरी 2007 में शुरू हुई, और पूर्ण पैमाने पर निर्माण 2013 में शुरू हुआ। यह परिसर 180 हेक्टेयर के क्षेत्र में स्थित होगा। 60 मीटर की ऊंचाई और 23 हजार टन के द्रव्यमान वाला रिएक्टर 1 किमी लंबी और 400 मीटर चौड़ी साइट पर स्थित होगा। इसके निर्माण पर काम अक्टूबर 2007 में स्थापित अंतर्राष्ट्रीय संगठन ITER द्वारा समन्वित है।

परियोजना की लागत 15 बिलियन यूरो अनुमानित है, जिसमें से यूरोपीय संघ (यूरेटॉम के माध्यम से) 45.4% है, और छह अन्य प्रतिभागी (रूसी संघ सहित) 9.1% प्रत्येक का योगदान करते हैं। 1994 से, कजाकिस्तान भी रूसी कोटा के तहत परियोजना में भाग ले रहा है।

रिएक्टर के तत्वों को जहाजों द्वारा फ्रांस के भूमध्यसागरीय तट पर पहुंचाया जाएगा और वहां से विशेष कारवां द्वारा कैडराचे क्षेत्र में पहुंचाया जाएगा। यह अंत करने के लिए, मौजूदा सड़कों के वर्गों को 2013 में महत्वपूर्ण रूप से फिर से सुसज्जित किया गया था, पुलों को मजबूत किया गया था, नए क्रॉसिंग और विशेष रूप से मजबूत सतह वाली सड़कों का निर्माण किया गया था। 2014 से 2019 की अवधि में, प्रबलित सड़क के साथ कम से कम तीन दर्जन सुपर-हैवी रोड ट्रेनें गुजरनी चाहिए।

नोवोसिबिर्स्क में ITER के लिए प्लाज्मा डायग्नोस्टिक सिस्टम विकसित किए जाएंगे। इस पर एक समझौते पर 27 जनवरी, 2014 को अंतर्राष्ट्रीय संगठन ITER के निदेशक, ओसामु मोटोजिमा और रूसी संघ में ITER के लिए राष्ट्रीय एजेंसी के प्रमुख, अनातोली कसीसिलनिकोव द्वारा हस्ताक्षर किए गए थे।

नए समझौते के ढांचे के भीतर डायग्नोस्टिक कॉम्प्लेक्स का विकास भौतिक-तकनीकी संस्थान के आधार पर किया जा रहा है। रूसी विज्ञान अकादमी के ए.एफ. Ioffe।

यह उम्मीद की जाती है कि रिएक्टर को 2020 में चालू कर दिया जाएगा, परमाणु संलयन के लिए पहली प्रतिक्रिया 2027 से पहले नहीं की जाएगी। 2037 में, परियोजना के प्रायोगिक भाग को पूरा करने और 2040 तक स्विच करने की योजना है। विद्युत उत्पादन। विशेषज्ञों के प्रारंभिक पूर्वानुमानों के अनुसार, रिएक्टर का औद्योगिक संस्करण 2060 से पहले तैयार नहीं होगा, और इस प्रकार के रिएक्टरों की एक श्रृंखला केवल 21 वीं सदी के अंत तक ही बनाई जा सकती है।

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