लेख उन कारणों पर चर्चा करता है कि क्यों नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन को अभी तक औद्योगिक अनुप्रयोग नहीं मिला है।

1950 के दशक में जब शक्तिशाली विस्फोटों ने पृथ्वी को हिलाकर रख दिया था थर्मोन्यूक्लियर बम, ऐसा लग रहा था कि शांतिपूर्ण उपयोग से पहले परमाणु संलयन ऊर्जाबहुत कम बचा है: एक या दो दशक। इस तरह के आशावाद के लिए आधार थे: जिस क्षण से परमाणु बम का उपयोग बिजली उत्पन्न करने वाले रिएक्टर के निर्माण के लिए किया गया था, केवल 10 वर्ष बीत चुके हैं।

लेकिन अंकुश लगाने का काम थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजनअसाधारण रूप से कठिन साबित हुआ। एक के बाद एक दशकों बीत गए, और असीमित ऊर्जा भंडार तक पहुंच प्राप्त नहीं की जा सकी। इस समय के दौरान, मानव जाति ने, जीवाश्म संसाधनों को जलाते हुए, उत्सर्जन के साथ वातावरण को प्रदूषित किया और इसे ग्रीनहाउस गैसों से गर्म कर दिया। चेरनोबिल और फुकुशिमा-1 की आपदाओं ने परमाणु ऊर्जा को बदनाम किया है।

थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की ऐसी आशाजनक और सुरक्षित प्रक्रिया में महारत हासिल करने से क्या रोका, जो मानवता को ऊर्जा प्रदान करने की समस्या को हमेशा के लिए दूर कर सके?

प्रारंभ में, यह स्पष्ट था कि प्रतिक्रिया को आगे बढ़ाने के लिए, हाइड्रोजन नाभिक को एक साथ इतना करीब लाना आवश्यक है कि परमाणु बल एक महत्वपूर्ण मात्रा में ऊर्जा की रिहाई के साथ एक नए तत्व - हीलियम के नाभिक का निर्माण कर सकें। लेकिन हाइड्रोजन नाभिक एक दूसरे से विद्युत बलों द्वारा प्रतिकर्षित होते हैं। तापमान और दबाव का एक आकलन जिस पर एक नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया शुरू होती है, ने दिखाया है कि कोई भी सामग्री ऐसे तापमान का सामना नहीं कर सकती है।

उन्हीं कारणों से, हाइड्रोजन के एक समस्थानिक, शुद्ध ड्यूटेरियम को भी अस्वीकार कर दिया गया था। अरबों डॉलर और दशकों का समय खर्च करने के बाद, वैज्ञानिक अंततः बहुत कम समय के लिए थर्मोन्यूक्लियर लौ को प्रज्वलित करने में सक्षम थे। यह सीखना बाकी है कि फ्यूजन प्लाज्मा को काफी देर तक कैसे रखा जाए। कंप्यूटर सिमुलेशन से वास्तविक रिएक्टर के निर्माण की ओर बढ़ना आवश्यक था।

इस स्तर पर, यह स्पष्ट हो गया कि एक व्यक्तिगत राज्य के प्रयास और धन पायलट और पायलट संयंत्रों के निर्माण और संचालन के लिए पर्याप्त नहीं होंगे। अंतर्राष्ट्रीय सहयोग के ढांचे के भीतर, 14 बिलियन डॉलर से अधिक मूल्य के प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर की एक परियोजना को लागू करने का निर्णय लिया गया।

लेकिन 1996 में, संयुक्त राज्य अमेरिका ने अपनी भागीदारी बंद कर दी और, तदनुसार, परियोजना के लिए धन। कुछ समय के लिए, कार्यान्वयन को कनाडा, जापान और यूरोप द्वारा वित्तपोषित किया गया था, लेकिन रिएक्टर का निर्माण कभी सफल नहीं हुआ।

दूसरी परियोजना, अंतरराष्ट्रीय भी, फ्रांस में लागू की जा रही है। लंबे समय तक प्लाज्मा प्रतिधारण चुंबकीय क्षेत्र के एक विशेष रूप के कारण होता है - एक बोतल के रूप में। इस पद्धति का आधार सोवियत भौतिकविदों ने रखा था। प्रथम "टोकमक" स्थापनाप्लाज्मा के प्रज्वलन और प्रतिधारण पर खर्च की तुलना में आउटपुट को अधिक ऊर्जा देनी चाहिए।

2012 तक, रिएक्टर की स्थापना पूरी हो जानी चाहिए थी, लेकिन अभी तक सफल संचालन के बारे में कोई जानकारी नहीं है। शायद हाल के वर्षों की आर्थिक उथल-पुथल ने वैज्ञानिकों की योजनाओं में अपना समायोजन कर लिया है।

नियंत्रित संलयन प्राप्त करने में कठिनाइयाँतथाकथित के बारे में कई अटकलों और झूठी रिपोर्टों को जन्म दिया नाभिक की "ठंडा" थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन प्रतिक्रिया।इस तथ्य के बावजूद कि अभी तक कोई भौतिक संभावनाएं या कानून नहीं मिले हैं, कई शोधकर्ता इसके अस्तित्व का दावा करते हैं। आखिरकार, दांव बहुत ऊंचे हैं: वैज्ञानिकों के लिए नोबेल पुरस्कार से लेकर एक ऐसे राज्य के भू-राजनीतिक प्रभुत्व तक जिसने इस तरह की तकनीक में महारत हासिल की है और ऊर्जा प्रचुरता तक पहुंच प्राप्त की है।

लेकिन ऐसा हर संदेश बढ़ा-चढ़ाकर या पूरी तरह झूठा साबित होता है। गंभीर वैज्ञानिक इस तरह की प्रतिक्रिया के अस्तित्व को संदेह के साथ मानते हैं।

थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरों के संश्लेषण और औद्योगिक संचालन की शुरुआत में महारत हासिल करने की वास्तविक संभावनाएं 21 वीं सदी के मध्य में वापस धकेल दी जाती हैं। इस समय तक, आवश्यक सामग्री का चयन करना और इसके सुरक्षित संचालन का काम करना संभव होगा। चूंकि ऐसे रिएक्टर बहुत कम घनत्व वाले प्लाज्मा के साथ काम करेंगे, संलयन बिजली संयंत्रों की सुरक्षापरमाणु ऊर्जा संयंत्रों की तुलना में बहुत अधिक होगा।

प्रतिक्रिया क्षेत्र में कोई भी उल्लंघन थर्मोन्यूक्लियर लौ को तुरंत "बुझा" देगा। लेकिन सुरक्षा उपायों की उपेक्षा नहीं की जानी चाहिए: रिएक्टरों की इकाई शक्ति इतनी अधिक होगी कि एक दुर्घटना, यहां तक ​​​​कि गर्मी निष्कर्षण सर्किट में भी, हताहत और पर्यावरण प्रदूषण दोनों हो सकते हैं। बात छोटी ही रहती है: 30-40 साल इंतजार करना और ऊर्जा प्रचुरता के युग को देखना। अगर हम रहते हैं, बिल्कुल।

3. नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की समस्याएं

सभी विकसित देशों के शोधकर्ताओं ने एक नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के साथ आने वाले ऊर्जा संकट पर काबू पाने की अपनी उम्मीदें टिका दी हैं। ऐसी प्रतिक्रिया - ड्यूटेरियम और ट्रिटियम से हीलियम का संश्लेषण - लाखों वर्षों से सूर्य पर हो रहा है, और पचास वर्षों से अब वे इसे विशाल और बहुत महंगी लेजर सुविधाओं, टोकामक्स में ले जाने की कोशिश कर रहे हैं। (गर्म प्लाज्मा में थर्मोन्यूक्लियर संलयन प्रतिक्रिया करने के लिए एक उपकरण) और तारकीय (उच्च तापमान प्लाज्मा रखने के लिए बंद चुंबकीय जाल)। हालांकि, इस कठिन समस्या को हल करने के अन्य तरीके भी हैं, और थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के कार्यान्वयन के लिए विशाल टोकामाक्स के बजाय, एक कॉम्पैक्ट और सस्ती कोलाइडर - टकराने वाले बीम पर एक त्वरक - का उपयोग करना संभव होगा।

टोकामक को संचालित करने के लिए बहुत कम मात्रा में लिथियम और ड्यूटेरियम की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, 1 गीगावॉट की विद्युत शक्ति वाला एक रिएक्टर प्रति वर्ष लगभग 100 किलोग्राम ड्यूटेरियम और 300 किलोग्राम लिथियम जलाता है। अगर हम मान लें कि सभी थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट 10 ट्रिलियन का उत्पादन करेंगे। kW / h प्रति वर्ष बिजली, यानी आज पृथ्वी के सभी बिजली संयंत्र जितना उत्पादन करते हैं, तब ड्यूटेरियम और लिथियम का विश्व भंडार कई लाखों वर्षों तक मानवता को ऊर्जा की आपूर्ति करने के लिए पर्याप्त होगा।

ड्यूटेरियम और लिथियम के संलयन के अलावा, दो ड्यूटेरियम परमाणुओं के संयुक्त होने पर विशुद्ध रूप से सौर संलयन संभव है। यदि इस प्रतिक्रिया में महारत हासिल है, तो ऊर्जा की समस्याएं तुरंत और हमेशा के लिए हल हो जाएंगी।

नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन (सीटीएफ) के किसी भी ज्ञात संस्करण में, थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं बिजली में अनियंत्रित वृद्धि के मोड में प्रवेश नहीं कर सकती हैं, इसलिए, ऐसे रिएक्टर आंतरिक रूप से सुरक्षित नहीं हैं।

भौतिक दृष्टिकोण से, समस्या सरल रूप से तैयार की जाती है। एक आत्मनिर्भर परमाणु संलयन प्रतिक्रिया होने के लिए, दो शर्तों को पूरा करना आवश्यक और पर्याप्त है।

1. प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले नाभिक की ऊर्जा कम से कम 10 केवी होनी चाहिए। परमाणु संलयन शुरू करने के लिए, प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले नाभिक को परमाणु बलों के क्षेत्र में गिरना चाहिए, जिसकी त्रिज्या 10-12-10-13 s.cm है। हालांकि, परमाणु नाभिक में एक सकारात्मक विद्युत आवेश होता है, और समान आवेश एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं। परमाणु बलों की कार्रवाई की सीमा पर, कूलम्ब प्रतिकर्षण की ऊर्जा लगभग 10 केवी है। इस अवरोध को दूर करने के लिए, टक्कर में नाभिक की गतिज ऊर्जा कम से कम इस मान से कम नहीं होनी चाहिए।

2. अभिकारक नाभिकों की सांद्रता का गुणनफल और अवधारण समय जिसके दौरान वे संकेतित ऊर्जा को बनाए रखते हैं, कम से कम 1014 s.cm-3 होना चाहिए। यह स्थिति - तथाकथित लॉसन मानदंड - प्रतिक्रिया की ऊर्जा लाभप्रदता की सीमा निर्धारित करती है। संलयन प्रतिक्रिया में जारी ऊर्जा के लिए प्रतिक्रिया शुरू करने की ऊर्जा लागत को कम से कम कवर करने के लिए, परमाणु नाभिक को कई टकरावों से गुजरना होगा। प्रत्येक टक्कर में जिसमें ड्यूटेरियम (D) और ट्रिटियम (T) के बीच संलयन प्रतिक्रिया होती है, 17.6 MeV ऊर्जा निकलती है, यानी लगभग 3.10-12 J। यदि, उदाहरण के लिए, 10 MJ ऊर्जा प्रज्वलन पर खर्च की जाती है, तो प्रतिक्रिया कम से कम 3.1018 D-T जोड़े भाग लेने पर भी टूट जाएगा। और इसके लिए, रिएक्टर में लंबे समय तक एक घने उच्च-ऊर्जा प्लाज्मा को रखा जाना चाहिए। यह स्थिति लॉसन मानदंड द्वारा व्यक्त की जाती है।

यदि दोनों आवश्यकताओं को एक साथ पूरा किया जा सकता है, तो नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की समस्या हल हो जाएगी।

हालाँकि, इस भौतिक समस्या के तकनीकी कार्यान्वयन में भारी कठिनाइयों का सामना करना पड़ता है। आखिरकार, 10 केवी की ऊर्जा 100 मिलियन डिग्री का तापमान है। इस तरह के तापमान पर एक पदार्थ को केवल एक वैक्यूम में एक सेकंड के अंशों के लिए रखा जा सकता है, इसे स्थापना की दीवारों से अलग करके।

लेकिन इस समस्या को हल करने का एक और तरीका है - एक ठंडा संलयन। शीत संलयन क्या है - यह कमरे के तापमान पर होने वाली "गर्म" थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया का एक एनालॉग है।

प्रकृति में, सातत्य के एक आयाम के भीतर पदार्थ को बदलने के कम से कम दो तरीके हैं। आप पानी को आग पर उबाल सकते हैं, यानी। थर्मली, या माइक्रोवेव ओवन में, यानी। आवृत्ति। परिणाम समान है - पानी उबलता है, अंतर केवल इतना है कि आवृत्ति विधि तेज है। यह परमाणु के नाभिक को विभाजित करने के लिए अति उच्च तापमान की उपलब्धि का भी उपयोग करता है। थर्मल विधि एक अनियंत्रित परमाणु प्रतिक्रिया देती है। शीत संलयन की ऊर्जा संक्रमण अवस्था की ऊर्जा है। शीत संलयन प्रतिक्रिया करने के लिए रिएक्टर के डिजाइन के लिए मुख्य शर्तों में से एक इसके पिरामिड-क्रिस्टलीय रूप की स्थिति है। एक अन्य महत्वपूर्ण स्थिति घूर्णन चुंबकीय और मरोड़ क्षेत्रों की उपस्थिति है। खेतों का प्रतिच्छेदन हाइड्रोजन नाभिक के अस्थिर संतुलन के बिंदु पर होता है।

ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी के वैज्ञानिक रूज़ी तलेयारखान, पॉलिटेक्निक यूनिवर्सिटी के रिचर्ड लीखी। रेंसिलिरा और शिक्षाविद रॉबर्ट निगमातुलिन - ने प्रयोगशाला में एक ठंडी थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया दर्ज की।

समूह ने दो से तीन गिलास के आकार के तरल एसीटोन के बीकर का उपयोग किया। ध्वनि तरंगों को तरल के माध्यम से तीव्रता से पारित किया गया था, जिससे भौतिकी में ध्वनिक गुहिकायन के रूप में जाना जाने वाला प्रभाव उत्पन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप सोनोल्यूमिनेसिसेंस होता है। गुहिकायन के दौरान तरल में छोटे-छोटे बुलबुले दिखाई दिए, जो व्यास में दो मिलीमीटर तक बढ़ गए और फट गए। विस्फोटों के साथ प्रकाश की चमक और ऊर्जा का विमोचन हुआ। विस्फोट के समय बुलबुले के अंदर का तापमान 10 मिलियन डिग्री केल्विन तक पहुंच गया, और प्रयोगकर्ताओं के अनुसार, जारी की गई ऊर्जा थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन को अंजाम देने के लिए पर्याप्त है।

"तकनीकी रूप से" प्रतिक्रिया का सार इस तथ्य में निहित है कि ड्यूटेरियम के दो परमाणुओं के संयोजन के परिणामस्वरूप, एक तीसरा बनता है - हाइड्रोजन का एक समस्थानिक, जिसे ट्रिटियम के रूप में जाना जाता है, और एक न्यूट्रॉन, जिसमें भारी मात्रा में ऊर्जा होती है .

अतिचालक अवस्था में धारा शून्य होती है, और इसलिए, चुंबकीय क्षेत्र को बनाए रखने पर बिजली की न्यूनतम मात्रा खर्च की जाएगी। 8. सुपरफास्ट सिस्टम। जड़त्वीय कारावास के साथ नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन प्लाज्मा के चुंबकीय बंधन से जुड़ी कठिनाइयों को सिद्धांत रूप में दरकिनार किया जा सकता है यदि परमाणु ईंधन को बहुत कम समय में जलाया जाता है, जब ...

2004 के लिए। इस परियोजना पर अगली वार्ता मई 2004 में वियना में होगी। रिएक्टर 2006 में बनाया जाएगा और 2014 में लॉन्च होने वाला है। यह कैसे काम करता है 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। जिसमें...

प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर का नेतृत्व ई.पी. वेलिखोव कर रहे हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका, 15 अरब डॉलर खर्च कर, इस परियोजना से वापस ले लिया, शेष 15 अरब अंतरराष्ट्रीय वैज्ञानिक संगठनों द्वारा पहले ही खर्च किया जा चुका है। 2. तकनीकी, पर्यावरण और चिकित्सा समस्याएं। नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन (UTF) प्रतिष्ठानों के संचालन के दौरान। न्यूट्रॉन बीम और गामा विकिरण होते हैं, साथ ही...

ऊर्जा जारी करने की प्रक्रिया शुरू करने की लागत को कवर करने के लिए जारी ऊर्जा पर्याप्त होने के लिए ऊर्जा और किस गुणवत्ता की आवश्यकता होगी। थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की समस्याओं के संबंध में हम नीचे इस प्रश्न पर चर्चा करेंगे। लेज़रों की ऊर्जा गुणवत्ता पर सरलतम मामलों में, निम्न-गुणवत्ता वाली ऊर्जा को उच्च-गुणवत्ता वाली ऊर्जा में बदलने की सीमाएं स्पष्ट हैं। यहां से कुछ उदाहरण दिए गए हैं...

सिवकोवा ओल्गा दिमित्रिग्नास

इस काम ने क्षेत्रीय NOU . में तीसरा स्थान हासिल किया

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पूर्वावलोकन:

नगर शिक्षण संस्थान

माध्यमिक विद्यालय 175

निज़नी नोवगोरोड का लेनिन्स्की जिला

थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की समस्या

द्वारा पूरा किया गया: सिवकोवा ओल्गा दिमित्रिग्नास

छात्र 11 "ए" कक्षा, स्कूल संख्या 175

वैज्ञानिक सलाहकार:

किरज़ेवा डी. जी.

निज़नी नावोगरट

वर्ष 2013।

परिचय 3

2. नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन 8

3. थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के लाभ 10

4. थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की समस्याएं 12

4.1 पर्यावरणीय मुद्दे 15

4.2 चिकित्सा समस्याएँ 16

5. थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन 18

6. थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के विकास की संभावनाएं 23

निष्कर्ष 26

साहित्य 27

परिचय

विभिन्न पूर्वानुमानों के अनुसार, ग्रह पर बिजली के मुख्य स्रोत 50-100 वर्षों में समाप्त हो जाएंगे। मानव जाति 40 वर्षों में तेल भंडार, गैस - अधिकतम 80, और यूरेनियम - 80-100 वर्षों में समाप्त कर देगी। कोयला भंडार 400 वर्षों तक चल सकता है लेकिन इस जीवाश्म ईंधन का उपयोग, और मुख्य के रूप में, ग्रह को एक पारिस्थितिक तबाही के कगार से परे रखता है। अगर आज वातावरण का ऐसा निर्मम प्रदूषण नहीं रोका गया तो सदियों का सवाल ही नहीं उठता। इसका मतलब है कि हमें निकट भविष्य में ऊर्जा के वैकल्पिक स्रोत की आवश्यकता है।

और ऐसा एक स्रोत है। यह थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा है, जो बिल्कुल गैर-रेडियोधर्मी ड्यूटेरियम और रेडियोधर्मी ट्रिटियम का उपयोग करती है, लेकिन परमाणु ऊर्जा की तुलना में हजारों गुना कम मात्रा में। और यह स्रोत व्यावहारिक रूप से अटूट है, यह हाइड्रोजन नाभिक के टकराव पर आधारित है, और हाइड्रोजन ब्रह्मांड में सबसे आम पदार्थ है।

इस क्षेत्र में मानवता के सामने सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक हैनियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की समस्या।

मानव सभ्यता मौजूद नहीं हो सकती, ऊर्जा के बिना विकास तो दूर की बात है। हर कोई अच्छी तरह से जानता है कि ऊर्जा के विकसित स्रोत, दुर्भाग्य से, जल्द ही समाप्त हो सकते हैं। विश्व ऊर्जा परिषद के अनुसार, पृथ्वी पर हाइड्रोकार्बन ईंधन के खोजे गए भंडार 30 वर्षों तक बने रहते हैं।

आज ऊर्जा के मुख्य स्रोत तेल, गैस और कोयला हैं।

जानकारों के मुताबिक इन खनिजों के भंडार खत्म हो रहे हैं। तेल क्षेत्रों के विकास के लिए उपयुक्त लगभग कोई खोज नहीं है, और पहले से ही हमारे पोते-पोतियों को ऊर्जा की कमी की बहुत गंभीर समस्या का सामना करना पड़ सकता है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र, जो ईंधन के साथ सबसे अच्छी आपूर्ति करते हैं, निश्चित रूप से एक सौ से अधिक वर्षों के लिए बिजली के साथ मानवता की आपूर्ति कर सकते हैं।

अध्ययन की वस्तु:समस्या नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन।

अध्ययन का विषय:थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन।

अध्ययन का उद्देश्य:थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन नियंत्रण की समस्या का समाधान;

अनुसंधान के उद्देश्य:

• थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं के प्रकारों का अध्ययन करना।
• किसी व्यक्ति को थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के दौरान जारी ऊर्जा देने के लिए सभी संभावित विकल्पों पर विचार करें।
• ऊर्जा के विद्युत में परिवर्तन के सिद्धांत को सामने रखें।

प्रारंभिक तथ्य:

परमाणु नाभिक के क्षय या संलयन के दौरान परमाणु ऊर्जा निकलती है। कोई भी ऊर्जा - भौतिक, रासायनिक या परमाणु उसकी कार्य करने की क्षमता, ऊष्मा या विकिरण को विकीर्ण करने की क्षमता से प्रकट होती है। किसी भी प्रणाली में ऊर्जा हमेशा संरक्षित होती है, लेकिन इसे किसी अन्य प्रणाली में स्थानांतरित किया जा सकता है या रूप में बदला जा सकता है।

उपलब्धि नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की स्थितियां कई मुख्य समस्याओं से बाधित होती हैं:

• सबसे पहले, गैस को बहुत अधिक तापमान पर गर्म किया जाना चाहिए।
• दूसरे, पर्याप्त रूप से लंबे समय तक प्रतिक्रियाशील नाभिकों की संख्या को नियंत्रित करना आवश्यक है।
• तीसरा, जारी की गई ऊर्जा की मात्रा गैस के घनत्व को गर्म करने और सीमित करने के लिए खर्च की गई मात्रा से अधिक होनी चाहिए।
• अगली समस्या इस ऊर्जा का संचयन और इसे बिजली में परिवर्तित करना है।

1. सूर्य पर थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं

सौर ऊर्जा का स्रोत क्या है? उन प्रक्रियाओं की प्रकृति क्या है जिनके दौरान भारी मात्रा में ऊर्जा का उत्पादन होता है? सूरज कब तक चमकता रहेगा?

इन सवालों के जवाब देने का पहला प्रयास खगोलविदों द्वारा 19वीं शताब्दी के मध्य में किया गया था, जब भौतिकविदों ने ऊर्जा संरक्षण का कानून तैयार किया था।

रॉबर्ट मेयर ने सुझाव दिया कि उल्कापिंडों और उल्का कणों द्वारा सतह पर लगातार बमबारी के कारण सूर्य चमकता है। इस परिकल्पना को खारिज कर दिया गया था, क्योंकि एक साधारण गणना से पता चलता है कि वर्तमान स्तर पर सूर्य की चमक को बनाए रखने के लिए यह आवश्यक है कि 2∙10 15 किलो उल्कापिंड। एक साल के लिए यह 6∙10 . होगा 22 किलो, और सूर्य के अस्तित्व के दौरान, 5 अरब वर्षों के लिए - 3∙10 32 किलोग्राम। सूर्य द्रव्यमान M = 2∙10 30 किलो, इसलिए, पांच अरब वर्षों में, सूर्य के द्रव्यमान का 150 गुना सूर्य पर गिरना चाहिए था।

दूसरी परिकल्पना भी 19वीं शताब्दी के मध्य में हेल्महोल्ट्ज़ और केल्विन द्वारा सामने रखी गई थी। उन्होंने सुझाव दिया कि सूर्य सालाना 60-70 मीटर अनुबंध करके विकिरण करता है। संपीड़न का कारण सूर्य के कणों का परस्पर आकर्षण है, इसलिए इस परिकल्पना को कहा जाता हैसंविदात्मक . यदि हम इस परिकल्पना के अनुसार गणना करें, तो सूर्य की आयु 20 मिलियन वर्ष से अधिक नहीं होगी, जो पृथ्वी की मिट्टी और चंद्रमा की मिट्टी के भूवैज्ञानिक नमूनों में तत्वों के रेडियोधर्मी क्षय के विश्लेषण से प्राप्त आधुनिक आंकड़ों का खंडन करती है। .

20वीं सदी की शुरुआत में जेम्स जीन्स ने सौर ऊर्जा के संभावित स्रोतों के बारे में तीसरी परिकल्पना सामने रखी थी। उन्होंने सुझाव दिया कि सूर्य की गहराई में भारी रेडियोधर्मी तत्व होते हैं जो अनायास क्षय हो जाते हैं, जबकि ऊर्जा उत्सर्जित होती है। उदाहरण के लिए, यूरेनियम का थोरियम में और फिर लेड में परिवर्तन ऊर्जा की रिहाई के साथ होता है। इस परिकल्पना के बाद के विश्लेषण ने भी इसकी विफलता को दिखाया; केवल यूरेनियम से बना एक तारा सूर्य की प्रेक्षित चमक प्रदान करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा जारी नहीं करेगा। इसके अलावा, ऐसे तारे हैं जो हमारे तारे से कई गुना अधिक चमकते हैं। यह संभावना नहीं है कि उन सितारों में अधिक रेडियोधर्मी सामग्री भी होगी।

सितारों के अंदरूनी हिस्सों में परमाणु प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप तत्वों के संश्लेषण की परिकल्पना सबसे संभावित परिकल्पना निकली।

1935 में, हंस बेथे ने परिकल्पना की कि हाइड्रोजन को हीलियम में परिवर्तित करने की थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया सौर ऊर्जा का स्रोत हो सकती है। इसके लिए बेथे को 1967 में नोबेल पुरस्कार मिला था।

सूर्य की रासायनिक संरचना लगभग अन्य तारों के समान ही है। लगभग 75% हाइड्रोजन है, 25% हीलियम है, और 1% से कम अन्य सभी रासायनिक तत्व (मुख्य रूप से कार्बन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, आदि) हैं। ब्रह्मांड के जन्म के तुरंत बाद, "भारी" तत्व बिल्कुल भी नहीं थे। वे सभी, अर्थात्। हीलियम से भारी तत्व और यहां तक ​​कि कई अल्फा कण, थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के दौरान तारों में हाइड्रोजन के "जलने" के दौरान बने थे। सूर्य जैसे तारे का विशिष्ट जीवनकाल दस अरब वर्ष है।

ऊर्जा का मुख्य स्रोत हैप्रोटॉन-प्रोटॉन चक्र - बहुत धीमी प्रतिक्रिया (विशेषता समय 7.9∙10 .) 9 वर्ष), क्योंकि यह कमजोर अंतःक्रिया के कारण है। इसका सार इस तथ्य में निहित है कि चार प्रोटॉन से एक हीलियम नाभिक प्राप्त होता है। इस मामले में, पॉज़िट्रॉन की एक जोड़ी और न्यूट्रिनो की एक जोड़ी जारी की जाती है, साथ ही 26.7 MeV ऊर्जा भी जारी की जाती है। सूर्य द्वारा प्रति सेकंड उत्सर्जित न्यूट्रिनो की संख्या केवल सूर्य की चमक से निर्धारित होती है। जब से 26.7 MeV निकलता है, 2 न्यूट्रिनो पैदा होते हैं, तब न्यूट्रिनो उत्सर्जन दर: 1.8∙10 38 न्यूट्रिनो/एस. इस सिद्धांत का प्रत्यक्ष परीक्षण सौर न्यूट्रिनो का अवलोकन है। उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो (बोरॉन) क्लोरीन-आर्गन प्रयोगों (डेविस प्रयोगों) में दर्ज किए जाते हैं और मानक सौर मॉडल के सैद्धांतिक मूल्य की तुलना में लगातार न्यूट्रिनो की कमी दिखाते हैं। पीपी प्रतिक्रिया में सीधे उत्पन्न होने वाले निम्न-ऊर्जा न्यूट्रिनो गैलियम-जर्मेनियम प्रयोगों (GALLEX at Gran Sasso (इटली-जर्मनी) और SAGE at Baksan (रूस-यूएसए)) में दर्ज किए जाते हैं; वे भी "लापता" हैं।

कुछ मान्यताओं के अनुसार, यदि न्यूट्रिनो में एक गैर-शून्य आराम द्रव्यमान है, तो विभिन्न प्रकार के न्यूट्रिनो के दोलन (रूपांतरण) संभव हैं (मिखेव - स्मिरनोव - वोल्फेंस्टीन प्रभाव) (तीन प्रकार के न्यूट्रिनो हैं: इलेक्ट्रॉन, म्यूऑन और टॉन न्यूट्रिनो) . इसलिये अन्य न्यूट्रिनो में इलेक्ट्रॉनों की तुलना में पदार्थ के साथ बहुत कम अंतःक्रियात्मक क्रॉस सेक्शन होते हैं, मनाया घाटे को खगोलीय डेटा के पूरे सेट के आधार पर निर्मित सूर्य के मानक मॉडल को बदले बिना समझाया जा सकता है।

सूर्य हर सेकेंड में लगभग 600 मिलियन टन हाइड्रोजन का पुनर्चक्रण करता है। परमाणु ईंधन का भंडार अगले पांच अरब वर्षों तक चलेगा, जिसके बाद यह धीरे-धीरे एक सफेद बौने में बदल जाएगा।

सूर्य के मध्य भाग सिकुड़ेंगे, गर्म होंगे, और बाहरी आवरण में स्थानांतरित होने वाली गर्मी आधुनिक लोगों की तुलना में राक्षसी आकार में इसके विस्तार की ओर ले जाएगी: सूर्य इतना विस्तार करेगा कि यह बुध, शुक्र को अवशोषित करेगा और खर्च करेगा " ईंधन" वर्तमान की तुलना में सौ गुना तेज है। इससे सूर्य का आकार बढ़ेगा; हमारा तारा एक लाल विशालकाय बन जाएगा, जिसका आकार पृथ्वी से सूर्य की दूरी के बराबर है!

बेशक, हमें इस तरह की घटना के बारे में पहले से सूचित किया जाएगा, क्योंकि एक नए चरण में संक्रमण में लगभग 100-200 मिलियन वर्ष लगेंगे। जब सूर्य के मध्य भाग का तापमान 100,000,000 K तक पहुँच जाता है, तो हीलियम भी जलना शुरू हो जाएगा, भारी तत्वों में बदल जाएगा, और सूर्य संकुचन और विस्तार के जटिल चक्रों के चरण में प्रवेश करेगा। अंतिम चरण में, हमारा तारा अपना बाहरी आवरण खो देगा, केंद्रीय कोर में पृथ्वी की तरह एक अविश्वसनीय रूप से बड़ा घनत्व और आकार होगा। कुछ और अरब वर्ष बीत जाएंगे, और सूर्य एक सफेद बौने में बदल कर ठंडा हो जाएगा।

2. नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन।

नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन (सीटीएफ) ऊर्जा प्राप्त करने के लिए हल्के से भारी परमाणु नाभिक का संश्लेषण है, जो विस्फोटक थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन (थर्मोन्यूक्लियर हथियारों में प्रयुक्त) के विपरीत नियंत्रित होता है। नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन पारंपरिक परमाणु ऊर्जा से भिन्न होता है जिसमें उत्तरार्द्ध एक विखंडन प्रतिक्रिया का उपयोग करता है, जिसके दौरान भारी नाभिक से हल्के नाभिक प्राप्त होते हैं। ड्यूटेरियम ( 2 एच) और ट्रिटियम (3 .) एच), और अधिक दूर के भविष्य में, हीलियम -3 ( 3 हे) और बोरॉन-11 (11 बी)।

नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन इस्तेमाल किए गए ईंधन के प्रकार के आधार पर विभिन्न प्रकार की थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं का उपयोग कर सकता है।

ड्यूटेरियम को थर्मोन्यूक्लियर ईंधन के रूप में वर्गीकृत किया गया है। 2 डी 1, ट्रिटियम 3 टी 1 और 6 ली 3 . इस प्रकार का प्राथमिक परमाणु ईंधन ड्यूटेरियम है। 6 ली 3 द्वितीयक थर्मोन्यूक्लियर ईंधन प्राप्त करने के लिए कच्चे माल के रूप में कार्य करता है -ट्रिटियम

ट्रिटियम 3 टी 1 - अत्यधिक भारी हाइड्रोजन 3 एन 1 - प्राकृतिक ली के विकिरण द्वारा प्राप्त ( 7.52% 6 ली 3 ) न्यूट्रॉन और अल्फा कण ( 4α 2 - हीलियम परमाणु नाभिक 4 नहीं 2 ) ड्यूटेरियम का उपयोग ट्रिटियम के साथ मिश्रित थर्मोन्यूक्लियर ईंधन के रूप में किया जाता है और 6 ली 3 (लीड और ली के रूप में) ) ईंधन में परमाणु संलयन प्रतिक्रियाओं के कार्यान्वयन के दौरान, हीलियम नाभिक की संलयन प्रतिक्रियाएं होती हैं (दसियों से सैकड़ों लाखों डिग्री के तापमान पर)। उत्सर्जित न्यूट्रॉन नाभिक द्वारा अवशोषित होते हैं 6 ली 3 , जबकि प्रतिक्रिया के अनुसार अतिरिक्त मात्रा में ट्रिटियम बनता है: 6 ली 3 + 1 पी 0 = 3 टी 1 + 4 हे 2 ( द्रव्यमान संख्याओं के योग की प्रतिक्रिया में 6+1=3+4 और शुल्क का योग 3+0=1+2 समीकरण के दोनों ओर समान होना चाहिए)। दो ड्यूटेरियम नाभिक (भारी हाइड्रोजन) संलयन प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप एक ट्रिटियम नाभिक (सुपरहैवी हाइड्रोजन) और एक प्रोटॉन (एक सामान्य हाइड्रोजन परमाणु का नाभिक) देते हैं: 2 डी 1 + 2 डी 1 \u003d 3 टी 1 + 1 आर 1; हीलियम आइसोटोप न्यूक्लियस के गठन के साथ प्रतिक्रियाएं दूसरी तरफ भी जा सकती हैं 3 हे 2 और न्यूट्रॉन 1 पी 0: 2 डी 1 + 2 डी 1 = 3 हे 2 + 1 पी 0। ट्रिटियम ड्यूटेरियम के साथ प्रतिक्रिया करता है, न्यूट्रॉन फिर से प्रकट होते हैं, के साथ बातचीत करने में सक्षम 6 ली 3: 2 डी 1 + 3 टी 1 \u003d 4 वह 2 + 1 पी 0 आदि। थर्मोन्यूक्लियर ईंधन का ऊष्मीय मान विखंडनीय पदार्थों की तुलना में 5-6 गुना अधिक होता है। जलमंडल में ड्यूटेरियम के भंडार लगभग हैं 10 13 टन . हालांकि, वर्तमान में, केवल अनियंत्रित प्रतिक्रियाएं (विस्फोट) व्यावहारिक रूप से की जाती हैं, और नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया करने के लिए तरीकों की व्यापक रूप से खोज की जा रही है, जो सिद्धांत रूप में, लगभग असीमित अवधि के लिए मानवता को ऊर्जा प्रदान करना संभव बनाता है।

3. थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के लाभ

परमाणु विखंडन प्रतिक्रियाओं की तुलना में थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के क्या फायदे हैं, जो हमें थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा के बड़े पैमाने पर विकास की उम्मीद करने की अनुमति देते हैं? मुख्य और मौलिक अंतर लंबे समय तक रहने वाले रेडियोधर्मी कचरे की अनुपस्थिति में है, जो परमाणु विखंडन रिएक्टरों के लिए विशिष्ट है। और यद्यपि थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के संचालन के दौरान पहली दीवार न्यूट्रॉन द्वारा सक्रिय होती है, उपयुक्त कम सक्रिय संरचनात्मक सामग्री का चुनाव थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बनाने की मौलिक संभावना को खोलता है जिसमें पहली दीवार की प्रेरित गतिविधि पूरी तरह से घट जाएगी रिएक्टर के बंद होने के तीस साल बाद सुरक्षित स्तर। इसका मतलब यह है कि समाप्त हो चुके रिएक्टर को केवल 30 वर्षों के लिए मॉथबॉल करने की आवश्यकता होगी, जिसके बाद सामग्री को पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है और एक नए संलयन रिएक्टर में उपयोग किया जा सकता है। यह स्थिति मौलिक रूप से विखंडन रिएक्टरों से भिन्न है, जो रेडियोधर्मी कचरे का उत्पादन करते हैं जिसके लिए हजारों वर्षों तक प्रसंस्करण और भंडारण की आवश्यकता होती है। कम रेडियोधर्मिता के अलावा, थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा में ईंधन और अन्य आवश्यक सामग्री के विशाल, व्यावहारिक रूप से अटूट भंडार होते हैं, जो हजारों वर्षों में नहीं, बल्कि कई सैकड़ों के लिए ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए पर्याप्त होते हैं।

इन्हीं फायदों ने मुख्य परमाणु देशों को 1950 के दशक के मध्य में नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन पर बड़े पैमाने पर शोध शुरू करने के लिए प्रेरित किया। उस समय तक, सोवियत संघ और संयुक्त राज्य अमेरिका में हाइड्रोजन बमों का पहला सफल परीक्षण पहले ही किया जा चुका था, जिसने स्थलीय परिस्थितियों में परमाणु संलयन की ऊर्जा का उपयोग करने की मौलिक संभावना की पुष्टि की। शुरुआत से ही, यह स्पष्ट हो गया कि नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन का कोई सैन्य अनुप्रयोग नहीं था। 1956 में, अनुसंधान को अवर्गीकृत कर दिया गया था और तब से व्यापक अंतरराष्ट्रीय सहयोग के ढांचे में किया गया है। हाइड्रोजन बम कुछ ही वर्षों में बनाया गया था, और उस समय ऐसा लग रहा था कि लक्ष्य करीब था, और 50 के दशक के अंत में निर्मित पहली बड़ी प्रयोगात्मक सुविधाओं को थर्मोन्यूक्लियर प्लाज्मा प्राप्त होगा। हालांकि, ऐसी स्थितियां बनाने में 40 साल से अधिक का शोध हुआ, जिसके तहत थर्मोन्यूक्लियर पावर की रिहाई प्रतिक्रियाशील मिश्रण की ताप शक्ति के बराबर होती है। 1997 में, सबसे बड़े थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन, यूरोपीय टोकामक (जेईटी) ने 16 मेगावाट थर्मोन्यूक्लियर पावर प्राप्त की और इस सीमा के करीब आ गया।

इतनी देरी का कारण क्या था? यह पता चला कि लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, भौतिकविदों और इंजीनियरों को बहुत सी समस्याओं को हल करना पड़ा, जिनके बारे में उन्हें यात्रा की शुरुआत में कोई जानकारी नहीं थी। इन 40 वर्षों के दौरान, एक विज्ञान बनाया गया - प्लाज्मा भौतिकी, जिसने प्रतिक्रियाशील मिश्रण में होने वाली जटिल भौतिक प्रक्रियाओं को समझना और उनका वर्णन करना संभव बना दिया। इंजीनियरों को समान रूप से कठिन समस्याओं को हल करना था, जिसमें बड़ी मात्रा में एक गहरा वैक्यूम बनाना, उपयुक्त संरचनात्मक सामग्री का चयन और परीक्षण करना, बड़े सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट, शक्तिशाली लेजर और एक्स-रे स्रोत विकसित करना, शक्तिशाली कण बीम बनाने में सक्षम स्पंदित पावर सिस्टम विकसित करना, मिश्रण के उच्च आवृत्ति हीटिंग के तरीकों को विकसित करने के लिए और भी बहुत कुछ।

4. नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की समस्याएं

सभी विकसित देशों के शोधकर्ताओं ने एक नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के साथ आने वाले ऊर्जा संकट पर काबू पाने की अपनी उम्मीदें टिका दी हैं। ऐसी प्रतिक्रिया - ड्यूटेरियम और ट्रिटियम से हीलियम का संश्लेषण - लाखों वर्षों से सूर्य पर हो रहा है, और पचास वर्षों से अब वे इसे विशाल और बहुत महंगी लेजर सुविधाओं, टोकामक्स में ले जाने की कोशिश कर रहे हैं। (गर्म प्लाज्मा में थर्मोन्यूक्लियर संलयन प्रतिक्रिया करने के लिए एक उपकरण) और तारकीय (उच्च तापमान प्लाज्मा रखने के लिए बंद चुंबकीय जाल)। हालांकि, इस कठिन समस्या को हल करने के अन्य तरीके भी हैं, और थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के कार्यान्वयन के लिए विशाल टोकामाक्स के बजाय, एक कॉम्पैक्ट और सस्ती कोलाइडर - टकराने वाले बीम पर एक त्वरक - का उपयोग करना संभव होगा।

टोकामक को संचालित करने के लिए बहुत कम मात्रा में लिथियम और ड्यूटेरियम की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, 1 गीगावॉट की विद्युत शक्ति वाला एक रिएक्टर प्रति वर्ष लगभग 100 किलोग्राम ड्यूटेरियम और 300 किलोग्राम लिथियम जलाता है। अगर हम मान लें कि सभी थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट 10 ट्रिलियन का उत्पादन करेंगे। kW / h प्रति वर्ष बिजली, यानी आज पृथ्वी के सभी बिजली संयंत्र जितना उत्पादन करते हैं, तब ड्यूटेरियम और लिथियम का विश्व भंडार कई लाखों वर्षों तक मानवता को ऊर्जा की आपूर्ति करने के लिए पर्याप्त होगा।

ड्यूटेरियम और लिथियम के संलयन के अलावा, दो ड्यूटेरियम परमाणुओं के संयुक्त होने पर विशुद्ध रूप से सौर संलयन संभव है। यदि इस प्रतिक्रिया में महारत हासिल है, तो ऊर्जा की समस्याएं तुरंत और हमेशा के लिए हल हो जाएंगी।

नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन (सीटीएफ) के किसी भी ज्ञात संस्करण में, थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं बिजली में अनियंत्रित वृद्धि के मोड में प्रवेश नहीं कर सकती हैं, इसलिए, ऐसे रिएक्टर आंतरिक रूप से सुरक्षित नहीं हैं।

भौतिक दृष्टिकोण से, समस्या सरल रूप से तैयार की जाती है। एक आत्मनिर्भर परमाणु संलयन प्रतिक्रिया होने के लिए, दो शर्तों को पूरा करना आवश्यक और पर्याप्त है।

1. प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले नाभिक की ऊर्जा कम से कम 10 केवी होनी चाहिए। परमाणु संलयन शुरू करने के लिए, प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले नाभिक को परमाणु बलों के क्षेत्र में गिरना चाहिए, जिसकी त्रिज्या 10-12-10-13 s.cm है। हालांकि, परमाणु नाभिक में एक सकारात्मक विद्युत आवेश होता है, और समान आवेश एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं। परमाणु बलों की कार्रवाई की सीमा पर, कूलम्ब प्रतिकर्षण की ऊर्जा लगभग 10 केवी है। इस अवरोध को दूर करने के लिए, टक्कर में नाभिक की गतिज ऊर्जा कम से कम इस मान से कम नहीं होनी चाहिए।
2. प्रतिक्रियाशील नाभिक की सांद्रता का उत्पाद और अवधारण समय जिसके दौरान वे संकेतित ऊर्जा को बनाए रखते हैं, कम से कम 1014 s.cm-3 होना चाहिए। यह स्थिति - तथाकथित लॉसन मानदंड - प्रतिक्रिया की ऊर्जा लाभप्रदता की सीमा निर्धारित करती है। संलयन प्रतिक्रिया में जारी ऊर्जा के लिए प्रतिक्रिया शुरू करने की ऊर्जा लागत को कम से कम कवर करने के लिए, परमाणु नाभिक को कई टकरावों से गुजरना होगा। प्रत्येक टक्कर में जिसमें ड्यूटेरियम (D) और ट्रिटियम (T) के बीच संलयन प्रतिक्रिया होती है, 17.6 MeV ऊर्जा निकलती है, यानी लगभग 3.10-12 J। यदि, उदाहरण के लिए, 10 MJ ऊर्जा प्रज्वलन पर खर्च की जाती है, तो प्रतिक्रिया कम से कम 3.1018 D-T जोड़े भाग लेने पर भी टूट जाएगा। और इसके लिए, रिएक्टर में लंबे समय तक एक घने उच्च-ऊर्जा प्लाज्मा को रखा जाना चाहिए। यह स्थिति लॉसन मानदंड द्वारा व्यक्त की जाती है।

यदि दोनों आवश्यकताओं को एक साथ पूरा किया जा सकता है, तो नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की समस्या हल हो जाएगी।

हालाँकि, इस भौतिक समस्या के तकनीकी कार्यान्वयन में भारी कठिनाइयों का सामना करना पड़ता है। आखिरकार, 10 केवी की ऊर्जा 100 मिलियन डिग्री का तापमान है। इस तरह के तापमान पर एक पदार्थ को केवल एक वैक्यूम में एक सेकंड के अंशों के लिए रखा जा सकता है, इसे स्थापना की दीवारों से अलग करके।

लेकिन इस समस्या को हल करने का एक और तरीका है - एक ठंडा संलयन। शीत संलयन क्या है - यह कमरे के तापमान पर होने वाली "गर्म" थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया का एक एनालॉग है।

प्रकृति में, सातत्य के एक आयाम के भीतर पदार्थ को बदलने के कम से कम दो तरीके हैं। आप पानी को आग पर उबाल सकते हैं, यानी। थर्मली, या माइक्रोवेव ओवन में, यानी। आवृत्ति। परिणाम समान है - पानी उबलता है, अंतर केवल इतना है कि आवृत्ति विधि तेज है। यह परमाणु के नाभिक को विभाजित करने के लिए अति उच्च तापमान की उपलब्धि का भी उपयोग करता है। थर्मल विधि एक अनियंत्रित परमाणु प्रतिक्रिया देती है। शीत संलयन की ऊर्जा संक्रमण अवस्था की ऊर्जा है। शीत संलयन प्रतिक्रिया करने के लिए रिएक्टर के डिजाइन के लिए मुख्य शर्तों में से एक इसके पिरामिड-क्रिस्टलीय रूप की स्थिति है। एक अन्य महत्वपूर्ण स्थिति घूर्णन चुंबकीय और मरोड़ क्षेत्रों की उपस्थिति है। खेतों का प्रतिच्छेदन हाइड्रोजन नाभिक के अस्थिर संतुलन के बिंदु पर होता है।

ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी के वैज्ञानिक रूज़ी तलेयारखान, पॉलिटेक्निक यूनिवर्सिटी के रिचर्ड लीखी। रेंसिलिरा और शिक्षाविद रॉबर्ट निगमातुलिन - ने प्रयोगशाला में एक ठंडी थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया दर्ज की।

समूह ने दो से तीन गिलास के आकार के तरल एसीटोन के बीकर का उपयोग किया। ध्वनि तरंगों को तरल के माध्यम से तीव्रता से पारित किया गया था, जिससे भौतिकी में ध्वनिक गुहिकायन के रूप में जाना जाने वाला प्रभाव उत्पन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप सोनोल्यूमिनेसिसेंस होता है। गुहिकायन के दौरान तरल में छोटे-छोटे बुलबुले दिखाई दिए, जो व्यास में दो मिलीमीटर तक बढ़ गए और फट गए। विस्फोटों के साथ प्रकाश की चमक और ऊर्जा का विमोचन हुआ। विस्फोट के समय बुलबुले के अंदर का तापमान 10 मिलियन डिग्री केल्विन तक पहुंच गया, और प्रयोगकर्ताओं के अनुसार, जारी की गई ऊर्जा थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन को अंजाम देने के लिए पर्याप्त है।

"तकनीकी रूप से" प्रतिक्रिया का सार इस तथ्य में निहित है कि ड्यूटेरियम के दो परमाणुओं के संयोजन के परिणामस्वरूप, एक तीसरा बनता है - हाइड्रोजन का एक समस्थानिक, जिसे ट्रिटियम के रूप में जाना जाता है, और एक न्यूट्रॉन, जिसमें भारी मात्रा में ऊर्जा होती है .

4.1 आर्थिक समस्याएं

टीसीबी बनाते समय, यह माना जाता है कि यह शक्तिशाली कंप्यूटरों से लैस एक बड़ा इंस्टॉलेशन होगा। यह पूरा छोटा शहर होगा। लेकिन दुर्घटना या उपकरण खराब होने की स्थिति में स्टेशन का संचालन बाधित होगा।

यह प्रदान नहीं किया गया है, उदाहरण के लिए, आधुनिक एनपीपी डिजाइनों में। ऐसा माना जाता है कि मुख्य बात उन्हें बनाना है, और आगे क्या होता है यह महत्वपूर्ण नहीं है।

लेकिन 1 स्टेशन के फेल होने की स्थिति में कई शहर बिना बिजली के रह जाएंगे। इसे आर्मेनिया में परमाणु ऊर्जा संयंत्र के उदाहरण में देखा जा सकता है। रेडियोधर्मी कचरे को हटाना बहुत महंगा हो गया है। ग्रीन परमाणु ऊर्जा संयंत्र के अनुरोध पर बंद कर दिया गया था। आबादी बिजली के बिना रह गई थी, बिजली संयंत्र के उपकरण खराब हो गए थे, और अंतरराष्ट्रीय संगठनों द्वारा बहाली के लिए आवंटित धन बर्बाद हो गया था।

एक गंभीर आर्थिक समस्या परित्यक्त उद्योगों का परिशोधन है जहां यूरेनियम संसाधित किया गया था। उदाहरण के लिए, "अक्टाउ शहर का अपना छोटा" चेरनोबिल "है। यह रासायनिक-हाइड्रोमेटालर्जिकल प्लांट (केएचजीएमजेड) के क्षेत्र में स्थित है। कुछ स्थानों पर यूरेनियम प्रसंस्करण दुकान (एचएमसी) में गामा पृष्ठभूमि विकिरण 11,000 माइक्रो- प्रति घंटे roentgens, औसत पृष्ठभूमि स्तर 200 micro-roentgens है (सामान्य प्राकृतिक पृष्ठभूमि प्रति घंटे 10 से 25 micro-roentgens है। संयंत्र के बंद होने के बाद, यहां परिशोधन बिल्कुल नहीं किया गया था। का एक महत्वपूर्ण हिस्सा उपकरण, लगभग पंद्रह हजार टन, पहले से ही अपरिवर्तनीय रेडियोधर्मिता है। साथ ही, ऐसी खतरनाक वस्तुओं को खुले में संग्रहीत किया जाता है, खराब संरक्षित किया जाता है और लगातार खजीएमजेड के क्षेत्र से दूर ले जाया जाता है।

इसलिए, चूंकि कोई शाश्वत उत्पादन नहीं है, नई प्रौद्योगिकियों के आगमन के संबंध में, टीसीबी को बंद किया जा सकता है और फिर उद्यम से वस्तुएं, धातुएं बाजार में प्रवेश करेंगी और स्थानीय आबादी को नुकसान होगा।

टीसीबी कूलिंग सिस्टम में पानी का इस्तेमाल किया जाएगा। लेकिन पर्यावरणविदों के अनुसार, अगर हम परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के आंकड़े लें, तो इन जलाशयों का पानी पीने के लिए उपयुक्त नहीं है।

विशेषज्ञों के अनुसार, जलाशय भारी धातुओं (विशेष रूप से, थोरियम -232) से भरा है, और कुछ स्थानों पर गामा विकिरण का स्तर 50 - 60 माइक्रोरोएंटजेन प्रति घंटे तक पहुंच जाता है।

अर्थात्, अब, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के निर्माण के दौरान, धन प्रदान नहीं किया जाता है जो क्षेत्र को उसकी मूल स्थिति में वापस कर देगा। और उद्यम के बंद होने के बाद, कोई नहीं जानता कि संचित कचरे को कैसे दफनाया जाए और पूर्व उद्यम को कैसे साफ किया जाए।

4.2 चिकित्सा मुद्दे

सीटीएस के हानिकारक प्रभावों में हानिकारक पदार्थों का उत्पादन करने वाले वायरस और बैक्टीरिया के म्यूटेंट का उत्पादन शामिल है। यह मानव शरीर में वायरस और बैक्टीरिया के लिए विशेष रूप से सच है। टीसीबी के पास रहने वाले गांवों के निवासियों के बीच घातक ट्यूमर और कैंसर की उपस्थिति सबसे आम बीमारी होगी। निवासियों को हमेशा अधिक नुकसान होता है क्योंकि उनके पास सुरक्षा का कोई साधन नहीं होता है। डोसीमीटर महंगे हैं और दवाएं उपलब्ध नहीं हैं। टीसीएफ से निकलने वाले कचरे को नदियों में फेंक दिया जाएगा, हवा में बहा दिया जाएगा या भूमिगत परतों में पंप किया जाएगा, जो अब परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में हो रहा है।

उच्च खुराक के संपर्क में आने के तुरंत बाद होने वाली क्षति के अलावा, आयनकारी विकिरण दीर्घकालिक प्रभाव का कारण बनता है। मूल रूप से, कार्सिनोजेनेसिस और आनुवंशिक विकार जो किसी भी खुराक और जोखिम के प्रकार (एकल, पुरानी, ​​​​स्थानीय) पर हो सकते हैं।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र के श्रमिकों की बीमारियों को पंजीकृत करने वाले डॉक्टरों की रिपोर्ट के अनुसार, पहले हृदय रोग (दिल का दौरा) होता है, फिर कैंसर होता है। विकिरण के प्रभाव में हृदय की मांसपेशी पतली हो जाती है, पिलपिला हो जाती है, कम टिकाऊ हो जाती है। काफी समझ से बाहर की बीमारियां हैं। उदाहरण के लिए, जिगर की विफलता। लेकिन ऐसा क्यों होता है, यह अभी तक किसी डॉक्टर को नहीं पता। यदि दुर्घटना के दौरान रेडियोधर्मी पदार्थ श्वसन पथ में मिल जाते हैं, तो डॉक्टर फेफड़े और श्वासनली के क्षतिग्रस्त ऊतकों को काट देते हैं और विकलांग व्यक्ति सांस लेने के लिए पोर्टेबल उपकरण के साथ चलता है।

5. थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन

हमारे देश और दुनिया के अधिकांश विकसित देशों के वैज्ञानिक कई वर्षों से ऊर्जा उद्देश्यों के लिए थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं का उपयोग करने की समस्या से निपट रहे हैं। अद्वितीय थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन बनाए गए हैं - सबसे जटिल तकनीकी उपकरण जिन्हें भारी ऊर्जा प्राप्त करने की संभावना का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो अब तक केवल हाइड्रोजन बम के विस्फोट के दौरान जारी किया गया है। वैज्ञानिक सीखना चाहते हैं कि थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के पाठ्यक्रम को कैसे नियंत्रित किया जाए - उच्च तापमान पर हीलियम नाभिक के गठन के साथ भारी हाइड्रोजन नाभिक (ड्यूटेरियम और ट्रिटियम) के संयोजन की प्रतिक्रिया - शांतिपूर्ण उद्देश्यों के लिए इसके दौरान जारी ऊर्जा का उपयोग करने के लिए, लोगों का लाभ।

एक लीटर नल के पानी में बहुत कम ड्यूटेरियम होता है। लेकिन अगर इस ड्यूटेरियम को इकट्ठा करके थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन में ईंधन के रूप में इस्तेमाल किया जाए, तो आप लगभग 300 किलोग्राम तेल को जलाने से उतनी ही ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं। और एक वर्ष में उत्पादित पारंपरिक ईंधन को जलाकर अब जो ऊर्जा प्राप्त होती है, उसे प्रदान करने के लिए केवल 160 मीटर के एक क्यूब में निहित पानी से ड्यूटेरियम निकालना आवश्यक होगा। अकेले वोल्गा नदी हर साल लगभग 60,000 क्यूबिक मीटर पानी कैस्पियन सागर में ले जाती है।

थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया होने के लिए, कई शर्तों को पूरा करना होगा। इस प्रकार, उस क्षेत्र में तापमान जहां भारी हाइड्रोजन नाभिक गठबंधन करते हैं, लगभग 100 मिलियन डिग्री होना चाहिए। इतने बड़े तापमान पर हम अब गैस की नहीं, बल्कि प्लाज्मा की बात कर रहे हैं। प्लाज्मा पदार्थ की ऐसी अवस्था है, जब उच्च गैस तापमान पर, तटस्थ परमाणु अपने इलेक्ट्रॉनों को खो देते हैं और सकारात्मक आयनों में बदल जाते हैं। दूसरे शब्दों में, प्लाज्मा स्वतंत्र रूप से गतिमान धनात्मक आयनों और इलेक्ट्रॉनों का मिश्रण है। दूसरी शर्त प्रति घन सेंटीमीटर कम से कम 100,000 अरब कणों के प्रतिक्रिया क्षेत्र में प्लाज्मा घनत्व बनाए रखने की आवश्यकता है। और, अंत में, मुख्य और सबसे कठिन बात कम से कम एक सेकंड के लिए थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के पाठ्यक्रम को बनाए रखना है।

थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन का कार्य कक्ष एक विशाल खोखले बैगेल के समान टॉरॉयडल है। यह ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के मिश्रण से भरा होता है। कक्ष के अंदर ही, एक प्लाज्मा कॉइल बनाया जाता है - एक कंडक्टर जिसके माध्यम से लगभग 20 मिलियन एम्पीयर का विद्युत प्रवाह होता है।
विद्युत धारा तीन महत्वपूर्ण कार्य करती है। सबसे पहले, यह प्लाज्मा बनाता है। दूसरे, यह इसे एक सौ मिलियन डिग्री तक गर्म करता है। और, अंत में, करंट अपने चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, अर्थात यह प्लाज्मा को बल की चुंबकीय रेखाओं से घेर लेता है। सिद्धांत रूप में, प्लाज्मा के चारों ओर बल की रेखाओं को इसे निलंबित रखना चाहिए और प्लाज्मा को कक्ष की दीवारों को छूने से रोकना चाहिए। हालांकि, प्लाज्मा को निलंबित रखना इतना आसान नहीं है। विद्युत बल प्लाज्मा कंडक्टर को विकृत करते हैं, जिसमें धातु कंडक्टर की ताकत नहीं होती है। यह झुकता है, कक्ष की दीवार से टकराता है और इसे अपनी तापीय ऊर्जा देता है। इसे रोकने के लिए, टॉरॉयडल चैंबर के ऊपर अधिक कॉइल लगाए जाते हैं, जो चैम्बर में एक अनुदैर्ध्य चुंबकीय क्षेत्र बनाते हैं, जो प्लाज्मा कंडक्टर को दीवारों से दूर धकेलता है। केवल इतना ही पर्याप्त नहीं है, क्योंकि धारावाही प्लाज्मा कंडक्टर अपने व्यास को बढ़ाने के लिए खिंचाव करता है। चुंबकीय क्षेत्र, जो बाहरी बाहरी ताकतों के बिना स्वचालित रूप से बनाया जाता है, को प्लाज्मा कंडक्टर को विस्तार से रोकने के लिए भी कहा जाता है। प्लाज्मा कंडक्टर को टॉरॉयडल कक्ष के साथ एक गैर-चुंबकीय सामग्री, आमतौर पर तांबे से बने एक अन्य बड़े कक्ष में रखा जाता है। जैसे ही प्लाज्मा कंडक्टर संतुलन की स्थिति से विचलित करने का प्रयास करता है, तांबे के म्यान में, विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम के अनुसार, एक प्रेरण धारा उत्पन्न होती है, जो प्लाज्मा में धारा के विपरीत होती है। नतीजतन, एक विरोधी बल प्रकट होता है, जो कक्ष की दीवारों से प्लाज्मा को पीछे हटा देता है।
प्लाज्मा को चैम्बर की दीवारों के संपर्क से दूर रखने के लिए 1949 में एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा प्रस्तावित किया गया था। सखारोव, और थोड़ी देर बाद अमेरिकी जे। स्पिट्जर।

भौतिकी में, प्रत्येक नए प्रकार के प्रयोगात्मक सेटअप को नाम देने की प्रथा है। इस तरह की घुमावदार प्रणाली वाली संरचना को टोकामक कहा जाता है - "टोरॉयडल कक्ष और चुंबकीय कॉइल" के लिए छोटा।

1970 के दशक में, यूएसएसआर में "टोकमक -10" नामक एक थर्मोन्यूक्लियर सुविधा का निर्माण किया गया था। इसे परमाणु ऊर्जा संस्थान में विकसित किया गया था। आई.वी. कुरचटोव। इस स्थापना पर, प्लाज्मा कंडक्टर का तापमान 10 मिलियन डिग्री था, प्लाज्मा घनत्व प्रति घन सेंटीमीटर 100 हजार अरब कणों से कम नहीं था, और प्लाज्मा प्रतिधारण समय 0.5 सेकंड के करीब था। हमारे देश में आज सबसे बड़ा इंस्टालेशन, टोकामक -15, मॉस्को रिसर्च सेंटर कुरचटोव इंस्टीट्यूट में भी बनाया गया था।

अब तक बनाए गए सभी थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन केवल प्लाज्मा हीटिंग और चुंबकीय क्षेत्र के निर्माण के लिए ऊर्जा की खपत करते हैं। भविष्य के थर्मोन्यूक्लियर प्लांट को, इसके विपरीत, इतनी ऊर्जा छोड़नी चाहिए कि इसका एक छोटा सा हिस्सा थर्मोन्यूक्लियर रिएक्शन को बनाए रखने के लिए इस्तेमाल किया जा सके, यानी प्लाज्मा को गर्म करने, चुंबकीय क्षेत्र बनाने और कई सहायक उपकरणों और उपकरणों को बिजली देने के लिए, और विद्युत नेटवर्क में खपत के लिए मुख्य भाग दें।

1997 में, यूके में, जेट टोकामक पर, इनपुट और प्राप्त ऊर्जा का संयोग हुआ। यद्यपि यह, निश्चित रूप से, प्रक्रिया की आत्मनिर्भरता के लिए पर्याप्त नहीं है: प्राप्त ऊर्जा का 80 प्रतिशत तक खो जाता है। रिएक्टर को काम करने के लिए, प्लाज्मा को गर्म करने और चुंबकीय क्षेत्र बनाने में खर्च होने वाली ऊर्जा से पांच गुना अधिक ऊर्जा का उत्पादन करना आवश्यक है।
1986 में, यूरोपीय संघ के देशों ने, यूएसएसआर, यूएसए और जापान के साथ मिलकर, 2010 तक संयुक्त रूप से विकसित और निर्माण करने का निर्णय लिया, जो न केवल प्लाज्मा में थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन को बनाए रखने के लिए, बल्कि उपयोगी प्राप्त करने के लिए भी ऊर्जा का उत्पादन करने में सक्षम पर्याप्त रूप से बड़ा टोकामक है। विद्युत शक्ति। इस रिएक्टर का नाम ITER रखा गया, जो अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर प्रायोगिक रिएक्टर के लिए संक्षिप्त है। 1998 तक, वे डिजाइन की गणना को पूरा करने में कामयाब रहे, लेकिन अमेरिकियों की विफलता के कारण, इसकी लागत को कम करने के लिए रिएक्टर के डिजाइन में बदलाव करना पड़ा।

आप कणों को स्वाभाविक रूप से चलने दे सकते हैं, और कैमरे को उनके पथ का अनुसरण करने वाला आकार दे सकते हैं। कैमरा तब एक विचित्र रूप में दिखाई देता है। यह एक प्लाज्मा फिलामेंट के आकार को दोहराता है जो एक जटिल विन्यास के बाहरी कॉइल के चुंबकीय क्षेत्र में दिखाई देता है। चुंबकीय क्षेत्र टोकामक की तुलना में बहुत अधिक जटिल विन्यास के बाहरी कॉइल द्वारा बनाया गया है। इस प्रकार के उपकरणों को तारकीय यंत्र कहा जाता है। Torsatron "तूफान-3M" हमारे देश में बनाया गया है। इस प्रायोगिक तारकीय यंत्र को प्लाज्मा को दस मिलियन डिग्री तक गर्म करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

वर्तमान में, टोकामक्स के पास जड़त्वीय थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन का उपयोग करने वाले अन्य गंभीर प्रतियोगी हैं। इस मामले में, ड्यूटेरियम-ट्रिटियम मिश्रण के कई मिलीग्राम एक कैप्सूल में 1-2 मिमी व्यास में संलग्न होते हैं। कई दसियों शक्तिशाली लेज़रों का स्पंदित विकिरण कैप्सूल पर केंद्रित होता है। नतीजतन, कैप्सूल तुरंत वाष्पित हो जाता है। 5-10 नैनोसेकंड में विकिरण में 2 एमजे ऊर्जा डालना आवश्यक है। तब हल्का दबाव मिश्रण को इस हद तक संकुचित कर देगा कि थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन प्रतिक्रिया हो सकती है। विस्फोट के दौरान जारी ऊर्जा, एक सौ किलोग्राम टीएनटी के विस्फोट की शक्ति के बराबर, उपयोग के लिए अधिक सुविधाजनक रूप में परिवर्तित हो जाएगी - उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रिक में। हालांकि, तारकीय यंत्रों और जड़त्वीय संलयन सुविधाओं के निर्माण में भी गंभीर तकनीकी कठिनाइयों का सामना करना पड़ता है। शायद, थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा का व्यावहारिक उपयोग निकट भविष्य का सवाल नहीं है।

6. थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन में महारत हासिल करने की संभावनाएं

परमाणु उद्योग के लिए एक महत्वपूर्ण कार्य के रूप में, लंबे समय में, भविष्य की ऊर्जा के आधार के रूप में नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन प्रौद्योगिकियों के विकास में प्रवेश करना है। वर्तमान में, नए ऊर्जा स्रोतों को विकसित करने और उसमें महारत हासिल करने के लिए पूरी दुनिया में रणनीतिक निर्णय लिए जा रहे हैं। ऐसे स्रोतों को विकसित करने की आवश्यकता ऊर्जा उत्पादन और सीमित ईंधन संसाधनों की अपेक्षित कमी से जुड़ी है। सबसे होनहार नवीन ऊर्जा स्रोतों में से एक नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन (CTF) है। भारी हाइड्रोजन समस्थानिकों के नाभिकों के संलयन के दौरान संलयन ऊर्जा निकलती है। थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के लिए ईंधन पानी और लिथियम है, जिसके भंडार व्यावहारिक रूप से असीमित हैं। स्थलीय परिस्थितियों में, सीटीएस का कार्यान्वयन एक जटिल वैज्ञानिक और तकनीकी कार्य है जो रिएक्टर की दीवारों से 100 मिलियन डिग्री से अधिक के पदार्थ के तापमान और संश्लेषण क्षेत्र के थर्मल इन्सुलेशन प्राप्त करने से जुड़ा है।

थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन एक दीर्घकालिक परियोजना है, एक वाणिज्यिक सुविधा का निर्माण 2040-2050 तक होने की उम्मीद है। थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा में महारत हासिल करने के लिए सबसे संभावित परिदृश्य में तीन चरणों का कार्यान्वयन शामिल है:
- थर्मोन्यूक्लियर रिएक्शन के लंबे समय तक जलने के तरीकों में महारत हासिल करना;
- बिजली उत्पादन का प्रदर्शन;
- औद्योगिक थर्मोन्यूक्लियर स्टेशनों का निर्माण।

अंतर्राष्ट्रीय परियोजना ITER (अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर प्रायोगिक रिएक्टर) के ढांचे के भीतर, यह प्लाज्मा को सीमित करने और ऊर्जा पैदा करने की तकनीकी व्यवहार्यता का प्रदर्शन करने वाला है।आईटीईआर परियोजना का मुख्य कार्यक्रम लक्ष्य हाइड्रोजन आइसोटोप - ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के संलयन प्रतिक्रियाओं (संलयन) के माध्यम से ऊर्जा प्राप्त करने की वैज्ञानिक और तकनीकी व्यवहार्यता का प्रदर्शन करना है। ITER रिएक्टर की डिजाइन फ्यूजन पावर 100 मिलियन डिग्री के प्लाज्मा तापमान पर लगभग 500 मेगावाट होगी।
नवंबर 2006 में, ITER परियोजना के सभी प्रतिभागियों - यूरोपीय संघ, रूस, जापान, संयुक्त राज्य अमेरिका, चीन, कोरिया और भारत - ने ITER परियोजना के संयुक्त कार्यान्वयन के लिए अंतर्राष्ट्रीय संलयन ऊर्जा संगठन ITER की स्थापना पर समझौतों पर हस्ताक्षर किए। रिएक्टर निर्माण चरण 2007 में शुरू हुआ था।

आईटीईआर परियोजना में रूस की भागीदारी मुख्य तकनीकी उपकरणों के रिएक्टर निर्माण स्थल (कैडराचे, फ्रांस) के विकास, निर्माण और आपूर्ति में शामिल है और मौद्रिक योगदान करना है, जो सामान्य रूप से रिएक्टर निर्माण की कुल लागत का लगभग 10% है। . संयुक्त राज्य अमेरिका, चीन, भारत, कोरिया और जापान के योगदान का समान हिस्सा है।
नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की ऊर्जा में महारत हासिल करने के लिए रोडमैप

2000 (वर्तमान स्तर):
हल की जाने वाली चुनौतियाँ: लागत और ऊर्जा उत्पादन में समानता हासिल करना
टोकामक्स की नवीनतम पीढ़ी ने ऊर्जा की एक बड़ी रिहाई के साथ नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर दहन के कार्यान्वयन के करीब आना संभव बना दिया।
थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन प्रतिक्रियाओं की शक्ति 17 मेगावाट (जेईटी सुविधा, ईयू) के स्तर तक पहुंच गई है, जो प्लाज्मा में डाली गई शक्ति के बराबर है।
2020:

आईटीईआर परियोजना में हल किए जाने वाले कार्य: थर्मोन्यूक्लियर प्रौद्योगिकियों की दीर्घकालिक प्रतिक्रिया, विकास और एकीकरण.

ITER परियोजना का लक्ष्य एक थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के नियंत्रित प्रज्वलन को प्राप्त करना है और एक संलयन प्रतिक्रिया Q³10 शुरू करने के लिए शक्ति से दस गुना अधिक थर्मोन्यूक्लियर पावर पर इसका दीर्घकालिक जलना है।

2030:
हल किया जाने वाला कार्य: एक प्रदर्शन स्टेशन डेमो (OTE) का निर्माण
ओएफसी के लिए इष्टतम सामग्री और प्रौद्योगिकियों का चुनाव, प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट के डिजाइन, निर्माण और स्टार्ट-अप परीक्षणों को डेमो परियोजना के तहत पूरा किया गया, पीएफसी का वैचारिक डिजाइन पूरा हुआ।
2050
हल किए जाने वाले कार्य: पीटीई का डिजाइन और निर्माण, डेमो में विद्युत ऊर्जा उत्पादन प्रौद्योगिकियों का परीक्षण पूरा करना।
ऊर्जा की लागत के उच्च सुरक्षा और स्वीकार्य आर्थिक संकेतकों के साथ एक ऊर्जा औद्योगिक स्टेशन का निर्माण।
मानवता अपने हाथों में ऊर्जा का एक अटूट, पारिस्थितिक और आर्थिक रूप से स्वीकार्य स्रोत प्राप्त करेगी।फ्यूजन रिएक्टर का डिजाइन "टोकमाक" प्रकार के चुंबकीय प्लाज्मा कारावास के साथ सिस्टम पर आधारित है, जिसे पहले यूएसएसआर में विकसित और कार्यान्वित किया गया था। 1968 में, T-3 टोकामक में प्लाज्मा तापमान 10 मिलियन डिग्री तक पहुंच गया था। उस समय से, टोकामक प्रतिष्ठान सभी देशों में थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन पर अनुसंधान में अग्रणी दिशा बन गए हैं।

वर्तमान में, टोकामक्स टी -10 और टी -15 (आरआरसी "कुरचटोव इंस्टीट्यूट"), टी -11 एम (एफएसयूई एसआरसी आरएफ ट्रिनिटी, ट्रिनिटी, मॉस्को क्षेत्र), ग्लोबस-एम, एफटी -2, तुमन -3 (भौतिक-तकनीकी संस्थान) Ioffe, सेंट पीटर्सबर्ग, RAS) और तारकीय L-2 (सामान्य भौतिकी संस्थान, मास्को, RAS) के नाम पर रखा गया है।

निष्कर्ष

किए गए शोध के आधार पर, निम्नलिखित निष्कर्ष निकाले जा सकते हैं:

थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन ऊर्जा प्राप्त करने का सबसे तर्कसंगत, पारिस्थितिक रूप से हानिरहित और सस्ता तरीका है, प्राप्त गर्मी की मात्रा के संदर्भ में, यह इस समय मनुष्य द्वारा उपयोग किए जाने वाले प्राकृतिक स्रोतों के साथ अतुलनीय है। निस्संदेह, थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन में महारत हासिल करने की प्रक्रिया मानव जाति की कई समस्याओं को हल कर देगी, दोनों वर्तमान और भविष्य में।

भविष्य में, थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन एक और "मानव जाति के संकट" को दूर करना संभव बना देगा, अर्थात्, पृथ्वी की अधिक जनसंख्या। यह कोई रहस्य नहीं है कि स्थलीय सभ्यता का विकास ग्रह की आबादी के निरंतर और स्थिर विकास के लिए प्रदान करता है, इसलिए "नए क्षेत्रों" के विकास का सवाल, दूसरे शब्दों में, स्थायी बनाने के लिए सौर मंडल के पड़ोसी ग्रहों के उपनिवेशण बस्तियों, बहुत निकट भविष्य की बात है।

साहित्य

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स्लाइड कैप्शन:

थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन

CONCEPT यह एक प्रकार की परमाणु प्रतिक्रिया है, जिसमें प्रकाश परमाणु नाभिक अपनी तापीय गति की गतिज ऊर्जा के कारण भारी नाभिकों में संयोजित होते हैं।

ऊर्जा प्राप्त करें

HE . के गठन के साथ प्रतिक्रिया समीकरण

सूर्य में थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया

नियंत्रित फ्यूजन

चुंबकीय कॉइल के साथ टॉरॉयडल चैंबर (टोकमाक)

थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन विकसित करने की आवश्यकता

प्लाज्मा भौतिकी का क्षेत्र एक तारे को बोतल में डालने की इच्छा से विकसित हुआ। पिछले कुछ दशकों में, क्षेत्र अनगिनत दिशाओं में विकसित हुआ है, खगोल भौतिकी से लेकर अंतरिक्ष मौसम से लेकर नैनो तकनीक तक।

जैसे-जैसे प्लाज्मा के बारे में हमारी सामान्य समझ बढ़ी है, वैसे-वैसे एक सेकंड से अधिक समय तक संलयन की स्थिति बनाए रखने की हमारी क्षमता भी बढ़ी है। इस साल की शुरुआत में, चीन में एक नया सुपरकंडक्टिंग फ्यूजन रिएक्टर रिकॉर्ड 102 सेकंड के लिए 50 मिलियन डिग्री सेल्सियस पर प्लाज्मा रखने में सक्षम था। वेंडेलस्टीन एक्स -7 तारकीय, जो पहली बार पिछली बार जर्मनी में लाइव हुआ था, उस रिकॉर्ड को तोड़ने और एक बार में 30 मिनट तक प्लाज्मा रखने की उम्मीद है।

इन राक्षसों की तुलना में हालिया एनएसटीएक्स-यू अपडेट मामूली दिखता है: प्रयोग अब प्लाज्मा को एक के बजाय पांच सेकंड के लिए पकड़ सकता है। लेकिन यह भी एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर है।

मायर्स कहते हैं, "एक संलयन प्लाज्मा बनाना जो केवल पांच सेकंड तक रहता है, एक बहुत लंबी प्रक्रिया की तरह नहीं लग सकता है, लेकिन प्लाज्मा भौतिकी में, पांच सेकंड की तुलना स्थिर अवस्था में इसकी भौतिकी से की जा सकती है।" स्थिर है। अंतिम लक्ष्य "जलते हुए प्लाज्मा" की एक स्थिर स्थिति प्राप्त करना है जो बाहर से ऊर्जा के एक छोटे से इनपुट के साथ अपने आप ही संलयन का संचालन कर सकता है। अभी तक किसी प्रयोग ने इसे हासिल नहीं किया है।

एनएसटीएक्स-यू प्रिंसटन के शोधकर्ताओं को प्लाज्मा भौतिकी से अब तक ज्ञात कुछ अंतरालों को भरने की अनुमति देगा और स्थिर राज्य दहन प्राप्त करने और स्वच्छ बिजली पैदा करने में सक्षम पायलट प्लांट बनाने के लिए क्या आवश्यक होगा।

एक ओर, सर्वोत्तम रोकथाम सामग्री खोजने के लिए, हमें यह समझने की आवश्यकता है कि संलयन प्लाज्मा और रिएक्टर की दीवारों के बीच क्या होता है। प्रिंसटन लंबे समय तक जंग को कम करने के लिए अपने रिएक्टर (कार्बन ग्रेफाइट से बने) की दीवारों को तरल लिथियम की "दीवार" से बदलने की संभावना तलाश रहा है।

इसके अलावा, वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि अगर फ्यूजन ग्लोबल वार्मिंग के खिलाफ लड़ाई में मदद करता है, तो उन्हें जल्दी करने की जरूरत है। एनएसटीएक्स-यू भौतिकविदों को यह तय करने में मदद करेगा कि गोलाकार टोकामक डिजाइन को विकसित करना जारी रखना है या नहीं। अधिकांश टोकामक-प्रकार के रिएक्टर आकार में एक सेब की तरह कम और डोनट, बैगेल या टोरस की तरह अधिक होते हैं। गोलाकार टोरस का असामान्य आकार इसके कॉइल के चुंबकीय क्षेत्र के अधिक कुशल उपयोग की अनुमति देता है।

सेंटर फॉर प्लाज़्मा एंड फ़्यूज़न साइंसेज के सहयोगी निदेशक मार्टिन ग्रीनवाल्ड कहते हैं, "लंबी अवधि में, हम यह जानना चाहेंगे कि इन मशीनों में से किसी एक के कॉन्फ़िगरेशन को कैसे अनुकूलित किया जाए।" "ऐसा करने के लिए, आपको यह जानना होगा कि मशीन का प्रदर्शन उस चीज़ पर निर्भर करता है जिसे आप नियंत्रित कर सकते हैं, जैसे आकार।"

मायर्स को यह आंकने से नफरत है कि हम व्यावसायिक रूप से संभावित संलयन शक्ति से कितने दूर हैं, और उसे समझा जा सकता है। आखिरकार, दशकों के अपरिहार्य आशावाद ने इस क्षेत्र की प्रतिष्ठा को गंभीर नुकसान पहुंचाया है और इस विचार को मजबूत किया है कि संश्लेषण एक पाइप सपना है। सभी वित्तीय प्रभावों के साथ।

यह एमआईटी फ्यूजन कार्यक्रम के लिए एक बड़ा झटका था कि फेड ने अल्काटर सी-मिड टोकामक के लिए समर्थन प्रदान किया, जो सबसे शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्रों में से एक का उत्पादन करता है और उच्चतम दबाव में संलयन प्लाज्मा प्रदर्शित करता है। अधिकांश लंबित NSTX-U अनुसंधान निरंतर संघीय समर्थन पर निर्भर करेगा, जो मायर्स का कहना है कि "एक वर्ष में" आता है।

हर किसी को अपने शोध डॉलर खर्च करने के बारे में सावधान रहना होगा, और कुछ संलयन कार्यक्रमों ने पहले ही अविश्वसनीय रकम जुटा ली है। उदाहरण के लिए, फ्रांस में वर्तमान में निर्माणाधीन विशाल सुपरकंडक्टिंग फ्यूजन रिएक्टर, ITER को लें। जब 2005 में अंतर्राष्ट्रीय सहयोग शुरू हुआ, तो इसे $ 5 बिलियन, 10 साल की परियोजना के रूप में घोषित किया गया था। कई वर्षों की विफलता के बाद, मूल्य टैग बढ़कर $40 बिलियन हो गया। सबसे आशावादी अनुमानों के मुताबिक, यह सुविधा 2030 तक पूरी हो जाएगी।

और जहां आईटीईआर के एक ट्यूमर की तरह बढ़ने की संभावना है जब तक कि यह संसाधनों से बाहर नहीं हो जाता है और अपने मेजबान को मारता है, एमआईटी का स्ट्रिप-डाउन फ्यूजन प्रोग्राम दिखाता है कि यह बहुत छोटे बजट पर कैसे किया जा सकता है। पिछली गर्मियों में, एमआईटी स्नातक छात्रों की एक टीम ने एआरसी के लिए योजनाओं का अनावरण किया, एक कम लागत वाला संलयन रिएक्टर जो आईटीईआर के समान बिजली उत्पन्न करने के लिए नई उच्च तापमान सुपरकंडक्टिंग सामग्री का उपयोग करेगा, केवल एक बहुत छोटे डिवाइस के साथ।

ग्रीनवाल्ड कहते हैं, "संलयन के साथ समस्या एक तकनीकी पथ ढूंढ रही है जो इसे आर्थिक रूप से व्यवहार्य बनाती है, जिसे हम जल्द ही करने की योजना बना रहे हैं।" यह देखते हुए कि एआरसी अवधारणा वर्तमान में एमआईटी की ऊर्जा पहल द्वारा पीछा की जा रही है। "हम मानते हैं कि अगर फ्यूजन से ग्लोबल वार्मिंग पर फर्क पड़ता है, तो हमें तेजी से आगे बढ़ने की जरूरत है।"

"फ्यूजन ऊर्जा का मुख्य स्रोत होने का वादा करता है - वास्तव में, यह हमारा अंतिम लक्ष्य है," शिकागो विश्वविद्यालय में एक प्लाज्मा भौतिक विज्ञानी और ऊर्जा नीति संस्थान के सह-संस्थापक रॉबर्ट रोसनर कहते हैं। "उसी समय, एक महत्वपूर्ण प्रश्न है: हम अभी कितना खर्च करने को तैयार हैं। अगर हम फंडिंग में इस हद तक कटौती करते हैं कि अगली पीढ़ी के स्मार्ट बच्चे इसे बिल्कुल भी नहीं करना चाहते हैं, तो हम इससे पूरी तरह बाहर निकल सकते हैं।"

व्याख्यान संख्या 2।

थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की समस्या को हल करने के तरीके

परमाणु संलयन में अनुसंधान की मुख्य दिशाएँ हैं: क) चुंबकीय परिरोध के साथ प्रणालियाँ;

बी) अर्ध-स्थिर (खुला और बंद); आवेग; सी) जड़त्वीय कारावास के साथ सिस्टम (लेजर, विभिन्न बीम के साथ, एक सिकुड़ा हुआ खोल के साथ)।

आज तक, नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की समस्या को हल करने के लिए दो बड़े पैमाने पर स्वतंत्र दृष्टिकोण बनाए गए हैं। उनमें से पहला अपेक्षाकृत लंबे समय (1-10 एस) के लिए एक विशेष विन्यास के चुंबकीय क्षेत्र द्वारा अपेक्षाकृत कम घनत्व के उच्च तापमान प्लाज्मा को सीमित करने और थर्मल रूप से इन्सुलेट करने की संभावना पर आधारित है।

दूसरा तरीका है आवेग। स्पंदित दृष्टिकोण में, पदार्थ के छोटे हिस्से को ऐसे तापमान और घनत्व में जल्दी से गर्म करना और संपीड़ित करना आवश्यक है, जिस पर थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं को एक असंबद्ध या, जैसा कि वे कहते हैं, जड़त्वीय रूप से सीमित प्लाज्मा के अस्तित्व के दौरान कुशलतापूर्वक आगे बढ़ने का समय होगा। अनुमान बताते हैं कि किसी पदार्थ को 100-1000 ग्राम/सेमी . के घनत्व तक संपीड़ित करने के लिए 3 और इसे 5-10 केवी के तापमान तक गर्म करें, गोलाकार लक्ष्य की सतह पर दबाव बनाना आवश्यक है 10 9 एटीएम, यानी, हमें एक ऐसे स्रोत की आवश्यकता है जो 10 . की शक्ति घनत्व के साथ लक्ष्य सतह पर ऊर्जा की आपूर्ति करने की अनुमति दे 15 डब्ल्यू/सेमी2.

प्लाज्मा का चुंबकीय बंधन।

बता दें कि प्लाज्मा तापमान Tऔर परस्पर क्रिया करने वाले कणों की सांद्रता n 1 और n2 . यदि दूसरे के सापेक्ष दिए गए आयन की गति हैवी 1.2 , तो संभावना है कि दिया गया आयन 1 सेकंड में दूसरी तरह के किसी भी आयन के साथ प्रतिक्रिया करेगा, अभिव्यक्ति द्वारा दिया गया हैवी 1.2 एन 2। यहाँ संलयन प्रतिक्रिया का प्रभावी क्रॉस सेक्शन है, एक मूल्य जो गति के साथ तेजी से बढ़ रहा है। यदि सभी नहीं 1 पहली तरह के आयनों का वेग समान था v 1,2 , तो 1 सेमी . में होने वाली प्रतिक्रियाओं की कुल संख्या 3 1 सेकंड के लिए प्लाज्मा, समानता द्वारा निर्धारित किया जाएगा:एन 1.2 \u003d एन 1 एन 2 वी 1.2 . किसी दिए गए तापमान पर, मैक्सवेलियन वितरण पर उत्पाद का औसत होना चाहिए। प्रतिक्रिया के प्रत्येक कार्य के दौरान जारी ऊर्जा के माध्यम से, हम रूप में विशिष्ट शक्ति के लिए एक अभिव्यक्ति प्राप्त करते हैंडब्ल्यू = एन 1 एन 2<  v>निर्भरता (v) विचाराधीन प्रतिक्रियाओं के लिए, मात्रा<  v> की गणना की जा सकती है, और इसके साथ, विशिष्ट शक्ति पाई जा सकती हैवू किसी भी तापमान और प्लाज्मा घनत्व पर।
संख्यात्मक अनुमान बताते हैं कि मूल्यवू तापमान के साथ तेजी से बढ़ता है, कई सौ मिलियन डिग्री के "दहन" तापमान पर और ~ 10 . के प्लाज्मा घनत्व पर 15 सेमी -3 यह लगभग 10 . है 5 किलोवाट / एम 3 . तापमान और घनत्व में वृद्धि से अधिक ऊर्जा-गहन शासन होता है, जिसमें परियोजना के कार्यान्वयन में तकनीकी कठिनाइयों में उत्तरोत्तर वृद्धि होनी चाहिए। अधिक "नरम" शासन थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर की बहुत कम कुल शक्ति पर, बहुत बड़े सिस्टम आयामों तक ले जाते हैं। इस प्रकार, लिए गए मान परस्पर विरोधी आवश्यकताओं के बीच एक उचित तकनीकी समझौते का प्रतिनिधित्व करते हैं। यह भी ध्यान दें कि उपयोग किए गए अनुमान ड्यूटेरियम प्लाज्मा को संदर्भित करते हैं; ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के समान-घटक मिश्रण के लिए, इष्टतम "काम करने वाला" तापमान कम होता है।
तब निम्नलिखित स्वाभाविक प्रश्न उठता है: प्रतिक्रिया क्षेत्र में इन स्थितियों का निर्माण कैसे किया जा सकता है? अधिक सटीक रूप से: प्लाज्मा को आवश्यक अत्यधिक उच्च तापमान पर कैसे गर्म किया जाए और गर्म कणों को परमाणु प्रतिक्रियाओं के लिए पर्याप्त समय के लिए अलग उड़ने से कैसे रोका जाए? मुख्य कठिनाई प्रश्न के दूसरे भाग से जुड़ी हुई प्रतीत होती है। वह ऊर्जा जो ज्ञात घनत्व वाले प्लाज्मा के दिए गए आयतन को 10 . तक गर्म करने के लिए दी जानी चाहिए 8 K, बहुत मामूली मान है; यह उस ऊर्जा के बराबर है जिसे पानी की समान मात्रा को केवल 1 K गर्म करने के लिए खर्च किया जाना चाहिए। इसके विपरीत, प्रतिक्रिया क्षेत्र से परिधि तक कणों (और गर्मी) का प्रवाह बहुत अधिक होगा। कणों को प्रतिक्रिया क्षेत्र में प्रभावी ढंग से रखना आवश्यक है।
नियंत्रित संश्लेषण की समस्या को हल करने का तरीका निर्धारित करने वाला मुख्य विचार चुंबकीय थर्मल इन्सुलेशन के सिद्धांत का उपयोग करना है। सोवियत संघ में, यह विचार 1950 की शुरुआत में ए.डी. सखारोव और आई.ई. टैम द्वारा व्यक्त किया गया था।
प्रसार गुणांक, और इसके साथ तापीय चालकता गुणांक, परिमाण के कई आदेशों से कम हो जाता है यदि कण एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र के लंबवत दिशा में चलते हैं। इसलिए, यदि प्रतिक्रिया क्षेत्र को एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र द्वारा दीवारों से अलग किया जाता है, तो गर्मी के प्रवाह में आमूल-चूल कमी की उम्मीद की जा सकती है। सीमित क्षेत्र का मान चुंबकीय और गैस-गतिज दबावों की समानता से पाया जा सकता है: एच 2/8 =nk(टी ई +टी आई ).
चुने हुए मापदंडों के साथ प्लाज्मा के लिए (एन ~ 10 15 सेमी -3, टी~10 8 के), जोत के लिए आवश्यक क्षेत्र 25-30 किलोउर्स्टेड होना चाहिए। ये बड़े मूल्य किसी भी तरह से तकनीकी संभावनाओं से परे नहीं हैं।
हम हर समय एक चुंबकीय क्षेत्र में प्लाज्मा में गर्मी हस्तांतरण के बारे में बात करते हैं, लेकिन हमें यह नहीं भूलना चाहिए कि चुंबकीय क्षेत्र की रेखाओं के साथ गर्मी प्रवाहित नहीं होता है; इस दिशा में भी कणों के पलायन को रोकना आवश्यक है। यहां तीन संभावनाएं खुलती हैं। इनमें से पहला प्लाज्मा को चुंबकीय जाल में रखना होता है, अर्थात, ऐसे विन्यास के चुंबकीय क्षेत्र में, जहां यह उन क्षेत्रों में प्रवर्धित होता है जहां बल की रेखाएं प्रतिक्रिया क्षेत्र को छोड़ती हैं, उस क्षेत्र में जहां वे प्रतिच्छेद करते हैं दीवारें; दूसरी संभावना यह है कि बल रेखाओं के खुले सिरों को एक वलय में मोड़कर समाप्त किया जाए। अंत में, तीसरा तरीका अपेक्षाकृत उच्च घनत्व वाले प्लाज़्मा का उपयोग करना और इसे इतनी तेज़ी से गर्म करना है कि बल की रेखाओं के साथ भागने में लगने वाले समय के दौरान, अधिकांश कणों के पास परमाणु टकराव का अनुभव करने का समय होता है।
थर्मल इन्सुलेशन की पहली योजना पूरी तरह से खुद को उचित ठहराती है जब प्लाज्मा को सीमित करने की बात आती है ताकि इसे अलग-अलग कणों के संग्रह के रूप में माना जा सके। प्राकृतिक और कृत्रिम मूल के पृथ्वी के विकिरण बेल्ट में कणों का लंबा जीवनकाल जो कहा गया है उसका एक अच्छा उदाहरण है। हालांकि, एक सघन प्लाज्मा के साथ किए गए प्रयोगशाला प्रयोगों में, यानी, ऐसी परिस्थितियों में जहां सामूहिक बातचीत खुद को प्रकट कर सकती है, गंभीर कठिनाइयों का पता चला था। प्लाज़्मा जीवनकाल उन परिमाणों की तुलना में छोटे परिमाण के कई क्रमों के रूप में निकला, जिनकी एक दूसरे के साथ या अवशिष्ट गैस के अणुओं के साथ प्लाज्मा कणों के टकराव और बाद में नुकसान शंकु में भागने के परिणामस्वरूप उम्मीद की जा सकती थी। वास्तव में, खुले जाल के कुछ मॉडलों में प्लाज्मा जीवनकाल लगभग 100 माइक्रोसेकंड (लगभग 10 के प्लाज्मा घनत्व पर) था।-9 सेमी -3 ), जबकि हानि शंकु के कारण जीवनकाल को मिनटों में मापा जाना चाहिए था।
यह परिणाम गुणात्मक रूप से स्पष्ट हो जाता है यदि हम इस बात को ध्यान में रखते हैं कि किसी भी हीरे की तरह प्लाज्मा को एक मजबूत क्षेत्र के क्षेत्र से बाहर धकेल दिया जाना चाहिए। इस दृष्टिकोण से, प्लाज्मा को जाल के अंदर रखने वाले चुंबकीय दर्पणों की क्रिया का तंत्र काफी समझ में आता है। लेकिन विचाराधीन प्रकार के ट्रैप में ऐसे क्षेत्र भी होते हैं जहां त्रिज्या के साथ अक्ष से दूरी के साथ क्षेत्र घटता जाता है; यहां हम अस्थिरता के विकास की उम्मीद कर सकते हैं - प्लाज्मा "जीभ" या "खांचे" की उपस्थिति पूरे क्षेत्र में चलती है और प्लाज्मा को निचले क्षेत्र के मूल्यों की ओर स्थानांतरित करती है। दरअसल, प्रत्यक्ष प्रयोगों ने इन जालों में बांसुरी-प्रकार की अस्थिरता के अस्तित्व को दिखाया है, जो प्लाज्मा के जीवनकाल को सीमित करता है।
बल की रेखाओं को बंद करते हुए, हम स्वाभाविक रूप से रिंग सोलनॉइड प्रकार की स्थापना के लिए आते हैं। अब चुंबकीय क्षेत्र हर जगह दीवारों के समानांतर उन्मुख है, और सिस्टम को छोड़ने के लिए कणों को बल की रेखाओं के पार जाना चाहिए। लेकिन टोरस के अंदर चुंबकीय क्षेत्र थोड़ा अमानवीय है, यह टोरस की बाहरी दीवार की ओर गिर जाता है, जिससे कण बहाव होता है। एक अमानवीय चुंबकीय क्षेत्र में बहाव मुख्य क्षेत्र की दिशा और उसके ढाल की दिशा में सामान्य के साथ होता है और कण चार्ज पर निर्भर करता है। यदि आयन टोरस की ऊपरी दीवार की ओर बहते हैं, तो इलेक्ट्रॉन नीचे की ओर बैठ जाते हैं। अलग किए गए चार्ज एक विद्युत क्षेत्र बनाएंगे, और प्लाज्मा, एक तरह से या किसी अन्य तरीके से टोरस के अंदर बनता है, पार किए गए विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में समग्र रूप से बहाव करना शुरू कर देगा। यह सत्यापित करना आसान है कि अंतिम परिणाम टोरस की बाहरी दीवार की ओर प्लाज्मा का विस्थापन होगा।
इस प्लाज्मा बहाव की भरपाई के कई तरीके हैं। प्लाज्मा के माध्यम से एक अनुदैर्ध्य रिंग करंट को पारित करना संभव है, एक विशेष तरीके से सोलनॉइड वाइंडिंग को जटिल करना संभव है, या, टोरस को घुमाकर, चुंबकीय प्रणाली को एक आकृति-आठ का आकार देना संभव है। इन मामलों में चुंबकीय क्षेत्र की टोपोलॉजी मौलिक रूप से बदल जाती है।
सबसे सरल चुंबकीय क्षेत्र - एक स्थायी चुंबक, एक फ्लैट सर्किट की प्रत्यक्ष धारा, सीसा, जैसा कि आप जानते हैं, समीकरण divB = 0 के आधार पर, बल की बंद रेखाओं या अनंत तक जाने वाली रेखाओं के सामान्य पैटर्न के लिए। हालांकि, एक तीसरी संभावना है, वास्तव में सबसे सामान्य एक: बल की रेखाएं अंतरिक्ष के एक सीमित क्षेत्र में बिना बंद हुए और अनंत तक गए बिना रह सकती हैं।

दिए गए उदाहरणों में, टोरॉयडल चुंबकीय प्रणाली के विरूपण के परिणामस्वरूप, बल की बंद रेखाएं - छल्ले - बल की अनंत रेखाओं में परिवर्तित हो जाती हैं, जो लगातार कुंडलाकार टॉरॉयडल अक्ष के चारों ओर लपेटती हैं और तथाकथित चुंबकीय सतहों का निर्माण करती हैं। टोरस की धुरी से अलग-अलग दूरी पर गुजरने वाली बल की रेखाएं (सबसे सरल मामले में) नेस्टेड समाक्षीय चुंबकीय सतहों का एक सेट उत्पन्न करती हैं। नतीजतन, टोरस के खंड का कोई भी बिंदु एक या किसी अन्य चुंबकीय सतह से संबंधित बल की एक रेखा द्वारा खंड के किसी अन्य बिंदु (अक्ष से समान दूरी) से जुड़ा होता है। इसका मतलब यह है कि क्रॉस सेक्शन पर आवेशों का पुनर्वितरण चुंबकीय क्षेत्र में नहीं, बल्कि बल की रेखाओं के साथ किया जा सकता है। इसलिए, विपरीत आवेशों का संचय और, परिणामस्वरूप, पार किए गए क्षेत्रों में बहाव बहिष्कृत हो जाता है।
सोवियत संघ ("टोकमाक" प्रकार की स्थापना) में एक अनुदैर्ध्य धारा के साथ टॉरॉयडल सिस्टम के वेरिएंट विकसित किए जाने लगे, संयुक्त राज्य अमेरिका में दो अन्य दिशाओं का पता लगाया जाने लगा ("तारकीय" प्रकार की स्थापना)।

टोकामक्स में, अनुदैर्ध्य चुंबकीय क्षेत्र कॉइल द्वारा उत्पन्न होता है जिसे जनरेटर द्वारा 75 मेगावाट तक की स्पंदित शक्ति के साथ संचालित किया जा सकता है। वैक्यूम की स्थिति: अवशिष्ट गैसों का प्रारंभिक दबाव लगभग 10-8 एमएमएचजी कला। टोकामक चैम्बर को लोहे के कोर पर रखा जाता है और परिणामी प्लाज्मा कॉइल पल्स ट्रांसफार्मर की सेकेंडरी वाइंडिंग के रूप में कार्य करता है। जूल ताप के कारण प्लाज्मा तापन होता है, एक मजबूत अनुदैर्ध्य क्षेत्र एक स्थिर फ्रेम के रूप में कार्य करता है। टोकमाक्स में प्राप्त प्लाज्मा पैरामीटर, हालांकि उत्साहजनक हैं, फिर भी उन लोगों से बहुत अलग हैं जिनकी पूरी तरह से चुंबकीय प्लाज्मा के मामले में उम्मीद की जा सकती है। विशेष रूप से, अपेक्षाकृत कम जीवनकाल गैर-परिसमापन प्रकार की अस्थिरता के अस्तित्व को इंगित करता है और, परिणामस्वरूप, एक बढ़ी हुई प्रसार दर।
तारकीय-प्रकार की सुविधाओं के अध्ययन से अब तक अधिक मामूली परिणाम प्राप्त हुए हैं। प्रयोग की अवधि और सिस्टम के उत्कृष्ट इंजीनियरिंग मापदंडों के बावजूद, इस मामले में भी, प्लाज्मा अस्थिरता को दूर करना संभव नहीं था। दीवारों पर प्रसार प्रवाह शास्त्रीय लोगों की तुलना में कई गुना अधिक है।

चुंबकीय कारावास द्वारा थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की समस्या को हल करने का एक और विकल्प था - स्पंदित। यहां, प्लाज्मा के थर्मल इन्सुलेशन और हीटिंग के कार्यों को एक अल्पकालिक वर्तमान पल्स को सौंपा गया था, जिसे दुर्लभ ड्यूटेरियम के माध्यम से पारित किया जाता है। अपने स्वयं के चुंबकीय क्षेत्र के साथ करंट की परस्पर क्रिया के कारण, प्लाज्मा कॉलम को डिस्चार्ज अक्ष की ओर संकुचित किया जाना चाहिए। प्लाज्मा अपने स्वयं के चुंबकीय क्षेत्र द्वारा पोत की दीवारों से अलग हो जाता है और संपीड़न बलों के काम और जूल गर्मी के कारण गर्म होना चाहिए। अध्ययन के प्रारंभिक चरण में, यह माना गया था कि संपीड़न प्रक्रिया अर्ध-स्थिर है, कि समय के प्रत्येक क्षण में प्लाज्मा को संपीड़ित करने वाला चुंबकीय दबाव गैस के दबाव से संतुलित होता है। पदार्थ का तापमान धारा के वर्ग के अनुपात में बढ़ना चाहिए, और संख्यात्मक अनुमान बताते हैं कि लगभग 1 मिलियन एम्पीयर की धारा के साथ, 0.1 मिमी एचजी का प्रारंभिक दबाव। कला। और 200 मिमी का एक पोत व्यास, प्लाज्मा कॉलम का तापमान 10 . से अधिक होना चाहिए 7 के। सच है, तापमान बहुत कम समय (लगभग 1 माइक्रोसेकंड) के लिए बढ़ेगा, लेकिन अत्यधिक संकुचित प्लाज्मा कॉलम में बहुत बार टकराव होगा, और कोई भी चल रही परमाणु प्रतिक्रियाओं से न्यूट्रॉन विकिरण का पता लगाने पर भरोसा कर सकता है।
वास्तव में, अर्ध-स्थिर संपीड़न की तस्वीर घोर गलत साबित होती है। प्रक्रिया के प्रारंभिक चरण में, लागू उच्च वोल्टेज द्वारा गैस कॉलम के टूटने के बाद, तेजी से बढ़ती धारा एक पतली सतह परत (त्वचा प्रभाव) में केंद्रित होती है। स्तंभ का आंतरिक क्षेत्र लगभग आयनित नहीं होता है और गर्म नहीं होता है, गैस का दबाव नगण्य होता है, और सिस्टम की धुरी पर प्लाज्मा क्रस्ट के संकुचन को केवल जड़ता की ताकतों को ध्यान में रखते हुए माना जा सकता है। पूरे संपीड़न के दौरान गैस और चुंबकीय दबाव के बीच कोई संतुलन नहीं होता है। वर्तमान (और इसके साथ चुंबकीय दबाव) तक पहुंचने से पहले कॉर्ड को अक्ष पर खींचा जाता है, लेकिन एक संपीड़ित स्थिति में नहीं रहता है, और उसी जड़त्वीय बलों की कार्रवाई के तहत फिर से विस्तार करना शुरू हो जाता है। इसके अलावा, फिलामेंट अस्थिर है (फिलामेंट के बाहर, क्षेत्र 1/r के रूप में बदलता है) और, मैक्रोस्कोपिक विकृतियों (कसना, झुकता) के विकास के परिणामस्वरूप, यह कक्ष की दीवारों को छूता है, प्लाज्मा को ठंडा और प्रदूषित करता है।
यह उल्लेखनीय है कि ड्यूटेरियम में स्पंदित निर्वहन के दौरान प्लाज्मा के न्यूट्रॉन विकिरण को फिर भी देखा गया था। इस दिलचस्प घटना की खोज 1952 में सोवियत भौतिकविदों के एक समूह द्वारा की गई थी। न्यूट्रॉन विकिरण पूरे प्लाज्मा मात्रा के गर्म होने के परिणामस्वरूप प्रकट नहीं होता है, लेकिन यह तेजी से ड्यूटरॉन के एक छोटे समूह के टकराव का परिणाम निकला है, जिसमें अपेक्षाकृत ठंडे प्लाज्मा के थोक के साथ, एक अस्थिर स्तंभ में जटिल त्वरक प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप उत्पन्न हुआ।
सिस्टम की ऊर्जा तीव्रता को बढ़ाकर, धुरी के पास फिलामेंट के पहले संपीड़न के समय और अस्थिरता के विकास से पहले प्लाज्मा फिलामेंट को आवश्यक थर्मोन्यूक्लियर तापमान में गर्म करना संभव है। हालांकि, सकारात्मक ऊर्जा उपज के साथ थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए आवश्यक शर्तों को प्राप्त करने के लिए, प्रस्तावित प्रयोगों में, स्पंदित निर्वहन में भारी ऊर्जा को केंद्रित करना आवश्यक होगा - लगभग: 10 4 एम.जे. आधुनिक तकनीक सैकड़ों मेगाजूल के लिए आवेग प्रतिष्ठानों के निर्माण की अनुमति देती है। बेहद कम इंडक्शन वाले कैपेसिटर हैं, लो-इंडक्शन फीडर विकसित किए गए हैं, और बहुत उन्नत स्विचिंग डिवाइस विकसित किए गए हैं। इस प्रकार, इस दिशा में आगे बढ़ने का रास्ता खुला है, लेकिन प्रक्रिया एक शक्तिशाली विस्फोट के चरित्र पर ले जाती है, जो कई टन टीएनटी के विस्फोट के बराबर होती है, जो कि सुचारू रूप से नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं की तरह बिल्कुल नहीं है।
वर्तमान में, थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की समस्या को हल करने के दृष्टिकोण से खुले प्रकार के चुंबकीय जाल के साथ काम करना व्यावहारिक रूप से बंद हो गया है। जैसा कि विस्तृत गणना से पता चलता है, यदि जाल से कणों का नुकसान पूरी तरह से चुंबकीय तापीय चालकता के सैद्धांतिक स्तर से केवल कुछ गुना अधिक है, तो सकारात्मक ऊर्जा उपज के साथ थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर का कार्यान्वयन असंभव हो जाता है।
अगर हम रिएक्टर को अंतिम लक्ष्य के रूप में ध्यान में रखते हैं, तो जाहिरा तौर पर आवेगी प्रक्रियाओं का विकास एक प्राकृतिक सीमा तक पहुंच गया है। लेकिन आगे के प्रयोगों से विशाल शक्ति के स्पंदित न्यूट्रॉन स्रोतों का निर्माण हो सकता है। इन अध्ययनों से एक अजीबोगरीब प्रस्थान प्लाज़्मा बंच में तेजी लाने के लिए डिज़ाइन किए गए सिस्टम का निर्माण था।

बंद चुंबकीय प्रणाली वर्तमान में सबसे आशाजनक हैं।

लेजर थर्मोन्यूक्लियर संश्लेषण।

घने प्लाज्मा को थर्मोन्यूक्लियर तापमान पर गर्म करने के लिए उच्च शक्ति वाले लेजर विकिरण का उपयोग करने का विचार सबसे पहले एन.जी. बासोव और ओ.एन. 1960 के दशक की शुरुआत में क्रोखिन। आज तक, थर्मोन्यूक्लियर अनुसंधान का एक स्वतंत्र क्षेत्र बनाया गया है - लेजर थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन (एलटीएफ)।

आइए हम बुनियादी भौतिक सिद्धांतों पर संक्षेप में ध्यान दें जो पदार्थों के उच्च स्तर के संपीड़न को प्राप्त करने और लेजर सूक्ष्म विस्फोटों की सहायता से उच्च ऊर्जा लाभ प्राप्त करने की अवधारणा को अंतर्निहित करते हैं। तथाकथित प्रत्यक्ष संपीड़न मोड के उदाहरण पर विचार किया जाएगा। इस मोड में, थर्मोन्यूक्लियर ईंधन से भरा एक माइक्रोस्फीयर एक मल्टीचैनल लेजर द्वारा सभी तरफ से "समान रूप से" विकिरणित होता है। लक्ष्य सतह के साथ हीटिंग विकिरण की बातचीत के परिणामस्वरूप, कई किलोइलेक्ट्रॉनवोल्ट (तथाकथित प्लाज्मा कोरोना) के तापमान के साथ एक गर्म प्लाज्मा बनता है, जो 10 के विशिष्ट वेग के साथ लेजर बीम की ओर फैलता है। 7 -10 8 सेमी/से.

प्लाज्मा कोरोना में अवशोषण की प्रक्रियाओं पर अधिक विस्तार से ध्यान देने में सक्षम होने के बिना, हम ध्यान दें कि उच्च लाभ के लिए लक्ष्य के आकार के तुलनीय लक्ष्यों के लिए 10-100 kJ के लेजर विकिरण ऊर्जा पर आधुनिक मॉडल प्रयोगों में, यह हासिल करना संभव है उच्च (90%) गुणांक हीटिंग विकिरण का अवशोषण।

प्रकाश विकिरण लक्ष्य की घनी परतों में प्रवेश नहीं कर सकता (एक ठोस का घनत्व 10 . है) 23 सेमी -3 ) तापीय चालकता के कारण, n . से कम इलेक्ट्रॉन घनत्व वाले प्लाज्मा में ऊर्जा अवशोषित होती हैकृ , को सघन परतों में स्थानांतरित किया जाता है, जहां लक्ष्य पदार्थ का पृथक्करण होता है। लक्ष्य की शेष अपरिवर्तित परतें थर्मल और प्रतिक्रियाशील दबाव की कार्रवाई के तहत केंद्र की ओर बढ़ती हैं, इसमें निहित ईंधन को संपीड़ित और गर्म करती हैं। नतीजतन, लेजर विकिरण ऊर्जा को केंद्र की ओर उड़ने वाले पदार्थ की गतिज ऊर्जा और विस्तारित कोरोना की ऊर्जा में विचाराधीन चरण में परिवर्तित किया जाता है। यह स्पष्ट है कि उपयोगी ऊर्जा केंद्र की ओर गति में केंद्रित है। लक्ष्य के लिए प्रकाश ऊर्जा के योगदान की दक्षता को कुल विकिरण ऊर्जा के लिए निर्दिष्ट ऊर्जा के अनुपात की विशेषता है - तथाकथित हाइड्रोडायनामिक दक्षता (सीओपी)। पर्याप्त रूप से उच्च हाइड्रोडायनामिक दक्षता (10-20%) प्राप्त करना एलटीएस की महत्वपूर्ण समस्याओं में से एक है।

उच्च संपीड़न अनुपात की उपलब्धि में कौन सी प्रक्रियाएं बाधा बन सकती हैं? उनमें से एक यह है कि थर्मोन्यूक्लियर विकिरण घनत्व पर q> 10 14 डब्ल्यू/सेमी2 अवशोषित ऊर्जा का एक सराहनीय अंश इलेक्ट्रॉन ऊष्मा चालन की शास्त्रीय तरंग में नहीं, बल्कि तेज इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह में बदल जाता है, जिसकी ऊर्जा प्लाज्मा कोरोना (तथाकथित एपिथर्मल इलेक्ट्रॉनों) के तापमान से बहुत अधिक होती है। यह गुंजयमान अवशोषण और प्लाज्मा कोरोना में पैरामीट्रिक प्रभाव दोनों के कारण हो सकता है। इस मामले में, एपिथर्मल इलेक्ट्रॉनों की पथ लंबाई लक्ष्य के आयामों के साथ तुलनीय हो सकती है, जिससे संपीड़ित ईंधन की प्रारंभिक हीटिंग और सीमित संपीड़न प्राप्त करने की असंभवता हो जाएगी। उच्च ऊर्जा (हार्ड एक्स-रे विकिरण) के एक्स-रे क्वांटा, एपिथर्मल इलेक्ट्रॉनों के साथ, एक बड़ी मर्मज्ञ शक्ति भी होती है।

हाल के वर्षों में प्रायोगिक अनुसंधान की प्रवृत्ति लघु-तरंग दैर्ध्य लेजर विकिरण के उपयोग के लिए संक्रमण है (< 0,5 мкм) при умеренных плотностях потока (q < 10 15 डब्ल्यू/सेमी2 ) लघु-तरंग दैर्ध्य विकिरण द्वारा प्लाज्मा हीटिंग पर स्विच करने की व्यावहारिक संभावना इस तथ्य के कारण है कि एक तरंग दैर्ध्य के साथ एक ठोस-राज्य नियोडिमियम लेजर (एलटीएस के लिए ड्राइवरों के लिए मुख्य उम्मीदवार) के विकिरण रूपांतरण गुणांकमैं = 1.06 माइक्रोन दूसरे, तीसरे और चौथे हार्मोनिक्स के विकिरण में नॉनलाइनियर क्रिस्टल की मदद से 70-80% तक पहुंच जाता है। वर्तमान में, लगभग सभी बड़े नियोडिमियम ग्लास लेजर सिस्टम आवृत्ति गुणन प्रणाली से लैस हैं।

माइक्रोस्फीयर को गर्म करने और संपीड़ित करने के लिए लघु-तरंग दैर्ध्य विकिरण का उपयोग करने के लाभ का भौतिक कारण यह है कि जैसे-जैसे तरंग दैर्ध्य घटता है, प्लाज्मा कोरोना में अवशोषण बढ़ता है और पृथक दबाव और हाइड्रोडायनामिक स्थानांतरण गुणांक में वृद्धि होती है। प्लाज्मा कोरोना में उत्पन्न एपिथर्मल इलेक्ट्रॉनों का अंश परिमाण के कई आदेशों से कम हो जाता है, जो प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष संपीड़न व्यवस्था दोनों के लिए बेहद फायदेमंद है। अप्रत्यक्ष संपीड़न के लिए, यह भी महत्वपूर्ण है कि घटती तरंग दैर्ध्य के साथ, प्लाज्मा द्वारा अवशोषित ऊर्जा का नरम एक्स-रे विकिरण में रूपांतरण बढ़ जाता है।

आइए अब हम अप्रत्यक्ष संपीड़न के तरीके पर ध्यान दें। भौतिक विश्लेषण से पता चलता है कि कई दसियों के आर / डीआर पहलू अनुपात के साथ सरल और जटिल शेल लक्ष्यों के लिए उच्च ईंधन घनत्व के लिए संपीड़न शासन का कार्यान्वयन इष्टतम है। यहाँ R खोल की त्रिज्या है, DR इसकी मोटाई है। हालांकि, मजबूत संपीड़न को हाइड्रोडायनामिक अस्थिरता के विकास से सीमित किया जा सकता है, जो गोलाकार समरूपता से केंद्र में इसके त्वरण और मंदी के चरणों में शेल गति के विचलन में प्रकट होता है और लक्ष्य के प्रारंभिक आकार के विचलन पर निर्भर करता है। इसकी सतह पर घटना लेजर बीम का एक पूरी तरह गोलाकार, अमानवीय वितरण। अस्थिरता के विकास के रूप में खोल केंद्र की ओर बढ़ता है, पहले गोलाकार सममित से गति के विचलन की ओर जाता है, फिर अशांति का प्रवाह होता है, और अंत में लक्ष्य परतों और ड्यूटेरियम-ट्रिटियम ईंधन के मिश्रण के लिए होता है। नतीजतन, अंतिम स्थिति में एक गठन दिखाई दे सकता है, जिसका आकार गोलाकार कोर से तेजी से भिन्न होता है, और औसत घनत्व और तापमान एक-आयामी संपीड़न के अनुरूप मूल्यों से बहुत कम होता है। इस मामले में, लक्ष्य की प्रारंभिक संरचना (उदाहरण के लिए, परतों का एक निश्चित सेट) पूरी तरह से नष्ट हो सकती है।

इस प्रकार की अस्थिरता की भौतिक प्रकृति गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में पानी की सतह पर स्थित पारा की एक परत की अस्थिरता के बराबर है। इस मामले में, जैसा कि ज्ञात है, पारा और पानी का पूर्ण मिश्रण होता है, अर्थात अंतिम स्थिति में पारा सबसे नीचे होगा। इसी तरह की स्थिति तब हो सकती है जब एक जटिल संरचना वाला लक्ष्य पदार्थ के केंद्र की ओर तेजी से बढ़ता है, या सामान्य स्थिति में घनत्व और दबाव प्रवणता की उपस्थिति में।

लक्ष्यों की गुणवत्ता के लिए आवश्यकताएं काफी सख्त हैं। इस प्रकार, माइक्रोस्फीयर दीवार की मोटाई की असमानता 1% से अधिक नहीं होनी चाहिए, लक्ष्य सतह पर ऊर्जा अवशोषण वितरण की एकरूपता 0.5% से अधिक नहीं होनी चाहिए।

अप्रत्यक्ष संपीड़न की योजना का उपयोग करने का प्रस्ताव लक्ष्य संपीड़न की स्थिरता की समस्या को हल करने की संभावना से संबंधित है। लेजर विकिरण को गुहा में प्रक्षेपित किया जाता है, जो बाहरी आवरण की आंतरिक सतह पर केंद्रित होता है, जिसमें उच्च परमाणु संख्या वाला पदार्थ होता है, जैसे सोना। जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, अवशोषित ऊर्जा का 80% तक नरम एक्स-रे विकिरण में बदल जाता है, जो आंतरिक आवरण को गर्म और संपीड़ित करता है। इस तरह की योजना के लाभों में लक्ष्य सतह पर अवशोषित ऊर्जा वितरण की उच्च एकरूपता प्राप्त करने की संभावना, लेजर योजना का सरलीकरण और ध्यान केंद्रित करने की स्थिति आदि शामिल हैं। हालांकि, एक्स-रे में रूपांतरण के लिए ऊर्जा की हानि और गुहा में विकिरण शुरू करने की जटिलता से जुड़े नुकसान भी हैं।

वर्तमान में, तत्व आधार को गहन रूप से विकसित किया जा रहा है और मेगाजूल-स्तरीय लेजर प्रतिष्ठानों के लिए परियोजनाएं बनाई जा रही हैं। लिवरमोर प्रयोगशाला में, ई = 1.8 एमजे की ऊर्जा के साथ नियोडिमियम ग्लास पर एक इंस्टॉलेशन का निर्माण शुरू हो गया है। परियोजना की लागत 2 अरब डॉलर है फ्रांस में एक समान स्तर की स्थापना की योजना बनाई गई है। इस सुविधा में ऊर्जा लाभ Q ~ 100 प्राप्त करने की योजना है। यह कहा जाना चाहिए कि इस पैमाने की सुविधाओं के शुभारंभ से न केवल लेजर संलयन पर आधारित थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बनाने की संभावना आएगी, बल्कि शोधकर्ताओं को एक अद्वितीय भौतिक वस्तु - 10 . की ऊर्जा रिलीज के साथ एक सूक्ष्म विस्फोट 7 -10 9 जे, न्यूट्रॉन, न्यूट्रिनो, एक्स-रे और जी-विकिरण का एक शक्तिशाली स्रोत। यह न केवल महान सामान्य भौतिक महत्व का होगा (चरम राज्यों में पदार्थों का अध्ययन करने की क्षमता, दहन की भौतिकी, राज्य का समीकरण, लेजर प्रभाव, आदि), बल्कि एक लागू की विशेष समस्याओं को हल करना भी संभव होगा। सैन्य, प्रकृति सहित।

लेज़र फ़्यूज़न पर आधारित रिएक्टर के लिए, हालांकि, कई हर्ट्ज़ की पुनरावृत्ति दर पर काम करने वाला मेगाजूल-स्तरीय लेज़र बनाना आवश्यक है। कई प्रयोगशालाएं नए क्रिस्टल के आधार पर ऐसी प्रणाली बनाने की संभावना की जांच कर रही हैं। 2025 के लिए अमेरिकी कार्यक्रम के तहत एक प्रायोगिक रिएक्टर के प्रक्षेपण की योजना है।