თერმობირთვული დანადგარების შექმნის პრობლემები. გადაჭრა თერმობირთვული შერწყმის ერთ-ერთი პრობლემა

სტატიაში განხილულია მიზეზები, რის გამოც კონტროლირებად თერმობირთვულ შერწყმას ჯერ არ ჰპოვა ინდუსტრიული გამოყენება.

როდესაც 1950-იან წლებში დედამიწაზე ძლიერი აფეთქებები მოხდა თერმობირთვული ბომბები, თითქოს მშვიდობიან გამოყენებამდე ბირთვული შერწყმის ენერგიაძალიან ცოტა დარჩა: ერთი ან ორი ათწლეული. ასეთი ოპტიმიზმის საფუძველი იყო: ატომური ბომბის გამოყენების მომენტიდან ელექტროენერგიის გამომუშავების რეაქტორის შექმნამდე მხოლოდ 10 წელი გავიდა.

მაგრამ შეზღუდვის ამოცანა თერმობირთვული შერწყმაარაჩვეულებრივად რთული აღმოჩნდა. ათწლეულები გავიდა ერთმანეთის მიყოლებით და შეუზღუდავი ენერგეტიკული მარაგების წვდომა ვერ მოხერხდა. ამ დროის განმავლობაში კაცობრიობამ, წიაღისეული რესურსების წვის შედეგად, ატმოსფერო დაბინძურდა ემისიებით და გადახურდა სათბურის გაზებით. ჩერნობილისა და ფუკუშიმა-1-ის კატასტროფებმა ბირთვული ენერგიის დისკრედიტაცია გამოიწვია.

რამ შეუშალა ხელი თერმობირთვული შერწყმის ასეთი პერსპექტიული და უსაფრთხო პროცესის დაუფლებას, რომელსაც შეეძლო სამუდამოდ მოეხსნა კაცობრიობის ენერგიით უზრუნველყოფის პრობლემა?

თავდაპირველად ცხადი იყო, რომ რეაქციის გასაგრძელებლად საჭიროა წყალბადის ბირთვების ისე მიახლოება, რომ ბირთვულმა ძალებმა შექმნან ახალი ელემენტის ბირთვი - ჰელიუმი, მნიშვნელოვანი რაოდენობის ენერგიის გამოთავისუფლებით. მაგრამ წყალბადის ბირთვები ერთმანეთისგან ელექტრული ძალებით მოიგერიეს. ტემპერატურისა და წნევის შეფასებამ, რომლითაც იწყება კონტროლირებადი თერმობირთვული რეაქცია, აჩვენა, რომ ვერც ერთი მასალა ვერ გაუძლებს ასეთ ტემპერატურას.

ამავე მიზეზების გამო, ასევე უარყოფილია სუფთა დეიტერიუმი, წყალბადის იზოტოპი. მილიარდობით დოლარისა და ათწლეულის დროის დახარჯვის შემდეგ, მეცნიერებმა საბოლოოდ შეძლეს თერმობირთვული ცეცხლის აანთება ძალიან მოკლე დროით. რჩება იმის სწავლა, თუ როგორ უნდა დაიჭიროთ შერწყმა პლაზმა საკმარისად დიდხანს. საჭირო იყო კომპიუტერული სიმულაციიდან რეალური რეაქტორის მშენებლობაზე გადასვლა.

ამ ეტაპზე ცხადი გახდა, რომ ცალკეული სახელმწიფოს ძალისხმევა და სახსრები საკმარისი არ იქნებოდა საპილოტე და საპილოტე ქარხნების ასაშენებლად და ფუნქციონირებისთვის. საერთაშორისო თანამშრომლობის ფარგლებში გადაწყდა 14 მილიარდ დოლარზე მეტი ღირებულების ექსპერიმენტული თერმობირთვული რეაქტორის პროექტის განხორციელება.

მაგრამ 1996 წელს შეერთებულმა შტატებმა შეწყვიტა მონაწილეობა და, შესაბამისად, პროექტის დაფინანსება. გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, განხორციელებას აფინანსებდნენ კანადა, იაპონია და ევროპა, მაგრამ რეაქტორის მშენებლობა არასოდეს დასრულებულა.

მეორე პროექტი, ასევე საერთაშორისო, საფრანგეთში ხორციელდება. პლაზმის ხანგრძლივი შეკავება ხდება მაგნიტური ველის სპეციალური ფორმის გამო - ბოთლის სახით. ამ მეთოდის საფუძველი საბჭოთა ფიზიკოსებმა ჩაუყარეს. Პირველი "ტოკამაკის" ინსტალაციაგამომავალს უნდა მისცეს მეტი ენერგია, ვიდრე იხარჯება პლაზმის აალებაზე და შეკავებაზე.

2012 წლისთვის რეაქტორის მონტაჟი უნდა დასრულებულიყო, მაგრამ წარმატებული მუშაობის შესახებ ინფორმაცია ჯერ არ არის. შესაძლოა, ბოლო წლების ეკონომიკურმა აჯანყებამ საკუთარი კორექტირება მოახდინა მეცნიერთა გეგმებში.

სირთულეები კონტროლირებადი შერწყმის მიღწევაშიდასაბამი მისცა არაერთ ვარაუდს და ცრუ ინფორმაციას ე.წ ბირთვების "ცივი" თერმობირთვული შერწყმის რეაქცია.მიუხედავად იმისა, რომ ჯერ არ არის ნაპოვნი ფიზიკური შესაძლებლობები ან კანონები, ბევრი მკვლევარი ამტკიცებს მის არსებობას. ყოველივე ამის შემდეგ, ფსონები ძალიან მაღალია: მეცნიერთა ნობელის პრემიებიდან დაწყებული სახელმწიფოს გეოპოლიტიკურ დომინირებამდე, რომელმაც აითვისა ასეთი ტექნოლოგია და მოიპოვა წვდომა ენერგიის სიმრავლეზე.

მაგრამ ყოველი ასეთი შეტყობინება აღმოჩნდება გაზვიადებული ან მცდარი. ასეთი რეაქციის არსებობას სერიოზული მეცნიერები სკეპტიციზმით უყურებენ.

თერმობირთვული რეაქტორების სინთეზის დაუფლებისა და სამრეწველო ექსპლუატაციის დაწყების რეალური შესაძლებლობები 21-ე საუკუნის შუა ხანებშია გადატანილი. ამ დროისთვის შესაძლებელი იქნება საჭირო მასალების შერჩევა და მისი უსაფრთხო მუშაობის დამუშავება. ვინაიდან ასეთი რეაქტორები იმუშავებენ ძალიან დაბალი სიმკვრივის პლაზმით, შერწყმის ელექტროსადგურების უსაფრთხოებაგაცილებით მაღალი იქნება ვიდრე ატომური ელექტროსადგურები.

რეაქციის ზონაში ნებისმიერი დარღვევა დაუყოვნებლივ „ჩაქრობს“ თერმობირთვულ ცეცხლს. მაგრამ უსაფრთხოების ზომები არ უნდა იყოს უგულებელყოფილი: რეაქტორების ერთეულის სიმძლავრე იმდენად დიდი იქნება, რომ ავარიამ, თუნდაც სითბოს მოპოვების სქემებში, შეიძლება გამოიწვიოს როგორც მსხვერპლი, ასევე გარემოს დაბინძურება. საქმე მცირეა: დაველოდოთ 30-40 წელი და ვნახოთ ენერგიის სიუხვის ეპოქა. თუ ვიცხოვრებთ, რა თქმა უნდა.

3. კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმის პრობლემები

ყველა განვითარებული ქვეყნის მკვლევარები თავიანთ იმედებს ამყარებენ მომავალი ენერგეტიკული კრიზისის კონტროლირებადი თერმობირთვული რეაქციით დაძლევაზე. ასეთი რეაქცია - ჰელიუმის სინთეზი დეიტერიუმიდან და ტრიტიუმიდან - მზეზე მილიონობით წელია მიმდინარეობს და ხმელეთის პირობებში უკვე ორმოცდაათი წელია ცდილობენ მის განხორციელებას გიგანტურ და ძალიან ძვირადღირებულ ლაზერულ ობიექტებში, ტოკამაკებში. (მოწყობილობა ცხელ პლაზმაში თერმობირთვული შერწყმის რეაქციის ჩასატარებლად) და ვარსკვლავები (დახურული მაგნიტური ხაფანგი მაღალი ტემპერატურის პლაზმის შემცველი). თუმცა, ამ რთული პრობლემის გადასაჭრელად სხვა გზებიც არსებობს და უზარმაზარი ტოკამაკების ნაცვლად, თერმობირთვული შერწყმის განსახორციელებლად, ალბათ, შესაძლებელი იქნება საკმაოდ კომპაქტური და იაფფასიანი კოლაიდერის - შეჯახების სხივებზე ამაჩქარებლის გამოყენება.

ტოკამაკის მუშაობისთვის საჭიროა ლითიუმის და დეიტერიუმის ძალიან მცირე რაოდენობა. მაგალითად, რეაქტორი, რომლის ელექტრული სიმძლავრეა 1 გვტ, წლიურად წვავს დაახლოებით 100 კგ დეიტერიუმს და 300 კგ ლითიუმს. თუ დავუშვებთ, რომ ყველა თერმობირთვული ელექტროსადგური გამოიმუშავებს 10 ტრილიონს. კვტ/სთ ელექტროენერგია წელიწადში, ანუ იმდენს, რამდენსაც დღეს აწარმოებს დედამიწის ყველა ელექტროსადგური, მაშინ დეიტერიუმის და ლითიუმის მსოფლიო მარაგი საკმარისი იქნება კაცობრიობის ენერგიით მრავალი მილიონი წლის განმავლობაში.

გარდა დეიტერიუმის და ლითიუმის შერწყმისა, წმინდა მზის შერწყმა შესაძლებელია, როდესაც ორი დეიტერიუმის ატომები გაერთიანებულია. თუ ეს რეაქცია აითვისა, ენერგეტიკული პრობლემები დაუყოვნებლივ და სამუდამოდ მოგვარდება.

კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმის (CTF) რომელიმე ცნობილ ვარიანტში თერმობირთვული რეაქციები არ შეიძლება შევიდეს სიმძლავრის უკონტროლო ზრდის რეჟიმში, შესაბამისად, ასეთი რეაქტორები არ არის არსებითად უსაფრთხო.

ფიზიკური თვალსაზრისით, პრობლემა ფორმულირებულია მარტივად. იმისათვის, რომ მოხდეს თვითშენარჩუნებული ბირთვული შერწყმის რეაქცია, აუცილებელია და საკმარისია ორი პირობის დაკმაყოფილება.

1. რეაქციაში მონაწილე ბირთვების ენერგია უნდა იყოს არანაკლებ 10 კევ. ბირთვული შერწყმის დასაწყებად, რეაქციაში მონაწილე ბირთვები უნდა მოხვდეს ბირთვული ძალების ველში, რომლის რადიუსია 10-12-10-13 ს.სმ. თუმცა, ატომის ბირთვებს აქვთ დადებითი ელექტრული მუხტი და მსგავსი მუხტები იგერიებენ ერთმანეთს. ბირთვული ძალების მოქმედების საზღვარზე კულონის მოგერიების ენერგია არის დაახლოებით 10 კევ. ამ ბარიერის დასაძლევად, შეჯახების დროს ბირთვებს უნდა ჰქონდეთ კინეტიკური ენერგია არანაკლებ ამ მნიშვნელობისა.

2. რეაქციაში მყოფი ბირთვების კონცენტრაციისა და შეკავების დროის პროდუქტი, რომლის განმავლობაშიც ისინი ინარჩუნებენ მითითებულ ენერგიას, უნდა იყოს არანაკლებ 1014 ს.სმ-3. ეს პირობა - ეგრეთ წოდებული ლოუსონის კრიტერიუმი - განსაზღვრავს რეაქციის ენერგეტიკული მომგებიანობის ზღვარს. იმისათვის, რომ შერწყმის რეაქციაში გამოთავისუფლებულმა ენერგიამ მინიმუმ დაფაროს რეაქციის დაწყების ენერგეტიკული ხარჯები, ატომის ბირთვებმა უნდა განიცადონ მრავალი შეჯახება. ყოველი შეჯახებისას, რომლის დროსაც ხდება შერწყმის რეაქცია დეიტერიუმსა (D) და ტრიტიუმს (T) შორის, გამოიყოფა 17,6 მევ ენერგია, ანუ დაახლოებით 3,10-12 ჯ. თუ, მაგალითად, 10 MJ ენერგია იხარჯება აალებაზე, მაშინ რეაქცია დაირღვევა მაშინაც კი, თუ მასში მონაწილეობას მიიღებს მინიმუმ 3.1018 D-T წყვილი. და ამისთვის საკმაოდ მკვრივი მაღალი ენერგიის პლაზმა რეაქტორში დიდხანს უნდა ინახებოდეს. ეს მდგომარეობა გამოიხატება ლოუსონის კრიტერიუმით.

თუ ორივე მოთხოვნა ერთდროულად დაკმაყოფილდება, კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმის პრობლემა მოგვარდება.

თუმცა, ამ ფიზიკური პრობლემის ტექნიკური განხორციელება უზარმაზარ სირთულეებს აწყდება. ყოველივე ამის შემდეგ, 10 კევ ენერგია არის 100 მილიონი გრადუსი ტემპერატურა. ასეთ ტემპერატურაზე ნივთიერების შენახვა შესაძლებელია წამის ფრაქციითაც კი მხოლოდ ვაკუუმში, ინსტალაციის კედლებიდან იზოლირებით.

მაგრამ ამ პრობლემის მოგვარების კიდევ ერთი მეთოდი არსებობს - ცივი შერწყმა. რა არის ცივი შერწყმა - ეს არის ოთახის ტემპერატურაზე მიმდინარე "ცხელი" თერმობირთვული რეაქციის ანალოგი.

ბუნებაში, კონტინიუმის ერთ განზომილებაში მატერიის შეცვლის მინიმუმ ორი გზა არსებობს. შეგიძლიათ ცეცხლზე წყალი ადუღოთ, ე.ი. თერმულად, ან მიკროტალღურ ღუმელში, ე.ი. სიხშირე. შედეგი იგივეა - წყალი დუღს, განსხვავება მხოლოდ ისაა, რომ სიხშირის მეთოდი უფრო სწრაფია. ის ასევე იყენებს ულტრა მაღალი ტემპერატურის მიღწევას ატომის ბირთვის გასაყოფად. თერმული მეთოდი იძლევა უკონტროლო ბირთვულ რეაქციას. ცივი შერწყმის ენერგია არის გარდამავალი მდგომარეობის ენერგია. ცივი შერწყმის რეაქციის განსახორციელებლად რეაქტორის დიზაინის ერთ-ერთი მთავარი პირობაა მისი პირამიდულ-კრისტალური ფორმის მდგომარეობა. კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი პირობაა მბრუნავი მაგნიტური და ტორსიული ველების არსებობა. ველების გადაკვეთა ხდება წყალბადის ბირთვის არასტაბილური წონასწორობის წერტილში.

მეცნიერები რუზი ტალეიარხანი ოუკ რიჯის ეროვნული ლაბორატორიიდან, რიჩარდ ლეიხი პოლიტექნიკური უნივერსიტეტიდან. რენსილირამ და აკადემიკოსმა რობერტ ნიგმატულინმა - ლაბორატორიაში ჩაწერეს ცივი თერმობირთვული რეაქცია.

ჯგუფმა გამოიყენა თხევადი აცეტონის ჭიქის ზომა ორიდან სამი ჭიქით. ბგერითი ტალღები ინტენსიურად გადადიოდა სითხის მეშვეობით, აწარმოებდა ეფექტს, რომელიც ფიზიკაში ცნობილია როგორც აკუსტიკური კავიტაცია, რომლის შედეგია სონოლუმინესცენცია. კავიტაციის დროს სითხეში გაჩნდა პატარა ბუშტები, რომლებიც დიამეტრის ორ მილიმეტრამდე გაიზარდა და აფეთქდა. აფეთქებებს თან ახლდა სინათლის ციმციმები და ენერგიის გამოყოფა ე.ი. აფეთქების დროს ბუშტების შიგნით ტემპერატურამ 10 მილიონ გრადუს კელვინს აღწევდა და გამოთავისუფლებული ენერგია, ექსპერიმენტატორების აზრით, საკმარისია თერმობირთვული შერწყმის განსახორციელებლად.

რეაქციის "ტექნიკურად" არსი მდგომარეობს იმაში, რომ დეიტერიუმის ორი ატომის შერწყმის შედეგად წარმოიქმნება მესამე - წყალბადის იზოტოპი, რომელიც ცნობილია როგორც ტრიტიუმი, და ნეიტრონი, რომელიც ხასიათდება ენერგიის უზარმაზარი რაოდენობით. .

დენი ზეგამტარ მდგომარეობაში ნულის ტოლია და, შესაბამისად, ელექტროენერგიის მინიმალური რაოდენობა დაიხარჯება მაგნიტური ველის შენარჩუნებაზე. 8. სუპერსწრაფი სისტემები. კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმა ინერციული შეზღუდვით პლაზმის მაგნიტურ შეზღუდვასთან დაკავშირებული სირთულეები, პრინციპში, შეიძლება იყოს გვერდის ავლით, თუ ბირთვული საწვავი დაიწვება უკიდურესად მოკლე დროში, როდესაც ...

2004 წლისთვის. შემდეგი მოლაპარაკებები ამ პროექტზე გაიმართება 2004 წლის მაისში ვენაში. რეაქტორი აშენდება 2006 წელს და დაგეგმილია მისი გაშვება 2014 წელს. როგორ მუშაობს Fusion* არის იაფი და ეკოლოგიურად სუფთა გზა ენერგიის წარმოებისთვის. მილიარდობით წლის განმავლობაში მზეზე მიმდინარეობს უკონტროლო თერმობირთვული შერწყმა - ჰელიუმი წარმოიქმნება წყალბადის დეიტერიუმის მძიმე იზოტოპიდან. სადაც...

ექსპერიმენტულ თერმობირთვულ რეაქტორს ხელმძღვანელობს E.P. ველიხოვი. ამერიკის შეერთებული შტატები, რომელმაც 15 მილიარდი დოლარი დახარჯა, გამოვიდა ამ პროექტიდან, დანარჩენი 15 მილიარდი უკვე დახარჯულია საერთაშორისო სამეცნიერო ორგანიზაციების მიერ. 2. ტექნიკური, ეკოლოგიური და სამედიცინო პრობლემები. კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმის (UTF) დანადგარების ექსპლუატაციის დროს. ხდება ნეიტრონული სხივები და გამა გამოსხივება, ასევე...

ენერგია და რა ხარისხი იქნება საჭირო იმისათვის, რომ გამოთავისუფლებული ენერგია საკმარისი იყოს ენერგიის გამოყოფის პროცესის დაწყების ხარჯების დასაფარად. ამ კითხვას ქვემოთ განვიხილავთ თერმობირთვული შერწყმის პრობლემებთან დაკავშირებით. ლაზერების ენერგიის ხარისხზე უმარტივეს შემთხვევებში აშკარაა დაბალი ხარისხის ენერგიის მაღალხარისხიან ენერგიად გადაქცევის შეზღუდვები. აქ არის რამოდენიმე მაგალითი...

სივკოვა ოლგა დმიტრიევნა

ამ ნამუშევარმა დაიკავა მე-3 ადგილი რეგიონულ NOU-ზე

ჩამოტვირთვა:

გადახედვა:

მუნიციპალური საგანმანათლებლო დაწესებულება

№175 საშუალო სკოლა

ნიჟნი ნოვგოროდის ლენინსკის ოლქი

თერმობირთვული შერწყმის პრობლემები

დაასრულა: სივკოვა ოლგა დმიტრიევნა

მოსწავლე 11 „ა“ კლასი, 175 სკოლა

ხელმძღვანელი:

კირჟაევა დ.გ.

ნიჟნი ნოვგოროდი

2013 წელი.

შესავალი 3

2. კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმა 8

3. თერმობირთვული შერწყმის უპირატესობები 10

4. თერმობირთვული შერწყმის პრობლემები 12

4.1 გარემოსდაცვითი საკითხები 15

4.2 სამედიცინო პრობლემები 16

5. თერმობირთვული დანადგარები 18

6. თერმობირთვული შერწყმის განვითარების პერსპექტივები 23

დასკვნა 26

ლიტერატურა 27

შესავალი

სხვადასხვა პროგნოზით, პლანეტაზე ელექტროენერგიის ძირითადი წყაროები 50-100 წელიწადში დასრულდება. კაცობრიობა ნავთობის მარაგს ამოიწურავს 40 წელიწადში, გაზს - მაქსიმუმ 80, ხოლო ურანს - 80-100 წელიწადში. ქვანახშირის მარაგი შეიძლება 400 წელი გაგრძელდეს, მაგრამ ამ წიაღისეული საწვავის გამოყენება და როგორც მთავარი, პლანეტას ეკოლოგიური კატასტროფის ზღვარს მიღმა აყენებს. თუ დღეს ატმოსფეროს ასეთი უმოწყალო დაბინძურება არ შეჩერდება, არც ერთ საუკუნეზე საუბარი არ შეიძლება. ეს ნიშნავს, რომ ჩვენ გვჭირდება ენერგიის ალტერნატიული წყარო უახლოეს მომავალში.

და არის ასეთი წყარო. ეს არის თერმობირთვული ენერგია, რომელიც იყენებს აბსოლუტურად არარადიოაქტიურ დეიტერიუმს და რადიოაქტიურ ტრიტიუმს, მაგრამ მოცულობებში ათასობით ჯერ უფრო მცირეა, ვიდრე ბირთვულ ენერგიაში. და ეს წყარო პრაქტიკულად ამოუწურავია, ის დაფუძნებულია წყალბადის ბირთვების შეჯახებაზე, წყალბადი კი სამყაროში ყველაზე გავრცელებული ნივთიერებაა.

ამ სფეროში კაცობრიობის წინაშე მდგარი ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ამოცანააკონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმის პრობლემა.

ადამიანური ცივილიზაცია არ შეიძლება იარსებებდეს, რომ აღარაფერი ვთქვათ განვითარება, ენერგიის გარეშე. ყველამ კარგად იცის, რომ ენერგიის განვითარებული წყაროები, სამწუხაროდ, შესაძლოა მალე ამოიწუროს. მსოფლიო ენერგეტიკის საბჭოს მონაცემებით, ნახშირწყალბადების საწვავის შესწავლილი მარაგი დედამიწაზე რჩება 30 წლის განმავლობაში.

დღეს ენერგიის ძირითადი წყაროა ნავთობი, გაზი და ქვანახშირი.

ექსპერტების აზრით, ამ წიაღისეულის მარაგი იწურება. შესწავლილი, ათვისებისთვის შესაფერისი ნავთობის საბადოები თითქმის არ დარჩა და უკვე ჩვენს შვილიშვილებს შეიძლება ენერგიების ნაკლებობის ძალიან სერიოზული პრობლემა შეექმნათ.

ატომურ ელექტროსადგურებს, რომლებიც საუკეთესოდ მარაგდება საწვავით,, რა თქმა უნდა, შეუძლიათ კაცობრიობას ელექტროენერგიით ას წელზე მეტი ხნის განმავლობაში მიაწოდონ.

კვლევის ობიექტი:პრობლემები კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმა.

კვლევის საგანი:თერმობირთვული შერწყმა.

კვლევის მიზანი:თერმობირთვული შერწყმის მართვის პრობლემის გადაჭრა;

კვლევის მიზნები:

თერმობირთვული რეაქციების ტიპების შესწავლა.
განვიხილოთ ყველა შესაძლო ვარიანტი თერმობირთვული რეაქციის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის ადამიანისთვის მიწოდებისთვის.
წარმოადგინეთ თეორია ენერგიის ელექტროენერგიად გადაქცევის შესახებ.

საწყისი ფაქტი:

ბირთვული ენერგია გამოიყოფა ატომის ბირთვების დაშლის ან შერწყმის დროს. ნებისმიერი ენერგია - ფიზიკური, ქიმიური ან ბირთვული გამოიხატება სამუშაოს შესრულების, სითბოს ან გამოსხივების უნარით. ნებისმიერ სისტემაში ენერგია ყოველთვის ინახება, მაგრამ ის შეიძლება გადავიდეს სხვა სისტემაში ან შეიცვალოს ფორმა.

მიღწევა კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმის პირობებს ხელს უშლის რამდენიმე ძირითადი პრობლემა:

პირველ რიგში, გაზი უნდა გაცხელდეს ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე.
მეორეც, აუცილებელია რეაქტიული ბირთვების რაოდენობის კონტროლი საკმარისად დიდი ხნის განმავლობაში.
მესამე, გამოთავისუფლებული ენერგიის რაოდენობა უნდა იყოს იმაზე მეტი, ვიდრე დაიხარჯა გათბობისთვის და გაზის სიმკვრივის შეზღუდვისთვის.
შემდეგი პრობლემა არის ამ ენერგიის დაგროვება და ელექტროენერგიად გადაქცევა.

1. თერმობირთვული რეაქციები მზეზე

რა არის მზის ენერგიის წყარო? რა არის იმ პროცესების ბუნება, რომლის დროსაც წარმოიქმნება უზარმაზარი ენერგია? რამდენ ხანს გააგრძელებს მზე ნათებას?

ამ კითხვებზე პასუხის გაცემის პირველი მცდელობები ასტრონომებმა მე-19 საუკუნის შუა ხანებში გააკეთეს, მას შემდეგ რაც ფიზიკოსებმა ჩამოაყალიბეს ენერგიის შენარჩუნების კანონი.

რობერტ მაიერი ვარაუდობს, რომ მზე ანათებს მეტეორიტებისა და მეტეორის ნაწილაკების მიერ ზედაპირის მუდმივი დაბომბვის გამო. ეს ჰიპოთეზა უარყო, რადგან მარტივი გამოთვლა აჩვენებს, რომ მზის სიკაშკაშის მიმდინარე დონეზე შესანარჩუნებლად აუცილებელია 2∙10 15 კგ მეტეორიული მატერია. ერთი წლის განმავლობაში ეს იქნება 6∙10 22 კგ, ხოლო მზის არსებობის განმავლობაში, 5 მილიარდი წლის განმავლობაში - 3∙10 32 კგ. მზის მასა მ = 2∙10 30 კგ, შესაბამისად, ხუთ მილიარდ წელიწადში მზის მასაზე 150-ჯერ მეტი მატერია მზეზე უნდა დაეცა.

მეორე ჰიპოთეზა ასევე წამოაყენეს ჰელმჰოლცმა და კელვინმა XIX საუკუნის შუა ხანებში. მათ ვარაუდობდნენ, რომ მზე ასხივებს ყოველწლიურად 60-70 მეტრის შეკუმშვით. შეკუმშვის მიზეზი არის მზის ნაწილაკების ურთიერთმიზიდულობა, რის გამოც ამ ჰიპოთეზას ე.წ.სახელშეკრულებო . თუ გამოთვლას გავაკეთებთ ამ ჰიპოთეზის მიხედვით, მაშინ მზის ასაკი იქნება არაუმეტეს 20 მილიონი წელი, რაც ეწინააღმდეგება დედამიწის ნიადაგისა და მთვარის ნიადაგის გეოლოგიურ ნიმუშებში ელემენტების რადიოაქტიური დაშლის ანალიზით მიღებულ თანამედროვე მონაცემებს. .

მზის ენერგიის შესაძლო წყაროების შესახებ მესამე ჰიპოთეზა წამოაყენა ჯეიმს ჯინსმა XX საუკუნის დასაწყისში. მისი ვარაუდით, მზის სიღრმეები შეიცავს მძიმე რადიოაქტიურ ელემენტებს, რომლებიც სპონტანურად იშლება, ხოლო ენერგია გამოიყოფა. მაგალითად, ურანის თორიუმად და შემდეგ ტყვიად გარდაქმნას თან ახლავს ენერგიის გამოყოფა. ამ ჰიპოთეზის შემდგომმა ანალიზმა ასევე აჩვენა მისი წარუმატებლობა; მხოლოდ ურანისაგან შემდგარი ვარსკვლავი არ გამოყოფს საკმარის ენერგიას მზის დაკვირვებული სიკაშკაშის უზრუნველსაყოფად. გარდა ამისა, არის ვარსკვლავები, რომლებიც ჩვენს ვარსკვლავზე ბევრჯერ უფრო კაშკაშაა. ნაკლებად სავარაუდოა, რომ ეს ვარსკვლავები ასევე შეიცავდნენ უფრო მეტ რადიოაქტიურ მასალას.

ყველაზე სავარაუდო ჰიპოთეზა აღმოჩნდა ვარსკვლავების ინტერიერში ბირთვული რეაქციების შედეგად ელემენტების სინთეზის ჰიპოთეზა.

1935 წელს ჰანს ბეტემ წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომ წყალბადის ჰელიუმად გარდაქმნის თერმობირთვული რეაქცია შეიძლება იყოს მზის ენერგიის წყარო. სწორედ ამისთვის მიიღო ბეთემ 1967 წელს ნობელის პრემია.

მზის ქიმიური შემადგენლობა დაახლოებით იგივეა, რაც სხვა ვარსკვლავების უმრავლესობის. დაახლოებით 75% არის წყალბადი, 25% არის ჰელიუმი და 1%-ზე ნაკლები არის ყველა სხვა ქიმიური ელემენტი (ძირითადად ნახშირბადი, ჟანგბადი, აზოტი და ა.შ.). სამყაროს დაბადებისთანავე, საერთოდ არ არსებობდა "მძიმე" ელემენტები. ყველა მათგანი, ე.ი. ჰელიუმზე მძიმე ელემენტები და მრავალი ალფა ნაწილაკიც კი წარმოიქმნა ვარსკვლავებში წყალბადის „დაწვის“ დროს თერმობირთვული შერწყმის დროს. მზის მსგავსი ვარსკვლავის სიცოცხლის ხანგრძლივობა ათი მილიარდი წელია.

ენერგიის ძირითადი წყაროაპროტონ-პროტონის ციკლი - ძალიან ნელი რეაქცია (მახასიათებელი დრო 7.9∙10 9 წლები), ვინაიდან ეს გამოწვეულია სუსტი ურთიერთქმედებით. მისი არსი მდგომარეობს იმაში, რომ ოთხი პროტონიდან მიიღება ჰელიუმის ბირთვი. ამ შემთხვევაში გამოიყოფა წყვილი პოზიტრონი და წყვილი ნეიტრინო, ასევე 26,7 მევ ენერგია. მზის მიერ წამში გამოსხივებული ნეიტრინოების რაოდენობა განისაზღვრება მხოლოდ მზის სიკაშკაშით. მას შემდეგ, რაც 26,7 მევ-ის გათავისუფლება ხდება, იბადება 2 ნეიტრინო, მაშინ ნეიტრინოს ემისიის სიჩქარე: 1,8∙10 38 ნეიტრინო/ს. ამ თეორიის პირდაპირი გამოცდაა მზის ნეიტრინოებზე დაკვირვება. მაღალი ენერგიის ნეიტრინოები (ბორი) დაფიქსირებულია ქლორ-არგონის ექსპერიმენტებში (დევისის ექსპერიმენტები) და თანმიმდევრულად აჩვენებს ნეიტრინოების ნაკლებობას სტანდარტული მზის მოდელის თეორიულ მნიშვნელობასთან შედარებით. დაბალი ენერგიის ნეიტრინოები, რომლებიც წარმოიქმნება უშუალოდ pp რეაქციაში, დაფიქსირებულია გალიუმ-გერმანიუმის ექსპერიმენტებში (GALLEX გრან სასოში (იტალია-გერმანია) და SAGE ბაქსანში (რუსეთი-აშშ)); ისინიც „დაკარგულნი არიან“.

ზოგიერთი ვარაუდის თანახმად, თუ ნეიტრინოებს აქვთ სიმშვიდის მასა ნულის გარდა, შესაძლებელია სხვადასხვა ტიპის ნეიტრინოების რხევები (ტრანსფორმაციები) (მიხეევ-სმირნოვი-ვოლფენშტაინის ეფექტი) (არსებობს ნეიტრინოების სამი ტიპი: ელექტრონი, მუონი და ტაუონური ნეიტრინოები). . იმიტომ რომ სხვა ნეიტრინოებს აქვთ ბევრად უფრო მცირე ურთიერთქმედების ჯვარი სექციები მატერიასთან, ვიდრე ელექტრონები, დაკვირვებული დეფიციტი შეიძლება აიხსნას მზის სტანდარტული მოდელის შეცვლის გარეშე, რომელიც აგებულია მთელი ასტრონომიული მონაცემების საფუძველზე.

ყოველ წამში მზე გადაამუშავებს დაახლოებით 600 მილიონ ტონა წყალბადს. ბირთვული საწვავის მარაგი კიდევ ხუთი მილიარდი წელი გაგრძელდება, რის შემდეგაც ის თანდათან თეთრ ჯუჯად გადაიქცევა.

მზის ცენტრალური ნაწილები შემცირდება, გაცხელდება და გარე გარსზე გადაცემული სითბო გამოიწვევს მის გაფართოებას თანამედროვეებთან შედარებით ამაზრზენ ზომებამდე: მზე იმდენად გაფართოვდება, რომ შთანთქავს მერკურს, ვენერას და დახარჯავს. საწვავი" ასჯერ უფრო სწრაფად, ვიდრე ამჟამად. ეს გაზრდის მზის ზომას; ჩვენი ვარსკვლავი გახდება წითელი გიგანტი, რომლის ზომა შედარებულია დედამიწიდან მზემდე მანძილთან!

რა თქმა უნდა, ჩვენ წინასწარ შეგვატყობინებენ მსგავსი მოვლენის შესახებ, რადგან ახალ ეტაპზე გადასვლას დაახლოებით 100-200 მილიონი წელი დასჭირდება. როდესაც მზის ცენტრალური ნაწილის ტემპერატურა 100 000 000 კ-ს მიაღწევს, ჰელიუმიც დაიწყებს წვას, გადაიქცევა მძიმე ელემენტებად და მზე გადავა შეკუმშვისა და გაფართოების რთული ციკლების ეტაპზე. ბოლო ეტაპზე ჩვენი ვარსკვლავი დაკარგავს თავის გარე გარსს, ცენტრალურ ბირთვს ექნება წარმოუდგენლად დიდი სიმკვრივე და ზომა, როგორც დედამიწისას. გაივლის კიდევ რამდენიმე მილიარდი წელი და მზე გაცივდება და გადაიქცევა თეთრ ჯუჯად.

2. კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმა.

კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმა (CTF) არის უფრო მძიმე ატომური ბირთვების სინთეზი უფრო მსუბუქი ბირთვებისგან ენერგიის მისაღებად, რომელიც, განსხვავებით ფეთქებადი თერმობირთვული შერწყმა (გამოიყენება თერმობირთვულ იარაღში), კონტროლდება. კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმა განსხვავდება ტრადიციული ბირთვული ენერგიისგან იმით, რომ ეს უკანასკნელი იყენებს დაშლის რეაქციას, რომლის დროსაც უფრო მსუბუქი ბირთვები მიიღება მძიმე ბირთვებისგან. დეიტერიუმი ( 2 H) და ტრიტიუმი (3 H), და უფრო შორეულ მომავალში, ჰელიუმ-3 ( 3 მან) და ბორი-11 (11 ბ).

კონტროლირებად თერმობირთვულ შერწყმას შეუძლია გამოიყენოს სხვადასხვა ტიპის თერმობირთვული რეაქციები, გამოყენებული საწვავის ტიპის მიხედვით.

დეიტერიუმი კლასიფიცირდება როგორც თერმობირთვული საწვავი. 2 D 1, ტრიტიუმი 3 T 1 და 6 Li 3 . ამ ტიპის ძირითადი ბირთვული საწვავი არის დეიტერიუმი. 6 ლი 3 ემსახურება როგორც ნედლეულს მეორადი თერმობირთვული საწვავის მისაღებად -ტრიტიუმი.

ტრიტიუმი 3 ტ 1 - ზემძიმე წყალბადი 3 N 1 - მიღებული ბუნებრივი Li-ის დასხივებით ( 7.52% 6 Li 3 ) ნეიტრონები და ალფა ნაწილაკები ( 4α 2 - ჰელიუმის ატომის ბირთვები 4 არა 2 ). დეიტერიუმი გამოიყენება როგორც თერმობირთვული საწვავი, რომელიც შერეულია ტრიტიუმთან და 6 Li 3 (LiD და LiТ სახით ). საწვავში ბირთვული შერწყმის რეაქციების განხორციელებისას ხდება ჰელიუმის ბირთვების შერწყმის რეაქციები (ათეულიდან ასობით მილიონ გრადუსამდე ტემპერატურაზე). გამოსხივებული ნეიტრონები შეიწოვება ბირთვების მიერ 6 ლი 3 , ხოლო ტრიტიუმის დამატებითი რაოდენობა წარმოიქმნება რეაქციის მიხედვით: 6 Li 3 + 1 p 0 \u003d 3 T 1 + 4 He 2 ( მასობრივი რიცხვების ჯამის რეაქციაში 6+1=3+4 და მუხტების ჯამები 3+0=1+2 უნდა იყოს იგივე განტოლების ორივე მხარეს). ორი დეიტერიუმის ბირთვი (მძიმე წყალბადი) შერწყმის რეაქციის შედეგად იძლევა ერთ ტრიტიუმის ბირთვს (ზემძიმე წყალბადი) და პროტონს (ნორმალური წყალბადის ატომის ბირთვი): 2 D 1 + 2 D 1 \u003d 3 T 1 + 1 R 1; რეაქციები ასევე შეიძლება სხვა გზით წავიდეს, ჰელიუმის იზოტოპის ბირთვის წარმოქმნით 3 He 2 და ნეიტრონი 1 p 0 : 2 D 1 + 2 D 1 = 3 He 2 + 1 p 0 . ტრიტიუმი რეაგირებს დეიტერიუმთან, ნეიტრონები კვლავ ჩნდებიან, რომლებსაც შეუძლიათ ურთიერთქმედება 6 Li 3: 2 D 1 + 3 T 1 \u003d 4 He 2 + 1 p 0 და ა.შ. თერმობირთვული საწვავის კალორიულობა 5-6-ჯერ აღემატება ფისილურ მასალებს. ჰიდროსფეროში დეიტერიუმის მარაგი დაახლოებით 10 13 ტ . თუმცა, ამჟამად პრაქტიკულად ტარდება მხოლოდ უკონტროლო რეაქციები (აფეთქება) და ფართოდ არის მოძიებული მეთოდები კონტროლირებადი თერმობირთვული რეაქციის განსახორციელებლად, რაც, პრინციპში, შესაძლებელს ხდის კაცობრიობის ენერგიით უზრუნველყოფას თითქმის შეუზღუდავი პერიოდის განმავლობაში. დრო.

3. თერმობირთვული შერწყმის უპირატესობები

რა უპირატესობა აქვს თერმობირთვულ შერწყმას ბირთვული დაშლის რეაქციებთან შედარებით, რაც საშუალებას გვაძლევს იმედი ვიქონიოთ თერმობირთვული ენერგიის ფართომასშტაბიანი განვითარების შესახებ? მთავარი და ფუნდამენტური განსხვავება მდგომარეობს გრძელვადიანი რადიოაქტიური ნარჩენების არარსებობაში, რაც დამახასიათებელია ბირთვული დაშლის რეაქტორებისთვის. და მიუხედავად იმისა, რომ პირველი კედელი აქტიურდება ნეიტრონების მიერ თერმობირთვული რეაქტორის მუშაობის დროს, შესაფერისი დაბალი გააქტიურებული სტრუქტურული მასალების არჩევანი ხსნის თერმობირთვული რეაქტორის შექმნის ფუნდამენტურ შესაძლებლობას, რომელშიც პირველი კედლის ინდუცირებული აქტივობა მთლიანად შემცირდება. უსაფრთხო დონე რეაქტორის გამორთვიდან ოცდაათი წლის შემდეგ. ეს ნიშნავს, რომ ვადაგასული რეაქტორის მოთელვა დასჭირდება მხოლოდ 30 წლის განმავლობაში, რის შემდეგაც შესაძლებელია მასალების გადამუშავება და გამოყენება ახალ სინთეზურ რეაქტორში. ეს სიტუაცია ფუნდამენტურად განსხვავდება დაშლის რეაქტორებისგან, რომლებიც აწარმოებენ რადიოაქტიურ ნარჩენებს, რომლებიც საჭიროებენ დამუშავებას და შენახვას ათობით ათასი წლის განმავლობაში. დაბალი რადიოაქტიურობის გარდა, თერმობირთვულ ენერგიას აქვს საწვავის და სხვა საჭირო მასალების უზარმაზარი, თითქმის ამოუწურავი მარაგი, რომელიც საკმარისია ენერგიის წარმოებისთვის მრავალი ასეული, თუ არა ათასობით წლის განმავლობაში.

სწორედ ამ უპირატესობებმა აიძულა ძირითადი ბირთვული ქვეყნები დაეწყოთ ფართომასშტაბიანი კვლევა კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმის შესახებ 1950-იანი წლების შუა ხანებში. იმ დროისთვის საბჭოთა კავშირსა და შეერთებულ შტატებში წყალბადის ბომბების პირველი წარმატებული ტესტები უკვე ჩატარდა, რამაც დაადასტურა ხმელეთის პირობებში ბირთვული შერწყმის ენერგიის გამოყენების ფუნდამენტური შესაძლებლობა. თავიდანვე გაირკვა, რომ კონტროლირებად თერმობირთვულ შერწყმას არ ჰქონდა სამხედრო გამოყენება. 1956 წელს გამოცხადდა კვლევა და მას შემდეგ ტარდებოდა ფართო საერთაშორისო თანამშრომლობის ფარგლებში. წყალბადის ბომბი სულ რამდენიმე წელიწადში შეიქმნა და იმ დროს ჩანდა, რომ მიზანი ახლოს იყო და 50-იანი წლების ბოლოს აშენებული პირველი დიდი ექსპერიმენტული ობიექტები მიიღებდნენ თერმობირთვულ პლაზმას. თუმცა, 40 წელზე მეტი კვლევა დასჭირდა, რათა შეიქმნას პირობები, რომლებშიც თერმობირთვული ენერგიის გამოყოფა შედარებული იქნება რეაქტიული ნარევის გამათბობელ ძალასთან. 1997 წელს უდიდესმა თერმობირთვულმა ინსტალაციამ, ევროპულმა TOKAMAK-მა (JET), მიიღო 16 მეგავატი თერმობირთვული სიმძლავრე და მიუახლოვდა ამ ზღვარს.

რა იყო ასეთი დაგვიანების მიზეზი? აღმოჩნდა, რომ მიზნის მისაღწევად ფიზიკოსებს და ინჟინრებს უამრავი პრობლემის გადაჭრა მოუწიათ, რაზეც მოგზაურობის დასაწყისში წარმოდგენაც არ ჰქონდათ. ამ 40 წლის განმავლობაში შეიქმნა მეცნიერება - პლაზმის ფიზიკა, რამაც შესაძლებელი გახადა გაეგო და აღეწერა რეაქტიულ ნარევში მიმდინარე რთული ფიზიკური პროცესები. ინჟინრებს მოუწიათ თანაბრად რთული პრობლემების გადაჭრა, მათ შორის როგორ შეექმნათ ღრმა ვაკუუმი დიდი მოცულობით, შეარჩიონ და გამოსცადონ შესაფერისი სტრუქტურული მასალები, განავითარონ დიდი სუპერგამტარი მაგნიტები, მძლავრი ლაზერები და რენტგენის წყაროები. ნარევის მაღალი სიხშირის გათბობის მეთოდების შემუშავება და მრავალი სხვა.

4. კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმის პრობლემები

რეაქციაში მონაწილე ბირთვების ენერგია უნდა იყოს მინიმუმ 10 კევ. ბირთვული შერწყმის დასაწყებად, რეაქციაში მონაწილე ბირთვები უნდა მოხვდეს ბირთვული ძალების ველში, რომლის რადიუსია 10-12-10-13 ს.სმ. თუმცა, ატომის ბირთვებს აქვთ დადებითი ელექტრული მუხტი და მსგავსი მუხტები იგერიებენ ერთმანეთს. ბირთვული ძალების მოქმედების საზღვარზე კულონის მოგერიების ენერგია არის დაახლოებით 10 კევ. ამ ბარიერის დასაძლევად, შეჯახების დროს ბირთვებს უნდა ჰქონდეთ კინეტიკური ენერგია არანაკლებ ამ მნიშვნელობისა.
რეაქციაში მყოფი ბირთვების კონცენტრაციის პროდუქტი და შეკავების დრო, რომლის დროსაც ისინი ინარჩუნებენ მითითებულ ენერგიას, უნდა იყოს მინიმუმ 1014 ს.სმ-3. ეს პირობა - ეგრეთ წოდებული ლოუსონის კრიტერიუმი - განსაზღვრავს რეაქციის ენერგეტიკული მომგებიანობის ზღვარს. იმისათვის, რომ შერწყმის რეაქციაში გამოთავისუფლებულმა ენერგიამ მინიმუმ დაფაროს რეაქციის დაწყების ენერგეტიკული ხარჯები, ატომის ბირთვებმა უნდა განიცადონ მრავალი შეჯახება. ყოველი შეჯახებისას, რომლის დროსაც ხდება შერწყმის რეაქცია დეიტერიუმსა (D) და ტრიტიუმს (T) შორის, გამოიყოფა 17,6 მევ ენერგია, ანუ დაახლოებით 3,10-12 ჯ. თუ, მაგალითად, 10 MJ ენერგია იხარჯება აალებაზე, მაშინ რეაქცია დაირღვევა მაშინაც კი, თუ მასში მონაწილეობას მიიღებს მინიმუმ 3.1018 D-T წყვილი. და ამისთვის საკმაოდ მკვრივი მაღალი ენერგიის პლაზმა რეაქტორში დიდხანს უნდა ინახებოდეს. ეს მდგომარეობა გამოიხატება ლოუსონის კრიტერიუმით.

4.1 ეკონომიკური პრობლემები

TCB-ის შექმნისას ვარაუდობენ, რომ ეს იქნება დიდი ინსტალაცია, რომელიც აღჭურვილია ძლიერი კომპიუტერებით. ეს იქნება მთელი პატარა ქალაქი. მაგრამ ავარიის ან აღჭურვილობის გაფუჭების შემთხვევაში, სადგურის მუშაობა შეფერხდება.

ეს არ არის გათვალისწინებული, მაგალითად, ატომური ელექტროსადგურების თანამედროვე დიზაინებში. ითვლება, რომ მთავარია მათი აშენება და რა მოხდება შემდეგ არ არის მნიშვნელოვანი.

მაგრამ 1 სადგურის გაუმართაობის შემთხვევაში ბევრი ქალაქი ელექტროენერგიის გარეშე დარჩება. ეს ჩანს სომხეთის ატომური ელექტროსადგურის მაგალითზე. რადიოაქტიური ნარჩენების გატანა ძალიან ძვირი გახდა. მწვანე ატომური ელექტროსადგურის მოთხოვნით დაიხურა. მოსახლეობა ელექტროენერგიის გარეშე დარჩა, ელექტროსადგურის ტექნიკა იყო გაცვეთილი, საერთაშორისო ორგანიზაციების მიერ რესტავრაციისთვის გამოყოფილი თანხები ფუჭად დაიხარჯა.

სერიოზულ ეკონომიკურ პრობლემას წარმოადგენს მიტოვებული მრეწველობის დეკონტამინაცია, სადაც ურანი მუშავდებოდა. მაგალითად, "ქალაქ აქტაუს აქვს თავისი პატარა" ჩერნობილი". ის მდებარეობს ქიმიურ-ჰიდრომეტალურგიული ქარხნის (KhGMZ) ტერიტორიაზე. ურანის გადამამუშავებელ მაღაზიაში (HMC) გამა გამოსხივება ზოგან აღწევს. 11000 მიკრორენტგენი საათში, საშუალო ფონის დონეა 200 მიკრორენტგენი (ჩვეულებრივი ბუნებრივი ფონი არის 10-დან 25 მიკრორენტგენამდე საათში. ქარხნის გათიშვის შემდეგ აქ დეკონტამინაცია საერთოდ არ განხორციელებულა. მნიშვნელოვანი აღჭურვილობის ნაწილს, დაახლოებით თხუთმეტ ათას ტონას, აქვს უკვე ამოუხსნელი რადიოაქტიურობა, ამავდროულად, ასეთი სახიფათო ნივთები ინახება ღია ცის ქვეშ, ცუდად დაცულ და მუდმივად აცილებულია KhGMZ-ის ტერიტორიიდან.

ამიტომ, რადგან არ არსებობს მარადიული პროდუქცია, ახალი ტექნოლოგიების მოსვლასთან დაკავშირებით, TCB შეიძლება დაიხუროს და შემდეგ საწარმოს ობიექტები, ლითონები შემოვიდეს ბაზარზე და ადგილობრივი მოსახლეობა დაზარალდეს.

წყალი გამოყენებული იქნება TCB გაგრილების სისტემაში. მაგრამ გარემოსდამცველების აზრით, თუ ატომური ელექტროსადგურების სტატისტიკას ავიღებთ, ამ რეზერვუარებიდან წყალი სასმელად არ ვარგა.

ექსპერტების აზრით, წყალსაცავი სავსეა მძიმე ლითონებით (კერძოდ, თორიუმ-232), ზოგან კი გამა გამოსხივების დონე საათში 50-60 მიკრორენტგენს აღწევს.

ანუ ახლა, ატომური ელექტროსადგურების მშენებლობისას, არ არის გათვალისწინებული სახსრები, რომელიც ტერიტორიას პირვანდელ მდგომარეობას დაუბრუნებს. საწარმოს დახურვის შემდეგ კი დაგროვილი ნარჩენების დამარხვა და ყოფილი საწარმოს დასუფთავება არავინ იცის.

4.2 სამედიცინო საკითხები

CTS-ის მავნე ზემოქმედება მოიცავს ვირუსებისა და ბაქტერიების მუტანტების წარმოებას, რომლებიც წარმოქმნიან მავნე ნივთიერებებს. ეს განსაკუთრებით ეხება ადამიანის ორგანიზმში არსებულ ვირუსებსა და ბაქტერიებს. ავთვისებიანი სიმსივნეების და სიმსივნეების გაჩენა, დიდი ალბათობით, TCB-სთან ახლოს მცხოვრები სოფლების მცხოვრებთა შორის გავრცელებული დაავადება იქნება. მოსახლეობა ყოველთვის უფრო მეტად იტანჯება, რადგან მათ არ აქვთ დაცვის საშუალებები. დოზიმეტრები ძვირია და მედიკამენტები არ არის ხელმისაწვდომი. TCF-დან ნარჩენები ჩაყრილი იქნება მდინარეებში, ჰაერში გაშვებული ან მიწისქვეშა ფენებში ამოტუმბვით, რაც ახლა ხდება ატომურ ელექტროსადგურებში.

მაღალი დოზების ზემოქმედების შემდეგ მალევე წარმოქმნილი ზიანის გარდა, მაიონებელი გამოსხივება იწვევს ხანგრძლივ ეფექტს. ძირითადად, კანცეროგენეზი და გენეტიკური დარღვევები, რომლებიც შეიძლება მოხდეს ნებისმიერი დოზით და ტიპის ზემოქმედებით (ერთჯერადი, ქრონიკული, ადგილობრივი).

ექიმების ცნობით, რომლებმაც დაარეგისტრირეს ატომური ელექტროსადგურის მუშაკების დაავადებები, ჯერ არის გულ-სისხლძარღვთა დაავადებები (გულის შეტევები), შემდეგ კი კიბო. გულის კუნთი თხელდება რადიაციის გავლენის ქვეშ, ხდება ფხვიერი, ნაკლებად გამძლე. საკმაოდ გაუგებარი დაავადებებია. მაგალითად, ღვიძლის უკმარისობა. მაგრამ რატომ ხდება ეს, არცერთმა ექიმმა ჯერ არ იცის. თუ ავარიის დროს რადიოაქტიური ნივთიერებები მოხვდება სასუნთქ გზებში, ექიმები ამოჭრიან ფილტვისა და ტრაქეის დაზიანებულ ქსოვილებს და ინვალიდი დადის სუნთქვის პორტატული მოწყობილობით.

5. თერმობირთვული დანადგარები

ჩვენი ქვეყნის და მსოფლიოს განვითარებული ქვეყნების უმეტესი ნაწილის მეცნიერები მრავალი წლის განმავლობაში აგვარებენ თერმობირთვული რეაქციების ენერგეტიკული მიზნებისთვის გამოყენების პრობლემას. შეიქმნა უნიკალური თერმობირთვული დანადგარები - ყველაზე რთული ტექნიკური მოწყობილობები, რომლებიც შექმნილია კოლოსალური ენერგიის მოპოვების შესაძლებლობის შესასწავლად, რომელიც ჯერჯერობით მხოლოდ წყალბადის ბომბის აფეთქების დროს გამოიყოფა. მეცნიერებს სურთ ისწავლონ როგორ გააკონტროლონ თერმობირთვული რეაქციის მიმდინარეობა - მძიმე წყალბადის ბირთვების (დეიტერიუმი და ტრიტიუმი) შერწყმის რეაქცია ჰელიუმის ბირთვების წარმოქმნასთან მაღალ ტემპერატურაზე - რათა გამოიყენონ ამ დროს გამოთავისუფლებული ენერგია მშვიდობიანი მიზნებისთვის. ხალხის სარგებელი.

ონკანის წყალში ძალიან ცოტა დეიტერიუმია. მაგრამ თუ ეს დეიტერიუმი შეგროვდება და გამოიყენება როგორც საწვავი თერმობირთვულ ინსტალაციაში, მაშინ შეგიძლიათ მიიღოთ იმდენი ენერგია, რამდენიც თითქმის 300 კილოგრამი ნავთობის დაწვისგან. და იმ ენერგიის უზრუნველსაყოფად, რომელიც ახლა მიიღება ერთი წლის განმავლობაში მოპოვებული ჩვეულებრივი საწვავის დაწვით, საჭირო იქნებოდა დეიტერიუმის ამოღება კუბში შემავალი წყლისგან, რომლის გვერდია მხოლოდ 160 მეტრი. მხოლოდ მდინარე ვოლგა ყოველწლიურად დაახლოებით 60 000 კუბურ მეტრ წყალს ატარებს კასპიის ზღვაში.

იმისათვის, რომ მოხდეს თერმობირთვული რეაქცია, რამდენიმე პირობა უნდა დაკმაყოფილდეს. ამრიგად, ტემპერატურა იმ ზონაში, სადაც მძიმე წყალბადის ბირთვები აერთიანებს, უნდა იყოს დაახლოებით 100 მილიონი გრადუსი. ასეთ უზარმაზარ ტემპერატურაზე ჩვენ უკვე ვსაუბრობთ არა გაზზე, არამედ პლაზმაზე. პლაზმა არის მატერიის ისეთი მდგომარეობა, როდესაც გაზის მაღალ ტემპერატურაზე ნეიტრალური ატომები კარგავენ ელექტრონებს და გადაიქცევიან დადებით იონებად. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, პლაზმა არის თავისუფლად მოძრავი დადებითი იონებისა და ელექტრონების ნაზავი. მეორე პირობა არის პლაზმური სიმკვრივის შენარჩუნების აუცილებლობა რეაქციის ზონაში მინიმუმ 100 000 მილიარდი ნაწილაკის კუბურ სანტიმეტრზე. და ბოლოს, მთავარი და ყველაზე რთულია თერმობირთვული რეაქციის მიმდინარეობის შენარჩუნება ერთი წამით მაინც.

თერმობირთვული ინსტალაციის სამუშაო კამერა არის ტოროიდული, უზარმაზარი ღრუ ბაგელის მსგავსი. იგი ივსება დეიტერიუმის და ტრიტიუმის ნარევით. თავად კამერის შიგნით იქმნება პლაზმური ხვეული – გამტარი, რომლის მეშვეობითაც დაახლოებით 20 მილიონი ამპერის ელექტრული დენი გადის.
ელექტრო დენი ასრულებს სამ მნიშვნელოვან ფუნქციას. პირველ რიგში, ის ქმნის პლაზმას. მეორეც, ის ას მილიონ გრადუსამდე ათბობს. და ბოლოს, დენი თავის გარშემო ქმნის მაგნიტურ ველს, ანუ ის აკრავს პლაზმას ძალის მაგნიტური ხაზებით. პრინციპში, პლაზმის ირგვლივ არსებული ძალის ხაზები უნდა ინარჩუნებდეს მას შეჩერებულს და ხელს უშლის პლაზმის შეხებას კამერის კედლებთან, თუმცა პლაზმის შეჩერებული შენარჩუნება არც ისე მარტივია. ელექტრული ძალები ახდენენ პლაზმური გამტარის დეფორმაციას, რომელსაც არ გააჩნია ლითონის გამტარის სიმტკიცე. ის იხრება, ხვდება კამერის კედელს და აძლევს მას თერმულ ენერგიას. ამის თავიდან ასაცილებლად ტოროიდული კამერის თავზე მეტი ხვეული დევს, რომელიც ქმნის გრძივი მაგნიტური ველის პალატაში, რომელიც უბიძგებს პლაზმურ გამტარს კედლებიდან. მხოლოდ ეს არ არის საკმარისი, რადგან დენის გამტარი პლაზმური გამტარი მიდრეკილია გაჭიმვისკენ, რათა გაზარდოს მისი დიამეტრი. მაგნიტური ველი, რომელიც იქმნება ავტომატურად, ზედმეტი გარე ძალების გარეშე, ასევე მოწოდებულია პლაზმური გამტარის გაფართოებისგან. პლაზმური გამტარი მოთავსებულია ტოროიდულ კამერასთან ერთად სხვა უფრო დიდ პალატაში, რომელიც დამზადებულია არამაგნიტური მასალისგან, ჩვეულებრივ, სპილენძისგან. როგორც კი პლაზმური გამტარი შეეცდება გადახრის წონასწორობის პოზიციიდან, სპილენძის გარსში, ელექტრომაგნიტური ინდუქციის კანონის მიხედვით, წარმოიქმნება ინდუქციური დენი, რომელიც ეწინააღმდეგება პლაზმაში დენის. შედეგად, ჩნდება საპირისპირო ძალა, რომელიც აცილებს პლაზმას კამერის კედლებიდან.
პლაზმის დაცვა კამერის კედლებთან მაგნიტური ველის საშუალებით შემოთავაზებული იქნა 1949 წელს ახ. სახაროვი, ცოტა მოგვიანებით კი ამერიკელი ჯ.სპიცერი.

ფიზიკაში ჩვეულებრივად არის მიჩნეული ყოველი ახალი ტიპის ექსპერიმენტული წყობის სახელების მიცემა. ასეთი გრაგნილი სისტემით კონსტრუქციას ტოკამაკი ეწოდება - შემოკლებით "ტოროიდული კამერა და მაგნიტური ხვეული".

1970-იან წლებში სსრკ-ში აშენდა თერმობირთვული ობიექტი სახელწოდებით „ტოკამაკ-10“. იგი შეიქმნა ატომური ენერგიის ინსტიტუტში. ი.ვ. კურჩატოვი. ამ ინსტალაციაზე, პლაზმური გამტარის ტემპერატურა იყო 10 მილიონი გრადუსი, პლაზმის სიმკვრივე არ იყო დაბალი ვიდრე 100 ათასი მილიარდი ნაწილაკი კუბურ სანტიმეტრზე, ხოლო პლაზმის შეკავების დრო იყო 0,5 წამთან ახლოს. დღეს ჩვენს ქვეყანაში ყველაზე დიდი ინსტალაცია, ტოკამაკ-15, ასევე აშენდა მოსკოვის კურჩატოვის კვლევით ცენტრში.

ყველა შექმნილი თერმობირთვული დანადგარი აქამდე მოიხმარს ენერგიას მხოლოდ პლაზმური გათბობისთვის და მაგნიტური ველების შესაქმნელად. პირიქით, მომავლის თერმობირთვულმა ქარხანამ უნდა გაათავისუფლოს იმდენი ენერგია, რომ მისი მცირე ნაწილი გამოიყენებოდეს თერმობირთვული რეაქციის შესანარჩუნებლად, ანუ პლაზმის გასათბობად, მაგნიტური ველების შესაქმნელად და მრავალი დამხმარე მოწყობილობისა და ხელსაწყოს გასაძლიერებლად. და მიეცით ძირითადი ნაწილი ელექტრო ქსელში მოხმარებისთვის.

1997 წელს დიდ ბრიტანეთში, JET tokamak-ზე, შეყვანისა და მიღებული ენერგიის დამთხვევა მოხდა. თუმცა ეს, რა თქმა უნდა, არ არის საკმარისი პროცესის თვითშენარჩუნებისთვის: მიღებული ენერგიის 80 პროცენტამდე იკარგება. იმისათვის, რომ რეაქტორმა იმუშაოს, საჭიროა ხუთჯერ მეტი ენერგიის გამომუშავება, ვიდრე იხარჯება პლაზმის გათბობაზე და მაგნიტური ველების შექმნაზე.
1986 წელს ევროკავშირის ქვეყნებმა, სსრკ-სთან, აშშ-სთან და იაპონიასთან ერთად, გადაწყვიტეს ერთობლივად შეემუშავებინათ და აეშენებინათ 2010 წლისთვის საკმარისად დიდი ტოკამაკი, რომელსაც შეუძლია ენერგიის გამომუშავება არა მხოლოდ პლაზმაში თერმობირთვული შერწყმის შესანარჩუნებლად, არამედ სასარგებლოს მისაღებად. ელექტროენერგია. ამ რეაქტორს ეწოდა ITER, შემოკლებით საერთაშორისო თერმობირთვული ექსპერიმენტული რეაქტორის. 1998 წლისთვის მათ მოახერხეს საპროექტო გამოთვლების დასრულება, მაგრამ ამერიკელების წარუმატებლობის გამო, რეაქტორის დიზაინში ცვლილებების შეტანა გახდა საჭირო, რათა შემცირებულიყო მისი ღირებულება.

შეგიძლიათ ნაწილაკებს ბუნებრივად გადაადგილების საშუალება მისცეთ და კამერას მისცეთ ფორმა, რომელიც მიჰყვება მათ გზას. შემდეგ კამერას საკმაოდ უცნაური გარეგნობა აქვს. ის იმეორებს პლაზმური ძაფის ფორმას, რომელიც ჩნდება რთული კონფიგურაციის გარე ხვეულების მაგნიტურ ველში. მაგნიტური ველი იქმნება ბევრად უფრო რთული კონფიგურაციის გარე ხვეულებით, ვიდრე ტოკამაკში. ამ ტიპის მოწყობილობებს ვარსკვლავები ეწოდება. ჩვენს ქვეყანაში აშენდა ტორსატრონი „Hurricane-3M“. ეს ექსპერიმენტული ვარსკვლავი შექმნილია ათ მილიონ გრადუსამდე გაცხელებულ პლაზმაზე.

ამჟამად ტოკამაკებს სხვა სერიოზული კონკურენტები ჰყავთ ინერციული თერმობირთვული შერწყმის გამოყენებით. ამ შემთხვევაში დეიტერიუმ-ტრიტიუმის ნარევის რამდენიმე მილიგრამი ჩასმულია 1-2 მმ დიამეტრის კაფსულაში. კაფსულაზე ორიენტირებულია რამდენიმე ათეული ძლიერი ლაზერის პულსირებული გამოსხივება. შედეგად, კაფსულა მყისიერად აორთქლდება. რადიაციაში 5-10 ნანოწამში აუცილებელია 2 მჯ ენერგიის ჩასმა. შემდეგ მსუბუქი წნევა შეკუმშავს ნარევს ისე, რომ მოხდეს თერმობირთვული შერწყმის რეაქცია. აფეთქების დროს გამოთავისუფლებული ენერგია, რომელიც ექვივალენტური სიმძლავრით ასი კილოგრამი ტროტილის აფეთქების, გარდაიქმნება გამოსაყენებლად უფრო მოსახერხებელ ფორმად - მაგალითად, ელექტროდ. თუმცა, ვარსკვლავიერებისა და ინერციული შერწყმის ობიექტების მშენებლობა ასევე აწყდება სერიოზულ ტექნიკურ სირთულეებს. ალბათ, თერმობირთვული ენერგიის პრაქტიკული გამოყენება არ არის უახლოესი მომავლის საკითხი.

6. თერმობირთვული შერწყმის დაუფლების პერსპექტივები

როგორც ბირთვული ინდუსტრიის მნიშვნელოვანი ამოცანა, გრძელვადიან პერსპექტივაში, არის კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმის ტექნოლოგიების განვითარება, როგორც მომავლის ენერგიის საფუძველი. ამჟამად მთელ მსოფლიოში მიიღება სტრატეგიული გადაწყვეტილებები ენერგიის ახალი წყაროების განვითარებისა და ათვისების მიზნით. ასეთი წყაროების განვითარების აუცილებლობა დაკავშირებულია ენერგიის წარმოების მოსალოდნელ დეფიციტთან და საწვავის შეზღუდულ რესურსებთან. ენერგიის ერთ-ერთი ყველაზე პერსპექტიული ინოვაციური წყაროა კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმა (CTF). შერწყმის ენერგია გამოიყოფა მძიმე წყალბადის იზოტოპების ბირთვების შერწყმის დროს. თერმობირთვული რეაქტორის საწვავი არის წყალი და ლითიუმი, რომელთა მარაგი პრაქტიკულად შეუზღუდავია. ხმელეთის პირობებში, CTS-ის განხორციელება რთული სამეცნიერო და ტექნოლოგიური ამოცანაა, რომელიც დაკავშირებულია ნივთიერების 100 მილიონ გრადუსზე მეტი ტემპერატურის მიღებასთან და რეაქტორის კედლებიდან სინთეზის რეგიონის თბოიზოლაციასთან.

თერმობირთვული სინთეზი გრძელვადიანი პროექტია, კომერციული ობიექტის შექმნა 2040-2050 წლებშია მოსალოდნელი. თერმობირთვული ენერგიის დაუფლების ყველაზე სავარაუდო სცენარი მოიცავს სამი ეტაპის განხორციელებას:
- თერმობირთვული რეაქციის გრძელვადიანი წვის რეჟიმების დაუფლება;
- ელექტროენერგიის წარმოების დემონსტრირება;
- სამრეწველო თერმობირთვული სადგურების შექმნა.

საერთაშორისო პროექტის ITER-ის (საერთაშორისო თერმობირთვული ექსპერიმენტული რეაქტორი) ფარგლებში დაგეგმილია პლაზმის შეზღუდვისა და ენერგიის გამომუშავების ტექნიკური მიზანშეწონილობის დემონსტრირება.ITER-ის პროექტის მთავარი პროგრამული მიზანია წყალბადის იზოტოპების - დეიტერიუმის და ტრიტიუმის შერწყმის რეაქციების (შერწყმის) გზით ენერგიის მიღების მეცნიერულ-ტექნიკური მიზანშეწონილობის დემონსტრირება. ITER-ის რეაქტორის საპროექტო შერწყმის სიმძლავრე იქნება დაახლოებით 500 მეგავატი პლაზმის ტემპერატურაზე 100 მილიონი გრადუსი.
2006 წლის ნოემბერში, ITER პროექტის ყველა მონაწილემ - ევროკავშირმა, რუსეთმა, იაპონიამ, აშშ-მ, ჩინეთმა, კორეამ და ინდოეთმა ხელი მოაწერეს შეთანხმებას ITER-ის პროექტის ერთობლივი განხორციელებისთვის Fusion Energy International ორგანიზაციის ITER-ის შექმნის შესახებ. რეაქტორის მშენებლობის ეტაპი 2007 წელს დაიწყო.

ITER-ის პროექტში რუსეთის მონაწილეობა მოიცავს რეაქტორის სამშენებლო უბნის (Cadarache, საფრანგეთი) ძირითადი ტექნოლოგიური აღჭურვილობის განვითარებას, წარმოებას და მიწოდებას და ფულადი წვლილის შეტანას, რაც ზოგადად რეაქტორის მშენებლობის მთლიანი ღირებულების დაახლოებით 10%-ს შეადგენს. . თანაბარი წილი აქვთ აშშ-ს, ჩინეთს, ინდოეთს, კორეას და იაპონიას.
საგზაო რუკა კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმის ენერგიის დაუფლებისთვის

2000 (მიმდინარე დონე):
გადასაჭრელი გამოწვევები: ხარჯების თანასწორობის მიღწევა და ენერგიის გამომუშავება
ტოკამაკების უახლესი თაობის საშუალებით შესაძლებელი გახდა კონტროლირებადი თერმობირთვული წვის განხორციელებასთან მიახლოება ენერგიის დიდი განთავისუფლებით.
თერმობირთვული შერწყმის რეაქციების სიმძლავრემ მიაღწია 17 მეგავატ-ს (JET ობიექტი, ევროკავშირი), რაც შედარებულია პლაზმაში მოთავსებულ სიმძლავრესთან.
2020 წელი:

ITER პროექტში გადასაჭრელი ამოცანები: გრძელვადიანი რეაქცია, თერმობირთვული ტექნოლოგიების განვითარება და ინტეგრაცია..

ITER პროექტის მიზანია თერმობირთვული რეაქციის კონტროლირებადი აალება და მისი ხანგრძლივად წვა თერმობირთვული სიმძლავრის ათჯერ მეტი სიმძლავრით ვიდრე შერწყმის რეაქციის დასაწყებად Q³10.

2030:
გადასაჭრელი ამოცანა: საჩვენებელი სადგურის დემო (OTE) მშენებლობა.
OFC-სთვის ოპტიმალური მასალებისა და ტექნოლოგიების არჩევანი, ექსპერიმენტული თერმობირთვული ელექტროსადგურის დიზაინი, მშენებლობა და გაშვების ტესტები დასრულდა DEMO პროექტის ფარგლებში და დასრულდა PTE-ის კონცეპტუალური დიზაინი.
2050 წელი
გადასაჭრელი ამოცანები: PTE-ის დიზაინი და მშენებლობა, ელექტროენერგიის გამომუშავების ტექნოლოგიების ტესტირების დასრულება DEMO-ზე.
ენერგეტიკული სამრეწველო სადგურის შექმნა უსაფრთხოების მაღალი მარჟით და ენერგიის ღირებულების მისაღები ეკონომიკური მაჩვენებლებით.
კაცობრიობა თავის ხელში მიიღებს ენერგიის ამოუწურავ, ეკოლოგიურად და ეკონომიკურად მისაღებ წყაროს.შერწყმის რეაქტორის დიზაინი ეფუძნება "ტოკამაკის" ტიპის მაგნიტური პლაზმური შეზღუდვის სისტემებს, რომლებიც პირველად შეიქმნა და განხორციელდა სსრკ-ში. 1968 წელს პლაზმის ტემპერატურა 10 მილიონი გრადუსი იყო T-3 ტოკამაკზე. მას შემდეგ ტოკამაკის დანადგარები გახდა წამყვანი მიმართულება თერმობირთვული შერწყმის კვლევაში ყველა ქვეყანაში.

ამჟამად, ტოკამაკები T-10 და T-15 (RRC "კურჩატოვის ინსტიტუტი"), T-11M (FSUE SRC RF TRINITI, ტროიცკი, მოსკოვის რეგიონი), Globus-M, FT-2, Tuman-3 (ფიზიკო-ტექნიკური ინსტიტუტი). A.F. Ioffe, სანკტ-პეტერბურგი, RAS) და ვარსკვლავური L-2 (ზოგადი ფიზიკის ინსტიტუტი, მოსკოვი, RAS).

დასკვნა

ჩატარებული კვლევის საფუძველზე შეიძლება გაკეთდეს შემდეგი დასკვნები:

თერმობირთვული შერწყმა ენერგიის მიღების ყველაზე რაციონალური, ეკოლოგიურად უვნებელი და იაფი გზაა, მიღებული სითბოს რაოდენობით იგი შეუდარებელია იმ ბუნებრივ წყაროებთან, რომლებსაც ამჟამად იყენებს ადამიანი. უდავოა, რომ თერმობირთვული შერწყმის დაუფლების პროცესი კაცობრიობის ბევრ პრობლემას გადაჭრის, როგორც აწმყოში, ისე მომავალში.

სამომავლოდ თერმობირთვული შერწყმა შესაძლებელს გახდის კიდევ ერთი „კაცობრიობის კრიზისის“ დაძლევას, კერძოდ, დედამიწის გადაჭარბებულ მოსახლეობას. საიდუმლო არ არის, რომ ხმელეთის ცივილიზაციის განვითარება უზრუნველყოფს პლანეტის მოსახლეობის მუდმივ და სტაბილურ ზრდას, ასე რომ, საკითხი "ახალი ტერიტორიების" განვითარების შესახებ, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მზის სისტემის მეზობელი პლანეტების კოლონიზაციას მუდმივი შექმნისთვის. დასახლებები, უახლოესი მომავლის საკითხია.

ლიტერატურა

ა.პ.ბასკაკოვი. სითბოს ინჟინერია / - M .: Energoatomizdat, 1991 წ
V. I. კრუტოვი სითბოს ინჟინერია / - M .: Mashinostroenie, 1986 წ
კ.ვ.ტიხომიროვი. სითბოს ინჟინერია, სითბო და გაზის მიწოდება და ვენტილაცია - M .: Stroyizdat, 1991 წ.
V.P. პრეობრაჟენსკი. თერმული გაზომვები და მოწყობილობები - M .: ენერგია, 1978 წ
ჯეფრი პ.ფრაიდბერგი. პლაზმის ფიზიკა და შერწყმის ენერგია/ - კემბრიჯის უნივერსიტეტის გამოცემა, 2007 წ.
http://www.college.ru./astronomy- ასტრონომია
http://n-t.ru/tp/ie/ts.htm თერმობირთვული შერწყმა მზეზე - ვლადიმერ ვლასოვის ახალი ვერსია

გადახედვა:

პრეზენტაციების წინასწარი გადახედვის გამოსაყენებლად შექმენით Google ანგარიში (ანგარიში) და შედით: https://accounts.google.com

სლაიდების წარწერები:

თერმობირთვული შერწყმა

ცნება ეს არის ერთგვარი ბირთვული რეაქცია, რომლის დროსაც მსუბუქი ატომური ბირთვები ერწყმის უფრო მძიმეს მათი თერმული მოძრაობის კინეტიკური ენერგიის გამო.

მიიღეთ ენერგია

რეაქციის განტოლება HE 4-ის წარმოქმნით

თერმობირთვული რეაქცია მზეზე

კონტროლირებადი Fusion

ტოროიდური კამერა მაგნიტური ხვეულებით (TOKAMAK)

თერმობირთვული შერწყმის განვითარების აუცილებლობა

პლაზმის ფიზიკის სფერო აყვავდა ვარსკვლავის ჩამოსხმის სურვილის გამო. ბოლო რამდენიმე ათწლეულის განმავლობაში, სფერო გაიზარდა უთვალავი მიმართულებით, ასტროფიზიკიდან კოსმოსურ ამინდამდე და ნანოტექნოლოგიებამდე.

რამდენადაც ჩვენი ზოგადი გაგება პლაზმის შესახებ გაიზარდა, ასევე გაიზარდა ჩვენი უნარი შევინარჩუნოთ შერწყმის პირობები წამზე მეტი ხნის განმავლობაში. ამ წლის დასაწყისში, ჩინეთში ახალმა სუპერგამტარმა შერწყმა რეაქტორმა შეძლო პლაზმის 50 მილიონი გრადუსი ცელსიუსის ტემპერატურაზე რეკორდული 102 წამის განმავლობაში. Wendelstein X-7 Stellarator, რომელიც პირველად გასული წლის შემოდგომაზე გავიდა გერმანიაში, სავარაუდოდ მოხსნის ამ რეკორდს და ინარჩუნებს პლაზმას ერთდროულად 30 წუთამდე.

ბოლოდროინდელი NSTX-U განახლება ამ მონსტრებთან შედარებით მოკრძალებულად გამოიყურება: ექსპერიმენტს ახლა შეუძლია პლაზმის შენარჩუნება ხუთი წამის ნაცვლად ერთის ნაცვლად. მაგრამ ეს ასევე მნიშვნელოვანი ეტაპია.

„შერწყმის პლაზმის შექმნა, რომელიც ცოცხლობს მხოლოდ ხუთი წამის განმავლობაში, შეიძლება არ ჩანდეს ძალიან გრძელი პროცესი, მაგრამ პლაზმის ფიზიკაში ხუთი წამი შეიძლება შევადაროთ მის ფიზიკას სტაბილურ მდგომარეობაში“, - ამბობს მაიერსი და გულისხმობს იმ პირობებს, რომლებშიც პლაზმა არსებობს. სტაბილურია. საბოლოო მიზანია მიაღწიოს „პლაზმის წვის“ სტაბილურ მდგომარეობას, რომელსაც შეუძლია შერწყმა დამოუკიდებლად განახორციელოს გარე ენერგიის მცირე შეყვანით. არცერთმა ექსპერიმენტმა ვერ მიაღწია ამას.

NSTX-U საშუალებას მისცემს პრინსტონის მკვლევარებს შეავსონ გარკვეული ხარვეზები, რაც ახლა ცნობილია პლაზმის ფიზიკიდან და რა იქნება საჭირო საპილოტე ქარხნის შესაქმნელად, რომელსაც შეუძლია მიაღწიოს წვის სტაბილურ მდგომარეობას და გამოიმუშავოს სუფთა ელექტროენერგია.

ერთის მხრივ, იმისათვის, რომ ვიპოვოთ საუკეთესო შემაკავებელი მასალები, ჩვენ უნდა უკეთ გავიგოთ, რა ხდება შერწყმის პლაზმასა და რეაქტორის კედლებს შორის. პრინსტონი იკვლევს თავისი რეაქტორის (ნახშირბადის გრაფიტისგან დამზადებული) კედლების თხევადი ლითიუმის „კედლით“ შეცვლის შესაძლებლობას გრძელვადიანი კოროზიის შესამცირებლად.

გარდა ამისა, მეცნიერები თვლიან, რომ თუ შერწყმა ეხმარება გლობალურ დათბობასთან ბრძოლაში, მათ უნდა იჩქარონ. NSTX-U დაეხმარება ფიზიკოსებს გადაწყვიტონ გააგრძელონ თუ არა სფერული ტოკამაკის დიზაინის შემუშავება. ტოკამაკის ტიპის რეაქტორების უმეტესობა ნაკლებად ჰგავს ვაშლის ფორმას და უფრო ჰგავს დონატს, ბაგელს ან ტორუსს. სფერული ტორუსის უჩვეულო ფორმა საშუალებას იძლევა უფრო ეფექტურად გამოიყენოს მისი ხვეულების მაგნიტური ველი.

„გრძელვადიან პერსპექტივაში, ჩვენ გვსურს გაერკვნენ, თუ როგორ მოვახდინოთ ერთ-ერთი ასეთი აპარატის კონფიგურაციის ოპტიმიზაცია“, ამბობს მარტინ გრინვალდი, პლაზმისა და შერწყმის მეცნიერებების ცენტრის ასოცირებული დირექტორი. ”ამისთვის, თქვენ უნდა იცოდეთ, თუ როგორ არის დამოკიდებული აპარატის მუშაობა იმაზე, რისი კონტროლიც შეგიძლიათ, როგორიცაა ფორმა.”

მაიერსს სძულს განსჯა, რამდენად შორს ვართ კომერციულად შესაძლო შერწყმის ძალასგან და მისი გაგება შესაძლებელია. ყოველივე ამის შემდეგ, ათწლეულების გარდაუვალმა ოპტიმიზმმა სერიოზული ზიანი მიაყენა ამ დარგის რეპუტაციას და გააძლიერა იდეა, რომ სინთეზი არის მილის ოცნება. ყველა ფინანსური შედეგებით.

MIT-ის შერწყმის პროგრამისთვის მნიშვნელოვანი დარტყმა იყო ის, რომ ფედერაციამ უზრუნველყო Alcator C-Mid tokamak-ის მხარდაჭერა, რომელიც აწარმოებს ერთ-ერთ ყველაზე ძლიერ მაგნიტურ ველს და აჩვენებს შერწყმის პლაზმას უმაღლეს წნევაზე. NSTX-U-ის მომლოდინე კვლევის უმეტესობა დამოკიდებული იქნება ფედერალურ მხარდაჭერაზე, რომელიც მაიერსის თქმით, "ერთ წელიწადში" მოვა.

ყველა უნდა იყოს ფრთხილად თავისი კვლევის დოლარების დახარჯვასთან დაკავშირებით და ზოგიერთმა fusion პროგრამამ უკვე მოიპოვა წარმოუდგენელი თანხები. ავიღოთ, მაგალითად, ITER, უზარმაზარი სუპერგამტარი შერწყმის რეაქტორი, რომელიც ამჟამად მშენებარეა საფრანგეთში. როდესაც საერთაშორისო თანამშრომლობა დაიწყო 2005 წელს, იგი გამოცხადდა, როგორც $5 მილიარდი, 10 წლიანი პროექტი. რამდენიმეწლიანი წარუმატებლობის შემდეგ ფასი 40 მილიარდ დოლარამდე გაიზარდა. ყველაზე ოპტიმისტური შეფასებით, ობიექტი 2030 წლისთვის დასრულდება.

და სადაც ITER სავარაუდოდ სიმსივნევით ადიდებს მანამ, სანამ არ ამოიწურება რესურსები და მოკლავს მის მასპინძელს, MIT-ის ჩამოშლილი შერწყმის პროგრამა აჩვენებს, თუ როგორ შეიძლება ამის გაკეთება გაცილებით მცირე ბიუჯეტით. გასულ ზაფხულს, MIT-ის კურსდამთავრებულთა ჯგუფმა წარმოადგინა გეგმები ARC-ისთვის, დაბალფასიანი შერწყმის რეაქტორისთვის, რომელიც გამოიყენებს ახალ მაღალტემპერატურულ სუპერგამტარ მასალებს იგივე რაოდენობის სიმძლავრის გამოსამუშავებლად, როგორც ITER, მხოლოდ გაცილებით მცირე მოწყობილობით.

„შერწყმის გამოწვევა არის ტექნიკური გზის პოვნა, რომელიც მას ეკონომიკურად სიცოცხლისუნარიანს გახდის, რაც ჩვენ მალე ვგეგმავთ“, - ამბობს გრინვალდი და აღნიშნავს, რომ ARC კონცეფცია ამჟამად მიმდინარეობს MIT-ის ენერგიის ინიციატივის მიერ. „ჩვენ გვჯერა, რომ თუ შერწყმა აპირებს გლობალური დათბობის ცვლილებას, ჩვენ უფრო სწრაფად უნდა ვიმოქმედოთ.

"Fusion გპირდებათ, რომ იქნება ენერგიის მთავარი წყარო - ეს არის, ფაქტობრივად, ჩვენი საბოლოო მიზანი", - ამბობს რობერტ როსნერი, პლაზმის ფიზიკოსი ჩიკაგოს უნივერსიტეტიდან და მასში ენერგეტიკული პოლიტიკის ინსტიტუტის თანადამფუძნებელი. „ამავდროულად, არის მნიშვნელოვანი კითხვა: რამდენის დახარჯვის სურვილი გვაქვს ახლა. თუ ჩვენ შევამცირებთ დაფინანსებას იმ დონემდე, რომ ჭკვიანი ბავშვების მომავალ თაობას საერთოდ არ მოუნდეს ამის გაკეთება, შეიძლება საერთოდ გამოვიდეთ“.

ლექცია ნომერი 2.

თერმობირთვული შერწყმის პრობლემის გადაჭრის გზები

ბირთვული შერწყმის კვლევის ძირითადი მიმართულებებია: ა) სისტემები მაგნიტური შეზღუდვით;

ბ) კვაზი-სტაციონარული (ღია და დახურული); იმპულსი; გ) სისტემები ინერციული შეზღუდვით (ლაზერი, სხვადასხვა სხივებით, შეკუმშვის გარსით).

დღემდე ჩამოყალიბდა ორი, ძირითადად, დამოუკიდებელი მიდგომა კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმის პრობლემის გადასაჭრელად. პირველი მათგანი ემყარება შედარებით დიდი ხნის განმავლობაში (1-10 წმ) სპეციალური კონფიგურაციის მაგნიტური ველის მიერ შედარებით დაბალი სიმკვრივის მაღალი ტემპერატურის პლაზმის შეზღუდვისა და თერმული იზოლაციის შესაძლებლობას.

მეორე გზა არის იმპულსი. იმპულსური მიდგომისას აუცილებელია მატერიის მცირე ნაწილის სწრაფად გაცხელება და შეკუმშვა ისეთ ტემპერატურამდე და სიმკვრივემდე, რომლებშიც თერმობირთვულ რეაქციებს ექნება დრო, რომ ეფექტურად განვითარდეს შეუზღუდავი ან, როგორც ამბობენ, ინერციულად შემოფარგლული პლაზმის არსებობისას. შეფასებები აჩვენებს, რომ ნივთიერების შეკუმშვა 100-1000 გ/სმ სიმკვრივემდე 3 და გააცხელეთ იგი 5-10 კევ ტემპერატურამდე, აუცილებელია ზეწოლის შექმნა სფერული სამიზნე 10 ზედაპირზე. 9 ატმ, ანუ ჩვენ გვჭირდება წყარო, რომელიც საშუალებას მისცემს ენერგიის მიწოდებას სამიზნე ზედაპირზე 10 სიმძლავრის სიმჭიდროვით. 15 ვტ/სმ2.

პლაზმის მაგნიტური შეზღუდვა.

დააყენეთ პლაზმური ტემპერატურა Tდა ურთიერთმოქმედი ნაწილაკების კონცენტრაცია n 1 და n2 . თუ მოცემული იონის სიჩქარე მეორესთან შედარებით არის v 1.2 , მაშინ ალბათობა იმისა, რომ მოცემული იონი რეაგირებს 1 წამში მეორე სახის რომელიმე იონთან, მოცემულია გამოხატვით v 1.2 n 2. აქ  არის შერწყმის რეაქციის ეფექტური განივი მონაკვეთი, მნიშვნელობა, რომელიც სწრაფად იზრდება სიჩქარით. თუ ყველა ნ 1 პირველი ტიპის იონებს ჰქონდათ იგივე სიჩქარე v 1,2 , მაშინ 1 სმ-ში მომხდარი რეაქციების საერთო რაოდენობა 3 პლაზმა 1 წამის განმავლობაში, განისაზღვრება თანასწორობით: N 1.2 \u003d n 1 n 2  v 1.2 . მოცემულ ტემპერატურაზე პროდუქტი უნდა იყოს საშუალოდ მაქსველის განაწილებაზე. რეაქციის თითოეული მოქმედების დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის მეშვეობით აღვნიშნავთ, ჩვენ ვიღებთ გამოხატულებას კონკრეტული სიმძლავრის ფორმაში W=n 1 n 2<  v>დამოკიდებულება  (v) განსახილველი რეაქციებისთვის, რაოდენობა<  v> შეიძლება გამოითვალოს და მასთან ერთად მოიძებნოს კონკრეტული სიმძლავრევ ნებისმიერ ტემპერატურაზე და პლაზმის სიმკვრივეზე.
რიცხვითი შეფასებები აჩვენებს, რომ ღირებულებავ სწრაფად იზრდება ტემპერატურასთან ერთად, "წვის" ტემპერატურაზე რამდენიმე ასეული მილიონი გრადუსი და პლაზმის სიმკვრივე ~ 10 15 სმ -3 დაახლოებით 10-ია 5 კვტ/მ 3 . ტემპერატურისა და სიმკვრივის ზრდა იწვევს უფრო ენერგოინტენსიურ რეჟიმებს, რომლებშიც ტექნიკური სირთულეები პროექტის განხორციელებაში თანდათან უნდა გაიზარდოს. მეტი "რბილი" რეჟიმები იწვევს თერმობირთვული რეაქტორის არც თუ ისე დაბალი ჯამური სიმძლავრის სისტემის ძალიან დიდ ზომებს. ამრიგად, მიღებული ღირებულებები წარმოადგენს გონივრულ ტექნიკურ კომპრომისს კონფლიქტურ მოთხოვნებს შორის. ასევე გაითვალისწინეთ, რომ გამოყენებული შეფასებები ეხება დეიტერიუმის პლაზმას; დეიტერიუმის და ტრიტიუმის თანაბარი კომპონენტის ნარევისთვის ოპტიმალური "სამუშაო" ტემპერატურა უფრო დაბალია.
მაშინ ჩნდება შემდეგი ბუნებრივი კითხვა: როგორ შეიძლება შეიქმნას ეს პირობები რეაქციის ზონაში? უფრო ზუსტად: როგორ გავაცხელოთ პლაზმა საჭირო უკიდურესად მაღალ ტემპერატურამდე და როგორ დავიცვათ გაცხელებული ნაწილაკები ერთმანეთისგან იმ დროისთვის, რაც საკმარისია ბირთვული რეაქციებისთვის? მთავარი სირთულე, როგორც ჩანს, დაკავშირებულია კითხვის მეორე ნაწილთან. ენერგია, რომელიც უნდა გადაეცეს პლაზმის მოცემულ მოცულობას ცნობილი სიმკვრივით, რათა გაცხელდეს იგი 10-მდე. 8 K, არის ძალიან მოკრძალებული მნიშვნელობა; ეს უდრის იმ ენერგიას, რომელიც უნდა დაიხარჯოს წყლის ერთი და იგივე მოცულობის მხოლოდ 1 კ-ით გასათბობად. პირიქით, ნაწილაკების (და სითბოს) ნაკადები რეაქციის ზონიდან პერიფერიამდე უზარმაზარი იქნება. აუცილებელია ნაწილაკების ეფექტურად შენარჩუნება რეაქციის ზონაში.
მთავარი იდეა, რომელმაც განსაზღვრა კონტროლირებადი სინთეზის პრობლემის გადაჭრის გზა, არის მაგნიტური თბოიზოლაციის პრინციპის გამოყენება. საბჭოთა კავშირში ეს აზრი ჯერ კიდევ 1950 წელს გამოხატეს A. D. Sakharov-მა და I. E. Tamm-მა.
დიფუზიის კოეფიციენტი და მასთან ერთად თბოგამტარობის კოეფიციენტი მცირდება სიდიდის მრავალი რიგით, თუ ნაწილაკები მოძრაობენ ძლიერი მაგნიტური ველის პერპენდიკულარული მიმართულებით. ამიტომ, თუ რეაქციის ზონა კედლებიდან გამოყოფილია ძლიერი მაგნიტური ველით, მაშინ შეიძლება იმედი ჰქონდეს სითბოს ნაკადების რადიკალურ შემცირებას. შემზღუდველი ველის მნიშვნელობა შეიძლება მოიძებნოს მაგნიტური და გაზის კინეტიკური წნევის ტოლობიდან: H 2 /8  =nk(T e +T i ).
პლაზმისთვის არჩეული პარამეტრებით (n~10 15 სმ -3, T~10 8 კ), ჩატარებისთვის საჭირო ველი უნდა იყოს 25-30 კილოგრამიანი. ეს დიდი ღირებულებები არავითარ შემთხვევაში არ სცილდება ტექნიკურ შესაძლებლობებს.
ჩვენ მუდმივად ვსაუბრობთ სითბოს გადაცემაზე პლაზმაში მაგნიტურ ველზე, მაგრამ არ უნდა დაგვავიწყდეს, რომ მაგნიტური ველის ხაზების გასწვრივ სითბოს ნაკადები რჩება მაგნიტიზებული; აუცილებელია ნაწილაკების გაქცევის შეფერხება ამ მიმართულებითაც. აქ იხსნება სამი შესაძლებლობა. პირველი მათგანი მოიცავს პლაზმის მაგნიტურ ხაფანგში მოთავსებას, ანუ ასეთი კონფიგურაციის მაგნიტურ ველში, სადაც ის გაძლიერებულია იმ რეგიონებში, სადაც ძალის ხაზები ტოვებს რეაქციის ზონას, მათი გადაკვეთის რეგიონში. კედლები; მეორე შესაძლებლობა არის ძალის ხაზების ღია ბოლოების აღმოფხვრა რგოლში დაკეცვით. დაბოლოს, მესამე გზა არის შედარებით მაღალი სიმკვრივის პლაზმის გამოყენება და მისი ისე სწრაფად გაცხელება, რომ ძალის ხაზის გასწვრივ გადაადგილებისთვის საჭირო დროის განმავლობაში, ნაწილაკების დიდ ნაწილს აქვს დრო, განიცადოს ბირთვული შეჯახება.
თბოიზოლაციის პირველი სქემა სრულად ამართლებს თავის თავს, როდესაც საქმე ეხება ისეთი იშვიათი პლაზმის შეზღუდვას, რომ ის შეიძლება ჩაითვალოს ცალკეული ნაწილაკების ერთობლიობად. ბუნებრივი და ხელოვნური წარმოშობის დედამიწის რადიაციულ სარტყელში ნაწილაკების ხანგრძლივი სიცოცხლე იმის კარგი მაგალითია, რაც ითქვა. თუმცა, უფრო მკვრივი პლაზმით ჩატარებულ ლაბორატორიულ ექსპერიმენტებში, ანუ იმ პირობებში, როდესაც კოლექტიური ურთიერთქმედება შეიძლება გამოვლინდეს, გამოვლინდა სერიოზული სირთულეები. პლაზმური სიცოცხლის ხანგრძლივობა აღმოჩნდა მრავალი რიგით ნაკლები, ვიდრე ის, რაც მოსალოდნელი იყო პლაზმის ნაწილაკების ერთმანეთთან ან ნარჩენი გაზის მოლეკულებთან შეჯახების შედეგად და შემდგომი გაქცევის შედეგად დაკარგვის კონუსში. სინამდვილეში, ღია ხაფანგების ზოგიერთ მოდელში პლაზმის სიცოცხლის ხანგრძლივობა იყო დაახლოებით 100 მიკროწამი (პლაზმის სიმკვრივით დაახლოებით 10-9 სმ -3 ), ხოლო დაკარგვის კონუსის გამო სიცოცხლის ხანგრძლივობა წუთებში უნდა ყოფილიყო გაზომილი.
ეს შედეგი თვისობრივად უფრო მკაფიო ხდება, თუ გავითვალისწინებთ, რომ პლაზმა, ისევე როგორც ნებისმიერი დიამაგნიტი, უნდა გამოვიდეს უფრო ძლიერი ველის რეგიონიდან. ამ თვალსაზრისით, სავსებით გასაგებია მაგნიტური სარკეების მოქმედების მექანიზმი, რომლებიც პლაზმას ინახავს ხაფანგში. მაგრამ განსახილველი ტიპის ხაფანგებში ასევე არის რეგიონები, სადაც ველი მცირდება რადიუსის გასწვრივ ღერძიდან დაშორებით; აქ შეიძლება ველოდოთ არასტაბილურობის განვითარებას - პლაზმური "ენების" ან "ღარები" გამოჩენას, რომლებიც მოძრაობენ ველზე და პლაზმის გადატანას ველის ქვედა მნიშვნელობებზე. მართლაც, პირდაპირმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა ამ ხაფანგებში ფლეიტის ტიპის არასტაბილურობის არსებობა, რაც ზღუდავს პლაზმის სიცოცხლეს.
ძალის ხაზების დახურვისას, ბუნებრივად მივდივართ რგოლის სოლენოიდის ტიპის დამონტაჟებამდე. ახლა მაგნიტური ველი ყველგან არის ორიენტირებული კედლების პარალელურად და ნაწილაკები უნდა გადაადგილდნენ ძალის ხაზებზე, რათა დატოვონ სისტემა. მაგრამ ტორუსის შიგნით მაგნიტური ველი ოდნავ არაერთგვაროვანია, ის ცვივა ტორუსის გარე კედლისკენ, რაც იწვევს ნაწილაკების დრიფტს. არაჰომოგენურ მაგნიტურ ველში დრიფტი ხდება ნორმალური ველის მიმართულებით და მისი გრადიენტის მიმართულებამდე და დამოკიდებულია ნაწილაკების მუხტზე. თუ იონები გადაადგილდებიან ტორუსის ზედა კედლისკენ, მაშინ ელექტრონები დასახლდებიან ძირში. განცალკევებული მუხტები შექმნიან ელექტრულ ველს და პლაზმა, რომელიც ამა თუ იმ გზით წარმოიქმნება ტორუსის შიგნით, დაიწყებს მთლიანად გადაადგილებას გადაკვეთილ ელექტრულ და მაგნიტურ ველებში. ადვილია იმის შემოწმება, რომ საბოლოო შედეგი იქნება პლაზმის გადაადგილება ტორუსის გარე კედლისკენ.
პლაზმის ამ დრეიფის კომპენსაციის სხვადასხვა გზა არსებობს. შესაძლებელია გრძივი რგოლის დენის გავლა პლაზმაში, შესაძლებელია სოლენოიდის გრაგნილის სპეციალური გზით გართულება, ან ტორუსის გადახვევით, მაგნიტურ სისტემას მივცეთ ფიგურა-რვის ფორმა. მაგნიტური ველის ტოპოლოგია ამ შემთხვევებში რადიკალურად იცვლება.
უმარტივესი მაგნიტური ველები - მუდმივი მაგნიტი, ბრტყელი წრის პირდაპირი დენი, მიჰყავს, როგორც მოგეხსენებათ, განტოლების divB = 0 ძალის დახურული ხაზების ან უსასრულობისკენ მიმავალი ხაზების ჩვეულებრივი ნიმუშებისკენ. თუმცა, არსებობს მესამე შესაძლებლობა, ფაქტობრივად, ყველაზე ზოგადი: ძალის ხაზები შეიძლება დარჩეს სივრცის შეზღუდულ რეგიონში დახურვისა და უსასრულობისკენ წასვლის გარეშე.

ზემოხსენებულ მაგალითებში, ტოროიდული მაგნიტური სისტემის დეფორმაციის შედეგად, ძალის დახურული ხაზები - რგოლები - გარდაიქმნება ძალის გაუთავებელ ხაზებად, რომლებიც განუწყვეტლივ ეხვევიან რგოლურ ტოროიდულ ღერძს და ქმნიან ე.წ. მაგნიტურ ზედაპირებს. ტორუსის ღერძიდან სხვადასხვა მანძილზე გამავალი ძალის ხაზები წარმოქმნის (უმარტივეს შემთხვევაში) ბუდობრივი კოაქსიალური მაგნიტური ზედაპირების ერთობლიობას. შედეგად, ტორუსის მონაკვეთის ნებისმიერი წერტილი აღმოჩნდება, რომ დაკავშირებულია მონაკვეთის ნებისმიერ სხვა წერტილთან (ღერძიდან თანაბარი მანძილით) ძალის ხაზით, რომელიც მიეკუთვნება ამა თუ იმ მაგნიტურ ზედაპირს. ეს ნიშნავს, რომ მუხტების გადანაწილება განივი მონაკვეთზე შეიძლება განხორციელდეს არა მაგნიტურ ველზე, არამედ ძალის ხაზების გასწვრივ. აქედან გამომდინარე, საპირისპირო მუხტების დაგროვება და, შესაბამისად, დრიფტი გადაკვეთილ ველებში გამორიცხულია.
საბჭოთა კავშირში დაიწყო გრძივი დენის მქონე ტოროიდული სისტემების ვარიანტების შემუშავება (ტოკამაკის ტიპის დანადგარები), აშშ-ში დაიწყო კიდევ ორი მიმართულების შესწავლა („Stellarator“ ტიპის დანადგარები).

ტოკამაკებში გრძივი მაგნიტური ველი წარმოიქმნება ხვეულებით, რომლებიც შეიძლება იკვებებოდეს გენერატორით, რომლის იმპულსური სიმძლავრეა 75 მგვტ-მდე. ვაკუუმის პირობები: ნარჩენი აირების საწყისი წნევა დაახლოებით 10-8 მმ Hg Ხელოვნება. ტოკამაკის კამერა მოთავსებულია რკინის ბირთვზე და შედეგად მიღებული პლაზმური ხვეული ემსახურება პულსის ტრანსფორმატორის მეორად გრაგნილს. პლაზმური გათბობა ხდება ჯოულის სითბოს გამო, ძლიერი გრძივი ველი ემსახურება როგორც სტაბილიზაციის ჩარჩო. ტოკამაკებში მიღებული პლაზმური პარამეტრები, თუმცა გამამხნევებელია, მაგრამ მაინც ძალიან განსხვავდება იმისგან, რაც მოსალოდნელია სრულყოფილად მაგნიტიზებული პლაზმის შემთხვევაში. კერძოდ, შედარებით ხანმოკლე სიცოცხლე მიუთითებს არასტაბილურობის არალიკვიდირებული ტიპების არსებობაზე და, შესაბამისად, გაზრდილი დიფუზიის სიჩქარეზე.
ვარსკვლავური ტიპის ობიექტებზე კვლევებმა აქამდე უფრო მოკრძალებული შედეგები მოჰყვა. ექსპერიმენტის ხანგრძლივობისა და სისტემის შესანიშნავი საინჟინრო პარამეტრების მიუხედავად, ამ შემთხვევაშიც ვერ მოხერხდა პლაზმური არასტაბილურობის დაძლევა. კედლებზე დიფუზიური ნაკადები ბევრჯერ აღემატება კლასიკურს.

არსებობდა თერმობირთვული შერწყმის პრობლემის გადაჭრის კიდევ ერთი ვარიანტი მაგნიტური შეზღუდვით - პულსირებული. აქ პლაზმის თბოიზოლაციისა და გაცხელების ფუნქციები ენიჭება მოკლევადიანი დენის პულსს, რომელიც გადის იშვიათ დეიტერიუმში. დენის საკუთარ მაგნიტურ ველთან ურთიერთქმედების გამო, პლაზმური სვეტი უნდა იყოს შეკუმშული გამონადენის ღერძისკენ. პლაზმა ჭურჭლის კედლებიდან გამოყოფილია საკუთარი მაგნიტური ველით და უნდა გაცხელდეს შეკუმშვის ძალების მუშაობისა და ჯოულის სითბოს გამო. კვლევის საწყის ეტაპზე ვარაუდობდნენ, რომ შეკუმშვის პროცესი კვაზი-სტაციონარულია, რომ დროის ყოველ მომენტში პლაზმის შეკუმშვის მაგნიტური წნევა დაბალანსებულია გაზის წნევით. ნივთიერების ტემპერატურა უნდა გაიზარდოს დენის კვადრატის პროპორციულად და რიცხვითი შეფასებები აჩვენებს, რომ დაახლოებით 1 მილიონი ამპერის დენით, საწყისი წნევა 0,1 მმ Hg. Ხელოვნება. და ჭურჭლის დიამეტრი 200 მმ, პლაზმური სვეტის ტემპერატურა უნდა აღემატებოდეს 10-ს 7 K. მართალია, ტემპერატურა ძალიან მოკლე დროში მოიმატებს (დაახლოებით 1 მიკროწამში), მაგრამ ძალიან ხშირი შეჯახება მოხდება მაღალ შეკუმშულ პლაზმურ სვეტში და შეიძლება იმედი ჰქონდეს ნეიტრონული გამოსხივების აღმოჩენას მიმდინარე ბირთვული რეაქციებიდან.
სინამდვილეში, კვაზი-სტაციონარული შეკუმშვის სურათი უხეშად მცდარი აღმოჩნდება. პროცესის საწყის ეტაპზე, გამოყენებული მაღალი ძაბვის მიერ გაზის სვეტის დაშლის შემდეგ, სწრაფად მზარდი დენი კონცენტრირდება თხელ ზედაპირულ ფენაში (კანის ეფექტი). სვეტის შიდა რეგიონი თითქმის არ არის იონიზებული და არ თბება, გაზის წნევა უმნიშვნელოა და პლაზმური ქერქის შეკუმშვა სისტემის ღერძამდე შეიძლება ჩაითვალოს მხოლოდ ინერციის ძალების გათვალისწინებით. მთელი შეკუმშვის დროს არ არის წონასწორობა გაზსა და მაგნიტურ წნევას შორის. კაბელი ღერძისკენ მიიწევს მანამ, სანამ დენი (და მასთან ერთად მაგნიტური წნევა) მაქსიმუმს მიაღწევს, მაგრამ არ რჩება შეკუმშულ მდგომარეობაში და იგივე ინერციული ძალების მოქმედებით იწყებს ხელახლა გაფართოებას. უფრო მეტიც, ძაფი არასტაბილურია (ძაფის გარეთ ველი იცვლება 1/r) და მაკროსკოპული დეფორმაციების განვითარების შედეგად (შეკუმშვა, მოხრილი) ეხება კამერის კედლებს, აგრილებს და აბინძურებს პლაზმას.
აღსანიშნავია, რომ პლაზმის ნეიტრონული გამოსხივება დეიტერიუმში პულსირებული გამონადენის დროს მაინც დაფიქსირდა. ეს საინტერესო ფენომენი აღმოაჩინა საბჭოთა ფიზიკოსთა ჯგუფმა ჯერ კიდევ 1952 წელს. ნეიტრონული გამოსხივება არ ჩნდება მთელი პლაზმის მოცულობის გაცხელების შედეგად, არამედ აღმოჩნდება სწრაფი დეიტერონების მცირე ჯგუფის შეჯახების შედეგი. წარმოიქმნება რთული ამაჩქარებლის პროცესების შედეგად არასტაბილურ სვეტში, შედარებით ცივი პლაზმის უმეტესი ნაწილით.
სისტემის ენერგეტიკული ინტენსივობის გაზრდით, შესაძლებელია პლაზმური სვეტის გაცხელება საჭირო თერმობირთვულ ტემპერატურამდე სვეტის პირველი შეკუმშვის დროს ღერძთან ახლოს და არასტაბილურობის განვითარებამდე. ამასთან, დადებითი ენერგიის გამომუშავებით თერმობირთვული რეაქციის მისაღებად აუცილებელი პირობების მისაღწევად, შემოთავაზებულ ექსპერიმენტებში საჭირო იქნება უზარმაზარი ენერგიის კონცენტრირება იმპულსური გამონადენით - დაახლოებით: 10 4 მჯ. თანამედროვე ტექნოლოგია საშუალებას იძლევა ასობით მეგაჯოულის იმპულსური დანადგარების აგება. არის კონდენსატორები უკიდურესად დაბალი ინდუქციით, შემუშავებულია დაბალი ინდუქციური მიმწოდებლები და შემუშავებულია ძალიან მოწინავე გადართვის მოწყობილობები. ამრიგად, ამ მიმართულებით შემდგომი პროგრესის გზა ღიაა, მაგრამ პროცესი იღებს მძლავრი აფეთქების ხასიათს, ექვივალენტური სიმძლავრით რამდენიმე ტონა ტროტილის აფეთქების, რაც საერთოდ არ ჰგავს შეუფერხებლად კონტროლირებად თერმობირთვულ რეაქციებს.
ამჟამად ღია ტიპის მაგნიტურ ხაფანგებთან მუშაობა პრაქტიკულად შეწყვეტილია თერმობირთვული შერწყმის პრობლემის გადაჭრის თვალსაზრისით. როგორც დეტალური გამოთვლები აჩვენებს, თუ ხაფანგიდან ნაწილაკების დაკარგვა მხოლოდ რამდენჯერმე აღემატება თეორიულ დონეს, რომელიც შეესაბამება სრულად მაგნიტიზებული თერმული კონდუქტომეტრს, მაშინ შეუძლებელი ხდება თერმობირთვული რეაქტორის განხორციელება დადებითი ენერგიის გამომუშავებით.
იმპულსური პროცესების განვითარებამ, როგორც ჩანს, მიაღწია ბუნებრივ ზღვარს, თუ მხედველობაში გვაქვს რეაქტორი, როგორც საბოლოო მიზანი. მაგრამ შემდგომმა ექსპერიმენტებმა შეიძლება გამოიწვიოს უზარმაზარი სიმძლავრის პულსირებული ნეიტრონული წყაროების აგება. ამ კვლევებიდან თავისებური განსხვავება იყო სისტემების მშენებლობა, რომლებიც შექმნილია პლაზმური მტევნების დასაჩქარებლად.

დახურული მაგნიტური სისტემები ამჟამად ყველაზე პერსპექტიულია.

ლაზერული თერმობირთვული შერწყმა.

მაღალი სიმძლავრის ლაზერული გამოსხივების გამოყენების იდეა მკვრივი პლაზმის თერმობირთვულ ტემპერატურამდე გასათბობად პირველად შემოგვთავაზა N.G. ბასოვი და ო.ნ. კროხინი 1960-იანი წლების დასაწყისში. დღეისათვის ჩამოყალიბდა თერმობირთვული კვლევის დამოუკიდებელი სფერო - ლაზერული თერმობირთვული შერწყმა (LTF).

მოდით მოკლედ ვისაუბროთ ძირითად ფიზიკურ პრინციპებზე, რომლებიც ემყარება ნივთიერებების შეკუმშვის მაღალი ხარისხის მიღწევისა და ლაზერული მიკროაფეთქებების დახმარებით მაღალი ენერგიის მიღწევის კონცეფციას. განხილვა აშენდება ეგრეთ წოდებული პირდაპირი შეკუმშვის რეჟიმის მაგალითზე. ამ რეჟიმში თერმობირთვული საწვავით სავსე მიკროსფერო ყველა მხრიდან "ერთნაირად" დასხივდება მრავალარხიანი ლაზერით. გათბობის გამოსხივების სამიზნე ზედაპირთან ურთიერთქმედების შედეგად წარმოიქმნება ცხელი პლაზმა რამდენიმე კილოელექტრონვოლტის ტემპერატურით (ე.წ. პლაზმური კორონა), რომელიც ფართოვდება ლაზერის სხივისკენ დამახასიათებელი სიჩქარით 10. 7 -10 8 სმ/წმ.

პლაზმურ გვირგვინში შთანთქმის პროცესებზე უფრო დეტალურად რომ არ ვისაუბროთ, ჩვენ აღვნიშნავთ, რომ თანამედროვე მოდელის ექსპერიმენტებში ლაზერული გამოსხივების ენერგია 10-100 კჯ სამიზნეებისთვის, რომლებიც ზომით შედარებულია მაღალი მიღწევების სამიზნეებთან, შესაძლებელია მიღწევა გათბობის რადიაციის შთანთქმის მაღალი (90%) კოეფიციენტი.

სინათლის გამოსხივება ვერ აღწევს სამიზნის მკვრივ ფენებში (მყარი სიმკვრივე არის 10 23 სმ -3 ). თბოგამტარობის გამო, ენერგია შეიწოვება პლაზმაში n-ზე ნაკლები ელექტრონის სიმკვრივით.კრ , გადადის უფრო მკვრივ შრეებში, სადაც ხდება სამიზნე ნივთიერების აბლაცია. სამიზნის დარჩენილი აორთქლებული ფენები თერმული და რეაქტიული წნევის ზემოქმედებით ცენტრისკენ აჩქარდება, მასში შემავალი საწვავის შეკუმშვა და გათბობა ხდება. შედეგად, ლაზერული გამოსხივების ენერგია განსახილველ ეტაპზე გარდაიქმნება ცენტრისკენ მიმავალი მატერიის კინეტიკურ ენერგიად და გაფართოებული კორონის ენერგიად. აშკარაა, რომ სასარგებლო ენერგია კონცენტრირებულია ცენტრისკენ მოძრაობაში. სამიზნეზე სინათლის ენერგიის შეტანის ეფექტურობას ახასიათებს მითითებული ენერგიის თანაფარდობა რადიაციულ ენერგიასთან - ე.წ. ჰიდროდინამიკური ეფექტურობა (COP). საკმარისად მაღალი ჰიდროდინამიკური ეფექტურობის (10-20%) მიღწევა LTS-ის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი პრობლემაა.

რა პროცესებმა შეიძლება შეაფერხოს მაღალი შეკუმშვის კოეფიციენტების მიღწევა? ერთ-ერთი მათგანია ის, რომ თერმობირთვული გამოსხივების სიმკვრივეებში q > 10 14 ვტ/სმ2 აბსორბირებული ენერგიის შესამჩნევი ნაწილი გარდაიქმნება არა ელექტრონის სითბოს გამტარობის კლასიკურ ტალღაში, არამედ სწრაფ ელექტრონების ნაკადად, რომელთა ენერგია ბევრად აღემატება პლაზმური კორონის ტემპერატურას (ე.წ. ეპითერმული ელექტრონები). ეს შეიძლება მოხდეს როგორც რეზონანსული შთანთქმის, ასევე პლაზმური კორონაში პარამეტრული ეფექტების გამო. ამ შემთხვევაში, ეპითერმული ელექტრონების ბილიკის სიგრძე შეიძლება აღმოჩნდეს შედარებადი სამიზნის ზომებთან, რაც გამოიწვევს შეკუმშვის საწვავის წინასწარ გაცხელებას და შეზღუდვის შეკუმშვის მიღების შეუძლებლობას. მაღალი ენერგიის რენტგენის კვანტებს (მყარი რენტგენის გამოსხივება), რომელსაც თან ახლავს ეპითერმული ელექტრონები, ასევე აქვთ დიდი შეღწევადი ძალა.

ექსპერიმენტული კვლევის ტენდენცია ბოლო წლებში არის გადასვლა მოკლე ტალღის სიგრძის ლაზერული გამოსხივების გამოყენებაზე (< 0,5 мкм) при умеренных плотностях потока (q < 10 15 ვტ/სმ2 ). პლაზმის გათბობაზე გადასვლის პრაქტიკული შესაძლებლობა მოკლე ტალღის სიგრძის გამოსხივებით განპირობებულია იმით, რომ მყარი მდგომარეობის ნეოდიმი ლაზერის (LTS დრაივერების მთავარი კანდიდატი) ტალღის სიგრძით რადიაციის კონვერტაციის კოეფიციენტებილ = 1,06 მკმ მეორე, მესამე და მეოთხე ჰარმონიკის გამოსხივებაში არაწრფივი კრისტალების დახმარებით აღწევს 70-80%. ამჟამად, პრაქტიკულად ყველა დიდი ნეოდიმის მინის ლაზერული სისტემა აღჭურვილია სიხშირის გამრავლების სისტემებით.

მოკლე ტალღის სიგრძის გამოსხივების გამოყენების უპირატესობის ფიზიკური მიზეზი მიკროსფეროების გასათბობად და შეკუმშვისთვის არის ის, რომ ტალღის სიგრძის კლებასთან ერთად იზრდება შთანთქმა პლაზმურ კორონაში და იზრდება აბლაციის წნევა და ჰიდროდინამიკური გადაცემის კოეფიციენტი. პლაზმურ გვირგვინში წარმოქმნილი ეპითერმული ელექტრონების ფრაქცია მცირდება სიდიდის რამდენიმე რიგით, რაც ძალზე ხელსაყრელია როგორც პირდაპირი, ასევე არაპირდაპირი შეკუმშვის რეჟიმისთვის. არაპირდაპირი შეკუმშვისთვის ასევე მნიშვნელოვანია, რომ ტალღის სიგრძის კლებასთან ერთად იზრდება პლაზმის მიერ შთანთქმული ენერგიის რბილ რენტგენულ გამოსხივებად გადაქცევა.

მოდით ახლა ვისაუბროთ არაპირდაპირი შეკუმშვის რეჟიმზე. ფიზიკური ანალიზი აჩვენებს, რომ შეკუმშვის რეჟიმის განხორციელება საწვავის მაღალ სიმკვრივემდე ოპტიმალურია მარტივი და რთული ჭურვის სამიზნეებისთვის, R/DR ასპექტის თანაფარდობით რამდენიმე ათეულით. აქ R არის ჭურვის რადიუსი, DR არის მისი სისქე. ამასთან, ძლიერი შეკუმშვა შეიძლება შეიზღუდოს ჰიდროდინამიკური არასტაბილურობის განვითარებით, რომლებიც გამოიხატება გარსის მოძრაობის გადახრით მისი აჩქარების ეტაპებზე და ცენტრში სფერული სიმეტრიისგან შენელებაზე და დამოკიდებულია სამიზნის საწყისი ფორმის გადახრებზე. მის ზედაპირზე შემხვედრი ლაზერის სხივების იდეალურად სფერული, არაჰომოგენური განაწილება. არასტაბილურობის განვითარება, როდესაც ჭურვი მოძრაობს ცენტრისკენ, იწვევს ჯერ მოძრაობის გადახრას სფერული სიმეტრიულიდან, შემდეგ დინების ტურბულენტობამდე და ბოლოს სამიზნე ფენებისა და დეიტერიუმ-ტრიტიუმის საწვავის შერევამდე. შედეგად, საბოლოო მდგომარეობაში შეიძლება გამოჩნდეს წარმონაქმნი, რომლის ფორმა მკვეთრად განსხვავდება სფერული ბირთვისგან, ხოლო საშუალო სიმკვრივე და ტემპერატურა გაცილებით დაბალია, ვიდრე ერთგანზომილებიანი შეკუმშვის შესაბამისი მნიშვნელობები. ამ შემთხვევაში, სამიზნის საწყისი სტრუქტურა (მაგალითად, ფენების გარკვეული ნაკრები) შეიძლება მთლიანად განადგურდეს.

ამ ტიპის არასტაბილურობის ფიზიკური ბუნება უდრის გრავიტაციულ ველში წყლის ზედაპირზე მდებარე ვერცხლისწყლის ფენის არასტაბილურობას. ამ შემთხვევაში, როგორც ცნობილია, ხდება ვერცხლისწყლისა და წყლის სრული შერევა, ანუ საბოლოო მდგომარეობაში ვერცხლისწყალი იქნება ბოლოში. მსგავსი სიტუაცია შეიძლება მოხდეს, როდესაც რთული სტრუქტურის მქონე სამიზნე სწრაფად მოძრაობს ნივთიერების ცენტრისკენ, ან ზოგადად სიმკვრივისა და წნევის გრადიენტების არსებობისას.

მოთხოვნები მიზნების ხარისხზე საკმაოდ მკაცრია. ამრიგად, მიკროსფეროს კედლის სისქის არაერთგვაროვნება არ უნდა აღემატებოდეს 1%-ს, ენერგიის შთანთქმის განაწილების ერთგვაროვნება სამიზნე ზედაპირზე არ უნდა აღემატებოდეს 0,5%-ს.

არაპირდაპირი შეკუმშვის სქემის გამოყენების წინადადება უბრალოდ დაკავშირებულია სამიზნე შეკუმშვის სტაბილურობის პრობლემის გადაჭრის შესაძლებლობასთან. ლაზერული გამოსხივება გაშვებულია ღრუში, ფოკუსირებულია გარე გარსის შიდა ზედაპირზე, რომელიც შედგება მაღალი ატომური ნომრის მქონე ნივთიერებისგან, როგორიცაა ოქრო. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, აბსორბირებული ენერგიის 80%-მდე გარდაიქმნება რბილ რენტგენის გამოსხივებად, რომელიც ათბობს და შეკუმშავს შიდა გარსს. ასეთი სქემის უპირატესობებში შედის შთანთქმის ენერგიის უფრო მაღალი ერთგვაროვნების მიღწევის შესაძლებლობა სამიზნე ზედაპირზე, ლაზერული სქემის გამარტივება და ფოკუსირების პირობები და ა.შ. თუმცა, ასევე არის უარყოფითი მხარეები, რომლებიც დაკავშირებულია რენტგენის სხივებად გადაქცევის ენერგიის დაკარგვასთან და ღრუში რადიაციის შეყვანის სირთულესთან.

ამჟამად ინტენსიურად ვითარდება ელემენტების ბაზა და იქმნება პროექტები მეგაჯოულის დონის ლაზერული ინსტალაციისთვის. Livermore Laboratory-ში დაიწყო ინსტალაციის შექმნა ნეოდიმის მინაზე E = 1.8 MJ ენერგიით. პროექტის ღირებულება 2 მილიარდი დოლარია, მსგავსი დონის ინსტალაციის შექმნა საფრანგეთში იგეგმება. ამ დაწესებულებაში დაგეგმილია ენერგიის მომატება Q ~ 100. უნდა ითქვას, რომ ამ მასშტაბის ობიექტების გაშვება არა მხოლოდ ლაზერულ შერწყმაზე დაფუძნებული თერმობირთვული რეაქტორის შექმნის შესაძლებლობას მისცემს, არამედ მკვლევარებს უნიკალური ფიზიკური ობიექტი - მიკროაფეთქება ენერგიის გამოყოფით 10 7 -10 9 J, ნეიტრონის, ნეიტრინოს, რენტგენის და გ-გამოსხივების ძლიერი წყარო. ამას ექნება არა მხოლოდ დიდი ზოგადი ფიზიკური მნიშვნელობა (ექსტრემალურ მდგომარეობაში ნივთიერებების შესწავლის უნარი, წვის ფიზიკა, მდგომარეობის განტოლება, ლაზერული ეფექტები და ა. , მათ შორის სამხედრო, ბუნება.

თუმცა, ლაზერულ შერწყმაზე დაფუძნებული რეაქტორისთვის აუცილებელია მეგაჯოულის დონის ლაზერის შექმნა, რომელიც მუშაობს რამდენიმე ჰერცის გამეორების სიჩქარით. რიგი ლაბორატორიები იკვლევენ ახალი კრისტალების საფუძველზე ასეთი სისტემების შექმნის შესაძლებლობას. ამერიკული პროგრამის ფარგლებში ექსპერიმენტული რეაქტორის გაშვება 2025 წელს იგეგმება.

პორტალი სტუდენტისთვის. თვითმმართველობის ტრენინგი

ჩამოტვირთვა:

გადახედვა:

გადახედვა:

სლაიდების წარწერები:

ᲓᲐᲙᲐᲕᲨᲘᲠᲔᲑᲣᲚᲘ ᲡᲢᲐᲢᲘᲔᲑᲘ