Ang isang bagong pamamaraan ay binuo upang epektibong pabagalin ang mga runaway na electron sa pamamagitan ng pagpasok ng "mabigat" na mga ion, tulad ng neon o argon, sa reaktor.
Ang isang functional fusion reactor ay isang panaginip pa rin, ngunit maaari itong magkatotoo sa kalaunan salamat sa maraming pananaliksik at pag-eeksperimento na may layuning ma-unlock ang isang walang limitasyong supply ng malinis na enerhiya. Ang mga problemang kinakaharap ng mga siyentipiko sa pagkuha ng nuclear fusion ay walang alinlangan na malubha at talagang mahirap, ngunit lahat ay malalampasan. At tila nalutas ang isa sa mga pangunahing problema.
Ang nuclear fusion ay hindi isang proseso na naimbento ng sangkatauhan, ngunit orihinal na umiiral sa kalikasan, ang proseso ay nagpapakain sa ating Araw. Sa kaloob-looban ng aming home star, ang mga atomo ng hydrogen ay nagsasama-sama upang bumuo ng helium, na nagpapasimula sa proseso. Ang Fusion ay naglalabas ng malaking halaga ng enerhiya, ngunit nangangailangan ng malaking gastos upang lumikha ng napakataas na presyon at temperatura, na mahirap magparami sa Earth sa isang kontroladong paraan.
Noong nakaraang taon, inilapit kami ng mga mananaliksik sa MIT sa pagsasanib sa pamamagitan ng paglalagay ng mga plasma sa tamang presyon, ngayon ay natuklasan ng dalawang mananaliksik sa Chalmers University ang isa pang piraso ng palaisipan.
Ang isang problema na nakatagpo ng mga inhinyero ay ang mga runaway electron. Ang mga electron na ito na napakataas ng enerhiya ay maaaring biglang at hindi inaasahang mapabilis sa napakataas na bilis, na maaaring sirain ang pader ng reaktor nang walang babala.
Ang mga mag-aaral ng doktor na sina Linnea Heshlow at Ole Amberose ay nakabuo ng isang bagong pamamaraan upang epektibong pabagalin ang mga runaway na electron na ito sa pamamagitan ng pagpasok ng "mabibigat" na mga ion tulad ng neon o argon sa reaktor. Bilang resulta, ang mga electron, na nagbabanggaan sa isang mataas na singil sa nuclei ng mga ions na ito, ay bumagal at nagiging mas nakokontrol.
"Kapag maaari naming epektibong pabagalin ang runaway electron, tayo ay magiging isang hakbang na mas malapit sa isang functional fusion reactor," sabi ni Linnea Heshlov.
Ang mga mananaliksik ay lumikha ng isang modelo na epektibong mahulaan ang enerhiya at pag-uugali ng elektron. Gamit ang Mathematical Plasma Modeling, maaari na ngayong epektibong kontrolin ng mga physicist ang bilis ng pagtakas ng elektron nang hindi naaabala ang proseso ng pagsasanib.
"Maraming tao ang naniniwala na ito ay gagana, ngunit mas madaling pumunta sa Mars kaysa upang makamit ang isang pagsasanib," sabi ni Linnea Heshlov: "Maaari mong sabihin na sinusubukan naming mangolekta ng mga bituin dito sa lupa, at maaaring tumagal ito ng ilang oras. Kailangan ng hindi kapani-paniwalang mataas na temperatura, mas mainit kaysa sa gitna ng araw, para matagumpay tayong magsanib dito sa lupa. Kaya sana'y sandali lang ang lahat."
batay sa newatlas.com, pagsasalin
Hulyo 9, 2016Ang mga makabagong proyekto na gumagamit ng mga modernong superconductor ay malapit nang magpapahintulot sa kinokontrol na thermonuclear fusion, sabi ng ilang mga optimist. Gayunpaman, hinuhulaan ng mga eksperto na ang praktikal na aplikasyon ay tatagal ng ilang dekada.
Bakit napakahirap?
Ang enerhiya ng pagsasanib ay itinuturing na isang potensyal na mapagkukunan ng enerhiya para sa hinaharap. Ito ang purong enerhiya ng atom. Ngunit ano ito at bakit napakahirap makamit? Upang magsimula, kailangan nating maunawaan ang pagkakaiba sa pagitan ng classical nuclear fission at thermonuclear fusion.
Ang fission ng atom ay binubuo sa katotohanan na ang radioactive isotopes - uranium o plutonium - ay nahati at na-convert sa iba pang mataas na radioactive isotopes, na pagkatapos ay dapat na ilibing o i-recycle.
Ang reaksyon ng pagsasanib ay binubuo sa katotohanan na ang dalawang isotopes ng hydrogen - deuterium at tritium - ay sumanib sa isang buo, na bumubuo ng hindi nakakalason na helium at isang neutron, nang hindi gumagawa ng radioactive na basura.
Problema sa pagkontrol
Ang mga reaksyon na nagaganap sa Araw o sa isang bomba ng hydrogen ay thermonuclear fusion, at ang mga inhinyero ay nahaharap sa isang nakakatakot na gawain - paano kontrolin ang prosesong ito sa isang planta ng kuryente?
Ito ay isang bagay na ginagawa ng mga siyentipiko mula noong 1960s. Ang isa pang eksperimentong fusion reactor na tinatawag na Wendelstein 7-X ay nagsimula ng operasyon sa hilagang German na lungsod ng Greifswald. Hindi pa ito idinisenyo upang lumikha ng isang reaksyon - ito ay isang espesyal na disenyo lamang na sinusubok (isang stellarator sa halip na isang tokamak).
mataas na enerhiya na plasma
Ang lahat ng mga pag-install ng thermonuclear ay may isang karaniwang tampok - isang hugis ng annular. Ito ay batay sa ideya ng paggamit ng malalakas na electromagnets upang lumikha ng isang malakas na electromagnetic field na hugis tulad ng torus - isang napalaki na tubo ng bisikleta.
Ang electromagnetic field na ito ay dapat na sobrang siksik na kapag ito ay pinainit sa microwave oven sa isang milyong degrees Celsius, isang plasma ay dapat lumitaw sa pinakasentro ng singsing. Pagkatapos ay sinindihan ito upang magsimula ang thermonuclear fusion.
Pagpapakita ng mga posibilidad
Dalawang ganoong eksperimento ang kasalukuyang isinasagawa sa Europa. Ang isa sa mga ito ay ang Wendelstein 7-X, na kamakailang nakabuo ng unang helium plasma nito. Ang isa pa ay ang ITER, isang malaking experimental fusion facility sa timog ng France na nasa ilalim pa ng konstruksyon at magiging handa na maging live sa 2023.
Ang mga tunay na reaksyong nuklear ay inaasahang magaganap sa ITER, kahit na sa maikling panahon lamang at tiyak na hindi hihigit sa 60 minuto. Ang reaktor na ito ay isa lamang sa maraming hakbang sa paraan upang maging realidad ang nuclear fusion.
Fusion reactor: mas maliit at mas malakas
Kamakailan, ilang mga taga-disenyo ang nag-anunsyo ng isang bagong disenyo ng reaktor. Ayon sa isang grupo ng mga mag-aaral mula sa Massachusetts Institute of Technology, pati na rin ang mga kinatawan ng kumpanya ng armas na Lockheed Martin, ang pagsasanib ay maaaring isagawa sa mga pasilidad na mas malakas at mas maliit kaysa sa ITER, at handa silang gawin ito sa loob ng sampu. taon.
Ang ideya ng bagong disenyo ay ang paggamit ng mga modernong superconductor na may mataas na temperatura sa mga electromagnet, na nagpapakita ng kanilang mga katangian kapag pinalamig ng likidong nitrogen, sa halip na mga maginoo, na nangangailangan ng likidong helium. Ang bago, mas nababaluktot na teknolohiya ay gagawing posible na ganap na baguhin ang disenyo ng reaktor.
Si Klaus Hesch, na namamahala sa teknolohiya ng nuclear fusion sa Karlsruhe Institute of Technology sa timog-kanlurang Alemanya, ay may pag-aalinlangan. Sinusuportahan nito ang paggamit ng mga bagong superconductor na may mataas na temperatura para sa mga bagong disenyo ng reactor. Ngunit, ayon sa kanya, upang bumuo ng isang bagay sa isang computer, na isinasaalang-alang ang mga batas ng pisika, ay hindi sapat. Kinakailangang isaalang-alang ang mga hamon na lumitaw kapag isinasabuhay ang isang ideya.
Science fiction
Ayon kay Hesh, ang modelo ng estudyante ng MIT ay nagpapakita lamang ng posibilidad ng isang proyekto. Ngunit ito ay talagang maraming science fiction. Ipinapalagay ng proyekto na malulutas ang mga seryosong teknikal na problema ng thermonuclear fusion. Ngunit ang modernong agham ay walang ideya kung paano lutasin ang mga ito.
Ang isang ganoong problema ay ang ideya ng mga collapsible coils. Maaaring lansagin ang mga electromagnet upang makapasok sa loob ng singsing na may hawak ng plasma sa modelo ng disenyo ng MIT.
Ito ay magiging lubhang kapaki-pakinabang dahil ang isa ay maaaring ma-access ang mga bagay sa panloob na sistema at palitan ang mga ito. Ngunit sa katotohanan, ang mga superconductor ay gawa sa ceramic material. Daan-daang mga ito ay dapat na magkakaugnay sa isang sopistikadong paraan upang mabuo ang tamang magnetic field. At dito mayroong higit pang mga pangunahing paghihirap: ang mga koneksyon sa pagitan ng mga ito ay hindi kasing simple ng mga koneksyon ng mga tansong cable. Wala pang nakaisip ng mga konsepto na makakatulong sa paglutas ng mga ganitong problema.
Masyadong mainit
Problema din ang mataas na temperatura. Sa core ng fusion plasma, ang temperatura ay aabot sa humigit-kumulang 150 milyong degrees Celsius. Nananatili ang matinding init na ito - sa gitna mismo ng ionized gas. Ngunit kahit sa paligid nito ay napakainit pa rin - mula 500 hanggang 700 degrees sa reactor zone, na siyang panloob na layer ng isang metal pipe kung saan ang tritium na kinakailangan para mangyari ang nuclear fusion ay "magpaparami".
Ang fusion reactor ay may mas malaking problema - ang tinatawag na power release. Ito ang bahagi ng system na tumatanggap ng ginamit na gasolina mula sa proseso ng pagsasanib, pangunahin ang helium. Ang mga unang bahagi ng metal na pinapasok ng mainit na gas ay tinatawag na "divertor". Maaari itong magpainit hanggang sa higit sa 2000°C.
Problema sa diverter
Upang ang pag-install ay makatiis sa gayong mga temperatura, sinusubukan ng mga inhinyero na gamitin ang metal tungsten na ginagamit sa mga lumang lamp na maliwanag na maliwanag. Ang punto ng pagkatunaw ng tungsten ay halos 3000 degrees. Ngunit may iba pang mga limitasyon din.
Sa ITER, maaari itong gawin, dahil ang pag-init dito ay hindi nangyayari palagi. Ipinapalagay na ang reactor ay gagana lamang ng 1-3% ng oras. Ngunit hindi iyon isang opsyon para sa isang planta ng kuryente na kailangang tumakbo 24/7. At, kung ang isang tao ay nag-aangkin na makakagawa ng isang mas maliit na reactor na may parehong kapangyarihan tulad ng ITER, ligtas na sabihin na wala siyang solusyon sa problema sa divertor.
Power plant sa loob ng ilang dekada
Gayunpaman, umaasa ang mga siyentipiko tungkol sa pagbuo ng mga thermonuclear reactor, bagaman hindi ito magiging kasing bilis ng hula ng ilang mahilig.
Dapat ipakita ng ITER na ang kinokontrol na pagsasanib ay maaaring makagawa ng mas maraming enerhiya kaysa sa gagastusin sa pag-init ng plasma. Ang susunod na hakbang ay ang pagbuo ng isang bagong hybrid demonstration power plant na aktwal na bumubuo ng kuryente.
Ginagawa na ng mga inhinyero ang disenyo nito. Kailangan nilang matuto mula sa ITER, na nakatakdang ilunsad sa 2023. Dahil sa oras na kinakailangan para sa disenyo, pagpaplano at pagtatayo, tila hindi malamang na ang unang fusion power plant ay ilulunsad nang mas maaga kaysa sa kalagitnaan ng ika-21 siglo.
Malamig na Fusion Rossi
Noong 2014, napagpasyahan ng isang independiyenteng pagsubok ng E-Cat reactor na ang device ay nag-average ng 2,800 watts ng power output sa loob ng 32-araw na yugto na may konsumo na 900 watts. Ito ay higit pa sa anumang kemikal na reaksyon na kayang ihiwalay. Ang resulta ay nagsasalita ng alinman sa isang tagumpay sa thermonuclear fusion, o ng tahasang panloloko. Ang ulat ay nabigo sa mga nag-aalinlangan, na nagdududa kung ang pagsusulit ay tunay na independyente at nagmumungkahi ng posibleng palsipikasyon ng mga resulta ng pagsusulit. Ang iba ay abala sa pag-uunawa ng "mga lihim na sangkap" na nagbibigay-daan sa pagsasanib ni Rossi na gayahin ang teknolohiya.
Si Rossi ay isang scammer?
Nakakabilib si Andrea. Naglalathala siya ng mga proklamasyon sa mundo sa natatanging Ingles sa seksyon ng mga komento ng kanyang website, na tinatawag na Journal of Nuclear Physics. Ngunit ang kanyang mga nakaraang nabigong pagtatangka ay may kasamang isang Italian waste-to-fuel project at isang thermoelectric generator. Ang Petroldragon, isang waste-to-energy project, ay nabigo sa bahagi dahil ang iligal na pagtatapon ng basura ay kontrolado ng organisadong krimen ng Italyano, na nagsampa ng mga kasong kriminal laban dito dahil sa paglabag sa mga regulasyon sa pamamahala ng basura. Gumawa din siya ng thermoelectric device para sa US Army Corps of Engineers, ngunit sa panahon ng pagsubok, ang gadget ay gumawa lamang ng isang maliit na bahagi ng ipinahayag na kapangyarihan.
Marami ang hindi nagtitiwala kay Rossi, at ang editor-in-chief ng New Energy Times ay tahasang tinawag siyang isang kriminal na may isang string ng mga nabigong proyekto ng enerhiya sa likod niya.
Independent Verification
Pumirma si Rossi ng kontrata sa American company na Industrial Heat para magsagawa ng isang taon na lihim na pagsubok ng isang 1-MW cold fusion plant. Ang device ay isang shipping container na puno ng dose-dosenang E-Cats. Ang eksperimento ay kailangang kontrolin ng isang ikatlong partido na maaaring kumpirmahin na ang pagbuo ng init ay talagang nagaganap. Inaangkin ni Rossi na ginugol niya ang karamihan sa nakaraang taon na halos nakatira sa isang lalagyan at pinangangasiwaan ang mga operasyon nang higit sa 16 na oras sa isang araw upang patunayan ang komersyal na posibilidad ng E-Cat.
Natapos ang pagsusulit noong Marso. Ang mga tagasuporta ni Rossi ay sabik na naghihintay sa ulat ng mga nagmamasid, na umaasang mapapawalang-sala ang kanilang bayani. Ngunit sa huli ay nademanda sila.
Pagsubok
Sa isang paghaharap sa korte sa Florida, sinabi ni Rossi na matagumpay ang pagsubok at kinumpirma ng isang independiyenteng tagapamagitan na ang E-Cat reactor ay gumagawa ng anim na beses na mas maraming enerhiya kaysa sa kinokonsumo nito. Sinabi rin niya na sumang-ayon ang Industrial Heat na bayaran siya ng $100 milyon - $11.5 milyon pagkatapos ng 24 na oras na pagsubok (para sa mga karapatan sa paglilisensya upang maibenta ng kumpanya ang teknolohiya sa US) at isa pang $89 milyon pagkatapos ng matagumpay na pagkumpleto ng pinalawig na pagsubok. .sa loob ng 350 araw. Inakusahan ni Rossi ang IH na nagpapatakbo ng "fraudulent scheme" para nakawin ang kanyang intelektwal na ari-arian. Inakusahan din niya ang kumpanya ng maling paggamit ng mga E-Cat reactor, ilegal na pagkopya ng mga makabagong teknolohiya at produkto, functionality at disenyo, at pag-abuso sa isang patent sa kanyang intelektwal na ari-arian.
Minahan ng ginto
Sa ibang lugar, inaangkin ni Rossi na sa isa sa kanyang mga demonstrasyon, nakatanggap ang IH ng $50-60 milyon mula sa mga mamumuhunan at isa pang $200 milyon mula sa China pagkatapos ng replay na kinasasangkutan ng mga nangungunang opisyal ng Tsina. Kung totoo ito, higit sa isang daang milyong dolyar ang nakataya. Ibinasura ng Industrial Heat ang mga pahayag na ito bilang walang batayan at aktibong ipagtatanggol ang sarili nito. Higit sa lahat, inaangkin niya na siya ay "nagtrabaho nang higit sa tatlong taon upang kumpirmahin ang mga resulta na diumano'y nakamit ni Rossi sa kanyang teknolohiyang E-Cat, lahat ay walang tagumpay."
Ang IH ay hindi naniniwala sa E-Cat, at ang New Energy Times ay walang nakikitang dahilan para pagdudahan ito. Noong Hunyo 2011, isang kinatawan ng publikasyon ang bumisita sa Italya, nakapanayam si Rossi at nag-film ng isang demonstrasyon ng kanyang E-Cat. Pagkaraan ng isang araw, iniulat niya ang kanyang malubhang alalahanin tungkol sa paraan ng pagsukat ng thermal power. Pagkatapos ng 6 na araw, nai-post ng mamamahayag ang kanyang video sa YouTube. Ang mga eksperto mula sa buong mundo ay nagpadala sa kanya ng mga pagsusuri, na inilathala noong Hulyo. Ito ay naging malinaw na ito ay isang scam.
Pang-eksperimentong kumpirmasyon
Gayunpaman, isang bilang ng mga mananaliksik - Alexander Parkhomov ng Peoples' Friendship University of Russia at ang Martin Fleishman Memorial Project (MFPM) - ay nagtagumpay sa pagkopya ng malamig na pagsasanib ng Russia. Ang ulat ng MFPM ay pinamagatang "The End of the Carbon Era Is Near". Ang dahilan para sa gayong paghanga ay ang pagtuklas ng isang pagsabog ng gamma radiation, na hindi maipaliwanag kung hindi sa pamamagitan ng isang thermonuclear reaction. Ayon sa mga mananaliksik, si Rossi ay may eksaktong kung ano ang kanyang pinag-uusapan.
Ang isang praktikal na bukas na recipe para sa malamig na pagsasanib ay maaaring mag-spark ng isang energy gold rush. Maaaring matagpuan ang mga alternatibong pamamaraan upang ma-bypass ang mga patent ni Rossi at ilayo siya sa multi-bilyong dolyar na negosyo ng enerhiya.
Kaya marahil mas gusto ni Rossi na iwasan ang kumpirmasyon na ito.
3. Mga problema ng kontroladong thermonuclear fusion
Ang mga mananaliksik sa lahat ng mauunlad na bansa ay umaasa sa pagtagumpayan ng paparating na krisis sa enerhiya na may kontroladong thermonuclear reaction. Ang gayong reaksyon - ang synthesis ng helium mula sa deuterium at tritium - ay nagaganap sa Araw sa milyun-milyong taon, at sa ilalim ng mga kondisyong pang-terrestrial sa loob ng limampung taon ngayon ay sinisikap nilang isagawa ito sa higante at napakamahal na mga pasilidad ng laser, tokamaks (isang aparato para sa pagsasagawa ng thermonuclear fusion reaction sa mainit na plasma) at mga stellarator (sarado ang magnetic trap upang maglaman ng mataas na temperatura na plasma). Gayunpaman, may iba pang mga paraan upang malutas ang mahirap na problemang ito, at sa halip na malaking tokamaks, posibleng gumamit ng medyo compact at murang collider - isang accelerator sa nagbabanggaan na mga beam - para sa pagpapatupad ng thermonuclear fusion.
Ang Tokamak ay nangangailangan ng napakaliit na halaga ng lithium at deuterium upang gumana. Halimbawa, ang isang reaktor na may kapangyarihang elektrikal na 1 GW ay sumusunog ng humigit-kumulang 100 kg ng deuterium at 300 kg ng lithium bawat taon. Kung ipagpalagay natin na ang lahat ng thermonuclear power plant ay gagawa ng 10 trilyon. kW / h ng kuryente bawat taon, iyon ay, hangga't ang lahat ng mga power plant ng Earth ay gumagawa ngayon, kung gayon ang mga reserbang deuterium at lithium sa mundo ay magiging sapat upang matustusan ang sangkatauhan ng enerhiya sa loob ng milyun-milyong taon.
Bilang karagdagan sa pagsasanib ng deuterium at lithium, posible ang purong solar fusion kapag pinagsama ang dalawang deuterium atoms. Kung ang reaksyong ito ay pinagkadalubhasaan, ang mga problema sa enerhiya ay malulutas kaagad at magpakailanman.
Sa alinman sa mga kilalang variant ng kinokontrol na thermonuclear fusion (CTF), ang mga thermonuclear na reaksyon ay hindi maaaring pumasok sa mode ng hindi makontrol na pagtaas ng kapangyarihan, samakatuwid, ang mga naturang reactor ay hindi intrinsically ligtas.
Mula sa pisikal na pananaw, ang problema ay binabalangkas nang simple. Para mangyari ang isang self-sustaining nuclear fusion reaction, ito ay kinakailangan at sapat upang matugunan ang dalawang kundisyon.
1. Ang enerhiya ng nuclei na kalahok sa reaksyon ay dapat na hindi bababa sa 10 keV. Para magsimula ang nuclear fusion, ang nuclei na kasali sa reaksyon ay dapat mahulog sa larangan ng nuclear forces, ang radius nito ay 10-12-10-13 s.cm. Gayunpaman, ang atomic nuclei ay may positibong singil sa kuryente, at tulad ng mga singil ay nagtataboy sa isa't isa. Sa hangganan ng pagkilos ng mga puwersang nuklear, ang enerhiya ng pagtanggi ng Coulomb ay halos 10 keV. Upang malampasan ang hadlang na ito, ang nuclei sa banggaan ay dapat magkaroon ng kinetic energy na hindi bababa sa halagang ito.
2. Dapat na hindi bababa sa 1014 s.cm-3 ang produkto ng konsentrasyon ng reacting nuclei at ang oras ng pagpapanatili kung saan pinananatili nila ang ipinahiwatig na enerhiya. Ang kundisyong ito - ang tinatawag na Lawson criterion - ay tumutukoy sa limitasyon ng kakayahang kumita ng enerhiya ng reaksyon. Upang ang enerhiya na inilabas sa reaksyon ng pagsasanib ay hindi bababa sa masakop ang mga gastos sa enerhiya sa pagsisimula ng reaksyon, ang atomic nuclei ay dapat sumailalim sa maraming banggaan. Sa bawat banggaan kung saan nagaganap ang isang fusion reaction sa pagitan ng deuterium (D) at tritium (T), 17.6 MeV ng enerhiya ang inilalabas, ibig sabihin, humigit-kumulang 3.10-12 J. Kung, halimbawa, 10 MJ na enerhiya ang ginugugol sa pag-aapoy, kung gayon ang masisira ang reaksyon kahit na 3.1018 pares ng D-T ang nakibahagi dito. At para dito, ang isang medyo siksik na high-energy na plasma ay dapat itago sa reaktor sa loob ng mahabang panahon. Ang kundisyong ito ay ipinahayag ng Lawson criterion.
Kung ang parehong mga kinakailangan ay maaaring matugunan nang sabay-sabay, ang problema ng kinokontrol na thermonuclear fusion ay malulutas.
Gayunpaman, ang teknikal na pagpapatupad ng pisikal na problemang ito ay nahaharap sa napakalaking kahirapan. Pagkatapos ng lahat, ang isang enerhiya ng 10 keV ay isang temperatura ng 100 milyong degrees. Ang isang sangkap sa ganoong temperatura ay maaaring itago ng kahit na mga fraction ng isang segundo lamang sa isang vacuum, sa pamamagitan ng paghihiwalay nito mula sa mga dingding ng pag-install.
Ngunit may isa pang paraan para sa paglutas ng problemang ito - isang malamig na pagsasanib. Ano ang isang malamig na pagsasanib - ito ay isang analogue ng isang "mainit" na reaksyong thermonuclear na nagaganap sa temperatura ng silid.
Sa kalikasan, mayroong hindi bababa sa dalawang paraan ng pagbabago ng bagay sa loob ng isang dimensyon ng continuum. Maaari mong pakuluan ang tubig sa apoy, i.e. thermally, o sa microwave oven, i.e. dalas. Ang resulta ay pareho - ang tubig ay kumukulo, ang pagkakaiba lamang ay ang paraan ng dalas ay mas mabilis. Ginagamit din nito ang pagkamit ng napakataas na temperatura upang hatiin ang nucleus ng atom. Ang thermal na pamamaraan ay nagbibigay ng isang hindi nakokontrol na reaksyong nuklear. Ang enerhiya ng isang malamig na pagsasanib ay ang enerhiya ng estado ng paglipat. Ang isa sa mga pangunahing kondisyon para sa disenyo ng isang reaktor para sa pagsasagawa ng isang malamig na reaksyon ng pagsasanib ay ang kondisyon ng pyramidal-crystalline na anyo nito. Ang isa pang mahalagang kondisyon ay ang pagkakaroon ng umiikot na magnetic at torsion field. Ang intersection ng mga patlang ay nangyayari sa punto ng hindi matatag na equilibrium ng hydrogen nucleus.
Ang mga siyentipiko na si Ruzi Taleiarkhan mula sa Oak Ridge National Laboratory, si Richard Leikhi mula sa Polytechnic University. Renssilira at Academician Robert Nigmatulin - nagtala ng malamig na thermonuclear reaction sa laboratoryo.
Gumamit ang grupo ng isang beaker ng liquid acetone na may sukat na dalawa hanggang tatlong baso. Ang mga sound wave ay matinding ipinadala sa pamamagitan ng likido, na gumagawa ng isang epekto na kilala sa pisika bilang acoustic cavitation, ang kinahinatnan nito ay sonoluminescence. Sa panahon ng cavitation, lumitaw ang maliliit na bula sa likido, na tumaas sa dalawang milimetro ang lapad at sumabog. Ang mga pagsabog ay sinamahan ng pagkislap ng liwanag at pagpapalabas ng enerhiya i.e. ang temperatura sa loob ng mga bula sa oras ng pagsabog ay umabot sa 10 milyong degrees Kelvin, at ang enerhiya na inilabas, ayon sa mga eksperimento, ay sapat na upang maisagawa ang thermonuclear fusion.
"Sa teknikal" ang kakanyahan ng reaksyon ay nakasalalay sa katotohanan na bilang isang resulta ng kumbinasyon ng dalawang mga atom ng deuterium, ang isang ikatlo ay nabuo - isang isotope ng hydrogen, na kilala bilang tritium, at isang neutron, na nailalarawan sa pamamagitan ng isang napakalaking halaga ng enerhiya. .
Ang kasalukuyang nasa superconducting state ay zero, at, samakatuwid, ang pinakamababang halaga ng kuryente ay gagastusin sa pagpapanatili ng magnetic field. 8. Napakabilis na mga sistema. Kinokontrol na thermonuclear fusion na may inertial confinement Ang mga paghihirap na nauugnay sa magnetic confinement ng plasma ay maaaring, sa prinsipyo, ay malalampasan kung ang nuclear fuel ay sinusunog sa napakaikling panahon, kapag...
Para sa 2004. Ang susunod na negosasyon sa proyektong ito ay gaganapin sa Mayo 2004 sa Vienna. Ang reactor ay itatayo noong 2006 at nakatakdang ilunsad sa 2014. Paano ito gumagana Ang Fusion* ay isang mura at environment friendly na paraan upang makagawa ng enerhiya. Sa loob ng bilyun-bilyong taon, ang hindi makontrol na thermonuclear fusion ay nagaganap sa Araw - ang helium ay nabuo mula sa mabigat na isotope ng hydrogen deuterium. kung saan...
Ang eksperimentong thermonuclear reactor ay pinamumunuan ni E.P. Velikhov. Ang Estados Unidos, na gumastos ng 15 bilyong dolyar, ay umatras mula sa proyektong ito, ang natitirang 15 bilyon ay ginugol na ng mga internasyonal na organisasyong pang-agham. 2. Mga problemang teknikal, kapaligiran at medikal. Sa panahon ng operasyon ng controlled thermonuclear fusion (UTF) installation. nagaganap ang mga neutron beam at gamma radiation, gayundin ang...
Enerhiya at kung anong kalidad ang kakailanganin upang ang inilabas na enerhiya ay maging sapat upang masakop ang mga gastos sa pagsisimula ng proseso ng paglabas ng enerhiya. Tatalakayin natin ang tanong na ito sa ibaba kaugnay ng mga problema ng thermonuclear fusion. Sa kalidad ng enerhiya ng mga laser Sa pinakasimpleng mga kaso, ang mga limitasyon sa conversion ng mababang kalidad na enerhiya sa mataas na kalidad na enerhiya ay halata. Narito ang ilang mga halimbawa mula sa...
1. Panimula
3. Mga problema ng thermonuclear fusion control
3.1 Problema sa ekonomiya
3.2 Mga problemang medikal
4. Konklusyon
5. Mga Sanggunian
1. Panimula
Ang problema ng kontroladong thermonuclear fusion ay isa sa pinakamahalagang gawain na kinakaharap ng sangkatauhan.
Ang sibilisasyon ng tao ay hindi maaaring umiral, lalo pa't umunlad, nang walang enerhiya. Alam na alam ng lahat na ang mga nabuong pinagkukunan ng enerhiya, sa kasamaang-palad, ay maaaring malapit nang maubos. Ayon sa World Energy Council, ang mga ginalugad na reserba ng hydrocarbon fuels sa Earth ay nananatili sa loob ng 30 taon.
Ngayon, ang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya ay langis, gas at karbon.
Ayon sa mga eksperto, nauubos na ang reserba ng mga mineral na ito. Halos wala nang ginalugad, na angkop para sa pagpapaunlad ng mga patlang ng langis na natitira, at ang ating mga apo ay maaaring humarap sa isang napakaseryosong problema ng kakulangan ng enerhiya.
Ang mga planta ng nuclear power, na pinakamainam na ibinibigay sa gasolina, ay maaaring, siyempre, magbigay ng kuryente sa sangkatauhan sa loob ng higit sa isang daang taon.
Layunin ng pag-aaral: Mga problema ng kinokontrol na thermonuclear fusion.
Paksa ng pag-aaral: Thermonuclear fusion.
Layunin ng pag-aaral: Lutasin ang problema ng thermonuclear fusion control;
Layunin ng pananaliksik:
· Upang pag-aralan ang mga uri ng thermonuclear reactions.
· Isaalang-alang ang lahat ng posibleng opsyon para sa pagdadala ng enerhiya na inilabas sa panahon ng isang thermonuclear reaction sa isang tao.
· Maglagay ng teorya tungkol sa conversion ng enerhiya sa kuryente.
Paunang katotohanan:
Ang enerhiyang nuklear ay inilalabas sa panahon ng pagkabulok o pagsasanib ng atomic nuclei. Ang anumang enerhiya - pisikal, kemikal, o nuklear ay ipinapakita sa pamamagitan ng kakayahang gumawa ng trabaho, magpalabas ng init o radiation. Ang enerhiya sa anumang sistema ay palaging natipid, ngunit maaari itong ilipat sa ibang sistema o baguhin ang anyo.
Achievement Ang mga kondisyon ng kinokontrol na thermonuclear fusion ay nahahadlangan ng maraming pangunahing problema:
· Una, kailangan mong painitin ang gas sa napakataas na temperatura.
· Pangalawa, kinakailangang kontrolin ang bilang ng tumutugon na nuclei sa loob ng sapat na mahabang panahon.
· Pangatlo, ang dami ng enerhiya na inilabas ay dapat na mas malaki kaysa sa ginugol para sa pagpainit at paglilimita sa density ng gas.
Ang susunod na problema ay ang akumulasyon ng enerhiya na ito at ginagawang kuryente
2. Thermonuclear reactions sa Araw
Ano ang pinagmumulan ng solar energy? Ano ang likas na katangian ng mga proseso kung saan ang isang malaking halaga ng enerhiya ay ginawa? Hanggang kailan magpapatuloy ang pagsikat ng araw?
Ang mga unang pagtatangka na sagutin ang mga tanong na ito ay ginawa ng mga astronomo noong kalagitnaan ng ika-19 na siglo, pagkatapos na bumalangkas ng mga pisiko ng batas ng konserbasyon ng enerhiya.
Iminungkahi ni Robert Mayer na ang Araw ay sumisikat dahil sa patuloy na pambobomba sa ibabaw ng mga meteorite at meteor particle. Ang hypothesis na ito ay tinanggihan, dahil ang isang simpleng pagkalkula ay nagpapakita na upang mapanatili ang ningning ng Araw sa kasalukuyang antas, kinakailangan na ang 2∙10 15 kg ng meteoric matter ay mahulog dito bawat segundo. Para sa isang taon ito ay magiging 6∙10 22 kg, at para sa buhay ng Araw, para sa 5 bilyong taon - 3∙10 32 kg. Mass ng araw M
= 2∙10 30 kg, samakatuwid, sa limang bilyong taon, ang bagay ay 150 beses na mas malaki kaysa sa masa ng Araw na dapat na bumagsak sa Araw.Ang pangalawang hypothesis ay inilagay din nina Helmholtz at Kelvin sa kalagitnaan ng ika-19 na siglo. Iminungkahi nila na ang Araw ay nagliliwanag sa pamamagitan ng pagkontrata ng 60–70 metro taun-taon. Ang dahilan ng pag-urong ay ang kapwa pagkahumaling ng mga particle ng Araw, kaya naman ang hypothesis na ito ay tinatawag na contraction. Kung gagawa tayo ng kalkulasyon ayon sa hypothesis na ito, kung gayon ang edad ng Araw ay hindi hihigit sa 20 milyong taon, na sumasalungat sa modernong data na nakuha mula sa pagsusuri ng radioactive decay ng mga elemento sa mga geological sample ng lupa ng lupa at lupa ng Buwan .
Ang ikatlong hypothesis tungkol sa mga posibleng pinagmumulan ng solar energy ay iniharap ni James Jeans sa simula ng ika-20 siglo. Iminungkahi niya na ang bituka ng Araw ay naglalaman ng mabibigat na radioactive na elemento na kusang nabubulok, habang ang enerhiya ay ibinubuga. Halimbawa, ang pagbabago ng uranium sa thorium at pagkatapos ay sa tingga ay sinamahan ng paglabas ng enerhiya. Ang kasunod na pagsusuri ng hypothesis na ito ay nagpakita rin ng kabiguan nito; ang isang bituin na binubuo lamang ng uranium ay hindi maglalabas ng sapat na enerhiya upang magbigay ng naobserbahang liwanag ng Araw. Bilang karagdagan, may mga bituin na maraming beses na mas maliwanag kaysa sa ating bituin. Hindi malamang na ang mga bituin na iyon ay naglalaman din ng mas maraming radioactive na materyal.
Ang pinaka-malamang na hypothesis ay naging hypothesis ng synthesis ng mga elemento bilang resulta ng mga reaksyong nuklear sa mga interior ng mga bituin.
Noong 1935, ipinalagay ni Hans Bethe na ang thermonuclear reaction ng pag-convert ng hydrogen sa helium ay maaaring pagmulan ng solar energy. Ito ay para dito na natanggap ni Bethe ang Nobel Prize noong 1967.
Ang kemikal na komposisyon ng Araw ay halos pareho sa karamihan ng iba pang mga bituin. Humigit-kumulang 75% ay hydrogen, 25% ay helium, at mas mababa sa 1% ang lahat ng iba pang elemento ng kemikal (pangunahin ang carbon, oxygen, nitrogen, atbp.). Kaagad pagkatapos ng kapanganakan ng Uniberso, walang mga "mabigat" na elemento sa lahat. Lahat sila, i.e. Ang mga elementong mas mabigat kaysa sa helium, at kahit na maraming mga alpha particle, ay nabuo sa panahon ng "pagsunog" ng hydrogen sa mga bituin sa panahon ng thermonuclear fusion. Ang katangian ng buhay ng isang bituin tulad ng Araw ay sampung bilyong taon.
Ang pangunahing pinagmumulan ng enerhiya ay ang proton-proton cycle - isang napakabagal na reaksyon (karakteristikong oras 7.9∙10 9 taon), dahil ito ay dahil sa mahinang pakikipag-ugnayan. Ang kakanyahan nito ay nakasalalay sa katotohanan na mula sa apat na proton ay nakuha ang isang helium nucleus. Sa kasong ito, ang isang pares ng positron at isang pares ng neutrino ay inilabas, pati na rin ang 26.7 MeV ng enerhiya. Ang bilang ng mga neutrino na ibinubuga ng Araw sa bawat segundo ay tinutukoy lamang ng liwanag ng Araw. Dahil kapag ang 26.7 MeV ay inilabas, 2 neutrino ang ipinanganak, ang neutrino emission rate ay: 1.8∙10 38 neutrino/s. Ang isang direktang pagsubok ng teoryang ito ay ang pagmamasid sa mga solar neutrino. Ang mga high-energy neutrino (boron) ay naitala sa mga eksperimento ng chlorine-argon (mga eksperimento sa Davis) at patuloy na nagpapakita ng kakulangan ng mga neutrino kumpara sa theoretical value para sa karaniwang solar model. Ang mga low-energy neutrino na direktang lumitaw sa reaksyon ng pp ay naitala sa mga eksperimento ng gallium-germanium (GALLEX sa Gran Sasso (Italy-Germany) at SAGE sa Baksan (Russia-USA)); "nawawala" din sila.
Ayon sa ilang mga pagpapalagay, kung ang mga neutrino ay may rest mass maliban sa zero, ang mga oscillations (transformations) ng iba't ibang uri ng neutrino ay posible (ang Mikheev-Smirnov-Wolfenstein effect) (may tatlong uri ng neutrino: electron, muon at tauon neutrino) . kasi ang ibang mga neutrino ay may mas maliit na interaksyon ng mga cross section na may matter kaysa sa mga electron, ang naobserbahang deficit ay maaaring ipaliwanag nang hindi binabago ang karaniwang modelo ng Araw, na binuo batay sa buong set ng astronomical data.
Bawat segundo, nagre-recycle ang Araw ng humigit-kumulang 600 milyong tonelada ng hydrogen. Ang mga stock ng nuclear fuel ay tatagal ng isa pang limang bilyong taon, pagkatapos nito ay unti-unting magiging white dwarf.
Ang mga gitnang bahagi ng Araw ay lumiliit, umiinit, at ang init na inilipat sa panlabas na shell ay hahantong sa pagpapalawak nito sa mga sukat na napakapangit kumpara sa mga modernong: ang Araw ay lalawak nang labis na ito ay sumisipsip ng Mercury, Venus at gagastos " gasolina" isang daang beses na mas mabilis, kaysa sa kasalukuyan. Ito ay magpapalaki sa laki ng Araw; ang ating bituin ay magiging isang pulang higante, ang laki nito ay maihahambing sa distansya mula sa Earth hanggang sa Araw!
Siyempre, aabisuhan kami nang maaga tungkol sa naturang kaganapan, dahil ang paglipat sa isang bagong yugto ay tatagal ng humigit-kumulang 100-200 milyong taon. Kapag ang temperatura ng gitnang bahagi ng Araw ay umabot sa 100,000,000 K, ang helium ay magsisimula ring magsunog, na magiging mabibigat na elemento, at ang Araw ay papasok sa isang yugto ng kumplikadong mga siklo ng pag-urong at pagpapalawak. Sa huling yugto, mawawala ang panlabas na shell ng ating bituin, ang gitnang core ay magkakaroon ng hindi kapani-paniwalang malaking density at sukat, tulad ng sa Earth. Ilang bilyong taon pa ang lilipas, at ang Araw ay lalamig, na magiging isang puting dwarf.
3. Mga problema ng kontroladong thermonuclear fusion
Ang mga mananaliksik sa lahat ng mauunlad na bansa ay umaasa sa pagtagumpayan ng paparating na krisis sa enerhiya na may kontroladong thermonuclear reaction. Ang gayong reaksyon - ang synthesis ng helium mula sa deuterium at tritium - ay nagaganap sa Araw sa milyun-milyong taon, at sa ilalim ng mga kondisyong pang-terrestrial sa loob ng limampung taon ngayon ay sinisikap nilang isagawa ito sa higante at napakamahal na mga pasilidad ng laser, tokamaks (isang aparato para sa pagsasagawa ng thermonuclear fusion reaction sa mainit na plasma) at mga stellarator (sarado ang magnetic trap upang maglaman ng mataas na temperatura na plasma). Gayunpaman, may iba pang mga paraan upang malutas ang mahirap na problemang ito, at sa halip na malaking tokamaks, posibleng gumamit ng medyo compact at murang collider - isang accelerator sa nagbabanggaan na mga beam - para sa pagpapatupad ng thermonuclear fusion.
Ang Tokamak ay nangangailangan ng napakaliit na halaga ng lithium at deuterium upang gumana. Halimbawa, ang isang reaktor na may kapangyarihang elektrikal na 1 GW ay sumusunog ng humigit-kumulang 100 kg ng deuterium at 300 kg ng lithium bawat taon. Kung ipagpalagay natin na ang lahat ng thermonuclear power plant ay gagawa ng 10 trilyon. kW / h ng kuryente bawat taon, iyon ay, hangga't ang lahat ng mga power plant ng Earth ay gumagawa ngayon, kung gayon ang mga reserbang deuterium at lithium sa mundo ay magiging sapat upang matustusan ang sangkatauhan ng enerhiya sa loob ng milyun-milyong taon.
Bilang karagdagan sa pagsasanib ng deuterium at lithium, posible ang purong solar fusion kapag pinagsama ang dalawang deuterium atoms. Kung ang reaksyong ito ay pinagkadalubhasaan, ang mga problema sa enerhiya ay malulutas kaagad at magpakailanman.
Sa alinman sa mga kilalang variant ng kinokontrol na thermonuclear fusion (CTF), ang mga thermonuclear na reaksyon ay hindi maaaring pumasok sa mode ng hindi makontrol na pagtaas ng kapangyarihan, samakatuwid, ang mga naturang reactor ay hindi intrinsically ligtas.
MINISTRY OF EDUCATION AND SCIENCE OF THE RUSSIAN FEDERATION
Pederal na Ahensya para sa Edukasyon
SEI HPE "Blagoveshchensk State Pedagogical University"
Faculty ng Physics at Mathematics
Kagawaran ng Pangkalahatang Physics
gawaing kurso
sa paksa: Mga problema ng thermonuclear fusion
disiplina: Physics
Artist: V.S. Kletchenko
Pinuno: V.A. Evdokimova
Blagoveshchensk 2010
Panimula
Thermonuclear reactions at ang kanilang energy efficiency
Mga kondisyon para sa paglitaw ng mga reaksiyong thermonuclear
Pagsasakatuparan ng mga reaksiyong thermonuclear sa mga kondisyong panlupa
Ang mga pangunahing problema na nauugnay sa pagpapatupad ng mga reaksiyong thermonuclear
Pagpapatupad ng mga kinokontrol na thermonuclear na reaksyon sa TOKAMAK-type na mga pasilidad
ITER proyekto
Mga modernong pag-aaral ng plasma at thermonuclear reactions
Konklusyon
Panitikan
Panimula
Sa kasalukuyan, hindi maisip ng sangkatauhan ang buhay nito nang walang kuryente. Siya ay nasa lahat ng dako. Ngunit ang mga tradisyonal na pamamaraan ng pagbuo ng kuryente ay hindi mura: isipin lamang ang pagtatayo ng isang hydroelectric power station o isang nuclear power plant reactor, agad itong nagiging malinaw kung bakit. Ang mga siyentipiko noong ika-20 siglo, sa harap ng isang krisis sa enerhiya, ay nakahanap ng isang paraan upang makabuo ng kuryente mula sa materya, na ang dami nito ay hindi limitado. Ang mga reaksiyong thermonuclear ay nagaganap sa panahon ng pagkabulok ng deuterium at tritium. Ang isang litro ng tubig ay naglalaman ng napakaraming deuterium na ang thermonuclear fusion ay maaaring maglabas ng mas maraming enerhiya gaya ng nakukuha sa pagsunog ng 350 litro ng gasolina. Iyon ay, maaari nating tapusin na ang tubig ay isang walang limitasyong mapagkukunan ng enerhiya.
Kung ang pagkuha ng enerhiya sa tulong ng thermonuclear fusion ay magiging kasing simple ng sa tulong ng mga hydroelectric power station, kung gayon ang sangkatauhan ay hindi makakaranas ng krisis sa sektor ng enerhiya. Upang makakuha ng enerhiya sa ganitong paraan, kailangan ang temperaturang katumbas ng temperatura sa gitna ng araw. Saan makakakuha ng ganoong temperatura, gaano kamahal ang mga pag-install, gaano kumikita ang paggawa ng enerhiya at ligtas ba ang naturang pag-install? Ang mga tanong na ito ay sasagutin sa kasalukuyang gawain.
Layunin ng trabaho: pag-aaral ng mga katangian at problema ng thermonuclear fusion.
Thermonuclear reactions at ang kanilang energy efficiency
Thermonuclear reaction - ang synthesis ng mas mabibigat na atomic nuclei mula sa mas magaan upang makakuha ng enerhiya, na kinokontrol.
Ito ay kilala na ang nucleus ng hydrogen atom ay isang proton p. Mayroong maraming tulad ng hydrogen sa kalikasan - sa hangin at sa tubig. Bilang karagdagan, mayroong mas mabibigat na isotopes ng hydrogen. Ang nucleus ng isa sa mga ito ay naglalaman, bilang karagdagan sa proton p, gayundin ang neutron n. Ang isotope na ito ay tinatawag na deuterium D. Ang nucleus ng isa pang isotope ay naglalaman, bilang karagdagan sa proton р, dalawang neutron n at tinatawag na tritherium (tritium) Т. ang enerhiya na inilabas sa panahon ng fission ng heavy nuclei. Sa reaksyon ng pagsasanib, ang enerhiya ay inilabas, na, bawat 1 kg ng sangkap, ay mas malaki kaysa sa enerhiya na inilabas sa reaksyon ng fission ng uranium. (Dito, ang inilabas na enerhiya ay tumutukoy sa kinetic energy ng mga particle na nabuo bilang resulta ng reaksyon.) Halimbawa, sa reaksyon ng pagsasanib ng deuterium 1 2 D at tritium 1 3 T nuclei sa isang helium nucleus 2 4 He :
1 2 D + 1 3 T → 2 4 Siya + 0 1 n,
Ang inilabas na enerhiya ay humigit-kumulang katumbas ng 3.5 MeV bawat nucleon. Sa mga reaksyon ng fission, ang enerhiya sa bawat nucleon ay humigit-kumulang 1 MeV.
Sa synthesis ng isang helium nucleus mula sa apat na proton:
4 1 1 p→ 2 4 Hindi + 2 +1 1 e,
mas maraming enerhiya ang inilalabas, katumbas ng 6.7 MeV bawat particle. Ang bentahe ng enerhiya ng mga reaksyong thermonuclear ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang tiyak na nagbubuklod na enerhiya sa nucleus ng isang helium atom ay makabuluhang lumampas sa tiyak na nagbubuklod na enerhiya ng nuclei ng hydrogen isotopes. Kaya, sa matagumpay na pagpapatupad ng mga kinokontrol na reaksyong thermonuclear, ang sangkatauhan ay makakatanggap ng isang bagong malakas na mapagkukunan ng enerhiya.
Mga kondisyon para sa paglitaw ng mga reaksiyong thermonuclear
Para sa pagsasanib ng magaan na nuclei, kinakailangan na malampasan ang potensyal na hadlang na dulot ng pag-repulsion ng Coulomb ng mga proton sa tulad ng positibong sisingilin na nuclei. Para sa pagsasanib ng hydrogen nuclei 1 2 Dx, kinakailangan na ilapit ang mga ito sa layo na r katumbas ng humigit-kumulang r ≈ 3 10 -15 m. Upang gawin ito, kailangan mong gumawa ng trabaho na katumbas ng electrostatic potential energy ng repulsion P \u003d e 2: (4πε 0 r) ≈ 0.1 MeV. Ang deuteron nuclei ay magagawang pagtagumpayan ang gayong hadlang kung ang kanilang average na kinetic energy na 3/2 kT ay katumbas ng 0.1 MeV sa panahon ng banggaan. Posible ito sa T = 2 10 9 K. Sa pagsasagawa, ang temperatura na kinakailangan para sa paglitaw ng mga thermonuclear reaction ay bumababa ng dalawang order ng magnitude at umaabot sa 10 7 K.
Ang temperaturang humigit-kumulang 10 7 K ay tipikal para sa gitnang bahagi ng Araw. Ang spectral analysis ay nagpakita na ang bagay ng Araw, tulad ng maraming iba pang mga bituin, ay naglalaman ng hanggang 80% hydrogen at humigit-kumulang 20% helium. Ang carbon, nitrogen at oxygen ay bumubuo ng hindi hihigit sa 1% ng masa ng mga bituin. Sa malaking masa ng Araw (≈ 2 10 27 kg), ang dami ng mga gas na ito ay medyo malaki.
Ang mga reaksiyong thermonuclear ay nangyayari sa Araw at mga bituin at ito ang pinagmumulan ng enerhiya na nagbibigay ng kanilang radiation. Bawat segundo ang Araw ay naglalabas ng enerhiya na 3.8 10 26 J, na tumutugma sa pagbaba ng masa nito ng 4.3 milyong tonelada. Tukoy na paglabas ng solar energy, i.e. ang paglabas ng enerhiya sa bawat yunit ng masa ng Araw sa isang segundo ay katumbas ng 1.9 10 -4 J/s kg. Ito ay napakaliit at humigit-kumulang 10 -3% ng tiyak na paglabas ng enerhiya sa isang buhay na organismo sa proseso ng metabolismo. Ang kapangyarihan ng radiation ng Araw ay hindi nagbago nang malaki sa maraming bilyong taon ng pagkakaroon ng solar system.
Ang isa sa mga paraan para magpatuloy ang mga reaksiyong thermonuclear sa Araw ay ang carbon-nitrogen cycle, kung saan ang kumbinasyon ng hydrogen nuclei sa isang helium nucleus ay pinadali sa pagkakaroon ng carbon 6 12 C nuclei na gumaganap sa papel ng mga catalyst. Sa simula ng cycle, ang isang mabilis na proton ay tumagos sa nucleus ng carbon atom 6 12 C at bumubuo ng hindi matatag na nucleus ng nitrogen isotope 7 13 N na may γ-quantum radiation:
6 12 С + 1 1 p → 7 13 N + γ.
Sa kalahating buhay na 14 minuto, ang pagbabagong 1 1 p→ 0 1 n + +1 0 e + 0 0 ν e ay nangyayari sa 7 13 N nucleus at ang nucleus ng 6 13 C isotope ay nabuo:
7 13 N → 6 13 С + +1 0 e + 0 0 ν e.
humigit-kumulang bawat 32 milyong taon, ang 7 14 N nucleus ay kumukuha ng isang proton at nagiging isang oxygen nucleus 8 15 O:
7 14 N+ 1 1 p→ 8 15 O + γ.
Ang hindi matatag na 8 15 O nucleus na may kalahating buhay na 3 minuto ay naglalabas ng positron at neutrino at nagiging 7 15 N nucleus:
8 15 О→ 7 15 N+ +1 0 e+ 0 0 ν e.
Ang cycle ay nagtatapos sa reaksyon ng pagsipsip ng isang proton ng 7 15 N nucleus kasama ang pagkabulok nito sa isang carbon 6 12 С nucleus at isang α-particle. Nangyayari ito pagkatapos ng halos 100 libong taon:
7 15 N+ 1 1 p → 6 12 С + 2 4 Siya.
Magsisimula muli ang isang bagong cycle sa pagsipsip ng 6 12 C proton ng carbon, na lumalabas sa average pagkatapos ng 13 milyong taon. Ang mga indibidwal na reaksyon ng cycle ay pinaghihiwalay sa oras sa pamamagitan ng mga agwat na ipinagbabawal na malaki sa mga antas ng oras sa mundo. Gayunpaman, ang cycle ay sarado at patuloy na nangyayari. Samakatuwid, ang iba't ibang mga reaksyon ng cycle ay nangyayari sa Araw nang sabay-sabay, simula sa iba't ibang oras.
Bilang resulta ng cycle na ito, apat na proton ang sumanib sa isang helium nucleus na may hitsura ng dalawang positron at γ-radiation. Dito dapat idagdag ang radiation na nagmumula sa pagsasanib ng mga positron sa mga electron ng plasma. Ang pagbuo ng isang helium gamma atom ay naglalabas ng 700 libong kWh ng enerhiya. Ang halaga ng enerhiya na ito ay nagbabayad para sa pagkawala ng solar energy para sa radiation. Ipinapakita ng mga kalkulasyon na ang dami ng hydrogen na makukuha sa Araw ay magiging sapat upang suportahan ang mga thermonuclear reaction at solar radiation sa loob ng bilyun-bilyong taon.
Pagsasakatuparan ng mga reaksiyong thermonuclear sa mga kondisyong panlupa
Ang pagpapatupad ng mga thermonuclear na reaksyon sa mga kondisyon ng terrestrial ay lilikha ng malalaking pagkakataon para sa pagkuha ng enerhiya. Halimbawa, kapag ginagamit ang deuterium na nakapaloob sa isang litro ng tubig, ang parehong dami ng enerhiya ay ilalabas sa isang fusion reaction gaya ng ilalabas kapag nagsusunog ng humigit-kumulang 350 litro ng gasolina. Ngunit kung ang reaksyon ng thermonuclear ay kusang nagpapatuloy, kung gayon ang isang napakalaking pagsabog ay magaganap, dahil ang enerhiya na inilabas sa kasong ito ay napakalaki.
Ang mga kondisyon na malapit sa mga natanto sa bituka ng Araw ay natanto sa isang bomba ng hydrogen. Mayroong self-sustaining thermonuclear reaction na may likas na paputok. Ang paputok ay pinaghalong deuterium 1 2 D na may tritium 1 3 T. Ang mataas na temperatura na kailangan para magpatuloy ang reaksyon ay nakukuha sa pamamagitan ng pagsabog ng isang nakasanayang bombang atomika na inilagay sa loob ng isang thermonuclear.
Ang mga pangunahing problema na nauugnay sa pagpapatupad ng mga reaksiyong thermonuclear
Sa isang fusion reactor, ang reaksyon ng pagsasanib ay dapat na mabagal, at dapat itong makontrol. Ang pag-aaral ng mga reaksyon na nagaganap sa mataas na temperatura ng deuterium plasma ay ang teoretikal na batayan para sa pagkuha ng mga artipisyal na kinokontrol na thermonuclear na reaksyon. Ang pangunahing kahirapan ay ang pagpapanatili ng mga kundisyon na kinakailangan upang makakuha ng self-sustaining thermonuclear reaction. Para sa gayong reaksyon, kinakailangan na ang rate ng paglabas ng enerhiya sa system kung saan nangyayari ang reaksyon ay hindi bababa sa rate ng pag-alis ng enerhiya mula sa system. Sa mga temperatura ng pagkakasunud-sunod ng 10 8 K, ang mga thermonuclear na reaksyon sa isang deuterium plasma ay may kapansin-pansing intensity at sinamahan ng pagpapalabas ng malaking enerhiya. Sa isang yunit ng dami ng plasma, kapag pinagsama ang deuterium nuclei, ang kapangyarihan na 3 kW/m 3 ay inilalabas. Sa mga temperatura ng pagkakasunud-sunod ng 10 6 K, ang kapangyarihan ay 10 -17 W/m 3 lamang.
