Puas yog lub zog thermonuclear muaj lub neej yav tom ntej?

2024 Tus sau: Seth Attwood | [email protected]. Kawg hloov kho: 2023-12-16 16:06

Tau ntau tshaj li ib nrab xyoo pua, cov kws tshawb fawb tau sim tsim lub tshuab hauv ntiaj teb, uas, zoo li hauv lub plab ntawm cov hnub qub, cov tshuaj tiv thaiv thermonuclear tshwm sim. Cov thev naus laus zis ntawm kev tswj hwm thermonuclear fusion cog lus rau tib neeg lub cev yuav luag tsis muaj zog ntawm lub zog huv. Cov kws tshawb fawb Soviet tau nyob ntawm lub hauv paus ntawm cov thev naus laus zis no - thiab tam sim no Russia tab tom pab tsim lub fusion reactor loj tshaj plaws hauv ntiaj teb.

Qhov chaw ntawm lub nucleus ntawm ib lub atom yog tuav ua ke los ntawm lub zog colossal. Muaj ob txoj hauv kev tso tawm. Thawj txoj hauv kev yog siv lub zog fission ntawm loj hnyav nuclei los ntawm qhov kawg ntawm lub sij hawm lub rooj: uranium, plutonium. Nyob rau hauv tag nrho cov nuclear fais fab nroj tsuag nyob rau hauv lub ntiaj teb, lub hauv paus ntawm lub zog yog precisely qhov lwj ntawm hnyav nuclei.

Tab sis kuj tseem muaj txoj hauv kev thib ob los tso tawm lub zog ntawm lub atom: tsis txhob faib, tab sis, ntawm qhov tsis sib xws, kom sib xyaw cov nuclei. Thaum sib koom ua ke, qee qhov ntawm lawv tso tawm ntau lub zog ntau dua li fissile uranium nuclei. Qhov sib zog ntawm lub nucleus, lub zog ntau dua yuav raug tso tawm thaum lub sijhawm fusion (raws li lawv hais, fusion), yog li txoj hauv kev zoo tshaj plaws kom tau txais lub zog ntawm nuclear fusion yog yuam kom lub nuclei ntawm lub teeb tshaj plaws - hydrogen - thiab nws cov isotopes sib koom ua ke..

Tes hnub qub: khoom pros

Nuclear fusion tau pom nyob rau xyoo 1930 los ntawm kev kawm txog cov txheej txheem uas tshwm sim hauv cov hnub qub sab hauv. Nws tau muab tawm tias cov tshuaj tiv thaiv nuclear fusion tshwm sim hauv txhua lub hnub, thiab lub teeb thiab kub yog nws cov khoom. Sai li qhov no tau pom meej meej, cov kws tshawb fawb tau xav txog yuav ua li cas rov hais dua qhov tshwm sim hauv lub plab ntawm lub hnub hauv ntiaj teb. Piv rau txhua qhov chaw paub lub zog, "tes hnub" muaj ntau qhov txiaj ntsig tsis txaus ntseeg.

Ua ntej, cov hydrogen zoo tib yam ua nws cov roj, cov reserves ntawm lub ntiaj teb yuav kav mus txog ntau txhiab xyoo. Txawm hais tias noj mus rau hauv tus account qhov tseeb tias cov tshuaj tiv thaiv yuav tsum tsis yog cov isotope feem ntau, deuterium, ib khob dej txaus los muab lub nroog me me nrog hluav taws xob rau ib lub lis piam. Qhov thib ob, tsis zoo li cov combustion ntawm hydrocarbons, cov tshuaj tiv thaiv nuclear fusion tsis tsim cov khoom muaj kuab lom - tsuas yog cov pa roj helium.

Pros ntawm fusion zog

Yuav luag unlimited roj khoom. Hauv fusion reactor, hydrogen isotopes - deuterium thiab tritium - ua haujlwm li roj; Koj tuaj yeem siv cov isotope helium-3. Muaj ntau deuterium hauv dej hiav txwv - nws tuaj yeem tau txais los ntawm cov pa electrolysis, thiab nws cov peev txheej hauv ntiaj teb dej hiav txwv yuav kav ntev txog 300 lab xyoo ntawm qhov kev thov tam sim no ntawm noob neej rau lub zog.

Muaj tsawg tsawg tritium nyob rau hauv cov xwm, nws yog tsim nyob rau hauv cov khoom siv hluav taws xob hauv nuclear reactors - tab sis tsawg heev yog xav tau rau cov tshuaj tiv thaiv thermonuclear. Yuav luag tsis muaj helium-3 nyob rau hauv lub ntiaj teb, tab sis muaj ntau nyob rau hauv lub lunar av. Yog tias muaj ib hnub peb muaj lub zog thermonuclear, tej zaum nws yuav ya mus rau lub hli rau roj rau nws.

Tsis muaj kev tawg. Nws yuav siv ntau lub zog los tsim thiab tswj cov tshuaj tiv thaiv thermonuclear. Thaum cov khoom siv hluav taws xob nres, cov tshuaj tiv thaiv nres, thiab cov plasma rhuab mus rau ntau pua lab tus degrees yuav tsis muaj nyob. Yog li ntawd, lub fusion reactor yog qhov nyuaj rau qhib dua li tua.

Tsawg hluav taws xob. Cov tshuaj tiv thaiv thermonuclear ua rau cov dej ntws ntawm cov neutrons uas tawm los ntawm cov cuab yeej sib nqus thiab tso rau ntawm phab ntsa ntawm lub tshuab nqus tsev, ua rau nws cov xov tooj cua. Los ntawm kev tsim ib qho tshwj xeeb "pam" (pam) nyob ib ncig ntawm lub plasma perimeter, decelerating neutrons, nws muaj peev xwm tiv thaiv tag nrho cov chaw nyob ib ncig ntawm lub reactor. Daim pam nws tus kheej inevitably dhau los ua cov xov tooj cua dhau sijhawm, tab sis tsis ntev. Cia nws so rau 20-30 xyoo, koj tuaj yeem tau txais cov khoom siv nrog lub ntuj tsim hluav taws xob.

Tsis muaj roj to. Muaj ib txwm muaj kev pheej hmoo ntawm cov roj to, tab sis lub fusion reactor xav tau cov roj me me uas txawm tias tag nrho cov xau tsis cuam tshuam rau ib puag ncig. Launching ITER, piv txwv li, yuav xav tau tsuas yog li 3 kg ntawm tritium thiab me ntsis ntxiv deuterium. Txawm tias nyob rau hauv qhov xwm txheej phem tshaj plaws, cov xov tooj cua ntawm cov isotopes no yuav sai sai sai hauv dej thiab huab cua thiab tsis muaj kev phom sij rau leej twg.

Tsis muaj riam phom. Lub thermonuclear reactor tsis tsim cov tshuaj uas tuaj yeem siv los ua riam phom atomic. Yog li ntawd, tsis muaj kev phom sij uas kev sib kis ntawm lub zog thermonuclear yuav ua rau muaj kev sib tw nuclear.

Yuav ua li cas rau lub teeb "artificial sun", nyob rau hauv feem ntau cov nqe lus, nws tau los ua tseeb nyob rau hauv lub tsib caug ntawm lub xyoo pua xeem. Ntawm ob sab ntawm dej hiav txwv, kev xam tau ua uas teeb tsa lub ntsiab ntawm kev tswj hwm cov tshuaj tiv thaiv nuclear fusion. Nws yuav tsum tshwm sim ntawm qhov kub thiab txias ntawm ntau pua lab tus degrees: nyob rau hauv cov xwm txheej zoo li no, electrons raug rho tawm ntawm lawv cov nuclei. Yog li ntawd, cov tshuaj tiv thaiv no tseem hu ua thermonuclear fusion. Ntshiab nuclei, sib tsoo nrog ib leeg ntawm breakneck speeds, kov yeej lub Coulomb repulsion thiab merge.

Teeb meem thiab kev daws teeb meem

Qhov kev txaus siab ntawm thawj xyoo caum tau poob rau hauv txoj haujlwm nyuaj heev. Launching thermonuclear fusion ua tau yooj yim heev - yog tias ua tiav hauv daim ntawv ntawm kev tawg. Pacific atolls thiab Soviet qhov chaw sim hauv Semipalatinsk thiab Novaya Zemlya tau ntsib lub zog tag nrho ntawm cov tshuaj tiv thaiv thermonuclear twb nyob rau thawj xyoo tom qab tsov rog.

Tab sis kev siv lub hwj chim no, tshwj tsis yog kev puas tsuaj, yog qhov nyuaj dua li detonating tus nqi thermonuclear. Txhawm rau siv lub zog thermonuclear los tsim hluav taws xob, cov tshuaj tiv thaiv yuav tsum tau ua raws li kev tswj hwm kom lub zog tawm hauv qhov me me.

Yuav ua li cas? Ib puag ncig uas muaj cov tshuaj tiv thaiv thermonuclear tshwm sim yog hu ua plasma. Nws zoo ib yam li cov pa roj, tsuas yog tsis zoo li cov pa ib txwm muaj nws muaj cov khoom siv. Thiab tus cwj pwm ntawm cov khoom siv hluav taws xob tuaj yeem tswj tau siv hluav taws xob thiab hlau nplaum.

Yog li ntawd, nyob rau hauv nws daim ntawv feem ntau, ib tug thermonuclear reactor yog ib tug plasma clot nyob rau hauv conductors thiab hlau nplaum. Lawv tiv thaiv cov ntshav los ntawm kev khiav tawm, thiab thaum lawv ua qhov no, atomic nuclei sib koom ua ke hauv cov ntshav, vim tias lub zog tawm. Lub zog no yuav tsum tau muab tshem tawm ntawm lub reactor, siv los ua kom sov lub coolant - thiab hluav taws xob yuav tsum tau.

Ntxig thiab xau

Plasma tau dhau los ua cov tshuaj capricious tshaj plaws uas tib neeg hauv ntiaj teb yuav tsum tau ntsib. Txhua zaus cov kws tshawb fawb pom ib txoj hauv kev los thaiv ib hom ntshav plasma, ib qho tshiab tau pom. Tag nrho ib nrab ntawm lub xyoo pua 20th tau siv rau kev kawm khaws cov ntshav hauv lub reactor rau txhua lub sijhawm tseem ceeb. Qhov teeb meem no pib tawm los tsuas yog nyob rau hauv peb lub sij hawm, thaum muaj hwj chim computers tshwm sim uas ua rau nws muaj peev xwm tsim lej qauv ntawm plasma cwj pwm.

Tseem tsis tau muaj kev pom zoo raws li txoj kev twg yog qhov zoo tshaj plaws rau kev kaw ntshav ntshav. Tus qauv nto moo tshaj plaws, lub tokamak, yog lub tshuab nqus tsev zoo li lub tshuab nqus tsev (raws li cov lej hais, lub torus) nrog cov plasma ntxiab sab hauv thiab sab nraud. Qhov kev teeb tsa no yuav muaj qhov loj tshaj plaws thiab kim tshaj plaws thermonuclear installation nyob rau hauv lub ntiaj teb no - lub ITER reactor tam sim no nyob rau hauv kev tsim kho nyob rau hauv sab qab teb ntawm Fabkis.

Ntxiv nrog rau tokamak, muaj ntau qhov kev teeb tsa ntawm cov thermonuclear reactors: kheej kheej, xws li nyob rau hauv St. Petersburg Globus-M, bizarrely curved stellarators (zoo li Wendelstein 7-X ntawm Max Planck lub koom haum ntawm Nuclear Physics hauv lub teb chaws Yelemees), laser inertial ntxiab, xws li American NIF. Lawv tau txais kev tshaj tawm tsawg dua li ITER, tab sis lawv kuj muaj kev cia siab siab.

Muaj cov kws tshawb fawb uas xav txog kev tsim cov stellarator kom muaj kev vam meej ntau dua li tokamak: nws yog pheej yig dua los tsim, thiab lub sijhawm plasma confinement cog lus tias yuav muab ntau ntxiv. Qhov nce hauv lub zog yog muab los ntawm geometry ntawm lub plasma ntxiab nws tus kheej, uas tso cai rau ib tug kom tshem tau cov kab mob parasitic los thiab xau inherent hauv "donut". Lub laser pumped version kuj muaj nws qhov zoo.

Cov roj hydrogen nyob rau hauv lawv yog rhuab mus rau qhov kub thiab txias los ntawm laser pulses, thiab cov tshuaj tiv thaiv fusion pib yuav luag tam sim ntawd. Plasma nyob rau hauv xws li installation yog tuav los ntawm inertia thiab tsis muaj sij hawm los tawg - txhua yam tshwm sim sai heev.

Tag nrho lub ntiaj teb no

Tag nrho cov thermonuclear reactors uas muaj nyob hauv lub ntiaj teb niaj hnub no yog cov tshuab sim. Tsis muaj leej twg siv los tsim hluav taws xob. Tsis muaj leej twg tseem tsis tau ua tiav hauv kev ua tiav cov txheej txheem tseem ceeb rau cov tshuaj tiv thaiv thermonuclear (Lawson tus qauv): kom tau txais lub zog ntau dua li tau siv los tsim cov tshuaj tiv thaiv. Yog li ntawd, lub ntiaj teb cov zej zog tau tsom mus rau qhov loj loj ITER project. Yog tias qhov kev ntsuas Lawson tau ua tiav ntawm ITER, nws yuav muaj peev xwm ua kom zoo dua cov thev naus laus zis thiab sim hloov mus rau kev lag luam rail.

Tsis muaj lub teb chaws hauv ntiaj teb tuaj yeem tsim ITER ib leeg. Nws xav tau 100 txhiab km ntawm superconducting xov hlau ib leeg, thiab tseem muaj kaum ob ntawm cov hlau nplaum superconducting thiab lub hauv paus loj heev solenoid rau tuav cov ntshav, lub kaw lus tsim lub tshuab nqus tsev siab hauv lub nplhaib, helium coolers rau hlau nplaum, controllers, electronics … Yog li ntawd, qhov project yog tsim 35 lub teb chaws thiab ntau dua ib zaug ntau txhiab lub koom haum tshawb fawb thiab cov chaw tsim khoom.

Russia yog ib lub teb chaws tseem ceeb koom nrog hauv txoj haujlwm; nyob rau hauv Russia 25 technologies systems ntawm lub neej yav tom ntej reactor yog tsim thiab tsim. Cov no yog cov superconductors, cov tshuab ntsuas cov ntsuas ntshav tsis zoo, cov tswj tsis siv neeg thiab cov khoom siv ntawm lub divertor, qhov kub tshaj plaws ntawm sab hauv phab ntsa ntawm tokamak.

Tom qab tso tawm ntawm ITER, cov kws tshawb fawb Lavxias yuav nkag mus rau tag nrho nws cov ntaub ntawv sim. Txawm li cas los xij, lub suab nrov ntawm ITER yuav hnov tsis yog hauv kev tshawb fawb xwb: tam sim no hauv qee thaj tsam tau tshwm sim cov chaw tsim khoom, uas nyob rau hauv Russia tsis muaj ua ntej. Piv txwv li, ua ntej pib qhov project, tsis muaj kev lag luam ntawm cov khoom siv superconducting hauv peb lub teb chaws, thiab tsuas yog 15 tons hauv ib xyoos tau tsim tawm thoob plaws ntiaj teb. Tam sim no, tsuas yog nyob rau ntawm Chepetsk Mechanical Plant ntawm lub xeev lub koom haum "Rosatom" nws muaj peev xwm tsim tau 60 tons ib xyoo.

Lub neej yav tom ntej ntawm lub zog thiab dhau mus

Thawj plasma ntawm ITER tau npaj kom tau txais hauv 2025. Tag nrho lub ntiaj teb tab tom tos txog qhov xwm txheej no. Tab sis ib qho, txawm tias lub zog tshaj plaws, tshuab tsis yog txhua yam. Thoob plaws ntiaj teb thiab hauv Russia, lawv txuas ntxiv tsim cov thermonuclear reactors tshiab, uas yuav pab kom nkag siab txog tus cwj pwm ntawm plasma thiab nrhiav txoj hauv kev zoo tshaj plaws los siv.

Twb tau nyob rau thaum xaus ntawm 2020, lub koom haum Kurchatov yuav tshaj tawm ib tug tshiab tokamak T-15MD, uas yuav los ua ib feem ntawm ib tug hybrid installation nrog nuclear thiab thermonuclear ntsiab. Cov neutrons, uas yog tsim nyob rau hauv lub thermonuclear tshuaj tiv thaiv cheeb tsam, nyob rau hauv lub hybrid installation yuav siv los pib lub fission ntawm hnyav nuclei - uranium thiab thorium. Nyob rau hauv lub neej yav tom ntej, xws li hybrid tshuab yuav siv tau los tsim roj rau cov pa nuclear reactors - ob qho tib si thermal thiab ceev neutrons.

Txoj kev cawm seej

Tshwj xeeb yog kev ntxias yog lub zeem muag ntawm kev siv lub thermonuclear "nucleus" ua qhov chaw ntawm cov neutrons los pib lwj hauv thorium nuclei. Muaj ntau thorium nyob rau hauv lub ntiaj teb tshaj li uranium, thiab nws siv raws li ib tug nuclear roj daws ob peb teeb meem ntawm niaj hnub nuclear zog ib zaug.

Yog li, cov khoom lwj ntawm thorium tsis tuaj yeem siv los tsim cov khoom siv hluav taws xob ua tub rog. Qhov muaj peev xwm ntawm kev siv li no ua rau muaj kev nom kev tswv uas ua rau cov teb chaws me me los ntawm kev tsim lawv tus kheej lub zog nuclear. Thorium roj daws qhov teeb meem no ib zaug thiab rau tag nrho.

Plasma ntxiab tuaj yeem pab tsis tau tsuas yog nyob rau hauv lub zog, tab sis kuj nyob rau hauv lwm yam kev lag luam kev thaj yeeb - txawm nyob rau hauv qhov chaw. Tam sim no Rosatom thiab lub koom haum Kurchatov tab tom ua haujlwm ntawm cov khoom siv rau lub tshuab hluav taws xob electrodeless plasma foob pob hluav taws rau lub dav hlau thiab cov tshuab rau kev hloov kho cov ntaub ntawv plasma. Russia txoj kev koom tes hauv ITER project txhawb kev lag luam, uas ua rau kev tsim cov kev lag luam tshiab, uas twb tau tsim lub hauv paus rau kev tsim kho tshiab hauv Lavxias.