+
Ala

Maailman suurin fuusioreaktori valjastaa auringon voiman

Maailman suurin fuusioreaktori valjastaa auringon voiman

Maailman suurin Tokamak-reaktori [Kuvan lähde: ITER]

Ihmisen kehitys ja säännöllinen päivittäinen toiminnallisuus riippuvat suurelta osin sähkön jatkuvasta saatavuudesta. Lähes jokainen uusi ja vanha tekniikka on vahvasti riippuvainen jatkuvasta energiansaannista. Sellaisena ihmisillä on valtava verotuksellinen kysyntä lisää voimaa, voimaa, joka kerääntyy usein vähemmän kuin toivottavin keinoin. Olivatpa sitten fossiilisten polttoaineiden polttaminen tai vesivoimalat, kaikki nykyiset sähköntuottajat verottavat ympäristöä jossain määrin. Entä jos voisit poistaa kaikki nykyisen sähköntuotannon haitalliset vaikutukset generaattorilla, joka pystyy tuottamaan miljoona kertaa enemmän energiaa kuin mikään kemiallinen reaktio, ja käyttää sitä käytännössä rajoittamattoman tehon hyödyntämiseen?

Vaikuttaa insinöörifantasialta, mutta vastaus nousee suoraan yläpuolelle. Fuusioenergia, energia, joka ohjaa aurinkoa ja kaikkia muita tähtiä Komojen poikki. Se on kahden hiukkasen fuusiointi, mikä vapauttaa valtavan määrän energiaa olennaisesti rajoittamattomiin päihin. Vety, maapallon ja maailmankaikkeuden yleisimpiä alkuaineita, käsittää polttoaineen. Fuusioenergian hyödyntäminen antaisi käytännössä rajattoman tehon ilman hiilipäästöjä eikä ympäristöön aiheutuisi haitallisia sivuvaikutuksia.

Varhain 1900-luvulla se tunnustettiin suurelta osin tehokkaimmaksi keinoksi hankkia energiaa. Tutkijat olivat kuitenkin uskomattoman naiiveja, olettaen, että fuusiogeneraattoreiden sähkön tuottaminen ja kerääminen olisi helppoa. 1930-luvulla fyysikot tekivät jo ensimmäisiä kokeita fuusion tuottamiseen. Vasta vuonna 1968 saavutettiin kuitenkin merkittävä virstanpylväs kahden fuusioprosessin aloittamiseksi tarvittavasta kolmesta kriittisestä olosuhteesta kahden tuottamisessa.

Maailman ensimmäinen Tokamak-laite Venäläinen T1 Tokamak Moskovan Kurchatov-instituutissa. Vain 0,4 kuutiometriä plasmaa kertyvä laite on 2000 kertaa pienempi kuin maailman suurin kehitteillä oleva tokamak, ITER [Kuvan lähde: ITER]

Kokeessa käytetty laite suoritettiin atokamak- olennaisesti munkin muotoinen laite, joka käyttää voimakkaita magneettikenttiä pitämään plasmaa sisällä lämpötiloissa ylittää että Aurinko. Tokamakista tuli tärkeä osa lämpöydintutkimusta, ja sitä käytetään tähän päivään saakka kannattavan fuusioreaktorin tuotannon kehittämiseen.

Tokamakki toimii pumppaamalla kaasua tyhjiökammioon. Sitten sähkö pumpataan keskuksen (donitsin reiän) läpi. Kaasu kerää suuren varauksen ja alkaa lämmetä, mutta sitä rajoittavat voimakkaat magneettikentät, jotka syntyvät laitteen ympärillä olevista massiivisista magneettikäämeistä.

Esteitä ei ole vielä saavutettu

Vaikka ryhmä kehitti menetelmän kahden fuusioreaktorin luomisen ehdon täyttämiseksi, toiminnallisen mallin kehittäminen osoittautui vaikeuksitta. Vasta 1991 saavutettiin ensimmäinen hallittu fuusiovoiman vapautuminen. Generaattori vaati kuitenkin monta kertaa enemmän tehonsyöttöä kuin mitä tuotettiin, ilmeisen huono keino ja kannaton tapa tuottaa sähköä.

Fuusioenergia

Fuusioreaktion aloittamiseksi on täytettävä kolme ehtoa, mukaan lukien: uskomattoman korkeat lämpötilat (suurenergisten törmäysten stimuloimiseksi); riittävä plasman hiukkastiheys (jotta törmäysten todennäköisyys on suurempi); ja riittävä aika, jonka aikana plasma on rajoitettava (pitämään plasmaa, jolla on taipumusta laajentua, määrätyssä tilavuudessa).

Vasta kun kaikki kolme komponenttia on tyytyväinen, fuusioprosessi aloitetaan.

Täysin päinvastainen fissioreaktioon nähden, jossa tarvitaan ja poistetaan erittäin radioaktiivista ainetta, fuusio valvoo yhteen sulautuvia hiukkasia, joista vapautuu valtava määrä energiaa lämmön muodossa, vain polttoaineena vetyä ja tuottaa melkein mitään radioaktiivista jätettä

Reaktorit käyttävät kahta vetyä, deuteriumia ja tritiumia sisältäviä radioaktiivisia isotooppeja sulautumaan yhteen ja muodostamaan heliumia, kun yksi voimakkaasti jännitteinen neutroni työntyy ulos, mikä sitten nopeutuu seuraavan reaktion aloittamiseksi. Tässä menetelmässä voidaan luoda silmukointimekanismi itsestään puristavan laitteen käynnistämiseksi.

Fuusioprosessi [Kuvan lähde: Wikipedia]

Suurin ongelma elinkelpoisen fuusioreaktorin luomisessa on sellaisen laitteen kehittäminen, joka kykenee ylläpitämään plasmojen valtavaa painetta ja lämpötiloja, jotka lähestyvät 100 miljoonaa astetta - 6 kertaa kuumempi kuin maapallon ydin. Vaikka tutkijat ovat saavuttaneet lämpötilat tokamakilla, joka ylittää hieman alle 50 miljoonaa celsiusastetta, koe kesti vain 102 sekuntiaennen kuin plasma romahti takaisin stabiiliin muotoonsa. Tähän asti kestävien olosuhteiden luominen toiminnallisen fuusioreaktion tuottamiseksi ja ylläpitämiseksi on pysynyt täysin vaikeana.

Sähköntuotannon saavuttamiseksi fuusiotutkijoiden on täytettävä plasman energianmurtopaikka - piste, jossa fuusiolaitteen plasmat poistuvat vähintään samalla energiamäärällä kuin mitä prosessin aloittamiseen käytetään. Tästä päivästä vielä ei ole vielä saavutettu. Kuitenkin nykyinen ennätys energian päästöistä pystyi tuottamaan70 prosenttiaottotehosta. Ennätys on edelleen JET: n hallussa.

Nyt kuitenkin melkein 60 vuotta Fuusioenergian tutkimuksen ja kehityksen insinöörit ja tutkijat ovat valmistelemassa maailman suurimman tokamak-reaktorin loppuvaiheita aloittaakseen ja ylläpitääkseen sanan ensimmäisen ydinfissiogeneraattorin positiivisella energiantuotannolla. Projekti on kansainvälinen yhteistyö, jonka tarkoituksena on tuottaa kokeellinen fuusioreaktori, jonka sanotaan olevan itsensä ylläpitävä - hyödyntämällä lähinnä pienen tähden voimaa. ITERiksi katsottu projekti on parhaillaan käynnissä.

Mikä on ITER

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) on kansojen kansainvälinen yhteistyö pyrittäessä luomaan maailman ensimmäinen itsensä ylläpitävä lämpöydinreaktori, joka ylittää kannattavuusrajan. Generaattoria kehitetään parhaillaan ja se lupaa vallankumouksen sähköntuotannossa 2000-luvulla. Jos se toimii suunnitellusti, se tuottaa 500 MW: n lähtötehoa ja kuluttaa vain 50 MW: n panosta ja kirjoittaa uuden historian luvun sukupolvena, joka keräsi tähtien voiman.

Jatkuu etäisyydellä 42 hehtaaria, laitos työllistää yli 5,000 ihmisiä ruuhka-aikoina. Se on suurin rakennettu tokamak-reaktori, joka mittaa kahdeksan kertaa seuraavaksi suurimman tokamakin tilavuuden.

Kuinka se toimii?

Hirvittävä laite on maailman suurin tokamak, jonka plasmasäde (R) on 6,2 m ja plasmatilavuus 840 m³. Reaktorin sydämessä on massiiviset magneettikäämit, jotka on kääritty tokamakin ympärille, mikä on olennainen osa lähestyvien lämpötilojen rajoittamisessa.150 miljoonaa astetta C. Kuten kaikki muut tokamakit, massiivinen alus lataa valtavien magneettikenttien sisältämän kaasumaisen polttoaineen. Ylimääräisten sähkömäärien käyttäminen pakottaa kaasun hajoamaan ja ionisoitumaan, kun elektronit irrotetaan ytimistä. Plasmat muodostuvat sitten.

Plasman hiukkaset jatkavat virtaa, kun ne törmäävät jatkuvasti kasvavilla väleillä ja voimakkuuksilla. Lisälämmitysmenetelmät edistävät plasman lämpötilaa, kunnes fuusiolämpötilat saavutetaan 150-300 miljoonaa ° C. Erittäin jännitteiset hiukkaset pystyvät voittamaan luonnollisen sähkömagneettisen karkotuksen, jolloin hiukkaset voivat törmätä ja sulake, vapauttaa valtavia määriä energiaa.

Mitä se tekee?

Ensimmäinen virstanpylväs on toimivan, itse ylläpitävän lämpöydinreaktorin luominen, maailman ensimmäinen. Alkuperäisen kehityksen lisäksi ITER on asettanut muutaman tavoitteen.
1) Tuota 500 MW fuusiotehoa 400 s pulsseille
ITERin näkemys on tuottaa 500 MW tehoa, mikä on 10-kertainen lisäys tehonsyöttöönsä. Tavoitteena on sitten ylläpitää plasmaa vähintään 400 sekunnin ajan.

2) Osoita fuusiovoimalaitosten integroitu toiminta
ITER lupaa ylittää kokeellisten fuusiolaitteiden ja toiminnallisen generaattorin välisen kuilun, mikä osoittaa fuusiovoimalaitosten tulevaisuuden mahdollisuudet. Massiivisella laitteella tutkijat voivat silti tutkia plasmoja samankaltaisissa olosuhteissa, joita odotetaan tulevissa fuusiovoimaloissa.

3) Saavuta deuterium-tritium-plasma, jossa reaktio jatkuu sisäisellä lämmityksellä
Ihannetapauksessa, kun laite on kytketty päälle, tutkijat ovat varmoja, että kone pysyy itsensä ylläpitävänä, ja ainoa tehonsyöttö käytetään massiivisten sähkömagneettien virtalähteeseen.

4) Testaa tritiumin jalostus
Tritium, vedyn radioaktiivinen isotooppi, voi olla kriittinen komponentti tulevien voimalaitosten kehittämisessä. Kun tarjonta on laskussa ja kysyntä on jo nyt lyhyt, ensimmäisten generaattoreiden on kuitenkin osoitettava tritiumin valmistuskelpoisuus muiden reaktorien ylläpitämiseksi.

5) Osoita fuusiolaitteen turvallisuusominaisuudet
Vuonna 2012 ITER sai toimiluvan Ranskan ydinvoimaoperaattoriksi ja tuli ensimmäiseksi maailmassa, joka on läpäissyt runsaasti turvallisuuteen liittyviä tutkimuksia. Yksi ITER: n ensisijaisista tavoitteista on osoittaa plasman ja fuusioreaktiot aiheuttavat merkityksettömiä seurauksia ympäristölle.

Fuusion tulevaisuus / on

Ihmisten edetessä 2000-luvulle painotetaan kestävän, ympäristöystävällisen luomista. Menestyneiden ydinreaktoritestien myötä fuusiontuotannossa tehdään yhä yleisempiä virstanpylväitä, on ilmeistä, että ehkä jonain päivänä maailma luottaa jälleen kerran tähtien voimaan, lukuun ottamatta tätä kertaa, omasta tahdostamme. Tällaisten reaktoreiden eteneminen ja kehittäminen ovat edelleen lupaavia. On vain ajan kysymys, ennen kuin toiminnallisten tilojen laaja integraatio kehitetään. Ilman mahdollisuutta ydinaseiden sulamiseen, lähes olemattomaan radioaktiiviseen jätteeseen ja käytännöllisesti katsoen rajoittamaton energian saanti tarjoaa toivottavan tulevaisuuden, jossa ihmiset vähentävät merkittävästi maapalloon tällä hetkellä painuvaa jalanjälkeä.

KATSO MYÖS: MIT tekee merkittävän läpimurron ydinfuusiossa

Kirjoittanut Maverick Baker


Katso video: Kokemuksia Savon Voima, aurinkosähkö. Olli Tuovinen (Tammikuu 2021).