ما هو توكاماك؟ فقط عن مفاعل الاندماج

هل يمكنك أن تتخيل عالماً لاهل تحتاج إلى مصادر طاقة إضافية؟ عالم لن تضطر فيه إلى التفكير في كيفية توفير الطاقة. سيكون ، إن لم يكن مجانيًا ، ثم رخيصًا جدًا. تخيل الآن الشمس ، التي تنتج كل ثانية الكثير من الطاقة التي لم تستهلكها البشرية في تاريخها بالكامل ولن تستهلكها لفترة طويلة. كيف يمكننا إدراك تلقي طاقة الشمس على كوكبنا؟ اتضح أنه لأكثر من 60 عامًا كانت هناك تقنيات يمكنها تزويدنا بمصادر طاقة لا تنضب تقريبًا مقابل الحد الأدنى من المال واستخدام الوقود المجاني تقريبًا. سؤال معقول: لماذا لا ننتهز هذه الفرصة؟

داخل هذه القاعة ، ترتفع درجة الحرارة إلى عدة ملايين من درجات مئوية.

المحتوى

• 1 ما هو توكاماك
• 2 من اخترع التوكاماك
• 3 كيف يعمل توكاماك
• 4 أكبر مفاعل اندماج
• 5 هل تفاعل الانصهار آمن
• 6 لماذا لا يتم الحصول على الطاقة من الاندماج

ما هو توكاماك

كلمة "توكاماك" لا تعني أي شيء - ذلكمجرد اختصار أصبح فيما بعد كلمة كاملة. يتم استخدامه ليس فقط في روسيا ولكن أيضًا في الخارج ، حيث أنه في بلدنا تم اختراع هذا الشيء وكان معنا هم الذين طوروا بنشاط لفترة طويلة.

Tokamak - ثمدماغي كاقياس ق أماهقبيح لذرات. هذا كل شئ.

جوهر توكاماك هو خلقالمجال المغناطيسي الذي يحدث فيه تفاعل الاندماج النووي الحراري. نظرًا لأن درجة حرارة مثل هذا التفاعل ليست عالية فحسب ، ولكنها باهظة حرفيًا (عدة ملايين من درجات مئوية) ، لا يمكن إجراؤها ببساطة داخل نوع ما من الغرفة - ستذوب قبل وقت طويل من الوصول إلى درجة حرارة العمل.

يتم تحقيق درجة الحرارة هذه بسبب حقيقة ذلكداخل توكاماك ، تكون المادة في حالة التجميع الرابعة ، والتي تتحقق في درجات الحرارة المرتفعة. تسمى هذه الحالة بالبلازما.

الذي اخترع tokamak

أول من اقترح استخدام الانصهارالتوليف ، بما في ذلك للأغراض الصناعية ، كان الفيزيائي السوفياتي O.A. Lavrentiev. قام بذلك في عمله عام 1950. كان من خلال عمله بدأت دراسة طرق استخدام الانصهار النووي الحراري.

يا Lavrentiev هو أيضا والد القنبلة الهيدروجينية.

بعد عام ، قام فيزيائيون آخرون - م. ساخاروف وإي. طم - طور الفكرة وقال إنه يجب دعم التفاعل النووي الحراري داخل غرفة حلقية مغلقة.


 ثور (تورويد) هو شكل ثلاثي الأبعاد ينتجعن تدوير الحلقة حول مركز الدوران.يمكن أن تكون الأمثلة التقريبية لـ torus هي كاميرا دونات أو كعكة أو دراجة تؤخذ من عجلة القيادة.

تم اقتراح مصطلح تسمية توكاماك من قبل طالب من كورتشاتوف الأكاديمي - I.N.ومع ذلك ، في نسخته كان من المقرر أن يكون "Tokamag" (غرفة مغناطيسية toroidal) ، ولكن في وقت لاحق بدأت في استخدام كلمة أكثر تعاطفا "Tokamak".

أ. د. ساخاروف وإي تام

تم بناء أول توكاماك نشط في عام 1954عام ، ولكن حتى عام 1968 كانت موجودة فقط في الاتحاد السوفياتي ، حيث يعتقد القليلون بوجود مثل هذه درجة الحرارة المرتفعة داخل الغرفة. فقط بعد ذلك في T-3 tokamak at the I.V. زار علماء بريطانيون كورتشاتوف وأكدت معداتهم وجود درجة حرارة تبلغ 11.6 مليون درجة مئوية ، مما أدى إلى نمو هائل في الشعبية والبحث في هذا الاتجاه في العالم.

لا يزال توكاماك يعتبر الطريقة الواعدة لتوليد الطاقة للانصهار النووي الحراري ودراسة البلازما كحالة إجمالية من المسألة.

على الأرض ، تم العثور على البلازما في بيئة طبيعية فقط في البرق والأضواء الشمالية ، في الفضاء تتكون منحرفيا كل شيء - النجوم، السديم، الفضاء بين النجوم.

كيف يعمل توكاماك

لإنشاء حقل مغناطيسي داخل توكاماك ، يتكون من أقسام داخل بكرات تترنح.لأنها تذهب على طول الكاميرا وخلقإنها منطقة عمل

تصميم توكاماك.


قبل بدء العمل، يتم ضخ tokamak غرفة وتملأ بدلا من ذلكوهي أساس تفاعل الانصهار النووي الحراري.

الديوتريوم هو نظير هيدروجين تتكون نواته من بروتون واحد ونيوترون واحد. تريتيوس هو نظير هيدروجين تتكون نواته من بروتون ونترونين.

ميزة استخدام هذين العنصرين هو أنها رخيصة جدا.الديوتريوم من السهل جدا الحصول عليها من الماء، والتي على كوكبنا هو أكثر من كافية، ويتم تصنيعها تريتوس حتى بطريقة أكثر تعقيدا قليلا، ولكن هذا أيضا ليست مشكلة كبيرة.

عندما تكون الكاميرا ممتلئة ، فإنها تخلق حقلًا كهربائيًا للدوامة يدعمالبلازما داخل الغرفة، وفي الوقت نفسه يدفئ، ليصل إلى نفس درجة الحرارة من عدة ملايين من الدرجات.

الآن الناس يعملون هنا، وقريبا سيكون 150 مليون درجة.

لأن الحقل والتدفئة يتم إنشاؤها عن طريق زيادة التيار في المقيّد، وأنه لا يمكنزيادة إلى أجل غير مسمى ، والوقت من البلازما في حالة مستقرة لا يتجاوزهذا هو السبب الرئيسي الذي لا يمكننا حتى الآن استخدام توكاماكي كمصدر للطاقة الصناعيةوهناك طرق لحل هذه المشكلة، بما في ذلك استخدام إشعاع الميكروويف، ولكن العمل حتى الآن في هذا الاتجاه لا يزال جاريا.

الاتصال من الجدران توكاماك مع neti البلازما حتى لا تذوب، لكنها لا تزال تجربةوبسبب هذا الجدران مصنوعة من البيريليوم ومقطعة إلى لوحات مربعة صغيرة. من الأسهل بالنسبة لهم أن يأخذوا الحرارة بعيداً

ومع ذلك ، يتم استخدام إشعاع الميكروويف بالفعل داخل توكاماك ، حيث أن المجال الكهرومغناطيسي فقط لا يكفي لتسخين البلازما إلى درجة الحرارة اللازمة للتفاعل النووي الحراري.

فيزياء الجسيمات العادية تخبرنا بوضوح أن النوى مع نفس الشحنة يتم صدها من قبل بعضها البعضولكن عندما تصل إلى درجات حرارة عالية للغاية ، فإنها تبدأ في العمل بشكل مختلف ، وتشكيل نواة الهيليوم بالإضافة إلى نيوترون واحد حر.وفي هذه اللحظة يتم إطلاق كمية هائلة من الطاقة.في ظل الظروف العادية ، يتم إنفاقه على تفاعل الذرات مع بعضها البعض.

لوكهيد مارتن براءة اختراع مفاعل الانصهار المدمجة

أكبر مفاعل نووي حراري

بالطبع ، يمكننا القول أن أكبرالمفاعل النووي الحراري هو الشمس ، لكن كل هذا مشروط ، هناك المزيد من النجوم. أكبر مفاعل نووي حراري على وجه الأرض هو "المفاعل الحراري النووي التجريبي الدولي" (ITER أو ITER). كان قيد الإنشاء في جنوب فرنسا منذ عام 2007 ، ومثله مثل مصادم الهادرون الكبير ، فهو مشروع دولي.

تم تحديد موعد استلام البلازما الأولى في عام 2020 ، وأول كهرباء في الشبكة - لعام 2027 ، ولكن لم تعد المواعيد النهائية مستوفية بسبب حقيقة أن المشروع يحتوي على العديد من المشاركين (كل بطريقته الخاصة يتباطأالمشروع) ولأن لا أحد قد فعلت ذلك من قبل.

من أجل وصف إمكانياته ، يكفي أن نقول أن داخله سيكونإنها 10 ملايين درجة مئويةومن المستحيل ببساطة تصور مثل هذه القيم.

الذي يبني TOKAmak ITER.

عندما يتم الانتهاء من ITER (وهو ما سنفعله بالتأكيدسنقول في قناة Telegram الإخبارية الخاصة بنا) ، ستصبح الدراسة الرئيسية للاندماج الحراري النووي لمزيد من الدراسة حول تفاعل الذرات هذا كمصدر محتمل للطاقة في المستقبل.

من بين الأرقام المثيرة للاهتمام لـ ITER ، يمكن للمرء أن يلاحظ الحجمتوكاماك ، الذي سيبلغ قطره 28 مترا وارتفاعه 28 مترا. تبلغ السعة التصميمية 0.5 جيجاواط (2.5 أكثر من أقوى السعة المتوفرة حاليًا). سيكون المجال المغناطيسي 10 تسلا (المجال المغناطيسي للأرض هو 0.00005 تسلا).

وتبلغ كلفة المشروع 15 مليار دولار فقط.53 مليار دولار، وحوالي 130 مليار دولار للتحضير لنهائيات كأس العالم 2022.

هو تفاعل الانصهار الحراري آمنة

الميزة الرئيسية لتفاعل الانصهار النووي الحراري الذي يمر داخل توكاماك هي سلامته.قد يتساءل المرء كيف يمكن أن يكون هذا ممكنا عندما تصل درجات الحرارة العالية مثل هذه درجات الحرارة العالية، ولكن ها هو حقا.

كل ذلك لأن كثافة البلازما أقل بمليون مرة من كثافة الغلاف الجوي.بسبب هذه الخصوصية من العمل ، والانفجار بسبب الضغط الداخلي هو ببساطة من المستحيل.وإذا بدأت درجة الحرارة في الانخفاض، فإن البلازما ستكون فقط، كما يقولونبالإضافة إلى ذلك ، يتم تغذية الوقود في جميع أنحاء رد الفعل ووقفه يكفي فقط لوقف إمداداتها.على سبيل المثال ، لا يمكن إيقاف تشغيل محطة الطاقة النووية بالفعل وقلت بالفعل لماذا.

والخطر الوحيد هو أن نظائر التريتيوم لا يوجد بها سوى القليل من النشاط الإشعاعي.ومع ذلك ، فإنه ليس مرتفعا بحيث تقلق حول هذا الموضوع.وهو أقل بكثير من وقود محطة الطاقة النووية.ما يقرب من 5 مليار سنة (أي أبدا تقريبا) ، وtritia -- فقط 12 عاما.ويتم استخدام الحد الأدنى من المبلغ.

ما مجموعه 80 غراما من الديوتريوم وخليط تريتيا في توكاماك تعطيبقدر الطاقة 1000 طن من الفحم عندما أحرقت.إليك الأمر.

ويمكننا أن نضيف أن تكنولوجيا تفاعل الانصهار النووي الحراري لا يمكن استخدامها لأغراض عسكرية.إن إنشاء البلازما خارج توكاماك غير ممكن بعد، واستخدامه كسلاح أمر ممكن بشكل ضعيف لأنه لا ينفجر.

لماذا لا تستمد الطاقة من الانصهار النووي الحراري

على الرغم من كل الوعد من التكنولوجيا وحقيقة أنه تم الحديث عنها لأكثر من 70 عامامرة أخرى ، حتى يصبح من الممكن تحقيق التشغيل الصناعي لمثل هذه الأجهزة.على سبيل المثال ، إمكانية العمل على المدى الطويل وزيادة في درجة حرارة البلازما.

فقط تخيل كيف ستوفر لنا هذه الشمس الصغيرة الطاقة في المستقبل.

عندما يتم حل هذه المشكلة، سوف نحصل على قطعة صغيرة من الشمس على الأرض، ومن ثم يمكنناأن نقول إننا حققنا الكمال في توليد الطاقة.اختراع طرق أخرى أكثر كفاءة لتوليد الطاقة، ولكن الانصهار النووي الحراري هو الذي يمكن الآنالشيء الأكثر أهمية هو أن نحصل ليس فقط على فرصة عدم إطفاء الأنوارمن أجل الإنقاذ.

وإطلاق الطاقة هو طرقت بها : يتم تسخين محيطات الأرض كما لو أن كل ثانية في نفوسهم يقعخمس قنابل ذرية

الميزة الرئيسية للتحول إلى مثل هذا المصدر من الطاقة هو أنه عندما تكون كل الطاقةالمستخرجة من الانصهار النووي الحراري، وسوف نخفض التأثير على كوكبنا قدر الإمكان.لن نحتاج إلى الوقود الأحفوري، سوف نبدونك بدون محطات الطاقة النووية، وفي الوقت نفسه سنتحول إلى النقل الكهربائي.ربما لن نرحل