Γενικά, Έρευνα, Τεχνολογία

Τι είναι το Tokamak; Σχετικά με έναν αντιδραστήρα σύντηξης

Μπορείτε να φανταστείτε έναν κόσμο στον οποίο όχιχρειάζεστε πρόσθετες πηγές ενέργειας; Ένας κόσμος στον οποίο δεν θα χρειαστεί να σκεφτείτε πώς να εξοικονομήσετε ενέργεια. Θα είναι, αν όχι δωρεάν, τότε πολύ φθηνό. Τώρα φανταστείτε τον Ήλιο, που κάθε δευτερόλεπτο παράγει τόση ενέργεια όσο η ανθρωπότητα δεν έχει εξαντληθεί σε ολόκληρη την ιστορία της και δεν θα καταναλώσει για μεγάλο χρονικό διάστημα. Πώς μπορούμε να συνειδητοποιήσουμε τη λήψη της ενέργειας του Ήλιου στον πλανήτη μας; Αποδεικνύεται ότι για πάνω από 60 χρόνια υπάρχουν τεχνολογίες που μπορούν να μας προσφέρουν σχεδόν ανεξάντλητες πηγές ενέργειας για ελάχιστα χρήματα και χρησιμοποιώντας σχεδόν δωρεάν καύσιμα. Μια λογική ερώτηση: γιατί δεν εκμεταλλευόμαστε αυτήν την ευκαιρία;

Μέσα σε αυτόν τον θάλαμο, η θερμοκρασία αυξάνεται σε αρκετά εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.

Το περιεχόμενο

  • 1 Τι είναι το tokamak
  • 2 Ποιος εφηύρε το tokamak
  • 3 Πώς λειτουργεί το tokamak
  • 4 Ο μεγαλύτερος αντιδραστήρας σύντηξης
  • 5 Είναι ασφαλής η αντίδραση σύντηξης
  • 6 Γιατί η ενέργεια δεν λαμβάνεται από τη σύντηξη

Τι είναι το tokamak

Η λέξη "tokamak" δεν σημαίνει τίποτα - αυτόαπλώς μια συντομογραφία, η οποία αργότερα έγινε πλήρης λέξη. Χρησιμοποιείται όχι μόνο στη Ρωσία αλλά και στο εξωτερικό, καθώς στη χώρα μας εφευρέθηκε αυτό το πράγμα και ήταν μαζί μας που αναπτύχθηκαν ενεργά για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Τοκαμάκ - τότερουφαλικός καμέτρο s μαμάάσχημο ναάτομα. Αυτό είναι όλο.

Η ουσία του tokamak είναι η δημιουργίατο μαγνητικό πεδίο στο οποίο λαμβάνει χώρα η αντίδραση θερμοπυρηνικής σύντηξης. Δεδομένου ότι η θερμοκρασία μιας τέτοιας αντίδρασης δεν είναι μόνο υψηλή, αλλά κυριολεκτικά απαγορευτική (αρκετά εκατομμύρια βαθμοί Κελσίου), δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί απλά μέσα σε κάποιο είδος θαλάμου - θα λιώσει πολύ πριν επιτευχθεί η θερμοκρασία λειτουργίας.

Αυτή η θερμοκρασία επιτυγχάνεται λόγω του γεγονότος ότιμέσα στο tokamak, η ουσία βρίσκεται στην τέταρτη κατάσταση συσσωμάτωσης, η οποία επιτυγχάνεται σε τόσο υψηλές θερμοκρασίες. Αυτή η κατάσταση ονομάζεται πλάσμα.

Ποιος εφηύρε το tokamak

Ο πρώτος που προτείνει τη χρήση σύντηξηςΗ σύνθεση, συμπεριλαμβανομένης και για βιομηχανικούς σκοπούς, ήταν ο σοβιετικός φυσικός Ο.Α. Λαβρέντιεφ. Το έκανε αυτό στη δουλειά του 1950. Με τη δουλειά του ξεκίνησε η μελέτη μεθόδων για τη χρήση θερμοπυρηνικής σύντηξης.

Ο.Α. Ο Λαβρέντιεφ είναι επίσης ο πατέρας της βόμβας υδρογόνου.

Ένα χρόνο αργότερα, άλλοι φυσικοί - A.D. Ο Ζαχάρωφ και ο Ι.Ε. Ο Tamm - ανέπτυξε την ιδέα και είπε ότι η θερμοπυρηνική αντίδραση πρέπει να υποστηρίζεται μέσα σε έναν κλειστό σπειροειδή θάλαμο.

Θορ (τοροειδής) είναι ένα τρισδιάστατο σχήμα που παράγεται περιστρέφοντας το δακτύλιο γύρω από το κέντρο της περιστροφής.Τραχιά παραδείγματα μιας κράσσας μπορεί να είναι ένα ντόνατ, κουλούρι ή κάμερα ποδηλάτου που λαμβάνονται από το τιμόνι.

Ο όρος για την ονομασία tokamak προτάθηκε από έναν φοιτητή του Ακαδημαϊκού Kurchatov - I.N.Ωστόσο, στην εκδοχή του επρόκειτο να είναι "Tokamag" (toroidal μαγνητικό θάλαμο), αλλά αργότερα άρχισε να χρησιμοποιεί την πιο συμπαθητική λέξη "Tokamak".

Μ.Δ. Ζαχάρωφ και Ι.Ε. Ταμ

Το πρώτο ενεργό tokamak χτίστηκε το 1954έτος, αλλά μέχρι το 1968 υπήρχαν μόνο στην ΕΣΣΔ, αφού λίγοι πίστευαν στην ύπαρξη μιας τόσο υψηλής θερμοκρασίας μέσα στο θάλαμο. Μόνο μετά στο T-3 tokamak στο Ινστιτούτο Ατομικής Ενέργειας που πήρε το όνομά του από το I.V. Ο Βρετανός επιστήμονας επισκέφθηκε τον Kurchatov και ο εξοπλισμός τους επιβεβαίωσε την ύπαρξη θερμοκρασίας 11,6 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου, η οποία οδήγησε σε εκρηκτική αύξηση της δημοτικότητας και της έρευνας προς αυτήν την κατεύθυνση στον κόσμο.

Tokamak εξακολουθεί να θεωρείται ο πιο ελπιδοφόρος τρόπος για την παραγωγή ενέργειας για θερμοπυρηνική σύντηξη και τη μελέτη του πλάσματος ως συνολική κατάσταση της ύλης.

Στη Γη, το πλάσμα σε ένα φυσικό περιβάλλον βρίσκεται μόνο σε κεραυνούς και στα βόρεια φώτα, στο διάστημα που αποτελείται απόκυριολεκτικά τα πάντα - αστέρια, νεφελώματα, διαστρικό χώρο.

Πώς λειτουργεί το tokamak

Για να δημιουργήσετε ένα μαγνητικό πεδίο στο εσωτερικό του tokamak, αποτελείται από τμήματα στο εσωτερικό των οποίων οι κύλινδροι είναι reeled.Επειδή πηγαίνουν σε όλο το μήκος της κάμερας και να δημιουργήσουνΕίναι μια ζώνη εργασίας.

Το σχέδιο του Τοκάσακ.


Πριν από την έναρξη των εργασιών, το tokamak ένα θάλαμο αντλείται έξω και αντί να γεμίσειΑποτελούν τη βάση της θερμοπυρηνικής αντίδρασης σύντηξης.

Δευτέριο είναι ένα ισότοπο υδρογόνου του οποίου ο πυρήνας αποτελείται από ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο. Τρίτιος είναι ένα ισότοπο υδρογόνου του οποίου ο πυρήνας αποτελείται από ένα πρωτόνιο και δύο νετρόνια.

Το πλεονέκτημα της χρήσης αυτών των δύο στοιχείων είναι ότι είναι πολύ φθηνά.Δευτέριο είναι πολύ εύκολο να πάρει από το νερό, το οποίο στον πλανήτη μας είναι περισσότερο από αρκετό, και tritus συντίθεται ακόμη και σε ένα ελαφρώς πιο σύνθετο τρόπο, αλλά αυτό δεν είναι επίσης ένα μεγάλο πρόβλημα.

Όταν η κάμερα είναι πλήρης, δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης που υποστηρίζειπλάσμα μέσα στο θάλαμο, και ταυτόχρονα θερμαίνεται, φέρνοντας στην ίδια θερμοκρασία αρκετών εκατομμυρίων βαθμών.

Τώρα οι άνθρωποι εργάζονται εδώ, και σύντομα θα είναι 150 εκατομμύρια βαθμούς.

Επειδή το πεδίο και η θέρμανση δημιουργούνται με την αύξηση του ρεύματος στο inducor, και δεν μπορείαύξηση επ' αόριστον, ο χρόνος του πλάσματος σε σταθερή κατάσταση δεν υπερβαίνειΑυτός είναι ο κύριος λόγος που δεν μπορούμε ακόμα να χρησιμοποιήσουμε tokamaki ως πηγή βιομηχανικής ενέργειαςΥπάρχουν τρόποι για την επίλυση αυτού του προβλήματος, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης ακτινοβολίας μικροκυμάτων, αλλά μέχρι στιγμής οι εργασίες προς αυτή την κατεύθυνση είναι ακόμα σε εξέλιξη.

Επαφή των τοιχωμάτων tokamak με neti πλάσματος έτσι δεν λειώνουν, αλλά δοκιμάζουν ακόμαΕξαιτίας αυτού, οι τοίχοι είναι κατασκευασμένοι από βαυλλίου και κομμένα σε μικρές τετράγωνες πλάκες. Είναι πιο εύκολο γι' αυτούς να πάρουν τη θέρμανση.

Ωστόσο, η ακτινοβολία μικροκυμάτων χρησιμοποιείται ήδη μέσα στο tokamak, καθώς μόνο το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο δεν είναι αρκετό για να θερμάνει το πλάσμα στη θερμοκρασία που είναι απαραίτητη για τη θερμοπυρηνική αντίδραση.

Η φυσιολογική σωματιδιακή φυσική μας λέει ξεκάθαρα ότι οι πυρήνες με το ίδιο φορτίο απωθούνται ο ένας από τον άλλο.Αλλά όταν φθάνουν σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, αρχίζουν να συμπεριφέρονται διαφορετικά, σχηματίζοντας έναν πυρήνα ηλίου συν ένα ελεύθερο νετρόνιο.Αυτή τη στιγμή απελευθερώνεται τεράστια ποσότητα ενέργειας.Υπό κανονικές συνθήκες, δαπανάται για την αλληλεπίδραση των ατόμων μεταξύ τους.

Η Lockheed Martin κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας έναν συμπαγή αντιδραστήρα σύντηξης

Μεγαλύτερος θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας

Конечно, можно сказать, что самый большой ένας θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας είναι ο Ήλιος, αλλά όλα αυτά υπόκεινται, υπάρχουν περισσότερα αστέρια. Ο μεγαλύτερος θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας στη Γη είναι ο "Διεθνής Πειραματικός Θερμοπυρηνικός Αντιδραστήρας" (ITER ή ITER). Είναι υπό κατασκευή στο νότο της Γαλλίας από το 2007 και, όπως και το Large Hadron Collider, είναι ένα διεθνές έργο.

Η παραλαβή του πρώτου πλάσματος είχε προγραμματιστεί για το 2020, και η πρώτη ηλεκτρική ενέργεια στο δίκτυο - για το 2027, αλλά οι προθεσμίες δεν εκπληρώνονται πλέον λόγω του γεγονότος ότι το έργο έχει πολλούς συμμετέχοντες (ο καθένας με τον τρόπο του επιβραδύνειέργο) και επειδή κανείς δεν το έχει κάνει ποτέ αυτό πριν.

Για να περιγράψει τις δυνατότητές του, αρκεί να πούμε ότι στο εσωτερικό του θαΕίναι 10 εκατομμύρια βαθμοί Κελσίου.Είναι απλά αδύνατο να φανταστούμε τέτοιες αξίες.

Ποιος χτίζει το tokamak ITER.

Όταν ολοκληρωθεί το ITER (το οποίο σίγουρα θα το κάνουμεθα το πούμε στο τηλεοπτικό μας κανάλι ειδήσεων), θα γίνει η κύρια μελέτη της θερμοπυρηνικής σύντηξης για περαιτέρω μελέτη αυτής της αντίδρασης ατόμων ως πιθανή πηγή ενέργειας του μέλλοντος.

Από τους ενδιαφέροντες αριθμούς του ITER, μπορεί κανείς να παρατηρήσει το μέγεθοςtokamak, το οποίο θα έχει διάμετρο 28 μέτρα και ύψος 28 μέτρα. Η χωρητικότητα σχεδιασμού είναι 0,5 GW (2,5 περισσότερο από την πιο ισχυρή που είναι διαθέσιμη τώρα). Το μαγνητικό πεδίο θα είναι 10 Tesla (το μαγνητικό πεδίο της Γης είναι 0,00005 Tesla).

Το κόστος του έργου είναι μόνο 15 δισεκατομμύρια δολάρια.53 δισεκατομμύρια δολάρια, και περίπου 130 δισεκατομμύρια δολάρια για να προετοιμαστούν για το Παγκόσμιο Κύπελλο του 2022.

Είναι ασφαλής η αντίδραση θερμοπυρηνικής σύντηξης

Το κύριο πλεονέκτημα της θερμοπυρηνικής αντίδρασης σύντηξης που διέρχεται μέσα στο tokamak είναι η ασφάλειά του.Μπορεί κανείς να αναρωτηθεί πώς αυτό είναι δυνατό όταν τέτοιες υψηλές θερμοκρασίες φθάνουν σε τόσο υψηλές θερμοκρασίες, αλλά είναι πραγματικά.

Όλα αυτά επειδή η πυκνότητα του πλάσματος είναι ένα εκατομμύριο φορές μικρότερη από την πυκνότητα της ατμόσφαιρας.Λόγω αυτής της ιδιαιτερότητας της εργασίας, μια έκρηξη λόγω της εσωτερικής πίεσης είναι απλά αδύνατη.Και αν η θερμοκρασία αρχίσει να πέφτει, το πλάσμα θα είναι, όπως λένε.Πλέον, τα καύσιμα τροφοδοτείται σε όλη την αντίδραση και να σταματήσει είναι αρκετό μόνο για να σταματήσει την παροχή του.Για παράδειγμα, ο πυρηνικός σταθμός απλά δεν μπορεί να απενεργοποιηθεί και έχω ήδη πει γιατί.

Ο μόνος κίνδυνος είναι ότι το ισότοπο τριτίου έχει λίγη ραδιενέργεια.Ωστόσο, δεν είναι τόσο υψηλό ώστε να ανησυχείτε γι 'αυτό.Είναι σημαντικά χαμηλότερο από εκείνο των καυσίμων για έναν πυρηνικό σταθμό.σχεδόν 5 δισεκατομμύρια χρόνια (δηλαδή σχεδόν ποτέ) και tritia - μόνο 12 χρόνια.Και το ελάχιστο ποσό του χρησιμοποιείται.

Συνολικά 80 γραμμάρια δευτέριου και τριτίας μείγμα τοtokamak δίνουνενέργειας με 1.000 τόνους άνθρακα όταν καίγεται.Εδώ είναι, εδώ είναι.

Και μπορούμε να προσθέσουμε ότι η τεχνολογία της θερμοπυρηνικής αντίδρασης σύντηξης δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για στρατιωτικούς σκοπούς.Η δημιουργία πλάσματος έξω από το tokamak δεν είναι ακόμη δυνατή, και η χρήση του ως όπλου είναι ασθενώς εφικτή επειδή δεν εκρήγνυται.

Γιατί η ενέργεια δεν προέρχεται από τη θερμοπυρηνική σύντηξη

Παρ 'όλες τις υποσχέσεις της τεχνολογίας και το γεγονός ότι έχει μιλήσει για περισσότερα από 70 χρόνιαέως ότου καταστεί δυνατή η βιομηχανική λειτουργία των εν λόγω συσκευών.Για παράδειγμα, η πιθανότητα μακροχρόνιας εργασίας και περαιτέρω αύξησης της θερμοκρασίας του πλάσματος.

Φαντάσου πως αυτός ο μικρός ήλιος θα μας δώσει ενέργεια στο μέλλον.

Όταν λυθεί αυτό το πρόβλημα, θα πάρουμε ένα μικρό κομμάτι του Ήλιου στη Γη, και μετά μπορούμε.να πούμε ότι έχουμε επιτύχει την τελειότητα στην παραγωγή ενέργειας.άλλους ακόμη πιο αποτελεσματικούς τρόπους παραγωγής ενέργειας, αλλά η θερμοπυρηνική σύντηξη μπορεί τώρα ναΤο πιο σημαντικό πράγμα είναι ότι δεν έχουμε μόνο την ευκαιρία να μην σβήνουν τα φώταγια χάρη της σωτηρίας.

Και η απελευθέρωση της ενέργειας είναι νοκ άουτ: Οι ωκεανοί της Γης θερμαίνονται σαν κάθε δευτερόλεπτο σε αυτούς να πέφτειπέντε ατομικές βόμβες

Το κύριο πλεονέκτημα της μετάβασης σε μια τέτοια πηγή ενέργειας είναι ότι όταν όλη η ενέργεια θααπό τη θερμοπυρηνική σύντηξη, θα μειώσουμε τις επιπτώσεις στον πλανήτη μας όσο το δυνατόν περισσότερο.Δεν θα χρειαστούμε ορυκτά καύσιμα, θα το κάνουμε χωρίς πυρηνικούς σταθμούς, και ταυτόχρονα θα στραφούμε σε ηλεκτρικές μεταφορές.Ίσως να μην χρειαστεί να φύγουμε.