algemeen. onderzoek. technologie

Wat is Tokamak? Zowat een fusiereactor

Kunt u zich een wereld voorstellen waarin nietheb je extra energiebronnen nodig? Een wereld waarin je niet hoeft na te denken over hoe je energie kunt besparen. Het zal, zo niet gratis, dan erg goedkoop zijn. Stel je nu de zon voor, die elke seconde evenveel energie produceert als de mensheid in haar hele geschiedenis niet heeft verbruikt en lange tijd niet zal verbruiken. Hoe kunnen we de ontvangst van de energie van de zon op onze planeet realiseren? Het blijkt dat er al meer dan 60 jaar technologieën zijn die ons voor bijna geld en bijna gratis brandstof kunnen voorzien van bijna onuitputtelijke energiebronnen. Een redelijke vraag: waarom grijpen we deze kans niet aan?

In deze kamer stijgt de temperatuur tot enkele miljoenen graden Celsius.

De inhoud

  • 1 Wat is tokamak
  • 2 Wie heeft de tokamak uitgevonden
  • 3 Hoe tokamak werkt
  • 4 De grootste fusiereactor
  • 5 Is fusiereactie veilig
  • 6 Waarom energie niet wordt verkregen door fusie

Wat is tokamak

Het woord "tokamak" betekent niets - hetgewoon een afkorting, die later een vol woord werd. Het wordt niet alleen in Rusland, maar ook in het buitenland gebruikt, omdat het in ons land is dat dit ding werd uitgevonden en het was bij ons dat ze zich lange tijd actief ontwikkelden.

Tokamak - danroidal kamaatregel s malelijk aanatomen. Dat is alles.

De essentie van tokamak is creërenhet magnetische veld waarin de thermonucleaire fusiereactie plaatsvindt. Omdat de temperatuur van een dergelijke reactie niet alleen hoog is, maar letterlijk onbetaalbaar (enkele miljoenen graden Celsius), kan hij niet zomaar in een soort kamer worden uitgevoerd - hij smelt lang voordat de werktemperatuur is bereikt.

Deze temperatuur wordt bereikt doordatbinnenin de tokamak bevindt de stof zich in de vierde aggregatietoestand, die wordt bereikt bij zulke hoge temperaturen. Deze aandoening wordt plasma genoemd.

Wie heeft de tokamak uitgevonden

De eerste die fusie voorsteltsynthese, ook voor industriële doeleinden, was de Sovjetfysicus O.A. Lavrentiev. Hij deed dit in zijn werk uit 1950. Het was met zijn werk dat de studie van methoden voor het gebruik van thermonucleaire fusie begon.

O.A. Lavrentiev is ook de vader van de waterstofbom.

Een jaar later kwamen andere natuurkundigen - A.D. Sacharov en I.E. Tamm - ontwikkelde het idee en zei dat de thermonucleaire reactie in een gesloten ringkernkamer moet worden ondersteund.

Thor (toroid) is een driedimensionale vorm geproduceerd door het draaien van de ring rond het midden van de rotatie.Ruwe voorbeelden van een torus kan een donut, bagel of fiets camera genomen uit het wiel.

De termijn voor de benoeming tokamak werd voorgesteld door een student van Academicus Kurchatov - I.N.Echter, in zijn versie was het te worden "Tokamag" (toroidale magnetische kamer), maar later begon het meer sympathieke woord "Tokamak" te gebruiken.

A.D. Sacharov en I.E. Tamm

De eerste actieve tokamak werd gebouwd in 1954, maar tot 1968 bestonden ze alleen in de CCC?omdat weinigen geloofden dat er zo'n hoge temperatuur in de kamer bestond.Pas na de T-3 in de Tokamak bij het Institute of Atomic Energy I.V.Kurchatov werd bezocht door Britse wetenschappers en bevestigde op hun apparatuur het bestaan van een temperatuur van 11,6 miljoen graden Celsius, dit leidde tot een explosieve groei in populariteit en onderzoek in deze richting in de wereld.

Tokamak wordt nog steeds beschouwd als de meest veelbelovende manier om energie op te wekken voor thermonucleaire fusie en plasma te bestuderen als een geaggregeerde toestand van materie.

Op aarde, plasma in een natuurlijke omgeving wordt alleen gevonden in de bliksem en het noorderlicht, in de ruimte bestaat uitletterlijk alles - sterren, nevels, interstellaire ruimte.

Hoe tokamak werkt

Om een magnetisch veld in de tokamak te creëren, bestaat het uit secties waarin rollen worden gehaspeld.Omdat ze gaan langs de gehele lengte van de camera en makenHet is een werkzone.

Tokamak ontwerp.


Voor aanvang van het werk wordt de tokamak een kamer leeggepompt en in plaatsZij zijn de basis van de thermonucleaire fusiereactie.

Deuterium is een waterstofisotoop waarvan de kern bestaat uit één proton en één neutron. Tritius Tritius is een waterstofisotoop waarvan de kern bestaat uit een proton en twee neutronen.

Het voordeel van het gebruik van deze twee elementen is dat ze erg goedkoop zijn.Deuterium is zeer gemakkelijk te krijgen uit water, dat op onze planeet is meer dan genoeg, en tritus wordt gesynthetiseerd, zelfs in een iets meer complexe manier, maar dit is ook niet een groot probleem.

Wanneer de camera vol is, creëert het een vortex elektrisch veld dat ondersteuntplasma in de kamer, en tegelijkertijd opwarmt, waardoor tot dezelfde temperatuur van enkele miljoenen graden.

Nu werken hier mensen, en binnenkort zal het 150 miljoen graden zijn.

Omdat het veld en de verwarming worden gecreëerd door het verhogen van de stroom in de inducor, en het kan nietvoor onbepaalde tijd toenemen, is de tijd van plasma in een stabiele toestand niet hoger danDit is de belangrijkste reden dat we kunnen tokamaki nog niet gebruiken als een bron van industriële energieEr zijn manieren om dit probleem op te lossen, met inbegrip van het gebruik van microgolfstraling, maar tot nu toe werk in deze richting is nog steeds aan de gang.

Contact van tokamak muren met plasma neti zodat ze niet smelten, maar ze nog steeds ervaringHierdoor, muren zijn gemaakt van beryllium en in kleine vierkante platen gesneden. Het is makkelijker voor hen om de warmte weg te nemen.

Echter, microgolfstraling wordt al gebruikt in de tokamak, omdat alleen het elektromagnetische veld niet genoeg is om het plasma te verwarmen tot de temperatuur die nodig is voor de thermonucleaire reactie.

Normale deeltjesfysica vertelt ons duidelijk dat kernen met dezelfde lading door elkaar worden afgeweerdMaar als ze ultrahoge temperaturen bereiken, beginnen ze zich anders te gedragen, en vormen ze een heliumkern plus één vrij neutron.Het is op dit moment dat een enorme hoeveelheid energie vrijkomt.Onder normale omstandigheden wordt het besteed aan de interactie van atomen met elkaar.

Lockheed Martin patenteerde een compacte fusiereactor

Grootste thermonucleaire reactor

Natuurlijk kunnen we zeggen dat de grootste thermonucleaire reactor de zon is, maar dit alles is voorwaardelijk, er zijn sterren en meer.De grootste thermonucleaire reactor op aarde is de "International Experimental Thermonuclear Reactor" (ITE?Het is in aanbouw in Zuid-Frankrijk sinds 2007 en is, net als de grote Hadron Collider, een internationaal project.

Het ontvangen van het eerste plasma was gepland voor 2020, en de eerste elektriciteit in het netwerk - voor 2027, maar de deadlines worden niet meer gehaald vanwege het feit dat het project veel deelnemers heeft (elk op zijn eigen manier vertraagtproject) en omdat niemand dit ooit eerder heeft gedaan.

Om zijn mogelijkheden te beschrijven, volstaat het om te zeggen dat het binnenHet is 10 miljoen graden Celsius.Het is gewoon onmogelijk om dergelijke waarden voorstellen.

Wie bouwt de tokamak ITER.

Wanneer ITE?zal worden voltooid (wat we zeker zullen vertellen in ons nieuws Telegram kanaal), zal het wordenbasisstudie van thermonucleaire fusie om deze reactie van atomen als potentiële energiebron van de toekomst verder te bestuderen.

Van de interessante cijfers?28 meter in diameter en 28 meter hoog.De projectcapaciteit is 0,5 GW (2,5 meer dan de krachtigste van wat nu is).Het magnetisch veld zal 10 Tesla zijn (het magnetische veld van de aarde is 000005 Tesla).

De kosten van het project zijn slechts 15 miljard dollar.53 miljard dollar, en ongeveer 130 miljard dollar voor te bereiden op de 2022 World Cup.

Is thermonucleaire fusiereactie veilig

Het belangrijkste voordeel van de thermonucleaire fusiereactie die binnen tokamak overgaat is zijn veiligheid.Men kan zich afvragen hoe dit mogelijk is wanneer dergelijke hoge temperaturen zulke hoge temperaturen bereiken, maar het is echt.

Allemaal omdat de plasmadichtheid een miljoen keer lager is dan de dichtheid van de atmosfeer.Door deze eigenaardigheid van het werk, een explosie als gevolg van interne druk is gewoon onmogelijk.En als de temperatuur begint te dalen, zal het plasma gewoon, zoals ze zeggenPlus, de brandstof wordt gevoed gedurende de reactie en om te stoppen is genoeg alleen maar om de levering te stoppen.Bijvoorbeeld, de kerncentrale kan gewoon niet worden uitgeschakeld en ik heb al verteld waarom.

Het enige gevaar is dat de tritium isotoop een beetje radioactiviteit heeft.Het is echter niet zo hoog om zich zorgen over te maken.Het is aanzienlijk lager dan die van brandstof voor een kerncentrale.bijna 5 miljard jaar (d.w.z. bijna nooit), en tritia - slechts 12 jaar.En het minimum bedrag wordt gebruikt.

Een totaal van 80 gram deuterium en tritia mengsel in tokamak gevenzo veel energie als 1.000 ton steenkool wanneer verbrand.Hier is het.

En we kunnen toevoegen dat de technologie van thermonucleaire fusiereactie niet kan worden gebruikt voor militaire doeleinden.Het creëren van plasma buiten de tokamak is nog niet mogelijk, en het gebruik ervan als wapen is zwak haalbaar omdat het niet explodeert.

Waarom energie niet afkomstig is van thermonucleaire fusie

Ondanks alle belofte van de technologie en het feit dat er al meer dan 70 jaar over gesproken wordtterug, totdat het mogelijk is om de industriële werking van dergelijke apparaten te bereiken.Bijvoorbeeld de mogelijkheid van langdurig werk en verdere stijging van de plasmatemperatuur.

Stel je voor hoe deze kleine zon ons in de toekomst van energie zal voorzien.

Als dit probleem is opgelost, krijgen we een klein stukje van de zon op aarde, en dan kunnen we.om te zeggen dat we perfectie hebben bereikt in energieopwekking.andere, nog efficiëntere manieren uitvinden om energie op te wekken, maar het is thermonucleaire fusie die nuHet belangrijkste is dat we niet alleen de kans krijgen om de lichten niet uit te doen.omwille van het redden.

En het vrijkomen van energie wordt uitgeschakeld: de oceanen van de aarde worden verwarmd alsof elke seconde in hen valtvijf atoombommen

Het belangrijkste voordeel van de overstap naar een dergelijke energiebron is dat wanneer alle energiegewonnen uit thermonucleaire fusie, zullen we de impact op onze planeet zoveel mogelijk verminderen.We hebben geen fossiele brandstoffen nodig, we doen het zonder kerncentrales, en tegelijkertijd stappen we over op elektrisch vervoer.Misschien hoeven we niet weg.