Αντιδραστήρες σύντηξης στον κόσμο. Ο πρώτος αντιδραστήρας σύντηξης

Σήμερα, πολλές χώρες που συμμετέχουν στην έρευνα σύντηξης. Οι ηγέτες είναι η Ευρωπαϊκή Ένωση, τις Ηνωμένες Πολιτείες, τη Ρωσία και την Ιαπωνία, ενώ το πρόγραμμα της Κίνας, της Βραζιλίας, του Καναδά και την Κορέα αυξάνονται με ταχείς ρυθμούς. Αρχικά, αντιδραστήρες σύντηξης στις Ηνωμένες Πολιτείες και τη Σοβιετική Ένωση έχουν συνδεθεί με την ανάπτυξη των πυρηνικών όπλων και παρέμεινε μυστική μέχρι το συνέδριο με θέμα «Άτομα για την Ειρήνη», η οποία πραγματοποιήθηκε στη Γενεύη το 1958. Μετά τη δημιουργία της Σοβιετικής έρευνας Tokamak της πυρηνικής σύντηξης στη δεκαετία του 1970 έχει γίνει «μεγάλη επιστήμη». Όμως, το κόστος και την πολυπλοκότητα των συσκευών έχει αυξηθεί σε σημείο που η διεθνής συνεργασία είναι η μόνη ευκαιρία για να προχωρήσουμε προς τα εμπρός.

αντιδραστήρες σύντηξης στον κόσμο

Από το 1970, η έναρξη της εμπορικής χρήσης της ενέργειας σύντηξης συνεχώς αναβάλλεται για 40 χρόνια. Ωστόσο, πολλά έχουν συμβεί τα τελευταία χρόνια, καθιστώντας την προθεσμία αυτή μπορεί να μειωθεί.

Χτισμένο αρκετές tokamaks, συμπεριλαμβανομένου του JET ευρωπαϊκή, βρετανική και MAST Θερμοπυρηνικός Πειραματικός Αντιδραστήρας TFTR στο Princeton, ΗΠΑ. Το διεθνές έργο ITER είναι υπό κατασκευή στο Κανταράς της Γαλλίας. Θα γίνει ο μεγαλύτερος tokamak που θα λειτουργήσει κατά τα έτη 2020. Το 2030, η Κίνα θα κατασκευαστεί CFETR, η οποία θα ξεπεράσει το ITER. Εν τω μεταξύ, η Κίνα διεξάγει έρευνα σχετικά με ένα πειραματικό υπεραγώγιμο tokamak EAST.

αντιδραστήρες σύντηξης άλλου τύπου - stellarators - επίσης δημοφιλής μεταξύ των ερευνητών. Ένα από τα μεγαλύτερα, LHD, εντάχθηκε στην ιαπωνική Εθνικό Ινστιτούτο Fusion το 1998. Χρησιμοποιείται για την αναζήτηση για το καλύτερο διαμόρφωση της μαγνητικής συγκράτησης του πλάσματος. Γερμανικά Ινστιτούτο Max Planck για την περίοδο 1988-2002, διεξήγαγε έρευνα σχετικά με την Wendelstein 7-AS αντιδραστήρα στο Garching, και τώρα - σε Wendelstein 7-X, η κατασκευή του οποίου διήρκεσε περισσότερα από 19 χρόνια. Μια άλλη TJII stellarator λειτουργεί στη Μαδρίτη, Ισπανία. Στις Ηνωμένες Πολιτείες Princeton εργαστήριο φυσικής του πλάσματος (PPPL), όπου έχτισε το πρώτο αντιδραστήρα πυρηνικής σύντηξης αυτού του τύπου το 1951, το 2008, σταμάτησε η κατασκευή του NCSX λόγω υπερβάσεις κόστους και της έλλειψης χρηματοδότησης.

Επιπλέον, σημαντικά επιτεύγματα στην έρευνα της αδρανειακή σύντηξη. Διευκόλυνση Κτίριο Εθνικής ανάφλεξης (NIF) αξίας $ 7 δισεκατομμύρια στο Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), που χρηματοδοτείται από την Εθνική Διοίκηση Πυρηνικής Ασφάλειας, ολοκληρώθηκε το Μάρτιο του 2009, η γαλλική Laser megajoule (LMJ) ξεκίνησε τις εργασίες της τον Οκτώβριο του 2014. αντιδραστήρες σύντηξης χρησιμοποιώντας λέιζερ που παραδίδεται μέσα σε λίγα δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου περίπου 2 εκατομμύρια τζάουλ της φωτεινής ενέργειας σε ένα μέγεθος στόχου από αρκετά χιλιοστά για να ξεκινήσει πυρηνική σύντηξη. Ο κύριος στόχος του NIF και LMJ είναι η έρευνα για τη στήριξη εθνικών προγραμμάτων πυρηνικών όπλων.

ITER

Το 1985, η Σοβιετική Ένωση πρότεινε να οικοδομήσουμε μια νέα γενιά tokamak μαζί με την Ευρώπη, την Ιαπωνία και τις Ηνωμένες Πολιτείες. Το έργο πραγματοποιήθηκε υπό την αιγίδα του ΔΟΑΕ. Κατά την περίοδο από το 1988 έως το 1990 δημιουργήθηκε τα πρώτα σχέδια του Διεθνούς Θερμοπυρηνικού Πειραματικού Αντιδραστήρα το ITER, που σημαίνει επίσης «τρόπος» ή «ταξιδιού» στα λατινικά, προκειμένου να αποδείξει ότι η σύντηξη μπορεί να παράγει περισσότερη ενέργεια από απορροφά. Τον Καναδά και το Καζακστάν πήρε μέρος διαμεσολαβείται από την Ευρατόμ και της Ρωσίας, αντίστοιχα.

Μετά από 6 χρόνια Συμβουλίου του ITER ενέκρινε το πρώτο σύνθετο σχεδιασμό του αντιδραστήρα με βάση την έδρα της φυσικής και της τεχνολογίας αξίας 6 δις $. Στη συνέχεια, οι ΗΠΑ αποσύρθηκαν από την κοινοπραξία, η οποία αναγκάστηκε να μειώσει κατά το ήμισυ το κόστος και να αλλάξετε το έργο. Το αποτέλεσμα ήταν το ITER-FEAT αξίας $ 3 δισ., Όμως, μπορείτε να επιτύχετε μια αυτοτροφοδοτούμενη αντίδραση, και τη θετική ισορροπία δυνάμεων.

Το 2003, οι Ηνωμένες Πολιτείες εντάχθηκε και πάλι στην κοινοπραξία, και την Κίνα ανακοίνωσαν την επιθυμία τους να συμμετάσχουν σε αυτό. Ως αποτέλεσμα, στα μέσα του 2005, οι εταίροι συμφώνησαν για την κατασκευή του ITER στο Κανταράς της νότιας Γαλλίας. ΕΕ και η Γαλλία έχουν κάνει το μισό του 12,8 δισεκ ευρώ, ενώ η Ιαπωνία, η Κίνα, η Νότια Κορέα, τις Ηνωμένες Πολιτείες και τη Ρωσία - 10% η κάθε μία. Ιαπωνία παρέχει υψηλής συστατικά που περιέχονται κόστος εγκατάστασης IFMIF 1 δις που προορίζονται για τα υλικά δοκιμής και είχαν το δικαίωμα να στήσει το επόμενο αντιδραστήρα δοκιμής. Το συνολικό κόστος του ITER περιλαμβάνει το ήμισυ του κόστους της κατασκευής 10 ετών και κατά το ήμισυ - για 20 χρόνια λειτουργίας. Ινδία έγινε το έβδομο μέλος του ITER στα τέλη του 2005

Τα πειράματα είναι να ξεκινήσει το 2018 με τη χρήση του υδρογόνου, ώστε να αποφευχθεί η ενεργοποίηση των μαγνητών. Χρησιμοποιώντας το πλάσμα DT δεν αναμένεται πριν από το 2026

Σκοπός ITER - ανάπτυξη ενός 500 μεγαβάτ (τουλάχιστον για 400 δευτερόλεπτα), χρησιμοποιώντας ισχύ εισόδου μικρότερη από 50 mW χωρίς την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Dvuhgigavattnaya Demo εγκατάσταση επίδειξης θα παράγει μεγάλης κλίμακας παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε μόνιμη βάση. Επίδειξη σύλληψης θα πρέπει να ολοκληρωθεί μέχρι το 2017, και η κατασκευή του θα ξεκινήσει το 2024. Έναρξη θα λάβει χώρα το 2033.

JET

Το 1978, η ΕΕ (Ευρατόμ, Σουηδία και Ελβετία) έχουν αρχίσει ένα κοινό ευρωπαϊκό σχέδιο JET στο Ηνωμένο Βασίλειο. JET είναι σήμερα η μεγαλύτερη λειτουργίας tokamak του κόσμου. Ενας τέτοιος αντιδραστήρας JT-60 λειτουργεί στην ιαπωνική Εθνικό Ινστιτούτο της σύντηξης, αλλά μόνο JET μπορεί να χρησιμοποιήσει το δευτερίου-τριτίου καυσίμου.

Ο αντιδραστήρας ξεκίνησε το 1983 και ήταν το πρώτο πείραμα στο οποίο ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης έως 16 MW πραγματοποιήθηκε το Νοέμβριο του 1991 για ένα δεύτερο 5 MW και σταθερή ισχύ στο δευτερίου-τριτίου στο πλάσμα. Πολλά πειράματα έχουν διεξαχθεί για να μελετήσει τα διάφορα κυκλώματα θέρμανσης και άλλων τεχνικών.

Περαιτέρω βελτιώσεις αφορούν το JET αυξήσει την ικανότητά της. MAST συμπαγής αντιδραστήρας έχει αναπτυχθεί με JET και ITER αποτελεί μέρος του έργου.

K-STAR

K-STAR - Κορέας υπεραγώγιμο Tokamak Εθνικό Ινστιτούτο Fusion Σπουδών (NFRI) σε Daejeon, το οποίο παρήγαγε το πρώτο πλάσμα του στα μέσα του 2008. Πρόκειται για ένα πιλοτικό πρόγραμμα ITER, η οποία είναι αποτέλεσμα της διεθνούς συνεργασίας. Tokamak ακτίνα 1.8 m - πρώτο αντιδραστήρα που χρησιμοποιεί υπεραγώγιμων μαγνητών Nb3Sn, το ίδιο που θα χρησιμοποιηθεί στο ITER. Κατά την πρώτη φάση, η οποία έληξε το 2012, Κ-STAR έπρεπε να αποδείξει τη βιωσιμότητα των βασικών τεχνολογιών και να επιτευχθεί διάρκεια παλμού πλάσματος σε 20 δευτερόλεπτα. Στη δεύτερη φάση (2013-2017) διεξάγεται για να μελετήσει τον εκσυγχρονισμό της μακράς παλμούς έως 300 s σε λειτουργία H, και μετάβαση σε εξαιρετικά ΑΤ-mode. Ο σκοπός της τρίτης φάσης (2018-2023) είναι η επίτευξη υψηλής απόδοσης και της αποτελεσματικότητας σε μακροπρόθεσμη λειτουργία παλμού. Στο στάδιο 4 (2023-2025) θα δοκιμαστεί τεχνολογία DEMO. Η συσκευή δεν είναι ικανή να λειτουργεί με τρίτιο DT και καύσιμα χρήσεις.

K-DEMO

Σχεδιασμένο σε συνεργασία με το Princeton Plasma Εργαστήριο Φυσικής (PPPL) Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ και της Νότιας Κορέας Ινστιτούτο NFRI, K-DEMO πρέπει να είναι το επόμενο βήμα για τη δημιουργία εμπορικών αντιδραστήρων μετά το ITER, και θα είναι η πρώτη μονάδα παραγωγής ενέργειας μπορεί να παράγει ισχύ στο ηλεκτρικό δίκτυο, δηλαδή, 1 εκατομμύριο κιλοβάτ σε λίγες εβδομάδες. Η διάμετρός του θα είναι 6,65 m, και θα έχει μια ενότητα κουβέρτα που παράγεται από το DEMO του έργου. Το Υπουργείο Παιδείας, Επιστημών και Τεχνολογίας της Κορέας σχεδιάζει να επενδύσει σε αυτό για ένα γουόν Κορέας τρις (941.000.000 $).

ΑΝΑΤΟΛΗ

Κινεζικό πειραματικό βελτιωμένη υπεραγώγιμο Tokamak (EAST) στο Ινστιτούτο Φυσικής στην Κίνα Hefee δημιουργήθηκε θερμοκρασία πλάσματος υδρογόνου 50 εκατομμύρια ° C και το κράτησε για 102 δευτερόλεπτα.

TFTR

Η αμερικανική εργαστήριο PPPL TFTR πειραματικού αντιδραστήρα θερμοπυρηνικής εργάστηκε από 1982 έως 1997. Τον Δεκέμβριο του 1993, έγινε ο πρώτος TFTR μαγνητική Tokamak, το οποίο έκανε εκτενή πειράματα με πλάσμα δευτερίου-τριτίου. Στα ακόλουθα, ο αντιδραστήρας παρήγαγε την εγγραφή ενώ η ελεγχόμενη ισχύ 10,7 MW, και το 1995, η καταγραφή της θερμοκρασίας επιτεύχθηκε ιονισμένου αερίου σε 510 εκατ ° C. Ωστόσο, η εγκατάσταση δεν κατάφερε ενέργειας από σύντηξη νεκρό, αλλά με επιτυχία εκπληρωθεί ο στόχος του σχεδιασμού του hardware, κάνοντας μια σημαντική συμβολή στην ITER.

LHD

LHD στο Εθνικό Ινστιτούτο Ιάπωνες για την πυρηνική σύντηξη στα Τόκι, Νομός Γκιφού, ήταν η μεγαλύτερη stellarator στον κόσμο. Ξεκινώντας ο αντιδραστήρας σύντηξης έλαβε χώρα το 1998, και έχει αποδείξει την ποιότητα της συγκράτησης του πλάσματος, συγκρίσιμη με άλλες μεγάλες εγκαταστάσεις. Είναι επετεύχθη 13.5 θερμοκρασία keV ιόντων (περίπου 160 εκατομμύρια ° C) και την ενέργεια των 1,44 MJ.

Wendelstein 7-X

Μετά από ένα χρόνο της δοκιμής, αρχίζοντας στα τέλη του 2015, η θερμοκρασία ηλίου σε σύντομο χρονικό διάστημα έχει φτάσει το 1 εκατομμύριο ° C. Το 2016 Η θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα με ένα πλάσμα υδρογόνου χρησιμοποιώντας ένα 2 MW, η θερμοκρασία έφθασε τους 80 εκατομμύρια ° C για ένα τέταρτο του δευτερολέπτου. W7-X stellarator είναι η μεγαλύτερη στον κόσμο και έχει προγραμματιστεί να είναι σε συνεχή λειτουργία για 30 λεπτά. Το κόστος του αντιδραστήρα ανήλθε σε € 1 δισ.

ΠΑΟ

Εθνική Διευκόλυνση ανάφλεξης (NIF) στην ολοκληρώθηκε το Μάρτιο του 2009, Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) έτους. Χρησιμοποιώντας 192 ακτίνες λέιζερ, το NIF έχει τη δυνατότητα συγκέντρωσης 60 φορές περισσότερη ενέργεια από οποιοδήποτε προηγούμενο σύστημα λέιζερ.

Ψυχρή σύντηξη

Τον Μάρτιο του 1989, δύο ερευνητές, Αμερικανός Stenli Pons και Martin Fleischmann Βρετανός, είπαν ότι έχουν ξεκινήσει έναν απλό επιτραπέζιο αντιδραστήρα ψυχρής σύντηξης, που λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου. Η διαδικασία συνίστατο στην ηλεκτρόλυση του βαρέος ύδατος χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρόδιο παλλαδίου στην οποία δευτερίου πυρήνες συμπυκνώθηκαν με υψηλή πυκνότητα. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι παράγει θερμότητα, η οποία μπορεί να εξηγηθεί μόνο από την άποψη των πυρηνικών διεργασιών, καθώς υπήρχαν παραπροϊόντα της σύνθεσης, όπως το ήλιο, το τρίτιο και νετρόνια. Ωστόσο, άλλοι πειραματιστές δεν κατάφερε να αναπαράγουν αυτή την εμπειρία. Το μεγαλύτερο μέρος της επιστημονικής κοινότητας δεν πιστεύει ότι οι αντιδραστήρες της ψυχρής σύντηξης είναι πραγματικές.

Χαμηλής ενέργειας πυρηνικές αντιδράσεις

Ξεκίνησε από τις αξιώσεις της έρευνας «ψυχρής σύντηξης», συνέχισε στον τομέα της χαμηλής ενέργειας πυρηνικές αντιδράσεις, με κάποια εμπειρική υποστήριξη, αλλά δεν είναι γενικά αποδεκτή επιστημονική εξήγηση. Προφανώς, οι ασθενείς πυρηνικές αλληλεπιδράσεις (και όχι μια ισχυρή δύναμη, όπως στην πυρηνική σχάση ή σύνθεσης) που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία και τη σύλληψη των νετρονίων. Πειράματα περιλαμβάνουν διείσδυση του υδρογόνου ή δευτερίου διαμέσου της κλίνης καταλύτη και την αντίδραση με το μέταλλο. Οι ερευνητές αναφέρουν την παρατηρούμενη απελευθέρωση ενέργειας. Το κύριο πρακτικό παράδειγμα είναι η αντίδραση του υδρογόνου με μία σκόνη νικελίου με τη θερμότητα, ο αριθμός των οποίων είναι μεγαλύτερος από μπορεί να δώσει οποιαδήποτε χημική αντίδραση.