ቴርሞኑክሌር ኃይል ወደፊት ይኖረዋል?

2024 ደራሲ ደራሲ: Seth Attwood | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2023-12-16 15:56

ከግማሽ ምዕተ-አመት በላይ ሳይንቲስቶች በምድር ላይ ማሽን ለመሥራት እየሞከሩ ነው, በዚህ ውስጥ ልክ እንደ ከዋክብት አንጀት ውስጥ, ቴርሞኑክሊየር ምላሽ ይከሰታል. ቁጥጥር የሚደረግበት ቴርሞኑክሌር ውህደት ቴክኖሎጂ ለሰው ልጅ የማይጠፋ የንፁህ ሃይል ምንጭ እንደሚሆን ቃል ገብቷል። የሶቪየት ሳይንቲስቶች የዚህ ቴክኖሎጂ መነሻ ነበሩ - እና አሁን ሩሲያ በዓለም ላይ ትልቁን የፊውዥን ሪአክተር ለመገንባት እየረዳች ነው።

የአቶም አስኳል ክፍሎች በአንድ ላይ በትልቅ ኃይል ይያዛሉ። እሱን ለመልቀቅ ሁለት መንገዶች አሉ። የመጀመሪያው ዘዴ ትላልቅ የከባድ ኒዩክሊየሮችን የፋይስ ሃይል መጠቀም ከወቅታዊ ሰንጠረዥ ከሩቅ ጫፍ: ዩራኒየም, ፕሉቶኒየም. በምድር ላይ ባሉ ሁሉም የኑክሌር ኃይል ማመንጫዎች የኃይል ምንጭ የከባድ ኒውክሊየስ መበስበስ ነው።

ነገር ግን የአቶምን ኃይል ለመልቀቅ ሁለተኛው መንገድ አለ: ለመከፋፈል ሳይሆን, በተቃራኒው, ኒውክሊየሎችን በማጣመር. ሲዋሃዱ አንዳንዶቹ ከፊሲል የዩራኒየም ኒውክሊየስ የበለጠ ሃይል ይለቃሉ። የኒውክሊየስ ቀለላው በተቀላቀለበት ወቅት የበለጠ ሃይል ይለቀቃል (እነሱ እንደሚሉት ፊውዥን) ስለዚህ የኑክሌር ውህደት ሃይልን ለማግኘት በጣም ውጤታማው መንገድ የቀላል ንጥረ ነገር አስኳል - ሃይድሮጂን - እና አይዞቶፖች እንዲዋሃዱ ማስገደድ ነው።.

የእጅ ኮከብ: ጠንካራ ጥቅሞች

የኑክሌር ውህደት በ 1930 ዎቹ ውስጥ በከዋክብት ውስጠኛ ክፍል ውስጥ የተከናወኑ ሂደቶችን በማጥናት ተገኝቷል. በእያንዳንዱ ፀሀይ ውስጥ የኒውክሌር ፊውዥን ምላሾች ይከሰታሉ ፣ እና ብርሃን እና ሙቀት ምርቶቹ ናቸው። ይህ ግልጽ ሆኖ ሲገኝ ሳይንቲስቶች በምድር ላይ በፀሃይ አንጀት ውስጥ የሚከሰተውን ነገር እንዴት መድገም እንደሚችሉ አስበው ነበር. ከሁሉም የሚታወቁ የኃይል ምንጮች ጋር ሲነጻጸር, "የእጅ ፀሐይ" ብዙ የማይካዱ ጥቅሞች አሉት.

በመጀመሪያ ፣ ተራ ሃይድሮጂን እንደ ነዳጅ ሆኖ ያገለግላል ፣ በምድር ላይ ያለው ክምችት ለብዙ ሺህ ዓመታት ይቆያል። እንኳን መለያ ወደ ምላሽ በጣም የተለመደ isotope, deuterium, አንድ ብርጭቆ ውኃ የሚጠይቅ አይደለም እውነታ በመውሰድ አንድ ትንሽ ከተማ ለአንድ ሳምንት ያህል የኤሌክትሪክ ጋር ለማቅረብ በቂ ነው. በሁለተኛ ደረጃ, ከሃይድሮካርቦኖች ማቃጠል በተቃራኒ የኑክሌር ውህደት ምላሽ መርዛማ ምርቶችን አያመጣም - ገለልተኛ ጋዝ ሂሊየም ብቻ.

የውህደት ኃይል ጥቅሞች

ከሞላ ጎደል ያልተገደበ የነዳጅ አቅርቦቶች። በ fusion reactor ውስጥ, ሃይድሮጂን isotopes - ዲዩትሪየም እና ትሪቲየም - እንደ ነዳጅ ይሠራሉ; እንዲሁም isotope helium-3 መጠቀም ይችላሉ. በባህር ውሃ ውስጥ ብዙ ዲዩቴሪየም አለ - በተለመደው ኤሌክትሮይዚስ ሊገኝ ይችላል, እና በአለም ውቅያኖስ ውስጥ ያለው ክምችት ለ 300 ሚሊዮን አመታት የሰው ልጅ አሁን ባለው የኃይል ፍላጎት ላይ ይቆያል.

በተፈጥሮ ውስጥ ትሪቲየም በጣም ያነሰ ነው ፣ በሰው ሰራሽ በሆነ መንገድ በኑክሌር ኃይል ማመንጫዎች ውስጥ የሚመረተው - ነገር ግን ለሙቀት ምላሽ በጣም ትንሽ ነው የሚያስፈልገው። በምድር ላይ ሄሊየም-3 የለም ማለት ይቻላል ፣ ግን በጨረቃ አፈር ውስጥ ብዙ አለ። አንድ ቀን ቴርሞኑክሌር ኃይል ካለን ለእሷ ነዳጅ ለማግኘት ወደ ጨረቃ መብረር ይቻል ይሆናል።

ምንም ፍንዳታ የለም። የሙቀት አማቂ ምላሽን ለመፍጠር እና ለማቆየት ብዙ ኃይል ይጠይቃል። የኃይል አቅርቦቱ እንደቆመ, ምላሹ ይቆማል, እና በመቶ ሚሊዮኖች የሚቆጠሩ ዲግሪዎች የሚሞቅ ፕላዝማ መኖር ያቆማል. ስለዚህ, ፊውዥን ሪአክተር ከማጥፋት ይልቅ ለማብራት በጣም ከባድ ነው.

ዝቅተኛ ራዲዮአክቲቭ.ቴርሞኑክሊየር ምላሽ ከማግኔቲክ ወጥመድ የሚወጣ የኒውትሮን ፍሰት ይፈጥራል እና በቫኩም ክፍል ግድግዳዎች ላይ ተከማችቶ ሬዲዮአክቲቭ ያደርገዋል። በፕላዝማ ፔሪሜትር ዙሪያ ልዩ "ብርድ ልብስ" (ብርድ ልብስ) በመፍጠር, የኒውትሮኖችን ፍጥነት መቀነስ, በሪአክተሩ ዙሪያ ያለውን ቦታ ሙሉ በሙሉ መጠበቅ ይቻላል. ብርድ ልብሱ ራሱ በጊዜ ሂደት ሬዲዮአክቲቭ ይሆናል፣ ግን ለረጅም ጊዜ አይደለም። ለ 20-30 ዓመታት እንዲያርፍ መፍቀድ, እንደገና የተፈጥሮ የጀርባ ጨረር ያለው ቁሳቁስ ማግኘት ይችላሉ.

ምንም ነዳጅ አይፈስስም። ሁልጊዜ የነዳጅ መፍሰስ አደጋ አለ, ነገር ግን ውህድ ሬአክተር በጣም ትንሽ ነዳጅ ስለሚያስፈልገው ሙሉ በሙሉ መፍሰስ እንኳን አካባቢን አያስፈራውም. ለምሳሌ ITER ን ማስጀመር ወደ 3 ኪሎ ግራም ትሪቲየም ብቻ እና ትንሽ ተጨማሪ ዲዩቴሪየም ያስፈልገዋል። በጣም በከፋ ሁኔታ ውስጥ እንኳን, ይህ የራዲዮአክቲቭ isotopes መጠን በፍጥነት በውሃ እና በአየር ውስጥ ይሰራጫል እና በማንም ላይ ምንም ጉዳት አያስከትልም.

የጦር መሳሪያ የለም። ቴርሞኑክለር ሬአክተር አቶሚክ የጦር መሣሪያዎችን ለመሥራት የሚያገለግሉ ንጥረ ነገሮችን አያመነጭም። ስለዚህ የቴርሞኑክሌር ሃይል መስፋፋት ወደ ኑክሌር ውድድር ሊያመራ የሚችል ምንም አይነት ስጋት የለም።

"ሰው ሰራሽ ፀሐይ" እንዴት እንደሚበራ, በአጠቃላይ, ባለፈው ክፍለ ዘመን በሃምሳዎቹ ውስጥ ቀድሞውኑ ግልጽ ሆነ. በውቅያኖሱ በሁለቱም በኩል ቁጥጥር የሚደረግበት የኑክሌር ውህደት ምላሽ ዋና መለኪያዎችን የሚያዘጋጁ ስሌቶች ተካሂደዋል። በመቶ ሚሊዮኖች ዲግሪ በሚደርስ ከፍተኛ ሙቀት ውስጥ መከናወን አለበት: በእንደዚህ ዓይነት ሁኔታዎች ኤሌክትሮኖች ከኒውክሊዮቻቸው ይጣላሉ. ስለዚህ, ይህ ምላሽ ቴርሞኑክሊየር ውህደት ተብሎም ይጠራል. ባዶ ኒውክላይዎች፣ በአንገት ፍጥነት እርስ በርስ በመጋጨታቸው የኩሎምብ መቃወምን አሸንፈው ተዋህደዋል።

ችግሮች እና መፍትሄዎች

የመጀመሪያዎቹ አስርት ዓመታት ጉጉት በሚያስደንቅ የሥራው ውስብስብነት ውስጥ ወድቋል። የሙቀት መቆጣጠሪያ ውህደትን ማስጀመር በአንፃራዊነት ቀላል ሆኖ ተገኝቷል - በፍንዳታ መልክ ከተሰራ። በሴሚፓላቲንስክ እና በኖቫያ ዘምሊያ የሚገኙ የፓሲፊክ አቶሎች እና የሶቪዬት የሙከራ ጣቢያዎች የሙቀት-ሙቀትን ምላሽ ሙሉ ኃይል አጋጥሟቸዋል ከጦርነቱ በኋላ ባሉት የመጀመሪያዎቹ አስርት ዓመታት ውስጥ።

ነገር ግን ይህንን ሃይል መጠቀም ከጥፋት በስተቀር ቴርሞኑክለር ቻርጅን ከማፈንዳት የበለጠ ከባድ ነው። ኤሌክትሪክን ለማመንጨት ቴርሞኑክሌር ኃይልን ለመጠቀም ምላሹ ቁጥጥር በሚደረግበት መንገድ መከናወን አለበት ስለዚህም ኃይል በትንሽ ክፍሎች ይለቀቃል.

እንዴት ማድረግ ይቻላል? ቴርሞኑክለር ምላሽ የሚካሄድበት አካባቢ ፕላዝማ ይባላል። ከጋዝ ጋር ተመሳሳይ ነው, ከተለመደው ጋዝ በተለየ መልኩ የተሞሉ ቅንጣቶችን ያካትታል. እና የተሞሉ ቅንጣቶች ባህሪ ኤሌክትሪክ እና መግነጢሳዊ መስኮችን በመጠቀም መቆጣጠር ይቻላል.

ስለዚህ, በአጠቃላይ መልኩ, ቴርሞኑክሌር ሬአክተር በፕላዝማ ውስጥ በኮንዳክተሮች እና ማግኔቶች ውስጥ የተያዘ ነው. ፕላዝማው እንዳያመልጥ ይከላከላሉ, እና ይህን በሚያደርጉበት ጊዜ, የአቶሚክ ኒውክሊየስ በፕላዝማ ውስጥ ይዋሃዳሉ, በዚህም ምክንያት ኃይል ይወጣል. ይህ ኃይል ከሪአክተሩ መወገድ አለበት, ቀዝቃዛውን ለማሞቅ ያገለግላል - እና ኤሌክትሪክ ማግኘት አለበት.

ወጥመዶች እና ፍሳሾች

ፕላዝማ በምድር ላይ ያሉ ሰዎች ሊያጋጥሟቸው የሚገቡ እጅግ በጣም የሚስብ ንጥረ ነገር ሆኖ ተገኝቷል። ሳይንቲስቶች አንድ ዓይነት የፕላዝማ መፍሰስን የሚከለክሉበትን መንገድ ባገኙ ቁጥር አዲስ ተገኘ። የ20ኛው መቶ ክፍለ ዘመን ሁለተኛ አጋማሽ በሙሉ ፕላዝማውን በሪአክተር ውስጥ ለማንኛውም አስፈላጊ ጊዜ ማቆየትን በመማር ላይ ውሏል። ይህ ችግር መፈጠር የጀመረው በእኛ ዘመን ብቻ ነው፣ ኃይለኛ ኮምፒውተሮች ሲታዩ የፕላዝማ ባህሪን የሂሳብ ሞዴሎችን መፍጠር ያስቻሉ።

የትኛው ዘዴ ለፕላዝማ ማገድ የተሻለ እንደሆነ አሁንም ምንም መግባባት የለም. በጣም ዝነኛ የሆነው ቶካማክ የዶናት ቅርጽ ያለው የቫኩም ክፍል ነው (የሂሳብ ሊቃውንት እንደሚሉት ቶረስ) ከውስጥም ከውጭም የፕላዝማ ወጥመዶች አሉት። ይህ ውቅር በዓለም ላይ ትልቁ እና በጣም ውድ የሆነው ቴርሞኑክሌር ጭነት ይኖረዋል - በአሁኑ ጊዜ በደቡብ ፈረንሳይ በመገንባት ላይ ያለው ITER ሬአክተር።

ከቶካማክ በተጨማሪ የቴርሞኑክሌር ኃይል ማመንጫዎች ብዙ አወቃቀሮች አሉ-ሉላዊ ፣ ልክ እንደ ሴንት ፒተርስበርግ ግሎቡስ-ኤም ፣ እጅግ በጣም የተጣመሙ ኮከብ ቆጣሪዎች (እንደ ዌንደልስታይን 7-ኤክስ በጀርመን በሚገኘው ማክስ ፕላንክ የኑክሌር ፊዚክስ ተቋም) ፣ ሌዘር እንደ አሜሪካዊው NIF ያሉ የማይነቃቁ ወጥመዶች። ከ ITER በጣም ያነሰ የሚዲያ ትኩረት ይቀበላሉ፣ ነገር ግን ከፍተኛ የሚጠበቁ ነገሮችም አላቸው።

የስቴላሬተሩን ንድፍ ከቶካማክ ይልቅ በመሠረቱ የበለጠ ስኬታማ እንደሆነ አድርገው የሚቆጥሩ ሳይንቲስቶች አሉ: ለመገንባት ርካሽ ነው, እና የፕላዝማ እገዳ ጊዜ ብዙ ተጨማሪ እንደሚሰጥ ቃል ገብቷል.በሃይል ውስጥ ያለው ትርፍ በፕላዝማ ወጥመድ ጂኦሜትሪ የቀረበ ነው, ይህም አንድ ሰው በ "ዶናት" ውስጥ ያለውን ጥገኛ ተፅእኖ እና ፍሳሾችን ለማስወገድ ያስችላል. ሌዘር ፓምፑድ እትም እንዲሁ ጥቅሞቹ አሉት.

በውስጣቸው ያለው የሃይድሮጅን ነዳጅ በሌዘር ጥራዞች ወደሚፈለገው የሙቀት መጠን ይሞቃል, እና የውህደቱ ምላሽ ወዲያውኑ ይጀምራል. በእንደዚህ ዓይነት ጭነቶች ውስጥ ያለው ፕላዝማ በ inertia ተይዟል እና ለመበተን ጊዜ የለውም - ሁሉም ነገር በፍጥነት ይከሰታል.

መላው ዓለም

በአሁኑ ጊዜ በአለም ላይ ያሉት ሁሉም ቴርሞኑክሌር ሬአክተሮች የሙከራ ማሽኖች ናቸው። አንዳቸውም ኤሌክትሪክ ለማመንጨት ጥቅም ላይ አይውሉም. ለቴርሞኑክሌር ምላሽ (የላውሰን መመዘኛ) ዋናውን መስፈርት ለማሟላት እስካሁን የተሳካለት የለም፡ ምላሹን ለመፍጠር ከወጣው የበለጠ ጉልበት ለማግኘት። ስለዚህ የዓለም ማህበረሰብ በግዙፉ የአይተር ፕሮጀክት ላይ ትኩረት አድርጓል። የሎውሰን መስፈርት በ ITER ላይ ከተሟላ, ቴክኖሎጂውን ለማጣራት እና ወደ የንግድ መስመሮች ለማስተላለፍ መሞከር ይቻላል.

በአለም ላይ ITERን ብቻውን ሊገነባ የሚችል ሀገር የለም። ብቻውን 100 ሺህ ኪሎ ሜትር የሱፐርኮንዳክተር ሽቦዎች ያስፈልገዋል እንዲሁም በደርዘን የሚቆጠሩ ሱፐርኮንዳክተሮች ማግኔቶችን እና ፕላዝማን ለመያዝ ግዙፍ ማእከላዊ ሶሌኖይድ, ቀለበት ውስጥ ከፍተኛ ክፍተት ለመፍጠር የሚያስችል ስርዓት, ለማግኔት, ተቆጣጣሪዎች, ኤሌክትሮኒክስ የሂሊየም ማቀዝቀዣዎች … ስለዚህ, ፕሮጀክቱ 35 አገሮችን እና ከዚያም በላይ በሺዎች የሚቆጠሩ ሳይንሳዊ ተቋማትን እና ፋብሪካዎችን እየገነባ ነው።

ሩሲያ በፕሮጀክቱ ውስጥ ከሚሳተፉት ዋና ዋና አገሮች አንዷ ናት; በሩሲያ ውስጥ የወደፊቱ ሬአክተር 25 የቴክኖሎጂ ስርዓቶች እየተነደፉ እና እየተገነቡ ናቸው. እነዚህ ሱፐርኮንዳክተሮች, የፕላዝማ መለኪያዎችን ለመለካት ስርዓቶች, አውቶማቲክ መቆጣጠሪያዎች እና የዳይቨርተር አካላት, የቶካማክ ውስጠኛው ግድግዳ በጣም ሞቃት ክፍል ናቸው.

ITER ከጀመረ በኋላ የሩሲያ ሳይንቲስቶች ሁሉንም የሙከራ ውሂቡን ማግኘት ይችላሉ። ሆኖም የ ITER ማሚቶ የሚሰማው በሳይንስ ብቻ አይደለም-አሁን በአንዳንድ ክልሎች በሩሲያ ውስጥ ከዚህ በፊት ያልነበሩ የምርት መገልገያዎች ታይተዋል ። ለምሳሌ ፕሮጀክቱ ከመጀመሩ በፊት በሀገራችን ምንም አይነት የኢንዱስትሪ ምርት ከሱፐር-ኮንዳክሽን ማምረቻዎች አልነበሩም, እና በመላው አለም በዓመት 15 ቶን ብቻ ይመርታሉ. አሁን በቼፕስክ ሜካኒካል ፋብሪካ የመንግስት ኮርፖሬሽን "Rosatom" ብቻ በዓመት 60 ቶን ማምረት ይቻላል.

የወደፊቱ የኃይል እና ከዚያ በላይ

በ ITER ውስጥ የመጀመሪያው ፕላዝማ በ 2025 ለመቀበል ታቅዷል. መላው ዓለም ይህንን ክስተት እየጠበቀ ነው። ነገር ግን አንድ, በጣም ኃይለኛው እንኳን, ማሽን ብቻ አይደለም. በመላው ዓለም እና በሩሲያ ውስጥ አዳዲስ ቴርሞኑክሌር ማሞቂያዎችን መገንባታቸውን ይቀጥላሉ, ይህም በመጨረሻ የፕላዝማን ባህሪ ለመረዳት እና ለመጠቀም በጣም ጥሩውን መንገድ ለማግኘት ይረዳል.

ቀድሞውኑ እ.ኤ.አ. በ 2020 መገባደጃ ላይ የኩርቻቶቭ ኢንስቲትዩት አዲስ ቶካማክ T-15MD ሊጀምር ነው ፣ ይህም ከኑክሌር እና ቴርሞኑክሌር ንጥረ ነገሮች ጋር የተዳቀለ ጭነት አካል ይሆናል። በቴርሞኑክሌር ምላሽ ዞን ውስጥ የተፈጠሩት ኒውትሮኖች በዲቃላ መጫኛ ውስጥ የከባድ ኒውክሊየስ - የዩራኒየም እና ቶሪየም ፊንጢጣ ለመጀመር ያገለግላሉ ። ለወደፊቱ እንደነዚህ ያሉ ድብልቅ ማሽኖች ለተለመደው የኑክሌር ኃይል ማመንጫዎች ነዳጅ ለማምረት ሊያገለግሉ ይችላሉ - ሁለቱም የሙቀት እና ፈጣን ኒውትሮን.

የቶሪየም መዳን

በተለይም ቴርሞኑክለር "ኒውክሊየስ"ን እንደ የኒውትሮን ምንጭ የመጠቀም እድል በ thorium ኒውክሊየስ ውስጥ መበስበስን ይጀምራል። በፕላኔታችን ላይ ከዩራኒየም የበለጠ ቶሪየም አለ ፣ እና እንደ ኑክሌር ነዳጅ መጠቀሙ ብዙ የዘመናዊ የኑክሌር ኃይል ችግሮችን በአንድ ጊዜ ይፈታል።

ስለዚህ የቶሪየም የመበስበስ ምርቶች ወታደራዊ ሬዲዮአክቲቭ ቁሳቁሶችን ለማምረት ጥቅም ላይ ሊውሉ አይችሉም. የዚህ ዓይነቱ አጠቃቀም ዕድል ትናንሽ አገሮች የራሳቸውን የኒውክሌር ኃይል እንዳያዳብሩ የሚያደርግ የፖለቲካ ምክንያት ሆኖ ያገለግላል። የቶሪየም ነዳጅ ይህንን ችግር ለአንዴና ለመጨረሻ ጊዜ ይፈታል።

የፕላዝማ ወጥመዶች በሃይል ውስጥ ብቻ ሳይሆን በሌሎች ሰላማዊ ኢንዱስትሪዎች - በጠፈር ውስጥም ጠቃሚ ሊሆኑ ይችላሉ. አሁን ሮሳቶም እና የኩርቻቶቭ ኢንስቲትዩት ኤሌክትሮድስ የሌለው የፕላዝማ ሮኬት ሞተር ለጠፈር መንኮራኩሮች እና ለፕላዝማ ቁሳቁሶች ማስተካከያ ስርዓቶች አካላት ላይ እየሰሩ ናቸው ።በ ITER ፕሮጀክት ውስጥ የሩሲያ ተሳትፎ ኢንዱስትሪውን ያነሳሳል, ይህም አዳዲስ ኢንዱስትሪዎች እንዲፈጠሩ ያደርጋል, ይህም ቀድሞውኑ ለአዳዲስ የሩሲያ እድገቶች መሠረት ነው.