Kaasaegseid ülijuhte kasutavad uuenduslikud projektid võimaldavad peagi kontrollitud termotuumasünteesi, väidavad mõned optimistid. Eksperdid aga ennustavad, et praktiline rakendamine võtab mitu aastakümmet.
Miks see nii raske on?
Tuumasünteesienergiat peetakse potentsiaalseks energiaallikaks tuleviku jaoks. See on aatomi puhas energia. Aga mis see on ja miks on seda nii raske saavutada? Alustuseks peame mõistma erinevust klassikalise tuumalõhustumise ja termotuumasünteesi vahel.
Aatomi lõhustumine toimub siis, kui radioaktiivsed isotoobid – uraan või plutoonium – lõhustuvad ja muudetakse teisteks väga radioaktiivseteks isotoopideks, mis tuleb seejärel maha matta või ringlusse võtta.
Tuumasünteesi reaktsioon seisneb selles, et kaks vesiniku isotoopi – deuteerium ja triitium – sulanduvad üheks tervikuks, moodustades mittetoksilise heeliumi ja ühe neutroni, tekitamata radioaktiivseid jäätmeid.
Juhtimisprobleem
Reageerib selleletoimuda Päikesel või vesinikupommis – see on termotuumasüntees ja inseneride ees seisab hirmutav ülesanne – kuidas seda protsessi elektrijaamas juhtida?
Sellega on teadlased tegelenud alates 1960. aastatest. Põhja-Saksamaa linnas Greifswaldis alustas tööd veel üks eksperimentaalne termotuumasünteesi reaktor nimega Wendelstein 7-X. See ei ole veel loodud reaktsiooni tekitamiseks – see on lihts alt eriline disain, mida katsetatakse (tokamaki asemel stellaraator).
Kõrge energiasisaldusega plasma
Kõigil termotuumaseadmetel on ühine tunnus – rõngakujuline kuju. See põhineb ideel kasutada võimsaid elektromagneteid, et luua torukujuline tugev elektromagnetväli – täispuhutud jalgrattatoru.
See elektromagnetväli peab olema nii tihe, et kui seda mikrolaineahjus ühe miljoni kraadini Celsiuse järgi kuumutada, peab rõnga keskele ilmuma plasma. Seejärel süüdatakse see, et ühinemine saaks alata.
Võimaluste demonstreerimine
Euroopas on praegu käimas kaks sellist katset. Üks neist on Wendelstein 7-X, mis genereeris hiljuti oma esimese heeliumplasma. Teine on ITER, tohutu eksperimentaalne termotuumasünteesirajatis Lõuna-Prantsusmaal, mida alles ehitatakse ja mis on valmis kasutusele võtma 2023. aastal.
Eeldatakse, et tõelised tuumareaktsioonid toimuvad ITERis, kuid alles aastallühikest aega ja kindlasti mitte kauem kui 60 minutit. See reaktor on vaid üks paljudest sammudest tuumasünteesi muutmisel reaalsuseks.
Tuumasünteesireaktor: väiksem ja võimsam
Hiljuti on mitmed disainerid teatanud uuest reaktori kujundusest. Grupi Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi üliõpilaste ja ka relvafirma Lockheed Martin esindajate sõnul saab tuumasünteesi läbi viia ITERist palju võimsamates ja väiksemates rajatistes ning nad on valmis seda tegema kümne jooksul. aastat.
Uue disaini idee on kasutada elektromagnetides kaasaegseid kõrge temperatuuriga ülijuhte, millel on vedela lämmastikuga jahutamisel oma omadused, mitte tavapäraste, mis nõuavad vedelat heeliumit. Uus, paindlikum tehnoloogia võimaldab reaktori täielikult ümber kujundada.
Klaus Hesch, kes vastutab Edela-Saksamaal Karlsruhe Tehnoloogiainstituudis tuumasünteesitehnoloogia eest, on skeptiline. See toetab uute kõrge temperatuuriga ülijuhtide kasutamist uute reaktorikonstruktsioonide jaoks. Kuid tema sõnul ei piisa sellest, et arvutis midagi arendada, võttes arvesse füüsikaseadusi. Idee elluviimisel tuleb arvestada väljakutsetega, mis tekivad.
Sci-fi
Heshi sõnul näitab MIT-i üliõpilasmudel ainult projekti võimalikkust. Aga tegelikult on see palju ulmet. Projektviitab sellele, et tuumasünteesi tõsised tehnilised probleemid on lahendatud. Kuid tänapäeva teadusel pole aimugi, kuidas neid lahendada.
Üks selline probleem on kokkupandavate poolide idee. Elektromagneteid saab lahti võtta, et pääseda MIT-i disainimudeli plasmat hoidvasse rõngasse.
See oleks väga kasulik, sest pääseks juurde sisesüsteemis olevatele objektidele ja saaks neid asendada. Kuid tegelikult on ülijuhid valmistatud keraamilisest materjalist. Õige magnetvälja moodustamiseks tuleb sadu neist keerukal viisil läbi põimuda. Ja siin on põhimõttelisemad raskused: nendevahelised ühendused pole nii lihtsad kui vaskkaablite ühendused. Keegi pole veel isegi mõelnud kontseptsioonidele, mis aitaksid selliseid probleeme lahendada.
Liiga kuum
Probleemiks on ka kõrge temperatuur. Fusioonplasma tuumas ulatub temperatuur umbes 150 miljoni kraadini Celsiuse järgi. See äärmuslik kuumus jääb paigale - otse ioniseeritud gaasi keskele. Kuid isegi selle ümber on endiselt väga kuum - 500–700 kraadi reaktoritsoonis, mis on metalltoru sisemine kiht, milles tuumasünteesi toimumiseks vajalik triitium "paljuneb"
Tuumasünteesireaktoril on veelgi suurem probleem – nn võimsuse vabastamine. See on süsteemi osa, mis võtab termotuumasünteesi käigus vastu kasutatud kütuse, peamiselt heeliumi. Esiteksmetallkomponente, millesse kuum gaas siseneb, nimetatakse "suunajateks". See võib kuumeneda üle 2000 °C.
Divertori probleem
Selleks, et tehas sellistele temperatuuridele vastu peaks, püüavad insenerid kasutada vanaaegsetes hõõglampides kasutatavat metallist volframi. Volframi sulamistemperatuur on umbes 3000 kraadi. Kuid on ka teisi piiranguid.
ITERis saab seda teha, sest seal ei kuumene pidev alt. Eeldatakse, et reaktor töötab ainult 1-3% ajast. Kuid see ei ole võimalik elektrijaama jaoks, mis peab töötama ööpäevaringselt. Ja kui keegi väidab, et suudab ehitada väiksema reaktori, mille võimsus on sama võimsusega kui ITER, siis võib kindl alt väita, et tal pole diverteri probleemile lahendust.
Elektrijaam mõne aastakümne pärast
Sellegipoolest on teadlased termotuumareaktorite arendamise suhtes optimistlikud, kuid see ei ole nii kiire, kui mõned entusiastid ennustavad.
ITER peaks näitama, et juhitav termotuumasünteesi võib tegelikult toota rohkem energiat, kui kuluks plasma soojendamiseks. Järgmise sammuna tuleb ehitada uhiuus hübriid-demonstratsioonielektrijaam, mis tegelikult toodab elektrit.
Insenerid töötavad juba selle disaini kallal. Nad peavad õppima ITERilt, mis peaks käivituma 2023. aastal. Arvestades projekteerimiseks, planeerimiseks ja ehitamiseks kuluvat aega, tundubon ebatõenäoline, et esimene termotuumaelektrijaam käivitatakse palju varem kui 21. sajandi keskpaik.
Rossi Cold Fusion
2014. aastal jõuti E-Cat reaktori sõltumatu testi käigus järeldusele, et seade andis 32-päevase perioodi jooksul keskmiselt 2800 vatti väljundvõimsust ja tarbis 900 vatti. Seda on rohkem kui ükski keemiline reaktsioon suudab eraldada. Tulemus räägib kas läbimurdest termotuumasünteesi vallas või otsesest pettusest. Raport valmistas pettumuse skeptikutes, kes kahtlevad, kas test oli tõesti sõltumatu, ja viitavad testitulemuste võimalikule võltsimisele. Teised on olnud hõivatud "salajaste koostisosade" väljaselgitamisega, mis võimaldavad Rossi termotuumasünteesil tehnoloogiat korrata.
Rossi on pettur?
Andrea on imposantne. Ta avaldab oma veebisaidi, pretensioonika nimega Journal of Nuclear Physics, kommentaaride rubriigis ainulaadses inglise keeles kuulutusi maailmale. Kuid tema varasemad ebaõnnestunud katsed on hõlmanud Itaalia jäätmetest kütuseks muutmise projekti ja termoelektrigeneraatorit. Jäätmete energiaks muutmise projekt Petroldragon kukkus osaliselt läbi, kuna ebaseaduslikku jäätmete ladestamist kontrollib Itaalia organiseeritud kuritegevus, kes on esitanud talle kriminaalsüüdistuse jäätmekäitluseeskirjade rikkumises. Ta lõi ka termoelektrilise seadme USA armee inseneride korpuse jaoks, kuid katsetamise ajal andis vidin vaid murdosa deklareeritud võimsusest.
Paljud ei usalda Rossit ja ajalehe New Energy Times peatoimetaja nimetas teda otsekohe kurjategijaks, kelle selja taga on rida ebaõnnestunud energiaprojekte.
Sõltumatu kinnitus
Rossi sõlmis lepingu Ameerika ettevõttega Industrial Heat, et viia läbi 1-MW külmsünteesijaama aastapikkune salakatse. Seade oli veokonteiner, mis oli pakitud kümnete E-Catidega. Eksperimenti pidi juhtima kolmas osapool, kes võis kinnitada, et soojust toodetakse tõepoolest. Rossi väidab, et veetis suure osa eelmisest aastast praktiliselt konteineris elades ja tegevust jälgides rohkem kui 16 tundi päevas, et tõestada E-Cat'i ärilist elujõulisust.
Test lõppes märtsis. Rossi toetajad ootasid pikisilmi vaatlejate aruannet, lootes oma kangelase õigeksmõistvat otsust. Kuid lõpuks said nad kohtuasja.
Kohtuvaidlus
Florida kohtuavalduses väitis Rossi, et test oli edukas ja sõltumatu vahekohtunik kinnitas, et E-Cati reaktor toodab kuus korda rohkem energiat kui tarbib. Ta väitis ka, et Industrial Heat oli nõustunud maksma talle 100 miljonit dollarit – 11,5 miljonit dollarit ettemaksuna pärast 24-tunnist prooviperioodi (nähtav alt litsentsiõiguste eest, et ettevõte saaks tehnoloogiat USA-s müüa) ja veel 89 miljonit dollarit pärast pikendatud projekti edukat lõpetamist. prooviversioon 350 päeva jooksul. Rossi süüdistas IH-d petuskeemi juhtimisesmille eesmärk oli varastada tema intellektuaalomandit. Samuti süüdistas ta ettevõtet E-Cati reaktorite omastamises, uuenduslike tehnoloogiate ja toodete, funktsionaalsuse ja disainide ebaseaduslikus kopeerimises ning tema intellektuaalomandi patendi kuritarvitamises.
Kullakaevandus
Mujal väidab Rossi, et ühel oma meeleavaldusel sai IH pärast kordusmängu, milles osalesid Hiina tippametnikud, investoritelt 50–60 miljonit dollarit ja Hiin alt veel 200 miljonit dollarit. Kui see on tõsi, siis on kaalul palju rohkem kui sada miljonit dollarit. Industrial Heat on need väited alusetutena tagasi lükanud ja kavatseb end aktiivselt kaitsta. Veelgi olulisem on see, et ta "töötas üle kolme aasta, et kinnitada tulemusi, mille Rossi oma E-Cat tehnoloogiaga väidetav alt saavutas, kuid edutult."
IH ei usu E-Cat’i ja New Energy Times ei näe põhjust selles kahelda. 2011. aasta juunis külastas väljaande esindaja Itaaliat, intervjueeris Rossit ja filmis tema E-Cati demonstratsiooni. Päev hiljem teatas ta oma tõsisest murest soojusvõimsuse mõõtmise meetodi pärast. 6 päeva pärast postitas ajakirjanik oma video YouTube'i. Eksperdid üle maailma saatsid talle analüüse, mis avaldati juulis. Sai selgeks, et see oli pettus.
Katsekinnitus
Kuid mitmed teadlased – Aleksander Parkhomov Venemaa Rahvaste Sõpruse Ülikoolist ja Martin Fleishmani mälestusprojektist (MFPM) –õnnestus taastoota Venemaa külm termotuumasünteesi. MFPM-i aruanne kandis pealkirja "Süsinikuajastu lõpp on lähedal". Sellise imetluse põhjuseks oli gammakiirguse purske avastamine, mida ei saa seletada teisiti kui termotuumareaktsiooniga. Teadlaste sõnul on Rossil täpselt see, mida ta ütleb.
Elujõuline avatud külmsünteesi retsept võib vallandada energia kullapalaviku. Rossi patentidest mööda hiilimiseks ja mitme miljardi dollarilisest energiaärist eemal hoidmiseks võib leida alternatiivseid meetodeid.
Nii et võib-olla eelistaks Rossi seda kinnitust vältida.
