Matatizo ya udhibiti wa muunganisho wa thermonuclear (TF). Jarida la Kimataifa la Matatizo Yanayotumika na Msingi ya Utafiti wa kuunda mitambo ya nyuklia

Mbinu mpya imeundwa ili kupunguza kasi ya elektroni zinazokimbia kwa ufanisi kwa kuanzisha ioni "nzito", kama vile neon au argon, kwenye reactor.

Kitendo cha muunganisho kinachofanya kazi bado ni ndoto, lakini inaweza hatimaye kuwa ukweli kwa utafiti mwingi na majaribio ili kufungua usambazaji usio na kikomo wa nishati safi. Shida ambazo wanasayansi hukabiliana nazo katika kupata muunganisho wa nyuklia bila shaka ni kubwa na ngumu kweli, lakini kila kitu kinaweza kushinda. Na inaonekana kwamba moja ya matatizo kuu yametatuliwa.

Mchanganyiko wa nyuklia sio mchakato uliobuniwa na wanadamu, lakini upo katika asili tangu mwanzo; Ndani kabisa ya nyota yetu ya nyumbani, atomi za hidrojeni zimepangwa pamoja ili kuunda heliamu, ambayo ndiyo msukumo wa mchakato huo. Muunganisho wa nyuklia hutoa kiasi kikubwa cha nishati, lakini huhitaji gharama kubwa ili kuunda shinikizo la juu sana na halijoto, ambayo ni vigumu kuigiza Duniani kwa njia iliyodhibitiwa.

Mwaka jana, watafiti huko MIT walituleta karibu na fusion kwa kufichua plasma kwa shinikizo linalofaa, lakini sasa watafiti wawili wa Chuo Kikuu cha Chalmers wamegundua kipande kingine cha fumbo.

Moja ya matatizo ambayo wahandisi wamekutana nayo ni elektroni zilizokimbia. Elektroni hizi za nishati ya juu sana zinaweza kuongeza kasi ya ghafla na bila kutarajiwa hadi kasi ya juu sana, ambayo inaweza kuharibu ukuta wa reactor bila onyo.

Wanafunzi wa udaktari Linnea Heschlow na Ole Emberose walibuni mbinu mpya ya kupunguza kasi ya elektroni hizi zinazokimbia kwa urahisi kwa kuanzisha ayoni "nzito" kama vile neon au argon kwenye reactor. Kwa sababu hiyo, elektroni zenye chaji nyingi zinazogonga viini vya ioni hizi hupunguza kasi na kuwa rahisi kudhibitiwa.

"Tunapoweza kupunguza kasi ya elektroni zilizokimbia, tutakuwa hatua moja karibu na kinu kinachofanya kazi," anasema Linnea Heschlow.

Watafiti waliunda mfano ambao unaweza kutabiri kwa ufanisi nishati na tabia ya elektroni. Kwa kutumia Muundo wa Hisabati wa Plasma, wanafizikia sasa wanaweza kudhibiti kwa ufanisi kasi ya elektroni kutoroka bila kukatiza mchakato wa muunganisho.

“Watu wengi wanafikiri kwamba itafanya kazi, lakini ni rahisi zaidi kwenda Mihiri kuliko kufikia muunganisho,” asema Linnea Heschlow: “Unaweza kusema kwamba tunajaribu kuleta pamoja nyota hapa duniani, na hilo huenda likachukua muda fulani. wakati. Inachukua halijoto ya juu sana, moto zaidi kuliko katikati ya jua, ili tufanikishe kuunganishwa hapa duniani. Kwa hivyo natumai kuwa yote ni suala la muda."

kulingana na nyenzo kutoka kwa newatlas.com, tafsiri

3. Matatizo ya fusion kudhibitiwa thermonuclear

Watafiti kutoka nchi zote zilizoendelea wanaweka matumaini yao juu ya kukabiliana na msukosuko wa nishati unaokuja kwenye athari inayodhibitiwa ya nyuklia. Mwitikio kama huo - muundo wa heliamu kutoka kwa deuterium na tritium - umekuwa ukifanyika kwenye Jua kwa mamilioni ya miaka, na chini ya hali ya kidunia wamekuwa wakijaribu kuifanya kwa miaka hamsini sasa katika mitambo kubwa na ya gharama kubwa ya laser, tokamaks. (kifaa cha kutekeleza athari za muunganisho wa thermonuclear katika plazima moto) na nyota ( mtego wa sumaku uliofungwa wa kuzuia plasma ya joto la juu). Walakini, kuna njia zingine za kutatua shida hii ngumu, na badala ya tokamaks kubwa, labda itawezekana kutumia mgongano mzuri na wa bei rahisi - kiongeza kasi cha boriti inayogongana - kutekeleza muunganisho wa thermonuclear.

Tokamak inahitaji kiasi kidogo sana cha lithiamu na deuterium ili kufanya kazi. Kwa mfano, reactor yenye nguvu ya umeme ya 1 GW inawaka kuhusu kilo 100 za deuterium na kilo 300 za lithiamu kwa mwaka. Ikiwa tunadhani kwamba mitambo yote ya nguvu ya fusion itazalisha trilioni 10. kWh ya umeme kwa mwaka, yaani, kiasi sawa na mimea yote ya nguvu ya Dunia inayozalisha leo, basi hifadhi za dunia za deuterium na lithiamu zinatosha kusambaza ubinadamu kwa nishati kwa mamilioni ya miaka.

Mbali na muunganisho wa deuterium na lithiamu, muunganisho wa jua pekee unawezekana wakati atomi mbili za deuterium zinapochanganyika. Ikiwa mmenyuko huu umeeleweka, shida za nishati zitatatuliwa mara moja na milele.

Katika lahaja zozote zinazojulikana za muunganisho wa nyuklia unaodhibitiwa (CTF), athari za nyuklia haziwezi kuingia katika hali ya kuongezeka kwa nguvu bila kudhibitiwa, kwa hivyo, vinu vya umeme kama hivyo sio salama.

Kutoka kwa mtazamo wa kimwili, tatizo linaundwa kwa urahisi. Ili kutekeleza mmenyuko wa kujitegemea wa muunganisho wa nyuklia, ni muhimu na ya kutosha kukidhi masharti mawili.

1. Nishati ya viini vinavyohusika katika mmenyuko lazima iwe angalau 10 keV. Ili muunganisho wa nyuklia ufanyike, viini vinavyoshiriki katika athari lazima vianguke kwenye uwanja wa nguvu za nyuklia, radius ambayo ni 10-12-10-13 cm. Walakini, viini vya atomiki vina chaji chanya ya umeme, na kama chaji hurudisha nyuma. Katika mpaka wa hatua ya nguvu za nyuklia, nishati ya kurudisha nyuma ya Coulomb iko kwenye mpangilio wa 10 keV. Ili kuondokana na kizuizi hiki, nuclei juu ya mgongano lazima iwe na nishati ya kinetic angalau si chini ya thamani hii.

2. Bidhaa ya mkusanyiko wa viini vinavyoitikia na muda wa kuhifadhi wakati ambao huhifadhi nishati maalum lazima iwe angalau 1014 s.cm-3. Hali hii - kinachojulikana kama kigezo cha Lawson - huamua kikomo cha manufaa ya nishati ya majibu. Ili nishati iliyotolewa katika mmenyuko wa muunganisho ili angalau kufidia gharama za nishati za kuanzisha majibu, viini vya atomiki lazima vipate migongano mingi. Katika kila mgongano ambapo mmenyuko wa muunganisho hutokea kati ya deuterium (D) na tritium (T), 17.6 MeV ya nishati hutolewa, yaani takriban 3.10-12 J. Ikiwa, kwa mfano, MJ 10 ya nishati inatumiwa kuwasha, basi majibu hayatakuwa na faida ikiwa angalau jozi 3.1018 za D-T zitashiriki ndani yake. Na kwa hili, plasma yenye nguvu ya juu inahitaji kuwekwa kwenye reactor kwa muda mrefu sana. Hali hii inaonyeshwa na kigezo cha Lawson.

Ikiwa mahitaji yote mawili yanaweza kutimizwa kwa wakati mmoja, tatizo la muunganisho wa nyuklia unaodhibitiwa litatatuliwa.

Hata hivyo, utekelezaji wa kiufundi wa tatizo hili la kimwili unakabiliwa na matatizo makubwa. Baada ya yote, nishati ya 10 keV ni joto la digrii milioni 100. Dutu hii inaweza kuwekwa tu kwa joto hili kwa hata sehemu ya pili katika utupu, ikitenganisha na kuta za ufungaji.

Lakini kuna njia nyingine ya kutatua tatizo hili - fusion baridi. Ni nini mmenyuko wa baridi wa thermonuclear?

Kwa asili, kuna angalau njia mbili za kubadilisha maada ndani ya mwelekeo mmoja wa mwendelezo. Unaweza kuchemsha maji juu ya moto, i.e. thermally, au katika tanuri ya microwave, i.e. masafa. Matokeo yake ni sawa - maji ya kuchemsha, tofauti pekee ni kwamba njia ya mzunguko ni kasi zaidi. Kufikia halijoto ya juu zaidi pia hutumiwa kugawanya kiini cha atomi. Njia ya joto hutoa mmenyuko wa nyuklia usio na udhibiti. Nishati ya thermonuclear baridi ni nishati ya hali ya mpito. Moja ya masharti kuu ya muundo wa reactor kwa kutekeleza mmenyuko baridi wa nyuklia ni hali ya sura yake ya fuwele ya piramidi. Hali nyingine muhimu ni kuwepo kwa mashamba ya magnetic na torsion inayozunguka. Makutano ya mashamba hutokea kwenye hatua ya usawa usio na utulivu wa kiini cha hidrojeni.

Wanasayansi Ruzi Taleyarkhan kutoka Maabara ya Kitaifa ya Oak Ridge, Richard Lahey kutoka Chuo Kikuu cha Polytechnic. Rensilira na msomi Robert Nigmatulin walirekodi majibu baridi ya nyuklia katika hali ya maabara.

Kikundi kilitumia kopo la asetoni ya kioevu yenye ukubwa wa glasi mbili hadi tatu. Mawimbi ya sauti yalipitishwa sana kupitia kioevu hicho, na hivyo kutoa athari inayojulikana katika fizikia kama cavitation ya acoustic, ambayo husababisha sonoluminescence. Wakati wa cavitation, Bubbles ndogo zilionekana kwenye kioevu, ambacho kiliongezeka hadi milimita mbili kwa kipenyo na kulipuka. Milipuko hiyo ilifuatana na mwanga wa mwanga na kutolewa kwa nishati i.e. joto ndani ya Bubbles wakati wa mlipuko lilifikia digrii milioni 10 za Kelvin, na nishati iliyotolewa, kulingana na majaribio, inatosha kutekeleza fusion ya nyuklia.

"Kitaalam," kiini cha majibu ni kwamba kama matokeo ya mchanganyiko wa atomi mbili za deuterium, theluthi moja huundwa - isotopu ya hidrojeni, inayojulikana kama tritium, na neutron, inayoonyeshwa na kiwango kikubwa cha nishati.

Ya sasa katika hali ya superconducting ni sifuri, na, kwa hiyo, kiasi cha chini cha umeme kitatumiwa ili kudumisha shamba la magnetic. 8. Mifumo ya haraka sana. Muunganisho wa nyuklia unaodhibitiwa na kizuizi kisicho na nguvu Matatizo yanayohusiana na kufungwa kwa sumaku ya plasma yanaweza, kimsingi, kuepukwa ikiwa mafuta ya nyuklia yatachomwa kwa muda mfupi sana, wakati...

Kwa 2004. Mazungumzo yajayo kuhusu mradi huu yatafanyika Mei 2004 huko Vienna. Reactor itaanza kuundwa mwaka wa 2006 na imepangwa kuzinduliwa mwaka wa 2014. Kanuni ya uendeshaji Mchanganyiko wa Thermonuclear * ni njia ya bei nafuu na rafiki wa mazingira ya kuzalisha nishati. Mchanganyiko wa nyuklia usiodhibitiwa umekuwa ukitokea kwenye Jua kwa mabilioni ya miaka - heliamu huundwa kutoka kwa deuterium ya isotopu ya hidrojeni. Ambapo...

Reactor ya majaribio ya nyuklia inaongozwa na E.P. Velikhov. Merika, ikiwa imetumia dola bilioni 15, iliacha mradi huu, bilioni 15 iliyobaki tayari imetumiwa na mashirika ya kimataifa ya kisayansi. 2. Matatizo ya kiufundi, kimazingira na kiafya. Wakati wa uendeshaji wa mitambo iliyodhibitiwa ya mchanganyiko wa thermonuclear (CTF). mihimili ya nyutroni na mionzi ya gamma hutokea, na pia kutokea...

Nishati na ubora gani utahitajika ili nishati iliyotolewa iwe ya kutosha kufidia gharama za kuanza mchakato wa kutolewa kwa nishati. Tutazungumzia suala hili hapa chini kuhusiana na matatizo ya fusion ya thermonuclear. Kuhusu ubora wa nishati ya laser Katika hali rahisi zaidi, vikwazo vya kubadilisha nishati ya chini katika nishati ya juu ni dhahiri. Ngoja nikupe mifano michache kutoka...

Licha ya taarifa zilizojaa imani kamili kutoka kwa wataalam wenye mamlaka wa kigeni kuhusu matumizi ya karibu ya nishati ambayo inaweza hatimaye kupatikana kutoka kwa vinu vya nyuklia, kila kitu sio matumaini sana. Nishati ya nyuklia, inayoonekana kueleweka na kupatikana, kwa kweli bado iko mbali na kuenea na kuenea kwa utekelezaji katika mazoezi. Hivi majuzi, jumbe za kupendeza zimeonekana tena kwenye Mtandao, zikiwahakikishia umma kwa ujumla kwamba “hakuna vizuizi vyovyote vya kiufundi vilivyosalia ili kuunda kinu cha muunganisho katika siku za usoni.” Lakini imani kama hiyo ilikuwepo hapo awali. Ilionekana kama shida ya kuahidi sana na inayoweza kutatuliwa. Lakini miaka kadhaa imepita, na gari, kama wanasema, bado iko. Chanzo bora cha nishati ambacho ni rafiki wa mazingira bado kinabaki nje ya udhibiti wa wanadamu. Kama hapo awali, hili ni somo la kuahidi la utafiti na maendeleo, ambalo siku moja litafikia kilele cha mradi uliofanikiwa - na kisha nishati itakuja kwetu kana kwamba kutoka kwa cornucopia. Lakini ukweli ni kwamba maendeleo marefu kama haya mbele, zaidi kama wakati wa kuashiria, hukufanya ufikirie kwa umakini sana na kutathmini hali ya sasa. Nini ikiwa tunapuuza baadhi ya mambo muhimu, usizingatie umuhimu na jukumu la vigezo vyovyote. Baada ya yote, hata katika Mfumo wa jua kuna reactor ya thermonuclear ambayo haijaanza kufanya kazi. Hii ni sayari ya Jupiter. Ukosefu wa ukandamizaji wa wingi na mvuto haukumruhusu mwakilishi huyu wa sayari kubwa kufikia nguvu inayohitajika na kuwa Jua lingine katika Mfumo wa Jua. Inabadilika kuwa kama vile mafuta ya kawaida ya nyuklia kuna misa muhimu muhimu kwa mmenyuko wa mnyororo kutokea, kwa hivyo katika kesi hii kuna vigezo vya kuzuia. Na ikiwa, ili kukwepa vizuizi kwa kiwango cha chini kinachohitajika wakati wa kutumia malipo ya jadi ya nyuklia, compression ya nyenzo wakati wa mlipuko hutumiwa, basi katika kesi ya kuunda mitambo ya nyuklia, suluhisho zingine zisizo za kawaida zinahitajika pia.

Tatizo ni kwamba plasma haipaswi kupatikana tu, bali pia ihifadhiwe. Tunahitaji utulivu katika utendakazi wa kinu cha nyuklia kinachoundwa. Lakini hili ni tatizo kubwa.

Bila shaka, hakuna mtu atakayepinga juu ya faida za fusion ya thermonuclear. Hii ni karibu rasilimali isiyo na kikomo ya kupata nishati. Lakini mkurugenzi wa wakala wa Urusi ITER (tunazungumza juu ya mtambo wa kimataifa wa majaribio ya nyuklia) alibaini kuwa zaidi ya miaka 10 iliyopita USA na England zilipokea nishati kutoka kwa mitambo ya nyuklia, lakini matokeo yake yalikuwa mbali na nguvu iliyowekeza. Kiwango cha juu kilikuwa hata chini ya 70%. Lakini mradi wa kisasa (ITER) unahusisha kupata nguvu mara 10 zaidi ikilinganishwa na uwekezaji. Kwa hivyo, taarifa kwamba mradi huo ni ngumu kitaalam na kwamba marekebisho yatafanywa kwake, na pia, kwa kweli, kwa tarehe za uzinduzi wa kinu, na, kwa hivyo, kurudi kwa uwekezaji kwa majimbo ambayo yamewekeza katika maendeleo haya. , zinatisha sana.

Kwa hivyo, swali linatokea, ni jinsi gani ni haki jaribio la kuchukua nafasi ya mvuto wenye nguvu ambao unashikilia plasma katika mitambo ya asili ya thermonuclear (nyota) na mashamba ya magnetic - matokeo ya kuundwa kwa uhandisi wa binadamu? Faida ya fusion ya nyuklia - kutolewa kwa nishati ni mamilioni ya mara kubwa kuliko kutolewa kwa joto ambayo hutokea, kwa mfano, wakati wa kuchoma mafuta ya kawaida - ni hii, wakati huo huo, ambayo ni kikwazo kwa kuzuia mafanikio ya nishati kuvunja bure. Kinachotatuliwa kwa urahisi na kiwango cha kutosha cha mvuto kinakuwa shida ngumu sana kwa wahandisi na wanasayansi. Hii ndiyo sababu ni vigumu sana kushiriki matumaini kuhusu matarajio ya haraka ya nishati ya nyuklia. Kuna nafasi kubwa zaidi ya kutumia reactor ya asili ya thermonuclear - Jua. Nishati hii itadumu kwa angalau miaka bilioni 5. Na kutokana na hilo, photocells, thermoelements na hata baadhi ya boilers mvuke itafanya kazi, ambayo maji itakuwa joto kwa kutumia lenses au vioo spherical.

Kiungo cha bibliografia

Silaev I.V., Radchenko T.I. MATATIZO YA KUTENGENEZA USAFIRISHAJI WA fusion ya THERMONUCLEAR // Jarida la Kimataifa la Utafiti Uliotumika na wa Msingi. - 2014. - Nambari 1. - P. 37-38;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=4539 (tarehe ya ufikiaji: 09/19/2019). Tunakuletea magazeti yaliyochapishwa na shirika la uchapishaji "Chuo cha Sayansi ya Asili"

Sivkova Olga Dmitrievna

Kazi hii ilichukua nafasi ya 3 katika taasisi ya elimu ya kikanda

Pakua:

Hakiki:

Taasisi ya elimu ya manispaa

Shule ya sekondari nambari 175

Wilaya ya Leninsky ya N. Novgorod

Matatizo ya fusion ya thermonuclear

Ilikamilishwa na: Sivkova Olga Dmitrievna

Mwanafunzi wa darasa la 11 "A", shule Na. 175

Mshauri wa kisayansi:

Kirzhaeva D. G.

Nizhny Novgorod

mwaka 2013.

Utangulizi 3

2. Muunganisho wa nyuklia unaodhibitiwa 8

3. Faida za muunganisho wa thermonuclear 10

4. Matatizo ya muunganisho wa thermonuclear 12

4.1 Masuala ya mazingira 15

4.2 Matatizo ya kiafya 16

5. Mitambo ya nyuklia 18

6. Matarajio ya ukuzaji wa muunganisho wa thermonuclear 23

Hitimisho 26

Fasihi 27

Utangulizi

Kulingana na utabiri mbalimbali, vyanzo vikuu vya umeme kwenye sayari vitaisha katika miaka 50-100. Ubinadamu utamaliza akiba yake ya mafuta katika miaka 40, akiba ya gesi katika kiwango cha juu cha miaka 80, na akiba ya urani katika miaka 80-100. Akiba ya makaa ya mawe inaweza kudumu kwa miaka 400 Lakini matumizi ya mafuta haya ya kikaboni, na kama moja kuu, huweka sayari kwenye ukingo wa janga la mazingira. Ikiwa uchafuzi huo wa hewa usio na huruma hautasimamishwa leo, karne nyingi haziwezi kuzingatiwa. Hii ina maana kwamba tunahitaji chanzo mbadala cha nishati katika siku zijazo.

Na kuna chanzo kama hicho. Hii ni nishati ya nyuklia, ambayo hutumia deuterium isiyo na mionzi na tritium ya mionzi, lakini kwa kiasi cha maelfu ya mara ndogo kuliko nishati ya nyuklia. Na chanzo hiki ni kivitendo kisichokwisha, kinatokana na mgongano wa viini vya hidrojeni, na hidrojeni ni dutu ya kawaida zaidi katika Ulimwengu.

Moja ya kazi muhimu inayowakabili wanadamu katika eneo hili nitatizo la kudhibiti muunganisho wa nyuklia.

Ustaarabu wa kibinadamu hauwezi kuwepo, hata kidogo kuendeleza, bila nishati. Kila mtu anaelewa vizuri kwamba vyanzo vya nishati vilivyotengenezwa, kwa bahati mbaya, vinaweza kupunguzwa hivi karibuni. Kulingana na Baraza la Nishati Ulimwenguni, kuna miaka 30 ya akiba ya mafuta ya hidrokaboni iliyothibitishwa iliyobaki Duniani.

Leo, vyanzo vikuu vya nishati ni mafuta, gesi na makaa ya mawe.

Kulingana na wataalamu, akiba ya madini hayo inaisha. Kuna karibu hakuna mashamba ya mafuta yaliyogunduliwa, yanayotumiwa yaliyosalia, na wajukuu wetu wanaweza tayari kukabiliwa na tatizo kubwa sana la uhaba wa nishati.

Mitambo ya nyuklia yenye utajiri mkubwa wa mafuta inaweza, bila shaka, kusambaza ubinadamu umeme kwa mamia ya miaka.

Lengo la utafiti: Matatizo muunganisho wa nyuklia unaodhibitiwa.

Mada ya masomo:Mchanganyiko wa nyuklia.

Madhumuni ya utafiti:Tatua tatizo la udhibiti wa muunganisho wa thermonuclear;

Malengo ya utafiti:

Jifunze aina za athari za nyuklia.
Fikiria chaguzi zote zinazowezekana za kupeleka nishati iliyotolewa wakati wa mmenyuko wa nyuklia kwa mtu.
Pendekeza nadharia kuhusu ubadilishaji wa nishati kuwa umeme.

Ukweli wa usuli:

Nishati ya nyuklia hutolewa wakati wa kuoza au kuunganishwa kwa viini vya atomiki. Nishati yoyote - kimwili, kemikali, au nyuklia - inadhihirishwa na uwezo wake wa kufanya kazi, kutoa joto au mionzi. Nishati katika mfumo wowote huhifadhiwa daima, lakini inaweza kuhamishiwa kwenye mfumo mwingine au kubadilishwa kwa fomu.

Mafanikio Masharti ya muunganisho wa nyuklia unaodhibitiwa huzuiwa na shida kadhaa kuu:

Kwanza, unahitaji joto la gesi kwa joto la juu sana.
Pili, inahitajika kudhibiti idadi ya viini vinavyoitikia kwa muda mrefu wa kutosha.
Tatu, kiasi cha nishati iliyotolewa lazima iwe kubwa zaidi kuliko kile kilichotumiwa kwa joto na kupunguza msongamano wa gesi.
Shida inayofuata ni kuhifadhi nishati hii na kuibadilisha kuwa umeme.

1. Athari za nyuklia kwenye Jua

Ni nini chanzo cha nishati ya jua? Ni nini asili ya michakato inayozalisha kiasi kikubwa cha nishati? Jua litaendelea kuangaza hadi lini?

Majaribio ya kwanza ya kujibu maswali haya yalifanywa na wanaastronomia katikati ya karne ya 19, baada ya wanafizikia kutunga sheria ya uhifadhi wa nishati.

Robert Mayer alipendekeza kuwa Jua ing'ae kwa sababu ya mlipuko wa mara kwa mara wa uso wa meteorites na chembe za meteoric. Dhana hii ilikataliwa, kwani hesabu rahisi inaonyesha kwamba ili kudumisha mwangaza wa Jua kwa kiwango cha sasa, ni muhimu kwa 2∙10 kuanguka juu yake kila sekunde. 15 kilo ya nyenzo za hali ya hewa. Kwa muda wa mwaka mmoja hii itafikia 6∙10 22 kilo, na wakati wa kuwepo kwa Jua, zaidi ya miaka bilioni 5 - 3∙10 32 kilo. Misa ya jua M = 2∙10 30 kilo, hivyo katika miaka bilioni tano, jambo mara 150 ya uzito wa Jua inapaswa kuwa imeanguka kwenye Jua.

Dhana ya pili ilionyeshwa na Helmholtz na Kelvin pia katikati ya karne ya 19. Walipendekeza kuwa Jua litokeze kwa sababu ya kubanwa kwa mita 60-70 kila mwaka. Sababu ya kushinikiza ni mvuto wa pande zote wa chembe za Jua, ndiyo sababu nadharia hii iliitwa. ya kubana . Ikiwa tutafanya hesabu kulingana na dhana hii, basi umri wa Jua hautakuwa zaidi ya miaka milioni 20, ambayo inapingana na data ya kisasa iliyopatikana kutokana na uchambuzi wa kuoza kwa mionzi ya vipengele katika sampuli za kijiolojia za udongo wa Dunia na udongo wa ardhi. mwezi.

Dhana ya tatu kuhusu vyanzo vinavyowezekana vya nishati ya jua ilionyeshwa na James Jeans mwanzoni mwa karne ya ishirini. Alipendekeza kuwa vilindi vya Jua vina vitu vizito vya mionzi ambavyo huoza na kutoa nishati. Kwa mfano, mabadiliko ya uranium katika thoriamu na kisha katika risasi hufuatana na kutolewa kwa nishati. Uchambuzi uliofuata wa dhana hii pia ulionyesha kutofautiana kwake; nyota inayojumuisha uranium pekee haiwezi kutoa nishati ya kutosha kutoa mwangaza unaoonekana wa Jua. Kwa kuongezea, kuna nyota ambazo mwangaza wao ni mkubwa mara nyingi kuliko ule wa nyota yetu. Haiwezekani kwamba nyota hizo pia zitakuwa na akiba kubwa ya nyenzo za mionzi.

Dhana inayowezekana zaidi iligeuka kuwa nadharia ya usanisi wa vitu kama matokeo ya athari za nyuklia kwenye matumbo ya nyota.

Mnamo 1935, Hans Bethe alidhani kwamba chanzo cha nishati ya jua kinaweza kuwa athari ya nyuklia ya kubadilisha hidrojeni kuwa heliamu. Ilikuwa kwa hili kwamba Bethe alipokea Tuzo la Nobel mnamo 1967.

Muundo wa kemikali wa Jua ni sawa na ule wa nyota zingine nyingi. Takriban 75% ni hidrojeni, 25% ni heliamu na chini ya 1% ni vipengele vingine vyote vya kemikali (hasa kaboni, oksijeni, nitrojeni, nk). Mara baada ya kuzaliwa kwa Ulimwengu, hapakuwa na vipengele "nzito" kabisa. Wote, i.e. vipengele vizito kuliko heliamu, na hata chembe nyingi za alpha, ziliundwa wakati wa "kuchoma" kwa hidrojeni katika nyota wakati wa mchanganyiko wa thermonuclear. Tabia ya maisha ya nyota kama Jua ni miaka bilioni kumi.

Chanzo kikuu cha nishati nimzunguko wa protoni-protoni - majibu ya polepole sana (wakati wa tabia 7.9∙10 9 miaka), kwani ni kwa sababu ya mwingiliano dhaifu. Kiini chake ni kwamba kiini cha heliamu kinaundwa kutoka kwa protoni nne. Katika kesi hiyo, jozi ya positrons na jozi ya neutrino hutolewa, pamoja na 26.7 MeV ya nishati. Idadi ya neutrinos iliyotolewa na Jua kwa sekunde imedhamiriwa tu na mwangaza wa Jua. Kwa kuwa neutrino 2 huzaliwa wakati 26.7 MeV inatolewa, kiwango cha utoaji wa neutrino ni: 1.8∙10 38 neutrino/s. Mtihani wa moja kwa moja wa nadharia hii ni uchunguzi wa neutrinos za jua. Neutrino zenye nguvu nyingi (boroni) hugunduliwa katika majaribio ya klorini-argon (majaribio ya Davis) na mara kwa mara huonyesha ukosefu wa neutrino ikilinganishwa na thamani ya kinadharia kwa mfano wa kawaida wa Jua. Neutrino za nishati ya chini zinazotokea moja kwa moja kwenye mmenyuko wa pp zimerekodiwa katika majaribio ya gallium-germanium (GALLEX huko Gran Sasso (Italia - Ujerumani) na SAGE huko Baksan (Urusi - USA)); wao pia "hawapo".

Kulingana na mawazo fulani, ikiwa neutrino zina misa ya kupumzika tofauti na sifuri, oscillations (mabadiliko) ya aina tofauti za neutrino inawezekana (athari ya Mikheev - Smirnov - Wolfenstein) (kuna aina tatu za neutrinos: elektroni, muon na tauon neutrinos). . Kwa sababu Kwa kuwa neutrinos nyingine zina sehemu ndogo zaidi za mwingiliano na maada kuliko elektroni, nakisi inayoonekana inaweza kuelezewa bila kubadilisha mfano wa kawaida wa Jua, uliojengwa kwa msingi wa seti nzima ya data ya unajimu.

Kila sekunde, Jua husindika takriban tani milioni 600 za hidrojeni. Akiba ya mafuta ya nyuklia itadumu kwa miaka bilioni tano, baada ya hapo itabadilika polepole kuwa kibete nyeupe.

Sehemu za kati za Jua zitapungua, zinapokanzwa, na joto linalohamishiwa kwenye ganda la nje litasababisha upanuzi wake kwa ukubwa wa kutisha ikilinganishwa na za kisasa: Jua litapanuka sana hivi kwamba itachukua Mercury, Venus na itatumia " mafuta” mara mia kwa kasi zaidi kuliko sasa. Hii itasababisha kuongezeka kwa ukubwa wa Jua; nyota yetu itakuwa jitu jekundu, saizi yake ambayo inalinganishwa na umbali kutoka kwa Dunia hadi Jua!

Kwa kweli, tutafahamu tukio kama hilo mapema, kwani mpito kwa hatua mpya itachukua takriban miaka milioni 100-200. Wakati joto la sehemu ya kati ya Jua linafikia 100,000,000 K, heliamu itaanza kuwaka, na kugeuka kuwa vipengele vizito, na Jua litaingia katika hatua ya mizunguko tata ya ukandamizaji na upanuzi. Katika hatua ya mwisho, nyota yetu itapoteza ganda lake la nje, msingi wa kati utakuwa na msongamano wa juu sana na saizi, kama ile ya Dunia. Miaka bilioni chache zaidi itapita, na Jua litapoa, na kugeuka kuwa kibete nyeupe.

2. Mchanganyiko wa thermonuclear unaodhibitiwa.

Muunganisho wa thermonuclear unaodhibitiwa (CTF) ni usanisi wa viini vizito zaidi vya atomiki kutoka kwa nyepesi ili kupata nishati, ambayo, tofauti na muunganisho wa nyuklia unaolipuka (hutumiwa katika silaha za thermonuclear), ni ya asili inayodhibitiwa. Mchanganyiko wa nyuklia unaodhibitiwa hutofautiana na nishati ya nyuklia ya jadi kwa kuwa mwisho hutumia mmenyuko wa kuoza, wakati ambapo nuclei nyepesi hutolewa kutoka kwa nuclei nzito. Athari kuu za nyuklia zinazopangwa kutumika kufikia muunganisho unaodhibitiwa wa nyuklia zitatumia deuterium ( 2 H) na tritium (3 H), na kwa muda mrefu heliamu-3 ( 3 Yeye) na boroni-11 (11 B).

Mchanganyiko unaodhibitiwa unaweza kutumia aina tofauti za athari za muunganisho kulingana na aina ya mafuta yanayotumiwa.

Deuterium ni mafuta ya nyuklia. 2 D 1, tritium 3 T 1 na 6 Li 3 . Mafuta ya msingi ya nyuklia ya aina hii ni deuterium. 6 Li 3 hutumika kama malighafi kwa ajili ya uzalishaji wa mafuta ya pili ya nyuklia - tritium.

Tritium 3 T 1 - hidrojeni nzito 3 N 1 - kupatikana kwa mionzi ya Li asili ( 7.52% 6 Li 3 nutroni na chembe za alpha ( 4 α 2 - viini vya atomi ya heliamu 4 sio 2 ) Deuterium iliyochanganywa na tritium na 6 Li 3 (katika mfumo wa LiD na LiT ) Wakati athari za muunganisho wa nyuklia zinafanywa katika mafuta, athari za muunganisho wa viini vya heliamu hutokea (kwa joto la makumi hadi mamia ya mamilioni ya digrii). Neutroni zinazotolewa humezwa na viini 6 Li 3 , katika kesi hii kiasi cha ziada cha tritium huundwa kulingana na majibu: 6 Li 3 + 1 p 0 = 3 T 1 + 4 Yeye 2 ( katika majibu ya jumla ya idadi ya wingi 6+1=3+4 na jumla ya malipo 3+0=1+2 lazima iwe sawa kwa pande zote mbili za equation). Kama matokeo ya mmenyuko wa muunganisho, viini viwili vya deuterium (hidrojeni nzito) huzalisha kiini kimoja cha tritium (hidrojeni nzito zaidi) na protoni (kiini cha atomi ya kawaida ya hidrojeni): 2 D 1 + 2 D 1 = 3 T 1 + 1 P 1; Mmenyuko unaweza kuendelea kwa njia tofauti, na malezi ya kiini cha isotopu ya heliamu 3 Yeye 2 na neutroni 1 n 0: 2 D 1 + 2 D 1 = 3 Yeye 2 + 1 n 0. Tritium humenyuka pamoja na deuterium, neutroni huonekana tena ambazo zinaweza kuingiliana nazo 6 Li 3: 2 D 1 + 3 T 1 = 4 Yeye 2 + 1 n 0 na kadhalika. Thamani ya kaloriki ya mafuta ya thermonuclear ni mara 5-6 zaidi kuliko ile ya vifaa vya fissile. Hifadhi ya Deuterium katika hydrosphere ni ya utaratibu wa 10 13 t . Walakini, kwa sasa, athari zisizodhibitiwa tu (mlipuko) hufanywa kivitendo; utaftaji unaoenea unafanywa kwa njia za kutekeleza mmenyuko wa kudhibiti nyuklia, ambayo kimsingi inafanya uwezekano wa kutoa ubinadamu kwa nishati kwa muda usio na kikomo.

3.Faida za mchanganyiko wa thermonuclear

Je, muunganisho wa nyuklia una faida gani juu ya athari za mtengano wa nyuklia, ambayo huturuhusu kutumaini maendeleo makubwa ya nishati ya nyuklia? Tofauti kuu na ya msingi ni kutokuwepo kwa taka ya muda mrefu ya mionzi, ambayo ni ya kawaida kwa mitambo ya nyuklia ya fission. Na ingawa wakati wa operesheni ya mtambo wa nyuklia ukuta wa kwanza umeamilishwa na neutroni, uchaguzi wa vifaa vya kimuundo vya uanzishaji wa chini hufungua uwezekano wa msingi wa kuunda kiboreshaji cha thermonuclear ambayo shughuli iliyosababishwa ya ukuta wa kwanza itapungua hadi kabisa. kiwango salama miaka thelathini baada ya mtambo kuzimwa. Hii ina maana kwamba kinu kilichochoka kitahitaji kupigwa nondo kwa miaka 30 pekee, baada ya hapo nyenzo hizo zinaweza kuchakatwa tena na kutumika katika kinu kipya cha usanisi. Hali hii kimsingi ni tofauti na vinu vya mionzi, ambavyo huzalisha taka zenye mionzi ambazo zinahitaji kuchakatwa na kuhifadhiwa kwa makumi ya maelfu ya miaka. Mbali na mionzi ya chini, nishati ya nyuklia ina akiba kubwa, isiyoweza kuisha ya mafuta na vifaa vingine muhimu, vya kutosha kutoa nishati kwa mamia mengi, ikiwa sio maelfu ya miaka.

Ni faida hizi ambazo zilisababisha nchi kubwa za nyuklia kuanza utafiti wa kiwango kikubwa juu ya muunganisho unaodhibitiwa wa nyuklia katikati ya miaka ya 50. Kufikia wakati huu, majaribio ya kwanza ya mafanikio ya mabomu ya hidrojeni yalikuwa tayari yamefanywa katika Umoja wa Kisovyeti na Marekani, ambayo ilithibitisha uwezekano wa msingi wa kutumia nishati ya fusion ya nyuklia katika hali ya dunia. Tangu mwanzo kabisa, ikawa wazi kuwa muunganisho wa nyuklia unaodhibitiwa haukuwa na matumizi ya kijeshi. Utafiti huo ulitolewa katika 1956 na tangu wakati huo umefanywa ndani ya mfumo wa ushirikiano mkubwa wa kimataifa. Bomu ya hidrojeni iliundwa kwa miaka michache tu, na wakati huo ilionekana kuwa lengo lilikuwa karibu, na kwamba vifaa vya kwanza vya majaribio vikubwa, vilivyojengwa mwishoni mwa miaka ya 50, vitazalisha plasma ya thermonuclear. Hata hivyo, ilichukua zaidi ya miaka 40 ya utafiti kuunda hali ambayo kutolewa kwa nguvu za nyuklia kunalinganishwa na nguvu ya joto ya mchanganyiko wa kujibu. Mnamo 1997, ufungaji mkubwa zaidi wa thermonuclear, TOKAMAK ya Ulaya (JET), ilipokea MW 16 za nguvu za nyuklia na ikakaribia kizingiti hiki.

Ni nini sababu ya kuchelewa huku? Ilibadilika kuwa ili kufikia lengo hilo, wanafizikia na wahandisi walipaswa kutatua matatizo mengi ambayo hawakuwa na mawazo juu ya mwanzo wa safari. Katika miaka hii 40, sayansi ya fizikia ya plasma iliundwa, ambayo ilifanya iwezekanavyo kuelewa na kuelezea michakato ngumu ya kimwili inayotokea katika mchanganyiko wa kukabiliana. Wahandisi walihitaji kutatua matatizo magumu sawa, ikiwa ni pamoja na kujifunza jinsi ya kuunda utupu wa kina kwa kiasi kikubwa, kuchagua na kupima vifaa vya ujenzi vinavyofaa, kuendeleza sumaku kubwa za superconducting, lasers yenye nguvu na vyanzo vya X-ray, kuendeleza mifumo ya nguvu ya pulsed inayoweza kuunda mihimili yenye nguvu ya chembe. , kuendeleza mbinu za joto la juu-frequency ya mchanganyiko na mengi zaidi.

4. Matatizo ya fusion kudhibitiwa thermonuclear

Kutoka kwa mtazamo wa kimwili, tatizo linaundwa kwa urahisi. Ili kutekeleza mmenyuko wa kujitegemea wa muunganisho wa nyuklia, ni muhimu na ya kutosha kukidhi masharti mawili.

Nishati ya nuclei inayohusika katika mmenyuko lazima iwe angalau 10 keV. Ili muunganisho wa nyuklia ufanyike, viini vinavyoshiriki katika athari lazima vianguke kwenye uwanja wa nguvu za nyuklia, radius ambayo ni 10-12-10-13 cm. Walakini, viini vya atomiki vina chaji chanya ya umeme, na kama chaji hurudisha nyuma. Katika mpaka wa hatua ya nguvu za nyuklia, nishati ya kurudisha nyuma ya Coulomb iko kwenye mpangilio wa 10 keV. Ili kuondokana na kizuizi hiki, nuclei juu ya mgongano lazima iwe na nishati ya kinetic angalau si chini ya thamani hii.
Bidhaa ya mkusanyiko wa viini vinavyoathiriwa na muda wa kuhifadhi wakati wao huhifadhi nishati maalum lazima iwe angalau 1014 s.cm-3. Hali hii - kinachojulikana kama kigezo cha Lawson - huamua kikomo cha manufaa ya nishati ya majibu. Ili nishati iliyotolewa katika mmenyuko wa muunganisho ili angalau kufidia gharama za nishati za kuanzisha majibu, viini vya atomiki lazima vipate migongano mingi. Katika kila mgongano ambapo mmenyuko wa muunganisho hutokea kati ya deuterium (D) na tritium (T), 17.6 MeV ya nishati hutolewa, yaani takriban 3.10-12 J. Ikiwa, kwa mfano, MJ 10 ya nishati inatumiwa kuwasha, basi majibu hayatakuwa na faida ikiwa angalau jozi 3.1018 za D-T zitashiriki ndani yake. Na kwa hili, plasma yenye nguvu ya juu inahitaji kuwekwa kwenye reactor kwa muda mrefu sana. Hali hii inaonyeshwa na kigezo cha Lawson.

Ikiwa mahitaji yote mawili yanaweza kutimizwa kwa wakati mmoja, tatizo la muunganisho wa nyuklia unaodhibitiwa litatatuliwa.

Lakini kuna njia nyingine ya kutatua tatizo hili - fusion baridi. Ni nini mmenyuko wa baridi wa thermonuclear?

4.1 Matatizo ya kiuchumi

Wakati wa kuunda TCB, inadhaniwa kuwa itakuwa ufungaji mkubwa unao na kompyuta zenye nguvu. Itakuwa mji mzima mdogo. Lakini katika tukio la ajali au kuharibika kwa vifaa, uendeshaji wa kituo utavurugika.

Hii haijatolewa, kwa mfano, katika miundo ya kisasa ya mitambo ya nyuklia. Inaaminika kuwa jambo kuu ni kuwajenga, na kinachotokea baadaye sio muhimu.

Lakini ikiwa kituo 1 kitashindwa, miji mingi itaachwa bila umeme. Hii inaweza kuzingatiwa kwa mfano wa mitambo ya nyuklia huko Armenia. Kuondoa taka zenye mionzi imekuwa ghali sana. Kwa ombi la kijani, mmea wa nyuklia ulifungwa. Idadi ya watu iliachwa bila umeme, vifaa vya mitambo ya umeme vilichakaa, na pesa zilizotengwa na mashirika ya kimataifa kwa urekebishaji zilipotea.

Tatizo kubwa la kiuchumi ni uchafuzi wa vifaa vya uzalishaji vilivyoachwa ambapo uranium ilichakatwa. Kwa mfano, "mji wa Aktau una "Chernobyl" yake ndogo. Iko kwenye eneo la mmea wa kemikali-hydrometallurgiska (KHMP) katika semina ya usindikaji wa uranium (HMC) katika sehemu zingine hufikia micro- 11,000. roentgens kwa saa, wastani wa kiwango cha nyuma ni 200 micro-roentgens ( Asili ya kawaida ya asili ni kutoka kwa microroentgens 10 hadi 25 kwa saa Baada ya mmea kusimamishwa, hakuna uchafuzi uliofanywa hapa kabisa. kuhusu tani elfu kumi na tano, tayari ina mionzi isiyoweza kuondolewa Wakati huo huo, vitu vile vya hatari vinahifadhiwa kwenye hewa ya wazi, vikilindwa vibaya na vinachukuliwa mara kwa mara kutoka kwa eneo la KhGMZ.

Kwa hiyo, kwa kuwa hakuna uzalishaji wa milele, kwa sababu ya kuibuka kwa teknolojia mpya, TTS inaweza kufungwa na kisha vitu na metali kutoka kwa biashara vitaishia kwenye soko na wakazi wa eneo hilo watateseka.

Mfumo wa baridi wa UTS utatumia maji. Lakini kulingana na wanamazingira, ikiwa tunachukua takwimu kutoka kwa mitambo ya nyuklia, maji kutoka kwenye hifadhi hizi haifai kwa kunywa.

Kulingana na wataalamu, hifadhi imejaa metali nzito (hasa, thorium-232), na katika baadhi ya maeneo kiwango cha mionzi ya gamma hufikia microroentgens 50 - 60 kwa saa.

Hiyo ni, sasa, wakati wa ujenzi wa kiwanda cha nguvu za nyuklia, hakuna njia zinazotolewa ambazo zinaweza kurudisha eneo hilo katika hali yake ya asili. Na baada ya kufungwa kwa biashara, hakuna mtu anayejua jinsi ya kuzika taka iliyokusanywa na kusafisha biashara ya zamani.

4.2 Matatizo ya kiafya

Madhara mabaya ya CTS ni pamoja na uzalishwaji wa virusi na bakteria zinazobadilikabadilika zinazozalisha vitu vyenye madhara. Hii ni kweli hasa kwa virusi na bakteria zinazopatikana katika mwili wa binadamu. Kuonekana kwa tumors mbaya na saratani itakuwa uwezekano mkubwa kuwa ugonjwa wa kawaida kati ya wakazi wa vijiji wanaoishi karibu na UTS. Wakazi daima wanateseka zaidi kwa sababu hawana njia za ulinzi. Dosimeters ni ghali na dawa hazipatikani. Taka kutoka kwa CTS zitatupwa kwenye mito, kurushwa hewani, au kusukumwa kwenye tabaka za chini ya ardhi, kama inavyofanyika sasa kwenye vinu vya nyuklia.

Mbali na uharibifu unaoonekana mara baada ya kufichuliwa na viwango vya juu, mionzi ya ionizing husababisha matokeo ya muda mrefu. Hasa kansajenezi na matatizo ya maumbile ambayo yanaweza kutokea kwa kipimo na aina yoyote ya mionzi (wakati mmoja, sugu, ndani).

Kulingana na ripoti kutoka kwa madaktari ambao waliandika magonjwa ya wafanyikazi wa kiwanda cha nguvu za nyuklia, magonjwa ya moyo na mishipa (mashambulizi ya moyo) huja kwanza, kisha saratani. Misuli ya moyo inakuwa nyembamba chini ya ushawishi wa mionzi, kuwa flabby na chini ya nguvu. Kuna magonjwa yasiyoeleweka kabisa. Kwa mfano, kushindwa kwa ini. Lakini kwa nini hii inatokea, hakuna hata mmoja wa madaktari anayejua. Ikiwa vitu vyenye mionzi vinaingia kwenye njia ya upumuaji wakati wa ajali, madaktari hukata tishu zilizoharibiwa za mapafu na trachea na mtu mlemavu hutembea na kifaa cha kupumua.

5. Mitambo ya nyuklia

Wanasayansi katika nchi yetu na nchi nyingi zilizoendelea duniani wamekuwa wakisoma tatizo la kutumia athari za nyuklia kwa madhumuni ya nishati kwa miaka mingi. Mitambo ya kipekee ya nyuklia imeundwa - vifaa vya kiufundi vilivyo ngumu sana iliyoundwa kusoma uwezekano wa kupata nishati kubwa, ambayo hadi sasa inatolewa tu wakati wa mlipuko wa bomu la hidrojeni. Wanasayansi wanataka kujifunza jinsi ya kudhibiti mwendo wa mmenyuko wa nyuklia - mmenyuko wa nuclei nzito ya hidrojeni (deuterium na tritium) kuchanganya na kuunda nuclei ya heliamu kwa joto la juu - ili kutumia nishati iliyotolewa kwa madhumuni ya amani, kwa manufaa ya watu. .

Lita moja ya maji ya bomba ina deuterium kidogo sana. Lakini ikiwa deuterium hii inakusanywa na kutumika kama mafuta katika usakinishaji wa nyuklia, basi unaweza kupata nishati nyingi kutoka kwa kuchoma karibu kilo 300 za mafuta. Na kutoa nishati ambayo sasa inapatikana kwa kuchoma mafuta ya kawaida yanayozalishwa kwa mwaka, itakuwa muhimu kutoa deuterium kutoka kwa maji yaliyomo kwenye mchemraba na upande wa mita 160 tu. Mto Volga pekee kila mwaka hubeba takriban mita za ujazo 60,000 za maji ndani ya Bahari ya Caspian.

Ili mmenyuko wa nyuklia kutokea, masharti kadhaa lazima yatimizwe. Kwa hivyo, hali ya joto katika eneo ambalo viini vizito vya hidrojeni huchanganyika inapaswa kuwa takriban digrii milioni 100. Kwa joto kubwa kama hilo, hatuzungumzi tena juu ya gesi, lakini juu ya plasma. Plasma ni hali ya jambo wakati, kwa joto la juu la gesi, atomi za neutral hupoteza elektroni zao na kugeuka kuwa ioni chanya. Kwa maneno mengine, plasma ni mchanganyiko wa ions chanya zinazohamia kwa uhuru na elektroni. Hali ya pili ni hitaji la kudumisha wiani wa plasma katika eneo la athari la angalau chembe bilioni 100 kwa kila sentimita ya ujazo. Na hatimaye, jambo kuu na ngumu zaidi ni kuweka maendeleo ya mmenyuko wa nyuklia angalau kwa sekunde moja.

Chumba cha kufanya kazi cha ufungaji wa thermonuclear ni toroidal, sawa na donut kubwa ya mashimo. Imejazwa na mchanganyiko wa deuterium na tritium. Ndani ya chumba yenyewe, coil ya plasma huundwa - conductor ambayo sasa ya umeme ya amperes milioni 20 hupitishwa.
Umeme wa sasa hufanya kazi tatu muhimu. Kwanza, huunda plasma. Pili, huwasha moto hadi digrii milioni mia moja. Na hatimaye, sasa inajenga shamba la magnetic karibu na yenyewe, yaani, inazunguka plasma na mistari ya magnetic ya nguvu. Kimsingi, mistari ya nguvu karibu na plasma inapaswa kuisimamisha na kuzuia plasma isigusane na kuta za chumba, hata hivyo, kuweka plasma imesimamishwa sio rahisi sana. Vikosi vya umeme vinaharibu conductor ya plasma, ambayo haina nguvu ya kondakta wa chuma. Inainama, hupiga ukuta wa chumba na hutoa nishati yake ya joto kwake. Ili kuzuia hili, coils huwekwa juu ya chumba cha toroidal, na kujenga shamba la magnetic longitudinal katika chumba, kusukuma conductor plasma mbali na kuta. Hii tu inageuka kuwa haitoshi, kwani kondakta wa plasma na sasa huwa na kunyoosha na kuongeza kipenyo chake. Sehemu ya magnetic, ambayo imeundwa moja kwa moja, bila nguvu za nje za nje, pia imeundwa ili kuweka conductor ya plasma kutoka kupanua. Kondakta ya plasma huwekwa pamoja na chumba cha toroidal katika chumba kingine kikubwa kilichofanywa kwa nyenzo zisizo za magnetic, kwa kawaida shaba. Mara tu kondakta wa plasma anapojaribu kupotoka kutoka kwa nafasi ya usawa, sasa inayosababishwa inaonekana kwenye shell ya shaba, kwa mujibu wa sheria ya uingizaji wa umeme, kinyume chake na sasa katika plasma. Matokeo yake, counterforce inaonekana, ikitoa plasma kutoka kwa kuta za chumba.
Ilipendekezwa mnamo 1949 na A.D. kuweka plasma isigusane na kuta za chumba na uwanja wa sumaku. Sakharov, na baadaye kidogo American J. Spitzer.

Katika fizikia, ni kawaida kutoa majina kwa kila aina mpya ya usanidi wa majaribio. Muundo ulio na mfumo wa vilima kama huo unaitwa tokamak - kifupi cha "chumba cha toroidal na coil ya sumaku".

Katika miaka ya 1970, USSR ilijenga mmea wa nyuklia unaoitwa Tokamak-10. Ilianzishwa katika Taasisi ya Nishati ya Atomiki iliyopewa jina lake. I.V. Kurchatova. Kwa kutumia usakinishaji huu, tulipata joto la kondakta wa plasma la digrii milioni 10, msongamano wa plasma wa angalau chembe bilioni 100 kwa kila sentimita ya ujazo, na muda wa kuhifadhi plasma wa karibu na sekunde 0.5. Ufungaji mkubwa zaidi katika nchi yetu leo, Tokamak-15, pia ulijengwa katika kituo cha kisayansi cha Moscow Taasisi ya Kurchatov.

Mitambo yote ya nyuklia iliyoundwa hadi sasa hutumia nishati kupasha joto plasma na kuunda sehemu za sumaku. Ufungaji wa nyuklia wa siku zijazo unapaswa, badala yake, kutoa nishati nyingi kiasi kwamba sehemu ndogo yake inaweza kutumika kudumisha mmenyuko wa nyuklia, ambayo ni, inapokanzwa plasma, kuunda uwanja wa sumaku na kuwezesha vifaa na vyombo vingi vya msaidizi. sehemu kuu inaweza kutolewa kwa matumizi ya mtandao wa umeme.

Mnamo 1997, nchini Uingereza, tokamak ya JET ilipata mechi kati ya nishati ya pembejeo na pato. Ingawa hii, bila shaka, haitoshi kwa mchakato wa kujitegemea: hadi asilimia 80 ya nishati iliyopokelewa inapotea. Ili reactor ifanye kazi, inahitajika kutoa nishati mara tano zaidi kuliko inapokanzwa plasma na kuunda uwanja wa sumaku.
Mnamo 1986, nchi za Jumuiya ya Ulaya, pamoja na USSR, USA na Japan, ziliamua kukuza kwa pamoja na kujenga ifikapo 2010 tokamak kubwa ya kutosha yenye uwezo wa kutoa nishati sio tu kusaidia fusion ya nyuklia kwenye plasma, lakini pia kutoa. nguvu muhimu ya umeme. Kitendo hiki kiliitwa ITER, kifupi cha "kinayeyuka cha kimataifa cha majaribio ya nyuklia." Kufikia 1998, iliwezekana kukamilisha mahesabu ya muundo, lakini kwa sababu ya kukataa kwa Amerika, mabadiliko yalipaswa kufanywa kwa muundo wa reactor ili kupunguza gharama yake.

Unaweza kuruhusu chembe kusonga kawaida na kuunda kamera kufuata njia yao. Kamera basi ina mwonekano wa ajabu. Inarudia sura ya filamenti ya plasma inayotokana na uwanja wa magnetic wa coils ya nje ya usanidi tata. Sehemu ya sumaku huundwa na coil za nje za usanidi ngumu zaidi kuliko tokamak. Vifaa vya aina hii huitwa stellarators. Torati ya Uragan-3M ilijengwa katika nchi yetu. Nyota hii ya majaribio imeundwa kuwa na plasma iliyopashwa joto hadi digrii milioni kumi.

Hivi sasa, tokamaks zina washindani wengine wakubwa wanaotumia muunganisho wa nyuklia wa inertial. Katika kesi hii, miligramu kadhaa za mchanganyiko wa deuterium-tritium zimefungwa kwenye capsule yenye kipenyo cha milimita 1-2. Mionzi ya pulsed kutoka kwa laser kadhaa yenye nguvu inalenga kwenye capsule. Matokeo yake, capsule hupuka mara moja. Unahitaji kuweka 2 MJ ya nishati kwenye mionzi katika nanoseconds 5-10. Kisha shinikizo la mwanga litapunguza mchanganyiko kwa kiasi kwamba mmenyuko wa mchanganyiko wa thermonuclear unaweza kutokea. Nishati iliyotolewa wakati wa mlipuko, sawa na nguvu na mlipuko wa kilo mia moja ya TNT, itabadilishwa kuwa fomu rahisi zaidi - kwa mfano, katika umeme. Hata hivyo, ujenzi wa stellarators na vifaa vya kuunganisha inertial pia vinakabiliwa na matatizo makubwa ya kiufundi. Pengine, matumizi ya vitendo ya nishati ya nyuklia sio suala la siku za usoni.

6. Matarajio ya maendeleo ya fusion ya thermonuclear

Jukumu muhimu kwa tasnia ya nyuklia kwa muda mrefu ni kusimamia teknolojia za muunganisho wa nyuklia zinazodhibitiwa kama msingi wa tasnia ya nishati ya siku zijazo. Hivi sasa, maamuzi ya kimkakati yanafanywa kote ulimwenguni juu ya ukuzaji na ukuzaji wa vyanzo vipya vya nishati. Haja ya kuendeleza vyanzo hivyo inahusishwa na uhaba unaotarajiwa wa uzalishaji wa nishati na rasilimali ndogo ya mafuta. Mojawapo ya vyanzo vibunifu vya nishati ni muunganisho wa thermonuclear unaodhibitiwa (CTF). Nishati ya muunganisho hutolewa wakati viini vya isotopu nzito za hidrojeni vinapoungana. Mafuta ya reactor ya thermonuclear ni maji na lithiamu, hifadhi ambazo hazina kikomo. Katika hali ya dunia, utekelezaji wa CTS inawakilisha tatizo ngumu ya kisayansi na kiteknolojia inayohusishwa na kupata joto la dutu la digrii zaidi ya milioni 100 na insulation ya mafuta ya eneo la awali kutoka kwa kuta za reactor.

Fusion ni mradi wa muda mrefu, na kituo cha kibiashara kinatarajiwa kujengwa ifikapo 2040-2050. Hali inayowezekana zaidi ya kusimamia nishati ya nyuklia inahusisha utekelezaji wa hatua tatu:
- kusimamia njia za mwako wa muda mrefu wa athari za nyuklia;
- maonyesho ya uzalishaji wa umeme;
- kuundwa kwa vituo vya viwanda vya thermonuclear.

Kama sehemu ya mradi wa kimataifa wa ITER (Kitendo cha Majaribio cha Kimataifa cha Thermonuclear), inatarajiwa kuonyesha uwezekano wa kiufundi wa kufungwa kwa plasma na uzalishaji wa nishati.Lengo kuu la mpango wa mradi wa ITER ni kuonyesha uwezekano wa kisayansi na kiufundi wa kupata nishati kupitia athari za usanisi (muunganisho) wa isotopu za hidrojeni - deuterium na tritium. Nguvu ya muundo wa nyuklia ya kinu cha ITER itakuwa takriban MW 500 kwa joto la plasma la digrii milioni 100.
Mnamo Novemba 2006, washiriki wote katika mradi wa ITER - Jumuiya ya Ulaya, Urusi, Japan, USA, Uchina, Korea na India - walitia saini Makubaliano ya uundaji wa Shirika la Kimataifa la ITER la Nishati ya Fusion kwa utekelezaji wa pamoja wa mradi wa ITER. Awamu ya ujenzi wa reactor ilianza mnamo 2007.

Ushiriki wa Urusi katika mradi wa ITER unajumuisha maendeleo, utengenezaji na utoaji wa vifaa vya msingi vya kiteknolojia kwenye tovuti ya ujenzi wa reactor (Cadarache, Ufaransa) na mchango wa fedha unaofikia jumla ya 10% ya gharama ya jumla ya kujenga reactor. Marekani, China, India, Korea na Japan zina sehemu sawa ya mchango.
Ramani ya njia ya kusimamia nishati ya muunganisho wa nyuklia unaodhibitiwa

2000 (kiwango cha kisasa):
Matatizo ya kutatuliwa: kufikia usawa wa gharama na uzalishaji wa nishati
Kizazi cha hivi karibuni cha tokamaks kimefanya iwezekanavyo kuja karibu na utekelezaji wa mwako wa nyuklia unaodhibitiwa na kutolewa kwa nishati kubwa.
Nguvu ya athari za muunganisho wa thermonuclear ilifikia kiwango cha MW 17 (ufungaji wa JET, EU), ambayo inalinganishwa na nguvu iliyowekezwa kwenye plasma.
2020:

Shida zilizotatuliwa katika mradi wa ITER: mmenyuko wa muda mrefu, ukuzaji na ujumuishaji wa teknolojia za nyuklia..

Lengo la mradi wa ITER ni kufikia uwakaji uliodhibitiwa wa athari ya nyuklia na mwako wake wa muda mrefu na ziada ya mara kumi ya nguvu ya thermonuclear juu ya nguvu ya kuanzisha majibu ya muunganisho Q³10.

2030:
Tatizo la kutatuliwa: ujenzi wa kituo cha maonyesho cha DEMO (DTE)
Uteuzi wa nyenzo na teknolojia bora za OFC, muundo, ujenzi na majaribio ya kuanza kwa mtambo wa majaribio wa nyuklia yalikamilika ndani ya mfumo wa mradi wa DEMO, muundo wa dhana wa PFC ulikamilishwa.
2050
Kazi zinazopaswa kutatuliwa: kubuni na ujenzi wa PTE, kukamilika kwa majaribio ya teknolojia za kuzalisha nguvu za umeme katika DEMO.
Uundaji wa kituo cha nishati ya viwanda na ukingo wa juu wa usalama na viashiria vya kiuchumi vinavyokubalika vya gharama za nishati.
Ubinadamu utapata mikono yake juu ya chanzo kisichokwisha, kinachokubalika kimazingira na kiuchumi.Mradi wa reactor ya thermonuclear unategemea mifumo ya kufungwa kwa plasma ya magnetic ya aina ya Tokamak, iliyotengenezwa kwanza na kutekelezwa katika USSR. Mnamo 1968, joto la plasma la digrii milioni 10 lilifikiwa kwenye tokamak ya T-3. Tangu wakati huo, usakinishaji wa Tokamak umekuwa mwelekeo unaoongoza katika utafiti juu ya muunganisho wa nyuklia katika nchi zote.

Hivi sasa zinazotumika nchini Urusi ni tokamaks T-10 na T-15 (RRC "Kurchatov Institute"), T-11M (FSUE State Scientific Center of the Russian Federation TRINITI, Troitsk, Moscow region), Globus-M, FT-2, Tuman-3 (Taasisi ya Kimwili -Kiufundi iliyopewa jina la A.F. Ioffe, St. Petersburg, RAS) na nyota ya L-2 (Taasisi ya Fizikia Mkuu, Moscow, RAS).

Hitimisho

Kulingana na utafiti uliofanywa, hitimisho zifuatazo zinaweza kutolewa:

Mchanganyiko wa thermonuclear ni njia ya busara zaidi, rafiki wa mazingira na ya bei nafuu zaidi ya kuzalisha nishati, na kwa suala la kiasi cha joto kinachozalishwa, haiwezi kulinganishwa na vyanzo vya asili vinavyotumiwa na wanadamu kwa sasa. Bila shaka, mchakato wa kusimamia muunganisho wa nyuklia ungetatua matatizo mengi ya ubinadamu, kwa sasa na katika siku zijazo.

Katika siku zijazo, fusion ya nyuklia itafanya iwezekanavyo kushinda "mgogoro mwingine wa ubinadamu," yaani, kuongezeka kwa Dunia. Sio siri kwamba maendeleo ya ustaarabu wa kidunia yanajumuisha ukuaji wa mara kwa mara na endelevu wa idadi ya watu wa sayari, hivyo suala la kuendeleza "wilaya mpya", kwa maneno mengine, ukoloni wa sayari za jirani za mfumo wa jua ili kuunda makazi ya kudumu, suala la siku za usoni karibu sana.

Fasihi

A.P. Baskakov. Uhandisi wa joto / - M.: Energoatomizdat, 1991
V. I. Krutov. Uhandisi wa joto / - M.: Mashinostroenie, 1986
K. V. Tikhomirov. Uhandisi wa joto, usambazaji wa joto na gesi na uingizaji hewa - M.: Stroyizdat, 1991
V. P. Preobrazhensky. Vipimo vya joto na vyombo - M.: Energia, 1978
Jeffrey P. Freidberg. Fizikia ya Plasma na Nishati ya Fusion/ - Vyombo vya Habari vya Chuo Kikuu cha Cambridge, 2007.
http://www.college.ru./astronomy- Astronomy
http://n-t.ru/tp/ie/ts.htm Mchanganyiko wa nyuklia kwenye Jua - toleo jipya la Vladimir Vlasov

Hakiki:

Ili kutumia onyesho la kukagua wasilisho, fungua akaunti ya Google na uingie ndani yake: https://accounts.google.com

Manukuu ya slaidi:

THERMONUCLEAR FUSION

DHANA Hii ni aina ya mmenyuko wa nyuklia ambapo nuklei nyepesi za atomiki huchanganyika na kuwa nzito zaidi kutokana na nishati ya kinetiki ya mwendo wao wa joto.

KUPOKEA NISHATI

EQUATION KWA MTATUKO PAMOJA NA MAUMBO YA HE ⁴

MATENDO YA THERMONUCLEAR KATIKA JUA

Mchanganyiko wa THERMONUCLEAR UNAODHIBITIWA

CHEMBA CHA TOROIDAL CHENYE COILS ZA sumaku (TOKAMAK)

HITAJI LA KUENDELEZA muunganisho wa THERMONUCLEAR

Uchimbaji wa nishati ya nyuklia unategemea ukweli wa msingi kwamba viini vya vipengele vya kemikali kutoka katikati ya meza ya mara kwa mara vimefungwa vizuri, na kwenye kando ya meza, i.e. viini vyepesi na vizito zaidi ni mnene kidogo. Viini vya chuma na majirani zake kwenye jedwali la mara kwa mara ndio vimejaa zaidi. Kwa hiyo, tunapata nishati katika matukio mawili: tunapogawanya viini nzito katika vipande vidogo, na tunapoweka nuclei za mwanga ndani ya kubwa zaidi.

Ipasavyo, nishati inaweza kutolewa kwa njia mbili: katika athari za nyuklia migawanyiko vipengele nzito - uranium, plutonium, thorium au katika athari za nyuklia usanisi(kujitoa) ya vipengele vya mwanga - hidrojeni, lithiamu, berili na isotopu zao. Kwa asili, chini ya hali ya asili, aina zote mbili za athari hugunduliwa. Athari za mseto hutokea katika nyota zote, likiwemo jua, na ndio chanzo pekee cha nishati Duniani - ikiwa si moja kwa moja kupitia mwanga wa jua, basi kwa njia isiyo ya moja kwa moja kupitia mafuta, makaa ya mawe, gesi, maji na upepo. Mwitikio wa asili wa mpasuko ulifanyika Duniani takriban miaka bilioni 2 iliyopita katika eneo ambalo sasa ni Gabon barani Afrika: urani nyingi zilikusanywa kwa bahati mbaya mahali pamoja, na kinu cha nyuklia cha asili kilifanya kazi kwa miaka milioni 100! Kisha mkusanyiko wa uranium ulipungua, na reactor ya asili ilisimama.

Katikati ya karne ya 20, ubinadamu ulianza kutumia nishati kubwa iliyomo kwenye viini. Bomu ya atomiki (uranium, plutonium) "hufanya kazi" juu ya athari za fission, bomu ya hidrojeni (ambayo haijatengenezwa kabisa na hidrojeni, lakini inaitwa hivyo) - juu ya athari za fusion. Katika bomu, athari hutokea papo hapo na ni asili ya kulipuka. Inawezekana kupunguza nguvu ya athari za nyuklia, kunyoosha kwa muda, na kuzitumia kwa akili kama chanzo kinachodhibitiwa cha nishati. Mamia mengi ya vinu vya nyuklia vya aina anuwai vimejengwa ulimwenguni kote, ambapo athari za mgawanyiko hufanyika na vitu vizito - uranium, thorium au plutonium - "zimechomwa". Jukumu pia liliibuka kufanya athari ya muunganisho iweze kudhibitiwa ili iweze kutumika kama chanzo cha nishati.

Ilichukua ubinadamu miaka michache tu kutekeleza mmenyuko uliodhibitiwa wa fission. Walakini, mmenyuko wa usanisi uliodhibitiwa uligeuka kuwa kazi ngumu zaidi, ambayo bado haijafanywa kikamilifu. Ukweli ni kwamba ili nuclei mbili za mwanga, kwa mfano, deuterium na tritium, kuunganisha, zinahitaji kushinda kizuizi kikubwa cha uwezo.

Njia ya moja kwa moja ya kufikia hili ni kuharakisha nuclei mbili za mwanga kwa nishati ya juu, ili wao wenyewe kuvunja kizuizi. Hii ina maana kwamba mchanganyiko wa deuterium na tritium lazima iwe joto kwa joto la juu sana - kuhusu digrii milioni 100! Kwa joto hili, mchanganyiko ni, bila shaka, ionized, i.e. ni plasma. Plasma inashikiliwa kwenye chombo chenye umbo la donut na uwanja wa sumaku wa usanidi tata na joto. Ufungaji huu, uvumbuzi wa I.E. Tamm, A.D. Sakharov, L.A. Artsimovich na wengine, inaitwa "tokamak". Tatizo kuu hapa ni kufikia utulivu wa plasma ya moto sana ili "isitue kwenye kuta" za chombo. Hii inahitaji saizi kubwa za usakinishaji na, ipasavyo, uwanja wenye nguvu sana wa sumaku kwa kiasi kikubwa. Kuna karibu hakuna shida za kimsingi hapa, lakini kuna shida nyingi za kiufundi ambazo bado hazijatatuliwa.

Hivi majuzi, ujenzi ulianza kwenye kituo cha kimataifa cha ITER katika mkoa wa Aix-en-Provence wa Ufaransa. Urusi pia inashiriki kikamilifu katika mradi huo, ikichangia 1/11 ya ufadhili. Kufikia 2018, tokamak ya kimataifa inapaswa kufanya kazi na kuonyesha uwezekano wa kimsingi wa kutoa nishati kwa sababu ya mmenyuko wa muunganisho wa thermonuclear.

Wapi d kiini cha deuterium (protoni moja na neutroni moja); t kiini cha tritium (protoni moja na neutroni mbili); Yeye kiini cha heliamu (protoni mbili na neutroni mbili); n ni nutroni inayozalishwa kutokana na mmenyuko, na "17.6 MeV" ni nishati katika volti mega-elektroni iliyotolewa katika mmenyuko mmoja. Nishati hii ni makumi ya mamilioni ya mara kubwa kuliko ile iliyotolewa wakati wa athari za kemikali, kwa mfano, wakati wa mwako wa mafuta ya kikaboni.

Hapa "mafuta," kama tunavyoona, ni mchanganyiko wa deuterium na tritium. Deuterium ("maji mazito") hupatikana kama uchafu mdogo katika maji yoyote, na kitaalamu si vigumu kutenganisha. Hifadhi zake hazina kikomo kweli. Tritium haitokei kwa asili, kwani ni mionzi na huharibika katika miaka 12. Njia ya kawaida ya kutengeneza tritium ni kutoka kwa lithiamu kwa kuipiga na neutroni. Inachukuliwa kuwa katika ITER tu "mbegu" ndogo ya tritium itahitajika ili kuanza majibu, na kisha itatolewa yenyewe kutokana na bombardment ya "blanketi" ya lithiamu na neutroni kutoka kwa majibu (1), i.e. "blanketi", makombora ya tokamak. Kwa hiyo, mafuta halisi ni lithiamu. Pia kuna mengi yake kwenye ukoko wa dunia, lakini haiwezi kusemwa kuwa kuna kiwango kisicho na kikomo cha lithiamu: ikiwa nishati yote ulimwenguni ilitolewa leo kwa sababu ya athari (1), amana zilizogunduliwa za lithiamu zinahitajika. kwa maana hii ingetosha kwa miaka 1000. Uranium na thoriamu iliyochunguzwa itadumu kwa takriban idadi sawa ya miaka ikiwa nishati itatolewa katika boilers za nyuklia za kawaida.

Kwa njia moja au nyingine, inaonekana inawezekana kutekeleza mwitikio wa muunganisho wa nyuklia unaojitegemea (1) katika kiwango cha sasa cha sayansi na teknolojia, na kuna matumaini kwamba hii itaonyeshwa kwa mafanikio katika miaka kumi katika kituo cha ITER. Huu ni mradi wa kuvutia sana kisayansi na kiteknolojia, na ni vizuri kwamba nchi yetu inashiriki katika hilo. Aidha, hii sio kesi ya kawaida sana wakati Urusi sio tu katika ngazi ya dunia, lakini kwa namna nyingi huweka kiwango hiki cha dunia.

Swali ni: je, "thermonoxide" inaweza kutumika kama msingi wa uzalishaji wa viwandani wa nishati "safi" na "isiyo na kikomo", kama wapenzi wa mradi wanadai. Jibu linaonekana kuwa hapana, na hii ndio sababu.

Ukweli ni kwamba neutroni zinazozalishwa wakati wa usanisi (1) zenyewe ni za thamani zaidi kuliko nishati inayotolewa.

Lakini kupokanzwa sufuria na neutroni ni wizi.

Na hapa tutawapiga waharibifu:

Wacha tufunike eneo linalotumika

Blanketi ya Uranium - huko kwenda!

(kutoka "The Ballad of Muon Catalysis", Yu. Dokshitser na D. Dyakonov, 1978)

Hakika, ikiwa unafunika uso wa tokamak na "blanketi" nene ya uranium-238 ya kawaida ya asili, basi chini ya ushawishi wa neutron ya haraka kutoka kwa athari (1), kiini cha uranium kinagawanyika na kutolewa kwa nishati ya ziada. takriban 200 MeV. Wacha tuangalie nambari:

Mmenyuko wa muunganisho (1) hutoa nishati ya MeV 17.6 katika tokomaki, pamoja na neutroni

Mmenyuko unaofuata wa mpasuko katika blanketi ya urani hutoa takriban MeV 200.

Kwa hivyo, ikiwa tayari tumejenga ufungaji tata wa nyuklia, basi kuongeza rahisi kwa hiyo kwa namna ya blanketi ya urani inaruhusu sisi kuongeza uzalishaji wa nishati kwa mara 12!

Ni muhimu kukumbuka kuwa uranium-238 kwenye blanketi sio lazima iwe safi sana au iliyojaa utajiri: kinyume chake, uranium iliyopungua, ambayo mengi hubakia kwenye dampo baada ya uboreshaji, na hata kutumia mafuta ya nyuklia kutoka kwa mimea ya kawaida ya nguvu ya nyuklia. zinafaa pia. Badala ya kuzika mafuta yaliyotumiwa, inaweza kutumika sana katika blanketi ya uranium.

Kwa kweli, ufanisi huongezeka zaidi ikiwa tunazingatia kuwa neutroni ya haraka, inayoingia kwenye blanketi ya urani, husababisha athari nyingi tofauti, kama matokeo ambayo, pamoja na kutolewa kwa 200 MeV ya nishati, nuclei kadhaa zaidi za plutonium huundwa. Kwa hivyo, blanketi ya urani pia hutumika kama mzalishaji mwenye nguvu wa nishati mpya ya nyuklia. Kisha plutonium inaweza "kuchomwa" kwenye kituo cha kawaida cha nishati ya nyuklia, ikitoa kwa ufanisi takriban MeV 340 kwa kila kiini cha plutonium.

Hata kwa kuzingatia ukweli kwamba moja ya nyutroni za ziada lazima zitumike kuzalisha tritium ya mafuta, na kuongeza blanketi ya uranium kwenye tokamak na mitambo kadhaa ya kawaida ya nyuklia ambayo "inaendeshwa" na plutonium kutoka kwa blanketi hii inafanya uwezekano wa kuongeza nishati. ufanisi wa tokamak angalau mara ndani ishirini na tano, na kulingana na makadirio fulani - mara hamsini! Hii yote ni teknolojia rahisi na iliyothibitishwa. Ni wazi kwamba hakuna mtu mmoja mwenye akili timamu, hakuna serikali moja, hakuna shirika moja la kibiashara litakalokosa fursa hii ya kuongeza kwa kiasi kikubwa ufanisi wa uzalishaji wa nishati.

Ikiwa inakuja kwa uzalishaji wa viwandani, basi muunganisho wa nyuklia kwenye tokomak kimsingi itakuwa "mbegu" tu, chanzo tu cha neutroni za thamani, na 96% ya nishati bado itatolewa katika athari za mgawanyiko, na mafuta kuu yatakuwa ipasavyo. urani-238. Kwa hivyo, hakutakuwa na mchanganyiko "safi" wa thermonuclear.

Zaidi ya hayo, ikiwa sehemu ngumu zaidi, ya gharama kubwa na yenye maendeleo duni ya mnyororo huu - fusion ya thermonuclear - hutoa chini ya 4% ya nguvu ya mwisho, basi swali la asili linatokea: ni kiungo hiki hata muhimu? Labda kuna vyanzo vya bei nafuu na vyema vya neutroni?

Inawezekana kwamba katika siku za usoni kitu kipya kabisa kitavumbuliwa, lakini tayari kuna maendeleo ya jinsi ya kutumia vyanzo vingine vya neutroni badala ya thermonuclear ili "kuchoma" uranium-238 au thorium kwa urahisi. Maana

Vinu vya haraka vya kuzalisha nyutroni

(hatua ya 2 ya mpango wa hivi karibuni wa Sarov)

Uzalishaji wa nyuklia

Mchanganyiko wa nyuklia kwa joto la chini kwa kutumia kichocheo cha muon.

Kila njia ina shida na faida zake, na kila moja inastahili hadithi tofauti. Mzunguko wa nyuklia kulingana na waturiamu pia unastahili majadiliano tofauti, ambayo ni muhimu sana kwetu, kwani Urusi ina waturiamu zaidi kuliko uranium. India, ambapo hali ni sawa, tayari imechagua waturiamu kama msingi wa nishati yake ya baadaye. Watu wengi katika nchi yetu wana mwelekeo wa kuamini kwamba mzunguko wa waturiamu ni njia ya kiuchumi na salama zaidi ya kuzalisha nishati kwa kiasi cha ukomo.

Sasa Urusi iko kwenye njia panda: ni muhimu kuchagua mkakati wa maendeleo ya nishati kwa miongo mingi ijayo. Kuchagua mkakati bora kunahitaji majadiliano ya wazi na muhimu kati ya jumuiya za kisayansi na uhandisi kuhusu vipengele vyote vya programu.

Ujumbe huu umejitolea kwa kumbukumbu ya Yuri Viktorovich Petrov (1928-2007), mwanasayansi wa ajabu na mtu, Daktari wa Fizikia na Hisabati. Sayansi, mkuu wa sekta ya Taasisi ya St. Petersburg ya Fizikia ya Nyuklia ya Chuo cha Sayansi cha Kirusi, ambaye alifundisha mwandishi kile kilichoandikwa hapa.

Yu.V. Petrov, Vinu vya nyuklia vya mseto na kichocheo cha muon, katika mkusanyiko "Nishati ya Nyuklia na Thermonuclear ya Baadaye", M., Energoatomizdat (1987), p. 172.

S.S. Gershtein, Yu.V. Petrov na L.I. Kichocheo cha Muon na ufugaji wa nyuklia, Maendeleo katika Sayansi ya Kimwili, juzuu ya 160, uk. 3 (1990).

Katika picha: Yu. V. Petrov (kulia) na mshindi wa Tuzo ya Nobel katika fizikia J. ‘t Hooft, picha na D. Dyakonov (1998).