Didžiausias pasaulyje branduolių sintezės reaktorius siūlo švarios energijos viltį

Didžiausias pasaulyje branduolių sintezės reaktorius siūlo švarios energijos viltį

Naujas galingas plieninis tokamako reaktorius siekia pagaliau pasiekti šventąjį gralį sintezės energija varomos elektros gamybos srityje.

Giliai Prancūzijos Provanso regione, pasirinktame dėl palankių geologinių, hidrologinių ir seisminių sąlygų, taip pat vandens ir elektros prieigos, yra didžiulis 180-hektarų objektas, kuriame yra Tarptautinis termobranduolinis eksperimentinis reaktorius (ITER).

Tradicinės elektrinės paverčia šilumą iš iškastinio kuro deginimo arba branduolio dalijimosi į garą, kuris vėliau naudojamas sukant turbinas, kurios mechaninę energiją paverčia elektra. Abu šie metodai, nors ir patikimi energijos šaltiniai, daro poveikį aplinkai dėl išmetamų teršalų arba radioaktyviųjų atliekų.

Bet kas, jei būtų būdas pagaminti šią šilumą be žalingų šalutinių produktų? Tai svajonė apie branduolių sintezės energiją, besitęsiantį eksperimentą, skirtą pagaminti didžiulius energijos kiekius atominės sintezės būdu.

Lygiai taip pat kaip procesai, kurie maitina mūsų saulę, sintezė įvyksta, kai du vandenilio atomai susilieja ir susilieja į vieną helio atomą. Taip generuojami didžiuliai energijos kiekiai nesukuriant radioaktyvių dalijimosi produktų.

Šio proceso sukūrimas yra rimtas inžinerinis iššūkis, nes reakcijos turi būti tiksliai kontroliuojamos erdvėje, kurioje generuojami didžiuliai energijos kiekiai.

Žvaigždės galia plieniniame narve

ITER objekte statomas didžiausias pasaulyje tokamako reaktorius. Šios eksperimentinės mašinos, kuri yra paremta sovietiniu modeliu, sukurtu septintajame dešimtmetyje, esmė yra toro formos vakuuminė kamera.

5 200 tonų sverianti ir 1 400 m³ tūrio vakuuminė kamera yra didžiausia tokio tipo kamera, todėl ją eksploatuojantiems fizikai gali lengviau kontroliuoti reakcijas, reikalingas gyvybingai sintezės energijai generuoti.

ITER eksperimentai vyks šiame plieniniame vakuuminiame inde, kuriame vyksta sintezės reakcijos ir kuris yra hermetiškai uždarytas, veikiantis kaip pagrindinis saugos barjeras. Čia vandenilio kuras yra veikiamas didžiulio karščio ir slėgio, paverčiant jį karštomis, elektra įkrautomis dujomis, žinomomis kaip plazma.

Ši vakuuminė aplinka užtikrina apsaugą nuo spinduliuotės ir palaiko plazmos stabilumą, o aušinimo vandens sistemos, cirkuliuojančios tarp dvigubų plieninių sienelių, saugiai pašalina šilumą, susidarančią reaktoriui veikiant. Tai gyvybiškai svarbu, nes sintezei reikalinga 150–300 milijonų laipsnių temperatūra.

Magnetinių laukų galia

Interjero spurgos forma leidžia viduje esančioms plazmos dalelėms nuolat suktis, neliečiant sienų. Ši itin karšta plazma yra sulaikoma ir valdoma tokamako reaktoriuje magnetiniais laukais, kuriuos sukuria 10,000 tonų superlaidžių magnetų.

ITER gali sukurti stipresnius laukus nei įprasti magnetai, kai jie laikomi -269 laipsnio temperatūroje, jame naudojami „didelio našumo, viduje aušinami superlaidininkai“, kuriuose superlaidžios gijos yra surištos ir įdėtos į konstrukcinį plieninį apvalkalą.

Ši magnetinių laukų generavimo priemonė taip pat yra pigesnė ir sunaudoja mažiau energijos nei alternatyvos, todėl tai yra vienintelė perspektyvi galimybė masyvioms magnetų sistemoms, reikalingoms sintezės energijai palaikyti.

Vakuuminis indas ir jo superlaidaus magneto sistema yra ITER kriostate, kuris sukuria ypač žemos temperatūros vakuuminę erdvę. 16,000 m³, tai didžiausia kada nors pastatyta nerūdijančio plieno aukšto vakuumo slėgio kamera.

Dėl ekstremalių temperatūrų skirtumų reaktoriuje nerūdijantis plienas yra idealus pasirinkimas. Galintis išlaikyti našumą aukštoje ir žemoje temperatūroje, dėl didelio plieno lankstumo ir tvirtumo jis yra nepakeičiama ITER dalis.

Tikimasi, kad tokamakas pradės veikti iki 2025 m., sintezės fizikai tikisi, kad tai pakeis energijos gamybos žaidimą. Nors beveik neribotos švarios energijos perspektyva tebėra už horizonto, aišku, kad jei norime pasiekti komercinės sintezės, tai bus ilgalaikė plieno galia, kuri leis mums ją panaudoti.