Udseendet af en termonuklear reaktor har været forventet i mere end et halvt århundrede. Forventningerne er så overophedede, at der er opstået en meget populær konspirationsteori, som om den faktisk blev opfundet for længe siden, men oliemagnaterne skjuler opfindelsen for masserne for ikke at miste superprofits. Ligesom enhver sammensværgelsesteori står en sådan teori ikke imod kritik og forbliver et emne for detektivprosa. At forstå dette negerer dog ikke hovedspørgsmålet: hvornår vil vi mestre termonuklear energi?
SUNNY BOSTER
En termonuklear reaktion (eller nuklear fusionsreaktion), hvor lettere kerner er smeltet sammen i tungere, blev beskrevet af fysikere tilbage i 1910'erne. Og for første gang blev det observeret af den engelske videnskabsmand Ernst Rutherford. I 1919 skubbede han helium med nitrogen i høj hastighed for at producere brint og tung ilt. Fem år senere afsluttede Rutherford succesfuldt syntesen af superheavy hydrogen tritium fra tunge hydrogenkerner af deuterium. Omkring samme tid fremsatte astrofysiker Arthur Eddington en dristig hypotese om, at stjerner brænder på grund af løbet af termonukleære reaktioner i deres tarme. I 1937 var den amerikanske videnskabsmand Hans Bethe i stand til at bevise forekomsten af termonukleare reaktioner i solen - derfor havde Eddington ret.
Ideen om at reproducere en "solild" på Jorden tilhørte den japanske fysiker Tokutaro Hagiwara, som i 1941 foreslog muligheden for at igangsætte en termonuklear reaktion mellem brintkerner ved hjælp af en eksplosiv kædereaktion af uranfission - det vil sige at en atomeksplosion skulle skabe forhold (ultrahøj temperatur og tryk) for at starte termonuklear fusion. Lidt senere kom Enrico Fermi, der deltog i oprettelsen af den amerikanske atombombe, til den samme idé. I 1946 blev der under ledelse af Edward Teller lanceret et forskningsprojekt om anvendelse af termonuklear energi på Los Alamos Laboratory.
Den første termonukleare enhed blev detoneret af det amerikanske militær den 1. november 1952 på Enewetok Atoll i Stillehavet. Vi gennemførte et lignende eksperiment i 1953. Således har menneskeheden brugt termonuklear fusion i over tres år, men kun til destruktive formål. Hvorfor kan du ikke bruge det mere rationelt?
PLASMA MASTERS
Salgsfremmende video:
Ud fra et synspunkt af energi er den optimale plasmatemperatur for en termonuklear reaktion 100 millioner grader. Dette er flere gange højere end temperaturen i det indre af solen. Hvordan skal man være?
Fysikere har foreslået at holde plasmaet inde i en "magnetisk fælde." I begyndelsen af 1950'erne beregnede Andrei Sakharov og Igor Tamm konfigurationen af magnetfelter, der var i stand til at komprimere plasma til et tyndt filament og forhindre det i at falde på kammervæggene. Det var på basis af ordningen, de foreslog, at der blev oprettet adskillige tokamaks.
Det antages, at udtrykket "TOKAMAK" stammer fra en forkortelse for sætningen "TOroid CAMERA with Magnetic Coils". Det vigtigste designelement er faktisk de spoler, der skaber et kraftigt magnetfelt. Tokamaks arbejdskammer er fyldt med gas. Som et resultat af sammenbruddet under virvelfeltets virkning opstår der en forbedret ionisering af gassen i kammeret, hvorfor det bliver til plasma. Der dannes en plasma-glødetråd, der bevæger sig langs det toroidale kammer og opvarmes af en langsgående elektrisk strøm. Magnetfelter holder ledningen i balance og giver den en form, der forhindrer den i at røre væggene og brænde dem.
Til dato har plasmatemperaturen ved tokamaks nået 520 millioner grader. Opvarmning er dog begyndelsen på rejsen. En tokamak er ikke et kraftværk - tværtimod forbruger det energi uden at give noget til gengæld. Et termonukleart kraftværk skal bygges på forskellige principper.
Først og fremmest besluttede fysikerne brændstoffet. Næsten ideel til en kraftreaktor er en reaktion baseret på fusion af kerner af hydrogenisotoper - deuterium og tritium (D + T), som et resultat, hvorved der dannes en helium-4-kerne og en neutron. Almindeligt vand vil tjene som kilde til deuterium, og tritium opnås fra lithium bestrålet med neutroner.
Derefter skal plasmaet opvarmes til 100 millioner grader og komprimeres kraftigt og holdes i denne tilstand i lang tid. Fra et teknisk design er dette en utrolig kompleks og dyr opgave. Det er kompleksiteten og de høje omkostninger, der har holdt udviklingen af denne energiretning tilbage i lang tid. Virksomheden var ikke klar til at finansiere et så stort projekt, før der var tillid til dets succes.
VEJEN TIL FREMTIDEN
Sovjetunionen, hvor der blev bygget unikke tokamakker, ophørte med at eksistere, men ideen om at mestre termonuklear energi døde ikke, og de førende lande indså, at problemet kun kunne løses sammen.
Og nu bygges den første eksperimentelle termonukleare reaktor til kraftteknik i dag i landsbyen Cadarache i det sydøstlige Frankrig nær byen Aix-en-Provence. Rusland, USA, Den Europæiske Union, Japan, Kina, Sydkorea, Indien og Kasakhstan deltager i gennemførelsen af dette store projekt.
Strengt taget vil anlægget, der skal bygges i Cadarache, stadig ikke kunne fungere som et termonukleart kraftværk, men det kan bringe sin tid nærmere. Det er ikke tilfældigt, at det blev kaldt ITER - denne forkortelse står for International Thermonuclear Experimental Reactor, men det har også en symbolsk betydning: på latin betyder iter vej, sti. Cadarash-reaktoren skal således bane vejen for fremtidens termonukleære energi, som vil sikre overlevelse af menneskeheden efter udtømning af fossile brændstoffer.
ITER vil være struktureret som følger. I sin centrale del er der et toroidkammer med et volumen på ca. 2000 m3, fyldt med tritium-deuterium plasma opvarmet til temperaturer over 100 millioner grader. De neutroner, der genereres under fusionsreaktionen, forlader "magnetflasken" og gennem den "første væg" kommer ind i tæppets ledige plads omkring en meter tyk. Inde i tæppet kolliderer neutroner med lithiumatomer, hvilket resulterer i en reaktion med dannelsen af tritium, som ikke kun vil blive produceret til ITER, men også til andre reaktorer, hvis de er bygget. I dette tilfælde opvarmes den "første væg" af neutroner til 400 ºC. Den frigivne varme, som i konventionelle stationer, tages af det primære kølekredsløb med et kølemiddel (indeholdende for eksempel vand eller helium) og overføres til det sekundære kredsløb, hvor der dannes vanddamp,gå til turbiner, der genererer elektricitet.
ITER-installationen er virkelig en megamaskine. Dens vægt er 19.000 tons, den indre radius af det toroidale kammer er 2 meter, den ydre radius er mere end 6 meter. Byggeriet er allerede i fuld gang, men ingen kan med sikkerhed sige, hvornår den første positive energiproduktion modtages ved installationen. Imidlertid planlægger ITER at producere 200.000 kWh, hvilket svarer til energien i 70 tons kul. Den krævede mængde lithium er indeholdt i et mini-batteri til en computer, og mængden af deuterium er indeholdt i 45 liter vand. Og det vil være absolut ren energi.
I dette tilfælde skal deuterium være nok i millioner af år, og reserverne af let ekstraheret lithium er helt tilstrækkelige til at imødekomme behovet for det i hundreder af år. Selvom reserverne af lithium i klipperne løber tør, vil fysikere være i stand til at udvinde det fra havvand.
ITER vil helt sikkert blive bygget. Og selvfølgelig er jeg glad for, at vores land deltager i dette fremtidige projekt. Kun russiske specialister har mange års erfaring med at skabe store superledende magneter, uden hvilke det er umuligt at holde plasmaet i glødetråden: takket være tokamaks!
Anton Pervushin
