Eta fusioa?

Txinako espezialistek sintesirako erreaktore baten eraikuntzari buruzko txostenak iazko amaieran ikaragarriak ziren (1). Txinako estatuko hedabideek jakinarazi dutenez, HL-2M instalazioa, Chengdu-ko ikerketa zentro batean kokatua, 2020an egongo da martxan. Hedabideen erreportajeen tonuak adierazi zuen fusio termonuklearreko energia agortezinerako sarbidearen auzia betiko konponduta zegoela.

Xehetasunak gertuagotik begiratzeak baikortasuna hozten laguntzen du.

berriaren tokamak motako aparatua, orain arte ezagutzen direnak baino diseinu aurreratuagoarekin, plasma sortu beharko luke 200 milioi gradu Celsius-tik gorako tenperaturarekin. Hala jakinarazi du Duan Xiuru Txinako Korporazio Nuklear Nazionaleko Hego-mendebaldeko Fisika Institutuko buruak prentsa ohar batean. Gailuak laguntza teknikoa emango die proiektuan lanean ari diren txinatarrei Nazioarteko Erreaktore Termonuklearra Esperimentala (ITER)baita eraikuntza ere.

Beraz, uste dut oraindik ez dela iraultza energetikoa, nahiz eta txinatarrek sortu zuten. KhL-2M erreaktorea orain arte ezer gutxi dakigu. Ez dakigu zein den aurreikusitako erreaktore honen irteera termikoa edo zer energia-maila behar diren bertan fusio nuklearraren erreakzio bat egiteko. Ez dakigu garrantzitsuena: Txinako fusio-erreaktorea energia-balantze positiboa duen diseinua den ala fusio-erreakzio bat ahalbidetzen duen beste fusio-erreaktore esperimental bat da, baina, aldi berean, "pizteko" baino energia gehiago behar du. erreakzioen ondorioz lor daitekeen energia.

Nazioarteko ahalegina

Txina, Europar Batasuna, Estatu Batuak, India, Japonia, Hego Korea eta Errusiarekin batera, ITER programako kide dira. Aipatutako herrialdeek finantzatutako nazioarteko ikerketa-proiektuetatik garestiena da, 20 mila milioi USD ingurukoa. Gerra Hotzaren garaian Mikhail Gorbatxoven eta Ronald Reaganen gobernuen arteko lankidetzaren ondorioz ireki zen, eta urte asko geroago herrialde horiek guztiek sinatutako itun batean sartu zuten 2006an.

2. ITER tokamak eraikitzeko gunean

Frantzia hegoaldeko Cadarachen (2) ITER proiektua munduko tokamak handiena garatzen ari da, hau da, elektroimanek sortutako eremu magnetiko indartsu baten bidez otzan behar den plasma-ganbera bat. Asmakizun hau Sobietar Batasunak garatu zuen 50eko eta 60ko hamarkadetan. Proiektuaren zuzendaria, Lavan Koblenz, iragarri zuen erakundeak "lehen plasma" jaso beharko lukeela 2025eko abendurako. ITERek aldi bakoitzean 1 mila pertsona ingururen erreakzio termonuklearra onartu beharko luke. segundo, indarra hartzen 500-1100 MW. Konparazio baterako, orain arteko britainiar tokamak handiena, JET (Europako toro bateratua), hainbat hamarnaka segundoz erreakzio bat mantentzen du eta indarra hartzen du 16 MW. Erreaktore honetako energia bero moduan askatuko da - ez omen da elektrizitate bihurtuko. Fusio-energia sarera hornitzea ezinezkoa da proiektua ikerketa helburuetarako soilik baita. ITER oinarri hartuta bakarrik eraikiko da etorkizuneko erreaktore termonuklearren belaunaldia, potentziara iritsiz. 3-4 mila. MW.

Fusio-zentral arruntak oraindik ez egotearen arrazoi nagusia (hirurogei urte baino gehiago ikerketa luze eta garestia izan arren) plasmaren portaera kontrolatzeko eta "kudeatzeko" zailtasuna da. Hala ere, urteetako esperimentazioek aurkikuntza baliotsu asko eman dituzte, eta gaur egun fusio-energia inoiz baino hurbilago dirudi.

Gehitu helioa-3, irabiatu eta berotu

ITER da mundu mailako fusioaren ikerketaren ardatz nagusia, baina ikerketa-zentro, enpresa eta laborategi militar asko ikuspegi klasikotik aldentzen diren beste fusio-proiektu batzuetan ere ari dira lanean.

Esaterako, azken urteotan egindakoa Massachusettseko Teknologia Institutukoa esperimentuak Helmuga-3 on the tokamak emaitza zirraragarriak eman zituen, besteak beste energiaren hamar aldiz handitzea plasma ioia. Massachusettseko Teknologia Institutuko C-Mod tokamak-en esperimentuak egiten ari diren zientzialariek, Belgikako eta Erresuma Batuko espezialistekin batera, hiru ioi mota dituen erregai termonuklear mota berri bat garatu dute. Taldea Alcator C-Mod (3) ikerketa bat egin zuen 2016ko irailean, baina esperimentu hauetako datuak duela gutxi aztertu dira, plasma energiaren igoera izugarria agerian utziz. Emaitzak hain pozgarriak izan ziren, non munduko fusio laborategirik handiena zuzentzen zuten zientzialariek, Erresuma Batuko JETek, esperimentuak errepikatzea erabaki zuten. Energiaren igoera bera lortu zen. Ikerketaren emaitzak Nature Physics aldizkarian argitaratu dira.

3. Tokamak Alcator C-Mod martxan

Erregai nuklearraren eraginkortasuna areagotzeko gakoa helio-3 aztarnak gehitzea izan zen, helioaren isotopo egonkorra, neutroi bat biren ordez. Alcator C metodoan erabilitako erregai nuklearrak lehenago bi ioi mota baino ez zituen, deuterioa eta hidrogenoa. Deuterioa, nukleoan neutroi bat duen hidrogenoaren isotopo egonkorra (neutroirik gabeko hidrogenoaren aldean), erregaiaren %95 inguru da. Plasma Research Center-eko eta Massachusetts Institute of Technology (PSFC) zientzialariek izeneko prozesu bat erabili zuten RF berogailua. Tokamak ondoan dauden antenek irrati-maiztasun zehatz bat erabiltzen dute partikulak kitzikatzeko, eta uhinak hidrogeno ioiak "helburuan" kalibratzen dira. Hidrogenoak erregaiaren dentsitate osoaren zati txiki bat osatzen duenez, ioien zati txiki bat bakarrik berotzean kontzentratzea ahalbidetzen du muturreko energia-mailetara iristea. Gainera, estimulatutako hidrogeno ioiak nahasketan nagusi den deuterio ioietara pasatzen dira, eta horrela eratutako partikulak erreaktorearen kanpoko oskoletara sartzen dira, beroa askatuz.

Prozesu honen eraginkortasuna areagotu egiten da helio-3 ioiak nahasketari %1 baino gutxiagoko kantitate batean gehitzen zaizkionean. Irrati-berokuntza guztia helio-3 kantitate txiki batean kontzentratzeaz, zientzialariek ioien energia megaelektronvoltetara (MeV) igo zuten.

Lehen etorria - lehen zerbitzatu Errusieraz baliokidea: berandu gonbidatua eta hezurra jatea

Azken urteotan kontrolatutako fusio-lanaren munduan garapen asko izan dira, zientzialarien eta guztiok energiaren "Graal Santura" azkenik iristeko itxaropena berpiztu dutenak.

Seinale onak, besteak beste, AEBetako Energia Saileko (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) aurkikuntzak daude. Irrati-uhinak arrakasta handiz erabili dira plasma perturbazioak deitutakoak nabarmen murrizteko, erreakzio termonuklearrak "janzteko" prozesuan erabakigarriak izan daitezkeenak. Ikerketa talde berak 2019ko martxoan litio-tokamak esperimentu baten berri eman zuen, non probako erreaktorearen barruko hormak litioz estali zituzten, elektronikan erabili ohi diren baterien materiala oso ezaguna dena. Zientzialariek adierazi zuten erreaktorearen hormetako litio-estalkiak plasma sakabanatuta dauden partikulak xurgatzen dituela, plasma-hodeira itzultzea eta erreakzio termonuklearrak oztopatzea eragozten duela.

4. Bistaratzeko proiektua TAE Technologies

Ospe handiko erakunde zientifiko handietako jakintsuak baikor zuhur bihurtu dira beren adierazpenetan. Azkenaldian, sektore pribatuan kontrolatutako fusio-teknikekiko interesa ere handitu egin da. 2018an, Lockheed Martinek hurrengo hamarkadan fusio erreaktore trinko bat (CFR) prototipo bat garatzeko plana iragarri zuen. Enpresa lantzen ari den teknologiak funtzionatzen badu, kamioi baten tamainako gailu batek 100 metro koadroko gailu baten beharrak asetzeko nahikoa elektrizitate eman ahal izango du. hiriko bizilagunak.

Beste enpresa eta ikerketa zentro batzuk lehian ari dira benetako fusio erreaktorea nork eraiki dezakeen ikusteko, tartean TAE Technologies eta Massachusetts Institute of Technology. Amazon-eko Jeff Bezos eta Microsoft-eko Bill Gates ere fusio-proiektuetan parte hartu dute duela gutxi. NBC News-ek AEBetan fusioa soilik duten hamazazpi enpresa txiki zenbatu ditu berriki. General Fusion edo Commonwealth Fusion Systems bezalako startupak supereroale berritzaileetan oinarritutako erreaktore txikiagoetan oinarritzen dira.

“Fusio hotzaren” kontzeptua eta erreaktore handien alternatibak, tokamak ez ezik, deiturikoak ere. izargileak, diseinu apur bat ezberdinarekin, Alemanian barne eraikia. Beste ikuspegi baten bilaketak ere jarraitzen du. Honen adibide bat izeneko gailu bat da Z-pintxa, Washingtongo Unibertsitateko zientzialariek eraikia eta Physics World aldizkariaren azken aleetako batean deskribatua. Z-pintxak plasma eremu magnetiko indartsu batean harrapatuz eta konprimituz funtzionatzen du. Esperimentuan, posible izan zen plasma egonkortzea 16 mikrosegundoz, eta fusio-erreakzioa denbora horren herena inguru iraun zuen. Manifestazioak eskala txikiko sintesia posible dela erakutsi behar zuen, nahiz eta zientzialari askok oraindik zalantza handiak dituzten horren inguruan.

Era berean, Google eta teknologia aurreratuko beste inbertitzaile batzuen laguntzari esker, Kaliforniako TAE Technologies enpresak fusioarekin esperimentuetarako ohikoa ez den beste bat erabiltzen du, boro erregai nahasketa, erreaktore txikiagoak eta merkeagoak garatzeko erabiltzen zirenak, hasieran fusio-kohete-motorra deiturikorako. Fusio erreaktore zilindriko prototipo bat (4) kontrako habeekin (CBFR), hidrogeno gasa berotzen duena plasma bi eraztun sortzeko. Partikula geldoen sortekin konbinatzen dira eta egoera horretan mantentzen dira, eta horrek plasmaren energia eta iraunkortasuna areagotu beharko luke.

Kanadako Columbia Britainiarreko probintziako General Fusion beste fusio startup batek Jeff Bezos beraren laguntza du. Besterik gabe, bere kontzeptua altzairuzko bola baten barruan metal likidoko bola batean (litio eta berun nahasketa) plasma beroa injektatzea da, eta ondoren plasma pistoi bidez konprimitzen da, diesel motor baten antzera. Sortutako presioak fusioa eragin beharko luke, eta horrek energia kopuru handia askatuko du zentral mota berri bateko turbinak elikatzeko. Mike Delage, General Fusion-eko teknologia zuzendariak, dio fusio nuklear komertziala hamar urte barru debuta daitekeela.

5. AEBetako Armadako patente termonuklear baten ilustrazioa.

Duela gutxi, AEBetako Armadak "plasma fusio gailu" baten patentea ere aurkeztu zuen. Patenteak eremu magnetikoei buruz hitz egiten du "bibrazio azeleratua" sortzeko (5). Ideia da fusio-erreaktoreak eramangarri izateko adina txikiak eraikitzea. Esan beharrik ez dago patente-eskaera honek eszeptizismoarekin hartu zuela.