fbpx
-3.2 C
София

Първият термоядрен реактор се очаква да започне да работи още през 2025 година

Най-четени

Даниел Десподов
Даниел Десподовhttps://www.kaldata.com/
Новинар. Увличам се от съвременни технологии, информационна безопасност, спорт, наука и изкуствен интелект.

Годен за използване термоядрен реактор, който произвежда повече енергия, отколкото консумира, се очаква да бъде готов съвсем скоро – още през 2025 година. Това е общият извод, направен от седем нови изследвания в тази област, проведени от 47 учени от 12 авторитетни учреждения, публикуван на 29 септември тази година в Journal of Plasma Physics. Ако този тестов термоядрен реактор наистина постигне подобно ниво на ефективност, той можа да положи началото за получаване на и масовото производство на чиста енергия в много големи количества.

По време на термоядрения синтез атомните ядра са принудени да се слеят и да образуват  по-тежки атоми. Но масата на образувалият се нов атом е по-малка от масата на атомите, от които е синтезиран, като излишната маса се преобразува в енергия – нещо, което е добре познато от знаменитото уравнение на Айнщайн. Полученото чрез термоядрения синтез количество енергия е толкова голямо, че че благодарение на него нашето Слънце свети и излъчва топлина към планетите. Аналогична е ситуацията и при другите звезди, понеже мощната гравитация дава възможност в техните недра да се обединяват атомите на водорода, от които се синтезира хелий.

Проблемът за създаването на устойчив и регулиран термоядрен синтез на Земята е в това, че е необходимо огромно количество енергия, която да застави атомите да се сливат, като този процес започва да протича при температура не по-малко от стотици милиони градуси по Целзий (уви, студеният ядрен синтез така и не бе открит). Но е добре известно, че при тези реакции може да се генерира много повече енергия, отколкото се използва за тяхното задействане, като директно доказателство за това е Слънцето.

Друг голям плюс на термоядрения синтез е липсата вредни отпадъци. Няма парникови газове, атмосферата не се замърсява, не се налага утилизирането на ядрени материали. Дори и при тежка авария, нищо особено няма да стане освен изхвърлянето на неголямо количество водород в атмосферата, който всъщност е горивото на термоядрения реактор. При това, термоядрения синтез е толкова ефективен, че наличните запаси от водород на Земята са достатъчни, за да удовлетворят всички потребности на човечеството от енергия в продължение на милиони години.

‘Ние се заехме с това изследване, понеже се опитваме да решим един наистина сериозен глобален проблем’ – заяви Мартин Гринуалд (Martin Greenwald) един от авторите на това изследване, който е специалист по физика на плазмата от Масачузетския институт и един от водещите учени в разработването на новия реактор. ‘Искаме да окажем влияние и да оставим следа в обществото. На всички нас ни е необходимо решаване на проблема с глобалното затопляне. В протевн случай нашата цивилизация ще се окаже в голяма беля. По всичко личи, че преходът към използване на термоядрена енергетика ще оправи тази ситуация’.

В повечето експериментални термоядрени реактори се използва съветската конструкция на реактор тип токамак – устройство с тороидална форма подобна на кравай, в което се създава и удържа с помощта на изключително силно магнитно поле плазма с много висока температура, при която атомите започват да се сливат.

Новото експериментално устройство с име SPARC (Soonest/Smallest Private-Funded Affordable Robust Compact) се финансира от частни източници и се разработва от учените на Масачузетския технологичен институт съвместно с дъщерната компания Commonwealth Fusion Systems.

Ако всичко върви по план, SPARC ще бъде първото устройство на Земята достигнало удържането на ‘гореща плазма’, при което топлината от протичащите ядрени реакции поддържа термоядрения синтез без да се налага добавянето на допълнителна енергия.  И именно фактът, че никой досега не е успял да използва силата на горещата плазма в управляван и контролиран термоядрен синтез на Земята, изисква допълнителни изследвания преди SPARC да започне да работи.

Строителството на SPARC, започнало през 2018 година, според новата пътна карта трябва активно да продължи през месец юни 2021-ва, а самият реактор се очаква да започне работа през 2025 година. Това е много по-рано от най-големия в света проект в сферата на термоядрената енергетика, известен като Международния термоядрен експериментален реактор (ITER). SPARC бе научно обоснован през 1985 година, през 2007 година започна неговото проектиране и въпреки че строителството на ITER да започна през 2013 година, очакванията са, че първата термоядрена реакция в него ще бъде осъществена в най-добрия случай към 2035 година.

Реакторът ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) е термоядрен реактор от тип Токамак, в проектирането и изграждането на който участват хиляди учени, инженери и специалисти от 35 държави. Ректорите Токамак имат кръгла камера с форма на тор, в която се създава пръстен от високотемпературна плазма. Плазмата се компресира с помощта на магнитни полета, образувани от мощни магнити с намотки от свръхпроводници. В тези условия нейните плътност и температура нарастват до значения, при който започват реакции на термоядрен синтез, освобождаващи много голямо количество енергия.

Едно от преимуществата на SPARC в сравнение с ITER е, че магнитите на SPARC могат по-добре и по-точно да ограничават плазмата. В SPARC ще се използват така наречените високотемпературни свръхпроводящи магнити, които се появиха през последните три години, което е значително по-късно от времето на проектиране и изграждането на ITER. Тези нови магнити могат да създават значително по-мощни магнитни полета – до 21 тесла, докато магнитите на ITER могат да осигурят едва 12 тесла (не става дума за автомобилната компания на Илън Мъск, а за измерване на магнитно поле). За сравнение, магнитното поле на Земята варира от 30 до 60 милионни части от тесла.

Използването на толкова мощни магнити означава, че диаметърът на ядрото на SPARC ще бъде около три пъти по-малък и с 60-70 пъти по-малък обем в сравнение със сърцето на ITER, ширината на което е около 6 метра.

‘Това рязко намаляване на размерите, съответно силно намалява теглото и цената на проекта’ – каза още Гринуълд. „А това твърде силно променя правилата на играта.

В седемте нови изследвания учените публикуваха резултатите от своите проучвания и създадоха виртуални модели на SPARC с помощта на суперкомпютри. Изчисленията показват, че този термоядрен реактор ще генерира минимум 2 и средно 10 пъти повече енергия, отколкото консумира. Но от друга страна, ITER е проектиран да бъде минимум 5 пъти по-мощен.

По-нататък принципът на работа е аналогичен на този, който се използва в днешните ядрени реактори: топлината от термоядрения реактор превръща водата в пара. Тя от своя страна задвижва турбина и електрически генератор, след което парата кондензира и отново се подава за нагряване към реактора, като по този начин се образува непрекъснат цикъл. Но за разлика от ядрените реактори, където се налага използването на няколко контура за парата и водата, за да се избегне радиацията, и които силно свалят коефициента на полезно действие, при термоядрения реактор е достатъчен един единствен контур, от който директно може да се взема енергията.

‘Термоядрените електроцентрали могат изцяло да заменят електростанциите, работещи с изкопаеми горива, като не се налагат каквито и да било реконструкции по сега съществуващата електрическа мрежа’ – каза още Гринуълд. ‘От друга страна, електроцентралите, използващи възобновяеми източници на енергия – слънчева светлина и вятър, все още не са добре пригодени към сегашните електрически мрежи’.

Изчисленията на учените показват, че компактните термоядрени централи, вдъхновени от SPARC, ще могат да генерират от 250 до 1000 мегавата всяка от тях. Гринуълд напомня, че на пазара за електрическа енергия на САЩ присътват предимно електроцентрали с мощност от 100 до 500 мегавата.

 

Термоядрената централа SPARC ще бъде некомерсиална. Tя ще произвежда само топлина, но не и електричество. След като SPARC бъде стартирана, тествана и настроена, ще бъде изграден новия реактор ARC (Affordable Robust Compact) – достъпен и здрав компактен реактор, който ще генерира електрическа енергия от термоядрена топлина. Това е планирано да стане към 2035 година.

‘Това са много амбициозни планове и ние усилено работим, за да ги въплътим в живота’ – споделя Гринуълд. ‘Уверен съм, че това е по силите ни.


Коментирайте статията в нашите Форуми. За да научите първи най-важното, харесайте страницата ни във Facebook, и ни последвайте в Telegram и Viber или изтеглете приложението на Kaldata.com за Android, iOS и Huawei!

Абонирай се
Извести ме за
guest

17 Коментара
стари
нови оценка
Отзиви
Всички коментари

Нови ревюта

Подобни новини