Овладяване на ядрен синтез Научно и техническо досие, прегледи; Геовлияния
Ядрен синтез - процесът, чрез който две леки атомни ядра се комбинират, за да образуват по-тежко и освобождават енергия - това е процесът в сърцето на слънцето. При какви условия би могло да се използва, за да помогне за задоволяване на бъдещите енергийни нужди на човечеството? Вътре в Слънцето водородните ядра се сблъскват и сливат при изключително високи температури (около 15 милиона ° C) и при огромно гравитационно налягане: 600 милиона тона водород се сливат във хелий всяка секунда. На Земята силите на гравитацията са твърде слаби, за да поддържат достатъчно задържане на ядрата сами. Температурите трябва да са дори по-високи (около десет пъти по-високи!) И ограничаване, създадено с други средства, за да се осъществят реакции на синтез.
Човешкият контрол върху синтеза е предизвикателство значително, което ще включва учени и инженери от цял свят. Изследванията върху термоядрения синтез напреднаха през последните десетилетия, което доведе до международния експеримент ITER, чиито основни цели са: да покаже, че синтезът може да се използва за производство на енергия; предоставят данните, необходими за проектирането и експлоатацията на първата термоядрена електроцентрала. Дългосрочната цел е да се създадат прототипи реактори, които да работят безопасно, да зачитат околната среда и да са икономически жизнеспособни. Проектът ITER ще позволи на учените за първи път да изучават физиката на изгаряща плазма *, нагрята от вътрешни реакции на синтез и поддържана за "дълги" времена (повече от 300 секунди) благодарение на магнитното ограничение (токамак).
* Плазма: състояние на веществото (като твърдо, течно и газообразно състояние), състоящо се от смес от заредени частици: положително заредени йони и отрицателно заредени електрони. Изолиращ газ при обичайните температури може да се йонизира при много висока температура, получената „супа“ от свободни електрони и атомни ядра е плазма, течност, която провежда електричество.
Кратка история на изследванията на ядрения синтез
Още през 1919 г. Жан Перен изказва идеята, че синтезът на хелий (He) от водород (H) ще направи възможно улавянето на приказна енергия. Именно от 1951 г. се развиват систематични изследвания за контрол на термоядрените реакции, първо в Съединените щати, след това в бившия СССР, във Великобритания и във Франция в центровете на CEA във Фонтене Окс Роуз, Саклай и Гренобъл, прегрупирани през 1984 г. в Кадараш . Проектът Tore Supra, стартиран през 1978 г., е предназначен за изследване на плазмата в квазистационарно състояние. Влязъл в експлоатация през 1988 г. в центъра на CEA в Кадараш, получените резултати го превърнаха в модел за развитие на проекта ITER.
На европейско ниво програмата за "синтез" успя да обедини всички усилия на държавите-членки (плюс Швейцария) да направят възможно най-голямата стъпка напред: "Съвместен европейски торус" (JET), токамак (виж по-долу) най-големият и най- мощна в света по това време, въведена в експлоатация през 1983 г. в Абингдън близо до Оксфорд, Обединеното кралство, като по този начин изтласква Европа в челните редици на международните изследвания на термоядрен синтез. Всички европейски програми са координирани от 1959 г. от Евратом - CEA асоциация.
Записите се проследяват един след друг по целия свят: през 1993 г. американският "Токамакски реактор за тестване на термоядрен синтез" (TFTR) осигурява 6 MW мощност; през 1997 г. JET, със смес деутерий - тритий, осигури 16 MW сила на синтез; съвсем наскоро, през 2003 г., Торе Супра получи разряд от повече от шест минути с енергия от приблизително 300 kWh (мощност 2,8 MW).
Следвайки своите предшественици, основната научна цел на ITER ще бъде да се постигне и проучи плазма, произвеждаща 500 MW термоядрена енергия за периоди от 400 секунди, т.е. плазма, произвеждаща 10 пъти повече енергия от инжектираната енергия.
През първото десетилетие на 21-ви век се проведоха две направления на изследване, за да се получи достатъчно гореща плазма, да я задържи достатъчно дълго и да възстанови енергията, отделена от реакциите на синтез:
1) Пътят на токамака, съгласно принципа на сливане чрез магнитно задържане, проектиран около торична камера, в която се инжектира плазма, заобиколен от намотки, произвеждащи интензивно магнитно поле.
2) Чрез бомбардиране на горивото с помощта на лазерни лъчи съгласно принципа на така наречения инерционен синтез. Този път е очертан във Франция на фона на военните приложения на CEA, в центъра на Валдук (в Бургундия, близо до Дижон) и очаква резултатите, които ще бъдат получени от мега-джауловия лазер, произведен в Центъра d '' научно-техническо изследване на Аквитания (CESTA) на CEA *.