Lò phản ứng Fusion trên thế giới. Các lò phản ứng nhiệt hạch đầu tiên

Hôm nay, nhiều quốc gia đã tham gia vào nghiên cứu nhiệt hạch. Các nhà lãnh đạo là Liên minh châu Âu, Hoa Kỳ, Nga và Nhật Bản, trong khi chương trình của Trung Quốc, Brazil, Canada và Hàn Quốc đang gia tăng nhanh chóng. Ban đầu, các lò phản ứng tổng hợp tại Hoa Kỳ và Liên Xô đã được gắn liền với sự phát triển của vũ khí hạt nhân và giữ bí mật cho đến khi hội nghị "Atoms for Peace", được tổ chức tại Geneva vào năm 1958. Sau khi tạo ra các nghiên cứu tokamak Xô của phản ứng tổng hợp hạt nhân trong những năm 1970 nó đã trở thành "khoa học lớn". Nhưng chi phí và tính phức tạp của các thiết bị đã tăng lên đến mức hợp tác quốc tế là cơ hội duy nhất để di chuyển về phía trước.

lò phản ứng Fusion trên thế giới

Kể từ những năm 1970, khi bắt đầu sử dụng thương mại của năng lượng nhiệt hạch liên tục bị trì hoãn suốt 40 năm qua. Tuy nhiên, phần lớn đã xảy ra trong những năm gần đây, làm cho giai đoạn này có thể được rút ngắn.

Xây dựng một số tokamaks, bao gồm JET châu Âu, Anh và MAST nhiệt hạch Experimental Reactor TFTR ở Princeton, Mỹ. Dự án ITER quốc tế hiện đang được xây dựng ở Cadarache, Pháp. Nó sẽ trở thành tokamak lớn nhất mà sẽ làm việc trong những năm 2020. Trong năm 2030, Trung Quốc sẽ được xây dựng CFETR, mà sẽ vượt qua ITER. Trong khi đó, Trung Quốc tiến hành nghiên cứu trên một EAST siêu dẫn tokamak thực nghiệm.

lò phản ứng Fusion loại khác - stellarators - cũng phổ biến trong các nhà nghiên cứu. Một trong những LHD lớn nhất,, gia nhập Viện Nhật Bản cho Fusion vào năm 1998. Nó được sử dụng để tìm kiếm các cấu hình tốt nhất của sự giam hãm trong huyết tương từ. Đức Max Planck Institute for giai đoạn 1988-2002, tiến hành nghiên cứu trên Wendelstein 7-AS lò phản ứng ở Garching, và bây giờ - ít Wendelstein 7-X, việc xây dựng kéo dài hơn 19 năm. Một TJII stellarator hoạt động ở Madrid, Tây Ban Nha. Trong phòng thí nghiệm Hoa Kỳ Princeton vật lý plasma (PPPL), nơi ông đã xây dựng lò phản ứng nhiệt hạch hạt nhân đầu tiên thuộc loại này vào năm 1951, năm 2008 nó dừng lại việc xây dựng NCSX do chi phí quá mức và thiếu kinh phí.

Bên cạnh đó, những thành tựu đáng kể trong nghiên cứu của phản ứng tổng hợp quán tính. Tòa nhà Quốc Ignition Facility (NIF) trị giá $ 7 tỷ tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (LLNL), được tài trợ bởi Cơ quan Quản lý An ninh hạt nhân quốc gia, được hoàn thành tháng 3 năm 2009, người Pháp đã Laser Mégajoule (LMJ) được khởi công vào tháng 10 năm 2014. lò phản ứng Fusion sử dụng laser giao trong vòng một vài phần tỷ của một giây xấp xỉ 2 triệu joules năng lượng ánh sáng ở một kích thước mục tiêu của một vài mm để bắt đầu phản ứng tổng hợp hạt nhân. Mục tiêu chính của NIF và LMJ là nghiên cứu để hỗ trợ các chương trình vũ khí hạt nhân quốc gia.

ITER

Năm 1985, Liên Xô đề xuất để xây dựng một tokamak thế hệ tiếp theo cùng với châu Âu, Nhật Bản và Hoa Kỳ. Công trình này được tiến hành dưới sự bảo trợ của IAEA. Trong giai đoạn 1988-1990 nó đã được tạo ra dự thảo đầu tiên của nhiệt hạch Experimental Reactor Quốc tế ITER, mà cũng có nghĩa là "con đường" hay "du lịch" trong tiếng Latin, để chứng minh phản ứng tổng hợp có thể tạo ra năng lượng nhiều hơn nó hấp thụ. Canada và Kazakhstan đã tham gia trung gian bởi Euratom và Nga, tương ứng.

Sau 6 năm của Hội đồng ITER đã phê duyệt thiết kế lò phản ứng phức tạp đầu tiên dựa trên vật lý và công nghệ trị giá $ 6 tỷ thành lập. Sau đó, Mỹ đã rút khỏi liên minh, mà buộc phải giảm một nửa chi phí và thay đổi dự án. Kết quả là ITER-FEAT giá trị tỷ $ 3., Nhưng bạn có thể đạt được một phản ứng tự duy trì, và sự cân bằng tích cực của quyền lực.

Năm 2003, nước Mỹ một lần nữa gia nhập tập đoàn, và Trung Quốc công bố mong muốn của họ để tham gia vào nó. Kết quả là, vào giữa năm 2005, các đối tác đã đồng ý về việc xây dựng ITER tại Cadarache ở miền nam nước Pháp. EU và Pháp đã thực hiện một nửa số 12,8 tỷ EUR, trong khi Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, Hoa Kỳ và Nga - 10% mỗi. Nhật Bản cung cấp linh kiện cao chứa cài đặt chi phí IFMIF 1 tỷ dành cho các vật liệu thử nghiệm và có quyền xây dựng lò phản ứng thử nghiệm tiếp theo. Tổng chi phí của ITER bao gồm một nửa chi phí của một công trình 10 năm và một nửa - trên 20 năm hoạt động. Ấn Độ trở thành thành viên thứ bảy của ITER vào cuối năm 2005

Các thí nghiệm được bắt đầu vào năm 2018 với việc sử dụng hydro để tránh sự kích hoạt của các nam châm. Sử dụng plasma DT không dự kiến trước năm 2026

Mục đích ITER - phát triển một megawatt 500 (ít nhất là cho 400 giây) sử dụng năng lượng đầu vào nhỏ hơn 50 mW mà không tạo điện.

Dvuhgigavattnaya Demo nhà máy trình diễn sẽ sản xuất quy mô lớn sản xuất điện trên cơ sở lâu dài. thiết kế khái niệm Demo sẽ được hoàn thành vào năm 2017, và xây dựng của nó sẽ bắt đầu trong năm 2024. Bắt đầu sẽ diễn ra trong năm 2033.

JET

Năm 1978, EU (Euratom, Thụy Điển và Thụy Sĩ) đã bắt đầu một dự án JET châu Âu doanh tại Vương quốc Anh. JET hiện là tokamak điều hành lớn nhất trên thế giới. Như một lò phản ứng JT-60 hoạt động tại Viện Quốc gia Nhật Bản phản ứng tổng hợp, nhưng chỉ JET có thể sử dụng nhiên liệu deuterium-tritium.

Các lò phản ứng đã được đưa ra vào năm 1983 và là thí nghiệm đầu tiên, trong đó kiểm soát phản ứng nhiệt hạch đến 16 MW đã được tổ chức trong tháng 11 năm 1991 cho 5 MW thứ hai và sức mạnh ổn định để plasma deuterium-tritium. Nhiều thí nghiệm đã được tiến hành để nghiên cứu các mạch sưởi ấm và các kỹ thuật khác nhau.

cải thiện hơn nữa liên quan đến các JET tăng công suất của nó. MAST lò phản ứng nhỏ gọn được phát triển với JET và ITER là một phần của dự án.

K-STAR

K-STAR - Hàn Quốc siêu dẫn tokamak Viện Nghiên cứu Fusion (NFRI) ở Daejeon, trong đó sản xuất plasma đầu tiên của mình vào giữa năm 2008. Đây là một dự án thí điểm ITER, mà là kết quả của sự hợp tác quốc tế. bán kính Tokamak là 1,8 m - lò phản ứng đầu tiên sử dụng nam châm siêu dẫn Nb3Sn, cùng sẽ được sử dụng trong ITER. Trong giai đoạn đầu tiên, kết thúc vào năm 2012, K-STAR đã phải chứng minh tính khả thi của công nghệ cơ bản và để đạt được thời gian xung plasma đến 20 giây. Trong giai đoạn thứ hai (2013-2017) được thực hiện để nghiên cứu hiện đại hóa của nó xung dài lên đến 300 s trong chế độ H, và chuyển đổi sang cao AT-mode. Mục đích của giai đoạn thứ ba (2018-2023) là để đạt được hiệu suất cao và hiệu quả trong chế độ xung dài. Trong bước 4 (2023-2025) sẽ được kiểm tra kỹ thuật DEMO. Thiết bị này không có khả năng làm việc với tritium DT và nhiên liệu sử dụng.

K-DEMO

Được thiết kế với sự hợp tác với Phòng thí nghiệm Princeton Plasma Physics (PPPL) Bộ Năng lượng Mỹ và Hàn Quốc Viện NFRI, K-DEMO nên là bước tiếp theo hướng tới việc tạo các lò phản ứng thương mại sau khi ITER, và sẽ là nhà máy điện đầu tiên có khả năng tạo ra điện cho lưới điện, cụ thể là, 1 triệu kilowatt đến một vài tuần. đường kính của nó sẽ là 6,65 m, và nó sẽ có một mô-đun chăn tạo ra bởi các DEMO dự án. Bộ Giáo dục, Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc có kế hoạch đầu tư vào nó về một won Hàn Quốc nghìn tỷ đồng (941.000.000 $).

EAST

phi công Trung Quốc được cải thiện siêu dẫn tokamak (EAST) trong Viện Vật lý ở Trung Quốc Hefee tạo nhiệt độ plasma hydro 50 triệu ° C và giữ nó cho 102 giây.

TFTR

Các PPPL phòng thí nghiệm thử nghiệm nhiệt hạch lò phản ứng TFTR Mỹ làm việc 1982-1997. Trong tháng 12 năm 1993, ông trở thành người đầu tiên TFTR từ tokamak, khiến thí nghiệm rộng rãi với một trong huyết tương của deuterium-tritium. Trong phần tiếp theo, các lò phản ứng sản xuất kỷ lục trong khi kiểm soát sức mạnh 10,7 MW, và vào năm 1995, kỷ lục của nhiệt độ đã đạt được khí ion hóa để 510 triệu ° C. Tuy nhiên, việc cài đặt không thành công năng lượng hòa vốn fusion, nhưng thành công hoàn thành các mục tiêu của việc thiết kế phần cứng, đóng góp đáng kể cho ITER.

LHD

LHD tại Viện Quốc gia về Nhật Bản phản ứng tổng hợp hạt nhân ở Toki, Gifu Prefecture, là stellarator lớn nhất trên thế giới. Bắt đầu từ những lò phản ứng nhiệt hạch xảy ra vào năm 1998, và ông đã chứng minh chất lượng giam plasma, so sánh với bản cài đặt lớn khác. Nó đã đạt 13,5 nhiệt độ keV ion (khoảng 160 triệu ° C) và năng lượng của 1,44 MJ.

Wendelstein 7-X

Sau một năm thử nghiệm, bắt đầu vào cuối năm 2015, nhiệt độ helium trong một thời gian ngắn đã đạt 1 triệu ° C. Năm 2016 Các lò phản ứng nhiệt hạch với một plasma hydro sử dụng một MW 2, nhiệt độ đạt tới 80 triệu ° C trong vòng một phần tư của một giây. W7-X stellarator là lớn nhất trên thế giới và dự kiến đi vào hoạt động liên tục trong 30 phút. Các chi phí của các lò phản ứng lên tới 1 tỷ €.

NIF

Quốc Ignition Facility (NIF) ở được hoàn thành tháng 3 năm 2009, Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) năm. Sử dụng 192 chùm tia laser của mình, NIF có khả năng tập trung nhiều năng lượng hơn 60 lần so với bất kỳ hệ thống laser trước.

nhiệt hạch lạnh

Vào tháng Ba năm 1989, hai nhà nghiên cứu, American Stenli Pons và Martin Fleischmann người Anh, cho biết họ đã đưa ra một cách đơn giản để bàn lò phản ứng nhiệt hạch lạnh, hoạt động ở nhiệt độ phòng. Quá trình này bao gồm trong điện phân nước nặng sử dụng một điện cực paladi trong đó hạt nhân đơteri được tập trung với mật độ cao. Các nhà nghiên cứu cho rằng sản xuất nhiệt, có thể được giải thích chỉ về quá trình hạt nhân, cũng như có các sản phẩm phụ của tổng hợp, bao gồm helium, tritium và neutron. Tuy nhiên, thí nghiệm khác thất bại trong việc tái tạo kinh nghiệm này. Hầu hết các cộng đồng khoa học không tin rằng các lò phản ứng nhiệt hạch lạnh là có thật.

phản ứng hạt nhân thấp năng lượng

Được khởi xướng bởi những tuyên bố của "nhiệt hạch lạnh" tiếp tục nghiên cứu trong lĩnh vực năng lượng thấp phản ứng hạt nhân, với sự hỗ trợ kinh nghiệm, nhưng không được chấp nhận chung giải thích khoa học. Rõ ràng, tương tác hạt nhân yếu (và không phải là một lực lượng hùng hậu, như trong phân hạch hạt nhân hoặc tổng hợp) được sử dụng để tạo ra và bắt giữ neutron. Các thí nghiệm bao gồm sự thâm nhập của hydro hoặc đơteri qua lớp chất xúc tác và phản ứng với kim loại. Các nhà nghiên cứu báo cáo giải phóng năng lượng quan sát. Ví dụ thực tế chính là phản ứng của hydro với một loại bột niken với nhiệt, số trong số đó là lớn hơn có thể đưa ra bất cứ phản ứng hóa học.