A'r uno?

Roedd adroddiadau ddiwedd y llynedd am adeiladu adweithydd ar gyfer synthesis gan arbenigwyr Tsieineaidd yn swnio'n gyffrous (1). Adroddodd cyfryngau talaith Tsieina y bydd y cyfleuster HL-2M, sydd wedi'i leoli mewn canolfan ymchwil yn Chengdu, yn weithredol yn 2020. Roedd naws yr adroddiadau yn y cyfryngau yn dangos bod y mater o fynediad at egni dihysbydd ymasiad thermoniwclear wedi'i ddatrys am byth.

Mae edrych yn agosach ar y manylion yn helpu i oeri'r optimistiaeth.

newydd offer math tokamak, gyda dyluniad mwy datblygedig na'r rhai a wyddys hyd yn hyn, dylai gynhyrchu plasma gyda thymheredd uwch na 200 miliwn gradd Celsius. Cyhoeddwyd hyn mewn datganiad i'r wasg gan bennaeth Sefydliad Ffiseg De-orllewinol Corfforaeth Niwclear Genedlaethol Tsieina, Duan Xiuru. Bydd y ddyfais yn darparu cefnogaeth dechnegol i'r Tsieineaid sy'n gweithio ar y prosiect Adweithydd Arbrofol Thermoniwclear Rhyngwladol (ITER)yn ogystal ag adeiladu.

Felly dwi'n meddwl nad yw'n chwyldro ynni eto, er iddo gael ei greu gan y Tsieineaid. adweithydd KhL-2M hyd yn hyn ychydig a wyddys. Ni wyddom beth yw allbwn thermol rhagamcanol yr adweithydd hwn na pha lefelau o egni sydd eu hangen i redeg adwaith ymasiad niwclear ynddo. Nid ydym yn gwybod y peth pwysicaf - a yw'r adweithydd ymasiad Tsieineaidd yn ddyluniad gyda chydbwysedd egni positif, neu ai dim ond adweithydd ymasiad arbrofol arall ydyw sy'n caniatáu adwaith ymasiad, ond ar yr un pryd mae angen mwy o egni ar gyfer "tanio" na'r egni y gellir ei gael o ganlyniad i adweithiau.

Ymdrech rhyngwladol

Mae Tsieina, ynghyd â'r Undeb Ewropeaidd, yr Unol Daleithiau, India, Japan, De Korea a Rwsia, yn aelodau o raglen ITER. Dyma'r drutaf o'r prosiectau ymchwil rhyngwladol cyfredol a ariennir gan y gwledydd a grybwyllwyd uchod, gan gostio tua US$20 biliwn. Fe'i hagorwyd o ganlyniad i gydweithrediad rhwng llywodraethau Mikhail Gorbachev a Ronald Reagan yn ystod oes y Rhyfel Oer, a blynyddoedd lawer yn ddiweddarach cafodd ei gynnwys mewn cytundeb a lofnodwyd gan yr holl wledydd hyn yn 2006.

2. Ar safle adeiladu'r tokamak ITER

Mae prosiect ITER yn Cadarache yn ne Ffrainc (2) yn datblygu tokamak mwyaf y byd, hynny yw, siambr plasma y mae'n rhaid ei dofi gan ddefnyddio maes magnetig pwerus a gynhyrchir gan electromagnetau. Datblygwyd y ddyfais hon gan yr Undeb Sofietaidd yn y 50au a'r 60au. Rheolwr Prosiect, Lavan Koblenz, cyhoeddodd y dylai'r sefydliad dderbyn y "plasma cyntaf" erbyn mis Rhagfyr 2025. Dylai ITER gefnogi adwaith thermoniwclear ar gyfer tua 1 mil o bobl bob tro. eiliadau, ennill cryfder 500-1100 MW. Er mwyn cymharu, y tokamak Prydeinig mwyaf hyd yma, JET (torws Ewropeaidd ar y cyd), yn cadw adwaith am sawl degau o eiliadau ac yn ennill cryfder hyd at 16 MW. Bydd yr egni yn yr adweithydd hwn yn cael ei ryddhau ar ffurf gwres - nid yw i fod i gael ei drawsnewid yn drydan. Mae cyflwyno pŵer ymasiad i'r grid allan o'r cwestiwn gan fod y prosiect at ddibenion ymchwil yn unig. Dim ond ar sail ITER y bydd cenhedlaeth y dyfodol o adweithyddion thermoniwclear yn cael eu hadeiladu, gan gyrraedd y pŵer 3-4 mil. MW.

Y prif reswm pam nad yw gweithfeydd pŵer ymasiad arferol yn dal i fodoli (er gwaethaf dros drigain mlynedd o ymchwil helaeth a chostus) yw'r anhawster o reoli a "rheoli" ymddygiad y plasma. Fodd bynnag, mae blynyddoedd o arbrofi wedi esgor ar lawer o ddarganfyddiadau gwerthfawr, a heddiw mae egni ymasiad yn ymddangos yn agosach nag erioed.

Ychwanegwch heliwm-3, cymysgwch a gwres

ITER yw prif ffocws ymchwil ymasiad byd-eang, ond mae llawer o ganolfannau ymchwil, cwmnïau a labordai milwrol hefyd yn gweithio ar brosiectau ymasiad eraill sy'n gwyro oddi wrth y dull clasurol.

Er enghraifft, a gynhaliwyd yn ystod y blynyddoedd diwethaf gan Sefydliad Technoleg Massachusetts arbrofion gyda Helm-3 ar y tokamak rhoddodd canlyniadau cyffrous, gan gynnwys cynnydd deg gwaith mewn egni ïon plasma. Mae gwyddonwyr sy'n cynnal arbrofion ar y tokamak C-Mod yn Sefydliad Technoleg Massachusetts, ynghyd ag arbenigwyr o Wlad Belg a'r DU, wedi datblygu math newydd o danwydd thermoniwclear sy'n cynnwys tri math o ïon. Tîm Alcator C-Mod (3) cynnal astudiaeth yn ôl ym mis Medi 2016, ond dim ond yn ddiweddar y mae'r data o'r arbrofion hyn wedi'u dadansoddi, gan ddatgelu cynnydd enfawr mewn ynni plasma. Roedd y canlyniadau mor galonogol nes i'r gwyddonwyr sy'n rhedeg labordy ymasiad llawdriniaeth fwyaf y byd, JET yn y DU, benderfynu ailadrodd yr arbrofion. Cyflawnwyd yr un cynnydd mewn ynni. Cyhoeddir canlyniadau'r astudiaeth yn y cyfnodolyn Nature Physics.

3. Tokamak Alcator C-Mod ar waith

Yr allwedd i wella effeithlonrwydd tanwydd niwclear oedd ychwanegu symiau hybrin o heliwm-3, isotop sefydlog o heliwm, gydag un niwtron yn lle dau. Roedd y tanwydd niwclear a ddefnyddiwyd yn y dull Alcator C yn flaenorol yn cynnwys dau fath o ïon yn unig, sef deuteriwm a hydrogen. Mae deuterium, isotop sefydlog o hydrogen gyda niwtron yn ei gnewyllyn (yn hytrach na hydrogen heb niwtronau), yn cyfrif am tua 95% o'r tanwydd. Defnyddiodd gwyddonwyr yn y Ganolfan Ymchwil Plasma a Sefydliad Technoleg Massachusetts (PSFC) broses o'r enw Gwresogi RF. Mae'r antenâu wrth ymyl y tokamak yn defnyddio amledd radio penodol i gyffroi'r gronynnau, ac mae'r tonnau'n cael eu graddnodi i "dargedu" yr ïonau hydrogen. Gan fod hydrogen yn gyfran fach iawn o gyfanswm dwysedd y tanwydd, mae canolbwyntio ffracsiwn bach yn unig o'r ïonau ar wres yn caniatáu cyrraedd lefelau egni eithafol. Ymhellach, mae'r ïonau hydrogen ysgogol yn trosglwyddo i'r ïonau dewteriwm sy'n gyffredin yn y cymysgedd, ac mae'r gronynnau a ffurfiwyd fel hyn yn mynd i mewn i blisgyn allanol yr adweithydd, gan ryddhau gwres.

Mae effeithlonrwydd y broses hon yn cynyddu pan ychwanegir ïonau heliwm-3 at y cymysgedd mewn swm o lai nag 1%. Trwy ganolbwyntio'r holl wresogi radio ar ychydig bach o heliwm-3, cododd y gwyddonwyr egni'r ïonau i megaelectronfoltiau (MeV).

Cyntaf i'r felin - cyntaf i'r felin Cyfwerth yn Rwsieg: Bwyta gwestai hwyr ac asgwrn

Bu llawer o ddatblygiadau ym myd gwaith ymasiad rheoledig dros yr ychydig flynyddoedd diwethaf sydd wedi ailgynnau gobeithion gwyddonwyr a phob un ohonom i gyrraedd y "Greal Sanctaidd" o ynni o'r diwedd.

Mae arwyddion da yn cynnwys, ymhlith eraill, ddarganfyddiadau o Labordy Ffiseg Plasma Princeton (PPPL) Adran Ynni yr UD (DOE). Mae tonnau radio wedi'u defnyddio'n llwyddiannus iawn i leihau'n sylweddol yr amhariadau plasma fel y'u gelwir, a all fod yn hanfodol yn y broses o "wisgo" adweithiau thermoniwclear. Adroddodd yr un tîm ymchwil ym mis Mawrth 2019 arbrawf tokamak lithiwm lle'r oedd waliau mewnol yr adweithydd prawf wedi'u gorchuddio â lithiwm, deunydd adnabyddus o fatris a ddefnyddir yn gyffredin mewn electroneg. Nododd y gwyddonwyr fod y leinin lithiwm ar waliau'r adweithydd yn amsugno gronynnau plasma gwasgaredig, gan eu hatal rhag cael eu hadlewyrchu yn ôl i'r cwmwl plasma ac ymyrryd ag adweithiau thermoniwclear.

4. Prosiect delweddu TAE Technologies

Mae ysgolheigion o sefydliadau gwyddonol ag enw da hyd yn oed wedi dod yn optimistiaid gofalus yn eu datganiadau. Yn ddiweddar, bu cynnydd enfawr hefyd mewn diddordeb mewn technegau ymasiad rheoledig yn y sector preifat. Yn 2018, cyhoeddodd Lockheed Martin gynllun i ddatblygu prototeip adweithydd ymasiad cryno (CFR) o fewn y degawd nesaf. Os yw'r dechnoleg y mae'r cwmni'n gweithio arni yn gweithio, bydd dyfais maint tryc yn gallu darparu digon o drydan i ddiwallu anghenion dyfais 100 troedfedd sgwâr. trigolion y ddinas.

Mae cwmnïau a chanolfannau ymchwil eraill yn cystadlu i weld pwy all adeiladu'r adweithydd ymasiad go iawn cyntaf, gan gynnwys TAE Technologies a Sefydliad Technoleg Massachusetts. Mae hyd yn oed Jeff Bezos o Amazon a Bill Gates o Microsoft wedi cymryd rhan mewn prosiectau uno yn ddiweddar. Yn ddiweddar, cyfrifodd NBC News ddau ar bymtheg o gwmnïau ymasiad bach yn unig yn yr UD. Mae busnesau newydd fel General Fusion neu Commonwealth Fusion Systems yn canolbwyntio ar adweithyddion llai yn seiliedig ar uwch-ddargludyddion arloesol.

Mae'r cysyniad o "fusion oer" a dewisiadau amgen i adweithyddion mawr, nid yn unig tokamaks, ond hefyd yr hyn a elwir. serolwyr, gyda dyluniad ychydig yn wahanol, wedi'i adeiladu gan gynnwys yn yr Almaen. Mae'r chwilio am ddull gwahanol hefyd yn parhau. Enghraifft o hyn yw dyfais o'r enw Z-pinsied, a adeiladwyd gan wyddonwyr o Brifysgol Washington ac a ddisgrifir yn un o rifynnau diweddaraf y cyfnodolyn Physics World. Mae'r Z-pinch yn gweithio trwy ddal a chywasgu'r plasma mewn maes magnetig pwerus. Yn yr arbrawf, bu'n bosibl sefydlogi'r plasma am 16 microseconds, ac aeth yr adwaith ymasiad ymlaen am tua thraean o'r amser hwn. Roedd yr arddangosiad i fod i ddangos bod synthesis ar raddfa fach yn bosibl, er bod gan lawer o wyddonwyr amheuon difrifol am hyn o hyd.

Yn ei dro, diolch i gefnogaeth Google a buddsoddwyr eraill sy'n ymwneud â thechnolegau uwch, mae'r cwmni o California, TAE Technologies, yn defnyddio dull gwahanol nag sy'n nodweddiadol ar gyfer arbrofion ag ymasiad, cymysgedd tanwydd boron, a ddefnyddiwyd i ddatblygu adweithyddion llai a rhatach, i ddechrau at ddiben yr injan roced ymasiad fel y'i gelwir. Prototeip o adweithydd ymasiad silindrog (4) gyda thrawstiau cownter (CBFR), sy'n gwresogi nwy hydrogen i ffurfio dau gylch plasma. Maent yn cyfuno â bwndeli o ronynnau anadweithiol ac yn cael eu cadw mewn cyflwr o'r fath, a ddylai gyfrannu at gynnydd yn egni a gwydnwch y plasma.

Mae General Fusion o dalaith British Columbia yng Nghanada yn mwynhau cefnogaeth Jeff Bezos ei hun. Yn syml, ei gysyniad yw chwistrellu plasma poeth i bêl o fetel hylif (cymysgedd o lithiwm a phlwm) y tu mewn i bêl ddur, ac ar ôl hynny mae'r plasma'n cael ei gywasgu gan pistons, yn debyg i injan diesel. Dylai'r pwysau a grëir arwain at ymasiad, a fydd yn rhyddhau llawer iawn o ynni i bweru tyrbinau math newydd o orsaf bŵer. Dywedodd Mike Delage, prif swyddog technoleg General Fusion, y gallai ymasiad niwclear masnachol ymddangos am y tro cyntaf ymhen deng mlynedd.

5. Darlun o batent thermoniwclear Llynges yr UD.

Yn ddiweddar, fe wnaeth Llynges yr UD hefyd ffeilio patent ar gyfer "dyfais ymasiad plasma". Mae'r patent yn sôn am feysydd magnetig i greu "dirgryniad cyflymach" (5). Y syniad yw adeiladu adweithyddion ymasiad yn ddigon bach i fod yn gludadwy. Afraid dweud, roedd amheuaeth ynghylch y cais patent hwn.