|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
HISTORIA TECHNOLOGII, TECHNOLOGII, OBIEKTÓW WOKÓŁ NAS
Instalacja termojądrowa. Historia wynalazku i produkcji
Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas Naukowcy od wielu lat zajmują się problemem wykorzystania reakcji termojądrowych do celów energetycznych. Powstały unikalne instalacje termojądrowe – najbardziej złożone urządzenia techniczne przeznaczone do badania możliwości uzyskania kolosalnej energii, która uwalniana jest do tej pory jedynie podczas wybuchu bomby wodorowej. Naukowcy chcą nauczyć się sterować przebiegiem reakcji termojądrowej – reakcji łączenia ciężkich jąder wodoru (deuteru i trytu) z powstawaniem jąder helu w wysokich temperaturach – aby energię uwolnioną w tym czasie wykorzystać do celów pokojowych, m.in. korzyść ludzi.
Litr wody z kranu zawiera bardzo mało deuteru. Ale jeśli ten deuter zostanie zebrany i wykorzystany jako paliwo w instalacji termojądrowej, wtedy można uzyskać tyle samo energii, co ze spalenia prawie 300 kilogramów ropy. Aby zapewnić energię, którą obecnie uzyskuje się spalając konwencjonalne paliwo wydobyte w ciągu roku, konieczne byłoby wydobycie deuteru z wody zawartej w kostce o boku zaledwie 160 metrów. Sama Wołga co roku dostarcza do Morza Kaspijskiego około 60000 XNUMX takich metrów sześciennych wody. Aby zaszła reakcja termojądrowa, musi być spełnionych kilka warunków. Zatem temperatura w strefie, w której łączą się ciężkie jądra wodoru, powinna wynosić około 100 milionów stopni. W tak ogromnej temperaturze nie mówimy już o gazie, ale o plazmie. Plazma jest takim stanem materii, kiedy przy wysokich temperaturach gazu neutralne atomy tracą swoje elektrony i zamieniają się w jony dodatnie. Innymi słowy, plazma jest mieszaniną swobodnie poruszających się dodatnich jonów i elektronów. Drugim warunkiem jest konieczność utrzymania gęstości plazmy w strefie reakcji co najmniej 100 XNUMX miliardów cząstek na centymetr sześcienny. I wreszcie najważniejszą i najtrudniejszą rzeczą jest utrzymanie przebiegu reakcji termojądrowej przez co najmniej jedną sekundę. Komora robocza instalacji termojądrowej jest toroidalna, podobna do ogromnego pustego bajgla. Jest wypełniony mieszaniną deuteru i trytu. Wewnątrz samej komory powstaje cewka plazmowa - przewodnik, przez który przepływa prąd elektryczny o wartości około 20 milionów amperów. Prąd elektryczny spełnia trzy ważne funkcje. Najpierw tworzy plazmę. Po drugie, podgrzewa go do stu milionów stopni. I wreszcie prąd wytwarza wokół siebie pole magnetyczne, to znaczy otacza plazmę magnetycznymi liniami siły. W zasadzie linie sił wokół plazmy powinny utrzymywać ją w zawieszeniu i zapobiegać jej dotykaniu ścian komory, jednak utrzymywanie plazmy w zawieszeniu nie jest takie proste. Siły elektryczne deformują przewodnik plazmowy, który nie ma wytrzymałości przewodnika metalowego. Ugina się, uderza w ścianę komory i oddaje jej energię cieplną. Aby temu zapobiec, na górze komory toroidalnej umieszcza się więcej cewek, które wytwarzają w komorze podłużne pole magnetyczne, które odpycha przewodnik plazmy od ścian. Tylko to nie wystarczy, ponieważ przewodzący prąd przewodnik plazmowy ma tendencję do rozciągania się, aby zwiększyć swoją średnicę. Pole magnetyczne, które jest tworzone automatycznie, bez zewnętrznych sił zewnętrznych, jest również wymagane, aby zapobiec rozszerzaniu się przewodnika plazmy. Przewodnik plazmowy jest umieszczony wraz z komorą toroidalną w innej większej komorze wykonanej z materiału niemagnetycznego, zwykle miedzi. Gdy tylko przewodnik plazmowy podejmie próbę odchylenia się od położenia równowagi, w miedzianej powłoce, zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej, powstaje prąd indukcyjny, który jest przeciwny do prądu w plazmie. W efekcie pojawia się przeciwstawna siła, która odpycha plazmę od ścian komory. Aby zapobiec kontaktowi plazmy ze ścianami komory przez pole magnetyczne, zasugerował w 1949 r. A.D. Sacharow, a nieco później amerykański J. Spitzer. W fizyce zwyczajowo nadaje się nazwy każdemu nowemu typowi konfiguracji eksperymentalnej. Konstrukcja z takim układem uzwojenia nazywana jest tokamakiem - skrót od „komora toroidalna i cewka magnetyczna”. W latach 1970. w ZSRR zbudowano obiekt termojądrowy o nazwie „Tokamak-10”. Został opracowany w Instytucie Energii Atomowej. IV. Kurczatow. Na tej instalacji temperatura przewodnika plazmowego wynosiła 10 milionów stopni, gęstość plazmy nie była mniejsza niż 100 tysięcy miliardów cząstek na centymetr sześcienny, a czas retencji plazmy był bliski 0,5 sekundy. Największa dzisiejsza instalacja w naszym kraju, Tokamak-15, została również zbudowana w Moskiewskim Centrum Badawczym Kurchatov Institute.
Wszystkie stworzone do tej pory instalacje termojądrowe zużywają jedynie energię do ogrzewania plazmy i tworzenia pól magnetycznych. Natomiast elektrownia termojądrowa przyszłości powinna wyzwolić tyle energii, że niewielka jej część mogłaby być wykorzystana do podtrzymania reakcji termojądrowej, czyli do podgrzania plazmy, wytworzenia pól magnetycznych i zasilenia wielu pomocniczych urządzeń i urządzeń, i oddać główną część do zużycia w sieci elektrycznej W 1997 r. w Wielkiej Brytanii na tokamaku JET zbiegła się energia wejściowa i otrzymana. Chociaż to oczywiście nie wystarcza do samowystarczalności procesu: traci się do 80 procent otrzymanej energii. Aby reaktor działał, trzeba wyprodukować pięć razy więcej energii niż zużywa się na rozgrzanie plazmy i wytworzenie pól magnetycznych. W 1986 r. kraje Unii Europejskiej wraz z ZSRR, USA i Japonią podjęły decyzję o wspólnym opracowaniu i zbudowaniu do 2010 r. wystarczająco dużego tokamaka zdolnego do wytwarzania energii nie tylko do utrzymania syntezy termojądrowej w plazmie, ale także do uzyskania użytecznego energia elektryczna. Reaktor ten nazwano ITER, co jest skrótem od Międzynarodowego Eksperymentalnego Reaktora Termojądrowego. Do 1998 roku udało się ukończyć obliczenia projektowe, ale ze względu na niepowodzenie Amerykanów konieczne było wprowadzenie zmian w konstrukcji reaktora w celu obniżenia jego kosztów. Możesz pozwolić cząsteczkom poruszać się naturalnie i nadać kamerze kształt, który podąża ich ścieżką. Aparat ma wtedy dość dziwaczny wygląd. Powtarza kształt żarnika plazmowego, który pojawia się w polu magnetycznym zewnętrznych cewek o złożonej konfiguracji. Pole magnetyczne wytwarzane jest przez zewnętrzne cewki o znacznie bardziej złożonej konfiguracji niż w tokamaku. Urządzenia tego rodzaju nazywane są stellaratorami. Torsatron „Hurricane-3M” został zbudowany w naszym kraju. Ten eksperymentalny stellarator jest przeznaczony do przechowywania plazmy rozgrzanej do dziesięciu milionów stopni.
Obecnie tokamaki mają innych poważnych konkurentów wykorzystujących inercyjną fuzję termojądrową. W tym przypadku kilka miligramów mieszaniny deuteru z trytem jest zamkniętych w kapsułce o średnicy 1-2 mm. Na kapsule skupia się promieniowanie impulsowe kilkudziesięciu potężnych laserów. W rezultacie kapsułka natychmiast odparowuje. Konieczne jest włożenie w promieniowanie 2 MJ energii w ciągu 5-10 nanosekund. Wtedy lekkie ciśnienie spręży mieszaninę do takiego stopnia, że może zajść reakcja fuzji termojądrowej. Energia uwolniona podczas eksplozji, odpowiadająca mocy eksplozji stu kilogramów TNT, zostanie zamieniona na wygodniejszą w użyciu formę - na przykład elektryczną. Eksperymentalny obiekt tego typu (NIF) jest budowany w USA i powinien rozpocząć działalność w 2010 roku. Jednak budowa stellaratorów i obiektów do syntezy inercyjnej napotyka również poważne trudności techniczne. Prawdopodobnie praktyczne wykorzystanie energii termojądrowej nie jest kwestią najbliższej przyszłości. Autor: Musskiy S.A.
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Słaba pamięć immunologiczna wzmacnia bakterie ▪ Smak czekolady zależy od drobnoustrojów ▪ System wychwytywania dwutlenku węgla na tankowcach ▪ Kometowy pył na Antarktydzie
▪ sekcji witryny Elektronika użytkowa. Wybór artykułów ▪ artykuł Łączenie wielu plików AVI. sztuka wideo ▪ artykuł Papryka warzywna. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ Artykuł Sztuczny olej. Proste przepisy i porady ▪ artykuł Moneta jest wcierana w szyję. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony