I reattori a fusione del mondo. Il primo reattore a fusione

Oggi, molti paesi stanno prendendo parte nella ricerca sulla fusione. I leader sono l'Unione Europea, gli Stati Uniti, Russia e Giappone, mentre il programma della Cina, il Brasile, il Canada e la Corea stanno aumentando rapidamente. Inizialmente, i reattori a fusione negli Stati Uniti e l'Unione Sovietica sono stati collegati allo sviluppo di armi nucleari ed è rimasto segreto fino al convegno "Atomi per la pace", che si è tenuto a Ginevra nel 1958. Dopo la creazione della ricerca tokamak sovietica della fusione nucleare nel 1970 è diventato "big science". Ma il costo e la complessità dei dispositivi è aumentata a tal punto che la cooperazione internazionale è stata l'unica occasione per andare avanti.

I reattori a fusione nel mondo

Dal 1970, l'inizio della utilizzo commerciale dell'energia da fusione è costantemente rinviata per 40 anni. Tuttavia, molto è accaduto negli ultimi anni, rendendo questo periodo può essere abbreviato.

Costruito diverse tokamak, tra cui il JET europea, britannica e MAST reattore sperimentale termonucleare TFTR a Princeton, Stati Uniti d'America. Il progetto internazionale ITER è attualmente in costruzione a Cadarache, in Francia. Diventerà il più grande tokamak che lavorerà negli anni 2020. Nel 2030, la Cina sarà costruito CFETR, che supererà l'ITER. Nel frattempo, la Cina conduce ricerche su una sperimentale EST superconduttore tokamak.

I reattori a fusione altro tipo – stellarator – anche popolare tra i ricercatori. Uno dei più grandi, LHD, aderito al giapponese Istituto Nazionale per la fusione nel 1998. E 'utilizzato per cercare la migliore configurazione del confinamento del plasma magnetico. Tedesco Max Planck Institut per il periodo 1988-2002, ha condotto una ricerca sul Wendelstein 7-AS reattore a Garching, e ora – a Wendelstein 7-X, la cui costruzione è durata più di 19 anni. Un altro TJII stellarator operato a Madrid, Spagna. Nel laboratorio Stati Uniti Princeton fisica dei plasmi (PPPL), dove ha costruito il primo reattore a fusione nucleare di questo tipo nel 1951, nel 2008 si è fermato la costruzione di NCSX a causa di superamento dei costi e la mancanza di fondi.

Inoltre, risultati significativi nella ricerca della fusione inerziale. Costruzione National Ignition Facility (NIF) del valore di $ 7 miliardi a Livermore Laboratory Lawrence Nazionale (LLNL), finanziato dalla National Nuclear Security Administration, è stato completato nel marzo 2009, il laser megajoule Francese (LMJ) ha iniziato a lavorare nel mese di ottobre il 2014. reattori a fusione mediante laser consegnati entro pochi miliardesimi di secondo circa 2 milioni di joule di energia luminosa ad una dimensione finale di diversi millimetri per avviare la fusione nucleare. L'obiettivo principale del NIF e LMJ è la ricerca per sostenere i programmi nazionali di armi nucleari.

ITER

Nel 1985, l'Unione Sovietica ha proposto di costruire una generazione tokamak prossimo insieme con l'Europa, il Giappone e gli Stati Uniti. Il lavoro è stato condotto sotto gli auspici dell'AIEA. Nel periodo 1988-1990 è stato creato le prime bozze del reattore sperimentale termonucleare internazionale ITER, che significa anche "via" o "viaggio" in latino, al fine di dimostrare che la fusione in grado di produrre più energia di quanta ne assorbe. Canada e Kazakhstan hanno preso parte mediati da Euratom e Russia, rispettivamente.

Dopo 6 anni di Consiglio ITER ha approvato il primo progetto del reattore complessa basata sulla fisica e la tecnologia un valore di $ 6 miliardi stabilito. Poi gli Stati Uniti ritirati dal consorzio, che ha costretto a dimezzare i costi e cambiare il progetto. Il risultato è stato l'ITER-FEAT valore di $ 3 miliardi., Ma è possibile ottenere una reazione autosufficiente, e il saldo positivo del potere.

Nel 2003, gli Stati Uniti ancora una volta aderito al consorzio, e la Cina ha annunciato il loro desiderio di parteciparvi. Di conseguenza, a metà del 2005, i partner hanno concordato la costruzione di ITER a Cadarache nel sud della Francia. UE e la Francia hanno fatto metà dei 12,8 miliardi di euro, mentre il Giappone, la Cina, la Corea del Sud, gli Stati Uniti e la Russia – il 10% ciascuno. Giappone fornisce componenti di alta contenuti costi di installazione IFMIF 1 miliardo destinata ai materiali di prova e aveva il diritto di erigere il reattore di prova successiva. Il costo totale di ITER comprende la metà del costo di una costruzione di 10 anni e mezzo – su 20 anni di funzionamento. L'India è diventato il settimo membro di ITER alla fine del 2005

Gli esperimenti sono iniziare nel 2018 con l'uso di idrogeno per evitare l'attivazione dei magneti. Utilizzando il plasma DT non è prevista prima 2026

Scopo ITER – sviluppare un megawatt 500 (almeno per 400 secondi) con potenza di ingresso inferiore a 50 mW senza generare energia elettrica.

Dvuhgigavattnaya Demo impianto dimostrativo produrrà su larga scala la produzione di energia elettrica su base permanente. progettazione concettuale Demo sarà completato entro il 2017, e la sua costruzione inizierà nel 2024. Partenza ha luogo nel 2033.

JET

Nel 1978, l'Unione europea (Euratom, Svezia e Svizzera) hanno avviato un progetto congiunto europeo JET nel Regno Unito. JET è attualmente il più grande tokamak operativo in tutto il mondo. Tale reattore JT-60 opera nell'Istituto Nazionale giapponese di fusione, ma solo JET può utilizzare il carburante di deuterio-trizio.

Il reattore è stato lanciato nel 1983 ed è stato il primo esperimento in cui è tenuta nel novembre 1991 fusione termonucleare controllata a 16 MW per un secondo 5 MW e potenza stabile al plasma di deuterio-trizio. Molti esperimenti sono stati condotti per studiare i circuiti di riscaldamento e altre tecniche diverse.

Ulteriori miglioramenti riguardano il JET aumentare la propria capacità. MAST reattore compatto è sviluppato con JET e ITER è parte del progetto.

K-STAR

K-STAR – Coreano superconduttore tokamak Istituto Nazionale per Studi Fusion (NFRI) a Daejeon, che ha prodotto il suo primo plasma a metà del 2008. Si tratta di un progetto pilota ITER, che è il risultato della cooperazione internazionale. Raggio Tokamak di 1,8 m – primo reattore impiegando magneti superconduttori Nb3Sn, lo stesso che verrà utilizzato nella ITER. Durante la prima fase, conclusasi nel 2012, K-STAR doveva dimostrare la fattibilità di tecnologie di base e di realizzare durata dell'impulso plasma per 20 secondi. Nella seconda fase (2013-2017) viene effettuata per studiarne la modernizzazione lunghi impulsi fino a 300 s in modalità H, e la transizione ad altamente AT-mode. Lo scopo della terza fase (2018-2023) è il conseguimento di elevate prestazioni ed efficienza in modalità impulso lungo. Nel passo 4 (2023-2025) saranno testati tecnologia DEMO. Il dispositivo non è in grado di lavorare con gli usi trizio DT e combustibile.

K-DEMO

Progettato in collaborazione con la Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) US Department of Energy e la Corea del Sud Istituto NFRI, K-DEMO dovrebbe essere il passo successivo verso la creazione di reattori commerciali dopo ITER, e sarà la prima centrale in grado di generare potenza alla rete elettrica, cioè, 1 milioni di kilowatt a un paio di settimane. Il suo diametro sarà 6,65 m, e avrà un modulo coperta generato dal DEMO progetto. Il Ministero dell'Istruzione, della Scienza e della Tecnologia della Corea prevede di investire in essa circa un won coreano trilioni di (941 milioni di $).

EAST

Pilota cinese migliorata superconduttore Tokamak (EST) presso l'Istituto di Fisica in Cina Hefee creata temperatura del plasma di idrogeno 50 milioni ° C e mantenuta per 102 secondi.

TFTR

Il laboratorio sperimentale PPPL reattore termonucleare TFTR americano ha lavorato 1982-1997. Nel dicembre 1993, è diventato il primo tokamak magnetica TFTR, che ha fatto molti esperimenti con un plasma di deuterio e trizio. Nel seguito, il reattore prodotto il disco mentre la controllata potenza 10,7 MW, e nel 1995, la registrazione della temperatura è stata raggiunta gas ionizzato a 510 milioni ° C. Tuttavia, l'installazione non è riuscita potenza di fusione pareggio, ma si compie con successo l'obiettivo di progettare l'hardware, dando un contributo significativo a ITER.

LHD

LHD presso l'Istituto giapponese Nazionale per la fusione nucleare a Toki, Prefettura di Gifu, era il più grande stellarator del mondo. Avvio del reattore a fusione avvenuta nel 1998, e ha dimostrato la qualità di confinamento del plasma, paragonabile ad altre installazioni importanti. È stato raggiunto 13,5 temperatura keV ione (circa 160 milioni ° C) e l'energia di 1,44 MJ.

Wendelstein 7-X

Dopo un anno di test, a partire da fine 2015, la temperatura l'elio in breve tempo ha raggiunto 1 milione ° C. Nel 2016 Il reattore termonucleare con un plasma di idrogeno usando un 2 MW, la temperatura ha raggiunto 80 milioni ° C per un quarto di secondo. W7-X stellarator è il più grande del mondo ed è progettato per essere in funzionamento continuo per 30 minuti. Il costo del reattore è pari a 1 miliardo di €.

NIF

National Ignition Facility (NIF) in è stato completato nel marzo 2009, Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) l'anno. Utilizzando le sue 192 raggi laser, il NIF è in grado di concentrare 60 volte più energia rispetto a qualsiasi sistema laser precedente.

La fusione fredda

Nel marzo 1989, due ricercatori, americani Stenli Pons e Martin Fleischmann britannico, hanno detto che hanno lanciato un desktop semplice reattore a fusione fredda, che opera a temperatura ambiente. Il processo consisteva in elettrolisi di acqua pesante con un elettrodo di palladio in cui i nuclei di deuterio sono state concentrate ad alta densità. I ricercatori sostengono che produce calore, che può essere spiegato solo in termini di processi nucleari, così come c'erano sottoprodotti di sintesi, includendo elio, trizio e neutroni. Tuttavia, altri sperimentatori non è riuscito a replicare questa esperienza. La maggior parte della comunità scientifica non crede che i reattori a fusione fredda sono reali.

Le reazioni nucleari a bassa energia

Iniziato da rivendicazioni di ricerca "fusione fredda", ha continuato nel campo della bassa energia reazioni nucleari, con qualche sostegno empirico, ma non è generalmente accettato spiegazione scientifica. Evidentemente, interazioni nucleari deboli (e non una forza forte, come nella fissione nucleare o sintesi) vengono usati per creare e cattura di neutroni. Esperimenti includono penetrazione di idrogeno o deuterio attraverso il letto di catalizzatore e la reazione con il metallo. I ricercatori riferiscono del rilascio di energia osservata. Il principale esempio pratico è la reazione di idrogeno con una polvere di nichel con il calore, il cui numero è maggiore può dare alcuna reazione chimica.