Nors ir lėčiau, nei norėtųsi, tačiau termobranduolinės energetikos idėja darosi vis apčiuopiamesnė. Norisi tikėti, NIF ir ITER pastangos duos apčiuopiamų vaisių jau pirmoje šio amžiaus pusėje.

JAV laboratorijoje peržengtas dar vienas branduolių sintezės riboženklis

Toks pasiekimas yra pirmasis pasaulyje

JAV laboratorijos tyrėjai peržengė svarbų riboženklį kelyje link save palaikančios branduolinės sintezės įgyvendinimo.

Branduolių sintezė – Saulei energiją teikiantis procesas – galėtų tapti praktiškai neribotos ir pigios energijos šaltiniu.

Bet tam, kad sintezės elektrinės atsipirktų, jos turi patiekti daugiau energijos, nei sunaudoja, o šis tikslas, pasirodo, nėra toks paprastas.

National Ignition Facility (NIF) mokslininkų padarytas proveržis gaivina sintezės viltis.

NIF, įsikūrusi Livermore'e, Kalifornijoje, naudoja 192 galingiausio pasaulyje lazerio spindulius mažos kapsulės su vandenilio kuru įkaitinimui ir suspaudimui iki lygio, kai prasideda branduolinės sintezės reakcija.

BBC supranta, kad rugsėjo pabaigoje vykdyto eksperimento metu, dėl sintezės išsiskyrusi energija viršijo kuro absorbuotą energiją – tai buvo pirmas kartas pasaulyje, kai tai pavyko padaryti bet kuriuo branduolių sintezės įrenginiu.

Tai visai netoli nuo laboratorijos išsikelto „uždegimo“ tikslo, kai branduolinė sintezė sukuria tiek pat energijos, kiek ir gauna iš lazerio – tai nepavyko, nes dėl žinomų įvairių sistemos dalių „neefektyvumų“, ne visa lazerio energija pasiekia kurą.

Branduolinė sintezė NIF

• 192 lazerio spinduliai fokusuojami per skyles į konteinerį, vadinamą hohlraumą
• Hohlraumo viduje yra maža kapsulė, kurioje laikomas labai šaltas, kitas vandenilio izotopų mišinys
• Lazeriai paveikia hohlraumo sieneles, kurios savo ruožtu išspinduliuoja rentgeno spindulius
• Rentgeno spinduliai pašalina medžiagą nuo kuro kapsulės išorės, įkaitindamas ją iki milijonų laipsnių
• Jei kuro suspaudimas pakankami stiprus ir tolygus, gali vykti branduolių sintezė

Bet naujausias pasiekimas apibūdinamas kaip svarbiausias pastarųjų metų žingsnis link termobranduolinės sintezės ir rodo, kad NIF gerai laikosi kelyje link uždegimo ir save palaikančios sintezės.

Pusę amžiaus mokslininkai siekė kontroliuojamos branduolinės sintezės ir vis nusivildavo. Buvo tikimasi, kad NIF suteiks sintezės tyrimams būtiną proveržį.

2009 m. NIF atstovai paskelbė, tikslą pasiekti branduolinę sintezę, duodančia daugiau energijos, nei gauna, iki 2012 rugsėjo 30. Bet dėl netikėtų techninių problemų planuotas laikas vis nusikeldavo; sintezės teikiama energija buvo mažesnė, nei numatyta matematiniu modeliu.

Netrukus 3,5 mlrd $ projektas pakeitė dėmesio objektą, sumažindamas sintezės tyrimams skiriamą laiką, ir nukreipdama jį branduolinių ginklų tyrimams – jie buvo dalis laboratorijos pradinės paskirties.

Tačiau naujausi eksperimentai gerai atitinka su energijos gavimo prognozėmis, o tai bus paskatinimas uždegimo tyrimams NIF, o taip pat padrąsinimas visiems branduolių sintezės energijos gynėjams.

Ji iš principo skiriasi nuo dabar naudojamos atominės energijos, išgaunamos, skaldant atomus, užuot suspaudžiant juos sintezėje.

NIF, įsikūrusi Lawrence Livermore nacionalinėje laboratorijoje, yra vienas iš kelių projektų, vykdomų visame pasaulyje, kuriuo siekiama pažaboti branduolių sintezę. Tarp jų ir daugiamilijardinis ITER įrengimas, dabar statomas Cadarache'e, Prancūzijoje.

Tačiau ITER sintezės sieks kitaip, ne lazeriais, kaip NIF; Cadarache įrengimuose karštos sintezės kuro (plazmos) išlaikymui bus naudojami magnetiniai laukai – ši koncepcija vadinama magnetiniu apribojimu.

Paul Rincon
www.bbc.com

Proveržis: dar žingsniu arčiau termobranduolinės elektrinės

Twente'o universiteto superlaidininkų tyrimo grupė atliko technologinį proveržį, gyvybiškai svarbų termobranduoliniams reaktoriams, paremtiems žvaigždžių veikimo principu ir teikiantiems švarią, neišsenkančią energiją.

Naujojo išradimo esmė yra labai išradinga ir tvirta superlaidžių kabelių sistema. Taip galima sukurti itin stiprų magnetinį lauką, reaktoriaus šerdyje kontroliuojantį labai karštą, energiją kuriančią plazmą, klojantį branduolinės sintezės pagrindą. Naujieji kabeliai daug atsparesni kaitinimui dėl išmoningo suvijimo, taip ženkliai padidinant plazmos kontroliavimo galimybes. Negana to, kartu su ankstesniu UT išradimu, kabeliai reaktoriuje labai ilgai atlaiko nežmoniškai dideles jėgas. Ilgesnis superlaidininkų tarnavimo laikas ir geresnė plazmos kontrolė greitai padarysbranduolinės sintezės energiją patikimesne: magnetinės vijos sudaro iki trečdalio branduolinės sintezės elektrinės kainos. Kuo ilgiau jos dirbs be pakeitimo, tuo bus pigesnė energija. Tyrimas yra Twente'o universiteto Žaliosios energijos iniciatyvos rėmuose vykdomas projektas.

Atsiperkančios švarios energijos projekto vadovas Arendas Nijhuisas: „Branduolinės sintezės reaktorių kūrimas įsibėgėja visame pasaulyje ir šis proveržis suteikia naują impulsą. Naujieji mūsų kabeliai jau nuodugniai išbandyti dviejuose institutuose.“ Ponas Nijhuisas buvo pakviestas bendradarbiauti su Kinija ir tikisi, kad UT sistema taps pasauliniu standartu. Didžiausias pasaulyje branduolinės sintezės reaktorius, ITER, statomas Cadarache, Prancūzijoje ir tikimasi, pradėsiantis veikti iki 2020 m., kaip jungtinis JAV, ES, Rusijos, Indijos, Japonijos, Pietų Korėjos ir Kinijos projektas. Tačiau Kinija ir Pietų Korėja taip pat pradėjo ir nuosavus, nacionalinius dideliu branduolinės sintezės projektus, kuriuose gali būti pritaikyta UT technologija.

Kaip tai veikia?

Branduolių sintezė vyksta reaktoriaus širdyje, iki 150 mln. °C įkaitintoje plazmoje, kuriai kontroliuoti reikia nepaprastai stipraus magnetinio lauko (13 T). Tokio stiprumo magnetinis laukas efektyviai gali būti sukurtas tik naudojant superlaidumą. Būtent todėl tuščiaviduriais kabeliais teka skystas helis. Taip temperatūra sumažinama iki maždaug 4,5 K (-269 °C), ir kabelio varžai išnykus, srovės stiprumą galima sustiprinti iki 45 000 amperų ir jos kuriamu magnetiniu lauku kontroliuoti plazmą. Tačiau tokia galinga srovė labai stipriai veikia kabelio gijas ir būtina jas apsaugoti nuo greito susidėvėjimo. Be to, greitas magnetinio lauko keitimasis gali pakelti kabelio vidaus temperatūrą, taip sutrikdydamas superlaidumą ir nutraukdamas branduolių sintezę. Būtent šią problemą išsprendė ypatingas superlaidžių gijų supynimas.

Išmoningas pynimas

Riešo storio kabeliai apie šešias 13 metrų aukščio rites sintezės reaktoriaus viduje susideda iš tarpusavyje suvytų 0,8 mm storio gijų. Pirmiausia suvejami trys tokio storio laidai: du iš superlaidaus niobio stanato (Nb₃Sn) ir vienas varinis. Varinis laidas apsaugo įkaitimo, jei staiga nutrūktų superlaidumo būsena. Trys tokios pirmo lygio vijos supinamos vienos su kita. Toliau vijimo procesas tęsiasi, kol pasiekiamas reikiamas storis. Ilgis, per kurį vija apsisuka vieną kartą – žingsnis – ir kitų lygių tarpusavio proporcijos yra labai svarbios. Didesnis pirmų vijų lygių žingsnis užtikrina, kad kabelis geriau atlaikytų didžiules mechanines jėgas ir nepatirtų jokių stiprių iškraipymų. Tačiau proveržis, sulaukęs didžiausio tarptautinio nustebimo, nors ir prognozuotas UT, yra tai, kad naujos „žingsnio proporcijos“ lemia tokį stiprų tarp gijų tekančių srovių sumažėjimą, dėl to kabeliai daug mažiau kaista ir išlieka superlaidūs. Taip nauji kabeliai smarkiai padidino šansus, kad branduolių sintezės elektrinės netrukus patikimai gamins energiją.

Komentarai (8)