Kemunculan reaktor termonuklear telah dijangkakan selama lebih dari setengah abad. Harapan terlalu panas sehingga timbul teori konspirasi yang sangat popular, seolah-olah sebenarnya diciptakan sejak dulu, tetapi pembesar minyak menyembunyikan penemuan itu dari massa agar tidak kehilangan keuntungan super. Seperti teori konspirasi, teori semacam itu tidak tahan dengan kritikan dan tetap menjadi topik untuk prosa detektif. Namun, memahami perkara ini tidak menidakkan persoalan utama: bilakah kita akan menguasai tenaga termonuklear?
SUNNY BOSTER
Reaksi termonuklear (atau reaksi peleburan nuklear), di mana nukleus yang lebih ringan menyatu menjadi yang lebih berat, telah dijelaskan oleh ahli fizik pada tahun 1910-an. Dan buat pertama kalinya ia diperhatikan oleh saintis Inggeris Ernst Rutherford. Pada tahun 1919, dia mendorong helium dengan nitrogen pada kelajuan tinggi untuk menghasilkan hidrogen dan oksigen berat. Lima tahun kemudian, Rutherford berjaya menyelesaikan sintesis hidriti tritium superheavy dari nukleus hidrogen berat deuterium. Pada masa yang sama, ahli astrofizik Arthur Eddington mengemukakan hipotesis berani bahawa bintang terbakar kerana berlakunya tindak balas termonuklear dalam usus mereka. Pada tahun 1937, saintis Amerika Hans Bethe dapat membuktikan berlakunya reaksi termonuklear di Matahari - oleh itu, Eddington betul.
Idea untuk menghasilkan "api suria" di Bumi adalah milik ahli fizik Jepun Tokutaro Hagiwara, yang pada tahun 1941 menyarankan kemungkinan untuk memulakan reaksi termonuklear antara nukleus hidrogen menggunakan reaksi berantai eksplosif pembelahan uranium - iaitu, letupan atom harus mewujudkan keadaan (suhu dan tekanan yang sangat tinggi) untuk memulakan peleburan termonuklear. Tidak lama kemudian, Enrico Fermi, yang turut serta dalam pembuatan bom atom Amerika, mendapat idea yang sama. Pada tahun 1946, di bawah pimpinan Edward Teller, sebuah projek penyelidikan mengenai penggunaan tenaga termonuklear dilancarkan di Makmal Los Alamos.
Peranti termonuklear pertama diletupkan oleh tentera AS pada 1 November 1952, di Enewetok Atoll di Lautan Pasifik. Kami menjalankan eksperimen serupa pada tahun 1953. Oleh itu, manusia telah menggunakan peleburan termonuklear selama lebih dari enam puluh tahun, tetapi hanya untuk tujuan yang merosakkan. Mengapa anda tidak boleh menggunakannya dengan lebih rasional?
MAJLIS PLASMA
Video promosi:
Dari sudut pandangan tenaga, suhu plasma optimum untuk tindak balas termonuklear adalah 100 juta darjah. Ini beberapa kali lebih tinggi daripada suhu di pedalaman Matahari. Bagaimana menjadi?
Ahli fizik telah mencadangkan agar plasma tidak disimpan dalam "perangkap magnet." Pada awal 1950-an, Andrei Sakharov dan Igor Tamm mengira konfigurasi medan magnet yang mampu memampatkan plasma menjadi filamen nipis dan menghalangnya daripada jatuh ke dinding ruang. Berdasarkan skema itu, mereka mengusulkan agar banyak tokam dibuat.
Dipercayai bahawa istilah "TOKAMAK" berasal sebagai singkatan untuk frasa "TOroid CAMERA with Magnetic Coil". Elemen reka bentuk utama memang gegelung yang menghasilkan medan magnet yang kuat. Ruang kerja tokamak diisi dengan gas. Sebagai hasil daripada pemecahan di bawah tindakan medan pusaran, peningkatan pengionan gas di ruang berlaku, yang menjadikannya plasma. Filamen plasma terbentuk yang bergerak di sepanjang ruang toroidal dan dipanaskan oleh arus elektrik membujur. Medan magnet menjaga kord tidak seimbang dan memberikan bentuk yang menghalangnya daripada menyentuh dinding dan membakarnya.
Sehingga kini, suhu plasma di tokamaks telah mencapai 520 juta darjah. Namun, pemanasan adalah permulaan perjalanan. Tokamak bukan loji janakuasa - sebaliknya, ia menghabiskan tenaga tanpa memberikan balasan apa-apa. Loji tenaga termonuklear harus dibina berdasarkan prinsip yang berbeza.
Pertama sekali, ahli fizik memutuskan bahan bakar. Hampir ideal untuk reaktor daya adalah tindak balas berdasarkan peleburan inti isotop hidrogen - deuterium dan tritium (D + T), akibatnya inti helium-4 dan neutron terbentuk. Air biasa akan berfungsi sebagai sumber deuterium, dan tritium akan diperoleh dari litium yang disinari dengan neutron.
Kemudian plasma mesti dipanaskan hingga 100 juta darjah dan dimampatkan dengan kuat, tetap dalam keadaan lama Dari sudut reka bentuk kejuruteraan, ini adalah tugas yang sangat kompleks dan mahal. Kerumitan dan kos tinggi inilah yang menahan perkembangan arah tenaga ini sejak sekian lama. Syarikat itu belum bersedia untuk membiayai projek sebesar itu sehingga ada keyakinan terhadap kejayaannya.
JALAN KE MASA DEPAN
Kesatuan Soviet, di mana tokamaks unik dibina, tidak lagi ada, tetapi idea untuk menguasai tenaga termonuklear tidak mati, dan negara-negara terkemuka menyedari bahawa masalah itu hanya dapat diselesaikan bersama.
Dan sekarang reaktor termonuklear eksperimen pertama untuk kejuruteraan tenaga sedang dibina hari ini di kampung Cadarache, di tenggara Perancis, berhampiran bandar Aix-en-Provence. Rusia, Amerika Syarikat, Kesatuan Eropah, Jepun, China, Korea Selatan, India dan Kazakhstan turut serta dalam pelaksanaan projek hebat ini.
Tegasnya, kemudahan yang akan dibina di Cadarache masih tidak dapat beroperasi sebagai loji tenaga termonuklear, tetapi mungkin mendekati waktunya. Bukan kebetulan bahawa ia disebut ITER - singkatan ini adalah singkatan dari International Thermonuclear Experimental Reactor, tetapi juga memiliki makna simbolik: dalam bahasa Latin iter adalah jalan, jalan. Oleh itu, reaktor Cadarash harus membuka jalan untuk tenaga termonuklear di masa depan, yang akan menjamin kelangsungan hidup manusia setelah habisnya bahan bakar fosil.
ITER akan disusun seperti berikut. Di bahagian tengahnya, terdapat ruang toroidal dengan volume sekitar 2000 m3, diisi dengan plasma tritium-deuterium yang dipanaskan hingga suhu melebihi 100 juta darjah. Neutron yang dihasilkan semasa tindak balas peleburan meninggalkan "botol magnet" dan melalui "dinding pertama" memasuki ruang kosong selimut setebal satu meter. Di dalam selimut, neutron bertabrakan dengan atom litium, menghasilkan reaksi dengan pembentukan tritium, yang akan dihasilkan bukan hanya untuk ITER, tetapi juga untuk reaktor lain jika dibina. Dalam kes ini, "dinding pertama" dipanaskan oleh neutron hingga 400 ºC. Haba yang dibebaskan, seperti di stesen konvensional, diambil oleh rangkaian penyejuk utama dengan penyejuk (yang mengandungi, misalnya, air atau helium) dan dipindahkan ke litar sekunder, di mana wap air dihasilkan,pergi ke turbin yang menjana elektrik.
Pemasangan ITER benar-benar mesin mega. Beratnya ialah 19,000 tan, radius dalaman ruang toroidal 2 meter, radius luar lebih dari 6 meter. Pembinaan sudah berjalan lancar, tetapi tidak ada yang dapat mengatakan dengan pasti bilakah output tenaga positif pertama akan diterima di pemasangan. Walau bagaimanapun, ITER merancang untuk menghasilkan 200,000 kWh, yang setara dengan tenaga yang terdapat dalam 70 tan arang batu. Jumlah litium yang diperlukan terkandung dalam satu bateri mini untuk komputer, dan jumlah deuterium terkandung dalam 45 liter air. Dan ia akan menjadi tenaga yang benar-benar bersih.
Dalam kes ini, deuterium semestinya cukup selama berjuta-juta tahun, dan simpanan litium yang mudah diekstrak cukup mencukupi untuk memenuhi keperluannya selama beratus-ratus tahun. Walaupun simpanan litium di batuan habis, ahli fizik akan dapat mengeluarkannya dari air laut.
ITER pasti akan dibina. Dan, tentu saja, saya gembira kerana negara kita mengambil bahagian dalam projek masa depan ini. Hanya pakar Rusia yang berpengalaman bertahun-tahun dalam membuat magnet superkonduktor yang besar, tanpa itu mustahil untuk menyimpan plasma dalam filamen: terima kasih kepada tokamaks!
Anton Pervushin
