Tokamak ARC एक थर्मोन्यूक्लियर भविष्य की लड़ाई में toroidal traps की संभावना को जोड़ देगा

नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन की वर्तमान स्थिति से परिचित कोई भी पूछ सकता है: टीसीबी के वित्तपोषण में ऐसा पूर्वाग्रह क्यों है - जब कई अन्य महान अवधारणाएं हैं, तो 3/4 से कम कोई भी टोकामक नहीं जाता है? इसका उत्तर काफी सरल है: 70 के दशक में, टोक्माक्स आगे बढ़े, अगले 20 वर्षों में ब्रेकेवेन तक पहुंचे - अर्थात प्रतिक्रियाशील प्लाज्मा को गर्म करने की लागत के बराबर थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा की मात्रा प्राप्त करना।


जेट के टोकामक के अंदर रखरखाव रोबोट।


चाहे यह एक दुर्घटना हो, या टोकामाकी वास्तव में थर्मोन्यूक्लियर तापमान और घनत्व को प्राप्त करने का सबसे आसान तरीका है, लेकिन तथ्य यह है कि: कोई भी अन्य रिएक्टर अभी तक 80 के दशक के 10% लॉसन की कसौटी के टोकामक के मापदंडों को प्राप्त करने में सक्षम नहीं है। हालांकि, बदले में, उनके आगे के विकास में टोकामक जल्दी से मानव क्षमताओं की सीमा तक पहुंच गए। ITER - ट्रान्सेंडैंटल जटिलता की दुनिया में सबसे महत्वाकांक्षी वैज्ञानिक स्थापना सस्ती ऊर्जा का आधार नहीं बन सकती है।


ITER और आज के ARC कहानी के नायक एक पैमाने पर।

इस प्रकार, ITER - DEMO शाखा के विकास के साथ-साथ, शोधकर्ताओं को tokamaks को सरल बनाने के तरीके खोजने के कार्य का सामना करना पड़ रहा है, जो आम जनता की नज़र में तेजी से अपना पक्ष खो रहे हैं।
2012 में, वल्कन द्वारा एक लेख प्रकाशित किया गया था: रिएक्टर-प्रासंगिक प्लाज्मा - सामग्री इंटरैक्शन विज्ञान के लिए एक स्थिर-राज्य टोकामक, जो प्लाज्मा और सामग्रियों की बातचीत का अध्ययन करने के लिए एक टोकामक का वर्णन करता है। हालांकि, कई नए तकनीकी समाधान हैं जो एक नई दिशा को परिभाषित करते हैं। मुख्य हैं टॉरॉयडल कॉइल में उच्च-तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स (एचटीसीएस) और एक वैक्यूम चैंबर का दोहरा मामला। हम इस समाधान के फायदों के बारे में थोड़ी कम बात करेंगे, लेकिन अभी के लिए - HTC ITER में क्यों नहीं आया?


अनुसंधान वल्कन टोकामक अवधारणा।

जैसा कि आप जानते हैं, 1986 में उच्च-तापमान अतिचालकता की खोज की गई थी, और पहला व्यावसायिक उत्पाद 90 के दशक के मध्य में दिखाई दिया था। यह तब था, 93-98 के वर्षों में, कि ITER का पहला संस्करण विकसित किया जा रहा था (कुछ लोगों को पता है कि पहला संस्करण प्लाज्मा "इग्निशन" के साथ और भी बड़ा था)। अनुसंधान के दौरान, एचटीआरएस को बहुत अधिक कच्चे और अविश्वसनीय होने के रूप में अस्वीकार कर दिया गया था ताकि ITER जैसी मांग परियोजना में गिर सके। केवल 2000 के दशक की शुरुआत में एचसीटी की प्रयोज्यता के संदर्भ में सर्न ने शोध किया था कि तकनीक "परिपक्व" थी। हालांकि, वे फिर से ITER में नहीं उतरे, इस तथ्य के बावजूद कि 2000-2006 में इस टोकामक के दूसरे संस्करण का विकास जारी था। इस बार कारण थाउस समय तक ITER टीम ने पहले से ही कम तापमान वाले NbSn3 मैग्नेट के साथ टॉरॉयडल कॉइल के प्रोटोटाइप का परीक्षण कर लिया था और किसी ने भी इस बहुत महंगे काम के परिणामों को फेंकने और सभी को फिर से शुरू करने की अनुमति नहीं दी थी।


2004 के वसंत में स्विटजरलैंड स्थापना, स्विट्जरलैंड में प्रोटोटाइप ITER टॉरॉयडल फील्ड कॉइल के टेस्ट।

इस प्रकार, एचसीटीएस और आईईआरटी ने कई वर्षों से शाब्दिक रूप से परिवर्तन किया। हालांकि, आज स्थिति नाटकीय रूप से बदल गई है - दूसरी पीढ़ी के एचसीटीएस टेप सफलतापूर्वक पारंपरिक नाइओबियम इंटरमेटेलिक्स को बाहर निकालते हैं।


7 kA की धारा के साथ CERN में परीक्षण किए गए REBCO टेप के 12 x 12 मिमी अनुभाग का प्रोटोटाइप एआरसी के लिए आवश्यक 10 गुना से कम है।

पिछले 15 वर्षों में ITER परियोजना के विकास के बाद से कई तकनीकी उद्योगों में प्रगति का सारांश, प्रसिद्ध अमेरिकी संस्थान MIT के वैज्ञानिक (यह दिलचस्प है कि उनमें से एक Dinomak के डेवलपर्स में से एक है)डीए सदरलैंड) ने एआरसी टोकमैक अवधारणा का प्रस्ताव किया - सस्ती, मजबूत, कॉम्पैक्ट, यानी के लिए एक संक्षिप्त नाम सस्ती, मजबूत और कॉम्पैक्ट। दरअसल, प्रस्तावित अवधारणा में, ITER मापदंडों को एक मशीन में दो बार के रूप में एक अंतरराष्ट्रीय रिएक्टर की लागत के 1/10 के लिए छोटे आकार में लागू किया जा सकता है।

तो, एआरसी ( लेख , पीआर ) वल्कन के विचारों पर आधारित है - एचसीएस टॉरॉयडल कॉइल का उपयोग और एक निर्वात कक्ष की दोहरी दीवार। यह क्या देता है? बहुत! आइए विभिन्न सुपरकंडक्टर्स के लिए "महत्वपूर्ण चुंबकीय क्षेत्र / तापमान" आरेख पर एक नज़र डालें।


यहां हम सीमित तापमान और चुंबकीय क्षेत्र की निर्भरता दिखाते हैं जिस पर अतिचालकता संरक्षित है। YBCO और व्यापक REBCO के लिए, यह क्षेत्र पहले से ही बहुत अधिक ऑपरेटिंग तापमान पर 30 T तक पहुंच गया है।

यह देखा जा सकता है कि आरईबीसीओ टेपों के लिए एक ही तापमान पर सुपरकंडक्टिविटी को खोए बिना एक बड़े पैमाने पर बड़े क्षेत्र को प्राप्त कर सकते हैं, या समान रूप से उच्च तापमान पर एक ही क्षेत्र बना सकते हैं। एआरसी प्लाज्मा अक्ष पर 9.25T के क्षेत्र पर ध्यान केंद्रित करता है (और कॉयल के अंदर 23T आधुनिक प्रयोगशाला रिकॉर्ड के करीब है!) और 20K का तापमान। पहला मान ITER की तुलना में लगभग 2 गुना अधिक है, जिसका अर्थ है कि प्लाज्मा के एक क्यूबिक मीटर की बिजली रिलीज 6 गुना बढ़ती है (ऐसा क्यों है? )। इसका मतलब है कि इस तरह की तकनीक को लागू करना। हम मौजूदा जेईटी टोकामक (लगभग) की मात्रा में 500 मेगावाट फ्यूजन शक्ति प्राप्त कर सकते हैं।


ARC: 1 — , 2,5 — , 3 — , 4 — , 7 , 8 — , 9 — , 10 — .

वास्तव में, आरईबीसीओ का उपयोग करके एक टोकामैक में प्राप्त किया जाने वाला अधिकतम क्षेत्र एक सुपरकंडक्टर (एआरसी के रचनाकारों ने आज के औद्योगिक रिकॉर्ड के बराबर वर्तमान घनत्व रखा है, लेकिन एचटीसीएस तेजी से प्रदर्शन कर रहे हैं) के गुणों में आराम नहीं करना शुरू कर देता है, लेकिन संरचना की यांत्रिक शक्ति के भीतर। क्षेत्र दबाव ITER की तुलना में 4 गुना बढ़ता है, और केवल कम आयाम हमें किसी तरह इस समस्या से निपटने की अनुमति देते हैं। Inconel 718 ARC मिश्र धातु के शक्तिशाली बल "पिंजरे" में वोल्टेज 60 kg / mm ^ 2 तक पहुंच जाएगा और धातु संरचनाओं में सीमा (100 kg / mm ^ 2) के करीब होगा। यह याद रखना चाहिए कि 0.2% से अधिक सुपरकंडक्टिंग कॉइल का बढ़ाव अस्वीकार्य है, क्योंकि इस स्थिति में, स्वीकार्य महत्वपूर्ण धारा घटने लगती है।


एआरसी टोकामक और वोल्टेज में एक रिब। औद्योगिक निर्माण के लिए सुरक्षा का मार्जिन केवल 1.5 गुना छोटा है।

नियोजित प्रणाली की एक महत्वपूर्ण विशेषता यह है कि इसे अलग करने में आसानी होती है - एआरसी चुंबकीय टोकामक प्रणाली को भूमध्य रेखा के साथ विभाजित किया जा सकता है, और ऊपरी हिस्से को हटाने से आधुनिक परमाणु रिएक्टरों की भावना में इंटीरियर तक आसान पहुंच की अनुमति मिलती है। यह अनुरक्षण कार्य को बहुत सरल करता है, जो कि आज टॉगल कॉइल के बीच पोर्ट ओपनिंग के माध्यम से आंतरिक टोरस की सेवा करने वाले गूढ़ रोबोटिक सिस्टम बनाकर हल किया जाता है।


एक निर्वात चैम्बर के आंतरिक खोल को बदलने के साथ एक टोमाकम को अलग करने का चित्रण। नीली सतह निर्वात कक्ष की बाहरी दीवार का खोल है, दो परतों के बीच FLiBe पिघलती है।

निर्वात कक्ष की दोहरी दीवार एक और ITER समस्या हल करती है। एक जलते हुए प्लाज्मा के कठोर न्यूट्रॉन और विद्युत चुम्बकीय विकिरण से रिएक्टर की सुरक्षा के लिए एक जटिल प्रणाली , जिसे कंबल कहा जाता है - अंतरराष्ट्रीय टोकामक के मामले में - डिजाइन, निर्माण, स्थापना और परिवर्तन में भारी कठिनाइयों के साथ इंजीनियरिंग का काम है। एमआईटी शोधकर्ताओं ने एक कठोर यांत्रिक संरचना के बजाय FLiBe के "परमाणु नमक" से एक तरल कंबल का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा है (जो प्लाज्मा से न्यूट्रॉन के साथ लिथियम को विकिरण करके कंबल में ट्रिटियम प्राप्त करने की आवश्यकता से जटिल होगा)। यह नमक - लिथियम और बेरिलियम फ्लोराइड का मिश्रण अक्सर तरल नमक रिएक्टरों की परियोजनाओं में पाया जाता है, और आधुनिक थर्मोन्यूक्लियर में। यह निष्क्रिय है और इसमें न्यूट्रॉन के गुणों को उत्कृष्ट रूप से कम करने और अवशोषित करने की क्षमता है, और थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर की स्थितियों में यह जली हुई ट्रिटियम को पुन: उत्पन्न करने की अनुमति देता है। यह बेरिलियम में न्यूट्रॉन को गुणा करके होता है (एक ऊर्जावान न्यूट्रॉन बेरिलियम नाभिक पर 2 कम ऊर्जावान को जन्म देता है), और फिर न्यूट्रॉन Li6 + n - T + He4 के साथ लिथियम की परमाणु प्रतिक्रिया। पिघला हुआ नमक न केवल न्यूट्रॉन संरक्षण के साथ काम करेगा और ट्रिटियम भंडार को बहाल करेगा, बल्कि थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया द्वारा उत्पन्न सभी गर्मी को अवशोषित करेगा, जो टरबाइन चक्र को देता है।


FLCBe (हल्का नीला) के एक बड़े अनुपात के साथ वैकल्पिक ARC डिज़ाइन और भी सस्ता है, लेकिन कम टिकाऊ और एक छोटे क्षेत्र के साथ।

एक अन्य महत्वपूर्ण सरलीकरण है, गैर-आगमनात्मक संचालन की ओर टोकामक का उन्मुखीकरण। आधुनिक बड़ी मशीनों में, प्लाज्मा स्थिरता इसमें एक शक्तिशाली वर्तमान के निर्माण द्वारा समर्थित है। चालू, बदले में, केंद्रीय प्रारंभकर्ता द्वारा बनाया जाता है और यह मोड जारी रह सकता है, जबकि प्रारंभ करनेवाला को अधिकतम सकारात्मक से अधिकतम नकारात्मक वर्तमान में छुट्टी दे दी जाती है। इस प्रकार, आगमनात्मक मोड में टोकन एक मौलिक रूप से स्पंदित मशीन है, भले ही पल्स 20 मिनट तक रह सकता है, जैसा कि ITER के लिए योजनाबद्ध है। हालांकि, एक विकल्प भी संभव है - कम हाइब्रिड अनुनाद आवृत्ति पर एक विशेष रेडियो-आवृत्ति स्रोत द्वारा वर्तमान बनाया जाता है। यह ऐसा स्रोत है, जिसमें 20 मेगावाट की क्षमता है, जिसका उपयोग एआरसी में किया जाएगा (हालांकि, यह एक नया समाधान नहीं है, और सभी आधुनिक टोकामक परियोजनाओं में यह शासन है)।


2 मेगावॉट कम हाइब्रिड वेव एमिटर एक तोरा सुप्रा टोकामक पर लगे।

बाकी डेवलपर्स ने ITER के विकास पर भरोसा करने की कोशिश की, उदाहरण के लिए, पंपिंग सिस्टम में इसके क्रायोसोरेशन वैक्यूम पंप की योजना बनाई गई है।

इसके अलावा, रचनाकारों ने तटस्थ कणों के इंजेक्शन के साथ प्लाज्मा को गर्म करने से इनकार कर दिया - जैसा कि हम तटस्थ बीम के ग्रैंडियोस इंजेक्टरों को जानते हैं - ITER के सबसे जटिल घटकों में से एक। प्लाज्मा हीटिंग केवल ईसीआरएच और कम- हाइब्रिड रेडियो फ्रीक्वेंसी रेजोनेंस द्वारा प्रदान किया जाता है । यह फैसला सस्ती कारों की दिशा में भी चलता है।

निर्वात कक्ष के आंतरिक आवरण पर विकिरण भार समस्याग्रस्त रहता है। हानिकारक खुराक के सेट की दर 30 s.a.प्रति वर्ष, अर्थात कुछ वर्षों में, रिएक्टर का आंतरिक पोत आज की सामग्रियों के लिए अधिकतम खुराक तक पहुंच जाएगा। हालांकि, ऐसी आशा है कि टोकामाक के अंदर बदलने की सरलता इस समस्या को हल करेगी और नए, परमाणु-प्रतिरोधी सामग्री (जैसे फैला हुआ ऑक्साइड-कठोर स्टील्स) के विकास की प्रतीक्षा करेगी।


तारांकन चिह्न के साथ चित्र: एआरसी टोकामक के डिजाइन पैरामीटर।

विकास का परिणाम एक प्रयोगात्मक थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट की उपस्थिति था, जिसे थर्मोन्यूक्लियर दहन के मोड में ITER के लॉन्च के तुलनीय समय में बनाया जा सकता है (यह घटना 2027 से पहले नहीं होगी)। शोधकर्ताओं के अनुसार, 270 मेगावाट बिजली की क्षमता वाले इस तरह के स्टेशन की लागत कई बिलियन डॉलर से अधिक नहीं होगी। हां, यह अभी भी वांछित मूल्यों से बहुत दूर है, लेकिन शक्ति और संचलन के संदर्भ में ऐसे रिएक्टरों की स्केलिंग के साथ, कीमत कम से कम परमाणु ऊर्जा (इलेक्ट्रिक पावर के प्रति किलोवाट से 5,000 डॉलर तक) के बराबर हो सकती है, जबकि ईंधन लगभग मुफ्त होने का वादा करता है। बेशक, कई लोगों का काम ITER जैसी परियोजनाओं के विस्तार से दूर है, और यह एक निश्चित निराशावाद को संरक्षित करने के लायक है, फिर भी, शोधकर्ताओं की प्रतिष्ठा इस रूप में स्थापना के व्यवहार्यता के बारे में अधिक बोलती है, जो इच्छित मापदंडों के करीब है।

खैर, यह देखकर अच्छा लगता है कि अभी भी tokamaks के पास "बच्चों" के लिए कहने के लिए कुछ है, और उनकी कहानी विशाल डायनासोर - ITER और DEMO के निर्माण के साथ समाप्त नहीं होगी।

Source: https://habr.com/ru/post/hi384383/