थर्मोन्यूक्लियर स्टार्टअप टोकामक

परमाणु समाचारों के बारे में एक लोकप्रिय साइट वर्ल्ड न्यूक्लियर न्यूज़ निजी अंग्रेजी कंपनी टोकामक एनर्जी के स्वामित्व वाले ST40 टोकामक के लॉन्च (पहले प्लाज्मा) के बारे में लिखती है । समाचार काफी दिलचस्प है, खासकर यदि आप उस संदर्भ को जानते हैं जो मैं कोशिश करूंगा और प्रस्तुत करूंगा।


1 से 1 के पैमाने पर एसटी -40 के पास टोकामक ऊर्जा एलन साइक्स के संस्थापक।

टोकामक ऊर्जा (टीई) की स्थापना 2009 में (आज दुनिया में सबसे बड़े जेईटी टोकामक के बगल में) की स्थापना की गई थी, और 2012 के बाद से ऊर्जा रिएक्टर के लिए अग्रणी टोकन की एक श्रृंखला के निर्माण के लिए धन प्राप्त हुआ (आज स्टार्टअप ने $ 35 मिलियन जुटाया है)। $ 20+ बिलियन की ITER की पृष्ठभूमि के खिलाफ, एक ऊर्जा रिएक्टर के लिए अग्रणी नहीं, यह अजीब लगता है? चलो ठीक है।

थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की मुख्य समस्या थर्मोन्यूक्लियर रिएक्शन न होना है, लेकिन यह कि रिएक्टर जिसमें हम इसे संचालित करते हैं, वह उचित आकार का होना चाहिए। फ्यूजन की लगभग कोई भी अवधारणा काम करती है यदि आप रिएक्टर के आकार को किलोमीटर तक बढ़ाते हैं और टेरावाट को शक्ति देते हैं, लेकिन वास्तविक जीवन में ऐसे डिजाइन लागू नहीं होते हैं। थर्मोन्यूक्लियर प्लाज्मा के ऐसे विन्यास और आकार की खोज में प्लास्मिस्ट के काम का सार, जिस पर इसका आकार रिएक्टर के डिजाइन की एक उचित जटिलता (उदाहरण के लिए, हीटिंग सिस्टम) के साथ न्यूनतम होगा।


"पहला प्लाज्मा" ST40 के बारे में टोकामक ऊर्जा से वीडियो। फ्रेम में - फायरिंग के लिए एक हीटिंग सिस्टम के साथ एक टोकामैक वैक्यूम कक्ष, कोई चुंबकीय प्रणाली नहीं है। एक सुंदर हरी चमक - चैम्बर की दीवारों को साफ करने के लिए एक चमक निर्वहन, सीधे थर्मोन्यूक्लियर प्लाज्मा से संबंधित नहीं

गोलाकार टोकेमाक्स बस आपको एक ही थर्मोन्यूक्लियर शक्ति पर प्लाज्मा कॉर्ड के आकार के मामले में एक कदम नीचे ले जाने की अनुमति देता है, औपचारिक रूप से रिएक्टर की लागत को कम करता है। इसके लिए सैद्धांतिक आधार को 1986 से (जब पहला लेख प्रकाशित किया गया था) समझा गया है, और 90 के दशक में प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई है। मैंने इस बारे में एक नए रूसी टोकामक के बारे में एक पोस्ट में लिखा, जो गोलाकार भी है।


एसटी 40 वैक्यूम चेंबर की असेंबली। ITER में, यह बस कहेंगे, औद्योगिक पानी के भंडारण के लिए एक कंटेनर, और नहीं :)।

वास्तव में, टोकामक ऊर्जा बीस साल पहले प्लास्मिस्ट की इस खोज को व्यवसायिक बनाने की कोशिश कर रही है। इसके रास्ते में इंजीनियरिंग की कई कठिनाइयाँ हैं, जिनमें से कुछ देखने योग्य हैं या किसी भी स्थिति में, उचित मूल्य के लिए दूर नहीं की जा सकती हैं। यही कारण है कि टीई आगे बढ़ने के बारे में खबर मिश्रित है। यह स्पष्ट है कि ये सभी सफलताएँ किसी बिंदु पर समाप्त होंगी।

फिलहाल, TE की परिसंपत्तियों में एक बहुत छोटा टोकामाक (वास्तव में डेस्कटॉप) ST-25 लॉन्च करना और फिर इसे उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स में परिवर्तित करना शामिल है, जो 29 घंटे के लिए एक टोकामक में प्लाज्मा रखने के रिकॉर्ड के साथ (सच, प्लाज्मा, थर्मोन्यूक्लियर तापमान और घनत्व सेटिंग्स के लिए बहुत कम) )। 28 अप्रैल को लॉन्च किया गया अगला टोकामाक पहले से ही अधिक गंभीर है। इतना गंभीर है कि यह आपको विश्वास दिलाता है कि इंजीनियरिंग की कठिन कठिनाइयाँ अचूक हैं।


भविष्य में टोकामक का डिज़ाइन थर्मल इन्सुलेशन के लिए एक बड़े वैक्यूम बर्तन में डूब जाएगा - एक क्रायोस्टेट। इसके अंदर टॉरॉयडल और पॉलीओडल कॉइल की तांबे की चुंबकीय प्रणाली होती है, जिसके अंदर एक टोमैक वैक्यूम वैक्यूम चैंबर होता है। एक महत्वपूर्ण तकनीकी विशेषता विलय-संपीड़न कॉइल है, जो केंद्रीय सोलनॉइड के लिए केंद्रीय कॉलम में अपर्याप्त मात्रा की समस्या को हल करता है।

तो, ST40। यह एक विशुद्ध रूप से अनुसंधान मशीन है, जिसे ऊर्जा प्रोटोटाइप ST185 (जो 2025 में योजना के अनुसार बनाया जाएगा, जिसके अंत में बहुत गंभीर संदेह हैं) के रास्ते पर मध्यवर्ती चरणों में से एक बन जाना चाहिए। केवल 40 सेंटीमीटर के प्लाज्मा कॉर्ड त्रिज्या के साथ एक गोलाकार टोकामक, आकार में एक वैक्यूम कक्ष 1.5 x 2.2 मीटर - गंभीर कारों की पृष्ठभूमि के खिलाफ एक टुकड़ा। पूरा होने के बाद, यह Q = 1 ... 2 (और, तदनुसार, 10 केवी का तापमान, ऐसे छोटे आकारों के लिए एक रिकॉर्ड) के साथ प्लाज्मा मापदंडों तक पहुंचना चाहिए, जहां क्यू हीटिंग के लिए थर्मोन्यूक्लियर शक्ति का अनुपात है। आपको याद दिला दूं कि आज JT-60U tokamak के लिए प्लाज्मा वॉल्यूम के साथ Q = 1.2 रिकॉर्ड दस गुना बड़ा है, और ST40 JET के पास स्थित है, जो प्लाज्मा वॉल्यूम के साथ 40 गुना बड़ा है, केवल Q = 0.7 एक बार पहुंच गया है। वास्तव में, अगर ST40 के परिकलित मापदंडों की पुष्टि की जाती है, तो यह टोकामकों के लिए एक अविश्वसनीय सफलता होगी।


विभिन्न तरीकों द्वारा डीटी प्लाज्मा के लिए न्यूट्रॉन उपज ST40 का अनुकरण। एक और गोलाकार तोकमाक एमएटी के मापदंडों से पुनर्गणना 2 मेगावाट हीटिंग पर थर्मोन्यूक्लियर पावर के लगभग 3 मेगावाट देता है, अर्थात। क्यू ~ 1.5, हालांकि, परिणाम बदतर हो सकता है।

क्या वास्तव में ST40 को उसके पूर्ववर्तियों से अलग करता है? यह 3 टेस्ला के पर्याप्त रूप से मजबूत क्षेत्र के साथ एक गोलाकार टोकामक है (यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह गोलाकार टोकामैक के बीच एक रिकॉर्ड है), एक उच्च क्यू प्राप्त करने के लिए जितना संभव हो उतना अनुकूलित किया गया है। एक उच्च क्षेत्र अपने आप में एक उपलब्धि है। गोलाकार टोकामैक्स के साथ समस्या यह है कि भौतिकी को यथासंभव छोटे व्यास के एक केंद्रीय स्तंभ की आवश्यकता होती है (प्लाज्मा आकार को यथासंभव गोलाकार के करीब लाने के लिए), जिसका अर्थ है टॉरॉइड कॉइल के आंतरिक चाप और केंद्रीय सोलनॉइड के लिए न्यूनतम क्षेत्र। टॉरॉइडल कॉइल की धारा क्षेत्र की ताकत को निर्धारित करती है, इस तथ्य के बावजूद कि वर्तमान घनत्व कुछ मापदंडों से अधिक नहीं हो सकता है, जो एक तांबा के लिए है, और एक अतिचालक प्रणाली के लिए है। केंद्रीय सोलनॉइड, बदले में, प्लाज्मा ऊर्जा के प्राथमिक पंपिंग के लिए आवश्यक है, और इसका आकार भी नीचे से काफी कठोर है।



टॉरॉयडल फील्ड कॉइल के कॉपर कंडक्टर और एक केंद्रीय स्तंभ। 24 डी के आकार का 1 के लिए प्रक्षेपण के दौरान पहले चरण में 3 (बाईं ओर नीचे की तस्वीर) में समूहीकृत किया जाता है ... 10 सेकंड में लगभग 100 केए का प्रवाह होता है

यह पता चला है कि इंजीनियरिंग प्रतिबंध या तो गोलाकार टोकामक में कम क्षेत्र तय करता है ... या लॉन्च करने के लिए मानक दृष्टिकोण की अस्वीकृति। ST40 प्लाज्मा हीटिंग और रिंग चालू पीढ़ी के लिए एक नई विधि का उपयोग करता है - चुंबकीय लाइनों का संपीड़न और पुन: संयोजन। यह घटना सौर flares के लिए जिम्मेदार है, और प्लाज्मा को बहुत अच्छी तरह से गर्म कर सकती है। इस दृष्टिकोण की प्रभावशीलता स्पष्ट नहीं है, और यह ST40 का पहला कार्य है - यह सीखेगा कि केंद्रीय सोलनॉइड का उपयोग किए बिना प्लाज्मा चालू कैसे शुरू किया जाए (ST40 डिजाइन में छोटा डीसी अभी भी स्टार्ट-अप के दौरान एक फ्लैट चालू प्रोफ़ाइल बनाए रखने के लिए बना हुआ है, लेकिन इसकी मात्रा शास्त्रीय की तुलना में लगभग 10 गुना कम है। योजना)।


चुंबकीय पुनर्संरचना एक चुंबकीय क्षेत्र के पुनर्संरचना की घटना है जब दो फील्ड ट्यूब विपरीत दिशाओं "शॉर्ट-सर्किट" और गायब ऊर्जा को गायब करते हैं। तस्वीर में, ये "इनफ्लो" डोमेन की बाहरी ट्यूब हैं, और ऊर्जा ऊर्ध्वाधर तीरों की दिशा में जारी की गई है।


सीमा के माध्यम से तोड़ने के प्रयास में दूसरा इंजीनियरिंग समाधान तरल नाइट्रोजन के तापमान को ठंडा करने वाले तांबे की व्यवस्था का उपयोग करना है। यह तांबे के प्रतिरोध को 20-30 गुना कम कर देता है, और आपको वर्तमान घनत्व को दसियों गुना बढ़ाने की अनुमति देता है। ट्रिक जो कि छोटे एसटी 40 को क्यू और थर्मोन्यूक्लियर पावर के संदर्भ में बड़ी महंगी मशीनों के साथ पकड़ने की अनुमति देता है, काफी हद तक एक मृत अंत है - इस तरह का एक समाधान एक टोकम में स्विच करने की अनुमति नहीं देता है जो 10 सेकंड से अधिक समय तक काम करता है। यहाँ TE उच्च-तापमान अतिचालकता पर निर्भर करता है, हालांकि, केंद्रीय वर्तमान स्तंभ में आवश्यक इंजीनियरिंग घनत्व (कम से कम 100 एम्पीयर प्रति वर्ग मिलीमीटर) बिजली और थर्मल इन्सुलेशन, न्यूट्रॉन सुरक्षा, संरचनात्मक घटक, आदि द्वारा कब्जा की गई मात्रा को देखते हुए प्राप्त करना काफी मुश्किल है। उदाहरण के लिए, ITER टॉरॉयडल मैग्नेट में, इंजीनियरिंग वर्तमान घनत्व केवल 11 ए / मिमी ^ 2 है। यह गोलाकार टोकामैक के लिए सबसे कठिन बाधाओं में से एक है, और टोकामाक ऊर्जा कैसे हल करेगी यह अज्ञात है।


ST40 वैक्यूम चेंबर के अंदर संपीड़न-पुन: संयोजन कॉइल को सुरक्षित करने के लिए रिंग। टोकामाक ऊर्जा इंजीनियरों को थर्मोन्यूक्लियर मैग्नेट की दुनिया से पहले से ही एक समस्या का सामना करना पड़ा है - बड़े विकृत पॉन्डमोटर बल, लेकिन ऊर्जा प्रोटोटाइप के लिए ये बल परिमाण के एक क्रम से बढ़ेंगे।

जैसा कि मैंने कहा, यह परियोजना मिश्रित भावनाओं को उद्घाटित करती है। उनमें से एक बिना शर्त आश्चर्यचकित है और यहां तक ​​कि एक छोटे थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन के मापदंडों के लिए उत्साह भी है, जो सिद्धांत रूप में, बेल्ट में लाखों डॉलर के राज्य वित्त पोषण के साथ सबसे गंभीर टोकामक प्लग करता है। दूसरी भावना वास्तविकता से निराशा है।

वास्तव में, ST40 "लॉन्च" लिथियम प्लाज्मा (सुंदर हरे रंग) में एक चमक निर्वहन द्वारा आंतरिक सतहों के वैक्यूम और सफाई का सिर्फ एक सेट है। चुंबकीय प्रणाली अभी तक इकट्ठी नहीं की गई है और एक निर्वात कक्ष पर रखी गई है, यहां तक ​​कि सबसे सरल विन्यास में भी, हालांकि एक साल पहले की योजनाओं के अनुसार, यह 16/17 वर्ष के मोड़ पर होना चाहिए था। JET और JT-60U बेल्ट को बंद करने वाले रिकॉर्ड से पहले, इंस्टॉलेशन को अभी भी कई गंभीर अपग्रेड्स से गुजरना पड़ता है (tokamak के चारों ओर क्रायोस्टेट स्थापित करना, मैग्नेट के लिए एक तरल नाइट्रोजन कूलिंग सिस्टम बनाना, मैग्नेट पॉवर सप्लाई सिस्टम को अपग्रेडेड एनर्जी की मात्रा से दस गुना तक अपग्रेड करना, न्यूट्रल बीम इंजेक्टर लगाना इत्यादि। ।) - काम की ऐसी गति पर, केवल ये कार्य 2025 तक खींच सकते हैं।


हालांकि एसटी 40 वैक्यूम चैंबर इतना सरल उत्पाद नहीं है, इसकी जटिलता पूरी स्थापना की तुलना में बहुत कम है, इसके बाद के सुपरकंडक्टिंग "एसटी *" का उल्लेख नहीं करना है। तो TE इंजीनियर अभी शुरुआत में हैं।

"थर्मोन्यूक्लियर पावर", जिसकी हम चर्चा करते हैं जब Q के बारे में बात करते हैं, ST40 के मामले में भी थोड़ा आभासी होगा, डीडी प्लाज्मा के न्यूट्रॉन आउटपुट से परिवर्तित (जो ST40 वास्तव में काम करेगा) के साथ डीटी (हालांकि, न्यूट्रॉन पावर से यह रूपांतरण काफी स्पष्ट रूप से किया जाता है) । यह इस तथ्य के कारण है कि ट्रिटियम के साथ काम करने का मतलब है एक परमाणु नियामक से लाइसेंस प्राप्त करने के कई वर्षों के साथ एक पूरी तरह से अलग स्थापना वर्ग और इमारतों के एक विशेष परिसर के निर्माण के साथ सबसे अधिक संभावना है। शायद TE पहले से ही परमाणु लाइसेंस प्राप्त करने के लिए इस कार्य का संचालन कर रहा है, यदि इसके लिए नहीं, तो अगली कार के लिए, लेकिन अभी तक यह किसी भी तरह से विज्ञापित नहीं है, यह अभियान के इंजीनियरिंग समाधान और योजनाओं में दिखाई नहीं देता है। अर्थात्, टोकामक का परमाणु घटक एक प्रकार का एवरेस्ट है, जिस पर बहुत कम परियोजनाएँ चढ़ सकती हैं - यह बहुत मुश्किल है, बहुत महंगा और असुरक्षित है। परमाणु घटक अंततः बिजली संयंत्र की लागत और इंजीनियरिंग उपस्थिति को निर्धारित करता है, और इसके बारे में "भूलने" का अर्थ है जटिलता और जटिलता का लगभग 50% भूलना।

ये विचार हमें सुगमता से उस प्रश्न की ओर ले जाते हैं जिसका मेरे पास कोई उत्तर नहीं है - दुनिया भर के फ्यूजन स्टार्टअप्स में आज कौन और क्यों निवेश कर रहा है? पिछले दशक में इस तरह की परियोजनाओं का एक स्पष्ट उछाल देखा गया है - टोकामक एनर्जी, ट्राई अल्फा एनर्जी , जनरल फ्यूजन , हेलियन एनर्जी और अन्य , इस तथ्य के बावजूद कि बिजली बाजार उदास है और विकासशील देशों के अपवाद के बिना, किसी भी प्रकार के नए बिजली संयंत्रों का निर्माण बिना किसी लाभ के लाभहीन है। यदि ट्राई अल्फा न्यूट्रॉन मुक्त संलयन स्थापित करने के विचार को विकसित करता है, जिसे लाइसेंस की आवश्यकता नहीं हो सकती है, और जनरल फ्यूजन को उम्मीद है कि "कम-तकनीक" संलयन का विचार काम करेगा, तो अधिक या कम पारंपरिक योजनाओं के लिए यह कल्पना करना कठिन है कि आप इसके लिए भुगतान कैसे कर सकते हैं - उसी तरह इस तरह की सुविधा की इंजीनियरिंग व्यवहार्यता के बावजूद "हर घर में परमाणु रिएक्टर" की वापसी की कल्पना करना कितना कठिन है।

या तो निवेशक अभी भी 60 के दशक ... 70 के दशक के प्रतिमान में हैं, या वे नए बाजारों की उम्मीद कर रहे हैं (उदाहरण के लिए, सीओ 2 उत्सर्जन को कम करने के लिए कोयले से चलने वाले बिजली संयंत्रों की जगह), या उद्यम मनोविज्ञान विस्तृत रूप से किसी भी परियोजना में निवेश करता है बाजार (और बिजली बाजार अभी भी सबसे बड़े में से एक है)। हालांकि, तथ्य यह है कि आधुनिक दुनिया में पैसा है जो आपको लोहे में कई "लंबवत" विचारों की जांच करने की अनुमति देता है, और शायद उनमें से एक ITER पूरी क्षमता तक पहुंचने से पहले भी पहले थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा देगा।

पुनश्च हमने टोकाकम एनर्जी इंस्टाग्राम से तस्वीरों का इस्तेमाल किया, एसटी 40 की इंजीनियरिंग और भौतिक आधार के बारे में एक लेख और एक टोकामक आकार चुनने के भौतिक "दर्शन" के बारे में ।