16 Септември 2019понеделник00:07 ч.

Ако щете - вярвайте

ПЪТЯТ КЪМ ИЗКУСТВЕНОТО СЛЪНЦЕ

През следващите 20, 30 или 40 години ядреният синтез ще бъде основна тема в света на енергетиката и човечеството ще получава енергия от безопасни термоядрени централи

/ брой: 263

автор:Киро М. Иванов

visibility 2460

От историята на науката знаем, че термоядрените реакции са открити през 1920 г. - при тях става сливане на ядрата на водородните изотопи деутерий и тритий, като сместа от двата елемента при силно нагряване се превръща изцяло в йонизирана плазма. При тези реакции се отделя огромно количество енергия и те са основен източник на енергията на Слънцето и другите звезди.
Знаем още, че Слънцето е горещо газово кълбо с маса 330 000 пъти по-голяма от тази на Земята. Плътността му плавно се увеличава, расте и температурата му с дълбочината. Реакцията на термоядрения синтез при Слънцето протича при температура около 20 млн. градуса по Целзий. Извън ядрото му енергията се пренася от лъчението.


Египетският фараон Ехнатон е възпял Слънцето с думите:
"Прекрасно светиш ти на небосвода, о Атон, вечно жив, дал начало на живота!"
За древните Слънцето е било божество, даряващо живота. Наричали са го с най-различни имена: египтяните - Атон, гърците - Хелиос,  римляните - Сол, индийците - Сура.
За астрономите обаче нещата са много по-прозаични и Слънцето е една обикновена звезда от покрайнините на Галактиката.
Днес представата ни за небесното светило е следната: то е неизчерпаем източник на екологично чиста енергия, който все още не се използва в големи мащаби. Учените са пресметнали, че получената от Слънцето на Земята само за една седмица енергия може да осигури толкова топлина и светлина, колкото всички запаси от нефт, газ и въглища от недрата на нашата планета!  
Преди 60 години в Научноизследователския институт "Курчатов" бил създаден праобразът на ТОКАМАК-а - ТОроидална КАмера с Магнитни Катушки (тороидална система, предназначена за създаването и задържането на високотемпературна плазма; тор, торус = ротационно тяло, получено при въртене на окръжност около ос, която не я пресича).
Зараждането на съветската програма за изследвания на управляемия термоядрен синтез било плод на невероятен случай, за който научихме от статията "Капан за слънце" в списание "Техносфера" (1/2014). Автор на статията е Виктор Илгисонис - д-р на физико-математическите науки от института "Курчатов" в Москва.
Било в далечната 1950 г. От остров Сахалин никому неизвестният сержант от Съветската армия Олег Лаврентиев изпратил писмо до ЦК на ВКП (б), в което предлагал електростатично задържане ядрата на деутерий чрез сферични мрежи, намиращи се под отрицателен и положителен потенциал. Сержантът нямал завършено средно образование, тъй като заминал като доброволец на фронта...
Писмото от ЦК стигнало до Андрей Сахаров (1921-1989), който го показал на своя учител Игор Там (1895-1971). Двамата обсъдили проблема и започнали с ентусиазъм да развиват идеята, подхвърлена им от сержанта. Те предложили концепцията на затворен магнитен капан, известен ни днес под наименованието ТОКАМАК.
С постановление на Министерския съвет, подписано от Йосиф Сталин, на 5 май 1951 г., било положено началото на първата в световната практика държавна програма за термоядрени изследвания под личното ръководство на Игор Курчатов (1903-1960). Той привлякъл в проекта и други знаменити руски учени - Л. Арцимонович, М. Леонтович, Е. П. Велихов, Б. Б. Кадомцев, В. Д.  Шафранов...
Праобразът на токамака бил създаден през 1955 г. Истинският (от неръждаема стомана) токамак Т-1 - през 1958 г. под ръководството на Н. А. Явлински и И. Н. Головин.
Десет години по-късно на международната конференция МАГАТЕ в Новосибирск били докладвани резултатите от изследванията, получени на курчатовския токамак Т-3: удивително високата за това време температура на електроните - на ниво 1 keV, което съставлява повече от 10 млн. градуса по Целзий, и относително дългото време за задържане на плазмата. Параметри, много по-високи от постигнатите по онова време на други магнитни капани в света.
Предполагам, че читателят ще се запита: Не са ли били секретни тези резултати?
Изследванията на управляемия термоядрен синтез били секретни през първата половина на 50-те години, но през 1956 г. по инициатива на Курчатов било прието решение за разсекретяването им. Защо?
Защото мащабът им бил непосилен за една отделна страна - много наукоемки и много скъпи, без обмен между учени и инженери развитието им било невъзможно.
В Британския ядрен център в Харуел Курчатов за пръв път призовал за разсекретяване на работите и за международно сътрудничество. Започнало монтирането на токамаци в САЩ, в Европа и Япония, в страни от Югоизточна Азия и другаде. До края на ХХ век - над сто установки във всички термоядрени световни лаборатории!
През 1970 г. установката Т-10, създадена в Курчатовия институт, била най-голямата в света; през 1979 г. на Т-7 - първия свръхпроводим токамак, все още се използвала системата на т.нар. неиндукционно поддържане на тока, необходим за създаването и нагряването на плазмата. Но с прекъсване протичането на тока изчезвала и плазмата, класическият токамак не можел да работи непрекъснато. Наложило се на физиците да преодолеят този недостатък с помощта на обикновен трансформатор и със специфични - неиндукционни методи, чрез инжектиране в плазмата на снопчета от бързи неутрални атоми, целенасочено въвеждане на електромагнитни вълни.
В Русия изобретили и специални прибори - жиротрони, с помощта на които е възможно да бъде получена температура от 100 млн. градуса по Целзий. А през 1988 г. пуснали в експлоатация свръхпроводимия токамак Т-15 на базата на нов, прогресивен свръхпроводник от сплав на ниобий с калай.
В средата на 80-те години акад. Б. Кадомцев предложил да се премине към формиране на основите на термоядрената енергетика. В 1990 г. по експериментален път е открито явлението на подобреното задържане на самоорганизиращата се плазма.
Американските физици от своя страна създали нов вид магнитен капан - стеларатор, за задържане на плазмата. Основните трудности пред учените са две: нестабилност на плазмата и създаване на материали за вътрешните стени на устройството, тъй като плазмата практически е най-силната горелка!
За работата на Плазмената лаборатория на Принстънския университет в САЩ научаваме от сп. "ВВС Знание" (60, 2014). Физикът Клейтън Майерс споделя с българските читатели, че е уверен:
- ...в следващите 20, 30 или 40 години ядреният синтез ще бъде основна тема в света на енергетиката. 
- При ядрения синтез - разказва Майерс - взимаме два много леки атома, сливаме ги и получаваме енергия. Звучи ви нелогично, нали? Ключът към решението е в това, че масата на крайния атом е по-малка от масата на двата първоначални атома. И тази малка разлика се превръща в енергия благодарение на уравнението на Айнщайн Е=mc2... Крайната цел на нашите изследвания е производството на енергия в световен мащаб и използване на енергиен източник, който е дългосрочен, относително безопасен и може да осигури много голям процент от световната енергия. Термоядреният синтез е технология, която изисква десетилетия развитие.
Постройката на века - това е токамакът ITER. С него човечеството ще направи абсолютно нов експеримент. Постройката е с височина 30 м, тежи 23 хил. т, обемът на плазмата е 840 куб. м (докато сегашните са с обем от 100 куб. м). И най-важното - постигане в непрекъснат режим на горене на 150 млн. градуса по Целзий! 
Идеята за създаването на международен експериментален термоядрен реактор е на акад. Е. П. Велихов, президент на института "Курчатов". От 1988 г. концепцията се развива в съдружество между Русия, САЩ, Европейския съюз и Япония. След започването на строителните работи в Кадараш, Франция, към проекта са се присъединили и Китай, Южна Корея и Индия.  
Като пряк участник в проекта Русия внася 9% от стойността на изграждането на ITER под формата на високотехнологично оборудване. Прогнозата е за производство на термоядрена енергия (500 МW), но не в промишлен обем. Следващото поколение - установката DEMO, трябва да демонстрира възможността за промишлено производство на електроенергия (2-4 GW). Срокът за експлоатация на ITER се предполага да бъде 25 години.
Като продукти на термоядрените изследвания можем да посочим много плазмени технологии: 
- генератори на електромагнитното излъчване и плазмотрони;
- плазменият скалпел - един от най-добрите инструменти в хирургията;
- плазменият ускорител - устройство, което е в състояние да изхвърля от себе си мощен поток плазма, за разлика от токамака, където плазмата се задържа в затвореното пространство.
 Ускорителят бил открит от Алексей Иванович Морозов от Курчатовския институт, негово изобретение е и стационарният плазмен двигател СПД, който е усвоен от космическата промишленост. Казват, че такива двигатели се монтират на много космически апарати, такъв двигател може би ще бъде монтиран и на апарата, който един ден ще се отправи към Марс.
В експозицията "Космонавтика" на център  "Помпиду" в Париж, посветена на постиженията на СССР и Русия, са представени само два експоната - снимката на Юрий Гагарин и СПД на Алексей Морозов...
И нанотехнологиите са производни на плазмените технологии. За пример можем да посочим импулсната магнитна заварка - за свързване на материали от медни или алуминиеви сплави с неръждаема стомана, с титан, с цирконий или с неметали.
За достойнствата на термоядрения реактор не е без значение да подчертаем не само по-безопасната технология от екологична гледна точка, но и суперефикасна защита от заплахите, на които днес сме свидетели. Ако терористи решат да взривят термоядрена централа, плазменият разряд моментално угасва, без каквито и да са последствия!
На въпроса за цената на безопасната и екологична енергетика от ITER-а ще съобщим: по оценки на експерти строителството му ще струва 17 млрд. долара. За сравнение - една обикновена атомна централа струва 700 млн. долара по разчетите за 1 GW топлинна мощност. Безспорно ITER е по-скъпо съоръжение от АЕЦ, но...
Да пишем ли, че само за разработките в областта на нефтената (дори не за нефтодобивната) промишленост се изразходват повече от 100 млрд. долара годишно, а за разходите за военни цели в световен мащаб - само войната в Ирак струваше около 750 млрд. долара (по данни на Пентагона от 2009 г.); през 2011 г. военните действия в Афганистан са стрували 130 млрд. долара годишно, или една година война в Афганистан е равна на 8 термоядрени реактора ITER!
Последен въпрос, който читателят може би ще си зададе: Защо досега не е създаден този неизчерпаем източник на енергия?
И още един въпрос: Необходима ли е на съвременното човечество термоядрена енергия?
На въпроса с въпрос: Кой би могъл да задължи нефтодобивните и другите добивни компании да се откажат от мигновената и постоянна печалба и да преотстъпят енергийния пазар на термоядрените технологии?
- Щом термоядреният синтез не е забранен от фундаментални физически закони, той би трябвало да бъде реализиран - пише руският учен Виктор Илгисонис.
И заключава:
- Когато се създаваше първата атомна централа, за никаква икономическа печалба от производството на електроенергия от тази АЕЦ и дума не можеше да става. Опасността, която представлява първата АЕЦ, е несъпоставима с тази, която ние очакваме от термоядрената електроцентрала.


От магнитната бутилка до токамака


Управляемият термоядрен синтез е проблем над проблемите за световната наука. Решението му е осъществяване на синтез на леки ядра с цел производство на енергия. Положителният резултат се очаква да бъде постигнат във високотемпературна плазма от смес на деутерий и тритий при термодинамична температура над 10 на 8-ма степен по Келвин. Задържането и термоизолацията на плазмата се осъществява в магнитни полета с различна конфигурация. 
Плазмата представлява много, много горещ газ. Толкова горещ, че на практика атомите се разпадат на електрони и йони. Йоните и електроните се движат в нещо като супа. Плазмата и ядреният синтез са свързани, защото когато се опитате да слеете две атомни ядра, действа сила на отблъскване. За да може да ги слеем, те трябва да се "срещнат" с толкова висока скорост, че на практика да преодолеят закона на Кулон. За целта трябва да са нагорещени и затова използваме високотемпературна плазма.
В Принстън методът, който изучават, се нарича магнитно удържане. Учените използват магнитна бутилка, в която се съдържа горещата плазма, и се опитват да получат много реакции на синтез вътре в устройството.
Токамакът е устройство с кръгла форма, подобна на поничка, което използва магнитно ограничена плазма. Разполага с кръгли магнитни жици, които създават магнитното поле навсякъде във вътрешността му. Тогава йоните не могат да се движат произволно, а са принудени да следват магнитната линия на полето, без да докосват стените на съда. Имаме магнитно ограничена плазма.


Така ще изглежда термоядрената централа, в която ще заработи ITER

Пример за ядрен синтез между деутерий и тритий

Облак от плазма с температура 10 милиона келвина и устойчивост 5 милисекунди

Работната инсталация

Реактор "Токамак", в който отделената при термоядрения синтез мощност достига няколко киловата

Слънцето - такова, каквото малцина го познават

Игор Курчатов

Виктор Илгисонис

 

Манолова иска ревизия за отпадъците в София

автор:Дума

visibility 88

/ брой: 177

Анелия Клисарова е кандидатът на БСП във Варна

автор:Павлета Давидова

visibility 88

/ брой: 177

Корнелия Нинова: ГЕРБ ги е страх от нас

автор:Павлета Давидова

visibility 94

/ брой: 177

Българите са най-недоволни от работата си

автор:Дума

visibility 65

/ брой: 177

Обмислят енергиен данък за авиокомпаниите

автор:Дума

visibility 55

/ брой: 177

Пускат юбилейна монета за БАН

автор:Дума

visibility 61

/ брой: 177

Национализират "Дунарит"

автор:Дума

visibility 50

/ брой: 177

Джонсън не бил вярвал в Брекзит

автор:Дума

visibility 72

/ брой: 177

Йеменски бунтовници атакуваха саудитски рафинерии с дронове

автор:Дума

visibility 57

/ брой: 177

В САЩ нарочиха Корбин за човек на Русия и Иран

автор:Дума

visibility 78

/ брой: 177

Киев подготвя спорни предложения за Донбас

автор:Дума

visibility 58

/ брой: 177

Малко ученици и учители, много промени за първия звънец

автор:Деси Велева

visibility 87

/ брой: 177

Лов на вещици

visibility 93

/ брой: 177

Медийна солидарност

автор:Павлета Давидова

visibility 83

/ брой: 177

Вечер на мъдрост и духовност

автор:Трифон Митев

visibility 60

/ брой: 177

 

Използвайки този сайт Вие приемате, че използваме „бисквитки", които ни помагат за подобряване на преживяването на потребителите, за персонализиране на съдържанието и рекламите, и за анализ на посещаемостта. За повече информация можете да прочетете нашата политика за бисквитките и политиката ни за поверителност.

ПРИЕМАМ