Newatlas.com сайты таратқан термоядролық электр стансасы туралы жаңалықтың ғылыми негіздерін Aikyn.kz түсіндіреді.
Термоядролық синтез – Күн сияқты жұлдыздарда жүріп жатқан, орасан зор энергия бөлетін реакция. Фото rochester.edu сайтынан алынды. Авторлығы: Getty Images
Marvel әлеміндегі «Темір адамға» орнатылған шағын электр қондырғысын фантастикадан шынайы өмірде іске асыруға бір қадам жасалған сияқты. АҚШ-тың Commonwealth Fusion Systems (CFS) компаниясы Вирджиния штатының Ричмонд қаласына жақын жерде электр желісіне қосылатын әлемдегі бірінші термоядролық электр стансасын салу жоспарын жариялады.
Дүниежүзіндегі 100-ден астам орындарды зерттегеннен кейін CFS Вирджиния штатындағы Честерфилд округіндегі аумағы 40,5 га болатын алаңды таңдаған. Жобаның ARC атауы «Affordable, Robust, Compact» деген ағылшын сөздерінің аббревиатурасы. Яғни, «Қолжетімді, Берік, Ықшам».
Термоядролық электр стансасы 2030 жылдардың басына қарай үздіксіз 400 мегаватт таза, іс жүзінде шексіз энергия өндіре бастайды деп болжануда.
Marvel Comics-тің атақты фильмінің басты кейіпкері Тони Старк өзінің Iron Man костюміне қуат беру үшін ARC реакторын қолданғанын білеміз. Старктің шағын реакторы алақанға сиятындай кішкентай болса, CFS компаниясының стансасы орташа өлшемді қоймаға ұқсайды.
Термоядролық синтез – атом ядроларын біріктіру кезінде үлкен көлемдегі энергия бөлінетін процесс. Фото newatlas.com сайтынан алынды. Авторлығы: Commonwealth Fusion Systems
Термоядролық синтез – атом ядроларын біріктіру кезінде үлкен көлемдегі энергия бөлінетін процесс. Бұл Күн сияқты жұлдыздарда жүріп жатқан реакция. Атомдардың бөлінуінен алынатын энергия мен қауіпті радиоактивті қалдықтар тудыратын процестер АЭС-терде қолданылады.
АЭС-тен термоядролық синтездің үлкен айырмашылығы бар. Термоядролық синтезде (қосылу) шикізат ретінде сутегі изотоптары (тритий және дейтерий) пайдаланылады және олардың әрекеттесуінен зиянсыз жанама өнім (қалдық) гелий шығады. Термоядролық синтез ұзақ уақыт бойы таза, шексіз энергияның «қасиетті Грааль» болып келді. Және ол жаһандық энергетикалық ландшафты түбегейлі өзгерте алады.
SPARC реакторы токамак деп аталатын бәлішке ұқсайтын қоршау қабығында 100 миллион градустан астам қызған плазманы ұстау үшін CFS әзірлеген жоғары температуралы жоғары өткізгіш магниттердің жаңа жүйесін пайдаланады.
Басты мақсат – кәдімгі электр стансасы сияқты үздіксіз электр энергиясын өндіретін плазманы ұстап тұру. Тәжірибе сәтті болса, ол қоршаған ортаға мүлдем зиянсыз энергиямен 150 000 үйді қамтамасыз ете алады.Атом ядроларының бірігуі олардың бөлінуінен гөрі қауіпсіз болғанымен, оның өз тәуекелдері де бар. Термоядролық процесс кезінде бөлінетін жоғары энергиялы нейтрондар реактор материалдарын бұзады, бұл техникалық қызмет көрсетуді қиындатады. Уақыт өте келе нейтрондар реакторды және оның айналасындағы материалдарға радиация таратады. Орташа радиоактивті саналатын тритий отыны ағып кетпес үшін оны мұқият өңдеу қажет. Бірақ термоядролық электр стансасы АЭС-ке қарағанда әлдеқайда қауіпсіз. Ең бастысы – оның радиоактивті қалдықтары болмайды.
Әлемдегі ең бірінші электр желісіне қосылған термоядролық электр стансаның дизайны. Фото newatlas.com сайтынан алынды. Авторлығы: Commonwealth Fusion Systems
Жақында ғана шешілген тағы бір проблема – плазманы ұстап тұру. Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) 2024 жылдың ақпанында 48 секунд үздіксіз плазманың жануын ұстап тұрды. Бұл бүгінгі күнге дейінгі ең ұзақ көрсеткіш.
Күнде плазманы ұзақ уақыт ұстап тұруға күшті гравитациялық қысым көмектеседі. Жерде ондай қысым жоқ болғандықтан, термоядролық реакторларда реакцияны тұрақтандыру үшін магнит өрістерін немесе лазерлерді пайдаланады.
CFS компаниясының SPARC токамак дизайны магниттерді пайдаланады. Бұл процесте шағын ғана механикалық ақаудың өзі процестің бұзылуына, плазманың миллисекунд ішінде салқындауына әкеледі және реакция тоқтап қалады.
Термоядролық энергия бүгінде ешбір кемшілігі жоқ энергия түрі болып саналады. Ол көп, таза және тұрақты. Онда қолданылатын 1 грамм отын 10 тонна көмірдің беретін энергиясын да көп энергия береді. Теориялық тұрғыда АҚШ-тың бір үйін 850 жыл бойы қуатпен қамтамасыз ете алады. Термоядролық станса АЭС-тер шығаратын радиоактивті қалдықтардан әлдеқайда қауіпсіз, әлдеқайда аз қалдық шығарады.
Вирджиниядағы ARC реакторының жобасы жақсы болашаққа жол ашуы мүмкін. Кейбір қиындықтарды әлі де еңсеру қажет болса да, егер CFS өз уәделерін орындай алса, шексіз, таза энергия ғылыми фантастикадан асып, шындыққа айналуы мүмкін.
Термоядролық синтездің қысқаша анықтамасы
Ядролық синтез – бұл екі жеңіл атом ядросының қосылып, бір ауыр ядро құрағанда орасан зор энергия бөлетін процесс. Термоядролық реакциялар плазма деп аталатын зат күйінде жүреді. Плазма заттың төртінші күйі деп те атайды. Ол қатты, сұйық немесе газдан ерекше қасиеттері бар температурасы жоғары, зарядталған газ.
Күн мен басқа жұлдыздар дәл осы реакцияның арқасында энергия шығарады. Күннің ішінде ядролық синтез болуы үшін ядролар бір-бірімен өте жоғары температурада, шамамен 10 миллион градус Цельсийде соқтығысуы керек. Жоғары температура ядролар өзара электрлік тебілу күшін жеңу үшін қажетті қуат береді. Жоғары температура кезінде ядролардың арасындағы тартылыс күші итеруші күштен асып түсіп, олар қосылады. Осындай қосылу кезінде орасан зор энергия бөлініп шығады. Оны – термоядролық энергия деп атаймыз.
Термоядролық реакторларға қажетті отын оңай қолжетімді: дейтерийді теңіз суынан алуға болады. Ал тритийді табиғатта кең таралған литиймен синтездеу процесінен алады. Бұл отын қорлары миллиондаған жылдарға жетеді. Және олар қоршаған ортаға ешбір зиянсыз. Термоядролық реакторлар ұзақ уақыт сақтауды қажет ететін ядролық қалдықтар мен атмосфераға көмірқышқыл газын немесе басқа парниктік газдарды шығарылмайды.
Термоядролық реакторлардың апатты жағдайға алып келетін қаупі мүлдем жоқ, плазма табиғи түрде салқындатылады, энергиясын өте тез жоғалтады және реакторға қандай да бір елеулі зақым келтірмей өздігінен сөніп қалады.
Сараптама, зерттеу мақала, күнделікті өзекті ақпаратты «Айқынның» TELEGRAM арнасынан табасыз.