Thiab kev sib koom ua ke?

Cov lus ceeb toom thaum kawg ntawm xyoo tas los hais txog kev tsim kho lub fusion reactor los ntawm Suav cov kws tshaj lij tau hnov ​​​​zoo siab (1). Suav lub xeev xov xwm tshaj tawm tias lub chaw HL-2M, nyob ntawm lub chaw tshawb fawb hauv Chengdu, yuav pib ua haujlwm ib txwm nyob rau xyoo 2020. Lub suab ntawm xov xwm tshaj tawm qhia tias qhov teeb meem ntawm kev nkag mus rau lub zog inexhaustible ntawm thermonuclear fusion tau daws mus ib txhis.

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tshiab tokamak yam apparatus, nrog rau kev tsim ntau tshaj li cov neeg paub txog tam sim no, yuav tsum tsim cov ntshav nrog qhov kub siab tshaj 200 lab degrees Celsius. Duan Xiuru, tus thawj coj ntawm Southwest Institute of Physics ntawm Tuam Tshoj National Nuclear Corporation tau tshaj tawm qhov no hauv kev tshaj tawm xov xwm. Cov cuab yeej yuav muab kev txhawb nqa rau cov neeg Suav ua haujlwm ntawm qhov project International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER)ib yam li kev tsim kho.

Yog li kuv xav tias qhov no tseem tsis tau muaj lub zog kiv puag ncig, txawm tias nws tau tsim los ntawm Suav. KHL-2M reactor me ntsis tseem paub. Peb tsis paub dab tsi qhov projected thermal tso tawm ntawm lub reactor no yog dab tsi los yog lub zog npaum li cas yuav tsum tau mus khiav ib tug nuclear fusion cov tshuaj tiv thaiv nyob rau hauv nws. Peb tsis paub qhov tseem ceeb tshaj plaws - seb Suav fusion reactor yog tus tsim nrog lub zog zoo sib npaug, lossis seb nws tsuas yog lwm qhov kev sim fusion reactor uas tso cai rau fusion cov tshuaj tiv thaiv, tab sis tib lub sijhawm yuav tsum muaj zog ntxiv rau " ignition” dua li lub zog uas tuaj yeem tau txais los ntawm qhov tshwm sim tshwm sim.

Kev siv zog thoob ntiaj teb

Tuam Tshoj, nrog rau European Union, Tebchaws Meskas, Is Nrias teb, Nyiv, Kaus Lim Qab Teb thiab Russia, yog cov koom nrog hauv ITER txoj haujlwm. Nws yog qhov kim tshaj plaws ntawm cov kev tshawb fawb thoob ntiaj teb txuas ntxiv los ntawm cov teb chaws uas tau hais los saum toj no, raug nqi kwv yees li US $ 20 billion. Nws tau pom los ntawm kev sib koom tes ntawm tsoomfwv Mikhail Gorbachev thiab Ronald Reagan thaum lub sijhawm Tsov Rog Txias, thiab ntau xyoo tom qab ntawd tau suav nrog hauv kev cog lus kos npe los ntawm tag nrho cov tebchaws no hauv 2006.

2. Ntawm qhov chaw tsim kho ntawm ITER tokamak

Lub phiaj xwm ITER ntawm Cadarache nyob rau sab qab teb Fabkis (2) tab tom tsim lub ntiaj teb loj tshaj plaws tokamak, lub plasma chamber uas yuav tsum tau tamed los ntawm lub zog sib nqus uas tsim los ntawm electromagnets. Qhov kev tsim no tau tsim los ntawm Soviet Union hauv 50s thiab 60s. Project Manager, Lavan Koblenz, tshaj tawm tias lub koom haum yuav tsum tau txais "thawj plasma" los ntawm lub Kaum Ob Hlis 2025. ITER yuav tsum txhawb nqa cov tshuaj tiv thaiv thermonuclear txog li 1 txhiab tus neeg txhua lub sijhawm. vib nas this, tau txais lub zog 500-1100 MW. Rau kev sib piv, qhov loj tshaj plaws British tokamak rau hnub tim, JET (sib koom European torus), tuav cov tshuaj tiv thaiv rau ob peb kaum vib nas this thiab nce lub zog mus txog 16 MW. Lub zog nyob rau hauv lub reactor no yuav raug tso tawm raws li cua sov - nws tsis yog npaj los hloov mus rau hauv hluav taws xob. Kev muab fusion zog rau daim phiaj yog tawm ntawm lo lus nug, vim tias qhov project yog tsim los rau kev tshawb fawb nkaus xwb. Tsuas yog nyob rau hauv lub hauv paus ntawm ITER nws yuav ua tau los tsim lub neej yav tom ntej tiam ntawm thermonuclear reactors mus txog lub hwj chim. 3-4 txhiab. MW.

Lub ntsiab yog vim li cas vim li cas thiaj li tsim nyog fusion fais fab nroj tsuag tseem tsis muaj nyob (txawm tias ntau tshaj rau caum xyoo ntawm kev tshawb fawb dav thiab kim) yog qhov nyuaj ntawm kev tswj thiab "tswj" tus cwj pwm ntawm cov ntshav. Txawm li cas los xij, xyoo ntawm kev sim tau ua rau ntau qhov kev tshawb pom muaj txiaj ntsig, thiab niaj hnub no fusion zog zoo li ze dua li qhov qub.

Ntxiv helium-3, sib tov thiab cua sov

ITER yog lub hom phiaj tseem ceeb ntawm kev tshawb fawb fusion thoob ntiaj teb, tab sis ntau lub chaw tshawb fawb, tuam txhab lag luam thiab cov chaw sim tub rog tseem ua haujlwm rau lwm cov haujlwm fusion uas txawv ntawm txoj hauv kev classical.

Piv txwv li, ua nyob rau hauv xyoo tas los no rau los ntawm Massachusetts Institute of Technology kev sim nrog Helm-3 ntawm tokamak tau txais txiaj ntsig zoo siab, suav nrog tenfold nce zog plasma ion. Cov kws tshawb fawb ua qhov kev sim ntawm C-Mod tokamak ntawm Massachusetts Institute of Technology, nrog rau cov kws tshaj lij los ntawm Belgium thiab UK, tau tsim ib hom tshiab fusion roj uas muaj peb hom ions. Pab neeg Alcator C-Mod (3) tau ua txoj kev tshawb fawb rov qab rau lub Cuaj Hlis 2016, tab sis cov ntaub ntawv los ntawm cov kev sim no tsuas yog tsis ntev los no tau txheeb xyuas, qhia txog qhov nce loj hauv plasma zog. Cov txiaj ntsig tau txais txiaj ntsig zoo heev uas cov kws tshawb fawb tau khiav lub ntiaj teb kev ua haujlwm fusion loj tshaj plaws, JET hauv UK, tau txiav txim siab rov ua qhov kev sim. Tib qhov nce hauv lub zog tau ua tiav. Cov txiaj ntsig ntawm txoj kev tshawb fawb tau luam tawm nyob rau hauv phau ntawv Journal Nature Physics.

3. Alcator C-Mod tokamak ua haujlwm

Tus yuam sij rau kev ua kom muaj zog ntawm cov roj nuclear yog ntxiv cov kab ntawm helium-3, ib qho isotope ruaj khov ntawm helium nrog ib qho neutron tsis yog ob. Cov roj nuclear siv hauv Alcator C txoj kev yav dhau los tsuas muaj ob hom ions - deuterium thiab hydrogen. Deuterium, ib tug ruaj khov isotope ntawm hydrogen nrog ib tug neutron ntawm nws cov tub ntxhais (raws li opposed rau hydrogen tsis muaj neutrons), ua li 95% ntawm cov roj. Cov kws tshawb fawb ntawm MIT Plasma Research Center (PSFC) tau siv cov txheej txheem hu ua cua sov hauv xov tooj cua zaus. Cov kav hlau txais xov nyob ze ntawm tokamak siv lub xov tooj cua tshwj xeeb los ua kom cov khoom zoo siab, thiab cov nthwv dej tau ntsuas rau "lub hom phiaj" hydrogen ions. Vim tias hydrogen ua rau ib feem me me ntawm cov roj tag nrho qhov ntom ntom, tsom rau cua sov tsuas yog ib feem me me ntawm cov ions tso cai rau qib siab zog kom ua tiav. Tom ntej no, cov activated hydrogen ions txav mus rau lub predominant deuterium ions nyob rau hauv qhov sib tov, thiab cov hais yog li tsim nkag mus rau hauv lub plhaub txheej ntawm lub reactor, tso cua sov.

Qhov ua tau zoo ntawm cov txheej txheem no nce ntxiv thaum helium-3 ions ntxiv rau qhov sib xyaw hauv qhov tsawg dua 1%. Los ntawm kev tsom mus rau tag nrho cov xov tooj cua cua sov ntawm ib qho me me ntawm helium-3, cov kws tshawb fawb tau tsa lub zog ntawm cov ions rau megaelectronvolts (MeV).

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Ob peb xyoos dhau los, ntau qhov kev txhim kho tau tshwm sim hauv lub ntiaj teb ntawm kev tswj hwm kev ua haujlwm ntawm nuclear fusion uas tau tsa kev cia siab ntawm cov kws tshawb fawb thiab peb txhua tus kom thaum kawg ua tiav "Holy Grail" ntawm lub zog.

Cov cim zoo suav nrog, tab sis tsis txwv rau, kev tshawb pom los ntawm US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL). Cov xov tooj cua tsis tau siv nrog kev ua tiav zoo los txo qhov hu ua plasma cuam tshuam, uas tuaj yeem yog qhov tseem ceeb hauv cov txheej txheem ntawm "kev hnav khaub ncaws" cov tshuaj tiv thaiv thermonuclear. Tib pab pawg tshawb fawb tau tshaj tawm nyob rau lub Peb Hlis 2019 ib qho kev sim lithium tokamak uas cov phab ntsa sab hauv ntawm lub tshuab ntsuas hluav taws xob tau coated nrog lithium, cov khoom siv paub zoo los ntawm cov roj teeb uas nquag siv hauv hluav taws xob. Cov kws tshawb fawb tau sau tseg tias cov lithium hauv ob sab phlu ntawm cov phab ntsa reactor absorbs plasma hais, tiv thaiv lawv los ntawm kev cuam tshuam rov qab rau hauv cov huab cua plasma thiab cuam tshuam nrog cov tshuaj tiv thaiv thermonuclear.

4. Visualization project TAE Technologies

Cov kws tshawb fawb los ntawm cov tsev kawm txuj ci tseem ceeb muaj npe nrov tseem tau ua kev ceev faj zoo hauv lawv cov lus. Tsis ntev los no kuj tau muaj kev txaus siab ntau ntxiv hauv kev tswj hwm cov txheej txheem hauv kev lag luam ntiag tug. Hauv 2018, Lockheed Martin tau tshaj tawm txoj kev npaj los tsim cov qauv kev sib xyaw ua ke fusion reactor (CFR) nyob rau kaum xyoo tom ntej. Yog tias lub tuam txhab siv tshuab ua haujlwm, cov khoom siv tsheb loj tuaj yeem muab hluav taws xob txaus kom tau raws li qhov xav tau ntawm 100-square-foot ntaus ntawv. cov neeg nyob hauv nroog.

Lwm lub tuam txhab thiab cov chaw tshawb fawb tau sib tw kom pom leej twg tuaj yeem tsim thawj lub tshuab hluav taws xob tiag tiag, suav nrog TAE Technologies thiab Massachusetts Institute of Technology. Txawm tias Amazon's Jeff Bezos thiab Microsoft's Bill Gates tsis ntev los no tau koom nrog hauv kev sib koom ua ke. NBC Xov Xwm tsis ntev los no suav kaum xya lub tuam txhab me uas mob siab rau kev sib koom ua ke hauv Tebchaws Meskas. Startups xws li General Fusion los yog Commonwealth Fusion Systems yog tsom rau cov reactors me me raws li cov superconductors tshiab.

Lub tswv yim ntawm "txias fusion" thiab lwm txoj hauv kev rau cov reactors loj, tsis tsuas yog tokamaks, tab sis kuj hu ua. cov hnub qub, nrog ib tug me ntsis txawv tsim, kuj ua nyob rau hauv lub teb chaws Yelemees. Kev tshawb nrhiav lwm txoj hauv kev kuj tseem txuas ntxiv mus. Ib qho piv txwv ntawm qhov no yog lub cuab yeej hu ua Z-npog, tsim los ntawm cov kws tshawb fawb los ntawm University of Washington thiab tau piav qhia hauv ib qho ntawm cov teeb meem tshiab kawg ntawm phau ntawv Journal Physics World. Z-pinch ua haujlwm los ntawm kev ntxiab thiab compressing ntshav hauv qhov muaj zog sib nqus. Hauv qhov kev sim, nws muaj peev xwm ua kom cov ntshav ruaj khov rau 16 microseconds, thiab cov tshuaj tiv thaiv fusion tau tshwm sim li ntawm ib feem peb ntawm lub sijhawm no. Qhov kev ua qauv qhia tau qhia tias kev sib xyaw me me tuaj yeem ua tau, txawm hais tias ntau tus kws tshawb fawb tseem muaj kev tsis ntseeg loj txog nws.

Nyob rau hauv lem, ua tsaug rau kev txhawb nqa ntawm Google thiab lwm cov tub ua lag luam tsom rau kev siv thev naus laus zis, California-based TAE Technologies tau siv txoj hauv kev sib txawv dua li cov kev sim fusion. borohydride roj sib tov, uas tau siv los tsim cov reactors me thiab pheej yig dua, pib nrog lub hom phiaj ntawm kev hu ua fusion rocket propulsion. Prototype cylindrical fusion reactor (4) nrog cov kab sib tsoo (CBFR), uas ua kom sov cov pa roj hydrogen los ua ob lub nplhaib plasma. Lawv ua ke nrog cov pob ntawm inert hais thiab muaj nyob rau hauv lub xeev no, uas yuav tsum tau pab kom lub zog thiab durability ntawm lub plasma.

Lwm qhov pib thermonuclear, General Fusion, los ntawm Canadian xeev ntawm British Columbia, tau txais kev txhawb nqa los ntawm Jeff Bezos nws tus kheej. Yooj yim muab tso, nws lub tswv yim yog txhaj cov plasma kub rau hauv lub pob ntawm cov kua hlau (ib qho sib xyaw ntawm lithium thiab txhuas) hauv lub pob steel, tom qab ntawd cov ntshav tau compressed los ntawm pistons, zoo ib yam li lub cav diesel. Lub siab tsim yuav tsum ua rau thermonuclear fusion, uas yuav tso tawm ntau lub zog los ua lub zog rau lub turbines ntawm ib hom tshiab ntawm cov fais fab nroj tsuag. Mike Delage, tus thawj coj thev naus laus zis ntawm General Fusion, hais tias kev lag luam nuclear fusion tuaj yeem tshwm sim hauv kaum xyoo.

5. Daim duab qhia los ntawm US Navy thermonuclear patent.

Tsis ntev los no US Navy kuj tau ua ntaub ntawv patent rau "plasma fusion device." Cov patent tham txog magnetic teb los tsim "accelerated vibration" (5). Lub tswv yim yog los tsim fusion reactors me me txaus kom txav tau. Needless hais, daim ntawv thov patent no tau ntsib nrog kev tsis ntseeg.