Apvienotās Karalistes pieeja kodolsintēzes enerģijas ražošanai izveidojās, 2019. gadā paziņojot par STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) programmu. Tās pirmais posms (2019.–2024. gads) ir beidzies, izdodot integrētās kodolsintēzes prototipa spēkstacijas koncepcijas projektu. Tas būs balstīts uz magnētiskā lauka izmantošanu plazmas ierobežošanai, izmantojot tokamaka iekārtu, taču Apvienotās Karalistes STEP izmantos sfērisku tokamaku, nevis tradicionālo virtuļa formas tokamaku, ko izmanto ITER. Tiek uzskatīts, ka sfēriskam tokamakam ir vairākas priekšrocības. Rūpnīca tiks uzcelta Notingemšīrā, un ir paredzēts, ka tā sāks darboties 2040. gadu sākumā.
Nepieciešamība pēc uzticama tīras enerģijas avota, lai apmierinātu pieaugošo iedzīvotāju un pasaules ekonomikas pieaugošo pieprasījumu pēc enerģijas, kas varētu ātri palīdzēt risināt problēmas (kuras rada izsīkstošais fosilais kurināmais, oglekļa emisijas un klimata pārmaiņas, vides riski, kas saistīti ar kodola skaldīšanas reaktoriem un nabadzīgie reaktori). atjaunojamo avotu mērogojamība) nekad nav bijis tik intensīvi kā šobrīd.
Dabā kodolsintēze darbina zvaigznes, tostarp mūsu sauli, kas notiek zvaigžņu kodolā, kur dominē kodolsintēzes apstākļi (ti, ārkārtīgi augsta temperatūra simtiem miljonu grādu diapazonā un spiediens). Spēja radīt kontrolētus kodolsintēzes apstākļus uz Zemes ir neierobežotas tīras enerģijas atslēga. Tas ietver kodolsintēzes vides izveidi ar ļoti augstu temperatūru, lai izraisītu lielas enerģijas sadursmes, kam ir pietiekams plazmas blīvums, lai palielinātu sadursmju iespējamību, un kas varētu ierobežot plazmu pietiekami ilgu laiku, lai nodrošinātu saplūšanu. Acīmredzot infrastruktūra un tehnoloģija pārkarsētas plazmas ierobežošanai un kontrolei ir galvenā prasība kodolsintēzes enerģijas komerciālai izmantošanai. Visā pasaulē tiek pētītas un izmantotas dažādas pieejas plazmas ierobežošanai, lai komerciāli realizētu kodolsintēzes enerģiju.
Inerciālā norobežojuma saplūšana (ICF)
Inerciālās kodolsintēzes pieejā saplūšanas apstākļi tiek radīti, ātri saspiežot un karsējot nelielu kodolsintēzes degvielas daudzumu. Lorensa Livermoras Nacionālās laboratorijas (LLNL) Nacionālā aizdedzes iekārta (NIF) izmanto lāzera vadītu sabrukšanas paņēmienu, lai spridzinātu kapsulas, kas piepildītas ar deitērija-tritija degvielu, izmantojot augstas enerģijas lāzera starus. Pirmo reizi NIF kodolsintēzes aizdedzi panāca 2022. gada decembrī. Pēc tam 2023. gadā trīs reizes tika demonstrēta kodolsintēzes aizdedze, kas apstiprināja koncepcijas pierādījumu, ka kontrolētu kodolsintēzi var izmantot, lai apmierinātu enerģijas vajadzības.
Plazmas pieejas magnētiskais ierobežojums
Daudzās vietās tiek mēģināts izmantot magnētus, lai ierobežotu un kontrolētu plazmu saplūšanai. IITER, vērienīgākā 35 valstu sadarbība kodolsintēzes enerģētikas jomā, kas atrodas Sentpollez-Durance, Francijas dienvidos, izmanto gredzenu toru (vai magnētisko ierīci, ko sauc par tokamaku), kas ir paredzēts kodolsintēzes degvielas ierobežošanai uz ilgu laiku pietiekami augstā temperatūrā. notiek kodolsintēzes aizdedze. Vadošā kodolsintēzes spēkstaciju plazmas ierobežošanas koncepcija, tokamaki var uzturēt kodolsintēzes reakciju tik ilgi, kamēr pastāv plazmas stabilitāte. ITER tokamaks būs pasaulē lielākais.
Apvienotās Karalistes STEP (sfēriskais tokamaks enerģijas ražošanai) kodolsintēzes programma:
Tāpat kā ITER, arī Apvienotās Karalistes STEP kodolsintēzes programma ir balstīta uz plazmas magnētisko norobežošanu, izmantojot tokamaku. Tomēr STEP programmas tokamaks būs sfērisks (nevis ITER virtuļa formas). Sfērisks tokamaks ir kompakts, rentabls un var būt vieglāk mērogojams.
STEP programma tika paziņota 2019. gadā. Tās pirmais posms (2019.–2024. gads) ir beidzies, izlaižot integrētās kodolsintēzes prototipa spēkstacijas koncepcijas projektu.
Karaliskās biedrības filozofisko darījumu A tematiskais izdevums ar nosaukumu “Kodolsintēzes enerģijas nodrošināšana — sfēriskais tokamaks enerģijas ražošanai (STEP)”, kas ietver 15 recenzētus rakstus, tika publicēts 26. gada 2024. augustā, kurā ir detalizēti aprakstīts programmas tehniskais progress, lai projektētu un būvētu Apvienotajā Karalistē pirmo prototipa elektrostaciju, kas ražo elektroenerģiju no kodolsintēzes. Dokumentos ir ietverts pilnīgs momentuzņēmums par nepieciešamajām projektēšanas un ieskicētajām tehnoloģijām un to integrāciju prototipa rūpnīcā līdz 2040. gadu sākumam.
STEP programmas mērķis ir bruģēt ceļu kodolsintēzes komerciālai dzīvotspējai, demonstrējot tīro enerģiju, degvielas pašpietiekamību un dzīvotspējīgu ceļu uz rūpnīcu apkopi. Pilnībā funkcionējošas prototipa ražošanas nodrošināšanai tiek izmantota holistiska pieeja, kas arī uzskata, ka ekspluatācijas pārtraukšana ir daļa no projekta.
***
Norādes:
- Apvienotās Karalistes valdība. Preses relīze – Apvienotā Karaliste ir vadošā pasaulē kodolsintēzes spēkstaciju projektēšanā. Publicēts 03. gada 2024. septembrī. Pieejams plkst https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design
- Kodolsintēzes enerģijas piegāde — sfēriskais tokamaks enerģijas ražošanai (STEP). Tematiskais Karaliskās biedrības izdevums Philosophical Transactions A,. Visi 15 recenzētie raksti tematiskajā izdevumā, kas publicēts 26. gada 2024. augustā. Pieejams vietnē https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280
- Apvienotās Karalistes pētnieki atklāj jaunu kodolsintēzes spēkstaciju dizainu. Zinātne. 4. gada 2024. septembris. DOI: https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a
***
Saistītie raksti
- Brūnie punduri (BD): Džeimsa Veba teleskops identificē mazāko objektu, kas izveidots zvaigznei līdzīgā veidā (5 janvāris 2024)
- "Fusion Ignition" ceturto reizi tika demonstrēts Lawrence Laboratory (20. 2023. Decembris)
- Fusion Ignition kļūst par realitāti; Enerģijas pārrāvums sasniegts Lawrence laboratorijā (15. 2022. Decembris)
***
