جهانی بدون نفت و اورانیوم: دانشمندان روسی درباره تولید پاک و ایمن هسته ای تحقیق می کنند

به گفته دانشمندان ، پروژه ITER (راکتور تجربی حرارتی بین المللی) با استفاده از ذخایر تقریبا پایان ناپذیر سوخت ، یک گرم انرژی جدید می تواند با استفاده از ذخایر تقریباً تمام نشدنی انرژی ، یک منبع انرژی جدید ، ایمن و سازگار با محیط زیست ایجاد کند.

در تابستان سال 2020 ، رهبران ایالت های درگیر در پروژه ساخت عنصر اصلی راکتور آینده ، توکاماک ، سیستم حرارت دهی پلاسما و سیستم گرمایشی را آغاز کردند.

دنیای انرژی هسته ای

واکنش های هسته ای می توانند انرژی فوق العاده ای آزاد کنند ، اما در پلاسمای محل واکنش ها دمایی ده ها و صدها میلیون درجه وجود دارد ، در حالی که مقاوم ترین در برابر حرارت مواد نمی توانند بیش از 3-4000 درجه مقاومت کنند.

دانشمندان توضیح دادند كه اگر پلاسما از دیواره های راكتور با میدان های مغناطیسی قوی “پاره شود” ، استفاده از انرژی هسته ای ممكن است. بهترین دام مغناطیسی برای پلاسمای هسته ای ، توکاماک ، توسط دانشگاهیان اتحاد جماهیر شوروی ساخاروف و تام در اوایل دهه 1950 ارائه شد و اولین بار در انستیتوی کورچاتوف ایجاد شد.

در یک راکتور هسته ای ، بر خلاف راکت اتمی ، به جای شکافت هسته ای ، همجوشی هسته ای در تراکم پلاسما صد هزار برابر کمتر از تراکم هوا صورت می گیرد. دانشمندان تأکید کردند که این امر باعث می شود که انفجارها غیرممکن باشد و از این رو راکتور کاملاً ایمن باشد. محصولات این راکتور هلیوم و تریتیوم بی ضرری خواهد بود که سپس برای پشتیبانی از واکنش استفاده می شود.

“ITER دروازه ورود به انرژی هسته ای است که جهان باید از آن عبور کند.” این سخنان آکادمیسین اوگنی ولیخوف ، آغازگر پروژه ، رئیس افتخاری موسسه کورچاتوف است. ITER در اواسط دهه 1980 متولد شد و هدف آن نشان دادن امکان استفاده از انرژی همجوشی در مقیاس صنعتی است.

در حال حاضر هفت شرکت کننده در این پروژه وجود دارد: اتحادیه اروپا ، هند ، چین ، جمهوری کره ، روسیه ، ایالات متحده و ژاپن. دفتر مرکزی این پروژه در Cadarache ، فرانسه ، نزدیک به محل ساخت و ساز است.

به گفته دانشمندان ، جدا از مشارکت بنیادی مفهومی و مهندسی در پروژه ITER ، دانشمندان روسی تعدادی عنصر اصلی از جمله پیشرفته ترین کابل ابررسانا و بهترین ژیرترون های جهان را تولید کرده اند ، دستگاههایی که پلاسما را با تابش الکترومغناطیسی با فرکانس فوق العاده گرم می کنند.

چالش تریتیوم

ITER از مخلوط ایزوتوپهای هیدروژن ، دوتریم و تریتیوم به عنوان سوخت استفاده خواهد کرد. دوتریم می تواند به راحتی از آب تولید شود ، در حالی که تریتیوم در راکتور همجوشی تولید می شود. به عنوان یک نصب آزمایشی ، ITER هنوز برق تولید نمی کند ، اما به گفته دانشمندان ، یک گرم سوخت از راکتورهای همجوشی تجاری همان انرژی 10 تا 20 تن هیدروکربن را تولید می کند.

یکی از خطرات موجود در عملکرد راکتور تجمع تریتیوم رادیواکتیو در محفظه تخلیه توکاماک است. بنابراین مقدار آن توسط استانداردهای ایمنی محدود می شود. دیواره داخلی محفظه ، ساخته شده از تنگستن و بریلیم ، مقدار زیادی تریتیوم جمع نمی کند ، با این حال ، همانطور که دانشمندان توضیح دادند ، نظارت منظم از راه دور بر سطح تریتیوم برای عملکرد پایدار راکتور لازم است.

مقدار کل این ایزوتوپ در محفظه را می توان از تعادل گاز تأمین شده و تخلیه شده تعیین کرد. برای اندازه گیری دقیق تر محتوای آن در دیواره های راکتور ، دانشمندان تصمیم گرفتند از تابش لیزر استفاده کنند: تحت تأثیر آن ، نوعی “تبخیر” روی لایه سطح دیوار رخ می دهد و به دنبال آن جذب و تجزیه و تحلیل ذرات تشکیل شده است.

محققان انستیتوی فن آوری های لیزر و پلاسما از دانشگاه ملی هسته ای تحقیقات ملی MEPhI به سرپرستی یوری گاسپاریان ، دانشمند جوان و دانشیار گروه فیزیک پلاسما ، می خواهند این مشکل اساسی را در آزمایشگاهی که به ویژه در 2020. “وظیفه ما یادگیری نحوه اندازه گیری غلظت ایزوتوپهای هیدروژن سبک و بسیار متحرک با حداقل تأثیر ممکن بر دیواره راکتور است. این آزمایشات برنامه ریزی شده است که هم در امکانات آزمایشگاهی و هم در توکاماک Globus-M2 در موسسه Ioffe انجام شود. “

گرد و غبار خطرناک

دانشمندان توضیح دادند که ایده عایق حرارتی مغناطیسی پلاسما در یک میدان مغناطیسی توروئیدی یا “دونات شکل” ، که توکاماک بر اساس آن ساخته شده است ، ذرات و تشعشع به دیواره های راکتور را حذف نمی کند. تحت تأثیر آنها ، محصولات فرسایش ماکروسکوپی ، به عبارت ساده تر ، گرد و غبار ، از دیواره ها جدا می شوند.

محاسبات فیزیکدانان نشان می دهد که ذرات گرد و غبار در پایین محفظه تخلیه توکاماک جمع می شوند ، که برای راکتور خطرناک است: گرد و غبار آتش سوزی خطرناک است ، و علاوه بر این ، به طور فعال تریتیوم رادیواکتیو را تجمع می دهد.

برای کنترل میزان گرد و غبار و ترکیب بدون توقف راکتور ، دانشمندان MEPhI به سرپرستی پروفسور لئون بگرامبکوف پیشنهاد کردند که از یک کاوشگر ویژه با پتانسیل الکتریکی اعمال شده روی آن استفاده شود.

در میدان الکتریکی بین کاوشگر و سطح دیواره ، دانه های گرد و غبار برق می شوند و جذب گیرنده خاصی می شوند. با حرکت در بالای سطح ، پروب گرد و غبار را مانند یک پاک کننده واکس جمع می کند ، سپس آن را از طریق قفل های مخصوص به خارج از راکتور منتقل می کند.

آوانگارد علمی

تیم مرکزی پروژه در کاداراچه 1100 متخصص از همه کشورهای شرکت کننده را درگیر کرد. ده ها هزار دانشمند و مهندس در تیم های خانگی کار می کنند.

“MEPhI ، به ویژه گروه فیزیک پلاسما ، یکی از شرکت کنندگان فعال در پروژه ، از جمله در آموزش پرسنل است. برای بیش از نیم قرن ، بخش ما در حال آموزش فیزیک پلاسمای داغ و متخصصان همجوشی هسته ای کنترل شده است. فارغ التحصیلان ما هم در تیم های ITER و هم در تیم های خانگی کار می کنند ، در حالی که جغرافیای همکاری های ما تقریباً کل کره زمین را پوشش می دهد. “والری کورناف ، رئیس گروه فیزیک پلاسما در MEPhI ، گفت.

در تاریخچه این بخش ، متخصصان آن تاسیساتی ایجاد کرده اند تا برهمکنش پلاسما و اجزای آن (یون ها ، الکترون ها ، اتم های خنثی) را با مواد مختلف بررسی کنند. نظریه ها و کدهایی برای توصیف این فرایندها تهیه شده و تعداد زیادی از دانشمندان آموزش دیده اند.

برای ITER ، متخصصان دپارتمان قبلاً روشی برای ردیابی نشتی آب به داخل پلاسما از عناصر خنک شده دیواره اول راکتور ، روشهای بررسی اثر تخلیه درخشش تمیزکننده بر روی اولین آینه های سیستمهای لیزری تشخیصی و همچنین ایمنی ایجاد کرده اند. صفحه نمایش برای جمع کننده های تابش الکترومغناطیسی.