थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन, हल्के परमाणु नाभिक के भारी नाभिक में संलयन की प्रतिक्रिया, अत्यधिक तापमान पर होने वाली और भारी मात्रा में ऊर्जा की रिहाई के साथ। परमाणु संलयन परमाणु विखंडन की विपरीत प्रतिक्रिया है: बाद में, भारी नाभिकों के हल्के नाभिकों में विभाजित होने के कारण ऊर्जा निकलती है। यह सभी देखेंपरमाणु विखंडन; परमाणु ऊर्जा।
आधुनिक ज्योतिषीय अवधारणाओं के अनुसार, सूर्य और अन्य तारों के लिए ऊर्जा का मुख्य स्रोत उनकी गहराई में होने वाला थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन है। स्थलीय परिस्थितियों में हाइड्रोजन बम के विस्फोट के दौरान इसे अंजाम दिया जाता है। थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के साथ प्रतिक्रियाशील पदार्थों के प्रति यूनिट द्रव्यमान (रासायनिक प्रतिक्रियाओं की तुलना में लगभग 10 मिलियन गुना अधिक) की एक विशाल ऊर्जा रिलीज होती है। इसलिए, इस प्रक्रिया में महारत हासिल करना और इसके आधार पर ऊर्जा का एक सस्ता और पर्यावरण के अनुकूल स्रोत बनाना बहुत रुचि का है। हालांकि, इस तथ्य के बावजूद कि कई विकसित देशों में बड़े वैज्ञानिक और तकनीकी दल नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन (सीटीएफ) पर अनुसंधान में लगे हुए हैं, थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा के औद्योगिक उत्पादन के वास्तविकता बनने से पहले अभी भी कई जटिल समस्याएं हल की जानी हैं।
विखंडन प्रक्रिया का उपयोग करने वाले आधुनिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र केवल आंशिक रूप से दुनिया की बिजली की जरूरतों को पूरा करते हैं। उनके लिए ईंधन प्राकृतिक रेडियोधर्मी तत्व यूरेनियम और थोरियम है, जिसकी व्यापकता और भंडार प्रकृति में बहुत सीमित हैं; इसलिए, कई देशों के लिए उनके आयात की समस्या है। थर्मोन्यूक्लियर ईंधन का मुख्य घटक हाइड्रोजन आइसोटोप ड्यूटेरियम है, जो समुद्र के पानी में पाया जाता है। इसके भंडार सार्वजनिक रूप से उपलब्ध हैं और बहुत बड़े हैं (महासागर पृथ्वी के सतह क्षेत्र का ~ 71% हिस्सा कवर करते हैं, और ड्यूटेरियम पानी बनाने वाले हाइड्रोजन परमाणुओं की कुल संख्या का लगभग 0.016% है)। ईंधन की उपलब्धता के अलावा, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों पर थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा स्रोतों के निम्नलिखित महत्वपूर्ण लाभ हैं: 1) यूटीएस रिएक्टर में परमाणु विखंडन रिएक्टर की तुलना में बहुत कम रेडियोधर्मी सामग्री होती है, और इसलिए रेडियोधर्मी उत्पादों के आकस्मिक रिलीज के परिणाम कम होते हैं। खतरनाक; 2) थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं कम लंबे समय तक रहने वाले रेडियोधर्मी कचरे का उत्पादन करती हैं; 3) टीसीबी प्रत्यक्ष बिजली उत्पादन की अनुमति देता है।
आर्टसिमोविच एल.ए. नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं. एम., 1963
थर्मल और परमाणु ऊर्जा संयंत्र(पुस्तक 1, खंड 6; पुस्तक 3, खंड 8)। एम., 1989
पर "परमाणु संलयन" खोजें
पहली बार, सोवियत संघ में नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की समस्या तैयार की गई थी और इसके लिए सोवियत भौतिक विज्ञानी ओ ए लावेरेंटिव ने कुछ रचनात्मक समाधान पेश किया था। उनके अलावा, ए। डी। सखारोव और आई। ई। टैम जैसे उत्कृष्ट भौतिकविदों के साथ-साथ एल। ए। आर्टिमोविच, जिन्होंने 1951 से नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन पर सोवियत कार्यक्रम का नेतृत्व किया, ने समस्या को हल करने में महत्वपूर्ण योगदान दिया।
ऐतिहासिक रूप से, वैश्विक स्तर पर नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन का मुद्दा 20वीं सदी के मध्य में उठा। यह ज्ञात है कि आई वी कुरचटोव ने 1956 में इस वैज्ञानिक समस्या को हल करने में विभिन्न देशों के परमाणु वैज्ञानिकों के सहयोग का प्रस्ताव रखा था। यह ब्रिटिश परमाणु केंद्र "हारवेल" की यात्रा के दौरान हुआ ( अंग्रेज़ी) .
प्रतिक्रिया प्रकार
संलयन प्रतिक्रिया इस प्रकार है: दो या दो से अधिक परमाणु नाभिक, एक निश्चित बल के आवेदन के परिणामस्वरूप, इस हद तक पहुंच जाते हैं कि इतनी दूरी पर कार्य करने वाले बल समान रूप से आवेशित नाभिकों के बीच कूलम्ब प्रतिकर्षण बलों पर हावी हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक नया नाभिक बनता है। एक नया नाभिक बनाते समय, मजबूत अंतःक्रिया की एक बड़ी ऊर्जा जारी की जाएगी। सुप्रसिद्ध सूत्र E=mc² के अनुसार, ऊर्जा मुक्त होने के बाद, न्यूक्लियंस की प्रणाली अपने द्रव्यमान का हिस्सा खो देगी। परमाणु नाभिक, जिसमें एक छोटा विद्युत आवेश होता है, को सही दूरी पर लाना आसान होता है, इसलिए भारी हाइड्रोजन समस्थानिक संलयन प्रतिक्रिया के लिए सबसे अच्छे ईंधन में से एक हैं।
यह पाया गया है कि दो समस्थानिकों, ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के मिश्रण को प्रतिक्रिया के दौरान निकलने वाली ऊर्जा की तुलना में संलयन प्रतिक्रिया के लिए कम से कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। हालांकि, हालांकि ड्यूटेरियम और ट्रिटियम (डी-टी) का मिश्रण अधिकांश संलयन अनुसंधान का विषय है, यह किसी भी तरह से एकमात्र संभावित ईंधन नहीं है। अन्य मिश्रणों का निर्माण आसान हो सकता है; उनकी प्रतिक्रिया को बेहतर ढंग से नियंत्रित किया जा सकता है, या इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि कम न्यूट्रॉन उत्पन्न करते हैं। विशेष रुचि तथाकथित "न्यूट्रॉन रहित" प्रतिक्रियाएं हैं, क्योंकि इस तरह के ईंधन के सफल औद्योगिक उपयोग का मतलब सामग्री और रिएक्टर डिजाइन के दीर्घकालिक रेडियोधर्मी संदूषण की अनुपस्थिति होगी, जो बदले में, जनता की राय और समग्र रूप से सकारात्मक रूप से प्रभावित कर सकती है। रिएक्टर के संचालन की लागत, डीकमीशनिंग और निपटान के लिए लागत को काफी कम करना। समस्या बनी हुई है कि वैकल्पिक ईंधन का उपयोग करके संलयन प्रतिक्रिया को बनाए रखना अधिक कठिन होता है, इसलिए डी-टी प्रतिक्रिया को केवल एक आवश्यक पहला कदम माना जाता है।
नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन इस्तेमाल किए गए ईंधन के प्रकार के आधार पर विभिन्न प्रकार की थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं का उपयोग कर सकता है।
ड्यूटेरियम + ट्रिटियम रिएक्शन (डी-टी ईंधन)
सबसे आसानी से कार्यान्वित प्रतिक्रिया ड्यूटेरियम + ट्रिटियम है:
17.6 MeV (MeV) के ऊर्जा उत्पादन के लिए 2 H + 3 H = 4 He + n।
इस तरह की प्रतिक्रिया आधुनिक प्रौद्योगिकियों के दृष्टिकोण से सबसे आसानी से लागू होती है, ऊर्जा की एक महत्वपूर्ण उपज देती है, और ईंधन के घटक सस्ते होते हैं। नुकसान अवांछित न्यूट्रॉन विकिरण की रिहाई है।
दो नाभिक: ड्यूटेरियम और ट्रिटियम एक हीलियम नाभिक (अल्फा कण) और एक उच्च-ऊर्जा न्यूट्रॉन बनाने के लिए फ्यूज:
टोकामक (चुंबकीय कॉइल के साथ टॉरॉयडल चैंबर) चुंबकीय प्लाज्मा कारावास के लिए एक टॉरॉयडल सुविधा है। प्लाज्मा को कक्ष की दीवारों द्वारा नहीं रखा जाता है, जो इसके तापमान का सामना करने में सक्षम नहीं हैं, बल्कि विशेष रूप से बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र द्वारा। टोकामक की एक विशेषता प्लाज्मा के माध्यम से बहने वाले विद्युत प्रवाह का उपयोग प्लाज्मा संतुलन के लिए आवश्यक टॉरॉयडल क्षेत्र बनाने के लिए है।
प्रतिक्रिया ड्यूटेरियम + हीलियम -3
ड्यूटेरियम + हीलियम -3 . प्रतिक्रिया को अंजाम देने के लिए, जो संभव है, उसकी सीमा पर यह बहुत अधिक कठिन है
2 H + 3 He = 4 He + 18.4 MeV के ऊर्जा उत्पादन पर।इसे प्राप्त करने की शर्तें बहुत अधिक जटिल हैं। हीलियम -3 भी एक दुर्लभ और बेहद महंगा आइसोटोप है। यह वर्तमान में औद्योगिक पैमाने पर उत्पादित नहीं होता है। हालांकि, इसे परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में बदले में प्राप्त ट्रिटियम से प्राप्त किया जा सकता है; या चाँद पर खनन।
थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के संचालन की जटिलता को ट्रिपल उत्पाद द्वारा विशेषता दी जा सकती है एनटीई(घनत्व प्रति तापमान प्रति होल्ड समय)। इस पैरामीटर के अनुसार, प्रतिक्रिया D-3 वह D-T की तुलना में लगभग 100 गुना अधिक कठिन है।
ड्यूटेरियम नाभिक (डी-डी, मोनोप्रोपेलेंट) के बीच प्रतिक्रिया
डीडी-प्लाज्मा में मुख्य प्रतिक्रिया के अलावा, निम्नलिखित भी होते हैं:
ये प्रतिक्रियाएं धीरे-धीरे ड्यूटेरियम + हीलियम -3 प्रतिक्रिया के समानांतर आगे बढ़ती हैं, और उनके दौरान बनने वाले ट्रिटियम और हीलियम -3 के तुरंत ड्यूटेरियम के साथ प्रतिक्रिया करने की बहुत संभावना है।
अन्य प्रकार की प्रतिक्रियाएं
कई अन्य प्रकार की प्रतिक्रियाएं भी संभव हैं। ईंधन की पसंद कई कारकों पर निर्भर करती है - इसकी उपलब्धता और कम लागत, ऊर्जा उपज, संलयन प्रतिक्रिया (मुख्य रूप से तापमान) के लिए आवश्यक शर्तों को प्राप्त करने में आसानी, रिएक्टर की आवश्यक डिजाइन विशेषताओं आदि।
"न्यूट्रॉन रहित" प्रतिक्रियाएं
सबसे आशाजनक तथाकथित "न्यूट्रॉन रहित" प्रतिक्रियाएं हैं, क्योंकि थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन (उदाहरण के लिए, ड्यूटेरियम-ट्रिटियम प्रतिक्रिया में) द्वारा उत्पन्न न्यूट्रॉन फ्लक्स शक्ति का एक महत्वपूर्ण हिस्सा ले जाता है और रिएक्टर डिजाइन में प्रेरित रेडियोधर्मिता उत्पन्न करता है। न्यूट्रॉन उपज की कमी के कारण ड्यूटेरियम + हीलियम -3 प्रतिक्रिया आशाजनक है।
प्रकाश हाइड्रोजन पर प्रतिक्रियाएं
D + T → 4 He (3.5 MeV) + n (14.1 MeV)।
हालांकि, इस मामले में, जारी की गई गतिज ऊर्जा का अधिकांश (80% से अधिक) न्यूट्रॉन पर सटीक रूप से पड़ता है। अन्य परमाणुओं के साथ टुकड़ों के टकराव के परिणामस्वरूप, यह ऊर्जा तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। इसके अलावा, तेज न्यूट्रॉन महत्वपूर्ण मात्रा में रेडियोधर्मी कचरे का निर्माण करते हैं। इसके विपरीत, ड्यूटेरियम और हीलियम -3 के संलयन से लगभग कोई रेडियोधर्मी उत्पाद नहीं बनता है:
D + 3 He → 4 He (3.7 MeV) + p (14.7 MeV), जहाँ p एक प्रोटॉन है।
यह मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर जैसे सरल और अधिक कुशल संलयन गतिज प्रतिक्रिया रूपांतरण प्रणाली की अनुमति देता है।
रिएक्टर डिजाइन
नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के कार्यान्वयन के लिए दो प्रमुख योजनाएं हैं, जिनका विकास वर्तमान में चल रहा है (2012):
पहले प्रकार का थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर दूसरे की तुलना में बहुत बेहतर विकसित और अध्ययन किया जाता है।
विकिरण सुरक्षा
थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर विकिरण के मामले में परमाणु रिएक्टर की तुलना में अधिक सुरक्षित है। सबसे पहले, इसमें रेडियोधर्मी पदार्थों की मात्रा अपेक्षाकृत कम है। किसी भी दुर्घटना के परिणामस्वरूप जो ऊर्जा निकल सकती है वह भी छोटी है और रिएक्टर के विनाश का कारण नहीं बन सकती है। इसी समय, रिएक्टर के डिजाइन में कई प्राकृतिक बाधाएं हैं जो रेडियोधर्मी पदार्थों के प्रसार को रोकती हैं। उदाहरण के लिए, वैक्यूम कक्ष और क्रायोस्टेट के खोल को सील कर दिया जाना चाहिए, अन्यथा रिएक्टर बस काम नहीं कर सकता। हालांकि, आईटीईआर के डिजाइन के दौरान, सामान्य ऑपरेशन के दौरान और संभावित दुर्घटनाओं के दौरान विकिरण सुरक्षा पर बहुत ध्यान दिया गया था।
संभावित रेडियोधर्मी संदूषण के कई स्रोत हैं:
- हाइड्रोजन का रेडियोधर्मी समस्थानिक ट्रिटियम है;
- न्यूट्रॉन विकिरण के परिणामस्वरूप स्थापना की सामग्री में प्रेरित रेडियोधर्मिता;
- पहली दीवार पर प्लाज्मा प्रभाव के परिणामस्वरूप उत्पन्न रेडियोधर्मी धूल;
- रेडियोधर्मी जंग उत्पाद जो शीतलन प्रणाली में बन सकते हैं।
ट्रिटियम और धूल के प्रसार को रोकने के लिए यदि वे निर्वात कक्ष और क्रायोस्टेट से आगे जाते हैं, तो रिएक्टर भवन में कम दबाव बनाए रखने के लिए एक विशेष वेंटिलेशन सिस्टम की आवश्यकता होती है। इसलिए, वेंटिलेशन फिल्टर के अलावा, भवन से कोई हवा का रिसाव नहीं होगा।
एक रिएक्टर के निर्माण में, उदाहरण के लिए, ITER, जहां संभव हो, परमाणु ऊर्जा में पहले से परीक्षण की गई सामग्री का उपयोग किया जाएगा। इसके कारण, प्रेरित रेडियोधर्मिता अपेक्षाकृत कम होगी। विशेष रूप से, शीतलन प्रणाली की विफलता की स्थिति में भी, प्राकृतिक संवहन निर्वात कक्ष और अन्य संरचनात्मक तत्वों को ठंडा करने के लिए पर्याप्त होगा।
अनुमान बताते हैं कि दुर्घटना की स्थिति में भी, रेडियोधर्मी रिलीज जनता के लिए खतरा पैदा नहीं करेगा और निकासी की आवश्यकता नहीं होगी।
ईंधन चक्र
पहली पीढ़ी के रिएक्टर सबसे अधिक संभावना ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के मिश्रण पर चलेंगे। प्रतिक्रिया के दौरान दिखाई देने वाले न्यूट्रॉन को रिएक्टर शील्ड द्वारा अवशोषित किया जाएगा, और जारी की गई गर्मी का उपयोग हीट एक्सचेंजर में शीतलक को गर्म करने के लिए किया जाएगा, और यह ऊर्जा, बदले में, जनरेटर को घुमाने के लिए उपयोग की जाएगी।
. .एक औद्योगिक शक्ति स्रोत के रूप में संलयन प्रतिक्रिया
कई शोधकर्ताओं (विशेष रूप से, क्रिस्टोफर लेवेलिन-स्मिथ) द्वारा फ्यूजन ऊर्जा को लंबी अवधि में ऊर्जा के "प्राकृतिक" स्रोत के रूप में माना जाता है। विद्युत उत्पादन के लिए फ्यूजन रिएक्टरों के व्यावसायिक उपयोग के समर्थक अपने पक्ष में निम्नलिखित तर्क देते हैं:
पारंपरिक स्रोतों की तुलना में बिजली की लागत
आलोचकों का कहना है कि सामान्य उपयोग के लिए बिजली के उत्पादन में परमाणु संलयन की लागत-प्रभावशीलता का सवाल खुला रहता है। ब्रिटिश संसद के विज्ञान और प्रौद्योगिकी ब्यूरो द्वारा कमीशन किए गए एक ही अध्ययन से संकेत मिलता है कि फ्यूजन रिएक्टर का उपयोग करके बिजली पैदा करने की लागत पारंपरिक ऊर्जा स्रोतों के लिए लागत स्पेक्ट्रम के शीर्ष पर होने की संभावना है। बहुत कुछ भविष्य में उपलब्ध तकनीक, बाजार की संरचना और नियमन पर निर्भर करेगा। बिजली की लागत सीधे उपयोग की दक्षता, संचालन की अवधि और रिएक्टर के निपटान की लागत पर निर्भर करती है।
शोध की लागत का भी सवाल है। यूरोपीय संघ के देश अनुसंधान पर सालाना लगभग 200 मिलियन यूरो खर्च करते हैं, और यह अनुमान लगाया जाता है कि परमाणु संलयन का औद्योगिक उपयोग संभव होने में कई और दशक लगेंगे। बिजली के वैकल्पिक गैर-परमाणु स्रोतों के समर्थकों का मानना है कि इन निधियों को बिजली के नवीकरणीय स्रोतों की शुरूआत के लिए निर्देशित करना अधिक उपयुक्त होगा।
वाणिज्यिक संलयन ऊर्जा की उपलब्धता
व्यापक आशावाद (1950 के शुरुआती अध्ययनों के बाद से) के बावजूद, परमाणु संलयन प्रक्रियाओं की आज की समझ, तकनीकी संभावनाओं और परमाणु संलयन के व्यावहारिक उपयोग के बीच महत्वपूर्ण बाधाओं को अभी तक दूर नहीं किया गया है। यह भी स्पष्ट नहीं है कि थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन का उपयोग करके बिजली का उत्पादन कितना किफायती हो सकता है। जहां अनुसंधान में निरंतर प्रगति हुई है, वहीं शोधकर्ताओं को लगातार नई चुनौतियों का सामना करना पड़ रहा है। उदाहरण के लिए, चुनौती ऐसी सामग्री विकसित करना है जो न्यूट्रॉन बमबारी का सामना कर सके, जो पारंपरिक परमाणु रिएक्टरों की तुलना में 100 गुना अधिक तीव्र होने का अनुमान है। समस्या की गंभीरता इस तथ्य से बढ़ जाती है कि नाभिक के साथ न्यूट्रॉन का अंतःक्रियात्मक क्रॉस सेक्शन बढ़ती ऊर्जा के साथ प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या पर निर्भर होना बंद कर देता है और परमाणु नाभिक के क्रॉस सेक्शन में जाता है - और 14 MeV न्यूट्रॉन के लिए होता है पर्याप्त रूप से छोटे इंटरैक्शन क्रॉस सेक्शन के साथ बस कोई आइसोटोप नहीं है। इसके लिए डी-टी और डी-डी रिएक्टर डिजाइनों को बार-बार बदलने की आवश्यकता होती है और इसकी लाभप्रदता इस हद तक कम हो जाती है कि इन दो प्रकारों के लिए आधुनिक सामग्रियों से बने रिएक्टर डिजाइनों की लागत उन पर उत्पादित ऊर्जा की लागत से अधिक हो जाती है। तीन प्रकार के समाधान संभव हैं:
- शुद्ध परमाणु संलयन की अस्वीकृति और यूरेनियम या थोरियम के विखंडन के लिए न्यूट्रॉन के स्रोत के रूप में इसका उपयोग।
- अन्य संश्लेषण प्रतिक्रियाओं (उदाहरण के लिए, डी-हे) के पक्ष में डी-टी और डी-डी संश्लेषण की अस्वीकृति।
- विकिरण के बाद उनकी वसूली के लिए संरचनात्मक सामग्री या प्रक्रियाओं के विकास की लागत में तेज कमी। सामग्री विज्ञान में भारी निवेश की भी आवश्यकता है, लेकिन संभावनाएं अनिश्चित हैं।
डी-हे के संश्लेषण के दौरान साइड रिएक्शन डीडी (3%) रिएक्टर के लिए लागत प्रभावी डिजाइन के उत्पादन को जटिल बनाता है, लेकिन वर्तमान तकनीकी स्तर पर असंभव नहीं है।
निम्नलिखित अनुसंधान चरण हैं:
1. संतुलन या "पास" मोड(ब्रेक-ईवन): जब संलयन प्रक्रिया के दौरान जारी कुल ऊर्जा प्रतिक्रिया शुरू करने और बनाए रखने के लिए खर्च की गई कुल ऊर्जा के बराबर होती है। यह अनुपात प्रतीक द्वारा चिह्नित किया गया है क्यू.
2. धधकते प्लाज्मा(जलता हुआ प्लाज्मा): एक मध्यवर्ती चरण जिसमें प्रतिक्रिया मुख्य रूप से अल्फा कणों द्वारा समर्थित होगी जो प्रतिक्रिया के दौरान उत्पन्न होती हैं, न कि बाहरी हीटिंग द्वारा। प्रश्न ≈ 5. अब तक (2012) नहीं पहुंचा है।
3. इग्निशन(इग्निशन): स्थिर आत्मनिर्भर प्रतिक्रिया। उच्च मूल्यों पर हासिल किया जाना चाहिए क्यू. अब तक हासिल नहीं हुआ है।
अनुसंधान में अगला कदम अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर प्रायोगिक रिएक्टर (आईटीईआर) होना चाहिए। इस रिएक्टर में, उच्च तापमान वाले प्लाज्मा (ज्वलनशील प्लाज्मा के साथ) के व्यवहार का अध्ययन करने की योजना है क्यू~ 30) और एक औद्योगिक रिएक्टर के लिए संरचनात्मक सामग्री।
अनुसंधान का अंतिम चरण डेमो होगा: एक प्रोटोटाइप औद्योगिक रिएक्टर जो प्रज्वलन प्राप्त करेगा और नई सामग्रियों की व्यावहारिक उपयुक्तता का प्रदर्शन करेगा। डेमो चरण के पूरा होने के लिए सबसे आशावादी पूर्वानुमान: 30 वर्ष। एक औद्योगिक रिएक्टर के निर्माण और चालू होने के अनुमानित समय को ध्यान में रखते हुए, हम थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा के औद्योगिक उपयोग से ~ 40 वर्षों से अलग हो जाते हैं।
मौजूदा टोकामक
कुल मिलाकर, दुनिया में लगभग 300 टोकामक बनाए गए थे। उनमें से सबसे बड़े नीचे सूचीबद्ध हैं।
- यूएसएसआर और रूस
- T-3 पहला कार्यात्मक उपकरण है।
- T-4 - T-3 . का एक बड़ा संस्करण
- टी -7 एक अनूठी स्थापना है, जिसमें दुनिया में पहली बार तरल हीलियम द्वारा ठंडा किए गए टिन नाइओबेट पर आधारित सुपरकंडक्टिंग सोलनॉइड के साथ एक अपेक्षाकृत बड़ी चुंबकीय प्रणाली को लागू किया गया था। टी -7 का मुख्य कार्य पूरा हो गया था: थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा के सुपरकंडक्टिंग सोलनॉइड की अगली पीढ़ी के लिए एक संभावना तैयार की गई थी।
- टी-10 और पीएलटी विश्व के संलयन अनुसंधान में अगला कदम हैं, वे लगभग समान आकार, समान शक्ति, समान कारावास कारक के साथ हैं। और प्राप्त परिणाम समान हैं: थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन का प्रतिष्ठित तापमान दोनों रिएक्टरों पर पहुंच गया है, और लॉसन मानदंड के अनुसार अंतराल केवल दो सौ गुना है।
- T-15 एक सुपरकंडक्टिंग सोलनॉइड वाला आज का रिएक्टर है जो 3.6 T का क्षेत्र देता है।
- लीबिया
- टीएम-4ए
लिंक
- ई.पी. वेलिखोव; एस.वी. मिर्नोवनियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन फिनिश लाइन (पीडीएफ) में प्रवेश करता है। इनोवेशन एंड थर्मोन्यूक्लियर रिसर्च के लिए ट्रोइट्स्क इंस्टीट्यूट। रूसी अनुसंधान केंद्र "कुरचटोव संस्थान"।. एसी.आर.यू. - समस्या का लोकप्रिय वक्तव्य। 5 फरवरी, 2012 को मूल से संग्रहीत। 8 अगस्त, 2007 को लिया गया।
- सी लेवेलिन-स्मिथ।थर्मोन्यूक्लियर एनर्जी के रास्ते पर। FIAN में 17 मई 2009 को दिए गए व्याख्यान की सामग्री।
- थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन पर एक भव्य प्रयोग संयुक्त राज्य अमेरिका में आयोजित किया जाएगा।
यह सभी देखें
टिप्पणियाँ
- बोंडारेंको बी। डी। "यूएसएसआर में नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन पर सवाल उठाने और अनुसंधान शुरू करने में ओ। ए। लावेरेंटिव की भूमिका" // यूएफएन 171 , 886 (2001).
- "रूसी संघ के राष्ट्रपति के पुरालेख से" खंड में प्रकाशित ए डी सखारोव द्वारा समीक्षा। यूएफएन 171 , 902 (2001), पी. 908।
- यूएसएसआर के भौतिकविदों का वैज्ञानिक समुदाय। 1950-1960 के दशक। दस्तावेज़, संस्मरण, शोध/ पी. वी. विज़गिन और ए. वी. केसेनिख द्वारा संकलित और संपादित। - सेंट पीटर्सबर्ग। : RGHA, 2005. - टी. आई. - एस. 23. - 720 पी। - 1000 प्रतियां।
- प्रारंभिक अमेरिकी थर्मोन्यूक्लियर युद्धपोतों में प्राकृतिक लिथियम ड्यूटेराइड का भी इस्तेमाल किया गया था, जिसमें मुख्य रूप से 7 की द्रव्यमान संख्या वाला लिथियम आइसोटोप होता है। यह ट्रिटियम के स्रोत के रूप में भी कार्य करता है, लेकिन इसके लिए प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले न्यूट्रॉन में 10 MeV की ऊर्जा होनी चाहिए और उच्चतर।
- उच्च तापमान वाले प्लाज्मा पर MHD जनरेटर के साथ न्यूट्रॉन रहित चक्र के थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट (उदाहरण के लिए, D + 3 He → p + 4 He + 18.353 MeV);
- ई. पी. वेलिखोव, एस. वी. पुतविंस्कीथर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर। फोर्निट (22 अक्टूबर, 1999)। - वर्ल्ड फेडरेशन ऑफ साइंटिस्ट्स के एनर्जी सेंटर के ढांचे के भीतर बनाई गई रिपोर्ट दिनांक 10/22/1999। मूल से 5 फरवरी 2012 को संग्रहीत। 16 जनवरी 2011 को लिया गया।
- (अंग्रेज़ी) पोस्टनोट: न्यूक्लियर फ़्यूज़न, 2003
- EFDA | यूरोपीय संलयन विकास समझौता
- तोरे सुप्रा
- टोकामक फ्यूजन टेस्ट रिएक्टर
- प्रिंसटन प्लाज्मा भौतिकी प्रयोगशाला अवलोकन
- एमआईटी प्लाज्मा साइंस एंड फ्यूजन सेंटर: रिसर्च>एल्केटर>
- होम - फ्यूजन वेबसाइट
- फ्यूजन प्लाज्मा अनुसंधान
- कृत्रिम सूर्य
- थर्मोन्यूक्लियर जीरो से निकला - अखबार। आरयू
- फिल्म "स्पाइडर-मैन 2" ("स्पाइडर-मैन 2") के बारे में जानकारी - सिनेमा "कॉसमॉस"
| परमाणु प्रौद्योगिकियां | |
|---|---|
| अभियांत्रिकी | |
| सामग्री | |
| परमाणु ऊर्जा | |
| नाभिकीय औषधि | |
| परमाणु हथियार | |
| ऊर्जा उत्पादों और उद्योगों द्वारा संरचना |
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| बिजली उद्योग: बिजली |
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हमारे सूर्य सहित सभी तारे थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन का उपयोग करके ऊर्जा का उत्पादन करते हैं। वैज्ञानिक दुनिया संकट में है। वैज्ञानिकों को उन सभी तरीकों के बारे में पता नहीं है जिनसे इस तरह के संलयन (थर्मोन्यूक्लियर) प्राप्त किए जा सकते हैं। हल्के परमाणु नाभिकों का संलयन और उनका भारी नाभिकों में परिवर्तन यह दर्शाता है कि ऊर्जा प्राप्त हो चुकी है, जिसे नियंत्रित या विस्फोटक किया जा सकता है। उत्तरार्द्ध का उपयोग थर्मोन्यूक्लियर विस्फोटक संरचनाओं में किया जाता है। एक नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रक्रिया बाकी परमाणु ऊर्जा से भिन्न होती है, जिसमें यह एक क्षय प्रतिक्रिया का उपयोग करता है जब भारी नाभिक को हल्के में विभाजित किया जाता है, लेकिन ड्यूटेरियम (2 एन) और ट्रिटियम (3 एन) का उपयोग करके परमाणु प्रतिक्रियाएं - संलयन, यानी नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर विलय। भविष्य में, इसे हीलियम -3 (3 He) और बोरॉन-11 (11 V) का उपयोग करने की योजना है।
ख्वाब
पारंपरिक और प्रसिद्ध थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन को आज के भौतिकविदों के सपने के साथ भ्रमित नहीं करना चाहिए, जिसके अवतार में अभी तक कोई भी विश्वास नहीं करता है। यह किसी भी, यहां तक कि कमरे के तापमान पर परमाणु प्रतिक्रिया को संदर्भित करता है। इसके अलावा, यह विकिरण और ठंडे थर्मोन्यूक्लियर संलयन की अनुपस्थिति है। विश्वकोश हमें बताता है कि परमाणु-आणविक (रासायनिक) प्रणालियों में एक परमाणु संलयन प्रतिक्रिया एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें किसी पदार्थ के महत्वपूर्ण ताप की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन मानवता ने अभी तक ऐसी ऊर्जा का उत्पादन नहीं किया है। यह इस तथ्य के बावजूद है कि बिल्कुल सभी परमाणु प्रतिक्रियाएं जिनमें संलयन होता है, प्लाज्मा की स्थिति में होती हैं, और इसका तापमान लाखों डिग्री होता है।
फिलहाल, यह भौतिकविदों का सपना भी नहीं है, बल्कि विज्ञान कथा लेखकों का भी है, लेकिन फिर भी, विकास लंबे समय से और लगातार चल रहा है। चेरनोबिल और फुकुशिमा के स्तर के लगातार खतरे के बिना थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन - क्या यह मानव जाति के लाभ के लिए एक महान लक्ष्य नहीं है? विदेशी वैज्ञानिक साहित्य ने इस घटना को अलग-अलग नाम दिए हैं। उदाहरण के लिए, LENR कम ऊर्जा वाली परमाणु प्रतिक्रियाओं के लिए है, और CANR रासायनिक रूप से प्रेरित (सहायता प्राप्त) परमाणु प्रतिक्रियाओं के लिए है। इस तरह के प्रयोगों के सफल कार्यान्वयन को सबसे व्यापक डेटाबेस प्रस्तुत करते हुए अक्सर घोषित किया गया था। लेकिन या तो मीडिया ने एक और "बतख" दिया, या परिणामों ने गलत तरीके से किए गए प्रयोगों की बात की। शीत थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन को अभी तक इसके अस्तित्व के सही मायने में पुख्ता सबूत नहीं मिले हैं।
तारा तत्व
अंतरिक्ष में हाइड्रोजन सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला तत्व है। सूर्य के द्रव्यमान का लगभग आधा और अधिकांश अन्य तारे इसके हिस्से पर पड़ते हैं। हाइड्रोजन न केवल उनकी संरचना में है - इंटरस्टेलर गैस और गैस नेबुला में इसका बहुत कुछ है। और सूर्य सहित तारों की गहराई में, थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की स्थितियां बनती हैं: वहां हाइड्रोजन परमाणुओं के नाभिक हीलियम परमाणुओं में परिवर्तित हो जाते हैं, जिसके माध्यम से विशाल ऊर्जा उत्पन्न होती है। हाइड्रोजन इसका मुख्य स्रोत है। हर सेकंड, हमारा सूर्य अंतरिक्ष में चार मिलियन टन पदार्थ के बराबर ऊर्जा विकीर्ण करता है।
एक हीलियम नाभिक में चार हाइड्रोजन नाभिकों का संलयन यही देता है। जब एक ग्राम प्रोटॉन जलता है, तो थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की ऊर्जा उतनी ही मात्रा में कोयले के जलने की तुलना में बीस मिलियन गुना अधिक निकलती है। स्थलीय परिस्थितियों में, थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की शक्ति असंभव है, क्योंकि ऐसे तापमान और दबाव जो सितारों की गहराई में मौजूद हैं, अभी तक मनुष्य द्वारा महारत हासिल नहीं की गई है। गणना से पता चलता है कि कम से कम तीस अरब वर्षों तक, हाइड्रोजन की उपस्थिति के कारण हमारा सूर्य नहीं मरेगा या कमजोर नहीं होगा। और पृथ्वी पर, लोग अभी समझने लगे हैं कि हाइड्रोजन ऊर्जा क्या है और थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की प्रतिक्रिया क्या है, क्योंकि इस गैस के साथ काम करना बहुत जोखिम भरा है, और इसे स्टोर करना बेहद मुश्किल है। अभी तक मानवता केवल परमाणु को विभाजित कर सकती है। और हर रिएक्टर (परमाणु) इसी सिद्धांत पर बना है।
थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन
परमाणु ऊर्जा परमाणुओं के विभाजन का एक उत्पाद है। दूसरी ओर, संश्लेषण एक अलग तरीके से ऊर्जा प्राप्त करता है - उन्हें एक दूसरे के साथ जोड़कर, जब घातक रेडियोधर्मी अपशिष्ट नहीं बनता है, और समुद्र के पानी की एक छोटी मात्रा उतनी ही ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए पर्याप्त होगी जितनी ऊर्जा से प्राप्त होती है दो टन कोयला जल रहा है। दुनिया की प्रयोगशालाओं में यह पहले ही साबित हो चुका है कि नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन काफी संभव है। हालाँकि, इस ऊर्जा का उपयोग करने वाले बिजली संयंत्र अभी तक नहीं बनाए गए हैं, यहाँ तक कि उनके निर्माण की भी कल्पना नहीं की गई है। लेकिन अकेले संयुक्त राज्य अमेरिका द्वारा नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की घटना की जांच के लिए दो सौ पचास मिलियन डॉलर खर्च किए गए थे।
तब इन अध्ययनों को सचमुच बदनाम कर दिया गया था। 1989 में, रसायनज्ञ एस. पोंस (यूएसए) और एम. फ्लेशमैन (ग्रेट ब्रिटेन) ने पूरी दुनिया के सामने घोषणा की कि उन्होंने एक सकारात्मक परिणाम प्राप्त किया है और थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन लॉन्च किया है। समस्या यह थी कि वैज्ञानिक बहुत जल्दबाजी में थे, वैज्ञानिक दुनिया द्वारा उनकी खोज की समीक्षा के अधीन नहीं थे। मीडिया ने तुरंत सनसनी को पकड़ लिया और इस दावे को सदी की खोज के रूप में दर्ज किया। सत्यापन बाद में किया गया था, और न केवल प्रयोग में त्रुटियों का पता चला था - यह एक विफलता थी। और फिर न केवल पत्रकार निराशा के आगे झुक गए, बल्कि कई उच्च सम्मानित विश्व स्तरीय भौतिक विज्ञानी भी। प्रिंसटन विश्वविद्यालय की प्रतिष्ठित प्रयोगशालाओं ने प्रयोग का परीक्षण करने के लिए पचास मिलियन डॉलर से अधिक खर्च किए। इस प्रकार, इसके उत्पादन के सिद्धांत कोल्ड थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन को छद्म विज्ञान घोषित किया गया। उत्साही लोगों के केवल छोटे और बिखरे हुए समूहों ने ही इन अध्ययनों को जारी रखा।
सार
अब इस शब्द को प्रतिस्थापित करने का प्रस्ताव है, और ठंडे परमाणु संलयन के बजाय, निम्नलिखित परिभाषा सुनाई देगी: एक क्रिस्टल जाली द्वारा प्रेरित एक परमाणु प्रक्रिया। इस घटना को विषम निम्न-तापमान प्रक्रियाओं के रूप में समझा जाता है, जो एक निर्वात में परमाणु टकराव के दृष्टिकोण से असंभव हैं - नाभिक के संलयन के माध्यम से न्यूट्रॉन की रिहाई। ये प्रक्रियाएं यांत्रिक प्रभावों, चरण संक्रमणों, ड्यूटेरियम (हाइड्रोजन) के सोखने या उजाड़ने के तहत क्रिस्टल जाली में लोचदार ऊर्जा के परिवर्तन से प्रेरित गैर-संतुलन ठोस में मौजूद हो सकती हैं। यह पहले से ही प्रसिद्ध गर्म थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया का एक एनालॉग है, जब हाइड्रोजन नाभिक विलीन हो जाते हैं और हीलियम नाभिक में बदल जाते हैं, जिससे विशाल ऊर्जा निकलती है, लेकिन यह कमरे के तापमान पर होता है।
शीत संलयन को रासायनिक रूप से प्रेरित फोटोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं के रूप में अधिक सटीक रूप से परिभाषित किया गया है। प्रत्यक्ष शीत थर्मोन्यूक्लियर संलयन कभी हासिल नहीं किया गया था, लेकिन खोजों ने पूरी तरह से अलग रणनीतियों का सुझाव दिया। एक थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया न्यूट्रॉन की पीढ़ी से शुरू होती है। रासायनिक प्रतिक्रियाओं द्वारा यांत्रिक उत्तेजना से गहरे इलेक्ट्रॉन गोले की उत्तेजना होती है, जिससे गामा या एक्स-रे विकिरण उत्पन्न होता है, जो नाभिक द्वारा अवरोधित होता है। यानी एक फोटोन्यूक्लियर रिएक्शन होता है। नाभिक क्षय, और इस प्रकार न्यूट्रॉन उत्पन्न करते हैं और, संभवतः, गामा किरणें। आंतरिक इलेक्ट्रॉनों को क्या उत्तेजित कर सकता है? शायद सदमे की लहर। पारंपरिक विस्फोटकों के विस्फोट से।
रिएक्टर
चालीस से अधिक वर्षों से, विश्व थर्मोन्यूक्लियर लॉबी थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन में अनुसंधान पर सालाना लगभग एक मिलियन डॉलर खर्च कर रही है, जिसे टोकमाक की मदद से प्राप्त किया जाना चाहिए। हालांकि, लगभग सभी प्रगतिशील वैज्ञानिक इस तरह के शोध के खिलाफ हैं, क्योंकि सकारात्मक परिणाम सबसे अधिक असंभव है। पश्चिमी यूरोप और संयुक्त राज्य अमेरिका ने निराश होकर अपने सभी टोकामकों को नष्ट करना शुरू कर दिया। और केवल रूस में वे अभी भी चमत्कारों में विश्वास करते हैं। हालांकि कई वैज्ञानिक इस विचार को परमाणु संलयन के लिए एक आदर्श ब्रेक विकल्प मानते हैं। टोकामक क्या है? यह एक संलयन रिएक्टर के लिए दो परियोजनाओं में से एक है, जो चुंबकीय कॉइल के साथ एक टॉरॉयडल कक्ष है। और एक तारकीय यंत्र भी है, जिसमें प्लाज्मा को चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, लेकिन चुंबकीय क्षेत्र को प्रेरित करने वाली कुंडलियां टोकामक के विपरीत बाहरी होती हैं।
यह एक बहुत ही जटिल डिजाइन है। TOKAMAK जटिलता के मामले में लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर के लिए काफी योग्य है: दस मिलियन से अधिक तत्व, और कुल लागत, निर्माण और परियोजना लागत के साथ, बीस बिलियन यूरो से अधिक है। कोलाइडर बहुत सस्ता था, और आईएसएस को बनाए रखने में भी अधिक खर्च नहीं होता है। टॉरॉयडल मैग्नेट को अस्सी हजार किलोमीटर सुपरकंडक्टिंग फिलामेंट की आवश्यकता होती है, उनका कुल वजन चार सौ टन से अधिक होता है, और पूरे रिएक्टर का वजन लगभग तेईस हजार टन होता है। उदाहरण के लिए, एफिल टॉवर का वजन सिर्फ सात हजार से अधिक है। टोकामक प्लाज्मा आठ सौ चालीस घन मीटर है। ऊँचाई - तिहत्तर मीटर, उनमें से साठ - भूमिगत। तुलना के लिए: स्पास्काया टॉवर केवल इकहत्तर मीटर ऊंचा है। रिएक्टर प्लेटफॉर्म का क्षेत्रफल बयालीस हेक्टेयर है, जैसे साठ फुटबॉल मैदान। प्लाज्मा तापमान एक सौ पचास मिलियन डिग्री सेल्सियस है। सूर्य के केंद्र में, यह दस गुना कम है। और यह सब नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन (गर्म) के लिए।
भौतिक विज्ञानी और रसायनज्ञ
लेकिन आइए हम फ़्लेशमैन और पोंस की "अस्वीकृत" खोज पर वापस जाएं। उनके सभी सहयोगियों का दावा है कि वे अभी भी ऐसी स्थितियां बनाने में कामयाब रहे हैं जहां ड्यूटेरियम परमाणु तरंग प्रभाव का पालन करते हैं, परमाणु ऊर्जा क्वांटम क्षेत्रों के सिद्धांत के अनुसार गर्मी के रूप में जारी की जाती है। उत्तरार्द्ध, वैसे, पूरी तरह से विकसित है, लेकिन नारकीय रूप से जटिल है और भौतिकी की कुछ विशिष्ट घटनाओं के वर्णन के लिए शायद ही लागू होता है। शायद इसलिए लोग इसे साबित नहीं करना चाहते। फ्लैशमैन एक विस्फोट से प्रयोगशाला के कंक्रीट के फर्श में एक कट का प्रदर्शन करता है जिसका दावा है कि यह एक ठंडे संलयन के कारण हुआ था। हालांकि, भौतिक विज्ञानी रसायनज्ञों पर विश्वास नहीं करते हैं। मुझे आश्चर्य है क्योंकि?
आखिर इस दिशा में अनुसंधान के बंद होने से मानवता के लिए कितने अवसर बंद हो जाते हैं! समस्याएं केवल वैश्विक हैं, और उनमें से कई हैं। और उन सभी को समाधान की आवश्यकता है। यह ऊर्जा का पर्यावरण के अनुकूल स्रोत है, जिसके माध्यम से परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के संचालन, समुद्री जल को विलवणीकृत करने और बहुत कुछ के बाद भारी मात्रा में रेडियोधर्मी कचरे को नष्ट करना संभव होगा। यदि हम इस उद्देश्य के लिए न्यूट्रॉन फ्लक्स का उपयोग किए बिना आवर्त सारणी के कुछ तत्वों को पूरी तरह से अलग करके ऊर्जा के उत्पादन में महारत हासिल कर सकते हैं, जो प्रेरित रेडियोधर्मिता पैदा करते हैं। लेकिन विज्ञान आधिकारिक तौर पर और अब किसी भी रासायनिक तत्व को पूरी तरह से अलग करने के लिए असंभव मानता है।
रॉसी-पार्खोमोव
2009 में, आविष्कारक ए. रॉसी ने रॉसी एनर्जी कैटेलिस्ट नामक एक उपकरण का पेटेंट कराया, जो ठंडे थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन को लागू करता है। इस उपकरण को बार-बार जनता के सामने प्रदर्शित किया गया है, लेकिन स्वतंत्र रूप से सत्यापित नहीं किया गया है। पत्रिका के पन्नों पर भौतिक विज्ञानी मार्क गिब्स ने लेखक और उनकी खोज दोनों को नैतिक रूप से नष्ट कर दिया: एक उद्देश्य विश्लेषण के बिना, वे कहते हैं, घोषित परिणामों के साथ प्राप्त परिणामों के संयोग की पुष्टि करते हुए, यह विज्ञान की खबर नहीं हो सकती है।
लेकिन 2015 में, अलेक्जेंडर पार्कहोमोव ने अपने कम-ऊर्जा (ठंडे) परमाणु रिएक्टर (एलईएनआर) के साथ रॉसी के प्रयोग को सफलतापूर्वक दोहराया और साबित किया कि बाद वाले में बहुत संभावनाएं हैं, हालांकि इसका व्यावसायिक महत्व संदिग्ध है। प्रयोग, जिसके परिणाम परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के संचालन के लिए अखिल रूसी अनुसंधान संस्थान में एक संगोष्ठी में प्रस्तुत किए गए थे, बताते हैं कि रॉसी के दिमाग की उपज, उनके परमाणु रिएक्टर की सबसे आदिम प्रति, ढाई गुना अधिक ऊर्जा का उत्पादन कर सकती है। की तुलना में इसका उपभोग करता है।
एनर्जोनिवा
मैग्नीटोगोर्स्क के प्रसिद्ध वैज्ञानिक, ए.वी. वाचेव ने एनर्जोनिवा इंस्टॉलेशन बनाया, जिसकी मदद से उन्होंने इस प्रक्रिया में तत्वों के रूपांतरण और बिजली उत्पादन के एक निश्चित प्रभाव की खोज की। विश्वास करना मुश्किल था। इस खोज की ओर मौलिक विज्ञान का ध्यान आकर्षित करने के प्रयास व्यर्थ थे। हर तरफ से आलोचना आई। शायद, लेखकों को स्वतंत्र रूप से मनाई गई घटनाओं के बारे में सैद्धांतिक गणना करने की आवश्यकता नहीं थी, या उच्च शास्त्रीय विद्यालय के भौतिकविदों को उच्च वोल्टेज इलेक्ट्रोलिसिस के प्रयोगों के लिए अधिक चौकस होना चाहिए था।
लेकिन दूसरी ओर, इस तरह के संबंध को नोट किया गया था: एक भी डिटेक्टर ने एक भी विकिरण पंजीकृत नहीं किया, लेकिन ऑपरेटिंग इंस्टॉलेशन के पास होना असंभव था। शोध दल में छह लोग शामिल थे। उनमें से पांच की जल्द ही पैंतालीस और पचपन की उम्र के बीच मृत्यु हो गई, और छठा विकलांग हो गया। कुछ समय बाद (लगभग सात से आठ साल तक) मौत पूरी तरह से अलग कारणों से आई। फिर भी, एनर्जोनिवा इंस्टॉलेशन में, तीसरी पीढ़ी के अनुयायियों और वाचेव के छात्र ने प्रयोग किए और यह धारणा बनाई कि मृत वैज्ञानिक के प्रयोगों में कम ऊर्जा वाली परमाणु प्रतिक्रिया हुई।
आई. एस. फिलिमोनेंको
शीत थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन का अध्ययन यूएसएसआर में पिछली शताब्दी के उत्तरार्ध में पहले से ही किया गया था। रिएक्टर को इवान स्टेपानोविच फिलिमोनेंको द्वारा डिजाइन किया गया था। हालांकि, कोई भी इस इकाई के संचालन के सिद्धांतों को समझने में कामयाब नहीं हुआ। इसीलिए, हमारे देश ने परमाणु ऊर्जा प्रौद्योगिकियों के क्षेत्र में एक निर्विवाद नेता की स्थिति के बजाय, एक कच्चे माल के उपांग का स्थान ले लिया है जो अपने स्वयं के प्राकृतिक संसाधनों को बेचता है, भविष्य की पूरी पीढ़ियों को वंचित करता है। लेकिन पायलट प्लांट पहले ही बनाया जा चुका था, और इसने एक गर्म संलयन प्रतिक्रिया उत्पन्न की। विकिरण को दबाने वाली सबसे सफल ऊर्जा संरचनाओं के लेखक इरकुत्स्क क्षेत्र के मूल निवासी थे, जो एक स्काउट, एक आदेश वाहक, एक ऊर्जावान और प्रतिभाशाली भौतिक विज्ञानी आई.एस. फिलिमोनेंको के रूप में अपने सोलह से बीस वर्षों तक पूरे युद्ध से गुजरे।
कोल्ड-टाइप थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन पहले से कहीं ज्यादा करीब था। केवल 1150 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर गर्म संलयन हुआ, और भारी पानी का आधार था। फिलिमोनेंको को पेटेंट से वंचित कर दिया गया था: माना जाता है कि इतने कम तापमान पर परमाणु प्रतिक्रिया असंभव है। लेकिन संश्लेषण चालू था! इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा भारी पानी को ड्यूटेरियम और ऑक्सीजन में विघटित किया गया था, कैथोड के पैलेडियम में ड्यूटेरियम को भंग कर दिया गया था, जहां परमाणु संलयन प्रतिक्रिया हुई थी। उत्पादन बेकार है, यानी विकिरण के बिना, और न्यूट्रॉन विकिरण भी अनुपस्थित था। केवल 1957 में, शिक्षाविदों केल्डिश, कुरचटोव और कोरोलेव के समर्थन को सूचीबद्ध करने के बाद, जिनके अधिकार निर्विवाद थे, फिलिमोनेंको चीजों को जमीन पर लाने में कामयाब रहे।
क्षय
1960 में, यूएसएसआर के मंत्रिपरिषद और सीपीएसयू की केंद्रीय समिति के एक गुप्त फरमान के संबंध में, रक्षा मंत्रालय के नियंत्रण में फिलिमोनेंको के आविष्कार पर काम शुरू हुआ। प्रयोगों के दौरान, शोधकर्ता ने पाया कि रिएक्टर के संचालन के दौरान, कुछ प्रकार का विकिरण दिखाई देता है, जो आइसोटोप के आधे जीवन को बहुत जल्दी कम कर देता है। इस विकिरण की प्रकृति को समझने में आधी सदी लग गई। अब हम जानते हैं कि यह क्या है - डाइन्यूट्रोनियम के साथ न्यूट्रॉन। और फिर, 1968 में, काम व्यावहारिक रूप से बंद हो गया। फिलिमोनेंको पर राजनीतिक विश्वासघात का आरोप लगाया गया था।
1989 में, वैज्ञानिक का पुनर्वास किया गया था। उनके प्रतिष्ठानों को एनपीओ लुच में फिर से बनाया जाने लगा। लेकिन बात प्रयोगों से आगे नहीं बढ़ी - उनके पास समय नहीं था। देश नष्ट हो गया, और नए रूसी के पास मौलिक विज्ञान के लिए समय नहीं था। बीसवीं सदी के सर्वश्रेष्ठ इंजीनियरों में से एक की 2013 में मानव जाति की खुशी को देखे बिना मृत्यु हो गई। दुनिया इवान स्टेपानोविच फिलिमोनेंको को याद करेगी। कोल्ड थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन किसी दिन उनके अनुयायियों द्वारा स्थापित किया जाएगा।
प्रिंसटन प्लाज्मा फिजिक्स लेबोरेटरी के वैज्ञानिकों ने सबसे टिकाऊ परमाणु संलयन उपकरण का विचार प्रस्तावित किया है जो 60 से अधिक वर्षों तक काम कर सकता है। फिलहाल, यह एक कठिन काम है: वैज्ञानिक कुछ मिनटों के लिए काम करने के लिए फ्यूजन रिएक्टर प्राप्त करने के लिए संघर्ष कर रहे हैं - और फिर वर्षों तक। जटिलता के बावजूद, फ्यूजन रिएक्टर का निर्माण विज्ञान के सबसे आशाजनक कार्यों में से एक है, जो महान लाभ ला सकता है। थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के बारे में आपको क्या जानने की जरूरत है, हम आपको बताते हैं।
1. थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन क्या है?
इस बोझिल वाक्यांश से डरो मत, वास्तव में, सब कुछ काफी सरल है। थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन एक प्रकार की परमाणु प्रतिक्रिया है।
एक परमाणु प्रतिक्रिया के दौरान, एक परमाणु का नाभिक या तो एक प्राथमिक कण के साथ या दूसरे परमाणु के नाभिक के साथ संपर्क करता है, जिसके कारण नाभिक की संरचना और संरचना बदल जाती है। एक भारी परमाणु नाभिक दो या तीन लाइटर में क्षय हो सकता है - यह एक विखंडन प्रतिक्रिया है। एक संलयन प्रतिक्रिया भी होती है: यह तब होता है जब दो हल्के परमाणु नाभिक एक भारी नाभिक में विलीन हो जाते हैं।
परमाणु विखंडन के विपरीत, जो अनायास और अनैच्छिक रूप से हो सकता है, बाहरी ऊर्जा की आपूर्ति के बिना परमाणु संलयन असंभव है। जैसा कि आप जानते हैं, विरोधी आकर्षित करते हैं, लेकिन परमाणु नाभिक सकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं - इसलिए वे एक दूसरे को पीछे हटाते हैं। इस स्थिति को कूलम्ब बैरियर कहा जाता है। प्रतिकर्षण पर काबू पाने के लिए इन कणों को पागल गति तक फैलाना आवश्यक है। यह कई मिलियन केल्विन के आदेश पर बहुत उच्च तापमान पर किया जा सकता है। इन प्रतिक्रियाओं को थर्मोन्यूक्लियर कहा जाता है।
2. हमें थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की आवश्यकता क्यों है?
परमाणु और थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं के दौरान, बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है जिसका उपयोग विभिन्न उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है - आप सबसे शक्तिशाली हथियार बना सकते हैं, या आप परमाणु ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित कर सकते हैं और इसे पूरी दुनिया में आपूर्ति कर सकते हैं। परमाणु क्षय ऊर्जा का उपयोग लंबे समय से परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में किया जाता रहा है। लेकिन थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा अधिक आशाजनक दिखती है। एक थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया में, प्रत्येक न्यूक्लियॉन (तथाकथित घटक नाभिक, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) के लिए, परमाणु प्रतिक्रिया की तुलना में बहुत अधिक ऊर्जा निकलती है। उदाहरण के लिए, जब प्रति न्यूक्लियॉन यूरेनियम नाभिक का विखंडन 0.9 MeV (मेगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट) के लिए होता है, और जबहीलियम नाभिक के संश्लेषण में हाइड्रोजन नाभिक से 6 MeV के बराबर ऊर्जा निकलती है। इसलिए, वैज्ञानिक थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं को अंजाम देना सीख रहे हैं।
संलयन अनुसंधान और रिएक्टरों का निर्माण उच्च-तकनीकी उत्पादन के विस्तार की अनुमति देता है, जो विज्ञान और उच्च-तकनीक के अन्य क्षेत्रों में उपयोगी है।
3. थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं क्या हैं?
थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं को आत्मनिर्भर, अनियंत्रित (हाइड्रोजन बम में प्रयुक्त) और नियंत्रित (शांतिपूर्ण उद्देश्यों के लिए उपयुक्त) में विभाजित किया गया है।
सितारों के अंदरूनी हिस्सों में आत्मनिर्भर प्रतिक्रियाएं होती हैं। हालाँकि, इस तरह की प्रतिक्रियाएँ होने के लिए पृथ्वी पर कोई स्थिति नहीं है।
लोग लंबे समय से अनियंत्रित या विस्फोटक थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन का संचालन कर रहे हैं। 1952 में, ऑपरेशन एवी माइक के दौरान, अमेरिकियों ने दुनिया के पहले थर्मोन्यूक्लियर विस्फोटक उपकरण का विस्फोट किया, जिसका हथियार के रूप में कोई व्यावहारिक मूल्य नहीं था। और अक्टूबर 1961 में, इगोर कुरचटोव के नेतृत्व में सोवियत वैज्ञानिकों द्वारा विकसित दुनिया के पहले थर्मोन्यूक्लियर (हाइड्रोजन) बम (ज़ार बॉम्बा, कुज़्किना मदर) का परीक्षण किया गया था। यह मानव जाति के इतिहास में सबसे शक्तिशाली विस्फोटक उपकरण था: विस्फोट की कुल ऊर्जा, विभिन्न स्रोतों के अनुसार, टीएनटी के 57 से 58.6 मेगाटन तक थी। हाइड्रोजन बम में विस्फोट करने के लिए, पारंपरिक परमाणु विस्फोट के दौरान पहले उच्च तापमान प्राप्त करना आवश्यक है - तभी परमाणु नाभिक प्रतिक्रिया करना शुरू कर देगा।
एक अनियंत्रित परमाणु प्रतिक्रिया में विस्फोट की शक्ति बहुत अधिक होती है, इसके अलावा, रेडियोधर्मी संदूषण का अनुपात अधिक होता है। इसलिए, शांतिपूर्ण उद्देश्यों के लिए थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा का उपयोग करने के लिए, यह सीखना आवश्यक है कि इसे कैसे प्रबंधित किया जाए।
4. नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के लिए क्या आवश्यक है?
प्लाज्मा पकड़ो!
अस्पष्ट? अब चलिए समझाते हैं।
सबसे पहले, परमाणु नाभिक। परमाणु ऊर्जा समस्थानिकों का उपयोग करती है - परमाणु जो न्यूट्रॉन की संख्या में एक दूसरे से भिन्न होते हैं और, तदनुसार, परमाणु द्रव्यमान में। हाइड्रोजन आइसोटोप ड्यूटेरियम (D) पानी से निकाला जाता है। सुपरहेवी हाइड्रोजन या ट्रिटियम (टी) हाइड्रोजन का एक रेडियोधर्मी समस्थानिक है जो पारंपरिक परमाणु रिएक्टरों में किए गए क्षय प्रतिक्रियाओं का उप-उत्पाद है। इसके अलावा थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं में, हाइड्रोजन, प्रोटियम के एक प्रकाश समस्थानिक का उपयोग किया जाता है: यह एकमात्र स्थिर तत्व है जिसके नाभिक में न्यूट्रॉन नहीं होते हैं। हीलियम -3 पृथ्वी पर नगण्य मात्रा में निहित है, लेकिन यह चंद्र मिट्टी (रेगोलिथ) में बहुत प्रचुर मात्रा में है: 80 के दशक में, नासा ने रेजोलिथ और आइसोटोप निष्कर्षण के प्रसंस्करण के लिए काल्पनिक प्रतिष्ठानों के लिए एक योजना विकसित की। दूसरी ओर, एक अन्य समस्थानिक, बोरॉन-11, हमारे ग्रह पर व्यापक रूप से फैला हुआ है। पृथ्वी पर 80% बोरॉन परमाणु वैज्ञानिकों के लिए आवश्यक आइसोटोप है।
दूसरा, तापमान बहुत अधिक है। थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया में भाग लेने वाला पदार्थ लगभग पूरी तरह से आयनित प्लाज्मा होना चाहिए - यह एक गैस है जिसमें विभिन्न आवेशों के मुक्त इलेक्ट्रॉन और आयन अलग-अलग तैरते हैं। किसी पदार्थ को प्लाज्मा में बदलने के लिए 10 7 -10 8 K के तापमान की आवश्यकता होती है - ये करोड़ों डिग्री सेल्सियस होते हैं! प्लाज्मा में हाई-पावर इलेक्ट्रिक डिस्चार्ज बनाकर इस तरह के अल्ट्रा-हाई तापमान को प्राप्त किया जा सकता है।
हालांकि, आवश्यक रासायनिक तत्वों को केवल गर्म करना असंभव है। कोई भी रिएक्टर इन तापमानों पर तुरंत वाष्पीकृत हो जाएगा। यहां पूरी तरह से अलग दृष्टिकोण की आवश्यकता है। आज तक, हेवी-ड्यूटी इलेक्ट्रिक मैग्नेट की मदद से प्लाज्मा को सीमित क्षेत्र में रखना संभव है। लेकिन थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप प्राप्त ऊर्जा का पूरी तरह से उपयोग करना अभी तक संभव नहीं है: चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में भी, प्लाज्मा अंतरिक्ष में फैलता है।
5. कौन सी प्रतिक्रियाएं सबसे अधिक आशाजनक हैं?
नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के लिए उपयोग की जाने वाली मुख्य परमाणु प्रतिक्रियाएं ड्यूटेरियम (2H) और ट्रिटियम (3H), और अधिक दूर के भविष्य में, हीलियम -3 (3He) और बोरॉन-11 (11B) का उपयोग करेंगी।
यहां सबसे दिलचस्प प्रतिक्रियाएं हैं।
1) 2 D+ 3T -> 4 He (3.5 MeV) + n (14.1 MeV) - ड्यूटेरियम-ट्रिटियम अभिक्रिया।
2) 2 डी+ 2 डी -> 3 टी (1.01 मेव) + पी (3.02 मेव) 50%
2 D+ 2 D -> 3 He (0.82 MeV) + n (2.45 MeV) 50% तथाकथित ड्यूटेरियम मोनोप्रोपेलेंट है।
प्रतिक्रिया 1 और 2 न्यूट्रॉन रेडियोधर्मी संदूषण से भरे हुए हैं। इसलिए, "न्यूट्रॉन रहित" प्रतिक्रियाएं सबसे आशाजनक हैं।
3) 2 D+ 3 He -> 4 He (3.6 MeV) + p (14.7 MeV) - ड्यूटेरियम हीलियम-3 के साथ प्रतिक्रिया करता है। समस्या यह है कि हीलियम -3 अत्यंत दुर्लभ है। हालांकि, न्यूट्रॉन मुक्त उपज इस प्रतिक्रिया को आशाजनक बनाती है।
4) p+ 11 B -> 3 4 He + 8.7 MeV - बोरॉन-11 प्रोटियम के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिसके परिणामस्वरूप अल्फा कण होते हैं जिन्हें एल्यूमीनियम पन्नी द्वारा अवशोषित किया जा सकता है।
6. ऐसी प्रतिक्रिया कहां करें?
प्राकृतिक संलयन रिएक्टर तारा है। इसमें, प्लाज्मा गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में होता है, और विकिरण अवशोषित होता है - इस प्रकार, कोर ठंडा नहीं होता है।
पृथ्वी पर, थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं केवल विशेष सुविधाओं में ही की जा सकती हैं।
आवेग प्रणाली। ऐसी प्रणालियों में, ड्यूटेरियम और ट्रिटियम अल्ट्रा हाई पावर लेजर बीम या इलेक्ट्रॉन/आयन बीम से विकिरणित होते हैं। इस तरह के विकिरण से थर्मोन्यूक्लियर माइक्रो-विस्फोट का एक क्रम होता है। हालांकि, औद्योगिक पैमाने पर ऐसी प्रणालियों का उपयोग करना लाभहीन है: संलयन के परिणामस्वरूप प्राप्त होने वाली ऊर्जा की तुलना में परमाणुओं के त्वरण पर बहुत अधिक ऊर्जा खर्च की जाती है, क्योंकि सभी त्वरित परमाणु प्रतिक्रिया में प्रवेश नहीं करते हैं। इसलिए, कई देश अर्ध-स्थिर प्रणालियों का निर्माण कर रहे हैं।
अर्ध-स्थिर प्रणाली। ऐसे रिएक्टरों में, प्लाज्मा को कम दबाव और उच्च तापमान पर चुंबकीय क्षेत्र द्वारा धारण किया जाता है। विभिन्न चुंबकीय क्षेत्र विन्यास के आधार पर तीन प्रकार के रिएक्टर होते हैं। ये टोकामक, तारकीय (टॉर्सट्रॉन) और दर्पण जाल हैं।
tokamak"चुंबकीय कॉइल के साथ टॉरॉयडल चैंबर" के लिए खड़ा है। यह एक "डोनट" (टोरस) के रूप में एक कैमरा है, जिस पर कुंडल घाव होते हैं। टोकामक की मुख्य विशेषता प्रत्यावर्ती विद्युत धारा का उपयोग है, जो प्लाज्मा के माध्यम से बहती है, इसे गर्म करती है और अपने चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाकर इसे धारण करती है।
में तारकीय (टॉर्सट्रॉन)चुंबकीय क्षेत्र पूरी तरह से चुंबकीय कॉइल द्वारा समाहित है और टोकामक के विपरीत, लगातार संचालित किया जा सकता है।
वू दर्पण (खुला) जालप्रतिबिंब के सिद्धांत का उपयोग किया जाता है। चैम्बर को दोनों तरफ चुंबकीय "प्लग" द्वारा बंद किया जाता है जो प्लाज्मा को प्रतिबिंबित करता है, इसे रिएक्टर में रखता है।
लंबे समय तक मिरर ट्रैप और टोकामकों ने वर्चस्व के लिए लड़ाई लड़ी। प्रारंभ में, जाल की अवधारणा सरल और इसलिए सस्ती लगती थी। 60 के दशक की शुरुआत में, खुले जाल को भारी वित्त पोषित किया गया था, लेकिन प्लाज्मा की अस्थिरता और चुंबकीय क्षेत्र के साथ इसे शामिल करने के असफल प्रयासों ने इन प्रतिष्ठानों को जटिल बनाने के लिए मजबूर किया - सरल दिखने वाले डिजाइन नारकीय मशीनों में बदल गए, और यह हासिल करने के लिए काम नहीं किया एक स्थिर परिणाम। इसलिए, टोकामक्स 1980 के दशक में सामने आए। 1984 में, यूरोपीय जेट टोकामक लॉन्च किया गया था, जिसकी लागत केवल 180 मिलियन डॉलर थी और जिसके मापदंडों ने थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया को अंजाम देना संभव बना दिया। यूएसएसआर और फ्रांस में, सुपरकंडक्टिंग टोकामक डिजाइन किए गए थे, जो चुंबकीय प्रणाली के संचालन पर लगभग कोई ऊर्जा खर्च नहीं करते थे।
7. अब थर्मोन्यूक्लियर रिएक्शन करना कौन सीख रहा है?
कई देश अपने खुद के फ्यूजन रिएक्टर बना रहे हैं। कजाकिस्तान, चीन, अमेरिका और जापान में प्रायोगिक रिएक्टर हैं। Kurchatov Institute IGNITOR रिएक्टर पर काम कर रहा है। जर्मनी ने वेंडेलस्टीन 7-एक्स तारकीय संलयन रिएक्टर लॉन्च किया।
सबसे प्रसिद्ध अंतरराष्ट्रीय परियोजना कैडराचे रिसर्च सेंटर (फ्रांस) में आईटीईआर टोकामक (आईटीईआर, इंटरनेशनल थर्मोन्यूक्लियर एक्सपेरिमेंटल रिएक्टर) है। इसका निर्माण 2016 में पूरा होना था, लेकिन आवश्यक वित्तीय सहायता की मात्रा बढ़ी है, और प्रयोगों का समय 2025 में स्थानांतरित हो गया है। यूरोपीय संघ, अमेरिका, चीन, भारत, जापान, दक्षिण कोरिया और रूस आईटीईआर की गतिविधियों में भाग लेते हैं। वित्तपोषण में मुख्य हिस्सा यूरोपीय संघ (45%) द्वारा खेला जाता है, बाकी प्रतिभागी उच्च तकनीक वाले उपकरणों की आपूर्ति करते हैं। विशेष रूप से, रूस सुपरकंडक्टिंग सामग्री और केबल, प्लाज्मा हीटिंग (जाइरोट्रॉन) के लिए रेडियो ट्यूब और सुपरकंडक्टिंग कॉइल के लिए फ़्यूज़, साथ ही रिएक्टर के सबसे जटिल हिस्से के लिए घटकों का उत्पादन करता है - पहली दीवार, जिसे विद्युत चुम्बकीय बलों, न्यूट्रॉन विकिरण का सामना करना पड़ता है और प्लाज्मा विकिरण।
8. हम अभी भी थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरों का उपयोग क्यों नहीं करते हैं?
आधुनिक टोकामक प्रतिष्ठान थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर नहीं हैं, बल्कि अनुसंधान प्रतिष्ठान हैं जिनमें प्लाज्मा का अस्तित्व और संरक्षण केवल कुछ समय के लिए ही संभव है। तथ्य यह है कि वैज्ञानिकों ने अभी तक यह नहीं सीखा है कि रिएक्टर में प्लाज्मा को लंबे समय तक कैसे रखा जाए।
फिलहाल, परमाणु संलयन के क्षेत्र में सबसे बड़ी उपलब्धियों में से एक जर्मन वैज्ञानिकों की सफलता है जो हाइड्रोजन गैस को 80 मिलियन डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने और एक चौथाई सेकंड के लिए हाइड्रोजन प्लाज्मा के बादल को बनाए रखने में कामयाब रहे। और चीन में, हाइड्रोजन प्लाज्मा को 49.999 मिलियन डिग्री तक गर्म किया गया और 102 सेकंड के लिए रखा गया। (जी.आई. बुडकर इंस्टीट्यूट ऑफ न्यूक्लियर फिजिक्स, नोवोसिबिर्स्क) के रूसी वैज्ञानिक दस मिलियन डिग्री सेल्सियस तक प्लाज्मा के स्थिर ताप को प्राप्त करने में कामयाब रहे। हालांकि, अमेरिकियों ने हाल ही में प्लाज्मा को 60 वर्षों तक सीमित रखने का एक तरीका प्रस्तावित किया है - और यह आशावाद को प्रेरित करता है।
इसके अलावा, उद्योग में संलयन की लाभप्रदता के संबंध में विवाद है। यह ज्ञात नहीं है कि बिजली उत्पादन के लाभ संलयन की लागतों की भरपाई करेंगे या नहीं। प्रतिक्रियाओं के साथ प्रयोग करने का प्रस्ताव है (उदाहरण के लिए, अन्य प्रतिक्रियाओं के पक्ष में पारंपरिक ड्यूटेरियम-ट्रिटियम या मोनोप्रोपेलेंट प्रतिक्रिया को छोड़ दें), संरचनात्मक सामग्री - या यहां तक कि औद्योगिक थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के विचार को छोड़ दें, इसका उपयोग केवल विखंडन में व्यक्तिगत प्रतिक्रियाओं के लिए करें। प्रतिक्रियाएं। हालांकि, वैज्ञानिक अभी भी प्रयोग करना जारी रखते हैं।
9. क्या फ्यूजन रिएक्टर सुरक्षित हैं?
अपेक्षाकृत। ट्रिटियम, जो थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं में प्रयोग किया जाता है, रेडियोधर्मी है। इसके अलावा, संलयन के परिणामस्वरूप जारी न्यूरॉन्स रिएक्टर संरचना को विकिरणित करते हैं। प्लाज्मा के संपर्क में आने के कारण रिएक्टर के तत्व स्वयं रेडियोधर्मी धूल से ढके होते हैं।
हालांकि, विकिरण के मामले में एक संलयन रिएक्टर परमाणु रिएक्टर की तुलना में अधिक सुरक्षित है। रिएक्टर में अपेक्षाकृत कम रेडियोधर्मी पदार्थ होते हैं। इसके अलावा, रिएक्टर का डिज़ाइन स्वयं "छेद" की अनुपस्थिति को मानता है जिसके माध्यम से विकिरण लीक हो सकता है। रिएक्टर के निर्वात कक्ष को सील किया जाना चाहिए, अन्यथा रिएक्टर बस काम नहीं कर सकता। थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरों के निर्माण के दौरान, परमाणु ऊर्जा द्वारा परीक्षण की गई सामग्री का उपयोग किया जाता है, और कमरों में कम दबाव बनाए रखा जाता है।
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परमाणु ऊर्जा के चार मुख्य स्रोतों में से, केवल दो को अब औद्योगिक कार्यान्वयन में लाया गया है: रेडियोधर्मी क्षय की ऊर्जा का उपयोग वर्तमान स्रोतों में किया जाता है, और विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया का उपयोग परमाणु रिएक्टरों में किया जाता है। परमाणु ऊर्जा का तीसरा स्रोत - प्राथमिक कणों के विनाश ने अभी तक कल्पना के दायरे को नहीं छोड़ा है। चौथा स्रोत नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन, यूटीएस,एजेंडे में है। यद्यपि यह स्रोत अपनी क्षमता में तीसरे स्रोत से कम है, यह दूसरे स्रोत से काफी अधिक है।
प्रयोगशाला स्थितियों में थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन को लागू करना काफी सरल है, लेकिन अभी तक ऊर्जा के प्रजनन को प्राप्त करना संभव नहीं है। हालाँकि, इस दिशा में काम किया जा रहा है, और रेडियोकेमिकल विधियों को भी विकसित किया जा रहा है, सबसे पहले, यूटीएस प्रतिष्ठानों के लिए ट्रिटियम ईंधन के उत्पादन के लिए प्रौद्योगिकियां।
यह अध्याय थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के कुछ रेडियोकेमिकल पहलुओं पर विचार करता है और परमाणु ऊर्जा उद्योग में सीटीएस के लिए सुविधाओं के उपयोग की संभावनाओं पर चर्चा करता है।
नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन- प्रकाश परमाणु नाभिक के भारी नाभिक में संलयन की प्रतिक्रिया, अत्यधिक उच्च तापमान पर होने वाली और साथ में भारी मात्रा में ऊर्जा की रिहाई के साथ। विस्फोटक थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन (हाइड्रोजन बम में प्रयुक्त) के विपरीत, इसे नियंत्रित किया जाता है। नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के कार्यान्वयन के लिए उपयोग की जाने वाली मुख्य परमाणु प्रतिक्रियाओं में, -H और 3 H का उपयोग किया जाएगा, और अधिक दूर के भविष्य में, 3 He और "B"।
नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की उम्मीदें दो परिस्थितियों से जुड़ी हैं: i) यह माना जाता है कि तारे एक स्थिर थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के कारण मौजूद हैं, और 2) एक अनियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रक्रिया को हाइड्रोजन बम के विस्फोट में काफी सरलता से लागू किया गया था। ऐसा लगता है कि नियंत्रित परमाणु संलयन प्रतिक्रिया को बनाए रखने में कोई मौलिक बाधा नहीं है। हालांकि, ऊर्जा लाभ के साथ प्रयोगशाला स्थितियों में सीटीएस को लागू करने के गहन प्रयास पूरी तरह से विफल रहे।
हालांकि, टीसीएफ को अब ऊर्जा उत्पादन में जीवाश्म ईंधन को बदलने के लिए एक महत्वपूर्ण तकनीकी समाधान के रूप में देखा जाता है। बिजली उत्पादन में वृद्धि की आवश्यकता के लिए दुनिया भर में ऊर्जा की आवश्यकता और गैर-नवीकरणीय कच्चे माल की थकावट नए समाधानों की खोज को प्रोत्साहित करती है।
थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर प्रकाश परमाणु नाभिक के संलयन के दौरान निकलने वाली ऊर्जा का उपयोग करते हैं। की याद ताजा:
ट्रिटियम और ड्यूटेरियम नाभिक की संलयन प्रतिक्रिया नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के कार्यान्वयन के लिए आशाजनक है, क्योंकि इसका क्रॉस सेक्शन कम ऊर्जा पर भी काफी बड़ा है। यह अभिक्रिया 3.5-11 J/g का विशिष्ट ऊष्मीय मान प्रदान करती है। मुख्य प्रतिक्रिया D+T=n+a का सबसे बड़ा क्रॉस सेक्शन है ओ टी आह=5 ड्यूटेरॉन ऊर्जा पर अनुनाद पर खलिहान ई पीएसएच एक्स = 0.108 MeV, प्रतिक्रियाओं की तुलना में D+D=n+3He a,„ a *=0.i05 barn; ई अधिकतम = 1.9 MeV, D+D=p+T ओ ताह = 0.09 खलिहान; ई अधिकतम = 2.0 MeV, साथ ही प्रतिक्रिया के साथ 3He+D=p+a a m ax=0.7 barn; ईओटैक्स = 0.4 मेव। अंतिम अभिक्रिया में 18.4 MeV निकलता है। प्रतिक्रिया (3) में, ऊर्जाओं का योग एन+ए 17.6 MeV के बराबर है, परिणामी न्यूट्रॉन की ऊर्जा? n = 14.1 MeV; और परिणामी a-कणों की ऊर्जा 3.5 MeV है। यदि प्रतिक्रियाओं में T(d,n)a and:) He(d,p)a प्रतिध्वनि बल्कि संकीर्ण हैं, तो प्रतिक्रियाओं में D(d,n)3He तथा D(d,p)T बहुत व्यापक हैं क्षेत्र में बड़े मान वाले अनुनाद 1 से 10 MeV और रैखिक वृद्धि 0.1 MeV से 1 MeV तक के क्षेत्र में क्रॉस सेक्शन करते हैं।
टिप्पणी। आसानी से दहनशील डीटी ईंधन के साथ समस्या यह है कि ट्रिटियम प्रकृति में नहीं पाया जाता है और इसे फ्यूजन रिएक्टर के ब्रीडर कंबल में लिथियम से प्राप्त किया जाना चाहिए; ट्रिटियम रेडियोधर्मी है (Ti/2 =12.6 वर्ष), DT-रिएक्टर प्रणाली में 10 से 10 किलोग्राम ट्रिटियम होता है; डीटी प्रतिक्रिया में 80% ऊर्जा 14-MeV न्यूट्रॉन के साथ जारी की जाती है, जो रिएक्टर संरचनाओं में कृत्रिम रेडियोधर्मिता को प्रेरित करती है और विकिरण क्षति उत्पन्न करती है।
अंजीर पर। 1 प्रतिक्रिया क्रॉस सेक्शन (1 - एच) की ऊर्जा निर्भरता को दर्शाता है। प्रतिक्रियाओं (1) और (2) के लिए क्रॉस सेक्शन के ग्राफ़ व्यावहारिक रूप से समान हैं - बढ़ती ऊर्जा के साथ, क्रॉस सेक्शन बढ़ता है और उच्च ऊर्जा पर प्रतिक्रिया की संभावना एक स्थिर मूल्य पर जाती है। प्रतिक्रिया (3) के लिए क्रॉस सेक्शन पहले बढ़ता है, 90 MeV के क्रम की ऊर्जा पर अधिकतम 10 बार्न तक पहुंचता है, और फिर बढ़ती ऊर्जा के साथ घटता है।
चावल। 1. द्रव्यमान प्रणाली के केंद्र में कण ऊर्जा के एक समारोह के रूप में कुछ थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं के क्रॉस सेक्शन: 1 - परमाणु प्रतिक्रिया (3); 2 - प्रतिक्रियाएं (1) और (2)।
त्वरित ड्यूटेरॉन द्वारा ट्रिटियम नाभिक की बमबारी के दौरान बड़े बिखरने वाले क्रॉस सेक्शन के कारण, डी-टी प्रतिक्रिया के अनुसार थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन प्रक्रिया का ऊर्जा संतुलन नकारात्मक हो सकता है, क्योंकि संलयन के दौरान निकलने वाली ऊर्जा की तुलना में ड्यूटेरॉन को तेज करने पर अधिक ऊर्जा खर्च की जाती है। एक सकारात्मक ऊर्जा संतुलन संभव है यदि बमबारी के कण, एक लोचदार टक्कर के बाद, फिर से प्रतिक्रिया में भाग लेने में सक्षम होते हैं। विद्युत प्रतिकर्षण को दूर करने के लिए, नाभिक में बड़ी गतिज ऊर्जा होनी चाहिए। इन स्थितियों को उच्च तापमान वाले प्लाज्मा में बनाया जा सकता है, जिसमें परमाणु या अणु पूरी तरह से आयनित अवस्था में होते हैं। उदाहरण के लिए, DT - प्रतिक्रिया केवल 10 8 K से ऊपर के तापमान पर आगे बढ़ना शुरू होती है। केवल ऐसे तापमान पर प्रति यूनिट वॉल्यूम और प्रति यूनिट "समय की तुलना में अधिक ऊर्जा जारी होती है। CTS में दो समस्याओं को हल करना शामिल है: पदार्थ को गर्म करना आवश्यक तापमान और थर्मोन्यूक्लियर ईंधन के ध्यान देने योग्य हिस्से को "जला" करने के लिए पर्याप्त समय के लिए इसे पकड़ना।
यह माना जाता है कि नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन को महसूस किया जा सकता है यदि लॉसन मानदंड पूरा हो गया है (lt>10'4 s cm-z, जहां पी -उच्च तापमान प्लाज्मा का घनत्व, टी - सिस्टम में इसके प्रतिधारण का समय)।
जब इस मानदंड को पूरा किया जाता है, तो सीटीएस के दौरान जारी ऊर्जा प्रणाली में शुरू की गई ऊर्जा से अधिक हो जाती है।
प्लाज्मा को एक निश्चित आयतन के अंदर ही रखना चाहिए, क्योंकि खाली जगह में प्लाज्मा तुरंत फैलता है। उच्च तापमान के कारण, प्लाज्मा को किसी भी टैंक से टैंक में नहीं रखा जा सकता है
सामग्री। प्लाज्मा को शामिल करने के लिए, एक उच्च शक्ति वाले चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करना आवश्यक है, जो सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट का उपयोग करके बनाया गया है।
चावल। 2. एक टोकामक का योजनाबद्ध आरेख।
यदि आप ऊर्जा लाभ प्राप्त करने का लक्ष्य निर्धारित नहीं करते हैं, तो प्रयोगशाला स्थितियों में सीटीएस को लागू करना काफी सरल है। ऐसा करने के लिए, यूरेनियम विखंडन प्रतिक्रिया पर चलने वाले किसी भी धीमी रिएक्टर के चैनल में लिथियम ड्यूटेराइड के साथ एक ampoule को कम करने के लिए पर्याप्त है (आप प्राकृतिक आइसोटोप संरचना (7% 6 ली) के साथ लिथियम का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन यह बेहतर है अगर यह स्थिर आइसोटोप 6 ली) से समृद्ध है। थर्मल न्यूट्रॉन की क्रिया के तहत, निम्नलिखित परमाणु प्रतिक्रिया होती है:
इस प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, "गर्म" ट्रिटियम परमाणु होते हैं। ट्रिटियम (~3 MeV) के रिकॉइल परमाणु की ऊर्जा LiD में स्थित ड्यूटेरियम के साथ ट्रिटियम की परस्पर क्रिया की प्रतिक्रिया के लिए पर्याप्त है:
ऊर्जा उद्देश्यों के लिए, यह विधि उपयुक्त नहीं है: प्रक्रिया की ऊर्जा लागत जारी ऊर्जा से अधिक है। इसलिए, किसी को सीटीएस को लागू करने के लिए अन्य विकल्पों की तलाश करनी होगी, ऐसे विकल्प जो बड़े ऊर्जा लाभ प्रदान करते हैं।
वे ऊर्जा लाभ के साथ सीटीएस को अर्ध-स्थिर (t> 1 s,) में लागू करने का प्रयास करते हैं। टीजी> यू देखें "ओह, या आवेग प्रणालियों में (t * io .) -8 एस, एन>यू 22 सेमी * एच)। पूर्व में (टोकमक, तारकीय, दर्पण जाल, आदि), प्लाज्मा सीमित है और विभिन्न विन्यासों के चुंबकीय क्षेत्रों में थर्मल रूप से पृथक है। स्पंदित प्रणालियों में, एक शक्तिशाली लेजर या इलेक्ट्रॉन बीम से केंद्रित विकिरण के साथ एक ठोस लक्ष्य (ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के मिश्रण के दाने) को विकिरणित करके प्लाज्मा बनाया जाता है: जब छोटे ठोस लक्ष्यों का एक बीम फोकस से टकराता है, तो थर्मोन्यूक्लियर माइक्रो-विस्फोट की एक क्रमिक श्रृंखला होती है। होता है।
प्लाज्मा को सीमित करने के लिए विभिन्न कक्षों में, टॉरॉयडल विन्यास वाला एक कक्ष आशाजनक है। इस मामले में, प्लाज्मा एक इलेक्ट्रोडलेस रिंग डिस्चार्ज का उपयोग करके टॉरॉयडल कक्ष के अंदर बनाया जाता है। एक टोकामक में, प्लाज्मा में प्रेरित धारा, ट्रांसफॉर्मर की सेकेंडरी वाइंडिंग की तरह होती है। चुंबकीय क्षेत्र, प्लाज्मा को धारण करते हुए, कक्ष के चारों ओर कुंडल के माध्यम से बहने वाली धारा और प्लाज्मा में प्रेरित धारा दोनों द्वारा निर्मित होता है। एक स्थिर प्लाज्मा प्राप्त करने के लिए, एक बाहरी अनुदैर्ध्य चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग किया जाता है।
थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बहुत उच्च तापमान (> 0 8 K) पर प्लाज्मा में होने वाले प्रकाश परमाणु नाभिक की संलयन प्रतिक्रियाओं के कारण ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए एक उपकरण है। थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर को जिस मुख्य आवश्यकता को पूरा करना चाहिए, वह यह है कि के परिणामस्वरूप ऊर्जा जारी होती है
थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं प्रतिक्रिया को बनाए रखने के लिए बाहरी स्रोतों से ऊर्जा लागत की भरपाई से अधिक होती हैं।
चावल। एच। नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के लिए रिएक्टर के मुख्य घटक।
टोकमाक प्रकार के थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर (चुंबकीय कॉइल के साथ टॉरॉयडल चैंबर) में एक वैक्यूम कक्ष होता है जो एक चैनल बनाता है जहां प्लाज्मा प्रसारित होता है, मैग्नेट जो एक क्षेत्र और प्लाज्मा हीटिंग सिस्टम बनाते हैं। यह वैक्यूम पंपों के साथ है जो चैनल से गैसों को लगातार पंप करते हैं, एक ईंधन वितरण प्रणाली के रूप में यह जलता है, और एक डायवर्टर - एक प्रणाली जिसके माध्यम से थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप प्राप्त ऊर्जा को रिएक्टर से हटा दिया जाता है। टॉरॉयडल प्लाज्मा एक निर्वात खोल में होता है। a- थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के परिणामस्वरूप प्लाज्मा में बनने वाले कण और उसमें स्थित होने से इसका तापमान बढ़ जाता है। न्यूट्रॉन निर्वात कक्ष की दीवार में तरल लिथियम, या 6 ली में समृद्ध लिथियम यौगिक युक्त कंबल के क्षेत्र में प्रवेश करते हैं। लिथियम के साथ बातचीत करते समय, न्यूट्रॉन की गतिज ऊर्जा गर्मी में परिवर्तित हो जाती है, और ट्रिटियम एक साथ उत्पन्न होता है। कंबल को एक विशेष खोल में रखा गया है जो चुंबक को उत्सर्जित न्यूट्रॉन, वाई-विकिरण और गर्मी के प्रवाह से बचाता है।
टोकामक-प्रकार के उपकरणों में, एक इलेक्ट्रोडलेस रिंग डिस्चार्ज का उपयोग करके एक टॉरॉयडल कक्ष के अंदर प्लाज्मा बनाया जाता है। इस प्रयोजन के लिए, प्लाज्मा गुच्छा में एक विद्युत प्रवाह बनाया जाता है, और साथ ही इसका अपना चुंबकीय क्षेत्र होता है - प्लाज्मा गुच्छा स्वयं एक चुंबक बन जाता है। अब, एक निश्चित विन्यास के बाहरी चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके, कक्ष के केंद्र में प्लाज्मा बादल को निलंबित करना संभव है, जिससे इसे दीवारों को छूने से रोका जा सके।
डायवर्टर - उपकरणों का एक सेट (विशेष पोलोइडल चुंबकीय कॉइल; प्लाज्मा के संपर्क में पैनल - प्लाज्मा न्यूट्रलाइज़र), जिसकी मदद से प्लाज्मा के साथ दीवार के सीधे संपर्क के क्षेत्र को मुख्य गर्म प्लाज्मा से अधिकतम रूप से हटा दिया जाता है। यह चार्ज कणों की एक धारा के रूप में प्लाज्मा से गर्मी को दूर करने और डायवर्टर प्लेटों पर बेअसर प्रतिक्रिया उत्पादों को पंप करने के लिए कार्य करता है: हीलियम और प्रोटियम। संलयन प्रतिक्रिया में हस्तक्षेप करने वाले दूषित पदार्थों से प्लाज्मा को शुद्ध करता है।
एक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर को रिएक्टर की तापीय शक्ति के अनुपात के बराबर उसके उत्पादन की लागत की शक्ति के बराबर एक शक्ति प्रवर्धन कारक की विशेषता है। रिएक्टर की तापीय शक्ति को जोड़ा जाता है:
- - प्लाज्मा में थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के दौरान जारी शक्ति से;
- - प्लाज्मा में थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया या स्थिर धारा के दहन तापमान को बनाए रखने के लिए प्लाज्मा में पेश की जाने वाली शक्ति से;
- - कंबल में जारी शक्ति से - प्लाज्मा के चारों ओर एक खोल, जिसमें थर्मोन्यूक्लियर न्यूट्रॉन की ऊर्जा का उपयोग किया जाता है और जो चुंबकीय कॉइल को विकिरण जोखिम से बचाने का काम करता है। ब्लैंकेट फ्यूजन रिएक्टर - थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के मुख्य भागों में से एक, प्लाज्मा के चारों ओर एक विशेष शेल, जिसमें थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं होती हैं और जो थर्मोन्यूक्लियर न्यूट्रॉन की ऊर्जा का उपयोग करने का कार्य करती हैं।
कंबल सभी तरफ से प्लाज्मा रिंग को कवर करता है, और D-T संलयन के दौरान पैदा हुए मुख्य ऊर्जा वाहक - 14-MeV न्यूट्रॉन - इसे कंबल को देते हैं), इसे गर्म करते हैं। कंबल में हीट एक्सचेंजर्स होते हैं जिसके माध्यम से पानी पारित किया जाता है। पावर प्लांट की भाप घूमती है भाप टरबाइन, और वह - जनरेटर का रोटर।
कंबल का मुख्य कार्य ऊर्जा की कटाई करना, इसे गर्मी में बदलना और इसे बिजली उत्पादन प्रणालियों में स्थानांतरित करना है, साथ ही साथ ऑपरेटरों और पर्यावरण को थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर द्वारा उत्पन्न आयनकारी विकिरण से बचाना है। थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर में कंबल के पीछे विकिरण सुरक्षा की एक परत होती है, जिसके कार्य इलेक्ट्रोमैग्नेटिक सिस्टम की संचालन क्षमता सुनिश्चित करने के लिए पदार्थ के साथ प्रतिक्रियाओं के दौरान गठित न्यूट्रॉन फ्लक्स और वाई-क्वांटा को और कमजोर करना है। इसके बाद जैविक सुरक्षा होती है, जिसके लिए स्टेशन कर्मी काम कर सकते हैं।
"सक्रिय" कंबल - ब्रीडर, थर्मोन्यूक्लियर ईंधन के घटकों में से एक का उत्पादन करने के लिए डिज़ाइन किया गया। ट्रिटियम का उपभोग करने वाले रिएक्टरों में, कंबल में ट्रिटियम के कुशल उत्पादन को सुनिश्चित करने के लिए डिज़ाइन की गई ब्रीडर सामग्री (लिथियम यौगिक) शामिल हैं।
ड्यूटेरियम-ट्रिटियम ईंधन पर थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर का संचालन करते समय, रिएक्टर में ईंधन (डी + टी) की मात्रा को फिर से भरना और प्लाज्मा से 4He को निकालना आवश्यक है। प्लाज्मा में प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप, ट्रिटियम जल जाता है, और संलयन ऊर्जा का मुख्य भाग न्यूट्रॉन में स्थानांतरित हो जाता है, जिसके लिए प्लाज्मा पारदर्शी होता है। इससे प्लाज्मा और विद्युत चुम्बकीय प्रणाली के बीच एक विशेष क्षेत्र स्थापित करने की आवश्यकता होती है, जिसमें जलने योग्य ट्रिटियम का पुनरुत्पादन होता है और न्यूट्रॉन ऊर्जा का मुख्य भाग अवशोषित होता है। इस क्षेत्र को ब्रीडर कंबल कहा जाता है। यह प्लाज्मा में जले हुए ट्रिटियम का पुनरुत्पादन करता है।
एक कंबल में ट्रिटियम का उत्पादन परमाणु प्रतिक्रियाओं के अनुसार न्यूट्रॉन फ्लक्स के साथ लिथियम विकिरण द्वारा किया जा सकता है: 6 ली (एन, ए) टी + 4.8 मेव और 7 ली (एन, एन'ए) - 2.4 मेव।
लिथियम से ट्रिटियम का उत्पादन करते समय, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि प्राकृतिक लिथियम में दो समस्थानिक होते हैं: 6 ली (7.52%) और 7 ली (92.48%)। शुद्ध 6 ली 0 = 945 बार्न के साथ थर्मल न्यूट्रॉन का अवशोषण क्रॉस सेक्शन, और प्रतिक्रिया (पी, पी) के लिए सक्रियण क्रॉस सेक्शन 0.028 बार्न है। प्राकृतिक लिथियम में, यूरेनियम के विखंडन के दौरान उत्पन्न न्यूट्रॉन को हटाने के लिए क्रॉस सेक्शन 1.01 बार्न है, और थर्मल न्यूट्रॉन के अवशोषण के लिए क्रॉस सेक्शन लगभग = 70.4 बार्न है।
थर्मल न्यूट्रॉन 6 Li के विकिरण कैप्चर के दौरान y-विकिरण का ऊर्जा स्पेक्ट्रा निम्नलिखित मूल्यों की विशेषता है: .94 MeV। कुल ऊर्जा
प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप डी-टी ईंधन पर चलने वाले थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर में:
y-विकिरण प्रति न्यूट्रॉन कैप्चर 1.45 MeV के बराबर है। 7 ली के लिए, अवशोषण क्रॉस सेक्शन 0.047 बार्न है और सक्रियण क्रॉस सेक्शन 0.033 बार्न (2.8 MeV से ऊपर न्यूट्रॉन ऊर्जा पर) है। प्राकृतिक संरचना के विखंडन न्यूट्रॉन LiH के निष्कर्षण के लिए क्रॉस सेक्शन = 1.34 खलिहान, धात्विक Li - 1.57 खलिहान, LiF - 2.43 खलिहान।
थर्मोन्यूक्लियर न्यूट्रॉन बनते हैं, जो प्लाज्मा मात्रा को छोड़कर, लिथियम और बेरिलियम युक्त कंबल क्षेत्र में गिर जाते हैं, जहां निम्नलिखित प्रतिक्रियाएं होती हैं:
इस प्रकार, संलयन रिएक्टर ड्यूटेरियम और लिथियम को जला देगा, और प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप, अक्रिय गैस हीलियम का निर्माण होगा।
प्लाज्मा में D-T प्रतिक्रिया के दौरान, ट्रिटियम जल जाता है और 14.1 MeV की ऊर्जा वाला एक न्यूट्रॉन बनता है। एक कंबल में, इस न्यूट्रॉन को प्लाज्मा में अपने नुकसान को कवर करने के लिए कम से कम एक ट्रिटियम परमाणु उत्पन्न करना चाहिए। ट्रिटियम प्रजनन दर प्रति("एक घटना थर्मोन्यूक्लियर न्यूट्रॉन के प्रति कंबल में गठित ट्रिटियम की मात्रा") कंबल में न्यूट्रॉन स्पेक्ट्रम, न्यूट्रॉन अवशोषण और रिसाव की परिमाण पर निर्भर करता है। कश्मीर> 1,05.
चावल। अंजीर। 4. न्यूट्रॉन ऊर्जा पर ट्रिटियम गठन की परमाणु प्रतिक्रियाओं के क्रॉस सेक्शन की निर्भरता: 1 - प्रतिक्रिया 6 ली (एन, टी) '» वह, 2 - प्रतिक्रिया 7 ली (एन, एन', 0 4 हे।
6 ली नाभिक के लिए, ट्रिटियम के गठन के साथ थर्मल न्यूट्रॉन का अवशोषण क्रॉस सेक्शन बहुत बड़ा है (0.025 eV पर 953 खलिहान)। कम ऊर्जा पर, ली में न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन कानून (एल/यू) का पालन करता है और प्राकृतिक लिथियम के मामले में थर्मल न्यूट्रॉन के लिए 71 बार्न तक पहुंच जाता है। 7 ली के लिए, न्यूट्रॉन के साथ बातचीत के लिए क्रॉस सेक्शन केवल 0.045 खलिहान है। इसलिए, ब्रीडर के प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए, प्राकृतिक लिथियम को 6 ली आइसोटोप में समृद्ध किया जाना चाहिए। हालांकि, आइसोटोप के मिश्रण में 6 ली की सामग्री में वृद्धि से ट्रिटियम के प्रजनन अनुपात पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है: मिश्रण में आइसोटोप 6 ली से 50% तक संवर्धन में वृद्धि के साथ 5% की वृद्धि हुई है। प्रतिक्रिया में 6 Li(n, T)» सभी धीमे न्यूट्रॉन अवशोषित नहीं होते हैं। ऊष्मीय क्षेत्र में मजबूत अवशोषण के अलावा, एक छोटा अवशोषण होता है (
प्रतिक्रिया के लिए क्रॉस सेक्शन की निर्भरता 6 Li(n,T) 4 वह न्यूट्रॉन ऊर्जा पर चित्र में दिखाया गया है। 7. जैसा कि कई अन्य परमाणु प्रतिक्रियाओं के लिए विशिष्ट है, 6 Li(n,f) 4 He प्रतिक्रिया के लिए क्रॉस सेक्शन न्यूट्रॉन ऊर्जा बढ़ने के साथ घट जाती है (0.25 MeV पर प्रतिध्वनि के अपवाद के साथ)।
ली आइसोटोप पर ट्रिटियम के गठन के साथ प्रतिक्रिया तेजी से न्यूट्रॉन के साथ ?n>2.8 MeV की ऊर्जा पर आगे बढ़ती है। इस प्रतिक्रिया में
ट्रिटियम का उत्पादन होता है और न्यूट्रॉन का कोई नुकसान नहीं होता है।
6 ली के लिए एक परमाणु प्रतिक्रिया ट्रिटियम का विस्तारित प्रजनन नहीं दे सकती है और केवल जले हुए ट्रिटियम की भरपाई करती है
?1l की प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप प्रत्येक अवशोषित न्यूट्रॉन के लिए एक ट्रिटियम नाभिक दिखाई देता है और इस न्यूट्रॉन का पुनर्जनन होता है, जो तब धीमा होने के दौरान अवशोषित हो जाता है और एक और ट्रिटियम नाभिक देता है।
टिप्पणी। प्राकृतिक ली में, ट्रिटियम प्रजनन गुणांक प्रति"2. ली के लिए, LiFBeF 2 , Li 2 0, LiF, Y^Pbz कश्मीर = 2.0; 0.95; 1.1; 1.05 और i.6, क्रमशः। पिघला हुआ नमक LiF (66%) + BeF 2 (34%) फ्लाईब कहलाता है ( FLIBe), इसका उपयोग सुरक्षा और ट्रिटियम के नुकसान को कम करने की दृष्टि से बेहतर है।
चूंकि डीटी प्रतिक्रिया के प्रत्येक न्यूट्रॉन ट्रिटियम परमाणु के निर्माण में भाग नहीं लेते हैं, इसलिए प्राथमिक न्यूट्रॉन (14.1 MeV) को (n, 2n) या (n, cn) प्रतिक्रिया का उपयोग करके उन तत्वों पर गुणा करना आवश्यक है, जिनके पास पर्याप्त मात्रा में है। उदाहरण के लिए, y Be, Pb, Mo, Nb और कई अन्य सामग्रियों के साथ तेजी से न्यूट्रॉन की बातचीत के दौरान बड़ा क्रॉस सेक्शन जेड> 25. बेरिलियम के लिए, दहलीज (एन, 2 .) पी)प्रतिक्रिया 2.5 MeV; 14 MeV 0 = 0.45 खलिहान पर। नतीजतन, तरल या सिरेमिक लिथियम (LiA10 2) के साथ कंबल के संस्करणों में, इसे प्राप्त करना संभव है प्रति* 1.1+1.2. यदि रिएक्टर कक्ष यूरेनियम कंबल से घिरा हुआ है, तो विखंडन प्रतिक्रियाओं और (एन, 2 एन), (एन, जेडएल) प्रतिक्रियाओं के कारण न्यूट्रॉन गुणन में काफी वृद्धि हो सकती है।
टिप्पणी 1. न्यूट्रॉन के साथ विकिरण पर लिथियम की प्रेरित गतिविधि व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित है, क्योंकि परिणामी रेडियोधर्मी आइसोटोप 8Li (12.7 MeV की ऊर्जा के साथ सीआर-विकिरण और ~ 6 MeV की ऊर्जा के साथ /?-विकिरण) का आधा बहुत कम है -जीवन - 0.875 एस। लिथियम की कम सक्रियता और कम आधा जीवन पौधे की जैविक सुरक्षा की सुविधा प्रदान करता है।
टिप्पणी 2। थर्मोन्यूक्लियर डीटी-रिएक्टर के कंबल में निहित ट्रिटियम की गतिविधि ~ * 10 6 सीआई है; इसलिए, डीटी-ईंधन का उपयोग चेरनोबिल के कई प्रतिशत के पैमाने पर दुर्घटना की सैद्धांतिक संभावना को बाहर नहीं करता है one (रिलीज़ 510 7 Ci था)। टी 2 0 के गठन के साथ ट्रिटियम की रिहाई से रेडियोधर्मी गिरावट हो सकती है, भूजल, जल निकायों, जीवित जीवों, संचय वाले पौधों, अंततः भोजन में ट्रिटियम का प्रवेश हो सकता है।
प्रजनक की सामग्री और समग्र स्थिति का चुनाव एक गंभीर समस्या है। ब्रीडर की सामग्री को ट्रिटियम में लिथियम के रूपांतरण का एक उच्च प्रतिशत प्रदान करना चाहिए और बाद में ईंधन तैयारी प्रणाली में स्थानांतरित करने के लिए बाद के आसान निष्कर्षण को प्रदान करना चाहिए।
ब्रीडर कंबल के मुख्य कार्यों में शामिल हैं: प्लाज्मा कक्ष का निर्माण; गुणांक k>i के साथ ट्रिटियम उत्पादन; न्यूट्रॉन की गतिज ऊर्जा का ऊष्मा में रूपांतरण; थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के संचालन के दौरान कंबल में उत्पन्न गर्मी का उपयोग; विद्युत चुम्बकीय प्रणाली की विकिरण सुरक्षा; जैविक विकिरण संरक्षण।
कंबल की सामग्री के आधार पर डी-टी-ईंधन पर एक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर "स्वच्छ" या संकर हो सकता है। एक "स्वच्छ" थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के कंबल में ली होता है, जिसमें न्यूट्रॉन की क्रिया के तहत, ट्रिटियम प्राप्त होता है और थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया को 17.6 MeV से बढ़ाकर 22.4 कर दिया जाता है।
मेव. एक हाइब्रिड ("सक्रिय") थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के कंबल में, न केवल ट्रिटियम का उत्पादन होता है, बल्कि ऐसे क्षेत्र भी होते हैं जिनमें 2 39Pu प्राप्त करने के लिए अपशिष्ट 2 s 8 रखा जाता है। इस स्थिति में, कंबल में 140 MeV प्रति न्यूट्रॉन के बराबर ऊर्जा निकलती है। हाइब्रिड फ्यूजन रिएक्टर की ऊर्जा दक्षता स्वच्छ रिएक्टर की तुलना में छह गुना अधिक होती है। साथ ही, थर्मोन्यूक्लियर न्यूट्रॉन का बेहतर अवशोषण प्राप्त होता है, जिससे सुविधा की सुरक्षा बढ़ जाती है। हालांकि, विखंडनीय रेडियोधर्मी पदार्थों की उपस्थिति परमाणु विखंडन रिएक्टरों के समान विकिरण वातावरण बनाती है।
चावल। पांच।
तरल ट्रिटियम-उपजाऊ सामग्री के उपयोग या ठोस लिथियम युक्त सामग्री के उपयोग के आधार पर दो शुद्ध ब्रीडर कंबल अवधारणाएं हैं। कंबल डिजाइन विकल्प चुने गए शीतलक के प्रकार (तरल धातु, तरल नमक, गैस, कार्बनिक, पानी) और संभावित संरचनात्मक सामग्री के वर्ग से जुड़े होते हैं।
कंबल के तरल संस्करण में, लिथियम शीतलक है, और ट्रिटियम उपजाऊ सामग्री है। कंबल खंड में पहली दीवार, एक ब्रीडर ज़ोन (पिघला हुआ लिथियम नमक, एक परावर्तक (स्टील या टंगस्टन) और एक हल्का परिरक्षण घटक (उदाहरण के लिए, टाइटेनियम हाइड्राइड) होता है। स्व-ठंडा लिथियम कंबल की मुख्य विशेषता अनुपस्थिति है एक अतिरिक्त न्यूट्रॉन मॉडरेटर और न्यूट्रॉन ब्रीडर का। निम्नलिखित लवणों का उपयोग करें: Li 2 BeF 4 ( टी पीएल = 459°), LiBeF 3 (टी डब्ल्यूएक्स।=380°), FLiNaBe (7^=305-320°)। दिए गए लवणों में, Li 2 BeF 4 की श्यानता सबसे कम है, लेकिन उच्चतम ट्वेल।परिप्रेक्ष्य Pb-Li eutectic और FLiNaBe पिघला हुआ है, जो एक स्व-कूलर के रूप में भी कार्य करता है। ऐसे ब्रीडर में न्यूट्रॉन ब्रीडर गोलाकार होते हैं 2 मिमी व्यास के दाने होते हैं।
एक ठोस ब्रीडर के साथ एक कंबल में, लिथियम युक्त सिरेमिक का उपयोग ब्रीडर सामग्री के रूप में किया जाता है, और बेरिलियम न्यूट्रॉन ब्रीडर के रूप में कार्य करता है। इस तरह के कंबल की संरचना में शीतलक कलेक्टरों के साथ पहली दीवार जैसे तत्व शामिल हैं; न्यूट्रॉन प्रजनन क्षेत्र; ट्रिटियम प्रजनन क्षेत्र; ट्रिटियम के प्रजनन और प्रजनन क्षेत्रों को ठंडा करने के लिए चैनल; लोहे की सुरक्षा; कंबल बन्धन तत्व; शीतलक और ट्रिटियम वाहक गैस के इनलेट और आउटलेट के लिए लाइनें। संरचनात्मक सामग्री - वैनेडियम मिश्र और फेरिटिक या फेरिटिक-मार्टेंसिटिक वर्ग के स्टील। विकिरण सुरक्षा स्टील शीट से बनी होती है। उपयोग किया जाने वाला शीतलक यूएमपीए दबाव के तहत गैसीय हीलियम है जिसका इनलेट तापमान 300 0 है, और शीतलक का आउटलेट तापमान 650 0 है।
रेडियोकेमिकल कार्य ट्रिटियम को ईंधन चक्र में अलग करना, शुद्ध करना और वापस करना है। इसी समय, ईंधन घटकों (ब्रीडर सामग्री) के पुनर्जनन प्रणालियों के लिए कार्यात्मक सामग्री का चुनाव महत्वपूर्ण है। ब्रीडर (ब्रीडर) की सामग्री को थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन ऊर्जा को हटाने, ट्रिटियम की पीढ़ी और बाद में शुद्धिकरण और रिएक्टर ईंधन में परिवर्तन के लिए इसके कुशल निष्कर्षण को सुनिश्चित करना चाहिए। इस प्रयोजन के लिए, उच्च तापमान, विकिरण और यांत्रिक प्रतिरोध वाली सामग्री की आवश्यकता होती है। समान रूप से महत्वपूर्ण सामग्री की प्रसार विशेषताएं हैं, जो उच्च ट्रिटियम गतिशीलता सुनिश्चित करती हैं और, परिणामस्वरूप, अपेक्षाकृत कम तापमान पर ब्रीडर सामग्री से ट्रिटियम निष्कर्षण की अच्छी दक्षता।
कंबल के काम करने वाले पदार्थ हो सकते हैं: सिरेमिक ली 4 Si0 4 (या ली 2 Ti0 3) - एक प्रजनन सामग्री और बेरिलियम - एक न्यूट्रॉन ब्रीडर। ब्रीडर और बेरिलियम दोनों का उपयोग मोनोडिस्पर्स कंकड़ (गोलाकार के करीब आकार के दाने) की एक परत के रूप में किया जाता है। Li 4 Si0 4 और Li 2 Ti0 3 कणिकाओं के व्यास क्रमशः 0.2–10.6 मिमी और 0.8 मिमी की सीमा में भिन्न होते हैं, जबकि बेरिलियम कणिकाओं का व्यास 1 मिमी होता है। कणिकाओं की परत के प्रभावी आयतन का हिस्सा 63% है। ट्रिटियम के प्रजनन के लिए, सिरेमिक ब्रीडर को 6 ली आइसोटोप से समृद्ध किया जाता है। 6 ली के लिए विशिष्ट संवर्धन स्तर: ली 4 Si0 4 के लिए 40% और ली 2 Ti0 3 के लिए 70%।
वर्तमान में, लिथियम मेटाटिनेट 1l 2 TiO 3 को अपेक्षाकृत कम तापमान (200 से 400 0 तक), विकिरण और रासायनिक प्रतिरोध पर ट्रिटियम रिलीज की अपेक्षाकृत उच्च दर के कारण सबसे आशाजनक माना जाता है। यह प्रदर्शित किया गया था कि तीव्र न्यूट्रॉन विकिरण और थर्मल प्रभावों की स्थितियों के तहत लिथियम टाइटेनेट ग्रैन्यूल 96% 6 ली तक समृद्ध होते हैं, जिससे लिथियम को व्यावहारिक रूप से स्थिर दर पर दो साल तक उत्पन्न करना संभव हो जाता है। न्यूट्रॉन-विकिरणित सिरेमिक से ट्रिटियम का निष्कर्षण निरंतर पंपिंग मोड में ब्रीडर सामग्री के क्रमादेशित हीटिंग द्वारा किया जाता है।
यह माना जाता है कि परमाणु उद्योग में थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन सुविधाओं का उपयोग तीन क्षेत्रों में किया जा सकता है:
- - हाइब्रिड रिएक्टर, जिसमें कंबल में विखंडनीय न्यूक्लाइड (यूरेनियम, प्लूटोनियम) होते हैं, जिसके विखंडन को उच्च-ऊर्जा (14 MeV) न्यूट्रॉन के एक शक्तिशाली प्रवाह द्वारा नियंत्रित किया जाता है;
- - इलेक्ट्रोन्यूक्लियर सबक्रिटिकल रिएक्टरों में दहन आरंभकर्ता;
- - रेडियोधर्मी कचरे को बेअसर करने के लिए लंबे समय तक रहने वाले पर्यावरणीय रूप से खतरनाक रेडियोन्यूक्लाइड का रूपांतरण।
थर्मोन्यूक्लियर न्यूट्रॉन की उच्च ऊर्जा क्रॉस सेक्शन के गुंजयमान क्षेत्र में एक विशिष्ट रेडियोन्यूक्लाइड को जलाने के लिए न्यूट्रॉन के ऊर्जा समूहों को अलग करने के लिए महान अवसर प्रदान करती है।