Ühendkuningriigi termotuumasünteesiprogramm: STEPi prototüüpelektrijaama kontseptsiooni väljatöötamine avalikustati 

Ühendkuningriigi termotuumasünteesienergia tootmise lähenemisviis kujunes välja, kui 2019. aastal kuulutati välja STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) programm. Selle esimene etapp (2019–2024) lõppes integreeritud termotuumasünteesi prototüübi jõujaama ideekavandi avaldamisega. See põhineb magnetvälja kasutamisel plasma piiramiseks tokamaki masinaga, kuid Ühendkuningriigi STEP kasutab ITERis kasutatava traditsioonilise sõõrikukujulise tokamaki asemel sfäärilist tokamaki. Arvatakse, et sfäärilisel tokamakil on mitmeid eeliseid. Tehas ehitatakse Nottinghamshire'i ja see peaks tööle 2040. aastate alguses.  

Vajadus usaldusväärse puhta energia allika järele, et rahuldada kasvava rahvastiku ja maailmamajanduse kasvavat energianõudlust, mis aitaks kiiresti toime tulla väljakutsetega (mis tulenevad ammenduvatest fossiilkütustest, süsinikuheitest ja kliimamuutustest, tuumalõhustumisreaktoritega seotud keskkonnariskidest ja kehvadest tingimustest). taastuvate energiaallikate mastaapsust) pole kunagi varem olnud nii intensiivselt tunda kui praegu.  

Looduses toidab tuumasünteesi tähti, sealhulgas meie päikest, mis toimuvad tähtede tuumas, kus valitsevad termotuumasünteesi tingimused (st ülikõrge temperatuur sadade miljonite kraadide kraadides ja rõhk). Võimalus luua maa peal kontrollitud termotuumasünteesi tingimusi on piiramatult puhta energia võtmeks. See hõlmab väga kõrge temperatuuriga termotuumasünteesi keskkonna loomist, et kutsuda esile suure energiaga kokkupõrkeid, millel on piisav plasmatihedus, et suurendada kokkupõrgete tõenäosust ja mis võib plasmat piisavalt kaua piirata, et võimaldada sulandumist. Ilmselgelt on infrastruktuur ja tehnoloogia ülekuumenenud plasma piiramiseks ja kontrollimiseks termotuumasünteesienergia ärilise kasutamise põhinõue. Kogu maailmas uuritakse ja rakendatakse erinevaid lähenemisviise plasma piiramiseks termotuumasünteesienergia kaubanduslikuks realiseerimiseks.   

Inertsiaalne sulandumine (ICF) 

Inertsiaalse termotuumasünteesi lähenemisviisi korral luuakse termotuumasünteesi tingimused väikese koguse tuumasünteesikütuse kiirel kokkupressimisel ja kuumutamisel. Lawrence Livermore'i riiklikus laboris (LLNL) asuv riiklik süüteseade (NIF) kasutab laseriga juhitavat implosioonitehnikat deuteerium-triitiumkütusega täidetud kapslite plahvatamiseks suure energiaga laserkiirte abil. NIF saavutas termotuumasünteesi esimest korda 2022. aasta detsembris. Seejärel demonstreeriti termotuumasünteesi süttimist kolmel korral 2023. aastal, mis kinnitas kontseptsiooni tõestust, et juhitud tuumasünteesi saab kasutada energiavajaduste rahuldamiseks.  

Plasma lähenemise magnetiline piiramine  

Paljudes kohtades proovitakse kasutada magneteid plasma piiramiseks ja juhtimiseks termotuumasünteesi jaoks. Lõuna-Prantsusmaal St. Paul-lez-Durance'is asuv 35 riigi kõige ambitsioonikam termotuumasünteesialane koostöö IITER kasutab ringtorust (või sõõriku magnetseadet) nimega tokamak, mis on mõeldud termotuumasünteesikütuse piiramiseks pikkadeks perioodideks piisavalt kõrgel temperatuuril. fusioonsüüte toimuma. Juhtiv termotuumasünteesielektrijaamade plasmasulgumise kontseptsioon, tokamakid suudavad hoida termotuumasünteesi reaktsiooni nii kaua, kuni plasma püsib stabiilsena. ITERi tokamak saab olema maailma suurim.   

Ühendkuningriigi STEP (sfääriline tokamak energiatootmiseks) termotuumasünteesiprogramm: 

Nagu ITER, põhineb Ühendkuningriigi termotuumasünteesi programm STEP plasma magnetilisel piiramisel tokamaki abil. STEP-programmi tokamak on aga sfääriline (ITERi sõõriku asemel). Sfääriline tokamak on kompaktne, kulutõhus ja seda võib olla lihtsam skaleerida.  

STEP programm kuulutati välja 2019. aastal. Selle esimene etapp (2019–2024) lõppes integreeritud termotuumasünteesi prototüübi jõuallika ideekavandi avaldamisega.  

Royal Society filosoofiliste tehingute A teemanumber pealkirjaga "Termotuumaenergia tarnimine – sfääriline tokamak energia tootmiseks (STEP)15. augustil 26 avaldati 2024 eelretsenseeritud artiklit, milles kirjeldatakse Ühendkuningriigi esimese termotuumasünteesi abil elektrit tootva prototüüpjaama kavandamise ja ehitamise programmi tehnilist arengut. Dokumendid annavad täieliku ülevaate vajalikest disaini- ja ülevaadetehnoloogiatest ning nende integreerimisest prototüüptehasesse 2040. aastate alguseks.  

STEP-programmi eesmärk on sillutada teed termotuumasünteesi ärilisele elujõulisusele, näidates netoenergiat, kütusevarustamist ja elujõulist teed jaama hooldamiseks. Täielikult töötava tehase prototüübi tarnimisel kasutatakse terviklikku lähenemisviisi, mis käsitleb ka dekomisjoneerimist osana. 

*** 

viited:  

1. Ühendkuningriigi valitsus. Pressiteade – Ühendkuningriik on termotuumasünteesi jõuallikate disainis maailmas juhtiv. Avaldatud 03. september 2024. Saadaval aadressil https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design  

2. "Fusion Energy tarnimine – sfääriline tokamak energia tootmiseks (STEP). Temaatiline Royal Society väljaanne Philosophical Transactions A,. Kõik 15. augustil 26 avaldatud teemanumbri 2024 eelretsenseeritud artiklit. Saadaval aadressil https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280  

3. Ühendkuningriigi teadlased paljastavad pilgu uudse termotuumasünteesielektrijaama projektidele. Teadus. 4. september 2024. DOI:  https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a 

*** 

Teemaga seotud artiklid  

• Pruunid kääbused (BD): James Webbi teleskoop tuvastab väikseima objekti, mis on moodustatud tähetaoliselt (5 jaanuar 2024) 

• "Fusion Ignition" demonstreeriti neljandat korda Lawrence'i laboris (20 detsember 2023) 

• Fusion Ignition muutub reaalsuseks; Lawrence'i laboris saavutatud energiakatkestus  (15 detsember 2022)  

***