Ülkemizde "yapay güneş" in sıcaklığı, güneşin çekirdeğinin 5 katıdır.
Her şey güneş tarafından büyür. Kömür, petrolden, doğalgazdan rüzgar enerjisine ve biyokütleye kadar bugün insan toplumunun işleyişini destekleyen neredeyse tüm enerji, esasen güneş enerjisidir ve güneşteki enerji, dahili nükleer füzyon reaksiyonlarından gelir. Tıpkı çocuk şarkısında olduğu gibi, "Büyüdüğümde güneşi dikmek için güzel bir dileğim var." Uzun süredir insanlar, sonsuz bir kaynak elde etmek için kontrollü bir nükleer füzyon reaksiyonu yoluyla "yapay bir güneş" yaratmayı umuyorlardı. Enerji, insanların hayatlarını büyük ölçüde iyileştirir.
People's Daily Overseas Edition (Han Weizheng ve Liu Leyi) Kısa bir süre önce, China National Nuclear Corporation, yeni nesil kontrol edilebilir nükleer füzyon araştırma cihazı "China Circulator No. 2 M" nin 2020'de faaliyete geçmesinin beklendiğini duyurdu. Çin Ulusal Nükleer Şirketi Güneybatı Fizik Enstitüsü müdürü Duan Xuru, deneysel cihazın tamamlanmasının insanlığın kontrol edilebilir nükleer füzyona gerçekten hakim olması için önemli teknik destek sağlayacağını söyledi. "Yapay güneş" hayaline bir adım daha yaklaştık.
Çin Sirkülatör No.2 M cihazının vakum odasının kaldırılması. Fotoğraf Fan Jin
Sonsuz bir temiz enerji kaynağı
Hepimizin bildiği gibi, petrol endüstrinin kanıdır. Ancak petrolün temsil ettiği fosil enerjinin önlenemeyecek iki sorunu vardır: biri yenilenemez, diğeri kirliliktir. Şeyl gazı ve yanıcı buz gibi yeni enerji kaynakları sürekli geliştirilse bile, sonunda tükeneceklerdir. Bununla birlikte, mevcut nükleer fisyon enerjisi aynı zamanda sınırlı reaksiyon malzemeleri (uranyum vb.) Ve nükleer atıkların radyoaktif kirlenmesi problemlerine sahiptir.
Sonsuz, temiz ve çevre dostu bir enerji türü var mı? Gerçekten bir tane var, kontrollü nükleer füzyon.
"İthalat" açısından, kontrol edilebilir nükleer füzyon için gerekli hammaddeler (döteryum atomları ve trityum atomları) yeryüzünde bol miktarda bulunmaktadır. Döteryum'un deniz suyunda büyük rezervleri vardır. 1 litre deniz suyundan ekstrakte edilen döteryum, tam bir füzyon reaksiyonunda 300 litre benzine eşdeğer enerji açığa çıkarabilir. Trityum, nötronların lityum ile reaksiyona girmesiyle üretilebilir.Lityum yer kabuğunda ve deniz suyunda bol miktarda bulunur.
"İhracat" bakış açısına göre, kontrol edilebilir nükleer füzyon ürünleri helyum ve nötronlardır, hiçbir zararlı gaz yayılmaz ve çevre dostu olma avantajlarına sahip olan neredeyse hiç radyoaktif kirlilik yoktur.
"Nükleer füzyon enerjisinin barışçıl kullanımı sağlandıktan sonra, dünyanın enerjisi tükenmeyecek ve enerji kıtlığının neden olduğu sosyal sorunlar tamamen çözülebilecek ve sonuç olarak insanların yaşam standartları büyük ölçüde iyileştirilecektir." Duan Xuru, geçmişte tuzdan arındırma ve yıldızlararası uzay aracı gibi projelerin çok fazla enerji tükettikleri için insanların tereddüt etmesine neden olduğunu ancak ileride kontrol edilebilir nükleer füzyon enerjisi desteğiyle daha hızlı gelişebileceklerini söyledi.
Sadece sıfır kirlilik değil ve kullanılamaz, aynı zamanda kontrol edilebilir nükleer füzyonun bir başka önemli özelliği daha vardır: doğal güvenlik. Pek çok insan elektrik üretmek için nükleer enerji kullanmayı düşündüklerinde Çernobil nükleer kazasını veya Fukuşima nükleer kazasını düşünür, bu yüzden bir "nükleer korku" psikolojisine sahip olurlar ve nükleer renk değişikliği hakkında konuşurlar. Aslında nükleer füzyon reaksiyonu, döteryum-trityum yakıtının yüz milyonlarca santigrat derece yüksek sıcaklığa ve yeterince yüksek yoğunluğa ve diğer sert koşullara ulaşmasını gerektirir. Herhangi bir ince koşul eksikliği, sıcaklık yoğunluğunda bir düşüşe neden olur ve füzyon reaksiyonunu durdurur.
Bununla birlikte, dünyada hala nükleer atık ve nükleer sızıntı riski dahil olmak üzere nükleer füzyonun gizli güvenlik tehlikelerini açıkça eleştiren birçok çevre koruma ajansı var. Bu bağlamda, Duan Xuru şöyle açıkladı: Yanan döteryum-trityum plazması vakum kabındaki manyetik alan tarafından sınırlandırıldığından, yoğunluğu havadan birkaç kat daha düşüktür ve füzyon reaktörünün döteryum-trityum yakıt içeriği de düşüktür, bu nedenle bir patlamaya neden olmaz. Sızıntıya neden olur. "
İdealler güzeldir, ancak gerçekleştirilmesi kolay değildir. En bariz soru, nükleer füzyonu taşımak için ne tür bir konteynerin kullanıldığıdır.
Duan Xuru'ya göre, yeryüzünde nükleer füzyon enerjisinin kullanılması, plazmanın iyon sıcaklığının yapay olarak kontrol edilen koşullar altında 100 milyon santigrat derecenin üzerine çıkmasını gerektiriyor. "100 milyon derece kavramı nedir? Güneşin çekirdek sıcaklığı yaklaşık 15 ila 20 milyon derecedir ve yeryüzündeki ısıya en dayanıklı metal malzeme olan tungsten 3.000 dereceden fazla eriyecektir. Güneşin çekirdek sıcaklığını 5 ila 6 kat aşan 100 milyon derece. China National Nuclear Corporation'ın Güneybatı Fizik Enstitüsü'nde seçkin bir araştırmacı olan Zhong Wulu, Yeryüzünde 100 milyon derece yüksek sıcaklık plazmasını doğrudan sarabilecek hiçbir malzeme yoktur. "
Bununla birlikte, bu problem insan bilim adamları için hala zor değil, "hiçbir hileye sahip değiller" ve yüksek sıcaklıkta nükleer füzyon yakıtını güçlü bir manyetik alanla sınırlamanın bir yolunu buldular. Ancak bunu başarmak için kullanılan belirli cihaz keşfedilmeye devam edecek. 1950'lerden başlayarak, İngiltere, Amerika Birleşik Devletleri ve Sovyetler Birliği'nden bilim adamları arka arkaya takip etti.Hızlı kıstırma, manyetik aynalar ve yıldız simülatörleri gibi farklı teknik yollar gelgitler oldu. Yarışma 1960'lara kadar devam etti.Sonunda, Sovyet bilim adamları tarafından önerilen tokamak programı aniden ortaya çıktı.Etki şaşırtıcıydı ve uluslararası füzyon çemberinin temel araştırma yönü tokamak'a döndü.
Füzyon adam
Dünyanın kontrol edilebilir nükleer füzyon araştırmaları tüm hızıyla devam ederken, Çin'in "yapay güneşi" nin inşası geride kalmadı. ABD'den yeni dönen Qian Sanqiang ve Li Zhengwu gibi bilim adamları, 1955 gibi erken bir tarihte, uluslararası toplumun nükleer füzyona gösterdiği ilgiyle neredeyse uyumlu olan Çin'in "kontrol edilebilir termonükleer reaksiyonu" üzerine araştırma yapmayı önerdiler.
1965'te, "üç hatlı" inşaat için ulusal birleşik plana uygun olarak, o zamanlar Çin'in en büyük nükleer füzyon araştırma üssü olan Güneybatı Fizik Enstitüsü, Sichuan Eyaleti, Leshan Şehri banliyölerinde kuruldu. Bu aynı zamanda Çin Ulusal Nükleer Şirketi'nin Güneybatı Fizik Enstitüsü'dür (bundan böyle "olarak anılacaktır. Nükleer Batı Enstitüsü'nün öncülü ").
Ve Çin'deki nükleer füzyon araştırmalarının tarihinde önemli bir kilometre taşı, 1984'te China Circulator One'ın (HL-1) tamamlanmasıydı. . Bu, Çin'in nükleer füzyon alanındaki ilk büyük bilimsel cihazıdır ve Çin'in "yapay güneşi" bağımsız olarak tasarlaması, inşa etmesi ve işletmesi için çok sayıda yetenek geliştirmiş ve zengin deneyim biriktirmiştir.
1980'lerde yazar Mo Ran, 108 taş merdivenli çorak bir tepede bulunan araştırma enstitüsünü ziyaret etti. Anılarına göre, Leshan'a ilk taşındığında, binadaki koşullar kötü ve kötüydü. Araştırmacılar barınaktan yoksundu ve hatta sadece çadırlarda uyuyabiliyorlardı. Bununla birlikte, Çin'in kontrol edilebilir nükleer füzyon araştırmalarının "beşiği", araştırmacıların çorak arazileri açma ve yeni yollar keşfetme konusundaki başarılarından ayrılamayacak kadar zor bir ortamda doğdu. Mo Ran'ın dediği gibi: "Enstitüdeki oda bir mağara gibi olsa da, bilim adamlarımız kendini inkar etme ve adama ruhuna sahip. Bu ortamda hafif bir tasarım çizimi olan" China Circulator No. 1 "i yarattılar. Üç kat kadar yüksek. "
O zamandan beri, Çin'in manyetik hapsetme füzyonu yavaş yavaş yoktan büyüğe, zayıftan güçlüye doğru büyüdü. 1995'te, Çin'in ilk süper iletken tokamak cihazı HT-7, Hefei'de üretildi; 2002'de Çin, dalgıç konfigürasyonlu ilk tokamak cihazını inşa etti, China Circulator No. 2 A (HL-2A) ; 2006 yılında, dünyanın ilk süper iletken tokamak cihazı olan Oriental Super Ring (EAST), ilk kez başarıyla boşaltıldı ...
2020'de faaliyete geçmesi beklenen "China Circulator No. 2M" cihazı, Çinin en büyük ve en yüksek parametreli manyetik olarak sınırlı, kontrol edilebilir nükleer füzyon deneysel araştırma cihazı olacak. Plazma hacmi, Çindeki mevcut cihazların iki katından fazla. Sıcaklık 100 milyon santigrat derecenin üzerine çıkacak ve bu da akımı Çin'in mevcut tesislerinin 1 megaamperinden 3 megaamper'e çıkarabilir.
Yıllar içinde geliştirilen deneysel bir proje olarak, China Circulator No. 2 M'nin ince parçalarının ve işçiliğinin çoğu, benzeri görülmemiş kreasyonlardır. Tıpkı kurulum ekipmanının "vakum odası" nda olduğu gibi, birçok küçük hata mevcut test cihazları tarafından algılanamaz.Birçok durumda, yeni denetim ekipmanını bağımsız olarak geliştirmek bile gereklidir, çünkü toz boyutundaki kusurlar bile nihai deney sonuçlarını etkileyecektir.
2 katlı bir bina olan ve yaklaşık 80 ton ağırlığındaki merkez kolonun hareket esnasında çarpılmaması ve montaj doğruluğunun 0,1 mm sapmayı geçmemesi için 2 numaralı M cihaz coil ekibi bir ayda bir düzineden fazla yaptı. Araştırma ekibinin ulaşımı başarıyla tamamlaması sadece 2 dakika sürdü. Proje bobin grubundan sorumlu kişi Liu Xiaolong, "Hareket ederken, herkes bir bebeğe bakmak gibidir." Dedi, "fena değil, başardık."
Çin'in Sirkülatör No. 2 M cihazının proje yöneticisi Liu Yong, "Görev ekibimize verildiği için, iyi bir iş yapmak ve Çin Ulusal Nükleer Şirketi'ne, nükleer endüstriye ve hatta ülkeye bir açıklama yapmak zorundayız." Dedi.
Çin takımı uluslararası gidiyor
Kontrol edilebilir füzyon araştırması çok zordur, ne kadar zordur? Zhong Wulu bize bir karşılaştırma yaptı: "Dünyanın ilk atom bombası patladıktan sonra, nükleer fisyon on yıl içinde barışçıl amaçlarla kullanıldı ve bir nükleer santral inşa edildi. Bilim adamları, hidrojen bombasının başarısından sonra uzun sürmemesi gerektiğini düşünüyorlar. Zaman, nükleer füzyonun barışçıl kullanımını gerçekleştirebilir ve kontrol edilebilir nükleer füzyonu gerçekleştirebilir. Ancak, daha sonraki çalışmalar bunun o kadar basit olmadığını ortaya çıkardı. Bunu tamamlamak için tüm dünyadaki bilim adamlarının çabalarına ihtiyacı var. "
Bu, 2006 Uluslararası Termonükleer Deneysel Reaktör (ITER) projesinin imzalanmasına yol açtı. Çin, Amerika Birleşik Devletleri, Avrupa Birliği, Rusya, Japonya, Güney Kore ve Hindistan dahil yedi parti, dünyanın en büyük tokamak cihazını Güney Fransa'nın Provence bölgesinde ortaklaşa inşa etmeyi planlıyor. ITER şu anda dünyadaki en geniş kapsamlı ve en büyük uluslararası işbirliği projelerinden biridir ve aynı zamanda Çin'in eşit olarak katıldığı en büyük uluslararası bilimsel ve teknolojik işbirliği projesidir. Bunların arasında Çin, tedarik paketi araştırma ve geliştirme görevlerinin yaklaşık% 9'unu üstlenmiştir.
Duan Xuru, "Çin'deki manyetik hapsetme füzyonunun son yıllardaki araştırma ilerlemesi, ITER programına katılmaktan faydalandı." Duan Xuru, örneğin, Çin Sirkülatörünün 2 M numaralı tasarım ve yapım sürecinde, mevcut uluslararası tokamak cihazlarıyla değişim ve öğrenme yoluyla çok şey öğrenildi. Tokamak'ın tasarımı, yapımı ve işletilmesinde başarılı deneyim.
Zhong Wulu ayrıca, Nuclear West Enstitüsü tarafından ITER ilk duvar tedarik paketinin yarı prototip parçalarının araştırma ve geliştirmesine bir örnek verdi. "Bu, Çin ekibi tarafından üstlenilen zor bir görevdir. O zamanlar, ITER'in ilk duvarı için özel malzemelerin gereksinimlerini karşılayan dünyadaki tek ülke yalnızca Birleşik Devletler'di. Enstitümüzün bilimsel araştırma ekibi, yalnızca özel malzemelerin hazırlanmasında değil, on yıldan fazla bir süredir çok çalıştı. Ek olarak, kaynak işlemleri gibi bir dizi teknolojide atılımlar yapıldı. 2016 yılında, 2016 yılında başarıyla geliştirilen ITER süper ısı yüklü birinci duvar yarı prototip bileşeni, sertifikayı uluslararası alanda ilk geçen ve Çin'in bu teknolojide dünyanın ileri düzeyine ulaşmasını sağladı. " Zhong Wulu, "Şu anda Çin tarafından üstlenilen ITER tedarik paketi, Ar-Ge ilerlemesi ve tamamlama kalitesi açısından yedi tarafın ön saflarında yer alıyor. Uluslararası füzyon aşamasında, Çin'in konuşma hakkı daha büyük."
Çin'in kontrol edilebilir nükleer füzyon gücünün tanınması hala artıyor. 30 Eylül 2019'da Pekin'de 1 numaralı ITER ana motor kurulum sözleşmesi imzalandı ve Çin Ulusal Nükleer Şirketi liderliğindeki Çin-Fransız konsorsiyumu proje için ihaleyi kazandı. Bu proje, ITER cihazının en önemli temel ekipmanını kurar ve önemi, bir nükleer santral reaktörüne ve insan vücudunun kalbine eşdeğerdir. Bu, Avrupa pazarında bir Çinli şirketin kazandığı en büyük nükleer enerji projesi sözleşmesi.
ITER Genel Müdürü Vigo şunları söyledi: "Bu işi tamamlamak için yüksek kaliteli ve aktif bir ortak bulduğumuz için çok mutluyuz. Dünyanın en zorlayıcılarını kurmak için dünyaca ünlü endüstri uzmanlarıyla çalışmayı dört gözle bekliyoruz, En umut verici ve önemli bilimsel ekipmanlardan biri. "
"ITER projesinin ana kısmının uluslararası ihale yoluyla kurulması, ekibimizin dünyaya liderlik ettiğini kanıtlıyor." Çin Ulusal Nükleer Şirketi Başkanı Yu Jianfeng büyük bir coşkuyla sözlerini tamamladı, "Bu aynı zamanda ülkemizin nükleer enerji endüstrisini de işaret ediyor. Nükleer enerji projelerinin inşası ve kurulumu dünyanın ileri düzeyine ulaştı. "
