เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่นในโลก เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นแรก

วันนี้หลายประเทศจะมีส่วนร่วมในการวิจัยฟิวชั่น ผู้นำเป็นสหภาพยุโรปสหรัฐอเมริการัสเซียและญี่ปุ่นในขณะที่โปรแกรมของจีน, บราซิล, แคนาดาและเกาหลีใต้จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในขั้นต้นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่นในสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียตได้รับการเชื่อมโยงกับการพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์และยังคงเป็นความลับจนกว่าจะถึงการประชุม "ปรมาณูเพื่อสันติ" ซึ่งจัดขึ้นในกรุงเจนีวาในปี 1958 หลังจากที่มีการสร้างการวิจัยเมกโซเวียต นิวเคลียร์ฟิวชัน ในปี 1970 มันได้กลายเป็น "วิทยาศาสตร์ใหญ่" แต่ค่าใช้จ่ายและความซับซ้อนของอุปกรณ์ได้เพิ่มขึ้นไปยังจุดที่ความร่วมมือระหว่างประเทศเป็นโอกาสเดียวที่จะก้าวไปข้างหน้า

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่นในโลก

ตั้งแต่ปี 1970 จุดเริ่มต้นของการใช้งานในเชิงพาณิชย์ของพลังงานฟิวชั่นถูกเลื่อนออกไปอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 40 ปี แต่มากได้เกิดขึ้นในปีที่ผ่านมาทำให้ช่วงเวลานี้อาจจะสั้นลง

Built tokamaks หลายแห่งรวมถึง JET ยุโรปอังกฤษและเสาแสนสาหัสทดลองเครื่องปฏิกรณ์ TFTR ในพรินซ์ตัน, สหรัฐอเมริกา โครงการ ITER ระหว่างประเทศขณะนี้อยู่ระหว่างการก่อสร้างใน Cadarache ฝรั่งเศส มันจะกลายเป็นเมกที่ใหญ่ที่สุดที่จะทำงานในปี 2020 ในปี 2030 ประเทศจีนจะมีการสร้าง CFETR ซึ่งจะเกิน ITER ขณะที่จีนดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับการทดลองยิ่งยวดเมก EAST

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่นชนิดอื่น - เครื่อง stellarator - ยังเป็นที่นิยมในหมู่นักวิจัย หนึ่งในที่ใหญ่ที่สุด LHD ร่วมสถาบันแห่งชาติญี่ปุ่น ฟิวชั่น ในปี 1998 มันถูกใช้เพื่อค้นหาค่าที่ดีที่สุดของการคุมขังพลาสม่าแม่เหล็ก เยอรมันสถาบันแม็กซ์พลังค์สำหรับรอบระยะเวลา 1988-2002 ที่ดำเนินการวิจัยใน Wendelstein 7-AS เครื่องปฏิกรณ์ใน Garching และตอนนี้ - ที่ Wendelstein 7-X ก่อสร้างซึ่งกินเวลานานกว่า 19 ปี TJII stellarator อีกดำเนินการในมาดริด, สเปน ในสหรัฐอเมริกาพรินซ์ตันในห้องปฏิบัติการ พลาสมาฟิสิกส์ (PPPL) ที่เขาสร้างขึ้นครั้งแรกเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันประเภทนี้ในปี 1951 ในปี 2008 มันหยุดการก่อสร้าง NCSX เนื่องจากงบค่าใช้จ่ายและการขาดเงินทุน

นอกจากนี้ความสำเร็จอย่างมีนัยสำคัญในการวิจัยของฟิวชั่นเฉื่อย ระบบจุดระเบิดแห่งชาติอาคารสิ่งอำนวยความสะดวก (NIF) มูลค่า 7 พันล้าน $ ที่ Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ได้รับทุนจากชาติบริหารจัดการความปลอดภัยนิวเคลียร์เสร็จในเดือนมีนาคม 2009 ที่ฝรั่งเศสเลเซอร์Mégajoule (LMJ) เริ่มทำงานในตุลาคม 2014 เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่นการใช้แสงเลเซอร์ส่งภายในไม่กี่พันล้านของวินาทีประมาณ 2 ล้านจูลส์พลังงานแสงที่มีขนาดไม่เป็นเป้าหมายของหลายมิลลิเมตรที่จะเริ่มต้นนิวเคลียร์ฟิวชัน วัตถุประสงค์หลักของการ NIF และ LMJ เป็นงานวิจัยระดับชาติเพื่อสนับสนุนโปรแกรมอาวุธนิวเคลียร์

ITER

ในปี 1985 สหภาพโซเวียตเสนอให้สร้างเมกรุ่นต่อไปพร้อมกับยุโรป, ญี่ปุ่นและสหรัฐอเมริกา ทำงานได้ดำเนินการภายใต้การอุปถัมภ์ของ IAEA ในช่วง 1988-1990 มันถูกสร้างขึ้นร่างแรกของนานาชาติแสนสาหัสทดลองเครื่องปฏิกรณ์ ITER ซึ่งยังหมายถึง "วิธีการ" หรือ "การเดินทาง" ในภาษาละตินเพื่อพิสูจน์ฟิวชั่นที่สามารถผลิตพลังงานมากขึ้นกว่ามันดูดซับ แคนาดาและคาซัคสถานมามีส่วนร่วมไกล่เกลี่ยโดย Euratom และรัสเซียตามลำดับ

หลังจาก 6 ปี ITER สภาได้รับการอนุมัติการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์แรกที่ซับซ้อนขึ้นอยู่กับฟิสิกส์ที่จัดตั้งขึ้นและเทคโนโลยีมูลค่า 6 พันล้าน $ จากนั้นสหรัฐถอนตัวออกจากกลุ่มที่ถูกบังคับให้ลดลงครึ่งหนึ่งค่าใช้จ่ายและการเปลี่ยนแปลงโครงการ ผลที่ตามมาคือ ITER-FEAT มูลค่า $ 3 พันล้าน., แต่คุณสามารถบรรลุปฏิกิริยาด้วยตนเองอย่างยั่งยืนและสมดุลในทางบวกของการใช้พลังงาน

ในปี 2003 ประเทศสหรัฐอเมริกาอีกครั้งเข้าร่วมกลุ่มและจีนประกาศความปรารถนาที่จะมีส่วนร่วมในมัน เป็นผลให้ในช่วงกลางปี 2005 คู่ค้าที่ได้ตกลงกันในการก่อสร้างของ ITER ที่ Cadarache ในภาคใต้ของฝรั่งเศส สหภาพยุโรปและฝรั่งเศสได้ทำครึ่งหนึ่งของ 12.8 พันล้านยูโรในขณะที่ญี่ปุ่น, จีน, เกาหลี, สหรัฐอเมริกาและรัสเซีย - 10% ในแต่ละ ญี่ปุ่นให้ส่วนประกอบสูงที่มีค่าใช้จ่ายในการติดตั้ง IFMIF 1 พันล้านไว้สำหรับการทดสอบวัสดุและมีสิทธิ์ที่จะสร้างเครื่องปฏิกรณ์ทดสอบต่อไป ค่าใช้จ่ายทั้งหมดของ ITER รวมถึงครึ่งหนึ่งของค่าใช้จ่ายในการก่อสร้าง 10 ปีและครึ่งหนึ่ง - 20 ปีของการดำเนินงาน อินเดียกลายเป็นสมาชิกที่เจ็ดของ ITER ในปลายปี 2005

การทดลองจะเริ่มต้นในปี 2018 ที่มีการใช้ไฮโดรเจนในการสั่งซื้อเพื่อหลีกเลี่ยงการเปิดใช้งานของแม่เหล็กที่ การใช้พลาสม่า DT ไม่คาดว่าก่อน 2026

วัตถุประสงค์ ITER - พัฒนา 500 เมกะวัตต์ (อย่างน้อย 400 วินาที) โดยใช้กำลังไฟฟ้าเข้าน้อยกว่า 50 เมกะวัตต์โดยไม่ต้องสร้างกระแสไฟฟ้า

โรงงานสาธิต Dvuhgigavattnaya สาธิตจะผลิตขนาดใหญ่ที่ ผลิตกระแสไฟฟ้า เป็นการถาวร การออกแบบแนวคิดการสาธิตจะแล้วเสร็จภายในปี 2017 และการก่อสร้างจะเริ่มใน 2024 เริ่มต้นที่จะเกิดขึ้นใน 2033

JET

ในปี 1978 สหภาพยุโรป (Euratom, สวีเดนและสวิส) ได้เริ่มต้นโครงการ JET ร่วมยุโรปในสหราชอาณาจักร JET ปัจจุบันคือเมกการดำเนินงานที่ใหญ่ที่สุดในโลก เช่นเครื่องปฏิกรณ์ JT-60 ทำงานในสถาบันแห่งชาติของญี่ปุ่นฟิวชั่น แต่เพียง JET อาจจะใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจน-ไอโซโทป

เครื่องปฏิกรณ์ที่เปิดตัวในปี 1983 และเป็นครั้งแรกในการทดลองซึ่งควบคุมฟิวชั่นแสนสาหัสถึง 16 เมกะวัตต์ที่จัดขึ้นในเดือนพฤศจิกายน 1991 เป็นครั้งที่สอง 5 เมกะวัตต์และพลังงานที่สม่ำเสมอให้กับพลาสม่าดิวทีเรียม-ไอโซโทป การทดลองหลายคนได้รับการดำเนินการเพื่อศึกษาวงจรความร้อนที่แตกต่างกันและเทคนิคอื่น ๆ

การปรับปรุงเพิ่มเติมเกี่ยวกับ JET เพิ่มความสามารถของตน MAST เครื่องปฏิกรณ์ขนาดกะทัดรัดพัฒนาด้วย JET และ ITER เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ

K-STAR

K-STAR - เกาหลียิ่งยวดเมกสถาบันแห่งชาติเพื่อการศึกษาฟิวชั่น (NFRI) ใน Daejeon ซึ่งผลิตพลาสม่าเป็นครั้งแรกในช่วงกลางปี 2008 นี้เป็นโครงการนำร่อง ITER ซึ่งเป็นผลมาจากความร่วมมือระหว่างประเทศ รัศมีเมก 1.8 เมตร - เครื่องปฏิกรณ์แรกแม่เหล็กจ้างยิ่งยวด Nb3Sn เดียวกันที่จะนำมาใช้ใน ITER ในช่วงแรกซึ่งจบลงในปี 2012, K-STAR ต้องพิสูจน์ศักยภาพของเทคโนโลยีขั้นพื้นฐานและเพื่อให้บรรลุระยะเวลาพลาสม่าชีพจร 20 วินาที ในระยะที่สอง (2013-2017) จะดำเนินการเพื่อศึกษาความทันสมัยของพัลส์ที่ยาวถึง 300 วินาทีในโหมด H, และการเปลี่ยนแปลงที่จะสูง AT-โหมด วัตถุประสงค์ของขั้นตอนที่สาม (2018-2023) คือเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพสูงและมีประสิทธิภาพในโหมดการเต้นของชีพจรยาว ในขั้นตอนที่ 4 (2023-2025) จะมีการทดสอบเทคโนโลยี DEMO อุปกรณ์ที่ไม่สามารถทำงานร่วมกับไอโซโทป DT และการใช้น้ำมันเชื้อเพลิง

K-DEMO

ได้รับการออกแบบในความร่วมมือกับพรินซ์พลาสม่าปฏิบัติการฟิสิกส์ (PPPL) กระทรวงพลังงานสหรัฐและสถาบันเกาหลีใต้ NFRI K-DEMO ควรเป็นขั้นตอนต่อไปในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เชิงพาณิชย์หลังจาก ITER และจะเป็นโรงไฟฟ้าเป็นครั้งแรกที่มีความสามารถในการสร้างพลังงานให้กับตารางไฟฟ้าคือ 1,000,000 กิโลวัตต์ไปไม่กี่สัปดาห์ที่ผ่านมา เส้นผ่าศูนย์กลางของมันจะเป็น 6.65 เมตรและจะมีโมดูลผ้าห่มที่สร้างโดย DEMO โครงการ กระทรวงศึกษาธิการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเกาหลีมีแผนจะลงทุนในนั้นเกี่ยวกับล้านล้านวอน (941 ล้าน $)

EAST

นักบินจีนดีขึ้นยิ่งยวดเมก (ภาคอีสาน) ในสถาบันฟิสิกส์ในประเทศจีน Hefee สร้างไฮโดรเจนอุณหภูมิพลาสม่า 50 ล้านองศาเซลเซียสและเก็บมันไว้ 102 วินาที

TFTR

ห้องปฏิบัติการทดลองอเมริกัน PPPL TFTR แสนสาหัสเครื่องปฏิกรณ์ทำงาน 1982-1997 ในเดือนธันวาคมปี 1993 เขากลายเป็นคนแรกเมกแม่เหล็ก TFTR ซึ่งทำให้การทดลองอย่างกว้างขวางกับพลาสม่าของดิวทีเรียม-ไอโซโทป ในต่อไปนี้เครื่องปฏิกรณ์ผลิตบันทึกในขณะที่การควบคุมพลังงาน 10.7 เมกะวัตต์และในปี 1995 บันทึกอุณหภูมิก็ประสบความสำเร็จ ก๊าซบริสุทธิ์ เพื่อ 510000000 องศาเซลเซียส อย่างไรก็ตามการติดตั้งไม่ประสบความสำเร็จพลังงานฟิวชั่นคุ้มทุน แต่เป็นจริงประสบความสำเร็จในเป้าหมายของการออกแบบฮาร์ดแวร์ที่ทำให้ผลงานที่สำคัญที่จะ ITER

LHD

LHD ในสถาบันแห่งชาติญี่ปุ่นสำหรับนิวเคลียร์ฟิวชันใน Toki จังหวัดกิเป็น stellarator ใหญ่ที่สุดในโลก เริ่มต้นเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นที่เกิดขึ้นในปี 1998 และเขาได้แสดงให้เห็นถึงคุณภาพของการคุมขังพลาสม่าเปรียบได้กับการติดตั้งที่สำคัญอื่น ๆ มันก็มาถึง 13.5 อุณหภูมิเคฟไอออน (ประมาณ 160 ล้านบาท° C) และพลังงาน 1.44 MJ

Wendelstein 7-X

หลังจากปีของการทดสอบเริ่มต้นในช่วงปลายปี 2015 อุณหภูมิฮีเลียมในเวลาอันสั้นได้ถึง 1 ล้านองศาเซลเซียส ในปี 2016 เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มีพลาสม่าไฮโดรเจนโดยใช้ 2 เมกะวัตต์อุณหภูมิถึง 80 ล้านองศาเซลเซียสสำหรับไตรมาสที่สอง W7-X stellarator เป็นที่ใหญ่ที่สุดในโลกและมีการวางแผนที่จะอยู่ในการดำเนินงานอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 30 นาที ค่าใช้จ่ายของเครื่องปฏิกรณ์จำนวน 1 พันล้าน€

NIF

สิ่งอำนวยความสะดวกระบบจุดระเบิดแห่งชาติ (NIF) ในเสร็จในเดือนมีนาคมปี 2009 Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ในปี โดยใช้ลำแสงเลเซอร์ 192 ระบุ NIF มีความสามารถในการมุ่งเน้นการใช้พลังงาน 60 ครั้งกว่าระบบเลเซอร์ใด ๆ ก่อนหน้า

ฟิวชั่นเย็น

ในเดือนมีนาคมปี 1989 สองนักวิจัยอเมริกันสเตนลีพอนส์และมาร์ตินเฟลชแมนน์ชาวอังกฤษกล่าวว่าพวกเขาได้เปิดตัวเดสก์ท็ง่ายฟิวชั่นเย็นเครื่องปฏิกรณ์ปฏิบัติการที่อุณหภูมิห้อง กระบวนการประกอบด้วยอิเล็กโทรไลหนักน้ำโดยใช้ขั้วไฟฟ้าแพลเลเดียมที่นิวเคลียสไฮโดรเจนมีความเข้มข้นที่มีความหนาแน่นสูง นักวิจัยยืนยันว่าการผลิตความร้อนซึ่งสามารถอธิบายได้เพียง แต่ในแง่ของกระบวนการนิวเคลียร์เช่นเดียวกับการมีผลิตภัณฑ์ด้านการสังเคราะห์รวมทั้งฮีเลียมไอโซโทปและนิวตรอน อย่างไรก็ตามการทดลองอื่น ๆ ล้มเหลวที่จะทำซ้ำประสบการณ์นี้ ส่วนใหญ่ของชุมชนวิทยาศาสตร์ไม่เชื่อว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่นเย็นเป็นจริง

ปฏิกิริยานิวเคลียร์พลังงานต่ำ

เริ่มต้นโดยการเรียกร้องของ "ฟิวชั่นเย็น" การวิจัยอย่างต่อเนื่องในด้านการใช้พลังงานต่ำ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ กับบางส่วนสนับสนุนเชิงประจักษ์ แต่ไม่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ เห็นได้ชัดว่าการมีปฏิสัมพันธ์นิวเคลียร์ที่อ่อนแอ (และไม่แรงในขณะที่นิวเคลียร์หรือสังเคราะห์) ถูกนำมาใช้ในการสร้างและการจับตัวของนิวตรอน การทดลองรวมถึงการรุกของไฮโดรเจนหรือดิวทีเรียมผ่านเตียงตัวเร่งปฏิกิริยาและการเกิดปฏิกิริยากับโลหะ รายงานของนักวิจัยที่จะปล่อยพลังงานสังเกต ตัวอย่างการปฏิบัติที่สำคัญคือปฏิกิริยาของไฮโดรเจนกับผงนิกเกิลกับความร้อนจำนวนของที่มีค่ามากกว่าสามารถให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีใด ๆ