Արևը բետոնե կոկոնում. ինչպիսի տեսք է ունենալու առաջին ջերմամիջուկային էլեկտրակայանը

Ջերմամիջուկային սինթեզը՝ աստղերին սնուցող ռեակցիան, սանձահարելու գաղափարն արդեն գրեթե հարյուր տարեկան է: Տասնամյակներ շարունակ գիտական միջավայրում նույնիսկ կատակում էին, թե ջերմամիջուկային էներգետիկային հասնելու համար միշտ մնում է երեսուն տարի: Սակայն այսօր առանց ածխածնի և գրեթե անսպառ էներգիայի հետևից վազքն աստիճանաբար տեսականից տեղափոխվում է շինհրապարակներ և մասնավոր ստարտափների գրասենյակներ: Քանի դեռ ճարտարագետներն ու ներդրողները միլիարդավոր դոլարներ են ներդնում առաջին կոմերցիոն նախագծերում, տրամաբանական հարց է առաջանում. ինչպիսի տեսք է ունենալու այս ամենը գործնականում:

Շերտավոր կարկանդակի ճարտարապետությունը

Ցանկացած ջերմամիջուկային ռեակտորի հիմքում ընկած է մի հայեցակարգ, որը ճարտարագետներն անվանում են սոխային ճարտարապետություն: Այս համալիրի ամենակենտրոնում գտնվում է շիկացած պլազմայի փունջը՝ ջրածնի իզոտոպներից կազմված իոնացված գազը, որը տաքացված է մինչև անհավանական հարյուր հիսուն միլիոն աստիճան Ըստ Ցելսիուսի, ինչը մի քանի անգամ ավելի տաք է, քան մեր Արեգակի միջուկը:

Այս արհեստական արևը պահելու և դրա մոլեգին էներգիան կիլովատների վերածելու համար ռեակտորը պատում են պաշտպանիչ մի քանի շերտերով: Ամենաներքին սահմանագծում գտնվում են առաջին պատը և այսպես կոչված բլանկետը: Այս կառուցվածքն իր վրա է վերցնում արագ նեյտրոնների հարվածները, տաքանում է և միաժամանակ կատարում կարևորագույն քիմիական ֆունկցիա՝ լիթիումի հատիկներից դուրս է մղում նոր տրիտիում՝ փակելով վառելիքային գործընթացը: Դրանից փոքր-ինչ ներքև գտնվում է դիվերտորը, որն աշխատում է որպես հզոր ջերմային փոշեկուլ և համակարգից մաքրում է հելիումային մոխիրը, որը մնում է պլազմայի այրումից հետո:

Շիկացած գազի համար անտեսանելի վանդակ են ծառայում հսկայական գերհաղորդիչ մագնիսները: Դրանք ստեղծում են հզորագույն մագնիսական դաշտ, որը պահում է պլազման ռեակտորի համար կործանարար՝ պատերի հետ շփումից: Ժամանակակից հոծ նախագծերում ճարտարագետները կիրառում են բարձրջերմաստիճանային գերհաղորդիչներ, որոնք ստիպված են լինում անընդհատ հովացնել հեղուկ հելիումով կամ ազոտով: Իսկ այս կառուցվածքն եզրափակում է հսկայական բիոպաշտպանիչ կոկոնը՝ բետոնից և պողպատից պատրաստված մետրանոց պատերը, որոնք երաշխավորում են, որ ոչ մի նեյտրոն դուրս չի գա ռեակտորային դահլիճի սահմաններից:

Մեկնարկի հիմնական հավակնորդները

Այսօր առաջին կոմերցիոն կիլովատի համար մղվող պայքարում առանձնացել են տեխնոլոգիական երկու հիմնական ուղղություններ, որոնցից յուրաքանչյուրն առաջարկում է ռեակտորի ձևի վերաբերյալ իր տեսլականը:

Առաջին ուղին հենվում է դասական տոկամակների վրա՝ հարթ մագնիսական բլիթի ձև ունեցող ռեակտորների: Հենց այս սկզբունքով էր կառուցվում հայտնի միջազգային փորձարարական ռեակտոր ITER-ը: Դրա ուղղակի կոմերցիոն հաջորդները եվրոպական և հարավկորեական ծրագրերից հսկայական շինություններ են, որտեղ վակուումային անոթի բարձրությունը հասնում է տասնհինգ մետրի: Սակայն պետական հսկաների կրնկակոխ հետևում է մասնավոր կապիտալը: Ամերիկյան Commonwealth Fusion Systems ստարտափը մշակում է մոտ չորս հարյուր մեգավատ հզորությամբ ARC հոծ ռեակտորը: Նոր սերնդի գերհզոր մագնիսների կիրառման հաշվին նրանց հաջողվել է մի քանի անգամ փոքրացնել կայանքի չափսերը և գործարկումը պլանավորել արդեն 2030-ական թվականներին: Զուգահեռաբար Եվրոպայում Gauss Fusion ընկերության կողմից ստեղծվում է GIGA նախագիծը, որտեղ ճարտարագետները մշակում են ամբողջական ենթակառուցվածքը՝ վառելիքի այրումից մինչև թափոնների անվտանգ մշակումը:

Այլընտրանքային ճանապարհ են ընտրում ստելարատորների մշակողները, որոնց վառ օրինակ է դարձել Proxima Fusion ընկերության գերմանական Stellaris նախագիծը: Ի տարբերություն տոկամակի՝ ստելարատորի մագնիսական խցիկն ունի անհավանական բարդ, ոլորված ձև: Նման համակարգ կառուցելն ան համեմատ ավելի բարդ է, սակայն այն թույլ է տալիս ռեակտորին աշխատել անընդհատ և առանց պլազմայի կտրուկ խզման ռիսկի, իսկ կոմերցիոն էներգահամակարգի համար հոսանքի կայուն մատակարարումը մնում է գլխավոր առաջնահերթությունը:

Ինչ տեսք կունենա դա փողոցից

Պատահական անցորդի համար առաջին ջերմամիջուկային կայանը չի նմանվի արտամոլորակային կառույցի: Ականատեսի աչքի առջև կբացվի ընդարձակ արդյունաբերական այգի, որը հստակ բաժանված է երկու ֆունկցիոնալ գոտիների:

Առաջին գոտին կզբաղեցնի բարձրտեխնոլոգիական ռեակտորային կղզյակը: Դա մոխրագույն բետոնե պանելներից կառուցված հսկայական շենք է, որին միացված են բարդագույն կրիոգեն մայրուղիներ: Կողքին կգտնվի գործարանային սեփական ենթակառուցվածքը՝ գազերի հեղուկացման կայանքներ, վակուումային մաքրման համակարգեր և տրիտիումի առանձնացման մասնագիտացված արտադրամասեր:

Համալիրի երկրորդ կեսը կկազմի լիովին ավանդական էներգետիկ մասը: Բանն այն է, որ անկախ ջերմություն ստանալու եղանակից՝ լինի դա ածխի այրում, ուրանի ճեղքում, թե ջրածնի սինթեզ, էլեկտրականությունը ցանցերում դեռևս ծնվում է շոգու և տուրբինի շնորհիվ: Բարձր ճնշման և ջերմաստիճանի տակ գտնվող ջուրը, որը տաքացվում է ռեակտորի բլանկետի Ներսում, ուղարկվելու է սովորական շոգեգեներատորներ՝ ստիպելով պտտվել տուրբոգեներատորների ռոտորները: Հետևաբար, շոգու հովացման համար նախատեսված ծանոթ հսկայական հովացման աշտարակները (գրադիրնի) և ելքի բարձրավոլտ ԷԼԳ-ները ճիշտ նույնն են լինելու, ինչ ցանկացած ժամանակակից ՋԷԿ-ում:

Ջերմամիջուկային դարաշրջանը կսկսվի ոչ թե ֆուտուրիստական ամրոցներից, այլ հիմնարար ֆիզիկայի և դասական ծանր ճարտարագիտության պրագմատիկ միությունից: Եվ եթե մասնավոր ու պետական ընկերությունների ընթացիկ ժամանակացույցերը դիմանան իրականության ստուգմանը, սանձված սինթեզից ստացված առաջին արդյունաբերական հոսանքը լարերով կհոսի արդեն տասն-տասնհինգ տարի անց:
Հոդվածը պատրաստվել է Science Direct-ի նյութերի հիման վրա