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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
열핵 설치. 발명과 생산의 역사
과학자들은 수년 동안 에너지 목적으로 열핵 반응을 사용하는 문제를 다루어 왔습니다. 독특한 열핵 시설이 만들어졌습니다. 지금까지 수소 폭탄이 폭발하는 동안에만 방출되는 엄청난 에너지를 얻을 가능성을 연구하도록 설계된 가장 복잡한 기술 장치입니다. 과학자들은 열핵 반응(중수소 핵(중수소 및 삼중수소)을 고온에서 헬륨 핵 형성과 결합하는 반응)의 과정을 제어하는 방법을 배우고자 합니다. 이 과정에서 방출된 에너지를 평화로운 목적으로 사용하기 위해 사람들의 이익.
수돗물 300리터에는 중수소가 거의 없습니다. 그러나 이 중수소를 수집하여 열핵 시설의 연료로 사용하면 거의 160kg의 기름을 태울 때와 같은 에너지를 얻을 수 있습니다. 그리고 60000년 동안 생산된 기존 연료를 태워서 얻을 수 있는 에너지를 제공하려면 한 변이 XNUMX미터에 불과한 정육면체에 담긴 물에서 중수소를 추출해야 합니다. 볼가 강만 해도 매년 약 XNUMX 입방 미터의 물을 카스피해로 운반합니다. 열핵 반응이 일어나려면 몇 가지 조건이 충족되어야 합니다. 따라서 중수소핵이 결합하는 영역의 온도는 약 100억 도가 되어야 합니다. 그런 엄청난 온도에서 우리는 더 이상 가스가 아니라 플라즈마에 대해 이야기하고 있습니다. 플라즈마는 높은 가스 온도에서 중성 원자가 전자를 잃고 양이온으로 변하는 물질 상태입니다. 즉, 플라즈마는 자유롭게 움직이는 양이온과 전자의 혼합물입니다. 두 번째 조건은 반응 구역의 플라즈마 밀도를 입방 센티미터당 최소 100억 입자로 유지해야 한다는 것입니다. 그리고 마지막으로 가장 중요하고 어려운 것은 열핵 반응의 과정을 XNUMX초 이상 유지하는 것입니다. 열핵 설비의 작업실은 거대한 중공 베이글과 유사한 환상체입니다. 그것은 중수소와 삼중수소의 혼합물로 채워져 있습니다. 챔버 자체 내부에는 약 20천만 암페어의 전류가 통과하는 전도체인 플라즈마 코일이 생성됩니다. 전류는 세 가지 중요한 기능을 수행합니다. 첫째, 플라즈마를 생성합니다. 둘째, XNUMX억도까지 가열합니다. 그리고 마지막으로, 전류는 자기 주위에 자기장을 생성합니다. 즉, 자기장을 자기력선으로 둘러싸고 있습니다. 원칙적으로 플라즈마 주위의 힘선은 플라즈마를 부유 상태로 유지하고 플라즈마가 챔버의 벽에 닿지 않도록 해야 하지만, 플라즈마를 부유 상태로 유지하는 것은 그렇게 간단하지 않습니다. 전기력은 금속 도체의 강도를 갖지 않는 플라즈마 도체를 변형시킵니다. 그것은 구부러지고 챔버의 벽에 부딪혀 열 에너지를 제공합니다. 이를 방지하기 위해 더 많은 코일이 도넛형 챔버 상단에 배치되어 챔버에 세로 자기장을 생성하여 플라즈마 전도체를 벽에서 밀어냅니다. 전류 운반 플라즈마 전도체는 늘어나는 경향이 있어 직경이 증가하기 때문에 이것만으로는 충분하지 않습니다. 외부의 힘 없이 자동으로 생성되는 자기장은 플라즈마 전도체가 팽창하는 것을 방지하기 위해 요구됩니다. 플라즈마 전도체는 토로이드 챔버와 함께 비자성 재료, 일반적으로 구리로 만들어진 다른 더 큰 챔버에 배치됩니다. 플라즈마 도체가 평형 위치에서 벗어나려고 하면 전자기 유도의 법칙에 따라 구리 피복에서 플라즈마의 전류와 반대되는 유도 전류가 발생합니다. 결과적으로 챔버 벽에서 플라즈마를 밀어내는 반대 힘이 나타납니다. 자기장에 의해 플라즈마가 챔버 벽과 접촉하는 것을 방지하기 위해 A.D.에 의해 1949년에 제안되었습니다. Sakharov, 그리고 조금 후에 American J. Spitzer. 물리학에서는 각각의 새로운 유형의 실험 설정에 이름을 지정하는 것이 일반적입니다. 이러한 권선 시스템이 있는 구조를 "토로이달 챔버 및 자기 코일"의 약어인 토카막이라고 합니다. 1970년대 소련에는 "토카막-10"이라는 열핵 시설이 건설되었습니다. 원자력 연구소에서 개발되었습니다. I.V. 쿠르차토프. 이 설비에서 플라즈마 전도체의 온도는 10만도였고 플라즈마 밀도는 입방 센티미터당 100억 입자 이상이었고 플라즈마 체류 시간은 0,5초에 가까웠습니다. 오늘날 우리나라에서 가장 큰 설비인 Tokamak-15도 모스크바 연구 센터 Kurchatov Institute에서 건설되었습니다.
지금까지 만들어진 모든 열핵 설비는 플라즈마 가열 및 자기장 생성을 위한 에너지만 소비합니다. 반대로 미래의 열핵 발전소는 열핵 반응을 유지하는 데, 즉 플라즈마를 가열하고 자기장을 생성하며 많은 보조 장치와 장치에 전력을 공급하는 데 작은 부분을 사용할 수 있을 정도로 많은 에너지를 방출해야 합니다. 전기 네트워크에서 소비를 위한 주요 부분을 제공하십시오 1997년 영국에서는 JET 토카막에서 입력과 수신 에너지가 일치했습니다. 물론 이것은 프로세스의 자체 유지에 충분하지 않지만 받은 에너지의 최대 80%가 손실됩니다. 원자로가 작동하려면 플라즈마를 가열하고 자기장을 생성하는 데 소비되는 에너지보다 XNUMX배 더 많은 에너지를 생산해야 합니다. 1986년에 유럽 연합 국가들은 소련, 미국, 일본과 함께 2010년까지 플라즈마에서 열핵 핵융합을 유지할 뿐만 아니라 유용한 에너지를 얻을 수 있는 에너지를 생산할 수 있는 충분히 큰 토카막을 공동으로 개발하고 건설하기로 결정했습니다. 전력. 이 원자로는 International Thermonuclear Experimental Reactor의 줄임말인 ITER로 명명되었습니다. 1998년까지 설계 계산을 완료했지만 미국인의 실패로 인해 비용을 줄이기 위해 원자로 설계를 변경해야 했습니다. 입자가 자연스럽게 움직이게 하고 경로를 따라가는 모양을 카메라에 부여할 수 있습니다. 그러면 카메라는 다소 기괴한 모양을 갖게 됩니다. 복잡한 구성의 외부 코일의 자기장에 나타나는 플라즈마 필라멘트의 모양을 반복합니다. 자기장은 토카막에서보다 훨씬 더 복잡한 구성의 외부 코일에 의해 생성됩니다. 이러한 종류의 장치를 스텔라레이터라고 합니다. Torsatron "Hurricane-3M"이 우리나라에 건설되었습니다. 이 실험적인 스텔라레이터는 천만도까지 가열된 플라즈마를 포함하도록 설계되었습니다.
현재 토카막에는 관성 열핵융합을 사용하는 다른 심각한 경쟁자가 있습니다. 이 경우, 수 밀리그램의 중수소-삼중수소 혼합물이 직경 1-2mm의 캡슐에 담겨 있습니다. 수십 개의 강력한 레이저의 펄스 방사선이 캡슐에 집중됩니다. 결과적으로 캡슐이 즉시 증발합니다. 2~5나노초에 10MJ의 에너지를 방사선에 투입해야 합니다. 그런 다음 가벼운 압력으로 혼합물을 압축하여 열핵 융합 반응이 일어날 수 있습니다. TNT 2010kg의 폭발에 해당하는 폭발 중에 방출되는 에너지는 사용하기에 더 편리한 형태(예: 전기 에너지)로 변환됩니다. 이 유형의 실험 시설(NIF)은 미국에서 건설 중이며 XNUMX년에 가동될 예정입니다. 그러나 스텔라레이터와 관성 핵융합 시설의 건설 역시 심각한 기술적 어려움에 직면해 있다. 아마도 열핵 에너지의 실제 사용은 가까운 미래의 문제가 아닙니다. 저자: Musskiy S.A.
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