हाल ही में, मॉस्को इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स एंड टेक्नोलॉजी ने आईटीईआर परियोजना की एक रूसी प्रस्तुति की मेजबानी की, जिसमें टोकामक सिद्धांत पर काम करने वाला थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बनाने की योजना बनाई गई है। रूस के वैज्ञानिकों के एक समूह ने अंतरराष्ट्रीय परियोजना और इस वस्तु के निर्माण में रूसी भौतिकविदों की भागीदारी के बारे में बात की। Lenta.ru ने ITER प्रस्तुति में भाग लिया और परियोजना प्रतिभागियों में से एक के साथ बात की।

आईटीईआर (आईटीईआर, इंटरनेशनल थर्मोन्यूक्लियर एक्सपेरिमेंटल रिएक्टर) एक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर प्रोजेक्ट है जो शांतिपूर्ण और व्यावसायिक उद्देश्यों के लिए थर्मोन्यूक्लियर प्रौद्योगिकियों के आगे उपयोग के लिए उनके प्रदर्शन और अनुसंधान की अनुमति देता है। परियोजना के रचनाकारों का मानना ​​है कि नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन भविष्य की ऊर्जा बन सकता है और आधुनिक गैस, तेल और कोयले के विकल्प के रूप में काम कर सकता है। शोधकर्ता पारंपरिक ऊर्जा की तुलना में आईटीईआर प्रौद्योगिकी की सुरक्षा, पर्यावरण मित्रता और पहुंच पर ध्यान देते हैं। परियोजना की जटिलता लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर से तुलनीय है; रिएक्टर स्थापना में दस मिलियन से अधिक संरचनात्मक तत्व शामिल हैं।

आईटीईआर के बारे में

टोकामक टोरॉयडल मैग्नेट को 80 हजार किलोमीटर सुपरकंडक्टिंग फिलामेंट्स की आवश्यकता होती है; उनका कुल वजन 400 टन तक पहुँच जाता है। रिएक्टर का वजन लगभग 23 हजार टन होगा। तुलना के लिए, पेरिस में एफिल टॉवर का वजन केवल 7.3 हजार टन है। टोकामक में प्लाज्मा की मात्रा 840 क्यूबिक मीटर तक पहुंच जाएगी, जबकि, उदाहरण के लिए, यूके में संचालित इस प्रकार के सबसे बड़े रिएक्टर - जेट - में मात्रा एक सौ क्यूबिक मीटर के बराबर है।

टोकामक की ऊंचाई 73 मीटर होगी, जिसमें से 60 मीटर जमीन से ऊपर और 13 मीटर नीचे होगी. तुलना के लिए, मॉस्को क्रेमलिन के स्पैस्काया टॉवर की ऊंचाई 71 मीटर है। मुख्य रिएक्टर प्लेटफ़ॉर्म 42 हेक्टेयर क्षेत्र को कवर करेगा, जो 60 फुटबॉल मैदानों के क्षेत्र के बराबर है। टोकामक प्लाज्मा में तापमान 150 मिलियन डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाएगा, जो सूर्य के केंद्र के तापमान से दस गुना अधिक है।

2010 की दूसरी छमाही में आईटीईआर के निर्माण में एक साथ पांच हजार लोगों को शामिल करने की योजना है - इसमें श्रमिकों और इंजीनियरों के साथ-साथ प्रशासनिक कर्मचारी भी शामिल होंगे। ITER के कई घटकों को लगभग 104 किलोमीटर लंबी विशेष रूप से निर्मित सड़क के माध्यम से भूमध्य सागर के पास बंदरगाह से ले जाया जाएगा। विशेष रूप से, स्थापना का सबसे भारी टुकड़ा इसके साथ ले जाया जाएगा, जिसका द्रव्यमान 900 टन से अधिक होगा, और लंबाई लगभग दस मीटर होगी। आईटीईआर स्थापना के निर्माण स्थल से 2.5 मिलियन क्यूबिक मीटर से अधिक मिट्टी हटा दी जाएगी।

डिज़ाइन और निर्माण कार्यों की कुल लागत 13 बिलियन यूरो अनुमानित है। ये धनराशि 35 देशों के हितों का प्रतिनिधित्व करने वाले सात मुख्य परियोजना प्रतिभागियों द्वारा आवंटित की जाती है। तुलना के लिए, लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर के निर्माण और रखरखाव की कुल लागत लगभग आधी है, और अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन के निर्माण और रखरखाव की लागत लगभग डेढ़ गुना अधिक है।

tokamak

आज दुनिया में थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरों की दो आशाजनक परियोजनाएँ हैं: टोकामक ( वह roidal काके साथ मापें एमएसड़ा हुआ कोअतुष्की) और तारामंडल। दोनों प्रतिष्ठानों में, प्लाज्मा एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा समाहित होता है, लेकिन टोकामक में यह एक टोरॉयडल कॉर्ड के रूप में होता है जिसके माध्यम से विद्युत प्रवाह पारित किया जाता है, जबकि एक तारकीय में चुंबकीय क्षेत्र बाहरी कॉइल्स द्वारा प्रेरित होता है। थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरों में, पारंपरिक रिएक्टरों के विपरीत, हल्के तत्वों (हाइड्रोजन आइसोटोप से हीलियम - ड्यूटेरियम और ट्रिटियम) से भारी तत्वों के संश्लेषण की प्रतिक्रियाएं होती हैं, जहां भारी नाभिकों के हल्के नाभिकों में क्षय की प्रक्रिया शुरू होती है।

फोटो: राष्ट्रीय अनुसंधान केंद्र "कुरचटोव संस्थान" / nrcki.ru

टोकामक में विद्युत प्रवाह का उपयोग शुरू में प्लाज्मा को लगभग 30 मिलियन डिग्री सेल्सियस के तापमान तक गर्म करने के लिए भी किया जाता है; आगे हीटिंग विशेष उपकरणों द्वारा किया जाता है।

टोकामक का सैद्धांतिक डिज़ाइन 1951 में सोवियत भौतिकविदों आंद्रेई सखारोव और इगोर टैम द्वारा प्रस्तावित किया गया था, और पहली स्थापना 1954 में यूएसएसआर में बनाई गई थी। हालाँकि, वैज्ञानिक लंबे समय तक प्लाज्मा को स्थिर अवस्था में बनाए रखने में असमर्थ थे, और 1960 के दशक के मध्य तक दुनिया को यकीन हो गया कि टोकामक पर आधारित नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन असंभव था।

लेकिन ठीक तीन साल बाद, लेव आर्टसिमोविच के नेतृत्व में कुर्चटोव इंस्टीट्यूट ऑफ एटॉमिक एनर्जी में टी-3 इंस्टॉलेशन में, प्लाज्मा को पांच मिलियन डिग्री सेल्सियस से अधिक के तापमान तक गर्म करना और इसे थोड़े समय के लिए रखना संभव हो गया। समय; प्रयोग में उपस्थित ग्रेट ब्रिटेन के वैज्ञानिकों ने अपने उपकरणों पर लगभग दस मिलियन डिग्री का तापमान दर्ज किया। इसके बाद, दुनिया में एक वास्तविक टोकामक बूम शुरू हुआ, जिससे कि दुनिया में लगभग 300 प्रतिष्ठान बनाए गए, जिनमें से सबसे बड़े यूरोप, जापान, अमेरिका और रूस में स्थित हैं।

छवि: Rfassbind/wikipedia.org

आईटीईआर प्रबंधन

इस विश्वास का आधार क्या है कि आईटीईआर 5-10 वर्षों में चालू हो जाएगा? किस व्यावहारिक और सैद्धांतिक विकास पर?

रूसी पक्ष की ओर से, हम बताई गई कार्यसूची को पूरा कर रहे हैं और इसका उल्लंघन नहीं करने जा रहे हैं। दुर्भाग्य से, हम दूसरों द्वारा किए जा रहे कार्यों में कुछ देरी देखते हैं, मुख्यतः यूरोप में; अमेरिका में आंशिक देरी हो रही है और ऐसी प्रवृत्ति है कि परियोजना में कुछ देरी होगी। हिरासत में लिया गया लेकिन रोका नहीं गया. विश्वास है कि यह काम करेगा. परियोजना की अवधारणा स्वयं पूरी तरह से सैद्धांतिक और व्यावहारिक रूप से गणना की गई और विश्वसनीय है, इसलिए मुझे लगता है कि यह काम करेगी। क्या यह पूरी तरह से घोषित परिणाम देगा... हम इंतजार करेंगे और देखेंगे।

क्या यह परियोजना एक शोध परियोजना से अधिक है?

निश्चित रूप से। बताया गया परिणाम प्राप्त परिणाम नहीं है. अगर यह पूरा मिलेगा तो मुझे बेहद खुशी होगी.'

आईटीईआर परियोजना में कौन सी नई प्रौद्योगिकियाँ सामने आई हैं, दिखाई दे रही हैं या दिखाई देंगी?

ITER प्रोजेक्ट न केवल एक सुपर-कॉम्प्लेक्स है, बल्कि एक सुपर-तनावपूर्ण प्रोजेक्ट भी है। ऊर्जा भार, हमारे सिस्टम सहित कुछ तत्वों की परिचालन स्थितियों के संदर्भ में तनावपूर्ण। इसलिए, इस परियोजना में नई तकनीकों का जन्म होना ही चाहिए।

क्या कोई उदाहरण है?

अंतरिक्ष। उदाहरण के लिए, हमारे हीरा डिटेक्टर। हमने अंतरिक्ष ट्रकों पर अपने डायमंड डिटेक्टरों का उपयोग करने की संभावना पर चर्चा की, जो परमाणु वाहन हैं जो कुछ वस्तुओं जैसे उपग्रहों या स्टेशनों को कक्षा से कक्षा तक ले जाते हैं। अंतरिक्ष ट्रक के लिए एक ऐसी परियोजना है। चूंकि यह एक उपकरण है जिसमें बोर्ड पर परमाणु रिएक्टर है, जटिल परिचालन स्थितियों के लिए विश्लेषण और नियंत्रण की आवश्यकता होती है, इसलिए हमारे डिटेक्टर आसानी से ऐसा कर सकते हैं। फिलहाल, ऐसे डायग्नोस्टिक्स बनाने का विषय अभी तक वित्त पोषित नहीं हुआ है। यदि यह बनाया जाता है, तो इसे लागू किया जा सकता है, और फिर इसमें विकास स्तर पर पैसा लगाने की आवश्यकता नहीं होगी, बल्कि केवल विकास और कार्यान्वयन चरण पर ही निवेश करने की आवश्यकता होगी।

सोवियत और पश्चिमी विकास की तुलना में 2000 और 1990 के दशक के आधुनिक रूसी विकास का हिस्सा क्या है?

आईटीईआर में वैश्विक योगदान की तुलना में रूसी वैज्ञानिक योगदान का हिस्सा बहुत बड़ा है। मैं इसे ठीक से नहीं जानता, लेकिन यह बहुत महत्वपूर्ण है। यह स्पष्ट रूप से परियोजना में वित्तीय भागीदारी के रूसी प्रतिशत से कम नहीं है, क्योंकि कई अन्य टीमों में बड़ी संख्या में रूसी हैं जो अन्य संस्थानों में काम करने के लिए विदेश गए थे। जापान और अमेरिका में, हर जगह, हम उनके साथ बहुत अच्छे से संवाद करते हैं और काम करते हैं, उनमें से कुछ यूरोप का प्रतिनिधित्व करते हैं, कुछ अमेरिका का प्रतिनिधित्व करते हैं। इसके अलावा, वहां वैज्ञानिक विद्यालय भी हैं। इसलिए, इस बारे में कि क्या हम अधिक या उससे अधिक विकास कर रहे हैं जो हमने पहले किया था... महान लोगों में से एक ने कहा था कि "हम टाइटन्स के कंधों पर खड़े हैं," इसलिए सोवियत काल में जो आधार विकसित किया गया था वह निर्विवाद रूप से महान है और इसके बिना हम हैं ऐसा कुछ भी नहीं जो हम नहीं कर सके. लेकिन इस वक्त भी हम खड़े नहीं हैं, आगे बढ़ रहे हैं.

आपका समूह ITER पर वास्तव में क्या करता है?

मेरे पास विभाग में एक सेक्टर है। विभाग कई डायग्नोस्टिक्स विकसित कर रहा है; हमारा क्षेत्र विशेष रूप से एक वर्टिकल न्यूट्रॉन चैंबर, आईटीईआर न्यूट्रॉन डायग्नोस्टिक्स विकसित कर रहा है और डिजाइन से लेकर विनिर्माण तक की समस्याओं की एक विस्तृत श्रृंखला को हल करता है, साथ ही विशेष रूप से हीरे के विकास से संबंधित अनुसंधान कार्य भी करता है। डिटेक्टर। डायमंड डिटेक्टर एक अनोखा उपकरण है, जो मूल रूप से हमारी प्रयोगशाला में बनाया गया है। पहले कई थर्मोन्यूक्लियर प्रतिष्ठानों में उपयोग किया जाता था, अब इसका उपयोग अमेरिका से जापान तक कई प्रयोगशालाओं द्वारा काफी व्यापक रूप से किया जाता है; मान लीजिए, उन्होंने हमारा अनुसरण किया, लेकिन हम शीर्ष पर बने हुए हैं। अब हम डायमंड डिटेक्टर बना रहे हैं और औद्योगिक उत्पादन (छोटे पैमाने पर उत्पादन) के स्तर तक पहुंचने जा रहे हैं।

इन डिटेक्टरों का उपयोग किन उद्योगों में किया जा सकता है?

इस मामले में, ये थर्मोन्यूक्लियर अनुसंधान हैं; भविष्य में, हम मानते हैं कि परमाणु ऊर्जा में इनकी मांग होगी।

डिटेक्टर वास्तव में क्या करते हैं, वे क्या मापते हैं?

न्यूट्रॉन. न्यूट्रॉन से अधिक मूल्यवान कोई उत्पाद नहीं है। आप और मैं भी न्यूट्रॉन से बने हैं।

वे न्यूट्रॉन की किन विशेषताओं को मापते हैं?

वर्णक्रमीय। सबसे पहले, आईटीईआर में जो तात्कालिक कार्य हल किया जाता है वह न्यूट्रॉन ऊर्जा स्पेक्ट्रा का माप है। इसके अलावा, वे न्यूट्रॉन की संख्या और ऊर्जा की निगरानी करते हैं। दूसरा, अतिरिक्त कार्य परमाणु ऊर्जा से संबंधित है: हमारे पास समानांतर विकास हैं जो थर्मल न्यूट्रॉन को भी माप सकते हैं, जो परमाणु रिएक्टरों का आधार हैं। यह हमारे लिए एक गौण कार्य है, लेकिन इसे विकसित भी किया जा रहा है, यानी हम यहां काम कर सकते हैं और साथ ही ऐसे विकास भी कर सकते हैं जिन्हें परमाणु ऊर्जा में काफी सफलतापूर्वक लागू किया जा सकता है।

आप अपने शोध में किन तरीकों का उपयोग करते हैं: सैद्धांतिक, व्यावहारिक, कंप्यूटर मॉडलिंग?

हर कोई: जटिल गणित (गणितीय भौतिकी की विधियाँ) और गणितीय मॉडलिंग से लेकर प्रयोगों तक। हमारे द्वारा की जाने वाली सभी विभिन्न प्रकार की गणनाएँ प्रयोगों द्वारा पुष्टि और सत्यापित की जाती हैं, क्योंकि हमारे पास सीधे तौर पर कई ऑपरेटिंग न्यूट्रॉन जनरेटर के साथ एक प्रयोगात्मक प्रयोगशाला होती है, जिस पर हम उन प्रणालियों का परीक्षण करते हैं जिन्हें हम स्वयं विकसित करते हैं।

क्या आपकी प्रयोगशाला में कोई कार्यशील रिएक्टर है?

रिएक्टर नहीं, बल्कि न्यूट्रॉन जनरेटर। न्यूट्रॉन जनरेटर, वास्तव में, प्रश्न में थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं का एक मिनी-मॉडल है। वहां सब कुछ वैसा ही है, बस वहां की प्रक्रिया थोड़ी अलग है. यह एक त्वरक के सिद्धांत पर काम करता है - यह कुछ आयनों की एक किरण है जो एक लक्ष्य से टकराती है। अर्थात्, प्लाज्मा के मामले में, हमारे पास एक गर्म वस्तु है जिसमें प्रत्येक परमाणु में उच्च ऊर्जा होती है, और हमारे मामले में, एक विशेष रूप से त्वरित आयन समान आयनों से संतृप्त लक्ष्य से टकराता है। तदनुसार, एक प्रतिक्रिया होती है. मान लीजिए कि यह एक तरीका है जिससे आप समान संलयन प्रतिक्रिया कर सकते हैं; एकमात्र बात जो साबित हुई है वह यह है कि इस विधि में उच्च दक्षता नहीं है, यानी, आपको सकारात्मक ऊर्जा आउटपुट नहीं मिलेगी, लेकिन आपको प्रतिक्रिया स्वयं ही मिलती है - हम सीधे इस प्रतिक्रिया और कणों और इसमें जाने वाली हर चीज का निरीक्षण करते हैं .

20वीं सदी का उत्तरार्ध परमाणु भौतिकी के तीव्र विकास का काल था। यह स्पष्ट हो गया कि परमाणु प्रतिक्रियाओं का उपयोग छोटी मात्रा में ईंधन से भारी ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। पहले परमाणु बम के विस्फोट से लेकर पहले परमाणु ऊर्जा संयंत्र तक केवल नौ साल बीते थे, और जब 1952 में हाइड्रोजन बम का परीक्षण किया गया था, तो भविष्यवाणी की गई थी कि 1960 के दशक में थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा संयंत्र चालू हो जाएंगे। अफसोस, ये आशाएँ उचित नहीं थीं।

थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं सभी थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं में से, केवल चार निकट भविष्य में रुचि रखते हैं: ड्यूटेरियम + ड्यूटेरियम (उत्पाद - ट्रिटियम और प्रोटॉन, जारी ऊर्जा 4.0 MeV), ड्यूटेरियम + ड्यूटेरियम (हीलियम -3 और न्यूट्रॉन, 3.3 MeV), ड्यूटेरियम + ट्रिटियम (हीलियम-4 और न्यूट्रॉन, 17.6 MeV) और ड्यूटेरियम + हीलियम-3 (हीलियम-4 और प्रोटॉन, 18.2 MeV)। पहली और दूसरी प्रतिक्रियाएँ समान संभावना के साथ समानांतर में होती हैं। परिणामी ट्रिटियम और हीलियम-3 तीसरी और चौथी प्रतिक्रियाओं में "जलते" हैं

आज मानवता के लिए ऊर्जा का मुख्य स्रोत कोयला, तेल और गैस का दहन है। लेकिन उनकी आपूर्ति सीमित है, और दहन उत्पाद पर्यावरण को प्रदूषित करते हैं। एक कोयला बिजली संयंत्र उसी शक्ति के परमाणु ऊर्जा संयंत्र की तुलना में अधिक रेडियोधर्मी उत्सर्जन पैदा करता है! तो फिर हमने अभी तक परमाणु ऊर्जा स्रोतों पर स्विच क्यों नहीं किया? इसके कई कारण हैं, लेकिन मुख्य कारण हाल ही में रेडियोफोबिया रहा है। इस तथ्य के बावजूद कि कोयले से चलने वाला बिजली संयंत्र, सामान्य संचालन के दौरान भी, परमाणु ऊर्जा संयंत्र में आपातकालीन उत्सर्जन की तुलना में कई अधिक लोगों के स्वास्थ्य को नुकसान पहुंचाता है, यह चुपचाप और जनता द्वारा ध्यान दिए बिना ऐसा करता है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में दुर्घटनाएँ तुरंत मीडिया में मुख्य समाचार बन जाती हैं, जिससे सामान्य दहशत फैल जाती है (अक्सर पूरी तरह से निराधार)। हालाँकि, इसका मतलब यह नहीं है कि परमाणु ऊर्जा में वस्तुनिष्ठ समस्याएँ नहीं हैं। रेडियोधर्मी कचरा बहुत परेशानी का कारण बनता है: इसके साथ काम करने की प्रौद्योगिकियां अभी भी बेहद महंगी हैं, और आदर्श स्थिति जब यह सब पूरी तरह से पुनर्नवीनीकरण किया जाएगा और उपयोग किया जाएगा अभी भी दूर है।

सभी थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं में से, केवल चार निकट भविष्य में रुचि रखते हैं: ड्यूटेरियम + ड्यूटेरियम (उत्पाद - ट्रिटियम और प्रोटॉन, जारी ऊर्जा 4.0 MeV), ड्यूटेरियम + ड्यूटेरियम (हीलियम -3 और न्यूट्रॉन, 3.3 MeV), ड्यूटेरियम + ट्रिटियम ( हीलियम -4 और न्यूट्रॉन, 17.6 MeV) और ड्यूटेरियम + हीलियम-3 (हीलियम-4 और प्रोटॉन, 18.2 MeV)। पहली और दूसरी प्रतिक्रियाएँ समान संभावना के साथ समानांतर में होती हैं। परिणामी ट्रिटियम और हीलियम-3 तीसरी और चौथी प्रतिक्रियाओं में "जलते" हैं।

विखंडन से संलयन तक

इन समस्याओं का एक संभावित समाधान विखंडन रिएक्टरों से संलयन रिएक्टरों में संक्रमण है। जबकि एक विशिष्ट विखंडन रिएक्टर में दसियों टन रेडियोधर्मी ईंधन होता है, जो विभिन्न प्रकार के रेडियोधर्मी आइसोटोप वाले दसियों टन रेडियोधर्मी कचरे में परिवर्तित हो जाता है, एक संलयन रिएक्टर हाइड्रोजन के एक रेडियोधर्मी आइसोटोप के केवल सैकड़ों ग्राम, अधिकतम किलोग्राम का उपयोग करता है, ट्रिटियम. इस तथ्य के अलावा कि प्रतिक्रिया के लिए इस कम से कम खतरनाक रेडियोधर्मी आइसोटोप की नगण्य मात्रा की आवश्यकता होती है, परिवहन से जुड़े जोखिमों को कम करने के लिए इसका उत्पादन सीधे बिजली संयंत्र में किए जाने की भी योजना है। संश्लेषण उत्पाद स्थिर (गैर-रेडियोधर्मी) और गैर विषैले हाइड्रोजन और हीलियम हैं। इसके अलावा, विखंडन प्रतिक्रिया के विपरीत, थर्मल विस्फोट का खतरा पैदा किए बिना, इंस्टॉलेशन नष्ट होने पर थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया तुरंत बंद हो जाती है। तो अभी तक एक भी परिचालन थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट क्यों नहीं बनाया गया है? कारण यह है कि सूचीबद्ध फायदे अनिवार्य रूप से नुकसान पैदा करते हैं: संश्लेषण के लिए स्थितियां बनाना शुरू में अपेक्षा से कहीं अधिक कठिन हो गया।

लॉसन कसौटी

थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के ऊर्जावान रूप से अनुकूल होने के लिए, थर्मोन्यूक्लियर ईंधन का पर्याप्त उच्च तापमान, पर्याप्त उच्च घनत्व और पर्याप्त रूप से कम ऊर्जा हानि सुनिश्चित करना आवश्यक है। उत्तरार्द्ध को संख्यात्मक रूप से तथाकथित "अवधारण समय" द्वारा चित्रित किया जाता है, जो प्लाज्मा में संग्रहीत तापीय ऊर्जा और ऊर्जा हानि शक्ति के अनुपात के बराबर है (कई लोग गलती से मानते हैं कि "अवधारण समय" वह समय है जिसके दौरान इंस्टालेशन में गर्म प्लाज्मा बनाए रखा जाता है, लेकिन ऐसा नहीं है)। 10 केवी (लगभग 110,000,000 डिग्री) के बराबर ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के मिश्रण के तापमान पर, हमें 1 सेमी 3 में ईंधन कणों की संख्या (यानी, प्लाज्मा एकाग्रता) और अवधारण समय (सेकंड में) का उत्पाद प्राप्त करने की आवश्यकता है। कम से कम 10 14 का. इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि हमारे पास 1014 सेमी -3 की सांद्रता और 1 s के अवधारण समय वाला प्लाज्मा है, या 10 23 की सांद्रता और 1 ns के अवधारण समय वाला प्लाज्मा है। इस मानदंड को लॉसन मानदंड कहा जाता है।
लॉसन मानदंड के अलावा, जो ऊर्जावान रूप से अनुकूल प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए जिम्मेदार है, एक प्लाज्मा इग्निशन मानदंड भी है, जो ड्यूटेरियम-ट्रिटियम प्रतिक्रिया के लिए लॉसन मानदंड से लगभग तीन गुना अधिक है। "इग्निशन" का अर्थ है कि प्लाज्मा में बचा हुआ थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा का अंश आवश्यक तापमान बनाए रखने के लिए पर्याप्त होगा, और प्लाज्मा के अतिरिक्त हीटिंग की अब आवश्यकता नहीं होगी।

जेड चुटकी

पहला उपकरण जिसमें नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया प्राप्त करने की योजना बनाई गई थी वह तथाकथित जेड-पिंच था। सबसे सरल मामले में, इस इंस्टॉलेशन में केवल दो इलेक्ट्रोड होते हैं जो ड्यूटेरियम (हाइड्रोजन -2) वातावरण या ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के मिश्रण में स्थित होते हैं, और उच्च वोल्टेज पल्स कैपेसिटर की एक बैटरी होती है। पहली नज़र में, ऐसा लगता है कि यह अत्यधिक तापमान तक गर्म किए गए संपीड़ित प्लाज्मा को प्राप्त करना संभव बनाता है: वास्तव में थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के लिए क्या आवश्यक है! हालाँकि, अफसोस, जीवन में सब कुछ इतना सुखद नहीं निकला। प्लाज़्मा रस्सी अस्थिर निकली: थोड़ा सा मोड़ एक तरफ चुंबकीय क्षेत्र को मजबूत करता है और दूसरी तरफ कमजोर होता है; परिणामी बल रस्सी के झुकने को और बढ़ाते हैं - और सारा प्लाज़्मा "बाहर गिर जाता है" कक्ष की पार्श्व दीवार. रस्सी न केवल झुकने के लिए अस्थिर है, इसके थोड़े से पतले होने से इस हिस्से में चुंबकीय क्षेत्र में वृद्धि होती है, जो प्लाज्मा को और भी अधिक संपीड़ित करता है, इसे रस्सी की शेष मात्रा में तब तक निचोड़ता है जब तक कि रस्सी अंततः "निचोड़" न जाए। ।” संपीड़ित भाग में उच्च विद्युत प्रतिरोध होता है, इसलिए करंट बाधित हो जाता है, चुंबकीय क्षेत्र गायब हो जाता है और सारा प्लाज्मा नष्ट हो जाता है।

जेड-पिंच के संचालन का सिद्धांत सरल है: एक विद्युत धारा एक कुंडलाकार चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है, जो उसी धारा के साथ संपर्क करती है और इसे संपीड़ित करती है। परिणामस्वरूप, प्लाज्मा का घनत्व और तापमान जिसके माध्यम से धारा प्रवाहित होती है, बढ़ जाता है।

प्लाज्मा बंडल को धारा के समानांतर एक शक्तिशाली बाहरी चुंबकीय क्षेत्र लगाकर और इसे एक मोटे प्रवाहकीय आवरण में रखकर स्थिर करना संभव था (जैसे-जैसे प्लाज्मा चलता है, चुंबकीय क्षेत्र भी चलता है, जो विद्युत प्रवाह को प्रेरित करता है) आवरण, प्लाज्मा को उसके स्थान पर लौटाने की प्रवृत्ति रखता है)। प्लाज्मा ने झुकना और सिकुड़ना बंद कर दिया, लेकिन यह अभी भी किसी भी गंभीर पैमाने पर थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया से दूर था: प्लाज्मा इलेक्ट्रोड को छूता है और उन्हें अपनी गर्मी देता है।

ज़ेड-पिंच फ़्यूज़न के क्षेत्र में आधुनिक कार्य फ़्यूज़न प्लाज़्मा बनाने के लिए एक और सिद्धांत का सुझाव देते हैं: टंगस्टन प्लाज़्मा ट्यूब के माध्यम से एक धारा प्रवाहित होती है, जो शक्तिशाली एक्स-रे बनाती है जो प्लाज़्मा ट्यूब के अंदर स्थित फ़्यूज़न ईंधन के साथ कैप्सूल को संपीड़ित और गर्म करती है, जैसे यह थर्मोन्यूक्लियर बम में होता है। हालाँकि, ये कार्य विशुद्ध रूप से अनुसंधान प्रकृति के हैं (परमाणु हथियारों के संचालन के तंत्र का अध्ययन किया जाता है), और इस प्रक्रिया में ऊर्जा की रिहाई अभी भी खपत से लाखों गुना कम है।

टोकामक टोरस के बड़े त्रिज्या (पूरे टोरस के केंद्र से उसके पाइप के क्रॉस-सेक्शन के केंद्र तक की दूरी) और छोटे (पाइप के क्रॉस-सेक्शन त्रिज्या) का अनुपात जितना छोटा होगा। समान चुंबकीय क्षेत्र के तहत प्लाज्मा दबाव जितना अधिक हो सकता है। इस अनुपात को कम करके, वैज्ञानिक प्लाज्मा और निर्वात कक्ष के एक गोलाकार क्रॉस-सेक्शन से डी-आकार वाले में चले गए (इस मामले में, छोटे त्रिज्या की भूमिका क्रॉस-सेक्शन की आधी ऊंचाई द्वारा निभाई जाती है)। सभी आधुनिक टोकामकों का क्रॉस-अनुभागीय आकार बिल्कुल यही होता है। सीमित मामला तथाकथित "गोलाकार टोकामक" था। ऐसे टोकामकों में, गोले के ध्रुवों को जोड़ने वाले एक संकीर्ण चैनल के अपवाद के साथ, निर्वात कक्ष और प्लाज्मा आकार में लगभग गोलाकार होते हैं। चुंबकीय कुंडलियों के चालक चैनल से होकर गुजरते हैं। पहला गोलाकार टोकामक, START, केवल 1991 में दिखाई दिया, इसलिए यह एक काफी युवा दिशा है, लेकिन इसने पहले ही तीन गुना कम चुंबकीय क्षेत्र के साथ समान प्लाज्मा दबाव प्राप्त करने की संभावना दिखाई है।

कॉर्क चैम्बर, तारकीय यंत्र, टोकामक

प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक परिस्थितियाँ बनाने का एक अन्य विकल्प तथाकथित खुले चुंबकीय जाल हैं। उनमें से सबसे प्रसिद्ध "कॉर्क सेल" है: एक अनुदैर्ध्य चुंबकीय क्षेत्र वाला एक पाइप जो इसके सिरों पर मजबूत होता है और बीच में कमजोर हो जाता है। सिरों पर बढ़ा हुआ क्षेत्र एक "चुंबकीय प्लग" (इसलिए रूसी नाम), या "चुंबकीय दर्पण" (अंग्रेजी - दर्पण मशीन) बनाता है, जो प्लाज़्मा को सिरों के माध्यम से इंस्टॉलेशन छोड़ने से रोकता है। हालाँकि, ऐसा प्रतिधारण अधूरा है; कुछ प्रक्षेपवक्र के साथ चलने वाले कुछ आवेशित कण इन जामों से गुजरने में सक्षम हैं। और टकराव के परिणामस्वरूप, कोई भी कण देर-सबेर ऐसे ही प्रक्षेप पथ पर गिरेगा। इसके अलावा, दर्पण कक्ष में प्लाज्मा भी अस्थिर निकला: यदि किसी स्थान पर प्लाज्मा का एक छोटा सा भाग स्थापना की धुरी से दूर चला जाता है, तो बल उत्पन्न होते हैं जो प्लाज्मा को कक्ष की दीवार पर फेंक देते हैं। यद्यपि दर्पण सेल के मूल विचार में काफी सुधार हुआ था (जिससे प्लाज्मा की अस्थिरता और दर्पण की पारगम्यता दोनों को कम करना संभव हो गया था), व्यवहार में ऊर्जावान रूप से अनुकूल संश्लेषण के लिए आवश्यक मापदंडों तक पहुंचना भी संभव नहीं था। .

क्या यह सुनिश्चित करना संभव है कि प्लाज्मा "प्लग" के माध्यम से बाहर न निकले? ऐसा प्रतीत होता है कि स्पष्ट समाधान प्लाज्मा को एक रिंग में रोल करना है। हालाँकि, तब रिंग के अंदर का चुंबकीय क्षेत्र बाहर की तुलना में अधिक मजबूत होता है, और प्लाज्मा फिर से चैम्बर की दीवार पर चला जाता है। इस कठिन परिस्थिति से बाहर निकलने का रास्ता भी काफी स्पष्ट लग रहा था: एक अंगूठी के बजाय, एक "आंकड़ा आठ" बनाएं, फिर एक खंड में कण स्थापना की धुरी से दूर चला जाएगा, और दूसरे में यह वापस लौट आएगा। इस तरह वैज्ञानिकों को पहले तारकीय यंत्र का विचार आया। लेकिन ऐसा "आठ का आंकड़ा" एक विमान में नहीं बनाया जा सकता है, इसलिए हमें तीसरे आयाम का उपयोग करना पड़ा, चुंबकीय क्षेत्र को दूसरी दिशा में झुकाना पड़ा, जिससे अक्ष से कक्ष की दीवार तक कणों की क्रमिक गति भी हुई .

टोकामक-प्रकार के प्रतिष्ठानों के निर्माण के साथ स्थिति नाटकीय रूप से बदल गई। 1960 के दशक के उत्तरार्ध में टी-3 टोकामक पर प्राप्त परिणाम उस समय के लिए इतने आश्चर्यजनक थे कि पश्चिमी वैज्ञानिक स्वयं प्लाज्मा मापदंडों को सत्यापित करने के लिए अपने माप उपकरणों के साथ यूएसएसआर में आए। वास्तविकता तो उनकी अपेक्षाओं से भी बढ़कर थी।

ये काल्पनिक रूप से आपस में गुंथी हुई ट्यूबें कोई कला परियोजना नहीं हैं, बल्कि एक जटिल त्रि-आयामी वक्र में मुड़ा हुआ एक तारकीय कक्ष हैं।

जड़ता के हाथ में

चुंबकीय कारावास के अलावा, थर्मोन्यूक्लियर संलयन के लिए एक मौलिक रूप से अलग दृष्टिकोण है - जड़त्वीय कारावास। यदि पहले मामले में हम प्लाज्मा को लंबे समय तक बहुत कम सांद्रता पर रखने की कोशिश करते हैं (आपके आस-पास की हवा में अणुओं की एकाग्रता सैकड़ों हजारों गुना अधिक है), तो दूसरे मामले में हम प्लाज्मा को संपीड़ित करते हैं विशाल घनत्व, सबसे भारी धातुओं के घनत्व से अधिक परिमाण का एक क्रम, इस उम्मीद में कि प्रतिक्रिया को उस कम समय में पारित होने का समय मिलेगा, इससे पहले कि प्लाज्मा को पक्षों तक बिखरने का समय मिले।

मूल रूप से, 1960 के दशक में, योजना जमे हुए संलयन ईंधन की एक छोटी गेंद का उपयोग करने की थी, जिसे कई लेजर बीम द्वारा सभी तरफ से समान रूप से विकिरणित किया गया था। गेंद की सतह तुरंत वाष्पित हो जानी चाहिए और, सभी दिशाओं में समान रूप से फैलते हुए, ईंधन के शेष हिस्से को संपीड़ित और गर्म करना चाहिए। हालाँकि, व्यवहार में, विकिरण अपर्याप्त रूप से एक समान निकला। इसके अलावा, विकिरण ऊर्जा का कुछ हिस्सा आंतरिक परतों में स्थानांतरित हो गया, जिससे वे गर्म हो गईं, जिससे संपीड़न अधिक कठिन हो गया। परिणामस्वरूप, गेंद असमान रूप से और कमजोर रूप से संकुचित हो गई।

कई आधुनिक तारकीय विन्यास हैं, जो सभी टोरस के करीब हैं। सबसे आम विन्यासों में से एक में टोकामक्स के पोलोइडल फ़ील्ड कॉइल्स के समान कॉइल्स का उपयोग शामिल है, और बहुदिशात्मक धारा के साथ एक वैक्यूम कक्ष के चारों ओर चार से छह कंडक्टर घुमाए जाते हैं। इस तरह से बनाया गया जटिल चुंबकीय क्षेत्र प्लाज्मा को इसके माध्यम से प्रवाहित होने वाली रिंग विद्युत धारा की आवश्यकता के बिना विश्वसनीय रूप से समाहित करने की अनुमति देता है। इसके अलावा, तारकीय यंत्र टोकामक्स की तरह टोरॉयडल फ़ील्ड कॉइल का भी उपयोग कर सकते हैं। और कोई पेचदार कंडक्टर नहीं हो सकता है, लेकिन फिर "टोरॉयडल" फ़ील्ड कॉइल्स को एक जटिल त्रि-आयामी वक्र के साथ स्थापित किया जाता है। तारकीय यंत्रों के क्षेत्र में हाल के विकास में कंप्यूटर पर गणना की गई चुंबकीय कुंडलियों और एक बहुत ही जटिल आकार (एक बहुत "क्रम्पल्ड" टोरस) के वैक्यूम कक्ष का उपयोग शामिल है।

लक्ष्य के डिज़ाइन में महत्वपूर्ण परिवर्तन करके असमानता की समस्या का समाधान किया गया। अब गेंद को एक विशेष छोटे धातु कक्ष के अंदर रखा जाता है (इसे जर्मन होहलरम - गुहा से "होलराउम" कहा जाता है) जिसमें छेद होते हैं जिसके माध्यम से लेजर किरणें अंदर प्रवेश करती हैं। इसके अलावा, क्रिस्टल का उपयोग किया जाता है जो आईआर लेजर विकिरण को पराबैंगनी में परिवर्तित करता है। यह यूवी विकिरण होहलरम सामग्री की एक पतली परत द्वारा अवशोषित किया जाता है, जिसे अत्यधिक तापमान तक गर्म किया जाता है और नरम एक्स-रे उत्सर्जित करता है। बदले में, एक्स-रे विकिरण को ईंधन कैप्सूल (ईंधन के साथ गेंद) की सतह पर एक पतली परत द्वारा अवशोषित किया जाता है। इससे आंतरिक परतों के समय से पहले गर्म होने की समस्या को हल करना भी संभव हो गया।

हालाँकि, ईंधन के एक उल्लेखनीय हिस्से पर प्रतिक्रिया करने के लिए लेज़रों की शक्ति अपर्याप्त साबित हुई। इसके अलावा, लेज़रों की दक्षता बहुत कम थी, केवल लगभग 1%। इतनी कम लेजर दक्षता पर संलयन को ऊर्जावान रूप से लाभकारी बनाने के लिए, लगभग सभी संपीड़ित ईंधन को प्रतिक्रिया करनी पड़ी। लेज़रों को प्रकाश या भारी आयनों की किरणों से बदलने की कोशिश करते समय, जिन्हें बहुत अधिक दक्षता के साथ उत्पन्न किया जा सकता है, वैज्ञानिकों को भी कई समस्याओं का सामना करना पड़ा: प्रकाश आयन एक-दूसरे को पीछे हटाते हैं, जो उन्हें ध्यान केंद्रित करने से रोकता है, और अवशेषों से टकराने पर धीमा हो जाता है चैम्बर में गैस, और त्वरक आवश्यक मापदंडों के साथ भारी आयन बनाना संभव नहीं था।

चुंबकीय संभावनाएं

संलयन ऊर्जा के क्षेत्र में अब अधिकांश उम्मीदें टोकामक्स में हैं। विशेष रूप से तब जब उन्होंने बेहतर प्रतिधारण के साथ एक मोड खोला। एक टोकामक एक ज़ेड-पिंच है जिसे एक रिंग में घुमाया जाता है (एक रिंग विद्युत प्रवाह प्लाज्मा के माध्यम से प्रवाहित होता है, जो इसे समाहित करने के लिए आवश्यक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है), और दर्पण कोशिकाओं का एक अनुक्रम एक रिंग में इकट्ठा होता है और एक "नालीदार" टोरॉयडल चुंबकीय बनाता है मैदान। इसके अलावा, टोरस विमान के लंबवत एक क्षेत्र, जो कई अलग-अलग कॉइल्स द्वारा बनाया गया है, कॉइल्स के टोरॉयडल क्षेत्र और प्लाज्मा वर्तमान क्षेत्र पर लगाया जाता है। यह अतिरिक्त क्षेत्र, जिसे पोलॉइडल कहा जाता है, टोरस के बाहर प्लाज्मा धारा (पोलॉइडल भी) के चुंबकीय क्षेत्र को मजबूत करता है और अंदर की तरफ कमजोर करता है। इस प्रकार, प्लाज्मा रस्सी के सभी किनारों पर कुल चुंबकीय क्षेत्र समान हो जाता है, और इसकी स्थिति स्थिर रहती है। इस अतिरिक्त क्षेत्र को बदलकर, प्लाज्मा बंडल को निर्वात कक्ष के अंदर कुछ सीमाओं के भीतर ले जाना संभव है।

म्यूऑन कैटेलिसिस की अवधारणा द्वारा संश्लेषण के लिए एक मौलिक रूप से अलग दृष्टिकोण प्रस्तावित किया गया है। म्यूऑन एक अस्थिर प्राथमिक कण है जिसमें इलेक्ट्रॉन के समान चार्ज होता है, लेकिन द्रव्यमान 207 गुना अधिक होता है। एक म्यूऑन हाइड्रोजन परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन की जगह ले सकता है, और परमाणु का आकार 207 गुना कम हो जाता है। यह ऊर्जा खर्च किए बिना एक हाइड्रोजन नाभिक को दूसरे के करीब जाने की अनुमति देता है। लेकिन एक म्यूऑन का उत्पादन करने के लिए, लगभग 10 GeV ऊर्जा खर्च की जाती है, जिसका अर्थ है कि ऊर्जा लाभ प्राप्त करने के लिए प्रति म्यूऑन कई हजार संलयन प्रतिक्रियाएं करना आवश्यक है। प्रतिक्रिया में बनने वाले हीलियम से म्यूऑन के "चिपकने" की संभावना के कारण, कई सौ से अधिक प्रतिक्रियाएँ अभी तक प्राप्त नहीं की जा सकी हैं। फोटो मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर प्लाज़्मा फिजिक्स में वेंडेलस्टीन जेड-एक्स स्टेलरेटर की असेंबली को दर्शाता है।

लंबे समय तक टोकामक्स की एक महत्वपूर्ण समस्या प्लाज्मा में रिंग करंट बनाने की आवश्यकता थी। ऐसा करने के लिए, टोकामक टोरस के केंद्रीय छेद के माध्यम से एक चुंबकीय सर्किट पारित किया गया था, जिसमें चुंबकीय प्रवाह लगातार बदला गया था। चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन से एक भंवर विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होता है, जो निर्वात कक्ष में गैस को आयनित करता है और परिणामस्वरूप प्लाज्मा में विद्युत धारा बनाए रखता है। हालाँकि, प्लाज्मा में धारा लगातार बनी रहनी चाहिए, जिसका अर्थ है कि चुंबकीय प्रवाह लगातार एक दिशा में बदलता रहना चाहिए। निःसंदेह, यह असंभव है, इसलिए टोकामक्स में करंट केवल एक सीमित समय (एक सेकंड के एक अंश से लेकर कई सेकंड तक) तक ही बनाए रखा जा सकता है। सौभाग्य से, तथाकथित बूटस्ट्रैप करंट की खोज की गई, जो बाहरी भंवर क्षेत्र के बिना प्लाज्मा में होता है। इसके अलावा, प्लाज्मा को गर्म करने के साथ-साथ इसमें आवश्यक रिंग करंट उत्पन्न करने के तरीके भी विकसित किए गए हैं। साथ में, इसने वांछित लंबे समय तक गर्म प्लाज्मा बनाए रखने की क्षमता प्रदान की। व्यवहार में, रिकॉर्ड वर्तमान में टोर सुप्रा टोकामक का है, जहां प्लाज्मा लगातार छह मिनट से अधिक समय तक "जला" रहता है।

दूसरे प्रकार की प्लाज़्मा कारावास स्थापना, जिसमें बहुत संभावनाएं हैं, तारकीय यंत्र हैं। पिछले दशकों में, तारकीय यंत्रों का डिज़ाइन नाटकीय रूप से बदल गया है। मूल "आठ" में से लगभग कुछ भी नहीं बचा, और ये स्थापनाएँ टोकामक्स के बहुत करीब हो गईं। यद्यपि तारकीय यंत्रों का कारावास समय टोकामक्स (कम कुशल एच-मोड के कारण) की तुलना में कम है, और उनके निर्माण की लागत अधिक है, उनमें प्लाज्मा का व्यवहार शांत है, जिसका अर्थ है पहले का लंबा जीवन निर्वात कक्ष की भीतरी दीवार। थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के व्यावसायिक विकास के लिए यह कारक बहुत महत्वपूर्ण है।

एक प्रतिक्रिया का चयन करना

पहली नज़र में, थर्मोन्यूक्लियर ईंधन के रूप में शुद्ध ड्यूटेरियम का उपयोग करना सबसे तर्कसंगत है: यह अपेक्षाकृत सस्ता और सुरक्षित है। हालाँकि, ड्यूटेरियम ट्रिटियम की तुलना में सौ गुना कम आसानी से ड्यूटेरियम के साथ प्रतिक्रिया करता है। इसका मतलब यह है कि ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के मिश्रण पर एक रिएक्टर को संचालित करने के लिए 10 केवी का तापमान पर्याप्त है, और शुद्ध ड्यूटेरियम पर संचालित करने के लिए 50 केवी से अधिक के तापमान की आवश्यकता होती है। और तापमान जितना अधिक होगा, ऊर्जा हानि उतनी ही अधिक होगी। इसलिए, कम से कम पहली बार, थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा को ड्यूटेरियम-ट्रिटियम ईंधन पर बनाने की योजना बनाई गई है। रिएक्टर में उत्पादित तेज़ लिथियम न्यूट्रॉन के विकिरण के कारण रिएक्टर में ही ट्रिटियम का उत्पादन किया जाएगा।
"गलत" न्यूट्रॉन. प्रतिष्ठित फिल्म "9 डेज ऑफ वन ईयर" में मुख्य पात्र को थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन में काम करते समय न्यूट्रॉन विकिरण की एक गंभीर खुराक मिली। हालाँकि, बाद में यह पता चला कि ये न्यूट्रॉन संलयन प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप उत्पन्न नहीं हुए थे। यह निर्देशक का आविष्कार नहीं है, बल्कि ज़ेड-पिंच में देखा गया एक वास्तविक प्रभाव है। विद्युत धारा के बाधित होने के समय, प्लाज्मा के प्रेरण से एक विशाल वोल्टेज उत्पन्न होता है - लाखों वोल्ट। इस क्षेत्र में त्वरित व्यक्तिगत हाइड्रोजन आयन, वस्तुतः न्यूट्रॉन को इलेक्ट्रोड से बाहर निकालने में सक्षम हैं। सबसे पहले, इस घटना को वास्तव में थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के एक निश्चित संकेत के रूप में लिया गया था, लेकिन न्यूट्रॉन ऊर्जा स्पेक्ट्रम के बाद के विश्लेषण से पता चला कि उनकी एक अलग उत्पत्ति थी।
बेहतर अवधारण मोड. टोकामक का एच-मोड इसके संचालन का एक तरीका है, जब अतिरिक्त हीटिंग की उच्च शक्ति के साथ, प्लाज्मा ऊर्जा हानि तेजी से कम हो जाती है। 1982 में संवर्धित कारावास मोड की आकस्मिक खोज उतनी ही महत्वपूर्ण है जितनी टोकामक का आविष्कार। इस घटना का अभी तक कोई आम तौर पर स्वीकृत सिद्धांत नहीं है, लेकिन यह इसे व्यवहार में इस्तेमाल होने से नहीं रोकता है। सभी आधुनिक टोकामक इस मोड में काम करते हैं, क्योंकि इससे नुकसान आधे से भी कम हो जाता है। इसके बाद, तारकीय यंत्रों में एक समान शासन की खोज की गई, जो दर्शाता है कि यह टोरॉयडल प्रणालियों की एक सामान्य संपत्ति है, लेकिन उनमें कारावास में केवल 30% का सुधार हुआ है।
प्लाज्मा तापन. प्लाज्मा को थर्मोन्यूक्लियर तापमान पर गर्म करने की तीन मुख्य विधियाँ हैं। ओमिक हीटिंग, प्लाज्मा के माध्यम से विद्युत प्रवाह के प्रवाह के कारण उसे गर्म करना है। यह विधि पहले चरण में सबसे प्रभावी है, क्योंकि जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, प्लाज्मा का विद्युत प्रतिरोध कम हो जाता है। विद्युतचुंबकीय तापन ऐसी आवृत्ति वाली विद्युतचुंबकीय तरंगों का उपयोग करता है जो इलेक्ट्रॉनों या आयनों की चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के चारों ओर घूमने की आवृत्ति से मेल खाती है। तेजी से तटस्थ परमाणुओं को इंजेक्ट करके, नकारात्मक आयनों की एक धारा बनाई जाती है, जो फिर तटस्थ हो जाती हैं, तटस्थ परमाणुओं में बदल जाती हैं जो चुंबकीय क्षेत्र से होकर प्लाज्मा के केंद्र तक अपनी ऊर्जा स्थानांतरित कर सकते हैं।
क्या ये रिएक्टर हैं? ट्रिटियम रेडियोधर्मी है, और डी-टी प्रतिक्रिया से शक्तिशाली न्यूट्रॉन विकिरण रिएक्टर डिजाइन तत्वों में प्रेरित रेडियोधर्मिता पैदा करता है। हमें रोबोट का इस्तेमाल करना पड़ता है, जिससे काम जटिल हो जाता है.' वहीं, साधारण हाइड्रोजन या ड्यूटेरियम के प्लाज्मा का व्यवहार ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के मिश्रण से बने प्लाज्मा के व्यवहार के बहुत करीब होता है। इससे यह तथ्य सामने आया कि पूरे इतिहास में, केवल दो थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन पूरी तरह से ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के मिश्रण पर संचालित होते हैं: टीएफटीआर और जेट टोकामक्स। अन्य स्थापनाओं में, ड्यूटेरियम का भी हमेशा उपयोग नहीं किया जाता है। इसलिए किसी सुविधा की परिभाषा में "थर्मोन्यूक्लियर" नाम का यह बिल्कुल भी मतलब नहीं है कि इसमें थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं वास्तव में कभी हुई हैं (और जो होती हैं, उनमें लगभग हमेशा शुद्ध ड्यूटेरियम का उपयोग किया जाता है)।
हाइब्रिड रिएक्टर. D-T प्रतिक्रिया से 14 MeV न्यूट्रॉन उत्पन्न होते हैं, जो नष्ट हुए यूरेनियम को भी विखंडित कर सकते हैं। एक यूरेनियम नाभिक के विखंडन के साथ लगभग 200 MeV ऊर्जा निकलती है, जो संलयन के दौरान निकलने वाली ऊर्जा से दस गुना अधिक है। इसलिए मौजूदा टोकामक ऊर्जावान रूप से फायदेमंद हो सकते हैं यदि वे यूरेनियम खोल से घिरे हों। विखंडन रिएक्टरों की तुलना में, ऐसे हाइब्रिड रिएक्टरों में अनियंत्रित श्रृंखला प्रतिक्रिया को विकसित होने से रोकने का लाभ होगा। इसके अलावा, अत्यधिक तीव्र न्यूट्रॉन फ्लक्स को लंबे समय तक रहने वाले यूरेनियम विखंडन उत्पादों को अल्पकालिक में परिवर्तित करना चाहिए, जो अपशिष्ट निपटान की समस्या को काफी कम कर देता है।

जड़ आशाएँ

जड़त्वीय संलयन भी स्थिर नहीं है। लेज़र प्रौद्योगिकी के विकास के दशकों में, लेज़रों की दक्षता को लगभग दस गुना बढ़ाने की संभावनाएँ उभरी हैं। और व्यवहार में, उनकी शक्ति सैकड़ों और हजारों गुना बढ़ गई है। थर्मोन्यूक्लियर उपयोग के लिए उपयुक्त मापदंडों के साथ भारी आयन त्वरक पर भी काम चल रहा है। इसके अलावा, "तेज इग्निशन" की अवधारणा जड़त्वीय संलयन की प्रगति में एक महत्वपूर्ण कारक रही है। इसमें दो पल्स का उपयोग शामिल है: एक थर्मोन्यूक्लियर ईंधन को संपीड़ित करता है, और दूसरा इसके एक छोटे हिस्से को गर्म करता है। यह माना जाता है कि ईंधन के एक छोटे से हिस्से में शुरू होने वाली प्रतिक्रिया आगे चलकर पूरे ईंधन को कवर कर लेगी। यह दृष्टिकोण ऊर्जा लागत को महत्वपूर्ण रूप से कम करना संभव बनाता है, और इसलिए प्रतिक्रियाशील ईंधन के एक छोटे अंश के साथ प्रतिक्रिया को लाभदायक बनाता है।

टोकामक समस्याएँ

अन्य प्रकार की स्थापनाओं की प्रगति के बावजूद, फिलहाल टोकामक अभी भी प्रतिस्पर्धा से बाहर हैं: यदि 1990 के दशक में दो टोकामक (टीएफटीआर और जेईटी) वास्तव में प्लाज्मा को गर्म करने के लिए ऊर्जा की खपत के बराबर थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा की रिहाई का उत्पादन करते थे (यहां तक ​​​​कि) हालाँकि ऐसा मोड केवल एक सेकंड तक ही चला), फिर अन्य प्रकार की स्थापनाओं के साथ ऐसा कुछ भी हासिल नहीं किया जा सका। यहां तक ​​कि टोकामक्स के आकार में एक साधारण वृद्धि से उनमें ऊर्जावान रूप से अनुकूल संलयन की व्यवहार्यता पैदा होगी। अंतर्राष्ट्रीय रिएक्टर ITER वर्तमान में फ्रांस में बनाया जा रहा है, जिसे व्यवहार में प्रदर्शित करना होगा।

हालाँकि, टोकामक्स में भी समस्याएँ हैं। आईटीईआर की लागत अरबों डॉलर है, जो भविष्य के वाणिज्यिक रिएक्टरों के लिए अस्वीकार्य है। कोई भी रिएक्टर कुछ घंटों के लिए भी लगातार संचालित नहीं हुआ है, हफ्तों और महीनों की तो बात ही छोड़ दें, जो कि औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए भी आवश्यक है। अभी तक कोई निश्चितता नहीं है कि निर्वात कक्ष की भीतरी दीवार की सामग्री प्लाज्मा के लंबे समय तक संपर्क को झेलने में सक्षम होगी।

एक मजबूत क्षेत्र वाले टोकामक की अवधारणा परियोजना को कम खर्चीला बना सकती है। क्षेत्र को दो से तीन गुना बढ़ाकर, अपेक्षाकृत छोटे इंस्टॉलेशन में आवश्यक प्लाज्मा पैरामीटर प्राप्त करने की योजना बनाई गई है। यह अवधारणा, विशेष रूप से, इग्निटर रिएक्टर का आधार है, जो अब इतालवी सहयोगियों के साथ मिलकर मॉस्को के पास ट्रिनिट (ट्रिनिटी इंस्टीट्यूट फॉर इनोवेशन एंड थर्मोन्यूक्लियर रिसर्च) में बनाया जाना शुरू हो रहा है। अगर इंजीनियरों की गणना सच हुई तो आईटीईआर से कई गुना कम लागत पर इस रिएक्टर में प्लाज्मा प्रज्वलित करना संभव हो सकेगा।

सितारों की ओर आगे!

थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के उत्पाद हजारों किलोमीटर प्रति सेकंड की गति से अलग-अलग दिशाओं में उड़ते हैं। इससे अति-कुशल रॉकेट इंजन बनाना संभव हो जाता है। उनका विशिष्ट आवेग सर्वोत्तम इलेक्ट्रिक जेट इंजनों की तुलना में अधिक होगा, और उनकी ऊर्जा खपत नकारात्मक भी हो सकती है (सैद्धांतिक रूप से, ऊर्जा का उपभोग करने के बजाय उत्पन्न करना संभव है)। इसके अलावा, यह मानने का हर कारण है कि थर्मोन्यूक्लियर रॉकेट इंजन बनाना जमीन-आधारित रिएक्टर से भी आसान होगा: वैक्यूम बनाने में कोई समस्या नहीं है, सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट के थर्मल इन्सुलेशन के साथ, आयामों पर कोई प्रतिबंध नहीं है, आदि। इसके अलावा, इंजन द्वारा बिजली का उत्पादन वांछनीय है, लेकिन यह बिल्कुल भी आवश्यक नहीं है, यह पर्याप्त है कि वह इसकी बहुत अधिक खपत न करे।

इलेक्ट्रोस्टैटिक कारावास

इलेक्ट्रोस्टैटिक आयन कारावास की अवधारणा को फ़्यूज़र नामक सेटअप के माध्यम से सबसे आसानी से समझा जाता है। यह एक गोलाकार जाल इलेक्ट्रोड पर आधारित है, जिस पर एक नकारात्मक क्षमता लागू होती है। एक अलग त्वरक में या केंद्रीय इलेक्ट्रोड के क्षेत्र द्वारा त्वरित किए गए आयन स्वयं इसके अंदर गिर जाते हैं और एक इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र द्वारा वहां रखे जाते हैं: यदि कोई आयन बाहर उड़ने की कोशिश करता है, तो इलेक्ट्रोड क्षेत्र उसे वापस कर देता है। दुर्भाग्य से, किसी आयन के नेटवर्क से टकराने की संभावना संलयन प्रतिक्रिया में प्रवेश करने की संभावना से कई गुना अधिक है, जो ऊर्जावान रूप से अनुकूल प्रतिक्रिया को असंभव बना देती है। ऐसी स्थापनाओं का उपयोग केवल न्यूट्रॉन स्रोतों के रूप में किया गया है।
एक सनसनीखेज खोज करने के प्रयास में, कई वैज्ञानिक जहां भी संभव हो संश्लेषण देखने का प्रयास करते हैं। तथाकथित "कोल्ड फ्यूज़न" के विभिन्न विकल्पों के संबंध में प्रेस में कई रिपोर्टें आई हैं। ड्यूटेरियम के साथ "संसेचित" धातुओं में संश्लेषण की खोज की गई थी जब उनके माध्यम से विद्युत प्रवाह प्रवाहित होता है, ड्यूटेरियम-संतृप्त तरल पदार्थों के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, उनमें गुहिकायन बुलबुले के गठन के दौरान, साथ ही साथ अन्य मामलों में भी। हालाँकि, इनमें से अधिकांश प्रयोगों की अन्य प्रयोगशालाओं में संतोषजनक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता नहीं है, और उनके परिणामों को लगभग हमेशा संश्लेषण के उपयोग के बिना समझाया जा सकता है।
"गौरवशाली परंपरा" को जारी रखते हुए, जो "दार्शनिक पत्थर" से शुरू हुई और फिर "सतत गति मशीन" में बदल गई, कई आधुनिक घोटालेबाज अब उनसे "कोल्ड फ्यूजन जनरेटर", "कैविटेशन रिएक्टर" और अन्य "ईंधन" खरीदने की पेशकश कर रहे हैं। -मुक्त जनरेटर": दार्शनिक के बारे में हर कोई पहले ही पत्थर को भूल चुका है, वे सतत गति में विश्वास नहीं करते हैं, लेकिन परमाणु संलयन अब काफी ठोस लगता है। लेकिन, अफसोस, वास्तव में ऐसे ऊर्जा स्रोत अभी तक मौजूद नहीं हैं (और जब उन्हें बनाया जा सकेगा, तो यह सभी समाचार विज्ञप्तियों में होगा)। इसलिए सावधान रहें: यदि आपको कोई ऐसा उपकरण खरीदने की पेशकश की जाती है जो ठंडे परमाणु संलयन के माध्यम से ऊर्जा उत्पन्न करता है, तो वे बस आपको "धोखा" देने की कोशिश कर रहे हैं!

प्रारंभिक अनुमानों के अनुसार, प्रौद्योगिकी के वर्तमान स्तर के साथ भी, सौर मंडल के ग्रहों की उड़ान के लिए (उचित धन के साथ) थर्मोन्यूक्लियर रॉकेट इंजन बनाना संभव है। ऐसे इंजनों की तकनीक में महारत हासिल करने से मानवयुक्त उड़ानों की गति दस गुना बढ़ जाएगी और बोर्ड पर बड़े आरक्षित ईंधन भंडार रखना संभव हो जाएगा, जिससे मंगल ग्रह पर उड़ान भरना अब आईएसएस पर काम करने से अधिक कठिन नहीं होगा। प्रकाश की गति की 10% गति संभावित रूप से स्वचालित स्टेशनों के लिए उपलब्ध हो जाएगी, जिसका अर्थ है कि पास के सितारों पर अनुसंधान जांच भेजना और उनके रचनाकारों के जीवनकाल के दौरान वैज्ञानिक डेटा प्राप्त करना संभव होगा।

जड़त्वीय संलयन पर आधारित थर्मोन्यूक्लियर रॉकेट इंजन की अवधारणा को वर्तमान में सबसे विकसित माना जाता है। एक इंजन और एक रिएक्टर के बीच का अंतर चुंबकीय क्षेत्र में निहित है, जो आवेशित प्रतिक्रिया उत्पादों को एक दिशा में निर्देशित करता है। दूसरे विकल्प में एक खुले जाल का उपयोग शामिल है, जिसमें एक प्लग को जानबूझकर कमजोर किया जाता है। इससे बहने वाला प्लाज्मा एक प्रतिक्रियाशील बल पैदा करेगा।

थर्मोन्यूक्लियर भविष्य

थर्मोन्यूक्लियर संलयन में महारत हासिल करना पहले की तुलना में कई गुना अधिक कठिन साबित हुआ। और यद्यपि कई समस्याएं पहले ही हल हो चुकी हैं, शेष हजारों वैज्ञानिकों और इंजीनियरों की अगले कुछ दशकों की कड़ी मेहनत के लिए पर्याप्त होंगी। लेकिन हाइड्रोजन और हीलियम आइसोटोप के परिवर्तन हमारे लिए खुलने की संभावनाएं इतनी शानदार हैं, और जो रास्ता अपनाया गया है वह पहले से ही इतना महत्वपूर्ण है कि आधे रास्ते में रुकने का कोई मतलब नहीं है। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि कितने संशयवादी क्या कहते हैं, भविष्य निस्संदेह संश्लेषण में निहित है।

फ्यूजन रिएक्टर ई.पी. वेलिखोव, एस.वी. पुटविंस्की

ई.पी. वेलिखोव, एस.वी. पुटविंस्की.
22 अक्टूबर 1999 की रिपोर्ट, वर्ल्ड फेडरेशन ऑफ साइंटिस्ट्स के ऊर्जा केंद्र के ढांचे के भीतर की गई

टिप्पणी

यह लेख संलयन अनुसंधान की वर्तमान स्थिति का एक संक्षिप्त विवरण प्रदान करता है और 21वीं सदी की ऊर्जा प्रणाली में संलयन शक्ति की संभावनाओं की रूपरेखा प्रस्तुत करता है। यह समीक्षा भौतिकी और इंजीनियरिंग की बुनियादी बातों से परिचित पाठकों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए है।

आधुनिक भौतिक अवधारणाओं के अनुसार, ऊर्जा के केवल कुछ ही मूलभूत स्रोत हैं, जिन पर सैद्धांतिक रूप से मानवता द्वारा महारत हासिल की जा सकती है और उनका उपयोग किया जा सकता है। परमाणु संलयन अभिक्रियाएँ ऊर्जा का एक ऐसा स्रोत हैं और... संलयन प्रतिक्रियाओं में, प्रकाश तत्वों के नाभिक के संलयन और भारी नाभिक के निर्माण के दौरान किए गए परमाणु बलों के कार्य के कारण ऊर्जा उत्पन्न होती है। ये प्रतिक्रियाएँ प्रकृति में व्यापक हैं - ऐसा माना जाता है कि सूर्य सहित सितारों की ऊर्जा, परमाणु संलयन प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला के परिणामस्वरूप उत्पन्न होती है जो हाइड्रोजन परमाणु के चार नाभिकों को हीलियम नाभिक में परिवर्तित करती है। हम कह सकते हैं कि सूर्य एक बड़ा प्राकृतिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर है जो पृथ्वी के पारिस्थितिक तंत्र को ऊर्जा की आपूर्ति करता है।

वर्तमान में, मनुष्यों द्वारा उत्पादित ऊर्जा का 85% से अधिक जैविक ईंधन - कोयला, तेल और प्राकृतिक गैस को जलाने से प्राप्त होता है। ऊर्जा के इस सस्ते स्रोत पर लगभग 200-300 साल पहले मनुष्य ने कब्ज़ा कर लिया, जिससे मानव समाज का तेजी से विकास हुआ, उसका कल्याण हुआ और परिणामस्वरूप, पृथ्वी की जनसंख्या में वृद्धि हुई। यह माना जाता है कि जनसंख्या वृद्धि और सभी क्षेत्रों में अधिक समान ऊर्जा खपत के कारण, ऊर्जा उत्पादन वर्तमान स्तर की तुलना में 2050 तक लगभग तीन गुना बढ़ जाएगा और प्रति वर्ष 10 21 जे तक पहुंच जाएगा। इसमें कोई संदेह नहीं है कि निकट भविष्य में ऊर्जा के पिछले स्रोत - जैविक ईंधन - को अन्य प्रकार के ऊर्जा उत्पादन से बदलना होगा। यह प्राकृतिक संसाधनों की कमी और पर्यावरण प्रदूषण दोनों के कारण होगा, जो विशेषज्ञों के अनुसार, सस्ते प्राकृतिक संसाधनों के विकसित होने से बहुत पहले होना चाहिए (ऊर्जा उत्पादन की वर्तमान विधि वातावरण को कचरे के ढेर के रूप में उपयोग करती है, बाहर फेंकती है) 17 मिलियन टन दैनिक कार्बन डाइऑक्साइड और ईंधन के दहन के साथ आने वाली अन्य गैसें)। 21वीं सदी के मध्य में जीवाश्म ईंधन से बड़े पैमाने पर वैकल्पिक ऊर्जा में परिवर्तन की उम्मीद है। यह माना जाता है कि भविष्य की ऊर्जा प्रणाली नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों सहित विभिन्न प्रकार के ऊर्जा स्रोतों का उपयोग करेगी, जो वर्तमान ऊर्जा प्रणाली की तुलना में अधिक व्यापक रूप से उपयोग की जाएगी, जैसे कि सौर ऊर्जा, पवन ऊर्जा, पनबिजली, बढ़ती और जलती हुई बायोमास और परमाणु ऊर्जा। कुल ऊर्जा उत्पादन में प्रत्येक ऊर्जा स्रोत की हिस्सेदारी ऊर्जा खपत की संरचना और इनमें से प्रत्येक ऊर्जा स्रोत की आर्थिक दक्षता द्वारा निर्धारित की जाएगी।

आज के औद्योगिक समाज में, आधे से अधिक ऊर्जा का उपयोग दिन और मौसम के समय से स्वतंत्र, निरंतर उपभोग मोड में किया जाता है। इस स्थिर आधार शक्ति पर दैनिक और मौसमी परिवर्तन आरोपित होते हैं। इस प्रकार, ऊर्जा प्रणाली में आधार ऊर्जा शामिल होनी चाहिए, जो समाज को स्थिर या अर्ध-स्थायी स्तर पर ऊर्जा की आपूर्ति करती है, और ऊर्जा संसाधन, जिनका आवश्यकतानुसार उपयोग किया जाता है। यह उम्मीद की जाती है कि सौर ऊर्जा, बायोमास दहन आदि जैसे नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों का उपयोग मुख्य रूप से ऊर्जा खपत के परिवर्तनीय घटक में किया जाएगा। आधार ऊर्जा के लिए मुख्य और एकमात्र उम्मीदवार परमाणु ऊर्जा है। वर्तमान में, केवल परमाणु विखंडन प्रतिक्रियाओं, जो आधुनिक परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उपयोग की जाती हैं, को ऊर्जा उत्पादन में महारत हासिल है। नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन, अब तक, केवल बुनियादी ऊर्जा के लिए एक संभावित उम्मीदवार है।

परमाणु विखंडन प्रतिक्रियाओं पर थर्मोन्यूक्लियर संलयन के क्या फायदे हैं, जो हमें थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा के बड़े पैमाने पर विकास की आशा करने की अनुमति देते हैं? मुख्य और मूलभूत अंतर लंबे समय तक रहने वाले रेडियोधर्मी कचरे की अनुपस्थिति है, जो परमाणु विखंडन रिएक्टरों के लिए विशिष्ट है। और यद्यपि थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के संचालन के दौरान पहली दीवार न्यूट्रॉन द्वारा सक्रिय होती है, उपयुक्त कम-सक्रियण संरचनात्मक सामग्रियों की पसंद थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बनाने की मौलिक संभावना को खोलती है जिसमें पहली दीवार की प्रेरित गतिविधि पूरी तरह से कम हो जाएगी रिएक्टर बंद होने के तीस साल बाद सुरक्षित स्तर। इसका मतलब यह है कि एक ख़त्म हो चुके रिएक्टर को केवल 30 वर्षों तक मॉथबॉल करने की आवश्यकता होगी, जिसके बाद सामग्रियों को पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है और एक नए संश्लेषण रिएक्टर में उपयोग किया जा सकता है। यह स्थिति मूल रूप से विखंडन रिएक्टरों से भिन्न है, जो रेडियोधर्मी अपशिष्ट उत्पन्न करते हैं जिन्हें हजारों वर्षों तक पुन: प्रसंस्करण और भंडारण की आवश्यकता होती है। कम रेडियोधर्मिता के अलावा, थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा में ईंधन और अन्य आवश्यक सामग्रियों का विशाल, व्यावहारिक रूप से अटूट भंडार होता है, जो हजारों नहीं तो सैकड़ों वर्षों तक ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए पर्याप्त है।

ये वे फायदे थे जिन्होंने प्रमुख परमाणु देशों को 50 के दशक के मध्य में नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन पर बड़े पैमाने पर शोध शुरू करने के लिए प्रेरित किया। इस समय तक, सोवियत संघ और संयुक्त राज्य अमेरिका में हाइड्रोजन बम का पहला सफल परीक्षण पहले ही किया जा चुका था, जिसने स्थलीय परिस्थितियों में ऊर्जा और परमाणु संलयन के उपयोग की मौलिक संभावना की पुष्टि की थी। शुरुआत से ही, यह स्पष्ट हो गया कि नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन का कोई सैन्य अनुप्रयोग नहीं था। इस शोध को 1956 में अवर्गीकृत कर दिया गया था और तब से इसे व्यापक अंतर्राष्ट्रीय सहयोग के ढांचे के भीतर किया जा रहा है। हाइड्रोजन बम कुछ ही वर्षों में बनाया गया था, और उस समय ऐसा लग रहा था कि लक्ष्य करीब था, और 50 के दशक के अंत में निर्मित पहली बड़ी प्रायोगिक सुविधाएं, थर्मोन्यूक्लियर प्लाज्मा का उत्पादन करेंगी। हालाँकि, ऐसी स्थितियाँ बनाने में 40 वर्षों से अधिक का शोध हुआ जिसके तहत थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा की रिहाई प्रतिक्रियाशील मिश्रण की ताप शक्ति के बराबर है। 1997 में, सबसे बड़े थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन, यूरोपीय टोकामक (जेईटी) को 16 मेगावाट थर्मोन्यूक्लियर पावर प्राप्त हुई और वह इस सीमा के करीब आ गया।

इस देरी का कारण क्या था? यह पता चला कि लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, भौतिकविदों और इंजीनियरों को बहुत सारी समस्याओं को हल करना पड़ा जिनके बारे में उन्हें यात्रा की शुरुआत में कोई जानकारी नहीं थी। इन 40 वर्षों के दौरान, प्लाज़्मा भौतिकी विज्ञान का निर्माण हुआ, जिसने प्रतिक्रियाशील मिश्रण में होने वाली जटिल भौतिक प्रक्रियाओं को समझना और उनका वर्णन करना संभव बना दिया। इंजीनियरों को समान रूप से जटिल समस्याओं को हल करने की आवश्यकता थी, जिसमें बड़ी मात्रा में गहरे वैक्यूम बनाना सीखना, उपयुक्त निर्माण सामग्री का चयन और परीक्षण करना, बड़े सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट, शक्तिशाली लेजर और एक्स-रे स्रोतों को विकसित करना, कणों के शक्तिशाली बीम बनाने में सक्षम स्पंदित पावर सिस्टम विकसित करना शामिल है। , मिश्रण के उच्च-आवृत्ति हीटिंग के लिए तरीके विकसित करें और भी बहुत कुछ।

§4 चुंबकीय नियंत्रित संलयन के क्षेत्र में अनुसंधान की समीक्षा के लिए समर्पित है, जिसमें चुंबकीय कारावास और स्पंदित सिस्टम वाले सिस्टम शामिल हैं। इस समीक्षा का अधिकांश भाग चुंबकीय प्लाज्मा कारावास, टोकामक-प्रकार की स्थापनाओं के लिए सबसे उन्नत प्रणालियों के लिए समर्पित है।

इस समीक्षा का दायरा हमें नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन पर अनुसंधान के केवल सबसे महत्वपूर्ण पहलुओं पर चर्चा करने की अनुमति देता है। इस समस्या के विभिन्न पहलुओं के अधिक गहन अध्ययन में रुचि रखने वाले पाठक को समीक्षा साहित्य देखने की सलाह दी जा सकती है। नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन पर एक व्यापक साहित्य उपलब्ध है। विशेष रूप से, नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर अनुसंधान के संस्थापकों द्वारा लिखी गई अब क्लासिक पुस्तकों के साथ-साथ हाल के प्रकाशनों का भी उल्लेख किया जाना चाहिए, जैसे कि, उदाहरण के लिए, जो थर्मोन्यूक्लियर अनुसंधान की वर्तमान स्थिति को रेखांकित करते हैं।

यद्यपि बहुत सारी परमाणु संलयन प्रतिक्रियाएं हैं जो ऊर्जा की रिहाई का कारण बनती हैं, परमाणु ऊर्जा का उपयोग करने के व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए, केवल तालिका 1 में सूचीबद्ध प्रतिक्रियाएं रुचि की हैं। यहां और नीचे हम हाइड्रोजन आइसोटोप के लिए मानक पदनाम का उपयोग करते हैं: पी - परमाणु द्रव्यमान 1 के साथ प्रोटॉन, डी - ड्यूटेरॉन, परमाणु द्रव्यमान 2 के साथ और टी - ट्रिटियम, द्रव्यमान 3 के साथ आइसोटोप। ट्रिटियम के अपवाद के साथ इन प्रतिक्रियाओं में भाग लेने वाले सभी नाभिक स्थिर हैं। ट्रिटियम हाइड्रोजन का एक रेडियोधर्मी आइसोटोप है जिसका आधा जीवन 12.3 वर्ष है। β-क्षय के परिणामस्वरूप, यह कम ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन का उत्सर्जन करते हुए He 3 में बदल जाता है। परमाणु विखंडन प्रतिक्रियाओं के विपरीत, संलयन प्रतिक्रियाएं भारी नाभिक के लंबे समय तक रहने वाले रेडियोधर्मी टुकड़े का उत्पादन नहीं करती हैं, जो सैद्धांतिक रूप से "स्वच्छ" रिएक्टर बनाना संभव बनाती है, जो रेडियोधर्मी कचरे के दीर्घकालिक भंडारण की समस्या से बोझिल नहीं होती है।

तालिका नंबर एक।
नियंत्रित संलयन के लिए रुचि की परमाणु प्रतिक्रियाएँ

तालिका 1 में दर्शाई गई सभी प्रतिक्रियाएं, अंतिम को छोड़कर, ऊर्जा की रिहाई के साथ और गतिज ऊर्जा और प्रतिक्रिया उत्पादों, क्यू के रूप में होती हैं, जो लाखों इलेक्ट्रॉन वोल्ट (एमईवी) की इकाइयों में कोष्ठक में इंगित की जाती हैं।
(1 ईवी = 1.6·10-19 जे = 11600 डिग्रीके)। अंतिम दो प्रतिक्रियाएं नियंत्रित संलयन में एक विशेष भूमिका निभाती हैं - उनका उपयोग ट्रिटियम का उत्पादन करने के लिए किया जाएगा, जो प्रकृति में मौजूद नहीं है।

परमाणु संलयन प्रतिक्रियाओं 1-5 में अपेक्षाकृत उच्च प्रतिक्रिया दर होती है, जो आमतौर पर प्रतिक्रिया क्रॉस सेक्शन, σ द्वारा विशेषता होती है। तालिका 1 से प्रतिक्रिया क्रॉस सेक्शन को द्रव्यमान प्रणाली के केंद्र में ऊर्जा और टकराने वाले कणों के कार्य के रूप में चित्र 1 में दिखाया गया है।

नाभिकों के बीच कूलम्ब प्रतिकर्षण की उपस्थिति के कारण, कम ऊर्जा और कणों पर प्रतिक्रियाओं के लिए क्रॉस सेक्शन नगण्य हैं, और इसलिए, सामान्य तापमान पर, हाइड्रोजन आइसोटोप और अन्य प्रकाश परमाणुओं का मिश्रण व्यावहारिक रूप से प्रतिक्रिया नहीं करता है। इनमें से किसी भी प्रतिक्रिया के लिए ध्यान देने योग्य क्रॉस सेक्शन होने के लिए, टकराने वाले कणों में उच्च गतिज ऊर्जा की आवश्यकता होती है। तब कण कूलम्ब बाधा को पार करने में सक्षम होंगे, परमाणु के क्रम में दूरी पर पहुंचेंगे और प्रतिक्रिया करेंगे। उदाहरण के लिए, ट्रिटियम के साथ ड्यूटेरियम की प्रतिक्रिया के लिए अधिकतम क्रॉस सेक्शन लगभग 80 केवी की कण ऊर्जा पर प्राप्त किया जाता है, और डीटी मिश्रण की उच्च प्रतिक्रिया दर के लिए, इसका तापमान एक सौ मिलियन के पैमाने पर होना चाहिए डिग्री, टी = 10 8° के.

ऊर्जा और परमाणु संलयन उत्पन्न करने का सबसे सरल तरीका जो तुरंत दिमाग में आता है वह है एक आयन त्वरक और बमबारी का उपयोग करना, कहते हैं, ट्रिटियम आयनों को 100 केवी की ऊर्जा तक त्वरित किया जाता है, एक ठोस या गैस लक्ष्य जिसमें ड्यूटेरियम आयन होते हैं। हालाँकि, लक्ष्य के ठंडे इलेक्ट्रॉनों से टकराने पर इंजेक्ट किए गए आयन बहुत तेज़ी से धीमे हो जाते हैं, और प्रारंभिक (लगभग 100 केवी) में भारी अंतर के बावजूद, उनके त्वरण की ऊर्जा लागत को कवर करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा उत्पन्न करने का समय नहीं होता है। प्रतिक्रिया में उत्पन्न ऊर्जा (लगभग 10 MeV)। दूसरे शब्दों में, ऊर्जा उत्पादन की इस "विधि" और ऊर्जा प्रजनन गुणांक के साथ,
क्यू फ्यूस = पी संश्लेषण / पी लागत 1 से कम होगी।

क्यू फ़्यूज़ को बढ़ाने के लिए, लक्ष्य इलेक्ट्रॉनों को गर्म किया जा सकता है। तब तेज़ आयन अधिक धीरे-धीरे कम हो जाएंगे और क्यू फ़्यूज़ बढ़ जाएगा। हालाँकि, एक सकारात्मक उपज केवल बहुत उच्च लक्ष्य तापमान पर प्राप्त की जाती है - कई केवी के क्रम पर। इस तापमान पर, तेज़ आयनों का इंजेक्शन अब महत्वपूर्ण नहीं है; मिश्रण में पर्याप्त मात्रा में ऊर्जावान थर्मल आयन होते हैं, जो स्वयं प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करते हैं। दूसरे शब्दों में, मिश्रण में थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं या थर्मोन्यूक्लियर संलयन होता है।

थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं की दर की गणना संतुलन मैक्सवेलियन कण वितरण फ़ंक्शन पर चित्र 1 में दिखाए गए प्रतिक्रिया क्रॉस सेक्शन को एकीकृत करके की जा सकती है। परिणामस्वरूप, प्रतिक्रिया दर प्राप्त करना संभव है के(टी), जो प्रति इकाई आयतन में होने वाली प्रतिक्रियाओं की संख्या निर्धारित करता है, एन 1 एन 2 के(टी), और, परिणामस्वरूप, प्रतिक्रियाशील मिश्रण में जारी ऊर्जा का आयतन घनत्व,

पी फ़स = क्यू एन 1 एन 2 के(टी) (1)

आखिरी सूत्र में एन 1 एन 2- प्रतिक्रियाशील घटकों की वॉल्यूमेट्रिक सांद्रता, टी- प्रतिक्रियाशील कणों का तापमान और क्यू- तालिका 1 में दी गई प्रतिक्रिया की ऊर्जा उपज।

प्रतिक्रियाशील मिश्रण की विशेषता वाले उच्च तापमान पर, मिश्रण प्लाज्मा अवस्था में होता है, अर्थात। इसमें मुक्त इलेक्ट्रॉन और सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयन होते हैं जो सामूहिक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के माध्यम से एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। विद्युतचुंबकीय क्षेत्र, प्लाज्मा कणों की गति के अनुरूप, प्लाज्मा की गतिशीलता निर्धारित करते हैं और, विशेष रूप से, इसकी अर्ध-तटस्थता बनाए रखते हैं। बहुत उच्च सटीकता के साथ, प्लाज्मा में आयनों और इलेक्ट्रॉनों का चार्ज घनत्व बराबर होता है, n e = Zn z, जहां Z आयन का चार्ज है (हाइड्रोजन आइसोटोप Z = 1 के लिए)। आयन और इलेक्ट्रॉन घटक कूलम्ब टकराव के कारण ऊर्जा का आदान-प्रदान करते हैं और थर्मोन्यूक्लियर अनुप्रयोगों के लिए विशिष्ट प्लाज्मा मापदंडों पर, उनका तापमान लगभग बराबर होता है।

मिश्रण के उच्च तापमान के लिए आपको अतिरिक्त ऊर्जा लागत का भुगतान करना होगा। सबसे पहले, हमें आयनों से टकराते समय इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्सर्जित ब्रेम्सस्ट्रालंग को ध्यान में रखना होगा:

ब्रेम्सस्ट्रालंग की शक्ति, साथ ही मिश्रण में थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं की शक्ति, प्लाज्मा घनत्व के वर्ग के समानुपाती होती है और इसलिए, अनुपात पी फ्यू /पी बी केवल प्लाज्मा तापमान पर निर्भर करता है। थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं की शक्ति के विपरीत, ब्रेम्सस्ट्रालंग, प्लाज्मा तापमान पर कमजोर रूप से निर्भर करता है, जिससे प्लाज्मा तापमान पर एक निचली सीमा की उपस्थिति होती है, जिस पर थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं की शक्ति ब्रेम्सस्ट्रालंग घाटे की शक्ति के बराबर होती है, पी फ्यूस / पी बी = 1. ब्रेम्सस्ट्रालंग थ्रेशोल्ड से नीचे के तापमान पर बिजली की हानि ऊर्जा के थर्मोन्यूक्लियर रिलीज से अधिक होती है और, और इसलिए ठंडे मिश्रण में सकारात्मक ऊर्जा रिलीज असंभव है। ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के मिश्रण का सीमित तापमान सबसे कम होता है, लेकिन इस मामले में भी मिश्रण का तापमान 3 KeV (3.5 · 10 7 °K) से अधिक होना चाहिए। डीडी और डीएचई 3 प्रतिक्रियाओं के लिए सीमा तापमान लगभग डीटी प्रतिक्रिया की तुलना में अधिक परिमाण का एक क्रम है। बोरान के साथ एक प्रोटॉन की प्रतिक्रिया के लिए, किसी भी तापमान पर ब्रेम्सस्ट्रालंग विकिरण प्रतिक्रिया उपज से अधिक होता है, और इसलिए, इस प्रतिक्रिया का उपयोग करने के लिए, विशेष जाल की आवश्यकता होती है जिसमें इलेक्ट्रॉन तापमान आयन तापमान से कम होता है, या प्लाज्मा घनत्व होता है उच्च कि विकिरण कार्यशील मिश्रण द्वारा अवशोषित हो जाता है।

मिश्रण के उच्च तापमान के अलावा, एक सकारात्मक प्रतिक्रिया होने के लिए, गर्म मिश्रण को प्रतिक्रिया होने के लिए पर्याप्त समय तक मौजूद रहना चाहिए। परिमित आयामों वाले किसी भी थर्मोन्यूक्लियर सिस्टम में, ब्रेम्सस्ट्रालंग के अलावा प्लाज्मा से ऊर्जा हानि के अतिरिक्त चैनल होते हैं (उदाहरण के लिए, तापीय चालकता, अशुद्धियों के लाइन विकिरण आदि के कारण), जिनकी शक्ति थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा से अधिक नहीं होनी चाहिए मुक्त करना। सामान्य स्थिति में, अतिरिक्त ऊर्जा हानि को प्लाज्मा टी ई के ऊर्जा जीवनकाल द्वारा दर्शाया जा सकता है, जिसे इस तरह से परिभाषित किया गया है कि अनुपात 3 एनटी / टी ई प्रति यूनिट प्लाज्मा मात्रा में बिजली हानि देता है। जाहिर है, एक सकारात्मक उपज के लिए यह आवश्यक है कि थर्मोन्यूक्लियर शक्ति अतिरिक्त नुकसान की शक्ति से अधिक हो, पी फ्यूस > 3एनटी / टी ई, जो घनत्व और प्लाज्मा जीवनकाल के न्यूनतम उत्पाद, एनटी ई के लिए एक शर्त देता है। उदाहरण के लिए, डीटी प्रतिक्रिया के लिए यह आवश्यक है

एनटी ई > 5 10 19 एस/एम 3 (3)

इस स्थिति को आमतौर पर लॉसन मानदंड कहा जाता है (सख्ती से कहें तो, मूल कार्य में, लॉसन मानदंड एक विशिष्ट थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर डिजाइन के लिए प्राप्त किया गया था और, (3) के विपरीत, थर्मल ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने की दक्षता शामिल है)। जिस रूप में यह ऊपर लिखा गया है, मानदंड व्यावहारिक रूप से थर्मोन्यूक्लियर सिस्टम से स्वतंत्र है और सकारात्मक आउटपुट के लिए एक सामान्यीकृत आवश्यक शर्त है। अन्य प्रतिक्रियाओं के लिए लॉसन मानदंड डीटी प्रतिक्रिया की तुलना में अधिक परिमाण का एक या दो क्रम है, और थ्रेशोल्ड तापमान भी अधिक है। सकारात्मक आउटपुट प्राप्त करने के लिए डिवाइस की निकटता को आमतौर पर टी-एनटी ई विमान पर दर्शाया गया है, जिसे चित्र 2 में दिखाया गया है।

एनटी ई

अंक 2। टी-एनटी ई विमान पर परमाणु प्रतिक्रिया की सकारात्मक उपज वाला क्षेत्र।
थर्मोन्यूक्लियर प्लाज्मा को सीमित करने के लिए विभिन्न प्रायोगिक प्रतिष्ठानों की उपलब्धियों को दिखाया गया है।

यह देखा जा सकता है कि डीटी प्रतिक्रियाएं अधिक आसानी से संभव हैं - उन्हें डीडी प्रतिक्रियाओं की तुलना में काफी कम प्लाज्मा तापमान की आवश्यकता होती है और इसके प्रतिधारण पर कम कठोर शर्तें लागू होती हैं। आधुनिक थर्मोन्यूक्लियर कार्यक्रम का उद्देश्य डीटी-नियंत्रित संलयन को लागू करना है।

इस प्रकार, नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं, सिद्धांत रूप में, संभव हैं, और थर्मोन्यूक्लियर अनुसंधान का मुख्य कार्य एक व्यावहारिक उपकरण का विकास है जो ऊर्जा के अन्य स्रोतों के साथ आर्थिक रूप से प्रतिस्पर्धा कर सकता है।

50 वर्षों में आविष्कार किए गए सभी उपकरणों को दो बड़े वर्गों में विभाजित किया जा सकता है: 1) गर्म प्लाज्मा के चुंबकीय कारावास पर आधारित स्थिर या अर्ध-स्थिर प्रणालियाँ; 2) पल्स सिस्टम। पहले मामले में, प्लाज्मा घनत्व कम है और सिस्टम में अच्छी ऊर्जा प्रतिधारण के कारण लॉसन मानदंड प्राप्त किया जाता है, अर्थात। लंबी ऊर्जा प्लाज्मा जीवनकाल। इसलिए, चुंबकीय परिरोध वाले सिस्टम में कई मीटर के क्रम का एक विशिष्ट प्लाज्मा आकार और अपेक्षाकृत कम प्लाज्मा घनत्व होता है, n ~ 10 20 m -3 (यह सामान्य दबाव और कमरे के तापमान पर परमाणु घनत्व से लगभग 10 5 गुना कम है) .

स्पंदित प्रणालियों में, लॉसन मानदंड को लेजर या एक्स-रे विकिरण के साथ संलयन लक्ष्यों को संपीड़ित करके और एक बहुत ही उच्च घनत्व मिश्रण बनाकर प्राप्त किया जाता है। स्पंदित प्रणालियों में जीवनकाल छोटा होता है और लक्ष्य के मुक्त विस्तार से निर्धारित होता है। नियंत्रित संलयन की इस दिशा में मुख्य भौतिक चुनौती कुल ऊर्जा और विस्फोट को उस स्तर तक कम करना है जिससे एक व्यावहारिक संलयन रिएक्टर बनाना संभव हो सके।

दोनों प्रकार की प्रणालियाँ पहले से ही सकारात्मक ऊर्जा आउटपुट और क्यू फ्यूस > 1 के साथ प्रायोगिक मशीनें बनाने के करीब आ चुकी हैं, जिसमें भविष्य के थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरों के मुख्य तत्वों का परीक्षण किया जाएगा। हालाँकि, संलयन उपकरणों की चर्चा पर आगे बढ़ने से पहले, हम भविष्य के संलयन रिएक्टर के ईंधन चक्र पर विचार करेंगे, जो सिस्टम के विशिष्ट डिजाइन से काफी हद तक स्वतंत्र है।

1) टोकामक टी-15 अब तक केवल ओमिक प्लाज्मा हीटिंग मोड में संचालित होता है और इसलिए, इस इंस्टॉलेशन से प्राप्त प्लाज्मा पैरामीटर काफी कम हैं। भविष्य में, 10 मेगावाट न्यूट्रल इंजेक्शन और 10 मेगावाट इलेक्ट्रॉन साइक्लोट्रॉन हीटिंग शुरू करने की योजना है।

2) दिए गए क्यू फ़्यूज़ को डीटी प्लाज़्मा के सेटअप में प्राप्त डीडी प्लाज़्मा के मापदंडों से पुनर्गणना की गई थी।

और यद्यपि इन TOKAMAKs पर प्रायोगिक कार्यक्रम अभी तक पूरा नहीं हुआ है, मशीनों की इस पीढ़ी ने इसे सौंपे गए कार्यों को व्यावहारिक रूप से पूरा कर लिया है। टोकामैक्स जेट और टीएफटीआर को पहली बार प्लाज्मा में डीटी प्रतिक्रियाओं की उच्च थर्मोन्यूक्लियर शक्ति, टीएफटीआर में 11 मेगावाट और जेट में 16 मेगावाट प्राप्त हुई। चित्र 6 डीटी प्रयोगों में थर्मोन्यूक्लियर पावर की समय निर्भरता को दर्शाता है।

चित्र 6. जेट और टीएफटीआर टोकामक्स पर रिकॉर्ड ड्यूटेरियम-ट्रिटियम डिस्चार्ज में समय पर थर्मोन्यूक्लियर पावर की निर्भरता।

TOKAMAK की यह पीढ़ी थ्रेशोल्ड वैल्यू Q फ्यूस = 1 तक पहुंच गई और पूर्ण पैमाने के TOKAMAK रिएक्टर के लिए आवश्यक से कई गुना कम एनटी ई प्राप्त किया। TOKAMAKs ने आरएफ फ़ील्ड और न्यूट्रल बीम का उपयोग करके स्थिर प्लाज्मा करंट को बनाए रखना सीख लिया है। थर्मोन्यूक्लियर अल्फा कणों सहित तेज कणों द्वारा प्लाज्मा को गर्म करने की भौतिकी का अध्ययन किया गया, डायवर्टर के संचालन का अध्ययन किया गया, और कम तापीय भार के साथ इसके संचालन के तरीके विकसित किए गए। इन अध्ययनों के परिणामों ने अगले चरण के लिए आवश्यक भौतिक नींव बनाना संभव बना दिया - पहला टोकामक रिएक्टर, जो दहन मोड में काम करेगा।

TOKAMAKs में प्लाज्मा मापदंडों पर क्या भौतिक प्रतिबंध हैं?

टोकामक में अधिकतम प्लाज्मा दबाव या अधिकतम मूल्य β प्लाज्मा की स्थिरता से निर्धारित होता है और लगभग ट्रॉयॉन के संबंध द्वारा वर्णित है,

कहाँ β में व्यक्त किया %, आईपी– प्लाज्मा में प्रवाहित होने वाली धारा और β एनएक आयामहीन स्थिरांक है जिसे ट्रॉयॉन गुणांक कहा जाता है। (5) में पैरामीटर में आयाम एमए, टी, एम हैं। ट्रॉयॉन गुणांक के अधिकतम मान β एन= 3÷5, प्रयोगों में प्राप्त, प्लाज्मा स्थिरता की गणना के आधार पर सैद्धांतिक भविष्यवाणियों के साथ अच्छे समझौते में हैं। चित्र 7 सीमा मान दिखाता है β , विभिन्न टोकामकों में प्राप्त किया गया।

चित्र 7. सीमा मानों की तुलना β ट्रॉयॉन स्केलिंग प्रयोगों में हासिल किया गया।

यदि सीमा मान पार हो गया है β , टोकामक प्लाज्मा में बड़े पैमाने पर पेचदार गड़बड़ी विकसित होती है, प्लाज्मा जल्दी ठंडा हो जाता है और दीवार पर मर जाता है। इस घटना को प्लाज्मा स्टॉल कहा जाता है।

जैसा कि चित्र 7 से देखा जा सकता है, टोकामक को कम मूल्यों की विशेषता है β कई प्रतिशत के स्तर पर. मूल्य में वृद्धि की मूलभूत संभावना है β प्लाज्मा पहलू अनुपात को आर/ के बेहद कम मूल्यों तक कम करके ए= 1.3÷1.5. सिद्धांत भविष्यवाणी करता है कि ऐसी मशीनों में β कई दसियों प्रतिशत तक पहुँच सकता है। इंग्लैंड में कई साल पहले निर्मित पहला अल्ट्रा-लो पहलू अनुपात टोकामक, स्टार्ट, पहले ही मान प्राप्त कर चुका है β = 30%. दूसरी ओर, ये सिस्टम तकनीकी रूप से अधिक मांग वाले हैं और टोरॉयडल कॉइल, डायवर्टर और न्यूट्रॉन सुरक्षा के लिए विशेष तकनीकी समाधान की आवश्यकता होती है। वर्तमान में, START की तुलना में कई बड़े प्रायोगिक TOKAMAK कम पहलू अनुपात और 1 MA से ऊपर प्लाज्मा करंट के साथ बनाए जा रहे हैं। उम्मीद है कि अगले 5 वर्षों में, प्रयोग यह समझने के लिए पर्याप्त डेटा प्रदान करेंगे कि क्या प्लाज्मा मापदंडों में अपेक्षित सुधार हासिल किया जाएगा और क्या यह इस दिशा में अपेक्षित तकनीकी कठिनाइयों की भरपाई करने में सक्षम होगा।

TOKAMAKs में प्लाज्मा कारावास के दीर्घकालिक अध्ययनों से पता चला है कि चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा और कण स्थानांतरण की प्रक्रियाएं प्लाज्मा में जटिल अशांत प्रक्रियाओं द्वारा निर्धारित होती हैं। और यद्यपि असामान्य प्लाज्मा हानियों के लिए जिम्मेदार प्लाज्मा अस्थिरताओं की पहचान पहले ही की जा चुकी है, लेकिन पहले सिद्धांतों के आधार पर प्लाज्मा जीवनकाल का वर्णन करने के लिए नॉनलाइनियर प्रक्रियाओं की सैद्धांतिक समझ अभी तक पर्याप्त नहीं है। इसलिए, आधुनिक प्रतिष्ठानों में प्राप्त प्लाज्मा जीवनकाल को टोकामक रिएक्टर के पैमाने पर एक्सट्रपलेशन करने के लिए, अनुभवजन्य कानून-स्केलिंग-वर्तमान में उपयोग किए जाते हैं। इनमें से एक स्केलिंग (ITER-97(y)), जो विभिन्न TOKAMAKs से एक प्रयोगात्मक डेटाबेस के सांख्यिकीय प्रसंस्करण के माध्यम से प्राप्त की गई है, भविष्यवाणी करती है कि जीवनकाल प्लाज्मा आकार, आर, प्लाज्मा वर्तमान I p, और प्लाज्मा क्रॉस सेक्शन k = के बढ़ाव के साथ बढ़ता है। बी/ ए= 4 और बढ़ती प्लाज्मा ताप शक्ति के साथ घटता है, पी:

टी ई ~ आर 2 के 0.9 आई आर 0.9 / पी 0.66

अन्य प्लाज्मा मापदंडों पर ऊर्जा जीवनकाल की निर्भरता कमजोर है। चित्र 8 से पता चलता है कि लगभग सभी प्रायोगिक TOKAMAKs में मापा गया जीवनकाल इस स्केलिंग द्वारा अच्छी तरह से वर्णित है।

चित्र.8. ITER-97(y) स्केलिंग द्वारा अनुमानित ऊर्जा जीवनकाल पर प्रयोगात्मक रूप से देखी गई ऊर्जा जीवनकाल की निर्भरता।
स्केलिंग से प्रायोगिक बिंदुओं का औसत सांख्यिकीय विचलन 15% है।
अलग-अलग लेबल अलग-अलग TOKAMAK और अनुमानित TOKAMAK रिएक्टर ITER से मेल खाते हैं।

यह स्केलिंग भविष्यवाणी करती है कि एक टोकामक जिसमें आत्मनिर्भर थर्मोन्यूक्लियर दहन होगा, उसकी बड़ी त्रिज्या 7-8 मीटर और प्लाज्मा धारा 20 एमए होनी चाहिए। ऐसे टोकामक में, ऊर्जा जीवनकाल 5 सेकंड से अधिक होगा, और थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं की शक्ति 1-1.5 गीगावॉट के स्तर पर होगी।

1998 में, टोकामक रिएक्टर ITER का इंजीनियरिंग डिजाइन पूरा हो गया। ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के मिश्रण के थर्मोन्यूक्लियर दहन को प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किया गया पहला प्रायोगिक टोकामक रिएक्टर बनाने के उद्देश्य से चार पक्षों: यूरोप, रूस, अमेरिका और जापान द्वारा संयुक्त रूप से काम किया गया था। स्थापना के मुख्य भौतिक और इंजीनियरिंग पैरामीटर तालिका 3 में दिए गए हैं, और इसका क्रॉस-सेक्शन चित्र 9 में दिखाया गया है।

चित्र.9. डिज़ाइन किए गए टोकामक रिएक्टर ITER का सामान्य दृश्य।

आईटीईआर में टोकामक रिएक्टर की सभी मुख्य विशेषताएं पहले से ही मौजूद होंगी। इसमें पूरी तरह से सुपरकंडक्टिंग चुंबकीय प्रणाली, एक ठंडा कंबल और न्यूट्रॉन विकिरण से सुरक्षा, और स्थापना के लिए एक दूरस्थ रखरखाव प्रणाली होगी। यह माना जाता है कि 1 मेगावाट/मीटर 2 की शक्ति घनत्व के साथ न्यूट्रॉन प्रवाह और 0.3 मेगावाट × वर्ष/मीटर 2 का कुल प्रवाह पहली दीवार पर प्राप्त किया जाएगा, जो पुन: उत्पन्न करने में सक्षम सामग्रियों और कंबल मॉड्यूल के परमाणु प्रौद्योगिकी परीक्षणों की अनुमति देगा। ट्रिटियम.

टेबल तीन।
पहले प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर टोकामक रिएक्टर, आईटीईआर के बुनियादी पैरामीटर।

ITER को 2010-2011 में बनाने की योजना है। प्रायोगिक कार्यक्रम, जो इस प्रायोगिक रिएक्टर पर लगभग बीस वर्षों तक जारी रहेगा, 2030-2035 में निर्माण के लिए आवश्यक प्लाज्मा-भौतिक और परमाणु-तकनीकी डेटा प्राप्त करना संभव बना देगा। पहला प्रदर्शन रिएक्टर - टोकामक, जो पहले से ही बिजली का उत्पादन करेगा। आईटीईआर का मुख्य कार्य बिजली पैदा करने के लिए टोकामक रिएक्टर की व्यावहारिकता को प्रदर्शित करना होगा।

टोकामक के साथ, जो वर्तमान में नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन को लागू करने के लिए सबसे उन्नत प्रणाली है, अन्य चुंबकीय जाल भी हैं जो टोकामक के साथ सफलतापूर्वक प्रतिस्पर्धा करते हैं।

TOKAMAKs और STELLARATORS के अलावा, प्रयोग, हालांकि छोटे पैमाने पर, बंद चुंबकीय विन्यास के साथ कुछ अन्य प्रणालियों पर जारी हैं। उनमें से, फील्ड-रिवर्स्ड पिंच, स्फेरोमैक्स और कॉम्पैक्ट टोरी पर ध्यान दिया जाना चाहिए। फील्ड-रिवर्स्ड पिंच में अपेक्षाकृत कम टॉरॉयडल चुंबकीय क्षेत्र होता है। SPHEROMAK या कॉम्पैक्ट टोरी में कोई टॉरॉयडल चुंबकीय प्रणाली नहीं होती है। तदनुसार, ये सभी प्रणालियाँ उच्च पैरामीटर मान के साथ प्लाज्मा बनाने की क्षमता का वादा करती हैं β और, इसलिए, भविष्य में डीएचई 3 या आरबी जैसी वैकल्पिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग करके कॉम्पैक्ट फ्यूजन रिएक्टर या रिएक्टर के निर्माण के लिए आकर्षक हो सकता है, जिसमें चुंबकीय ब्रेम्सस्ट्रालंग को कम करने के लिए कम क्षेत्र की आवश्यकता होती है। इन जालों में प्राप्त वर्तमान प्लाज्मा पैरामीटर अभी भी TOKAMAKS और STELLARATORS में प्राप्त की तुलना में काफी कम हैं।

पदार्थ के साथ लेज़र विकिरण की अंतःक्रिया के एक अध्ययन से पता चला है कि लेज़र विकिरण 2÷4 · 10 14 W/cm 2 की आवश्यक शक्ति घनत्व तक लक्ष्य शेल के वाष्पित होने वाले पदार्थ द्वारा अच्छी तरह से अवशोषित होता है। अवशोषण गुणांक 40÷80% तक पहुंच सकता है और विकिरण तरंग दैर्ध्य घटने के साथ बढ़ता है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, यदि संपीड़न के दौरान ईंधन का बड़ा हिस्सा ठंडा रहता है तो एक बड़ी थर्मोन्यूक्लियर उपज प्राप्त की जा सकती है। ऐसा करने के लिए, यह आवश्यक है कि संपीड़न रुद्धोष्म हो, अर्थात। लक्ष्य को पहले से गर्म करने से बचना आवश्यक है, जो लेजर विकिरण द्वारा ऊर्जावान इलेक्ट्रॉनों, शॉक तरंगों या कठोर एक्स-रे की पीढ़ी के कारण हो सकता है। कई अध्ययनों से पता चला है कि इन अवांछित प्रभावों को विकिरण पल्स को प्रोफाइल करके, गोलियों को अनुकूलित करके और विकिरण तरंग दैर्ध्य को कम करके कम किया जा सकता है। कार्य से उधार लिया गया चित्र 16, समतल पर क्षेत्र की सीमाओं को दर्शाता है शक्ति घनत्व - तरंग दैर्ध्यलक्ष्य संपीड़न के लिए उपयुक्त लेजर।

चित्र 16. पैरामीटर विमान पर वह क्षेत्र जिसमें लेजर थर्मोन्यूक्लियर लक्ष्य (छायांकित) को संपीड़ित करने में सक्षम हैं।

लक्ष्यों को प्रज्वलित करने के लिए पर्याप्त लेजर मापदंडों वाला पहला लेजर इंस्टॉलेशन (एनआईएफ) 2002 में संयुक्त राज्य अमेरिका में बनाया जाएगा। इंस्टॉलेशन से लक्ष्यों के संपीड़न की भौतिकी का अध्ययन करना संभव हो जाएगा, जिसमें 1- के स्तर पर थर्मोन्यूक्लियर आउटपुट होगा। 20 एमजे और, तदनुसार, उच्च मान प्राप्त करने की अनुमति देगा Q>1।

यद्यपि लेज़र लक्ष्यों के संपीड़न और प्रज्वलन पर प्रयोगशाला अनुसंधान करना संभव बनाते हैं, लेकिन उनका नुकसान उनकी कम दक्षता है, जो कि, अब तक, 1-2% तक पहुंच गया है। इतनी कम दक्षता पर, लक्ष्य की थर्मोन्यूक्लियर उपज 10 3 से अधिक होनी चाहिए, जो एक बहुत मुश्किल काम है। इसके अलावा, ग्लास लेजर में पल्स रिपीटेबिलिटी कम होती है। लेज़रों को फ़्यूज़न पावर प्लांट के लिए रिएक्टर ड्राइवर के रूप में काम करने के लिए, उनकी लागत परिमाण के लगभग दो आदेशों से कम होनी चाहिए। इसलिए, लेजर तकनीक के विकास के समानांतर, शोधकर्ताओं ने अधिक कुशल ड्राइवरों - आयन बीम के विकास की ओर रुख किया।

आयन किरणें

वर्तमान में, दो प्रकार के आयन बीम पर विचार किया जा रहा है: प्रकाश आयनों के बीम, प्रकार ली, कई दसियों MeV की ऊर्जा के साथ, और भारी आयनों के बीम, प्रकार Pb, 10 GeV तक की ऊर्जा के साथ। यदि हम रिएक्टर अनुप्रयोगों के बारे में बात करते हैं, तो दोनों ही मामलों में लगभग 10 एनएस के समय में कई मिलीमीटर के त्रिज्या वाले लक्ष्य को कई एमजे की ऊर्जा की आपूर्ति करना आवश्यक है। यह न केवल बीम पर ध्यान केंद्रित करने के लिए आवश्यक है, बल्कि इसे रिएक्टर कक्ष में त्वरक आउटपुट से लक्ष्य तक लगभग कई मीटर की दूरी पर संचालित करने में सक्षम होने के लिए भी आवश्यक है, जो कि कण बीम के लिए बिल्कुल भी आसान काम नहीं है।

कई दसियों MeV की ऊर्जा वाले प्रकाश आयनों की किरणें अपेक्षाकृत उच्च दक्षता के साथ बनाई जा सकती हैं। डायोड पर लागू पल्स वोल्टेज का उपयोग करना। आधुनिक स्पंदित तकनीक लक्ष्यों को संपीड़ित करने के लिए आवश्यक शक्तियाँ प्राप्त करना संभव बनाती है, और इसलिए प्रकाश आयन किरणें ड्राइवर के लिए सबसे सस्ता उम्मीदवार हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका में सैंडीवुड नेशनल लेबोरेटरी में पीबीएफए-11 सुविधा में कई वर्षों से प्रकाश आयनों के साथ प्रयोग किए जा रहे हैं। सेटअप 3.5 एमए की चरम धारा और लगभग 1 एमजे की कुल ऊर्जा के साथ 30 एमईवी ली आयनों की छोटी (15 एनएस) दालें बनाना संभव बनाता है। अंदर एक लक्ष्य के साथ बड़े-जेड सामग्री से बना एक आवरण गोलाकार सममित डायोड के केंद्र में रखा गया था, जिससे बड़ी संख्या में रेडियल रूप से निर्देशित आयन बीम के उत्पादन की अनुमति मिली। आयन ऊर्जा को लक्ष्य और आवरण के बीच होहलरम आवरण और छिद्रपूर्ण भराव में अवशोषित किया गया था और लक्ष्य को संपीड़ित करते हुए नरम एक्स-रे विकिरण में परिवर्तित किया गया था।

लक्ष्य को संपीड़ित करने और प्रज्वलित करने के लिए आवश्यक 5 × 10 13 W/cm 2 से अधिक की शक्ति घनत्व प्राप्त करने की उम्मीद थी। हालाँकि, प्राप्त शक्ति घनत्व लगभग अपेक्षा से कम परिमाण का एक क्रम था। चालक के रूप में प्रकाश आयनों का उपयोग करने वाले रिएक्टर को लक्ष्य के निकट उच्च कण घनत्व वाले तेज कणों के विशाल प्रवाह की आवश्यकता होती है। ऐसे बीमों को मिलीमीटर लक्ष्यों पर केंद्रित करना अत्यधिक जटिलता का कार्य है। इसके अलावा, दहन कक्ष में अवशिष्ट गैस में प्रकाश आयनों को स्पष्ट रूप से बाधित किया जाएगा।

भारी आयनों और उच्च कण ऊर्जाओं में संक्रमण से इन समस्याओं को महत्वपूर्ण रूप से कम करना संभव हो जाता है और, विशेष रूप से, कण वर्तमान घनत्व को कम करना और इस प्रकार, कण फोकसिंग की समस्या को कम करना संभव हो जाता है। हालाँकि, आवश्यक 10 GeV कण प्राप्त करने के लिए, कण संचायक और अन्य जटिल त्वरक उपकरणों के साथ विशाल त्वरक की आवश्यकता होती है। आइए मान लें कि कुल बीम ऊर्जा 3 एमजे है, पल्स समय 10 एनएस है, और जिस क्षेत्र पर बीम को केंद्रित किया जाना चाहिए वह 3 मिमी की त्रिज्या वाला एक वृत्त है। लक्ष्य संपीड़न के लिए काल्पनिक ड्राइवरों के तुलनात्मक पैरामीटर तालिका 6 में दिए गए हैं।

तालिका 6.
हल्के और भारी आयनों पर चालकों की तुलनात्मक विशेषताएँ।

*)- लक्ष्य क्षेत्र में

भारी आयनों की किरणों के साथ-साथ हल्के आयनों के लिए होहलरम के उपयोग की आवश्यकता होती है, जिसमें आयनों की ऊर्जा को एक्स-रे विकिरण में परिवर्तित किया जाता है, जो समान रूप से लक्ष्य को विकिरणित करता है। भारी आयन किरण के लिए होहलराम का डिज़ाइन लेजर विकिरण के लिए होहलराम से थोड़ा ही भिन्न होता है। अंतर यह है कि बीमों को छेद की आवश्यकता नहीं होती है जिसके माध्यम से लेजर किरणें होहलरम में प्रवेश करती हैं। इसलिए, बीम के मामले में, विशेष कण अवशोषक का उपयोग किया जाता है, जो उनकी ऊर्जा को एक्स-रे विकिरण में परिवर्तित करता है। एक संभावित विकल्प चित्र 14बी में दिखाया गया है। यह पता चला है कि ऊर्जा और आयनों में वृद्धि और उस क्षेत्र के आकार में वृद्धि के साथ रूपांतरण दक्षता कम हो जाती है जिस पर बीम केंद्रित है। इसलिए, ऊर्जा और कणों को 10 GeV से ऊपर बढ़ाना अव्यावहारिक है।

वर्तमान में, यूरोप और संयुक्त राज्य अमेरिका दोनों में, भारी आयन बीम पर आधारित ड्राइवरों के विकास पर मुख्य प्रयासों पर ध्यान केंद्रित करने का निर्णय लिया गया है। उम्मीद है कि ये ड्राइवर 2010-2020 तक विकसित हो जाएंगे और सफल होने पर, अगली पीढ़ी के एनआईएफ इंस्टॉलेशन में लेजर की जगह ले लेंगे। अभी तक, जड़त्वीय संलयन के लिए आवश्यक त्वरक मौजूद नहीं हैं। उनके निर्माण में मुख्य कठिनाई कण प्रवाह घनत्व को उस स्तर तक बढ़ाने की आवश्यकता से जुड़ी है जिस पर आयनों का स्थानिक चार्ज घनत्व पहले से ही कणों की गतिशीलता और फोकसिंग को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है। अंतरिक्ष आवेश के प्रभाव को कम करने के लिए, बड़ी संख्या में समानांतर बीम बनाने का प्रस्ताव है, जो रिएक्टर कक्ष में जुड़े होंगे और लक्ष्य की ओर निर्देशित होंगे। एक रैखिक त्वरक का सामान्य आकार कई किलोमीटर होता है।

रिएक्टर कक्ष में कई मीटर की दूरी पर आयन बीम का संचालन करना और उन्हें कई मिलीमीटर आकार के क्षेत्र पर केंद्रित करना कैसा माना जाता है? एक संभावित योजना बीम का स्व-फ़ोकसिंग है, जो कम दबाव वाली गैस में हो सकती है। किरण गैस के आयनीकरण और प्लाज्मा के माध्यम से प्रवाहित होने वाली क्षतिपूर्ति काउंटर विद्युत धारा का कारण बनेगी। अज़ीमुथल चुंबकीय क्षेत्र, जो परिणामी धारा (बीम धारा और रिवर्स प्लाज्मा धारा के बीच का अंतर) द्वारा निर्मित होता है, किरण के रेडियल संपीड़न और उसके फोकस को बढ़ावा देगा। संख्यात्मक मॉडलिंग से पता चलता है कि, सिद्धांत रूप में, ऐसी योजना संभव है यदि गैस का दबाव 1-100 टोर की वांछित सीमा में बनाए रखा जाता है।

और यद्यपि भारी आयन किरणें एक संलयन रिएक्टर के लिए एक प्रभावी ड्राइवर बनाने की संभावना प्रदान करती हैं, फिर भी उन्हें भारी तकनीकी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है जिन्हें लक्ष्य प्राप्त करने से पहले अभी भी दूर करने की आवश्यकता है। थर्मोन्यूक्लियर अनुप्रयोगों के लिए, एक त्वरक की आवश्यकता होती है जो कई दसियों अंतरिक्ष यान की चरम धारा और लगभग 15 मेगावाट की औसत शक्ति के साथ 10 GeV आयनों का एक बीम बनाएगा। ऐसे त्वरक की चुंबकीय प्रणाली की मात्रा टोकामक रिएक्टर की चुंबकीय प्रणाली की मात्रा के बराबर है और इसलिए, कोई उम्मीद कर सकता है कि उनकी लागत उसी क्रम की होगी।

पल्स रिएक्टर चैम्बर

चुंबकीय संलयन रिएक्टर के विपरीत, जहां उच्च वैक्यूम और प्लाज्मा शुद्धता की आवश्यकता होती है, ऐसी आवश्यकताएं स्पंदित रिएक्टर के कक्ष पर नहीं लगाई जाती हैं। स्पंदित रिएक्टर बनाने में मुख्य तकनीकी कठिनाइयाँ ड्राइवर प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में हैं, सटीक लक्ष्यों और प्रणालियों का निर्माण जो कक्ष में लक्ष्य की स्थिति को खिलाना और नियंत्रित करना संभव बनाता है। पल्स रिएक्टर कक्ष का डिज़ाइन अपेक्षाकृत सरल है। अधिकांश परियोजनाओं में खुले शीतलक द्वारा बनाई गई तरल दीवार का उपयोग शामिल होता है। उदाहरण के लिए, HYLIFE-11 रिएक्टर डिज़ाइन पिघले हुए नमक Li 2 BeF 4 का उपयोग करता है, एक तरल पर्दा जिससे उस क्षेत्र को घेर लिया जाता है जहां लक्ष्य पहुंचते हैं। तरल दीवार न्यूट्रॉन विकिरण को अवशोषित कर लेगी और लक्ष्य के अवशेषों को धो देगी। यह सूक्ष्म विस्फोटों के दबाव को भी कम करता है और इसे कक्ष की मुख्य दीवार पर समान रूप से स्थानांतरित करता है। कक्ष का विशिष्ट बाहरी व्यास लगभग 8 मीटर है, इसकी ऊंचाई लगभग 20 मीटर है।

शीतलक तरल की कुल प्रवाह दर लगभग 50 मीटर 3/सेकेंड होने का अनुमान है, जो काफी प्राप्त करने योग्य है। यह माना जाता है कि मुख्य, स्थिर प्रवाह के अलावा, कक्ष में एक स्पंदित तरल शटर बनाया जाएगा, जो भारी आयनों की किरण को संचारित करने के लिए लगभग 5 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ लक्ष्य की आपूर्ति के साथ सिंक्रनाइज़ खुलेगा।

आवश्यक लक्ष्य फीडिंग सटीकता मिलीमीटर का अंश है। जाहिर है, एक कक्ष में इतनी सटीकता के साथ कई मीटर की दूरी पर एक लक्ष्य को निष्क्रिय रूप से पहुंचाना, जिसमें पिछले लक्ष्यों के विस्फोटों के कारण अशांत गैस का प्रवाह होगा, एक व्यावहारिक रूप से असंभव कार्य है। इसलिए, रिएक्टर को एक नियंत्रण प्रणाली की आवश्यकता होगी जो लक्ष्य की स्थिति को ट्रैक करने और बीम को गतिशील रूप से केंद्रित करने की अनुमति देती है। सिद्धांत रूप में, ऐसा कार्य संभव है, लेकिन यह रिएक्टर नियंत्रण को काफी जटिल बना सकता है।

थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर अभी काम नहीं कर रहा है और जल्द ही काम नहीं करेगा। लेकिन वैज्ञानिक पहले से ही जानते हैं कि यह कैसे काम करता है।

लिखित

हीलियम के समस्थानिकों में से एक हीलियम-3 का उपयोग थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के लिए ईंधन के रूप में किया जा सकता है। यह पृथ्वी पर दुर्लभ है, लेकिन चंद्रमा पर बहुत प्रचुर मात्रा में है। यह इसी नाम की डंकन जोन्स फिल्म का कथानक है। अगर आप ये आर्टिकल पढ़ रहे हैं तो आपको ये फिल्म जरूर पसंद आएगी.

परमाणु संलयन प्रतिक्रिया तब होती है जब दो छोटे परमाणु नाभिक एक बड़े परमाणु में विलीन हो जाते हैं। यह विपरीत प्रतिक्रिया है. उदाहरण के लिए, आप हीलियम बनाने के लिए दो हाइड्रोजन नाभिकों को एक साथ तोड़ सकते हैं।

ऐसी प्रतिक्रिया के साथ, द्रव्यमान में अंतर के कारण भारी मात्रा में ऊर्जा निकलती है: प्रतिक्रिया से पहले कणों का द्रव्यमान परिणामी बड़े नाभिक के द्रव्यमान से अधिक होता है। यह द्रव्यमान ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है धन्यवाद।

लेकिन दो नाभिकों के संलयन के लिए, उनके इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण बल पर काबू पाना और उन्हें एक-दूसरे के खिलाफ मजबूती से दबाना आवश्यक है। और कम दूरी पर, नाभिक के आकार के क्रम पर, बहुत अधिक परमाणु बल कार्य करते हैं, जिसके कारण नाभिक एक दूसरे के प्रति आकर्षित होते हैं और एक बड़े नाभिक में संयोजित होते हैं।

इसलिए, थर्मोन्यूक्लियर संलयन प्रतिक्रिया केवल बहुत उच्च तापमान पर ही हो सकती है, ताकि नाभिक की गति ऐसी हो कि जब वे टकराएं, तो उनके पास परमाणु बलों के काम करने और प्रतिक्रिया होने के लिए एक-दूसरे के काफी करीब आने के लिए पर्याप्त ऊर्जा हो। . यहीं से नाम में "थर्मो" आता है।

अभ्यास

जहां ऊर्जा है, वहां हथियार हैं। शीत युद्ध के दौरान, यूएसएसआर और यूएसए ने थर्मोन्यूक्लियर (या हाइड्रोजन) बम विकसित किए। यह मानवता द्वारा बनाया गया सबसे विनाशकारी हथियार है, सिद्धांत रूप में यह पृथ्वी को नष्ट कर सकता है।

व्यवहार में थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा का उपयोग करने में तापमान मुख्य बाधा है। ऐसी कोई सामग्री नहीं है जो पिघले बिना इस तापमान को बनाए रख सके।

लेकिन एक रास्ता है, आप मजबूत ऊर्जा की बदौलत प्लाज्मा को धारण कर सकते हैं। विशेष टोकामक्स में, प्लाज्मा को विशाल, शक्तिशाली चुम्बकों द्वारा डोनट आकार में रखा जा सकता है।

फ़्यूज़न पावर प्लांट सुरक्षित, पर्यावरण के अनुकूल और बहुत किफायती है। यह मानवता की सभी ऊर्जा समस्याओं का समाधान कर सकता है। बस इतना करना बाकी है कि थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट कैसे बनाया जाए।

अंतर्राष्ट्रीय प्रायोगिक संलयन रिएक्टर

फ्यूज़न रिएक्टर बनाना बहुत कठिन और बहुत महंगा है। इस तरह के भव्य कार्य को हल करने के लिए, कई देशों के वैज्ञानिकों ने अपने प्रयास संयुक्त किए: रूस, अमेरिका, यूरोपीय संघ के देश, जापान, भारत, चीन, कोरिया गणराज्य और कनाडा।

फ्रांस में फिलहाल एक प्रायोगिक टोकामक बनाया जा रहा है, इसकी लागत लगभग 15 बिलियन डॉलर होगी, योजना के मुताबिक इसे 2019 तक पूरा कर लिया जाएगा और 2037 तक इस पर प्रयोग किए जाएंगे। यदि वे सफल होते हैं, तो शायद हमारे पास अभी भी थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा के सुखद युग में रहने का समय होगा।

इसलिए अधिक ध्यान केंद्रित करें और प्रयोगों के परिणामों की प्रतीक्षा करना शुरू करें, यह आपके लिए इंतजार करने वाला दूसरा आईपैड नहीं है - मानवता का भविष्य दांव पर है।

अतिशयोक्ति के बिना, अंतर्राष्ट्रीय प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर ITER को हमारे समय की सबसे महत्वपूर्ण अनुसंधान परियोजना कहा जा सकता है। निर्माण के पैमाने के संदर्भ में, यह आसानी से लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर को पीछे छोड़ देगा, और यदि सफल रहा, तो यह चंद्रमा की उड़ान की तुलना में पूरी मानवता के लिए एक बहुत बड़ा कदम होगा। दरअसल, संभावित रूप से नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन अभूतपूर्व रूप से सस्ती और स्वच्छ ऊर्जा का लगभग अटूट स्रोत है।

इस गर्मी में आईटीईआर परियोजना के तकनीकी विवरणों पर गौर करने के कई अच्छे कारण थे। सबसे पहले, एक भव्य उपक्रम, जिसकी आधिकारिक शुरुआत 1985 में मिखाइल गोर्बाचेव और रोनाल्ड रीगन के बीच मुलाकात से मानी जाती है, हमारी आंखों के सामने भौतिक अवतार ले रहा है। रूस, अमेरिका, जापान, चीन, भारत, दक्षिण कोरिया और यूरोपीय संघ की भागीदारी से नई पीढ़ी के रिएक्टर को डिजाइन करने में 20 साल से अधिक का समय लगा। आज, आईटीईआर अब तकनीकी दस्तावेजों का किलोग्राम नहीं है, बल्कि दुनिया के सबसे बड़े मानव निर्मित प्लेटफार्मों में से एक की पूरी तरह से सपाट सतह का 42 हेक्टेयर (1 किमी गुणा 420 मीटर) है, जो मार्सिले से 60 किमी उत्तर में फ्रांसीसी शहर कैडाराचे में स्थित है। . साथ ही भविष्य के 360,000 टन के रिएक्टर की नींव, जिसमें 150,000 क्यूबिक मीटर कंक्रीट, 16,000 टन सुदृढीकरण और रबर-मेटल एंटी-भूकंपीय कोटिंग वाले 493 कॉलम शामिल हैं। और, निःसंदेह, हजारों परिष्कृत वैज्ञानिक उपकरण और अनुसंधान सुविधाएं दुनिया भर के विश्वविद्यालयों में बिखरी हुई हैं।

मार्च 2007। हवा से भविष्य के आईटीईआर प्लेटफॉर्म की पहली तस्वीर।

प्रमुख रिएक्टर घटकों का उत्पादन अच्छी तरह से चल रहा है। वसंत में, फ्रांस ने डी-आकार के टोरॉयडल फ़ील्ड कॉइल्स के लिए 70 फ़्रेमों के उत्पादन की सूचना दी, और जून में, पोडॉल्स्क में केबल उद्योग संस्थान से रूस से प्राप्त सुपरकंडक्टिंग केबलों के पहले कॉइल्स की वाइंडिंग शुरू हुई।

अभी ITER को याद रखने का दूसरा अच्छा कारण राजनीतिक है। नई पीढ़ी का रिएक्टर न केवल वैज्ञानिकों के लिए, बल्कि राजनयिकों के लिए भी एक परीक्षण है। यह इतनी महंगी और तकनीकी रूप से जटिल परियोजना है कि दुनिया का कोई भी देश इसे अकेले नहीं कर सकता। वैज्ञानिक और वित्तीय दोनों क्षेत्रों में राज्यों की आपस में सहमति बनाने की क्षमता यह निर्धारित करती है कि मामला पूरा होगा या नहीं।

मार्च 2009. 42 हेक्टेयर समतल स्थल एक वैज्ञानिक परिसर के निर्माण की शुरुआत की प्रतीक्षा कर रहा है।

आईटीईआर परिषद 18 जून को सेंट पीटर्सबर्ग में आयोजित होने वाली थी, लेकिन अमेरिकी विदेश विभाग ने प्रतिबंधों के तहत अमेरिकी वैज्ञानिकों के रूस जाने पर प्रतिबंध लगा दिया। इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए कि टोकामक (चुंबकीय कुंडलियों वाला एक टॉरॉयडल कक्ष, जो आईटीईआर का आधार है) का विचार सोवियत भौतिक विज्ञानी ओलेग लावेरेंटिएव का है, परियोजना प्रतिभागियों ने इस निर्णय को एक जिज्ञासा के रूप में लिया और बस आगे बढ़ गए। उसी तारीख को कैडराचे से मुलाकात। इन घटनाओं ने एक बार फिर पूरी दुनिया को याद दिलाया कि रूस (दक्षिण कोरिया के साथ) आईटीईआर परियोजना के प्रति अपने दायित्वों को पूरा करने के लिए सबसे अधिक जिम्मेदार है।

फरवरी 2011. भूकंपीय अलगाव शाफ्ट में 500 से अधिक छेद ड्रिल किए गए, सभी भूमिगत गुहाएं कंक्रीट से भर गईं।

वैज्ञानिक जलते हैं

वाक्यांश "फ्यूजन रिएक्टर" कई लोगों को सावधान कर देता है। साहचर्य श्रृंखला स्पष्ट है: एक थर्मोन्यूक्लियर बम सिर्फ एक परमाणु की तुलना में अधिक भयानक है, जिसका अर्थ है कि एक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर चेरनोबिल से अधिक खतरनाक है।

वास्तव में, परमाणु संलयन, जिस पर टोकामक का संचालन सिद्धांत आधारित है, आधुनिक परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उपयोग किए जाने वाले परमाणु विखंडन की तुलना में अधिक सुरक्षित और अधिक कुशल है। संलयन का उपयोग प्रकृति द्वारा ही किया जाता है: सूर्य एक प्राकृतिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर से अधिक कुछ नहीं है।

जर्मनी के मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट में 1991 में निर्मित ASDEX टोकामक का उपयोग विभिन्न रिएक्टर सामने की दीवार सामग्री, विशेष रूप से टंगस्टन और बेरिलियम का परीक्षण करने के लिए किया जाता है। ASDEX में प्लाज्मा की मात्रा 13 m 3 है, जो ITER की तुलना में लगभग 65 गुना कम है।

प्रतिक्रिया में ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के नाभिक शामिल होते हैं - हाइड्रोजन के समस्थानिक। ड्यूटेरियम नाभिक में एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन होते हैं, और ट्रिटियम नाभिक में एक प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं। सामान्य परिस्थितियों में, समान रूप से आवेशित नाभिक एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं, लेकिन बहुत उच्च तापमान पर वे टकरा सकते हैं।

टकराव होने पर, मजबूत अंतःक्रिया क्रियान्वित होती है, जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को नाभिक में संयोजित करने के लिए जिम्मेदार होती है। एक नए रासायनिक तत्व - हीलियम - का केंद्रक उभरता है। इस स्थिति में, एक मुक्त न्यूट्रॉन बनता है और बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है। हीलियम नाभिक में प्रबल अंतःक्रिया ऊर्जा मूल तत्वों के नाभिक की तुलना में कम होती है। इसके कारण, परिणामी नाभिक का द्रव्यमान भी कम हो जाता है (सापेक्षता के सिद्धांत के अनुसार, ऊर्जा और द्रव्यमान समतुल्य हैं)। प्रसिद्ध समीकरण E = mc 2 को याद करते हुए, जहां c प्रकाश की गति है, कोई कल्पना कर सकता है कि परमाणु संलयन में कितनी विशाल ऊर्जा क्षमता होती है।

अगस्त 2011. एक अखंड प्रबलित कंक्रीट भूकंपीय पृथक स्लैब डालना शुरू हुआ।

पारस्परिक प्रतिकर्षण के बल पर काबू पाने के लिए, प्रारंभिक नाभिक को बहुत तेज़ी से आगे बढ़ना चाहिए, इसलिए तापमान परमाणु संलयन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। सूर्य के केंद्र में, यह प्रक्रिया 15 मिलियन डिग्री सेल्सियस के तापमान पर होती है, लेकिन यह गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के कारण पदार्थ के विशाल घनत्व द्वारा सुगम होती है। तारे का विशाल द्रव्यमान इसे एक प्रभावी थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बनाता है।

पृथ्वी पर इतना घनत्व बनाना संभव नहीं है। हम केवल तापमान बढ़ा सकते हैं। हाइड्रोजन आइसोटोप को पृथ्वीवासियों को अपने नाभिक की ऊर्जा जारी करने के लिए 150 मिलियन डिग्री तापमान की आवश्यकता होती है, यानी सूर्य की तुलना में दस गुना अधिक।

ब्रह्मांड में कोई भी ठोस पदार्थ इतने तापमान के सीधे संपर्क में नहीं आ सकता। इसलिए केवल हीलियम पकाने के लिए स्टोव बनाने से काम नहीं चलेगा। चुंबकीय कुंडलियाँ या टोकामक वाला वही टोरॉयडल कक्ष समस्या को हल करने में मदद करता है। टोकामक बनाने का विचार 1950 के दशक की शुरुआत में विभिन्न देशों के वैज्ञानिकों के प्रतिभाशाली दिमाग में आया, जबकि प्रधानता का श्रेय स्पष्ट रूप से सोवियत भौतिक विज्ञानी ओलेग लावेरेंटयेव और उनके प्रतिष्ठित सहयोगियों आंद्रेई सखारोव और इगोर टैम को दिया जाता है।

टोरस (एक खोखला डोनट) के आकार का एक निर्वात कक्ष अतिचालक विद्युत चुम्बकों से घिरा होता है, जो इसमें एक टॉरॉयडल चुंबकीय क्षेत्र बनाते हैं। यह वह क्षेत्र है जो सूर्य से दस गुना अधिक गर्म प्लाज्मा को कक्ष की दीवारों से एक निश्चित दूरी पर रखता है। केंद्रीय विद्युत चुम्बक (प्रारंभ करनेवाला) के साथ, टोकामक एक ट्रांसफार्मर है। प्रारंभ करनेवाला में धारा को बदलकर, वे प्लाज्मा में धारा प्रवाह उत्पन्न करते हैं - संश्लेषण के लिए आवश्यक कणों की गति।

फरवरी 2012. रबर-मेटल सैंडविच से बने भूकंपीय पृथक पैड वाले 493 1.7-मीटर कॉलम स्थापित किए गए थे।

टोकामक को उचित रूप से तकनीकी सुंदरता का एक मॉडल माना जा सकता है। प्लाज्मा में प्रवाहित होने वाली विद्युत धारा एक पोलोइडल चुंबकीय क्षेत्र बनाती है जो प्लाज्मा कॉर्ड को घेर लेती है और उसका आकार बनाए रखती है। प्लाज्मा कड़ाई से परिभाषित परिस्थितियों में मौजूद होता है, और थोड़े से बदलाव पर, प्रतिक्रिया तुरंत बंद हो जाती है। परमाणु ऊर्जा संयंत्र रिएक्टर के विपरीत, टोकामक "जंगली" नहीं हो सकता और तापमान को अनियंत्रित रूप से नहीं बढ़ा सकता।

टोकामक के नष्ट होने की अप्रत्याशित स्थिति में, कोई रेडियोधर्मी संदूषण नहीं होता है। परमाणु ऊर्जा संयंत्र के विपरीत, थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर रेडियोधर्मी अपशिष्ट का उत्पादन नहीं करता है, और संलयन प्रतिक्रिया का एकमात्र उत्पाद - हीलियम - ग्रीनहाउस गैस नहीं है और अर्थव्यवस्था में उपयोगी है। अंत में, टोकामक ईंधन का बहुत कम उपयोग करता है: संश्लेषण के दौरान, निर्वात कक्ष में केवल कुछ सौ ग्राम पदार्थ होते हैं, और एक औद्योगिक बिजली संयंत्र के लिए ईंधन की अनुमानित वार्षिक आपूर्ति केवल 250 किलोग्राम है।

अप्रैल 2014। क्रायोस्टेट भवन का निर्माण पूरा हो गया, 1.5 मीटर मोटी टोकामक नींव की दीवारें डाली गईं।

हमें ITER की आवश्यकता क्यों है?

ऊपर वर्णित शास्त्रीय डिजाइन के टोकामक संयुक्त राज्य अमेरिका और यूरोप, रूस और कजाकिस्तान, जापान और चीन में बनाए गए थे। उनकी मदद से उच्च तापमान वाले प्लाज्मा बनाने की मूलभूत संभावना को साबित करना संभव हो सका। हालाँकि, खपत से अधिक ऊर्जा देने में सक्षम औद्योगिक रिएक्टर का निर्माण मौलिक रूप से अलग पैमाने का कार्य है।

एक क्लासिक टोकामक में, प्लाज्मा में वर्तमान प्रवाह प्रारंभ करनेवाला में वर्तमान को बदलकर बनाया जाता है, और यह प्रक्रिया अंतहीन नहीं हो सकती है। इस प्रकार, प्लाज्मा का जीवनकाल सीमित है, और रिएक्टर केवल स्पंदित मोड में ही काम कर सकता है। प्लाज्मा के प्रज्वलन के लिए भारी ऊर्जा की आवश्यकता होती है - किसी भी चीज़ को 150,000,000 डिग्री सेल्सियस के तापमान तक गर्म करना कोई मज़ाक नहीं है। इसका मतलब यह है कि एक प्लाज्मा जीवनकाल प्राप्त करना आवश्यक है जो ऊर्जा का उत्पादन करेगा जो प्रज्वलन के लिए भुगतान करेगा।

फ़्यूज़न रिएक्टर न्यूनतम नकारात्मक दुष्प्रभावों के साथ एक सुंदर तकनीकी अवधारणा है। प्लाज्मा में धारा का प्रवाह अनायास एक पोलोइडल चुंबकीय क्षेत्र बनाता है जो प्लाज्मा फिलामेंट के आकार को बनाए रखता है, और परिणामी उच्च-ऊर्जा न्यूट्रॉन लिथियम के साथ मिलकर कीमती ट्रिटियम का उत्पादन करते हैं।

उदाहरण के लिए, 2009 में, चीनी टोकामक ईस्ट (आईटीईआर परियोजना का हिस्सा) पर एक प्रयोग के दौरान, प्लाज्मा को 400 सेकंड के लिए 10 7 K और 60 सेकंड के लिए 10 8 K के तापमान पर बनाए रखना संभव था।

प्लाज़्मा को अधिक समय तक रोके रखने के लिए कई प्रकार के अतिरिक्त हीटरों की आवश्यकता होती है। इन सभी का परीक्षण आईटीईआर में किया जाएगा। पहली विधि - तटस्थ ड्यूटेरियम परमाणुओं का इंजेक्शन - मानता है कि परमाणु एक अतिरिक्त त्वरक का उपयोग करके 1 MeV की गतिज ऊर्जा के लिए पूर्व-त्वरित प्लाज्मा में प्रवेश करेंगे।

यह प्रक्रिया शुरू में विरोधाभासी है: केवल आवेशित कणों को त्वरित किया जा सकता है (वे विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र से प्रभावित होते हैं), और केवल तटस्थ कणों को प्लाज्मा में पेश किया जा सकता है (अन्यथा वे प्लाज्मा कॉर्ड के अंदर करंट के प्रवाह को प्रभावित करेंगे)। इसलिए, एक इलेक्ट्रॉन को पहले ड्यूटेरियम परमाणुओं से हटा दिया जाता है, और सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयन त्वरक में प्रवेश करते हैं। फिर कण न्यूट्रलाइज़र में प्रवेश करते हैं, जहां वे आयनित गैस के साथ बातचीत करके तटस्थ परमाणुओं में बदल जाते हैं और प्लाज्मा में पेश किए जाते हैं। ITER मेगावोल्टेज इंजेक्टर वर्तमान में पडुआ, इटली में विकसित किया जा रहा है।

हीटिंग की दूसरी विधि में माइक्रोवेव में खाना गर्म करने के साथ कुछ समानता है। इसमें कण गति की गति (साइक्लोट्रॉन आवृत्ति) के अनुरूप आवृत्ति के साथ प्लाज्मा को विद्युत चुम्बकीय विकिरण के संपर्क में लाना शामिल है। धनात्मक आयनों के लिए यह आवृत्ति 40−50 मेगाहर्ट्ज है, और इलेक्ट्रॉनों के लिए यह 170 गीगाहर्ट्ज़ है। इतनी उच्च आवृत्ति का शक्तिशाली विकिरण उत्पन्न करने के लिए जाइरोट्रॉन नामक उपकरण का उपयोग किया जाता है। 24 ITER जाइरोट्रॉन में से नौ का निर्माण निज़नी नोवगोरोड में Gycom सुविधा में किया जाता है।

टोकामक की शास्त्रीय अवधारणा मानती है कि प्लाज्मा फिलामेंट का आकार एक पोलोइडल चुंबकीय क्षेत्र द्वारा समर्थित होता है, जो प्लाज्मा में करंट प्रवाहित होने पर स्वयं बनता है। यह दृष्टिकोण दीर्घकालिक प्लाज्मा कारावास के लिए लागू नहीं है। आईटीईआर टोकामक में विशेष पोलोइडल फ़ील्ड कॉइल हैं, जिनका उद्देश्य गर्म प्लाज्मा को रिएक्टर की दीवारों से दूर रखना है। ये कुंडलियाँ सबसे विशाल और जटिल संरचनात्मक तत्वों में से हैं।

प्लाज्मा के आकार को सक्रिय रूप से नियंत्रित करने में सक्षम होने के लिए, कॉर्ड के किनारों पर कंपन को तुरंत समाप्त करने के लिए, डेवलपर्स ने आवरण के नीचे सीधे वैक्यूम कक्ष में स्थित छोटे, कम-शक्ति वाले विद्युत चुम्बकीय सर्किट प्रदान किए।

थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के लिए ईंधन बुनियादी ढांचा एक अलग दिलचस्प विषय है। ड्यूटेरियम लगभग किसी भी पानी में पाया जाता है, और इसका भंडार असीमित माना जा सकता है। लेकिन दुनिया में ट्रिटियम का भंडार दसियों किलोग्राम है। 1 किलोग्राम ट्रिटियम की कीमत लगभग 30 मिलियन डॉलर है। आईटीईआर के पहले लॉन्च के लिए 3 किलोग्राम ट्रिटियम की आवश्यकता होगी। तुलनात्मक रूप से, संयुक्त राज्य सेना की परमाणु क्षमताओं को बनाए रखने के लिए प्रति वर्ष लगभग 2 किलोग्राम ट्रिटियम की आवश्यकता होती है।

हालाँकि, भविष्य में, रिएक्टर स्वयं को ट्रिटियम प्रदान करेगा। मुख्य संलयन प्रतिक्रिया उच्च-ऊर्जा न्यूट्रॉन का उत्पादन करती है जो लिथियम नाभिक को ट्रिटियम में परिवर्तित करने में सक्षम हैं। पहली लिथियम रिएक्टर दीवार का विकास और परीक्षण आईटीईआर के सबसे महत्वपूर्ण लक्ष्यों में से एक है। पहले परीक्षणों में बेरिलियम-कॉपर क्लैडिंग का उपयोग किया जाएगा, जिसका उद्देश्य रिएक्टर तंत्र को गर्मी से बचाना है। गणना के अनुसार, भले ही हम ग्रह के संपूर्ण ऊर्जा क्षेत्र को टोकामक्स में स्थानांतरित कर दें, दुनिया का लिथियम भंडार एक हजार वर्षों के संचालन के लिए पर्याप्त होगा।

104 किलोमीटर लंबे ITER पथ को तैयार करने में फ्रांस की लागत 110 मिलियन यूरो और चार साल का काम आया। फॉस-सुर-मेर के बंदरगाह से कैडराचे तक की सड़क को चौड़ा और मजबूत किया गया ताकि टोकामक के सबसे भारी और सबसे बड़े हिस्से को साइट तक पहुंचाया जा सके। फोटो में: 800 टन वजनी परीक्षण भार वाला एक ट्रांसपोर्टर।

टोकामक के माध्यम से दुनिया से

फ़्यूज़न रिएक्टर के सटीक नियंत्रण के लिए सटीक निदान उपकरणों की आवश्यकता होती है। आईटीईआर के प्रमुख कार्यों में से एक उन पांच दर्जन उपकरणों में से सबसे उपयुक्त का चयन करना है जिनका वर्तमान में परीक्षण किया जा रहा है, और नए उपकरणों का विकास शुरू करना है।

रूस में कम से कम नौ नैदानिक ​​उपकरण विकसित किये जायेंगे। तीन मॉस्को कुरचटोव संस्थान में हैं, जिनमें एक न्यूट्रॉन बीम विश्लेषक भी शामिल है। त्वरक प्लाज्मा के माध्यम से न्यूट्रॉन की एक केंद्रित धारा भेजता है, जो वर्णक्रमीय परिवर्तनों से गुजरती है और प्राप्तकर्ता प्रणाली द्वारा पकड़ ली जाती है। 250 माप प्रति सेकंड की आवृत्ति के साथ स्पेक्ट्रोमेट्री प्लाज्मा का तापमान और घनत्व, विद्युत क्षेत्र की ताकत और कण रोटेशन की गति दिखाती है - दीर्घकालिक प्लाज्मा रोकथाम के लिए रिएक्टर को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक पैरामीटर।

इओफ़े रिसर्च इंस्टीट्यूट तीन उपकरण तैयार कर रहा है, जिसमें एक तटस्थ कण विश्लेषक भी शामिल है जो टोकामक से परमाणुओं को पकड़ता है और रिएक्टर में ड्यूटेरियम और ट्रिटियम की एकाग्रता की निगरानी में मदद करता है। शेष उपकरण ट्रिनिटी में बनाए जाएंगे, जहां वर्तमान में ITER वर्टिकल न्यूट्रॉन चैम्बर के लिए डायमंड डिटेक्टरों का निर्माण किया जा रहा है। उपरोक्त सभी संस्थान परीक्षण के लिए अपने स्वयं के टोकामक का उपयोग करते हैं। और एफ़्रेमोव NIIEFA के थर्मल चैंबर में, पहली दीवार के टुकड़े और भविष्य के ITER रिएक्टर के डायवर्टर लक्ष्य का परीक्षण किया जा रहा है।

दुर्भाग्य से, तथ्य यह है कि भविष्य के मेगा-रिएक्टर के कई घटक पहले से ही धातु में मौजूद हैं, इसका मतलब यह नहीं है कि रिएक्टर का निर्माण किया जाएगा। पिछले एक दशक में, परियोजना की अनुमानित लागत 5 से बढ़कर 16 बिलियन यूरो हो गई है, और नियोजित पहला लॉन्च 2010 से 2020 तक के लिए स्थगित कर दिया गया है। आईटीईआर का भाग्य पूरी तरह से हमारे वर्तमान की वास्तविकताओं पर निर्भर करता है, मुख्य रूप से आर्थिक और राजनीतिक। इस बीच, परियोजना में शामिल प्रत्येक वैज्ञानिक ईमानदारी से मानता है कि इसकी सफलता हमारे भविष्य को मान्यता से परे बदल सकती है।