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核融合現象は自然界において非常に重要な意味を持っています。 からの多数の化学元素の形成に関与しています。 水素。 太陽や星を動かすエネルギーもまた、 融合反応

太陽の中での融合

地球上のあらゆる形態の生命を維持する責任を負っている太陽は、 惑星系の総質量の 99.8% を占めます。 太陽は、 継続的な核融合反応を伴う主に水素で構成される巨大なプラズマ球体 水素原子が結合してヘリウムを生成する核で起こります。 これ 核融合は膨大なエネルギーを発生させます。 地球を照らし、加熱します。

地球上の融合

核融合研究の主な目的は、核融合からエネルギーを得ることです。 原子核。 2つの水素同位体である重水素と三重水素の融合、 通常の条件下で最も簡単に発生します。 この融合により、 ヘリウム原子核の生成、および中性子とヘリウム原子の放出 かなりの量の貴重なエネルギー。 発電所ではこれが1グラム 燃料は最大 90,000 キロワット時のエネルギーを生成する可能性があります。 これは、約 11 トンの石炭によって生成される燃焼熱に相当します。

地球には手頃な価格の核融合燃料が均一に分布しています。 重水素が存在する 海水中にほぼ無限に存在する。 放射性ガスであるトリチウムはほとんど発生しません 半減期は 12.3 年で自然界に発生します。 でもそれもあるかもしれない リチウムを使用して発電所で生産されており、リチウムも広く入手可能です。 融合 この技術は、世界のエネルギー供給に大きな影響を与える可能性を秘めています。 環境に優しい特性があるため、将来性があります。

世界の化石燃料埋蔵量の減少とそれがもたらす悪影響 環境問題に基づいて原子力への関心が高まっています。 必要とする経済にとって有望なエネルギー源としての核分裂反応。 しかし、 1986年のチェルノブイリと2011年の福島の事故は懸念を引き起こした クリーンな電力を生成するための原子力技術の安全性について。 核 核融合は、太陽や星が誕生して以来、エネルギーを供給し続けているプロセスです。 形成は、この文脈で議論される別のタイプの原子力エネルギーです。

核融合は、2 つのより軽い原子核 (通常は水素同位体) が結合したときに発生します。 極度の圧力と温度の下で結合して、より重い核を生成します。 の この章では、原子力の際に生成されるエネルギーを利用する取り組みに焦点を当てます。 実験室環境での融合反応。 さまざまな研究プログラム 核融合炉の構築に特化したものについても重点を置いて議論されます。 クーロン障壁の克服、プラズマの閉じ込めという課題について 融合に必要な発火温度を達成する。

1930 年代は核物理学において刺激的な時代でした。 発見の「ヒットパレード」 核の特徴に関する新しい情報を明らかにしました。 鍵となるのは 原子核の中に閉じ込められた膨大な量のエネルギーにアクセスできるようになる 手が届くほど近い。 最後に、1938 年の核分裂の発見は、 人類の歴史における新たな時代、核時代の始まり。 原子力エネルギーというのは、 技術的に確立された非化石エネルギー源 過去 60 年間にわたって世界のエネルギー供給に大きく貢献しました。 二 核プロセスは核結合から膨大な量のエネルギーを放出します 核内の粒子と粒子の間。 それらは核分裂と核です

核分裂

エネルギー生成における核分裂の重要性

核分裂反応中、大きな原子核は 2 つの小さな破片に分離されます。 いくつかの中性子も伴います。 アクチニド元素の分解により、 約 180 メガ電子ボルトのエネルギーがそのエネルギーの 1 つに変換されます。 おそらく娘ペア。 これは、1 キログラムのウラン (235U) が 100ワットの電球に電力を供給するのに十分なエネルギーを生成する可能性 約 25,000 年間継続します。

核分裂炉

現在稼働している原子力発電所は、制御された核分裂に依存しています。 ウランとプルトニウムの同位体。 リアクターの主な機能は次のとおりです。 非核と同じように水を加圧蒸気に変える熱源として 化石燃料を使用する発電所。 残りの発電プロセス 変化は変わりません - 蒸気がタービンブレードを回転させ、機械的発電を行います。 エネルギーが供給され、発電機が電気を生成します。 ただし、大きな違いは、 温室効果ガスなどの化石燃料の燃焼生成物の除去 私たちの環境に取り返しのつかないダメージを与えています。

ウランは自然に豊富に存在するため、大部分の燃料として使用されています。 原子炉の。 天然ウラン中の核分裂性物質 235U の量 は 0.7% で、残りは 238U です。 遅い中性子が 235U を爆発させ、 中性子によって 236U が形成され、これが核分裂して 2 つのより軽い部分が生成され、 2 ~ 3 個の中性子とともにエネルギーを放出します。 そこから生じる分裂は、 反応による中性子の生成により、自立的な連鎖反応が起こります。 反応器内で自立的な連鎖反応が起こり続けると、 各核分裂からちょうど 1 つの中性子が新しい核分裂反応を引き起こします。 この反応は安全であると考えられます。

核分裂炉の懸念

たとえ核分裂ベースの原子炉が大量の物質を生成するとしても、 温室効果ガスを排出しない電力として歓迎されました。 地球温暖化と世界のエネルギー需要の両方に対する解決策である原子力エネルギーは、 今では多くの人が、正当な理由から、無視されている継子として認識しています。 核兵器計画。 また、安全性を保証するものではありません 対策は意図したとおりに機能し、問題が発生した場合でも 100% エラーが発生しません。 暴走反応が発生すると、原子炉の停止が必要になります。

高放射性廃棄物の処分に関連するリスクはもう 1 つあります。 真剣な対応が必要な問題。 1986年のチェルノブイリ事故と 2011 年の福島は、私たちを最も大きく成長させたものです。 原発への不安。 それらは、何が起こり得るかをはっきりと思い出させるものとして機能しました 壊滅的な原子炉の故障や人為的ミスが発生した場合に起こります。 の 特に、福島事故は発電用原子炉という概念を払拭しました。 リスクはゼロであり、核がもたらす隠れた危険に対する認識を高めました。 放射線。 その結果、それらは核融合に対する私たちの関心をさらに刺激しました。 核エネルギー源。

核融合

核融合は、2 つのより軽い原子核が結合する現象です。 水素の同位体は、非常に高い圧力と温度の下で融合し、 より重い原子核を作ります。 このプロセスでは膨大な量のエネルギーが放出されます。 たとえば、4 つの陽子の融合によりヘリウムが形成されます。 原子核 4He、2 つの陽電子、および 2 つのニュートリノで、約 27 MeV のエネルギーを生成します。 エネルギー。

科学者たちは 1930 年代に、それが燃料となっているのは核融合であることを発見しました。 誕生以来の太陽と星。 太陽の「核融合炉」は、 コアの奥深くに埋め込まれ、100個分のエネルギーを発生する たった一度の鼓動で数十億発の核爆弾。 1940年代から、 研究者たちは核融合を開始し、制御する方法を見つけようとしてきた 地球上で有用なエネルギーを生成する反応。 現在、私たちは非常に良いものを持っています 2 つの原子核がどのように、どのような条件下で結合するのかを理解する。

太陽と他の星は、水素からヘリウムへの核融合という 3 つの段階を経ます。 初め、 単一の陽子のみで構成される 2 つの共通の水素原子核 (1H)、 結合して重水素(2H)として知られる水素の同位体を生成します。 陽子も中性子も。 ニュートリノ (v) と陽電子 (e) も生成されます。 陽電子は電子と衝突すると瞬時に破壊され、 ニュートリノが太陽を離れる:

重水素は生成されるとすぐに 3 番目の水素原子核と反応して、 4Heの同位体である3Heを形成します。 高エネルギーの光子は、しばしば光線として知られ、 同時に作成しました。 以下はその反応です。

最初の 3He 原子核と同じ方法で生成された 2 番目の 3He 原子核が衝突し、融合します。 反応の最終段階で別の 3He を使って 4He と 2 つの陽子を作る 陽子-陽子サイクルとして知られる鎖。 シンボルは次のとおりです。

陽子-陽子サイクルの全体的な影響は、1 つのヘリウムの生成です。 4つの水素原子核が結合してできた原子核。 3He の集合質量 核は最終製品の質量より 0,0475 * 10-27 kg 軽くなります。 によると アインシュタインの方程式 E = mc2、この質量の不一致は質量欠陥とも呼ばれます 核物理学では、26.7 MeV のエネルギーに変換されます。

陽子間サイクルのプロセスは非常に緩やかで、約 1 時間かかります。 1026 年に衝突してサイクルが開始されます。 このサイクルが進むにつれて、 太陽の温度が上昇し、3つの4He原子核の合体が起こります。 12Cが生成されます。 遅いペースにもかかわらず、陽子間サイクルは依然として継続しています。 太陽や星ほど大きくないものの主要なエネルギー源。 太陽。 このプロセスを通じて放出されるエネルギーは太陽を維持するのに十分です 何十億年も輝き続けます。

陽子-陽子サイクルとは別に、別の重要なグループがあります。 水素燃焼反応は炭素-窒素-酸素(CNO)サイクルと名付けられ、 より高い温度で発生します。 CNO サイクルはわずかな貢献しかありませんが、 太陽の明るさに比例し、より質量の大きい恒星で優勢になります。 太陽の質量の数倍よりも大きい。 たとえば、シリウスでは、 太陽の2倍の質量は、事実上すべてのエネルギーをCNOサイクルから得ています。

クーロンバリア

通常の条件下では、静電相互作用は強く反発します。 正に帯電した原子核の間にはクーロンとして知られる障壁が形成されます。 融合を防ぐバリア。 しかし、非常に高いシナリオの下では、 圧力と温度により融合が起こる可能性があります。 このため、融合反応は、 しばしば熱核反応と呼ばれます。 正に帯電した原子核 クーロン障壁を突破するには、非常に早く衝突する必要があります。 の 温度は気体中の粒子の動きを制御します。 信じられないほど暑いです 太陽や他の星の中心部では密度が高くなります。

太陽の温度は約 1,500 万度摂氏であり、 中心密度は水の約 150 倍です。 このような極限状態では、 原子の電子が原子核から完全に分離し、 プラズマと呼ばれるイオン化した流体。 この高温のガス状物質は、裸の物質と 正に帯電した原子核と負に帯電した電子が移動します。 信じられないほどの高速度。 プラズマは電気的に中性であり、 正のイオンまたは原子核と負の電子の混合。

太陽核内の加熱されたプラズマは、単純に宇宙空間に噴出して、 その上の層の強い圧力により、核プロセスが停止します。 の 圧力によって原子核は互いに 1 fm (10 ~ 15 m) 以内に圧縮されます。 これは太陽の中心部にある約 2,500 億気圧です。 到着する 粒子は互いに引き寄せられ、この距離で融合します。 強い核力の支配力。陽子と中性子を結合する作用もある 核の中で一緒に。 核もまた、次の理由により密集しています。 強い引力。 これは、衝突が頻繁に発生することを示しています。 これは高い融合率に必要です。

地球上の核融合

実験室環境で核融合反応を開始する際の最大の課題の 1 つ 地球では、太陽で見られる条件を模倣することになります。 高温、おそらく摂氏1億度を超える( 粒子の平均運動エネルギーは約 10 keV)、高いエネルギーを維持しながら、 融合速度を確保するのに十分な期間にわたって十分な密度を維持する 反応は必要な電力を生成するのに十分な高さになります。

発火温度

クーロン障壁は 2 つの陽子の融合に抵抗し、 核融合を開始するために必要な最低温度の推定。 e 2 = を使用すると、 1.44 MeV-fm、ここで e は陽子の電荷を表し、r = 1.0 fm ( 2 つの陽子の間の距離)、クーロンの高さを決定できます。 バリア:

速度 v で移動する原子核の運動エネルギー間の関係 温度 T は次のとおりです。

ここで、kB = 8.62*10-11 MeV/K はボルツマン定数です。 の値 約 100 億ケルビン (K) の温度は、平均値を等価することによって得られます。 熱エネルギーをクーロン障壁高さに変換し、T を解きます。

結果として、融合反応は高エネルギーまたは v の大きな値によって促進されます。 または小さいλ。 核融合が起こる温度を計算できるようになりました トンネリング確率を考慮しながら。 ド・ブロイに関しては 波長の場合、運動エネルギーは次のとおりです。

原子核とド・ブロイ核の間の距離を次のように規定すると、 波長がそれより小さい必要がある場合、クーロン障壁は次の式で求められます。

温度を解くと、次の結果が得られます。

これにより、2 つの水素原子核の温度は約 2,000 万ケルビンになります。 (mc2 = 940 MeV)。

核融合炉

科学者は 1950 年代から原子炉の開発に熱心に取り組んできました。 核融合時に生成される豊富なエネルギーを利用します。 現在の目標 核融合研究には 3 つの要素があります:

  • 融合反応を開始するために必要な温度を達成するため;
  • この温度でプラズマを十分な時間維持するには、 熱核融合反応から大量のエネルギーを抽出する
  • 熱核反応から、量よりも多くのエネルギーを得る。 プラズマを発火温度まで加熱するために利用されます。

これらの目標の達成に向けて、これまでに大きな進歩が見られました。

燃料

宇宙で最も普及している元素である水素は、燃料として機能します。 核融合炉は太陽の場合とよく似ています。 しかし、太陽には 地球上の引力、融合は、 異なる戦略。 水素同位体重水素(2H)と重水素の融合 トリチウム (3H) は 4He と中性子を生成し、最も単純です。 大量のエネルギーを放出する可能性のあるプロセス。

簡単にするために、重水素と三重水素を表すために d と t を使用します。 重水素は 海水に豊富に含まれており、長期持続可能な代替エネルギーを提供できます。 ソース。 ただし、トリチウムは半減期が約 12 年と短いため、まれです。 主に宇宙線に含まれています。 リアクター内で作成できます。 核融合の原料としても使われるリチウムの活性化。 の 核融合燃料が豊富にあるということは、生産できるエネルギーの量を意味します 制御された融合反応により、本質的に無限の反応が可能になります。 そうするには d-t 反応を開始するには、まずトリチウムがいずれかのタイプの物質から生成される必要があります。 リチウム:

あるいは、制御された長期にわたる連鎖反応を開始するには、リチウムを使用します。 d-t核融合によって生成された中性子を照射してヘリウムを生成し、 トリチウム。 重水素と三重水素の質量は完全には一致しません。 結果として生じるヘリウム原子と中性子の質量を生成します。 それぞれのリチウム核 トリチウムに変換されると、最終的には約 18 MeV の熱エネルギーが生成されます。 質量欠陥によるエネルギー。 その際に発生したエネルギーが、 核融合は、核分裂中に放出されるエネルギーに比べれば重要ではありません。 ウランが分割されるたびに、約 200 MeV のエネルギーが放出されます。

核融合と核分裂のエネルギーの違いは、核融合と核分裂の数によるものです。 反応に関与する核子。 核融合には核子が 5 つだけ含まれます。 核子あたり 3.6 MeV を放出しますが、核分裂には 200 個を超える核子が関与し、 核子あたりわずか 0.85 MeV しか放出しません。 ただし、核融合と核分裂はどちらも低い 断面積と反応速度を d-t 反応と倍数で比較したもの 10. さらに、約 2.88 MeV というより高いクーロン障壁は、 2H + 3He 反応に必要な発火温度ははるかに高い d-t フュージョンよりも。

陽子がホウ素 (B) に衝突するときに起こる核融合プロセスは興味深いものです。 の 陽子と 11B が結合して 12C が生成され、すぐに 3 つに分解されます。 アルファ(4H 核)粒子。 アルファ粒子は、次のような運動エネルギーを放出します。 総エネルギーは8.7MeV。 今日のアクセラレータ技術を使えば、それは非常に簡単です 陽子のエネルギーを管理し、核融合プロセスの開始を可能にする 追加のインタラクション チャネルを使用せずに。

融合反応の条件

核融合が起こるには、プラズマが特定の条件を満たす必要があります。 ローソン基準とデバイの長さ。 これらの要件を満たす必要があるのは、 融合に必要な温度に達します。

ローソン基準

プラズマ内のイオンの臨界密度を維持することに加えて、 エネルギーの正味収量をもたらすレベルまでの核融合の可能性。 このプロセスでは、粒子が壊れるのに十分な温度が必要です。 クーロン障壁を通過。 それを超えるエネルギー収量の必要性 プラズマを加熱するのに必要なプラズマ密度 (nd) の積として表されます。 および閉じ込め期間 (τ)。 解決策は格差に対処する必要があります。

ローソン基準は、この関係を説明するために使用される用語です。 科学者 融合積を nd、τ、および プラズマ温度 T。核融合が起こるための要件はこれによって決まります。 融合製品:

簡単に言うと、核融合を実現するには 3 つの基本的な要件を満たす必要があります。

  • イオンが結合してクーロン障壁を超えるには、特定の条件が必要です。 必要な熱量です。 これを達成するには、少なくとも温度が必要です。 摂氏 1 億度が必要です。
  • イオンが結合するには、イオンを近接させておく必要があります。 アン イオンの適切な密度は、立方メートルあたり約 2 ~ 3*1020 イオンです。
  • プラズマの冷却を防ぐには、イオンを高い温度で近くに保つ必要があります。 長期間にわたる温度。 制動放射線は発生する放射線です 加速の結果として生じる荷電粒子(多くの場合電子)による 別の荷電粒子(通常は プラズマの密度が十分に高い場合。 制動放射は非常に強くなり、プラズマのすべてを放射する可能性があります。 エネルギー。 磁気を周回する荷電粒子からの放射光 電磁場やその他の放射線損失は非常に小さいです。 したがって、動作 核融合炉の温度は、出力利得が上昇するようなレベルでなければなりません。 核融合による損失は、制動放射による損失を上回ります。
デバイの長さ

LD と略されるデバイ長は、プラズマの 静電気特性:

プラズマ内では、電子はこの長さスケールを使用して電場を除去します。 に 言い換えれば、それは実質的な電荷分離の範囲であり、 静電気作用の範囲。 プラズマ粒子のエネルギーはバランスをとります。 デバイ長より長い距離の静電位置エネルギー。 の 10 keV プラズマのデバイ長は 10 nm 程度であり、 1 デバイ長のプラズマの体積内の粒子は、次の式を使用すると約 104 になります。 nd=1028 粒子/m3。

高度に希薄化されたプラズマの場合、nd = 1022 粒子/m3、LD = 10 と仮定します。 m であり、1 デバイ長の体積には 107 個の粒子が含まれます。 実際の プラズマのサイズは、これら 2 つのいずれのデバイ長よりもはるかに大きいです 極端な例では、球形の容器の中に多数の粒子が存在します。 半径は 1 デバイ長に等しい。 高温の熱核燃料は、 この 2 つの特徴によって特徴付けられます。

血漿制限

従来の発電所と同様に、核融合発電所は 核融合反応中に蒸気に放出されるエネルギー。これが動力となる 電気を生み出すためのタービンと発電機。 ただし、必要な条件を達成すると、 核融合反応の発火温度は難しい課題です。 温度は各反応に固有であり、反応するにはその温度を超える必要があります 発生することが。

星とは異なり、巨大な重力によって融合が起こり、 極端な温度のため、科学者や技術者は根本的な問題を解決する必要がありました。 量子物理学や材料科学などの複数の分野での進歩 地球上に同様の状況を作り出します。 以来、大きな進歩が見られ、 1990 年代、消費する電力よりも多くの電力を生成する核融合炉が、 これは主にプラズマの挙動をモデル化する際のスーパーコンピューティングの助けにより構築されました。

核融合炉開発における主な課題は、次のことを達成し、維持することです。 d-t反応の発火温度は摂氏1億度、 プラズマを使わずにプラズマの膨大な熱を封じ込め、制御することもできる 融合を可能にするのに十分な時間、容器の壁に転写する イベント。 そうしないと、プラズマがエネルギーを交換することになります。 壁を冷やし、コンテナを溶かします。

数多くの方法が作成されていますが、主な実験手順はまだ確立されていません。 この目的を達成する可能性を示すのは磁気閉じ込めと 慣性閉じ込め。

磁気閉じ込め

この技術を使用すると、加熱されたプラズマが閉じ込められ、周囲から遠ざけられます。 強力な磁場を使用する原子炉壁。 電気料金のせいで 分割されたイオンと電子では磁力線が続きます。 プラズマを継続的にループ状態に保ちます。 その結果、プラズマは 容器の壁に接触させないでください。 他にも磁石の種類はたくさんあります 閉じ込めシステムですが、トカマク装置とステラレーター装置は、 反応器で使用できるところまで開発されています。 トカマク 最も先進的な磁気閉じ込め装置とみなされています。 適応力。 結果として、それは融合の推進力となります。

トカマク

トカマクは 1951 年にソ連の科学者アンドレイ・サハロフとイーゴリによって作成されました。 タム。 トカマクという言葉は、トロイダルを意味するロシア語の略語です。 磁気コイルを含むチャンバー。 を生成するドーナツ型の装置です。 2 つのセットを組み合わせて縦軸と横軸の両方のフィールドを作成します。 トロイダル磁場コイルおよびポロイダル磁場コイルとして知られる磁気コイル。 強制することで、 プラズマ中の荷電粒子は磁力線に従うため、磁気 フィールドはそれらを保持し、形を整えます。 それらは体内に血漿を効果的に閉じ込めます。 磁気「ケージ」またはボトル。 中央ソレノイドを使用して強力な プラズマ中の電流、そしてこの誘導電流も追加されます。 ポロイダルフィールド。

ステラレーター

トカマクとは対照的に、ステラレーターはトロイダル電流を生成する必要がありません。 プラズマ。 代わりに螺旋状の磁力線を使用して封じ込めて暖めます。 プラズマ。 一連のコイル (一部はらせん状の場合もあります) が、 彼ら。 トカマクとは対照的に、これにより血漿の安定性が向上します。 ステラレーターは、定常状態で継続的に動作するための固有の機能を備えています。 プラズマの加熱を簡単に調整できるため、 認識された。 欠点は、ステラレーターの設計がより難しく、 トカマクよりも複雑な形式のため、この構造はトカマクよりも複雑です。

慣性閉じ込め

重水素と三重水素の低密度混合物は、レーザー ビームの標的となります。 慣性閉じ込めを確立するには、約 1014 ~ 1015 W/cm2 の強度を持っています。 レーザーのエネルギーがペレットを蒸発させ、瞬時にプラズマを生成します。 短期間に続く環境。 密度と温度は、 この段階で燃料は核融合反応が開始できるレベルまで増加します。 残念ながら、慣性閉じ込めアプローチを利用すると、損益分岐点になります。 現在のレーザー技術ではこの条件を達成することはできません。 それの訳は 電気エネルギーから放射線への変換は効率が低いだけです 1 ~ 10%。 その結果、以下を得るためにいくつかのアプローチが研究されています。 発火温度。 レーザーではなく荷電粒子ビームを使用することもその1つです

常温核融合

1989 年にユタ大学とサウサンプトン大学は次のように宣言しました。 彼らは基礎実験で室温で常温核融合を達成したとのこと パラジウム電極を使用した酸化重水素電気分解を含みます。 許可することで 重水素原子が核融合が起こるのに十分な距離に近づくと、パラジウム触媒が作用します。 水に電流を流すと融合します。 彼らの この主張は他の研究者や科学界によって再現できませんでした。 もはやそれを本当の出来事とは考えていません。 しかし、2005 年に重要な 常温核融合で画期的な発見がなされた。 研究者は助けを借りて融合を生成しました 焦電性結晶のこと。 結晶を加熱して電場を生成し、 水素を満たした小さな容器に入れ、金属線を差し込みます。 充電を集中させます。 正に帯電した水素原子核は、 集中した電場によって強く反発され、急いでそこから逃げます。 ワイヤーを通すと、核は融合するのに十分な力で衝突した。 融合反応 室温で発生しました。

フュージョンリサーチ

制御核融合研究プログラムの目標は、点火を達成することです。 プロセスが次の状態になるのに十分な融合反応が起こったときに起こります。 自立し、その後さらに燃料が噴射されて継続します。 点火時 が発生すると、正味エネルギー収量は、 核分裂。 前述したように、次のような状況が発生する可能性があります。 温度が上昇し、プラズマ内のイオンの移動速度が速くなる 最終的にイオンを近づけるのに十分な速度に達するまで 一緒に十分です。 その後、原子核が結合してエネルギーを生成する可能性があります。 外部の 加熱により、点火に必要なプラズマ温度が生成されます。 このため、 効果的な技術が開発されました。 以下にそのいくつかの例を示します。

  • 中性ビームの注入による加熱プロセスには以下が含まれます。 高エネルギーの中和粒子をプラズマに導入します。 これらは イオン源で生成された粒子は、そのエネルギーをイオン源に伝達します。 衝突によるプラズマ。
  • 高周波ラジオまたはマイクロ波による加熱は、プラズマが加熱されているときに発生します。 適切な周波数の電磁波にさらされる。 これらの波は供給します プラズマ粒子にエネルギーを与え、その後他の粒子に伝達します 衝突による。
  • 電流による加熱プロセスでは熱が発生します。 電流が流れるときの抵抗によりプラズマ内に存在します。 ただし、温度が上がると抵抗値が下がりますので、 このテクニックは、加熱の初期段階でのみ役立ちます。

現在の核融合装置はこれらの技術を利用して、次のような温度を生成します。 最高 1 億℃。

核融合炉の長所と短所

核融合炉には複数の利点があります:

  • 必要なエネルギーの少なくとも 5 倍のエネルギーを生成できます。 融合核を必要な温度まで加熱します。 さらに、それは 核融合炉には約 3000 立方メートルの水が必要になると予測した(情報源) 重水素)と 1000 MW の発電所を稼働させるための 10 トンのリチウム鉱石 既存の核分裂炉では 25 ~ 30 トンのエネルギーを使用するのに対し、 濃縮ウラン。 核融合炉はエネルギー競争グラムを支配している グラム
  • 核融合燃料は広く入手可能であり、ほぼ無制限です。 あらゆる種類の水 重水素の蒸留に使用できますが、リチウムは陸上や地下に堆積します。 トリチウムの製造に使用される海は、必要なトリチウムをすべて供給する可能性がある 何百万年にもわたって核融合炉のために。
  • 核分裂とは対照的に、核融合では最小限の量の放射性物質が生成されます。 無駄。 核分裂とは異なり、高レベル核廃棄物は生成されません。 その処分はそれほど問題ではありません。 その代わりに、核融合の副産物はヘリウムです。 それは無害で非放射性です。 さらに、核分裂性はありません 利用可能な材料。 さらに、危険な放射性物質を輸送する 核融合発電所には資材は不要です。
  • 核分裂炉で考えられる最悪の災害である炉心溶融は、絶対にあり得ない 核融合炉では、本質的に暴走能力がないために発生する 反応。 これは、融合にはクリティカルが必要ないという事実によるものです。 質量。 さらに、核融合炉はガスバーナーと同様に動作します。 燃料供給が遮断されると機能が停止します。 したがって、 大災害が発生した場合、放射線に関連した影響はあり得ません。 施設外での死亡事故
  • フュージョンは、再生可能エネルギー源に比べて多くの利点をもたらしますが、 技術的に再生不可能な、長期的なエネルギー源であるなど、 温室効果ガスを排出しません。 また、太陽光発電や風力発電とは異なり、 核融合は天候に依存しないため、継続的に電力を生成できます。

高エネルギーによって引き起こされる放射能にはいくつかの課題があります。 d-t 反応中に生成される中性子 (約 14 MeV) 核融合では長寿命の放射性生成物や未燃ガスは生成されません。 ローカルで処理できます:

  • 中性子の影響で一部の放射性廃棄物が生成される可能性がありますが、 リチウムが活性化されて原子炉内でトリチウムが生成されると、その量は 核分裂のエネルギーよりもはるかに低く、放射性廃棄物は 持続時間ははるかに短くなります。 しかし、トリチウムは今後も放射性物質であり続ける可能性がある。 少なくとも半減期は10年、意図的でない場合は120年 空気中または水中に放出される。
  • 中性子は近くの構造物を照射し、放射性物質を生成する可能性があります。 最終的には廃棄物施設で処分されるべき核種。 しかし 核分裂ベースの原子炉で利用されるアクチニドと比較すると、その供給量は
  • 中性子は d-t のエネルギーの大部分を持ち去ってしまうため、 反応すると、これよりも重大な中性子の漏洩が生じる可能性があります。 ウラン原子炉のこと。 シールドの強化と作業者の保護の向上 発電所での問題は、中性子漏洩の増加によって引き起こされます。

フュージョントーチ

核融合トーチ。以下を含むすべての廃棄物を排出するために使用できます。 固形産業廃棄物や液体下水を星のように熱い炎の中に入れたり、 高温プラズマは、大量のエネルギーの興味深い用途です。 融合が生成できる。 材料はそのコンポーネントに分解されます 原子を高温環境に置き、異なるビンに分割します。 質量分析器タイプの装置により、水素からウランまでの範囲を測定します。 したがって、 単一の核融合プラントは、理論的には、使用から再利用までのループを閉じている可能性があります。 何千もの素材から再利用可能で市場性のある少数の素材を生産する 毎日何トンもの固形ゴミが処分されています。

結論

エネルギー要件の推定は、 人口増加。 つまり、人数が増えると、 エネルギーの消費も増えます。 現在の統計によれば、 80億人の世界人口は増加し、2016年までに110億人に達すると予測されている 2100年。現在の生活水準を維持または向上させるために、地球規模のエネルギーが必要です。 今世紀末までに消費量を2倍、さらには3倍にする必要があるかもしれない。 安全対策と新しい原子炉技術の進歩により、 核分裂は発電において重要な役割を果たし続けており、 国民的および政治的な受け入れに関して制限に直面する可能性があります。

太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーからのエネルギー供給は、 気象条件に依存するため信頼性が高くなります。 もあります 海洋熱などの他の熱源に関連する技術的課題 河川からのエネルギーと水力学エネルギーはまだ完全には利用されていません 発展した。 その結果、核融合は将来のエネルギーへの答えとみなされています 安全。 支持者たちは核融合技術が何十年もかかる可能性があることを認識しているが、 彼らはまた、これらのシステムの規模が大きいため、それが不可能であることも認めています。 大量生産する前に小規模でテストするためです。 これは、 これまでにない大規模な施設の建設には時間がかかります。 迅速化するために、 核融合エネルギー、小型モジュール型原子炉の商業化プロセス それが唯一の解決策かもしれません。

私たちは、次の方法で地球上に短命の人工太陽の創造を達成しました。 プロジェクトの規模が巨大であるにもかかわらず、実験用核融合炉。 の 商用核融合炉の出現は世界のエネルギーに革命をもたらす 混合し、減少する化石供給への依存を劇的に減らす 燃料とウラン。 豊富な燃料と事実上無限のエネルギー 融合反応によって生成される、未来を守るための理想的なソリューションです。 私たちの地球の。 さらに、核融合はクリーンで比較的安全な形態を提供します 温室効果ガスを排出せず、放射性物質の生成も最小限に抑えたエネルギー 無駄。 世界の電力の少なくとも 30 ~ 35% を発電できる可能性がある 近い将来、核融合は長期的かつ持続可能なエネルギー源を提供できるようになる 拡散のリスクなしでエネルギーを供給できます。