הקדמה: ההבטחה והאתגר של אנרגיה Fusion

אנרגיה פיוז'ן נחשבת כבר זמן רב למקור מבטיח של כוח נקי וכמעט בלתי מוגבל.בניגוד לדלקים מאובנים, המייצרים גזי חממה ומזהמים, או משקעים גרעיניים, אשר מייצרים פסולת רדיואקטיבית ארוכת ימים, היתוך מציע נתיב לאנרגיה שופעת עם השפעה סביבתית מינימלית.הדלק הבסיסי של היתוך - איזוטופים של מימן - הוא כמעט בלתי נדלה: ניתן להפיק ביעילות ממחזור מים חמים, אך ורק כדי לפתח את ההיתוך ארוך טווח, אך ורק את ההיתוך, אך ורק את עצמה, אך ורק לאחר מכן, ממעבדת, עם זאת, יכול לפעול, רק כדי לפתח את ההיתוך, אך ורק בטווח הארוך, דורש טיפול יעיל יותר, אך ורק בטווח הארוך, תוך כדי להשיג את ההיתוך, טיפול יעיל יותר, עם זאת, עם זאת, יעיל יותר, טיפול יעיל יותר, טיפול יעיל יותר, עם זאת, טיפול יעיל יותר, טיפול יעיל יותר, עם זאת, יעיל יותר, יעיל יותר, טיפול יעיל יותר, עם זאת, עם זאת, עם זאת, טיפול יעיל יותר, יעיל יותר, תהליך של דלק יעיל יותר, טיפול יעיל יותר, עם זאת, טיפול יעיל יותר, עם זאת, טיפול יעיל יותר, טיפול יעיל יותר, טיפול יעיל יותר, טיפול יעיל יותר, טיפול יעיל יותר, טיפול

תפקידו של דלק ב- Fusion Reactors

רוב עיצובי כור ההיתוך לטווח קצר מסתמכים על התגובה deuterium-tritium (D-T), שיש לו את החלק הגבוה ביותר בטמפרטורות נמוכות והלחץ.בתגובה זו, גרעין חד-חמצני (פרוטון אחד, אחד נויטרונים) ואחד גרעין טריטוניום (פרוטון אחד, שני נויטרונים) ממזגים כדי לייצר גרעין כבד (alum-4) ובודד אנרגיה גבוהה, תוך כדי בריחה מלמטה, תוך כדי חלקיק אלפא.

למה דווקא ⁇ וטריטיום?

Deuterium הוא יציב בשפע - בערך אחד מכל 6,500 אטומי מימן במי הים הוא deuterium. Tritium, לעומת זאת, הוא רדיואקטיבי (חצי חיים 12.3 שנים) ואינו מתרחש באופן טבעי בכמויות משמעותיות.זה חייב להיות (FLT:0bredFLT:1 בתוך המהנדס על ידי לכידת נויטרונים בשמיכה המכילה: 6 לי + ân=0) {\displaystyle 0=0=n=T} 0=n=n=n=T} 0v} לפחות 1 {\displaystyle Iv} 0=nv} 0=T} 0=T} 0=R=R=T} 0=nv=nv=R=nv} 0=T} 0=nv} 0=T} 0=T} 0=T} 0v} 0v} 0=T} 0v} 0=T} 0=T} 0v} 0v} 0=T} 0 {\displaystyle Av} 0v} 0v} 0v} 0.1=T} 0 {\displaystyle Av} 0 {\displaystyle A=R} 0v} 0v} 0v} 0v} 0v} 0vn

היתרונות העיקריים של מחזור דלק בר קיימא

מחזור דלק בר קיימא עבור תחנת כוח היתוך מורכב ממספר תת-מערכות מקושרות:

  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) ,Waste ManagementofLT:1 - מטפל בחומרים מופעלים ותרכובות טריווידות.

כל תת-מערכת חייבת לפעול עם אמינות גבוהה מאוד ומלאי טריטוניום נמוכים, בהתחשב רדיואקטיביות של טריטיום ועלות ( ⁇ $ 30,000 $ לגרם).

הטריטיום Breeding Blanket

השמיכה היא ככל הנראה הרכיב הקריטי ביותר.זה מבצע פונקציות מרובות: היא מייצרת טריטיום, היא סופגת אנרגיה נויטרונים לייצר חום לייצור חשמל, והיא מגנה על כלי השיט והמגנטים מהקרינה.

  • (ב) ,0) שמיכות של מגדלים מגזעים (FLT:1) - השתמשו בתרכובות ליתיום קרמיקה (למשל, Li2SiO4, Li2TiO3) ו-Nutron מכפיל (בריום או מוביל).
  • (ב) ,0) שמיכות של מגדלים ליקוויד 1 (FLT:1) - השתמש בלימוזינה של ליתיום-דלד (LiPb) או מלחי ליתיום (FLiBe) אלה מאפשרים מיצוי מתמשך של טריטיום.
  • (ב) ,0) שמיכות של שמיכות מרוחקות (FLT:0) משלבות גזע / מטבול עם קירור הליום לחומרים מבניים.

לכל עיצוב יש פערים בין יחס הרבייה של טריטיום, יעילות תרמית, והתאמה חומרית.המטרה היא להשיג TBR של ⁇ 1.1 בעיצוב הכור הסופי כדי לקחת בחשבון הפסדים.

ייצור דלק וטיהור

פלזמה פלזמה מכיל deuterium ו tritium לא מבושל, helium ash, ואת זיהומים.הצנרת הפנימית הישירה מחזור (DIR) מחלימה את הדלקים הלא-משוררים האלה מהר ככל האפשר. טריטייום חייב גם להיות מופק משמיכות הרבייה - או כמו גז מתמוסס (במערכות נוזליות) או על ידי טיהור עם heliumin (מערכות נוזל) בדרך כלל הם מרוקדים, הם משולבים לתוך נוזל Dotogenic, אז נוזל, הוא נוזל, הוא נוזל, הוא נוזל, הוא נוזל, הוא זרם D2 ליטרים, הוא נוזל, כלומר, הוא נוזל, הוא נוזל, הוא נוזל, הוא נוזל, הוא נוזל, הוא נוזל, הוא נוזל, הוא נוזל, הוא נוזל, הוא נוזל, הוא נוזל, או למטה, הוא זרם של נוזל, או למטה, בדרך כלל, הוא נוזל, אז נוזל, 000.

ניהול פסולת ובטיחות

הפעלת חומרים מבניים (steel, vanadium ⁇ s, סיליקון carbide מורכב) על ידי 14 MeV נויטרונים מייצרת מגוון של רדיואיזוטופים.למרות היתוך יש הרבה יותר קצר מחצית חיים מאשר פסולת פשלוט, טיפול בטוח וסילוק או מחזור של חומרים מופעלים חייב להיות מופקד לתוך מחזור הדלק.בנוסף, טריטייום הוא נייד מאוד יכול להכיל אסטרטגיות כפולות, כולל מתכת כפולה;

אתגרים בפיתוח מחזורי דלק בר קיימא

אספקת Tritium Limited ו- Self-Sufficiency

מלאי הטריטוניום הראשוני של תחנת כוח היתוך הדור הראשון חייב לבוא ממקורות חיצוניים - בעיקר מכורים של CANDU, המייצרים טריטייום כתוצר לוואי.מניות טריטייום גלובליות הם צנועים ( ⁇ 20-30 ק"ג) A 1 GW היתוך היתוך כורים ידרוש כ-150 גרם של טריטייום ליום, ועומס ראשוני עשוי להיות על סדר של כמה קילוגרמים קצרים, כך גם על מנת למנוע הפסדים של מחזור נמוך של ⁇ , כך, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, גם על פני 3 קילו, 000 יעיל של ⁇ , 000 יעיל של ⁇ , 000, 000, 000 יעיל של ⁇ , 000, 000, 000, 000 יעיל של ⁇ , 000 יעיל של ⁇ , 000, 000, 000, 000 יעיל של ⁇ , 000, 000 יעיל של ⁇ , 000, 000 יעיל של ⁇ ⁇ ⁇ , 000 יעיל יותר מטווח נמוך יותר מ 1 GW ⁇ יכול היה צריך להיות מסוגל גם כן, 000 יעיל של ⁇ יכול להיות מסוגל למנוע הפסדים של ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

נזקי נויטרון וירידה חומרית

נויטרונים באנרגיה גבוהה מ D-T fusion (14 MeV) לגרום נזק לעקירה, טרנסמוטציה, ו helium embrittlement בחומרים מבניים.הקיר הראשון ורכיבי שמיכה יקבלו מנות של עשרות עקירות לאטומים (dpa) על פני חייהם.חומרים מתקדמים כגון מופחתים של פלדה ferritic-tensitic (למשל, EUROFERb, הם גם רכיבים סיליקון ו-Hide) ו-Hide.

Tritium Permeation and Containment

טריטיום הוא קטן מאוד נייד; זה יכול לחלחל דרך צינורות מתכת חם, diffuse לתוך קירור, לברוח לתוך הסביבה. מחסומים Permeation (למשל, oxide, ציפוי אלומיניום) נדרשים, וכל מערכות המכילות טריטייום- המכילות טריטייום חייב להיות שוכנו באטמוספירה עם ניטור רציף.

איאיזוטופ הפרדה

דיאזרציה Cryogenic היא אנרגיה רגישה ודורשת שליטה זהירה. Separating tritium מ deuterium, מימן, Helium מורכב על ידי ההבדלים ההמוניים הקטנים ואת הצורך להימנע הצטברות של מימן (אשר מלוטש את הביצועים פלזמה דלק ו degrads פלזמה ביצועים). מחקר לתוך שיטות חלופיות, כגון ספיגה רכיבה על אופניים תרמיים או ממתננים, ממשיך.

אמינות ויחסים מרוחקים

מחזור דלק היתוך כולו חייב להיות מיועד תחזוקה מרחוק כי tritium contamination ו- neutron ההפעלה להפוך את הגישה האנושית לבלתי אפשרית. Piping, שסתום, משאבות, ו מיטות מלוטשות חייב להיות מודולרי וניתן להחליף באמצעות מניפולטורים רובוטיים.

אסטרטגיות וחדשנות עבור מחזורי דלק בר קיימא

המונחים: Blankets

כדי לשפר את יחס הרבייה של טריטיום ולהפחית את הסיכון, מעצבים לחקור מגוון של מושגים שמיכה.תוכנית European DEMO היא בדיקת מיטת pebble מוטבע helium-cooled שמיכות (HCPB) ולימוזינה מחוסמת מים (WCLL) שמיכות חוצות עבור TBR של >1.1 וטמפרטורה גבוהה עבור המרה יעילה.

מחזור פנימי ישיר (DIR)

גישה מבטיחה אחת להפחית מלאי tritium היא להפריד דלק לא נשרף מן הפלזמה הממצה בתוך שניות ולא שעות. DIR משתמש ב- שיתוק מהיר של membrane או super-permeation membranes כי משאבה סלקטיבית מימן מאוטופים מן הזרם להנדסה exhaust.זה מפחית באופן דרסטי את כמות הטריטום מוחזק במערכת מחזור מחדש ומשפר את יכולת הבקרה על ידי JTF מוקדם.

דלקים אלטרנטיביים

למרות ש-D-T הוא הקל ביותר להצית, מספר מחזורי דלק:0advanced מחזורי דלק 1 (FLT) יכולים להפחית או לחסל את הצורך בגידול טריטיום:

  • (FLT:0)Deuterium (D-D-Digue): FLT ( 1) מייצרת טריטייום ו- Helium-3 כמו ביניים, אך דורש טמפרטורות פלזמה גבוהות יותר (> 100 keV) הניברון נמוך יותר, צמצום ההפעלה.עם זאת, צפיפות הכוח נמוכה יותר, מה שהופך אותה פחות אטרקטיבית עבור צמחים ראשונים.
  • (FLT:0)Deuterium-hlium-3 (D-Herea3):FLT:1 מייצרת פרוטונים במקום נייטרונים, צמצום דרמטי של הפעלה ומאפשרת המרת אנרגיה ישירה. Helium-3 הוא בקושי על פני כדור הארץ (למרות שפע על הירח) ויש צורך להיות מבול או מיובא.
  • (FLT:0) פרוטון-בורון (p-B11):03:03 ההרחבה:1 מייצרת שלושה חלקיקי אלפא ואין נויטרונים (אם תגובות משניות מודחקות) זה דורש אפילו טמפרטורות גבוהות יותר (> 300 keV) ופרמטרים מגבילים מאוד.אם הושגו, זה יבטל את הצורך של טריטיום והפעלה.

בעתיד הנראה לעין, D-T נשאר המסלול המאוד בר קיימא.עם זאת, פיתוח היתוך ארוך טווח עשוי לעבור מחזורי דלק נמוכים יותר טון כמו פיזיקה פלזמה וחומרים מראש.

Tritium Inventory Reductionions

חוקרים חוקרים חוקרים את ה-FLT:0 (פעילות נקייה של סימול:0) כאשר רק חלק מהדלק הוא טריטיום, השאר הם deuterium. Simulations להראות כי עם ביצועים פלזמה מעל סף מסוים, שברים של שריפת טריטיום יכול לעלות על 10% (לעומת -1% בעיצובים הנוכחיים), חיתוך מלאי טריטיום והפסדים מתקדמים של טכניקות זרם (למשל, רטינומטר) הם מחלימים למחזוריים, כדי להשיג מחזוריים חיוניים.

הדרך לסגור את מחזורי הדלק: מ-ITER to DEMO ומעבר ל- Beyond

המונחים: validating the Technology

(ITER, כיום בבנייה ב- Cadarache, צרפת, יהיה המכשיר הראשון להיתוך כדי לבדוק את ה- tritium רבייה משולבת ומערכת תת-מערכת מחזור דלק, למרות שאיסטר לא ייצרו חשמל, הוא יכלול תוכנית שמיכה (TBM) שבה שישה מושגים שונים של שמיכה ייבחנו כדי למדוד את ייצור הטריטוניום ואת הביצועים החומריים של ITER יטפלו עד 600 של אתר האינטרנט של LTFotium כדי לאמת את מטרות דלק ו- 1 ו-IFite הוא קנה מידה רשמי של 3.

מקור: The First Power-Producor

(בשיתוף פעולה עם ITER, מספר תוכניות לאומיות (EU DEMO, סינית CFETR, קוריאה K-DEMO) שואפת לבנות תחנת כוח היתוך הדגמה המייצרת חשמל נטו.עיצובים של DEMO מצפים לפעול עם מחזור דלק סגור, כלומר כל טריטייום מוצמד על אתר וכל הדלק ממוחזר.TBR הנדרש הוא -1.1, ואת מלאי הטריטוניום במפעל כולו יישמרו כמה קילוגרמים:0F גם כן, כלומר, לדוגמה, מערכת הפעלה מרחוק.

חזון ארוך טווח: בר קיימא ושגשוג

מעבר ל-DeMO, תחנות כוח היתוך מסחריות צפויות להשיג את FLT:0 (החומרים של <80% ההרחבה 1), עם מחזורי דלק המתאימים למינימום מלאי טריטייום ובזבוז מינימלי.חדשנות כגון שמיכה נוזלית עם מיצוי באינטרנט, משאבות דלק מתקדמות עבור ממצה מהירה, ו superpermeation membranes יכול להביא 300,000 חומרת חומרים מתקדמים לסקירה זו של מחזור בטיחות LT2.

שיקולים סביבתיים וכלכליים

ניהול פסולת ורדיואקטיביות

אחת מנקודות המכירה החזקות ביותר של היתוך היא החיים הקצרים יחסית של חומרים מופעלים.רכיבי פלדה יכולים להפוך לפסולת ברמה נמוכה לאחר 100 שנים, בהשוואה לבזבוז הזינוק הדורש להכיל עשרות אלפי שנים.עם זאת, מחזור הדלק עצמו מייצר מים ותרכובות מחוסנים, שחייב להיות מאוחסן עד שהטריאטום מתכווץ ( ⁇ 120 שנים ל-99.9%).

עלויות מחזור הדלק

ייצור טריטיום בכורות (גם עם השמיכה היעילה ביותר) מוסיף עלות של חשמל היתוך.הערכות הנוכחיות מציבות את הצטברות מחזור הבשלה והדלק ב 10-20% מסך עלות הצמח הכוללת.טכנולוגיות מתקדמות כגון מיחזור פנימי ושמיכות גבוהות של מיחזור יכול להפחית את הנתח הזה.

בטיחות והכחשה

מחזור דלק ההיתוך חייב לציית לסטנדרטים רגולטוריים קפדניים עבור פליטות טריטיום, חשיפה לכיבוש ותרחישים תאונה.תכונות בטיחות בלתי פוסקות - ממציאי טריטיום נמוכים, קירור פסיבי, תפעול ביקורתי - להפוך את הרישוי לקל יותר מאשר עבור סדקים, אבל איזוטופים חדשים ותהליכים דורשים ניתוח בטיחות מפורט.

מסקנה: לעבר מעשי ו Sustainable Fusion

פיתוח מחזורי דלק בר קיימא הוא חלק אינטגרלי של יצירת אנרגיה היתוך מציאות.בעוד התגובה D-T היתוך הוא היטב מאופק, דרוג מחזור הדלק למפעל כוח כרוך בפתרון אתגרים הקשורים בין בניה, היפרדות איזוטופ, חומרים מדעיים, וטיפול מרחוק.התקדמות בעיצוב רבייה, השקעה פנימית ובטיחות דלק כדי להפחית את הממציאים, לשפר את קצב האבטחה הארוך, אך ורק את קצב האבטחה הארוך, אך ורק לאחר מכן, אני יכול לשפר את קצבי, את קצבי, אך ורק את קצבי האבטחה בטווח הארוך, אך ורק אחר כך שעדיין לא מוגבל, אך ורק לאחר מכן, כדי לקדם את קצבי, אך ורק את קצבי, כדי לקדם את תהליכי פיתוחו של תוכנית פיתוחו של תוכנית פיתוחו של פיתוחו של פיתוחו של פיתוחו של פיתוחו של תהליך פיתוחו של תהליך פיתוחו של תהליך פיתוחו של תהליך ייצור חשמל, אך ורק אחר, אך ורק אחר, מעבר לחיסכון לטווח הארוך, אך ורק אחר, אך ורק אחר, מעבר לחיסכון ארוך.