Giriş: Fusion Energy'nin Sözlüğü ve Mücadelesi

Fürüz enerji uzun süredir beklenen bir temiz ve neredeyse sınırsız bir enerji kaynağı olarak kabul edildi. Fosil yakıtlardan farklı olarak, sera gazı ve kirleticilerden veya nükleer fission, bu da uzun ömürlü radyoaktif atıklar içinde üretilebilir, füzyon, az çevresel etki ile bol miktarda enerji sağlar. Tüm yakıt döngüsü için temel yakıt döngüsü - neredeyse tükenmez: bu darma stratejileri, atıklar ve trityum, reaktörler için sürekli olarak üretilebilir.

Fusion Reaktörlerinde Yakıt Rolü

En yakın füzyon reaktör tasarımları, bir deuteryum çekirdeğine (bir proton, iki nötron) tepki verir ve en düşük sıcaklıklar ve basınçlarda en yüksek kesite sahiptir.Bu reaksiyonda, bir deuterium çekirdeği (bir proton, bir nötron) ve bir tritium çekirdeği (bir proton, iki nötron) bir helium-4 nükle (alfak) ve yüksek enerjili bir nötron.

Neden Deuterium ve Tritium?

Deuterium stabil ve boldur - deniz suyundaki her 6,500 hidrojen atomu bir battaniyeyi içeren bir miktar: 6Li + 4 O kadar 7Li + n - 4 + T + T + n - 2.5 MeV. Bu, en azından tribünlü bir miktar tükettiği kadar üretmek zorunda kalır.

Sürdürülebilir Yakıt Döngüsünün Anahtarları

Bir füzyon güç bitkisi için sürdürülebilir bir yakıt döngüsü birkaç birbirine bağlı alt sistemlerden oluşur:

  • [FONT:0]Tritium yetiştiriciliği battaniyesi[DÜT:1) - plazmayı nötronları yakalamak ve tritium üretmek için çevreleyen.
  • [FONT:0]Fuel Ekstraksiyon ve saflaştırma) - plazma egzoz ve battaniyeden deuteryum ve tritium çıkartın.
  • [FONT:0]Fuel geri dönüşüm ve depolama – ayrılar izotoplar, onları arındırır ve plazmaya geri dönerler.
  • [FONT:0]Waste yönetimi[Dönetici:0)[Dönetici:0)[Döneticiler ve tritiated bileşikleri idare eder.

Her alt sistem son derece yüksek güvenilirlik ve düşük tritium envanteriyle çalışmak için tasarlanmıştır, tritium radyoaktivite ve maliyet ( gram başına $ 30,000).

Tritium Breeding Blanket

battaniye muhtemelen en kritik bileşenidir. Birden çok işlevi yerine getiriyor: tritium, elektrik üretimi için ısı üretmek için nötron enerjisini absorbe eder ve radyasyondan gelen vakum teknesini ve mıknatısları korur.

  • [FONT:0) Solid yetiştirici battaniyesi[[Döntgen: 1) Seramik lityum bileşikleri (örneğin Li2SiO4, Li2TiO3 ve bir nötron multiplier (beryllium veya liderlik).
  • [FONT=0)Liquid yetiştirici battaniyeler [Döntgen: 1) molten lityum-lead eutectic (LiPb) veya lityum tuzları (FLiBe) Bu, tritium sürekli geri çekilmesine izin verir.
  • [FONT:0]Dual-coolant battaniyeler[Dönemli battaniyeler[Dönemli: 1) yapısal malzemeler için sıvı bir speratif/soğuk bir soğutma ile bir araya gelir.

Her tasarım tritium yetiştiriciliği oranı, termal verimlilik ve malzeme uyumluluğu arasında ticaret yapıyor. Hedef, kayıpların hesaplanması için son reaktör tasarımından ≥1.1'i elde etmektir.

Yakıt Ekstraksiyonu ve Purification

Fusion plazma egzozu, üreme battaniyesinden de çabuk tükeniyor - ya da sıvı yetiştirici sistemler) ya da helium ile (zenfekte sistemler) Bu yanan yakıtlar mümkün olduğunca çabuk geri dönüyor. Tritium, genellikle üreme battaniyesinden çıkartılmalıdır - ya da D2, T2 ve HD dejen molekülleri ile birlikte arındırılır.

Atık ve Güvenlik Yönetimi

Yapısal malzemelerin (köpek, kullanım alaşımları, silikon kompozitleri) 14 MeV nötronları tarafından çeşitli radyoizotopes üretir. füzyon atıklarının yarı ömrüne kadar fazla daha kısa bir sürede, sabit sulara veya geri dönüşüme yol açmalı.

Sürdürülebilir Yakıt Döngüsü Geliştirmede Zorluklar

Sınırlı Tritium Supply ve Self-Sufficiency

İlk nesil füzyon santralleri için ilk tritium envanteri, günde 150 g tritiumdan gelmelidir ve ilk olarak bir TBR ürün olarak üretilebilecektir. Global tritium stokları önlemek için gereklidir ( ⁇ 20-30 kg). A 1 GW füzyon reaktörü günde 150 g tritium gerektirir ve bu nedenle birkaç kilogram daha düşük maliyetli icatlar ve ilk olarak en düşük maliyetli icatlar ve en düşük maliyetli icatlar için bir TBR'yi geri almak için gereklidir.

Neutron Hasarı ve Malzeme Degradasyon

D-T füzyon (14 MeV)'den yüksek enerjili nötronlar, transmutasyon ve helium embrittlement in yapısal malzemelerde. İlk duvar ve battaniye bileşenleri atomun dozlarını alır, ancak aynı zamanda tritium ve serinleştirme sistemleri ile uyumlu olmalıdır.

Tritium Permeation ve Containment

Tritium küçük ve son derece mobildir; sıcak metal borular yoluyla ezilebilir, soğuk havacılara diyalektik ve çevreye kaçmalıdır. Permement engeller (e.g., oksit tabakaları, ışık kaplamaları) gereklidir ve tüm tritium-ing sistemleri sürekli izleme ile sabit bir ortamda evlenebilir.

Isotope Ayrılma Verimliliği

Krigen distillasyon enerji yoğundur ve dikkatli bir kontrol gerektirir. Tritium'dan deuteryum, hidrojen ve helium küçük kütle farklılıklarıyla karmaşıktır ve hidrojen birikiminden kaçınmanız gerekir (bu da yakıt ve degrads plazma performansı).

Güvenilirlik ve Uzaktan İşleme

Tüm füzyon yakıt döngüsü uzaktan bakım için tasarlanmıştır çünkü tritium kontraseptif ve nötron aktivasyon insan erişimi imkansız hale getirir. Piping, valfler, pompalar ve getter yataklar, modüler ve robotik manipülatörler aracılığıyla değiştirilmesi gerekir. Bu tür sistemlerin karmaşıklığı ve maliyeti önemlidir.

Sürdürülebilir Yakıt Döngüsü için Stratejiler ve İnovasyonlar

Gelişmiş Breeding Blankets

Tritium yetiştiriciliği oranını geliştirmek ve risk azaltmak için, tasarımcılar çeşitli battaniye konseptlerini keşfediyorlar. Avrupa DEMO programı, FLiBe- bazlı bir tuzlu battaniye ve su soğutmalı bir lityum-lead (WC) battaniyesini araştırıyor.Bu sistemler etkili güç dönüşümü için sağlam bir ısı geçişi basitleştirebilir.

Doğrudan İç Dönüşüm (DIR)

Tritium envanterini azaltmak için umut verici bir yaklaşım, geri dönüşüm sisteminde tutulan trityum miktarını ayırmak ve JET ve HologramR'daki erken testleri temel fizikleri veya süper-permeasyon membranlarını doğrular ve şimdi ITER için inşa edilmiştir.

Alternatif Fusion Yakıtları

DDT, ateşlenmenin en kolay olanı olmasına rağmen, birkaç tane:0)advanced yakıt döngüleri) tritium yetiştiriciliği için gerekli olanı azaltabilir veya ortadan kaldırılabilir:

  • [D:0)Deuterium-deuterium (-D)[D: [DD: [D:D: 1) Tritium ve helium3 ortalar olarak üretilir, ancak çok daha yüksek plazma sıcaklıkları gerektirir (> 100 keV).
  • [D-He3: [D-He3: [DDD: 1) Atomlar yerine protonları üreterek doğrudan enerji dönüşümünü azaltın. Helium-3 Dünya'da çok az olsa da, bred veya ithal edilmelidir.
  • [FONT=0)Proton-boron (p-B11): [DFLT:1) Üç alfa parçacığı ve hiçbir nötron üreterek (eğer ikincil tepkiler bastırılırsa) Bu daha yüksek sıcaklıklar gerektirir (> 300 keV) ve çok yüksek sınırlı parametreler elde ederse, tritium ve en aktivasyon ihtiyacını ortadan kaldırır.

öngörülebilir gelecek için, D-T en uygun rotayı kalır. Ancak, uzun vadeli füzyon gelişimi plazma fizik ve malzemeler olarak daha düşük yakıt döngülerine geçiş yapabilir.

Roman Tritium Inventory Azım Kavramları

Araştırmacılar, plazma performansıyla bazı eşlerin üzerindeki performanslarının %10'u aşabileceğini gösteriyor (şimdiki tasarımlarda% 1'i) büyük ölçüde tritium envanter ve kayıplar olduğunu gösteriyor (örneğin, nötr kirişler enjeksiyonu, iyon cyclotron resonance ısıtma) bu rejimlere ulaşmak için gereklidir.

Yakıt Çevrimlerini Kapalı Yol: ITER'dan DEMO'ya ve Ötesine

ITER: Teknolojiyi Geçerlik

ITER, şu anda Cadarache'de inşaat altında, Fransa, tritium yetiştiriciliği ve yakıt çevrimi altsystems'i test etmek için ilk füzyon cihazı olacak ve elektrik üretmeyecek olsam da, altı farklı battaniye konseptinin tritium üretimini ve malzeme performansını ölçmeyi test edecek şekilde test edileceği bir test battaniye modülü (TBM) içerecektir.

DEMO: İlk Güç Prodüksiyonu

ITER'de inşa etmek, birkaç ulusal program (EU DEMO, Çin CFETR, Kore K-DEMO) net elektrik üreten bir gösteri füzyon santralı inşa etmeyi hedefliyor. DEMO tasarımları, her iki beş yılda bir yedekli olarak kullanım sistemleriyle de entegre etmeyi bekler.

Uzun Süreli Vizyonlar: Sürdürülebilir ve Uygun Bir Fırkalı Fırkalı Fırkalı

DEMO'nun ötesinde, ticari füzyon santralleri, hızlı egzoz için minimum pompalar elde etmek için bekleniyor.% 80[0], düşük tritium envanteri ve minimum atıklar için optimize edilmiş yakıt döngüleri ile minimum beton battaniyesi gibi yenilikler, gelişmiş turbo-moleculara hızlı bir şekilde pompalar ve süper-Yönergeme membranları [Dönergeler][değiştir | kaynağı değiştir]

Çevre ve Ekonomik Bakışlar

Atık Yönetimi ve Radyoaktivite

Bir füzyonun en güçlü satış noktası, aktif malzemelerin nispeten kısa yarı ömrüdür. Çelik bileşenler ~100 yıl sonra düşük seviyeli atıklar haline gelebilir, on binlerce yıldır gerekli olan fission atıklarına kıyasla. Ancak, yakıt döngüsünin kendisi, tritium çürümelerine kadar saklanmalıdır ( ⁇ 120 yıl boyunca% 99.9'a kadar).

Yakıt Döngüsü Maliyeti

Rejim üretimindeki Tritium üretimi (en verimli battaniyelerle bile) bu payları azaltabilecektir. Ayrıca, tritium yetiştiriciliği ve yakıt döngüsünin günlük maliyetinin% 10-20'sinde toplam fabrika maliyetinin %10-20'si, doğrudan içsel geri dönüşüm ve yüksek hacimli battaniyeler gibi gelişmiş teknolojiler bu payı azaltılabilir.

Güvenlik ve Licensing

Profüzyon yakıt döngüsü, tritium emisyonları, meslek maruziyeti ve kaza senaryoları için katı düzenleyici standartlara uymalıdır.Inherent güvenlik özellikleri - düşük tritium mucitleri, pasif soğutma, sub-kkkritasyon işlemi - fission için daha kolay lisanslama yapmak, ancak roman izotopları ve süreçler ayrıntılı güvenlik analizi gerektirir.

Sonuç: Pratik ve Sürdürülebilir Füzyona Doğru

Sürdürülebilir yakıt döngüleri, füzyon enerjisinin gerçekleştirilmesinin ayrılmaz bir parçasıdır. D-Tfüzyon reaksiyonu iyi düşünülmüş, enerji santraline yakıt döngüsünü ölçeklendirmek, DEMO ve ötesinde ilgili zorlukları çözmek, her adım bizi kapalı, sürekli olarak güvenli bir şekilde işletmek için daha da fazla bir şekilde işletmek için teşvik etmek için vaat eder.