ბირთვული შერწყმა არის საბოლოო პაროლი კოსმოსური ენერგიის შესასწავლად

ჩინეთის ბირთვული შერწყმის მოწყობილობის BEST მასპინძლის მშენებლობა სრულყოფილად დაიწყო

1 ოქტომბერს მნიშვნელოვანი გარღვევა მოხდა ჩინეთის ბირთვული შერწყმის მოწყობილობის BEST-ის მშენებლობაში.

ბაზა, რომელიც იწონის 400 ტონას, წარმატებით დამონტაჟდა და გამოყენებული იქნება BEST მასპინძლის გადასატანად, რომლის საერთო წონაა დაახლოებით 6700 ტონა, რაც აღნიშნავს მშენებლობის ყოვლისმომცველ დაწყებას ამ ძირითადი ქვეყნის მძიმე ტექნიკის მასპინძისთვის.

მომავალში, ეს მოწყობილობა იქნება ბირთვული შერწყმის ელექტროენერგიის წარმოების პირველი საერთაშორისოდ დადასტურებული დემონსტრაცია და სავარაუდოდ, 2030 წლისთვის ბირთვული შერწყმის გზით აანთებს პირველ შუქს.

ბირთვული შერწყმა: საბოლოო პაროლი კოსმოსური ენერგიის შესასწავლად

მზის უწყვეტი წვის საიდუმლოებიდან 4,6 მილიარდი წლის განმავლობაში კაცობრიობის საბოლოო მისწრაფებამდე „ამოუწურავი“ სუფთა ენერგიისკენ, ბირთვული შერწყმა ყოველთვის იყო ერთ-ერთი ყველაზე კაშკაშა კვლევის მიმართულება მეცნიერების სფეროში. ეს არ არის მხოლოდ ვარსკვლავების ძირითადი მამოძრავებელი ძალა სამყაროში სინათლისა და სითბოს გამოსაშვებად, არამედ უახლესი-ტექნოლოგია, რომელსაც აქვს პოტენციალი მთლიანად შეცვალოს ადამიანის ენერგეტიკული ლანდშაფტი.

მარტივად რომ ვთქვათ, ბირთვული შერწყმა იგულისხმება უფრო მსუბუქი ატომური ბირთვების (როგორიცაა წყალბადის იზოტოპები დეიტერიუმი და ტრიტიუმი) პროცესს, რომელიც გადალახავს ელექტროსტატიკური მოგერიებას (კულონის მოგერიება) ბირთვებს შორის უკიდურესად მაღალ ტემპერატურასა და წნევაზე, შეჯახებას და შერწყმას უფრო მძიმე ატომურ ბირთვებში (როგორიცაა ჰელიუმის მცირე რაოდენობა). ეს პროცესი მიჰყვება აინშტაინის მასის ენერგიის განტოლებას "E=mc ²" - შერწყმული ახალი ბირთვის ჯამური მასა ოდნავ ნაკლებია შერწყმამდე ორი ბირთვის მასების ჯამზე და შემცირებული მასა (მასების დაკარგვა) გამოიყოფა ენერგიის სახით, ენერგიის სიმკვრივით ბევრად აღემატება ადამიანის ნებისმიერ ენერგიას.

ბირთვული შერწყმის ენერგეტიკული ინტენსივობის გასაგებად საჭიროა მონაცემთა შედარების მხოლოდ ერთი ნაკრები: 1 კილოგრამი დეიტერიუმის ტრიტიუმის ნარევის შერწყმის რეაქციის შედეგად გამოთავისუფლებული ენერგია უდრის 27000 ტონა სტანდარტული ნახშირის წვის შედეგად წარმოქმნილ სითბოს ან 120 ტონა ბენზინის სრული წვის ენერგიას; თუმცა, იგივე ხარისხის ბირთვული დაშლის საწვავით გამოთავისუფლებული ენერგია (როგორიცაა ურანი-235) არის ბირთვული შერწყმის შედეგად გამოთავისუფლებული ენერგიის მხოლოდ 1/4. რაც მთავარია, ბირთვული შერწყმის საწვავის წყაროები თითქმის უსასრულოა - დეიტერიუმი ფართოდ არის წარმოდგენილი დედამიწის ზღვის წყალში და ზღვის წყლის თითოეული ლიტრი შეიცავს დეიტერიუმს, რომელსაც შეუძლია 300 ლიტრი ბენზინის ეკვივალენტური ენერგია გამოყოფა შერწყმის გზით. მსოფლიოს მასშტაბით ზღვის წყალში შემავალ დეიტერიუმს შეუძლია დააკმაყოფილოს კაცობრიობის ენერგეტიკული მოთხოვნილებები მილიონ წელზე მეტი ხნის განმავლობაში; მიუხედავად იმისა, რომ ტრიტიუმი ბუნებაში ძალზე იშვიათია, მისი ხელოვნურად მომზადება შესაძლებელია ლითიუმის (დედამიწის ქერქში უხვად არსებული ელემენტი) ნეიტრონებთან ურთიერთქმედებით და არ არსებობს „საწვავის დეფიციტის“ პრობლემა.

თუმცა, კონტროლირებადი ბირთვული შერწყმის მიღწევა არ არის ადვილი ამოცანა და მისი მთავარი გამოწვევა მდგომარეობს იმაში, თუ როგორ შევქმნათ და შევინარჩუნოთ ექსტრემალური პირობები ბირთვული შერწყმისთვის. მზის შიგნით გრავიტაციული კოლაფსი ქმნის მაღალ ტემპერატურას 15 მილიონი გრადუსი ცელსიუსით და მაღალი წნევა 250 მილიარდი ატმოსფერო, რაც ბუნებრივია აკმაყოფილებს ბირთვული შერწყმის „ანთების პირობებს“; მაგრამ დედამიწაზე ადამიანებს არ შეუძლიათ ასეთი ძლიერი გრავიტაციის გამეორება და მხოლოდ ექსტრემალური გარემოს სიმულაცია ტექნოლოგიური საშუალებებით შეუძლიათ. ამჟამად, არსებობს ორი ძირითადი კვლევის მიმართულება:

ერთი ტიპია მაგნიტური შერწყმა, რომელიც წარმოდგენილია საერთაშორისო თერმობირთვული ექსპერიმენტული რეაქტორით (ITER), რომელიც საყოველთაოდ ცნობილია როგორც "ხელოვნური მზე". ის იყენებს სუპერ ძლიერ მაგნიტურ ველს (დაახლოებით 100000-ჯერ უფრო ძლიერს, ვიდრე დედამიწის მაგნიტურ ველს) პლაზმის (მატერიის მეოთხე მდგომარეობა, სადაც ატომის ბირთვები და ელექტრონები გამოყოფილია) 150 მილიონ გრადუს ცელსიუსამდე ტემპერატურით შემოიფარგლება წრიულ ვაკუუმში (ტოკამაკის მოწყობილობა), თავიდან აიცილებს მაღალი ტემპერატურის გაციებას, კედელს აცილებს კონტაქტს{3} მუდმივად აცხელებს პლაზმას შერწყმის რეაქციებისთვის საჭირო პირობების დასაკმაყოფილებლად. 2023 წელს ჩინეთის "ხელოვნური მზის" მოწყობილობამ (EAST) მიაღწია პლაზმის უწყვეტ მუშაობას 120 მილიონი გრადუს ცელსიუსზე 403 წამის განმავლობაში, დაამყარა მსოფლიო რეკორდი და ჩაუყარა საფუძველი ITER-ის შემდგომ ექსპერიმენტებს.

კიდევ ერთი ტიპია ინერციული შერწყმა, რომელიც წარმოდგენილია შეერთებული შტატების აალების ეროვნული დაწესებულებით (NIF). იგი ფოკუსირებს 192 მაღალი-ენერგიის ლაზერს დეიტერიუმის ტრიტიუმის სამიზნეზე, რომლის დიამეტრი მხოლოდ რამდენიმე მილიმეტრია, აცხელებს სამიზნეს 30 მილიონ გრადუს ცელსიუსამდე და შეკუმშავს მას დედამიწის ბირთვის სიმკვრივეზე 100-ჯერ აღემატება ძალიან მოკლე დროში (დაახლოებით 10 ტრილიონიანი პლაზმური რეაქციის სრული ნაწილი წამში). იმ მომენტში, როდესაც დიფუზია შეუძლებელია. 2022 წლის დეკემბერში NIF-მა პირველად მიაღწია „წმინდა ენერგიის მომატებას“ - შერწყმის რეაქციების შედეგად გამოთავისუფლებული ენერგია გადააჭარბა შეყვანის ლაზერის ენერგიას, რაც აღნიშნავს მნიშვნელოვან გარღვევას ინერციული შეზღუდვის მარშრუტში.

მაღალი ენერგიის სიმკვრივისა და უხვი საწვავის გარდა, ბირთვულ შერწყმას ასევე აქვს საბოლოო უსაფრთხოება და გარემოსდაცვითი კეთილგანწყობა. ბირთვული დაშლისგან განსხვავებით, ბირთვული შერწყმის რეაქციები დაუყოვნებლივ წყდება ექსტრემალური პირობების დაკარგვის შემდეგ (როგორიცაა მაგნიტური ველის შეფერხება ან ლაზერული გაჩერება) და არ არსებობს „ბირთვული დნობის“ რისკი; რეაქციის მთავარი პროდუქტია ჰელიუმი (არა-არატოქსიკური და უვნებელი ინერტული აირი), რომელიც არ წარმოქმნის ხანგრძლივ-რადიოაქტიურ ნარჩენებს, როგორიცაა ბირთვული დაშლა და თითქმის არ აბინძურებს გარემოს.

მიუხედავად იმისა, რომ ადამიანებს ჯერ არ მიუღწევიათ კომერციული ბირთვული შერწყმის ელექტროენერგიის გამომუშავება (მოსალოდნელია, რომ 30-50 წლიანი ტექნოლოგიური მიღწევები დასჭირდება), ბირთვული შერწყმის პროგრესის ყოველი ნაბიჯი, მზის ბუნებრივი შერწყმიდან ლაბორატორიაში თანდათანობით მიღწევებამდე, კაცობრიობას მიუახლოვდება "ენერგეტიკული თავისუფლების" მიზანს. მომავალში, როდესაც ატომური შერწყმის ელექტროსადგურები მთელ მსოფლიოში გავრცელდება, კაცობრიობა მთლიანად გათავისუფლდება წიაღისეული საწვავზე დამოკიდებულებისგან, მოაგვარებს გლობალურ პრობლემებს, როგორიცაა კლიმატის ცვლილება და ენერგიის დეფიციტი და ახალ ეპოქას დაფუძნდება სუფთა და შეუზღუდავი ენერგიაზე.