आईटीईआर फ्यूजन रिएक्टर। Iter: पहला अंतर्राष्ट्रीय प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर कैसे बनाया जाता है अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर

आईटीईआर - अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर (आईटीईआर)

मानव ऊर्जा की खपत हर साल बढ़ रही है, जो ऊर्जा क्षेत्र को सक्रिय विकास की ओर धकेलती है। इस प्रकार, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के उद्भव के साथ, दुनिया भर में उत्पन्न ऊर्जा की मात्रा में उल्लेखनीय वृद्धि हुई, जिससे मानव जाति की सभी जरूरतों के लिए ऊर्जा का सुरक्षित रूप से उपयोग करना संभव हो गया। उदाहरण के लिए, फ्रांस में उत्पादित बिजली का 72.3% परमाणु ऊर्जा संयंत्रों से आता है, यूक्रेन में - 52.3%, स्वीडन में - 40.0%, यूके में - 20.4%, रूस में - 17.1%। हालाँकि, प्रौद्योगिकी अभी भी खड़ी नहीं है, और भविष्य के देशों की ऊर्जा जरूरतों को पूरा करने के लिए, वैज्ञानिक कई नवीन परियोजनाओं पर काम कर रहे हैं, जिनमें से एक ITER (इंटरनेशनल थर्मोन्यूक्लियर एक्सपेरिमेंटल रिएक्टर) है।

यद्यपि इस स्थापना की लाभप्रदता अभी भी सवालों के घेरे में है, कई शोधकर्ताओं के काम के अनुसार, नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन प्रौद्योगिकी के निर्माण और उसके बाद के विकास से ऊर्जा का एक शक्तिशाली और सुरक्षित स्रोत प्राप्त हो सकता है। आइए ऐसी स्थापना के कुछ सकारात्मक पहलुओं पर नजर डालें:

• थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर का मुख्य ईंधन हाइड्रोजन है, जिसका अर्थ व्यावहारिक रूप से परमाणु ईंधन का अटूट भंडार है।
• समुद्री जल को संसाधित करके हाइड्रोजन का उत्पादन किया जा सकता है, जो अधिकांश देशों के लिए उपलब्ध है। इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि ईंधन संसाधनों पर एकाधिकार उत्पन्न नहीं हो सकता।
• थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के संचालन के दौरान आपातकालीन विस्फोट की संभावना परमाणु रिएक्टर के संचालन की तुलना में बहुत कम होती है। शोधकर्ताओं के अनुसार, किसी दुर्घटना की स्थिति में भी, विकिरण उत्सर्जन आबादी के लिए खतरा पैदा नहीं करेगा, जिसका अर्थ है कि निकासी की कोई आवश्यकता नहीं है।
• परमाणु रिएक्टरों के विपरीत, संलयन रिएक्टर रेडियोधर्मी अपशिष्ट उत्पन्न करते हैं जिनका आधा जीवन छोटा होता है, जिसका अर्थ है कि यह तेजी से क्षय होता है। इसके अलावा, थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरों में कोई दहन उत्पाद नहीं होते हैं।
• फ़्यूज़न रिएक्टर को उन सामग्रियों की आवश्यकता नहीं होती है जिनका उपयोग परमाणु हथियारों के लिए भी किया जाता है। इससे परमाणु रिएक्टर की जरूरतों के लिए सामग्री के प्रसंस्करण द्वारा परमाणु हथियारों के उत्पादन को कवर करने की संभावना समाप्त हो जाती है।

थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर - अंदर का दृश्य

हालाँकि, कई तकनीकी कमियाँ भी हैं जिनका शोधकर्ताओं को लगातार सामना करना पड़ता है।

उदाहरण के लिए, ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के मिश्रण के रूप में प्रस्तुत ईंधन के वर्तमान संस्करण के लिए नई प्रौद्योगिकियों के विकास की आवश्यकता है। उदाहरण के लिए, आज तक के सबसे बड़े जेट थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर में परीक्षणों की पहली श्रृंखला के अंत में, रिएक्टर इतना रेडियोधर्मी हो गया कि प्रयोग को पूरा करने के लिए एक विशेष रोबोटिक रखरखाव प्रणाली के विकास की आवश्यकता पड़ी। थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के संचालन में एक और निराशाजनक कारक इसकी दक्षता है - 20%, जबकि परमाणु ऊर्जा संयंत्र की दक्षता 33-34% है, और थर्मल पावर प्लांट 40% है।

आईटीईआर परियोजना का निर्माण और रिएक्टर का प्रक्षेपण

आईटीईआर परियोजना 1985 की है, जब सोवियत संघ ने एक टोकामक के संयुक्त निर्माण का प्रस्ताव रखा था - चुंबकीय कॉइल वाला एक टोरॉयडल कक्ष जो चुंबक का उपयोग करके प्लाज्मा को पकड़ सकता है, जिससे थर्मोन्यूक्लियर संलयन प्रतिक्रिया होने के लिए आवश्यक स्थितियां पैदा होती हैं। 1992 में, ITER के विकास पर एक चतुर्पक्षीय समझौते पर हस्ताक्षर किए गए, जिसके पक्षकार यूरोपीय संघ, अमेरिका, रूस और जापान थे। 1994 में, कजाकिस्तान गणराज्य इस परियोजना में शामिल हुआ, 2001 में - कनाडा, 2003 में - दक्षिण कोरिया और चीन, 2005 में - भारत। 2005 में, रिएक्टर के निर्माण के लिए स्थान निर्धारित किया गया था - कैडराचे परमाणु ऊर्जा अनुसंधान केंद्र, फ्रांस।

रिएक्टर का निर्माण नींव के लिए गड्ढे की तैयारी के साथ शुरू हुआ। तो गड्ढे का पैरामीटर 130 x 90 x 17 मीटर था। संपूर्ण टोकामक परिसर का वजन 360,000 टन होगा, जिसमें से 23,000 टन टोकामक ही है।

ITER कॉम्प्लेक्स के विभिन्न तत्वों को विकसित किया जाएगा और दुनिया भर से निर्माण स्थल पर पहुंचाया जाएगा। इसलिए 2016 में, पोलॉइडल कॉइल्स के लिए कंडक्टरों का एक हिस्सा रूस में विकसित किया गया था, जिसे बाद में चीन भेजा गया, जो खुद कॉइल्स का उत्पादन करेगा।

जाहिर है, इतने बड़े पैमाने पर काम को व्यवस्थित करना बिल्कुल भी आसान नहीं है; कई देश बार-बार परियोजना कार्यक्रम को पूरा करने में विफल रहे हैं, जिसके परिणामस्वरूप रिएक्टर का प्रक्षेपण लगातार स्थगित हो गया है। तो, पिछले साल (2016) जून संदेश के अनुसार: "पहला प्लाज्मा प्राप्त करने की योजना दिसंबर 2025 के लिए बनाई गई है।"

आईटीईआर टोकामक का संचालन तंत्र

शब्द "टोकामक" एक रूसी संक्षिप्त शब्द से आया है जिसका अर्थ है "चुंबकीय कुंडलियों वाला टोरॉयडल कक्ष।"

टोकामक का हृदय उसका टोरस के आकार का निर्वात कक्ष है। अंदर, अत्यधिक तापमान और दबाव में, हाइड्रोजन ईंधन गैस प्लाज्मा बन जाती है - एक गर्म, विद्युत आवेशित गैस। जैसा कि ज्ञात है, तारकीय पदार्थ को प्लाज्मा द्वारा दर्शाया जाता है, और सौर कोर में थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं ऊंचे तापमान और दबाव की स्थितियों में होती हैं। प्लाज्मा के निर्माण, प्रतिधारण, संपीड़न और हीटिंग के लिए समान स्थितियां बड़े पैमाने पर चुंबकीय कॉइल्स के माध्यम से बनाई जाती हैं जो एक वैक्यूम पोत के आसपास स्थित होती हैं। चुम्बकों का प्रभाव बर्तन की दीवारों से गर्म प्लाज्मा को सीमित कर देगा।

प्रक्रिया शुरू होने से पहले, निर्वात कक्ष से हवा और अशुद्धियाँ हटा दी जाती हैं। फिर प्लाज्मा को नियंत्रित करने में मदद करने वाली चुंबकीय प्रणालियों को चार्ज किया जाता है और गैसीय ईंधन डाला जाता है। जब बर्तन के माध्यम से एक शक्तिशाली विद्युत धारा प्रवाहित की जाती है, तो गैस विद्युत रूप से विभाजित हो जाती है और आयनित हो जाती है (अर्थात, इलेक्ट्रॉन परमाणुओं को छोड़ देते हैं) और एक प्लाज्मा बनाते हैं।

जैसे-जैसे प्लाज़्मा कण सक्रिय होते हैं और टकराते हैं, वे भी गर्म होने लगते हैं। सहायक हीटिंग तकनीक प्लाज्मा को 150 और 300 मिलियन डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान पर लाने में मदद करती है। इस डिग्री तक "उत्तेजित" कण टकराव पर अपने प्राकृतिक विद्युत चुम्बकीय प्रतिकर्षण को दूर कर सकते हैं, ऐसे टकराव से भारी मात्रा में ऊर्जा निकलती है।

टोकामक डिज़ाइन में निम्नलिखित तत्व शामिल हैं:

निर्वात पात्र

("डोनट") स्टेनलेस स्टील से बना एक टोरॉयडल कक्ष है। इसका बड़ा व्यास 19 मीटर है, छोटा 6 मीटर है, और इसकी ऊंचाई 11 मीटर है। कक्ष की मात्रा 1,400 मीटर 3 है, और इसका वजन 5,000 टन से अधिक है। वैक्यूम पोत की दीवारें दोगुनी हैं; ए शीतलक दीवारों के बीच प्रसारित होगा, जो आसुत जल होगा। जल प्रदूषण से बचने के लिए, कक्ष की भीतरी दीवार को कंबल का उपयोग करके रेडियोधर्मी विकिरण से बचाया जाता है।

कंबल

("कंबल") - कक्ष की आंतरिक सतह को कवर करने वाले 440 टुकड़े होते हैं। कुल भोज क्षेत्र 700m2 है। प्रत्येक टुकड़ा एक प्रकार का कैसेट है, जिसका शरीर तांबे से बना है, और सामने की दीवार हटाने योग्य है और बेरिलियम से बनी है। कैसेट के पैरामीटर 1x1.5 मीटर हैं, और द्रव्यमान 4.6 टन से अधिक नहीं है। ऐसे बेरिलियम कैसेट प्रतिक्रिया के दौरान बनने वाले उच्च-ऊर्जा न्यूट्रॉन को धीमा कर देंगे। न्यूट्रॉन मॉडरेशन के दौरान, शीतलन प्रणाली द्वारा गर्मी जारी और हटा दी जाएगी। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि रिएक्टर संचालन के परिणामस्वरूप बनने वाली बेरिलियम धूल बेरिलियम नामक गंभीर बीमारी का कारण बन सकती है और इसका कैंसरजन्य प्रभाव भी होता है। इस कारण से, परिसर में सख्त सुरक्षा उपाय विकसित किए जा रहे हैं।

अनुभाग में टोकामक. पीला - सोलेनॉइड, नारंगी - टोरॉयडल फ़ील्ड (टीएफ) और पोलॉइडल फ़ील्ड (पीएफ) मैग्नेट, नीला - कंबल, हल्का नीला - वीवी - वैक्यूम पोत, बैंगनी - डायवर्टर

("ऐशट्रे") पोलॉइडल प्रकार का एक उपकरण है जिसका मुख्य कार्य कंबल से ढके कक्ष की दीवारों के गर्म होने और इसके साथ संपर्क के परिणामस्वरूप होने वाली गंदगी के प्लाज्मा को "साफ़" करना है। जब ऐसे संदूषक प्लाज्मा में प्रवेश करते हैं, तो वे तीव्रता से विकिरण करना शुरू कर देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अतिरिक्त विकिरण हानि होती है। यह टोकोमैक के निचले भाग में स्थित है और प्लाज्मा की ऊपरी परतों (जो सबसे अधिक दूषित हैं) को शीतलन कक्ष में निर्देशित करने के लिए चुंबक का उपयोग करता है। यहां प्लाज्मा ठंडा होकर गैस में बदल जाता है, जिसके बाद इसे चैंबर से वापस पंप कर दिया जाता है। बेरिलियम धूल, कक्ष में प्रवेश करने के बाद, व्यावहारिक रूप से प्लाज्मा में वापस लौटने में असमर्थ होती है। इस प्रकार, प्लाज्मा संदूषण केवल सतह पर ही रहता है और अधिक गहराई तक प्रवेश नहीं करता है।

cryostat

- टोकोमैक का सबसे बड़ा घटक, जो 16,000 मीटर 2 (29.3 x 28.6 मीटर) की मात्रा और 3,850 टन के द्रव्यमान के साथ एक स्टेनलेस स्टील का खोल है। सिस्टम के अन्य तत्व क्रायोस्टेट के अंदर स्थित होंगे, और यह स्वयं कार्य करता है टोकामक और बाहरी वातावरण के बीच एक बाधा के रूप में। इसकी भीतरी दीवारों पर 80 K (-193.15 डिग्री सेल्सियस) के तापमान पर नाइट्रोजन प्रसारित करके ठंडा किया जाने वाला थर्मल स्क्रीन होगा।

चुंबकीय प्रणाली

- तत्वों का एक सेट जो वैक्यूम बर्तन के अंदर प्लाज्मा को रखने और नियंत्रित करने का काम करता है। यह 48 तत्वों का एक सेट है:

• टोरॉयडल फ़ील्ड कॉइल निर्वात कक्ष के बाहर और क्रायोस्टेट के अंदर स्थित होते हैं। इन्हें 18 टुकड़ों में प्रस्तुत किया गया है, प्रत्येक का आकार 15 x 9 मीटर है और वजन लगभग 300 टन है। साथ में, ये कॉइल प्लाज्मा टोरस के चारों ओर 11.8 टेस्ला का चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते हैं और 41 जीजे की ऊर्जा संग्रहीत करते हैं।
• पोलोइडल फ़ील्ड कॉइल्स - टोरॉयडल फ़ील्ड कॉइल्स के शीर्ष पर और क्रायोस्टेट के अंदर स्थित होते हैं। ये कॉइल एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए जिम्मेदार हैं जो प्लाज्मा द्रव्यमान को कक्ष की दीवारों से अलग करता है और रुद्धोष्म तापन के लिए प्लाज्मा को संपीड़ित करता है। ऐसे कुंडलों की संख्या 6 है। दो कुंडलों का व्यास 24 मीटर और द्रव्यमान 400 टन है। शेष चार कुछ छोटे हैं।
• केंद्रीय सोलनॉइड टॉरॉयडल कक्ष के आंतरिक भाग में, या बल्कि "डोनट होल" में स्थित होता है। इसके संचालन का सिद्धांत एक ट्रांसफार्मर के समान है, और मुख्य कार्य प्लाज्मा में एक प्रेरक धारा को उत्तेजित करना है।
• सुधार कुंडलियाँ वैक्यूम पात्र के अंदर, कंबल और कक्ष की दीवार के बीच स्थित होती हैं। उनका कार्य प्लाज्मा के आकार को बनाए रखना है, जो स्थानीय रूप से "उभार" करने और यहां तक ​​कि पोत की दीवारों को छूने में सक्षम है। आपको प्लाज्मा के साथ चैम्बर की दीवारों की परस्पर क्रिया के स्तर को कम करने की अनुमति देता है, और इसलिए इसके संदूषण के स्तर को, और चैम्बर के घिसाव को भी कम करता है।

आईटीईआर कॉम्प्लेक्स की संरचना

ऊपर वर्णित टोकामक डिज़ाइन "संक्षेप में" कई देशों के प्रयासों के माध्यम से इकट्ठा किया गया एक अत्यधिक जटिल अभिनव तंत्र है। हालाँकि, इसके पूर्ण संचालन के लिए, टोकामक के पास स्थित इमारतों के एक पूरे परिसर की आवश्यकता होती है। उनमें से:

• नियंत्रण, डेटा पहुंच और संचार प्रणाली - CODAC। आईटीईआर परिसर की कई इमारतों में स्थित है।
• ईंधन भंडारण और ईंधन प्रणाली - टोकामक तक ईंधन पहुंचाने का कार्य करती है।
• वैक्यूम प्रणाली - इसमें चार सौ से अधिक वैक्यूम पंप होते हैं, जिनका कार्य थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया उत्पादों, साथ ही वैक्यूम कक्ष से विभिन्न दूषित पदार्थों को बाहर निकालना है।
• क्रायोजेनिक प्रणाली - नाइट्रोजन और हीलियम सर्किट द्वारा दर्शायी जाती है। हीलियम सर्किट टोकामक में तापमान को सामान्य कर देगा, जिसका कार्य (और इसलिए तापमान) लगातार नहीं होता है, बल्कि दालों में होता है। नाइट्रोजन सर्किट क्रायोस्टेट की हीट शील्ड और हीलियम सर्किट को ठंडा कर देगा। इसमें जल शीतलन प्रणाली भी होगी, जिसका उद्देश्य कंबल की दीवारों के तापमान को कम करना है।
• बिजली की आपूर्ति। टोकामक को लगातार संचालित करने के लिए लगभग 110 मेगावाट ऊर्जा की आवश्यकता होगी। इसे हासिल करने के लिए किलोमीटर लंबी बिजली लाइनें स्थापित की जाएंगी और उन्हें फ्रांसीसी औद्योगिक नेटवर्क से जोड़ा जाएगा। यह याद रखने योग्य है कि आईटीईआर प्रायोगिक सुविधा ऊर्जा उत्पादन प्रदान नहीं करती है, बल्कि केवल वैज्ञानिक हितों में संचालित होती है।

आईटीईआर फंडिंग

अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर आईटीईआर एक काफी महंगा उपक्रम है, जिसकी शुरुआत में अनुमान $12 बिलियन था, जिसमें रूस, अमेरिका, कोरिया, चीन और भारत का 1/11 हिस्सा, जापान का 2/11 और यूरोपीय संघ का 4 हिस्सा शामिल था। /11 । बाद में यह रकम बढ़कर 15 अरब डॉलर हो गई. उल्लेखनीय है कि वित्तपोषण कॉम्प्लेक्स के लिए आवश्यक उपकरणों की आपूर्ति के माध्यम से होता है, जिसे प्रत्येक देश में विकसित किया जाता है। इस प्रकार, रूस कंबल, प्लाज्मा हीटिंग डिवाइस और सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट की आपूर्ति करता है।

परियोजना परिप्रेक्ष्य

फिलहाल, आईटीईआर कॉम्प्लेक्स का निर्माण और टोकामक के लिए सभी आवश्यक घटकों का उत्पादन चल रहा है। 2025 में टोकामक के नियोजित लॉन्च के बाद, प्रयोगों की एक श्रृंखला शुरू होगी, जिसके परिणामों के आधार पर सुधार की आवश्यकता वाले पहलुओं पर ध्यान दिया जाएगा। आईटीईआर के सफल कमीशनिंग के बाद, थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन पर आधारित एक बिजली संयंत्र बनाने की योजना बनाई गई है जिसे डेमो (डेमोन्स्ट्रेशन पावर प्लांट) कहा जाएगा। डेमो का लक्ष्य संलयन शक्ति की तथाकथित "व्यावसायिक अपील" को प्रदर्शित करना है। यदि ITER केवल 500 मेगावाट ऊर्जा उत्पन्न करने में सक्षम है, तो DEMO लगातार 2 GW ऊर्जा उत्पन्न करने में सक्षम होगा।

हालाँकि, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि ITER प्रायोगिक सुविधा ऊर्जा का उत्पादन नहीं करेगी, और इसका उद्देश्य विशुद्ध रूप से वैज्ञानिक लाभ प्राप्त करना है। और जैसा कि आप जानते हैं, यह या वह भौतिक प्रयोग न केवल अपेक्षाओं को पूरा कर सकता है, बल्कि मानवता के लिए नया ज्ञान और अनुभव भी ला सकता है।

इसे कैसे शुरू किया जाए? "ऊर्जा चुनौती" निम्नलिखित तीन कारकों के संयोजन के परिणामस्वरूप उत्पन्न हुई:

1. मानवता अब भारी मात्रा में ऊर्जा की खपत करती है।

वर्तमान में, विश्व की ऊर्जा खपत लगभग 15.7 टेरावाट (TW) है। इस मान को विश्व जनसंख्या से विभाजित करने पर हमें प्रति व्यक्ति लगभग 2400 वाट प्राप्त होता है, जिसका अनुमान एवं कल्पना आसानी से की जा सकती है। पृथ्वी के प्रत्येक निवासी (बच्चों सहित) द्वारा उपभोग की जाने वाली ऊर्जा 24 सौ-वाट विद्युत लैंप के चौबीसों घंटे संचालन के बराबर है। हालाँकि, पूरे ग्रह पर इस ऊर्जा की खपत बहुत असमान है, क्योंकि कई देशों में यह बहुत बड़ी है और अन्य में नगण्य है। खपत (एक व्यक्ति के संदर्भ में) संयुक्त राज्य अमेरिका में 10.3 किलोवाट (रिकॉर्ड मूल्यों में से एक), रूसी संघ में 6.3 किलोवाट, यूके में 5.1 किलोवाट, आदि के बराबर है, लेकिन, दूसरी ओर, यह बराबर है बांग्लादेश में केवल 0.21 किलोवाट (अमेरिकी ऊर्जा खपत का केवल 2%)।

2. विश्व ऊर्जा खपत नाटकीय रूप से बढ़ रही है।

अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी (2006) के अनुसार, 2030 तक वैश्विक ऊर्जा खपत में 50% की वृद्धि होने की उम्मीद है। बेशक, विकसित देश अतिरिक्त ऊर्जा के बिना ठीक-ठाक काम कर सकते हैं, लेकिन विकासशील देशों में लोगों को गरीबी से बाहर निकालने के लिए यह वृद्धि आवश्यक है, जहां 1.5 अरब लोग बिजली की गंभीर कमी से पीड़ित हैं।

3. वर्तमान में, विश्व की 80% ऊर्जा जीवाश्म ईंधन जलाने से आती है(तेल, कोयला और गैस), जिसका उपयोग:

ए) संभावित रूप से विनाशकारी पर्यावरणीय परिवर्तनों का खतरा पैदा करता है;

बी) किसी दिन अनिवार्य रूप से समाप्त होना चाहिए।

जो कुछ कहा गया है, उससे यह स्पष्ट है कि अब हमें जीवाश्म ईंधन के उपयोग के युग के अंत के लिए तैयार रहना चाहिए

वर्तमान में, परमाणु ऊर्जा संयंत्र बड़े पैमाने पर परमाणु नाभिक की विखंडन प्रतिक्रियाओं के दौरान जारी ऊर्जा का उत्पादन करते हैं। ऐसे स्टेशनों के निर्माण और विकास को हर संभव तरीके से प्रोत्साहित किया जाना चाहिए, लेकिन यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि उनके संचालन के लिए सबसे महत्वपूर्ण सामग्रियों में से एक (सस्ता यूरेनियम) का भंडार भी अगले 50 वर्षों के भीतर पूरी तरह से उपयोग किया जा सकता है। . परमाणु विखंडन-आधारित ऊर्जा की संभावनाओं को अधिक कुशल ऊर्जा चक्रों के उपयोग के माध्यम से महत्वपूर्ण रूप से विस्तारित किया जा सकता है (और किया जाना चाहिए), जिससे उत्पादित ऊर्जा की मात्रा लगभग दोगुनी हो जाएगी। इस दिशा में ऊर्जा विकसित करने के लिए थोरियम रिएक्टर (तथाकथित थोरियम ब्रीडर रिएक्टर या ब्रीडर रिएक्टर) बनाना आवश्यक है, जिसमें प्रतिक्रिया से मूल यूरेनियम की तुलना में अधिक थोरियम उत्पन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप उत्पन्न ऊर्जा की कुल मात्रा पदार्थ की एक निश्चित मात्रा 40 गुना बढ़ जाती है। यह तेज़ न्यूट्रॉन का उपयोग करके प्लूटोनियम प्रजनक बनाने का भी वादा करता प्रतीत होता है, जो यूरेनियम रिएक्टरों की तुलना में बहुत अधिक कुशल हैं और 60 गुना अधिक ऊर्जा का उत्पादन कर सकते हैं। ऐसा हो सकता है कि इन क्षेत्रों को विकसित करने के लिए यूरेनियम प्राप्त करने के लिए नए, गैर-मानक तरीकों को विकसित करना आवश्यक होगा (उदाहरण के लिए, समुद्री जल से, जो सबसे अधिक सुलभ लगता है)।

संलयन बिजली संयंत्र

यह आंकड़ा थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट के उपकरण और संचालन सिद्धांत का एक योजनाबद्ध आरेख (पैमाने पर नहीं) दिखाता है। मध्य भाग में ~2000 m3 की मात्रा वाला एक टॉरॉयडल (डोनट के आकार का) कक्ष होता है, जो 100 M°C से ऊपर के तापमान पर गर्म किए गए ट्रिटियम-ड्यूटेरियम (T-D) प्लाज्मा से भरा होता है। संलयन प्रतिक्रिया (1) के दौरान उत्पन्न न्यूट्रॉन "चुंबकीय बोतल" को छोड़ते हैं और लगभग 1 मीटर की मोटाई के साथ चित्र में दिखाए गए खोल में प्रवेश करते हैं।

शेल के अंदर, न्यूट्रॉन लिथियम परमाणुओं से टकराते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक प्रतिक्रिया होती है जो ट्रिटियम उत्पन्न करती है:

न्यूट्रॉन + लिथियम → हीलियम + ट्रिटियम

इसके अलावा, सिस्टम में प्रतिस्पर्धी प्रतिक्रियाएं होती हैं (ट्रिटियम के गठन के बिना), साथ ही अतिरिक्त न्यूट्रॉन की रिहाई के साथ कई प्रतिक्रियाएं होती हैं, जिसके बाद ट्रिटियम का निर्माण भी होता है (इस मामले में, अतिरिक्त न्यूट्रॉन की रिहाई हो सकती है) उल्लेखनीय रूप से बढ़ाया गया, उदाहरण के लिए, शेल और सीसा में बेरिलियम परमाणुओं को शामिल करके)। समग्र निष्कर्ष यह है कि यह सुविधा (कम से कम सैद्धांतिक रूप से) परमाणु संलयन प्रतिक्रिया से गुजर सकती है जो ट्रिटियम का उत्पादन करेगी। इस मामले में, उत्पादित ट्रिटियम की मात्रा न केवल इंस्टॉलेशन की जरूरतों को पूरा करनी चाहिए, बल्कि कुछ हद तक बड़ी भी होनी चाहिए, जिससे ट्रिटियम के साथ नए इंस्टॉलेशन की आपूर्ति करना संभव हो जाएगा। यह ऑपरेटिंग अवधारणा है जिसे नीचे वर्णित आईटीईआर रिएक्टर में परीक्षण और कार्यान्वित किया जाना चाहिए।

इसके अलावा, न्यूट्रॉन को तथाकथित पायलट संयंत्रों (जिसमें अपेक्षाकृत "साधारण" निर्माण सामग्री का उपयोग किया जाएगा) में शेल को लगभग 400 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करना होगा। भविष्य में, 1000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर शेल हीटिंग तापमान के साथ बेहतर इंस्टॉलेशन बनाने की योजना बनाई गई है, जिसे नवीनतम उच्च शक्ति सामग्री (जैसे सिलिकॉन कार्बाइड कंपोजिट) ​​के उपयोग के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है। पारंपरिक स्टेशनों की तरह, शेल में उत्पन्न गर्मी को शीतलक (उदाहरण के लिए, पानी या हीलियम युक्त) के साथ प्राथमिक शीतलन सर्किट द्वारा लिया जाता है और द्वितीयक सर्किट में स्थानांतरित किया जाता है, जहां पानी की भाप उत्पन्न होती है और टर्बाइनों को आपूर्ति की जाती है।

1985 - सोवियत संघ ने फ्यूजन रिएक्टर बनाने में चार अग्रणी देशों के अनुभव का उपयोग करते हुए अगली पीढ़ी के टोकामक संयंत्र का प्रस्ताव रखा। संयुक्त राज्य अमेरिका ने जापान और यूरोपीय समुदाय के साथ मिलकर परियोजना के कार्यान्वयन के लिए एक प्रस्ताव रखा।

वर्तमान में, फ्रांस में, नीचे वर्णित अंतरराष्ट्रीय प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर ITER (इंटरनेशनल टोकामक एक्सपेरिमेंटल रिएक्टर) का निर्माण कार्य चल रहा है, जो प्लाज्मा को "प्रज्वलित" करने में सक्षम पहला टोकामक होगा।

सबसे उन्नत मौजूदा टोकामक इंस्टॉलेशन लंबे समय तक लगभग 150 M°C के तापमान तक पहुँच चुके हैं, जो एक फ़्यूज़न स्टेशन के संचालन के लिए आवश्यक मूल्यों के करीब है, लेकिन ITER रिएक्टर लंबे समय तक डिज़ाइन किया गया पहला बड़े पैमाने का बिजली संयंत्र होना चाहिए -टर्म ऑपरेशन. भविष्य में, इसके ऑपरेटिंग मापदंडों में उल्लेखनीय सुधार करना आवश्यक होगा, जिसके लिए सबसे पहले, प्लाज्मा में दबाव बढ़ाना आवश्यक होगा, क्योंकि किसी दिए गए तापमान पर परमाणु संलयन की दर दबाव के वर्ग के समानुपाती होती है। इस मामले में मुख्य वैज्ञानिक समस्या इस तथ्य से संबंधित है कि जब प्लाज्मा में दबाव बढ़ता है, तो बहुत जटिल और खतरनाक अस्थिरताएं उत्पन्न होती हैं, यानी अस्थिर ऑपरेटिंग मोड।

हमें इसकी ज़रूरत क्यों है?

परमाणु संलयन का मुख्य लाभ यह है कि इसमें ईंधन के रूप में बहुत कम मात्रा में ऐसे पदार्थों की आवश्यकता होती है जो प्रकृति में बहुत आम हैं। वर्णित प्रतिष्ठानों में परमाणु संलयन प्रतिक्रिया से भारी मात्रा में ऊर्जा निकल सकती है, जो पारंपरिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं (जैसे जीवाश्म ईंधन के दहन) के दौरान निकलने वाली मानक गर्मी से दस मिलियन गुना अधिक है। तुलना के लिए, हम बताते हैं कि 1 गीगावाट (जीडब्ल्यू) की क्षमता वाले थर्मल पावर प्लांट को बिजली देने के लिए आवश्यक कोयले की मात्रा 10,000 टन प्रति दिन (दस रेलवे कार) है, और उसी बिजली का एक फ्यूजन प्लांट केवल लगभग खपत करेगा प्रति दिन 1 किलोग्राम डी+टी मिश्रण।

ड्यूटेरियम हाइड्रोजन का एक स्थिर आइसोटोप है; साधारण पानी के प्रत्येक 3,350 अणुओं में से एक में, हाइड्रोजन परमाणुओं में से एक को ड्यूटेरियम (बिग बैंग से विरासत) द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। यह तथ्य पानी से आवश्यक मात्रा में ड्यूटेरियम के काफी सस्ते उत्पादन को व्यवस्थित करना आसान बनाता है। ट्रिटियम प्राप्त करना अधिक कठिन है, जो अस्थिर है (आधा जीवन लगभग 12 वर्ष है, जिसके परिणामस्वरूप प्रकृति में इसकी सामग्री नगण्य है), हालांकि, जैसा कि ऊपर दिखाया गया है, ट्रिटियम ऑपरेशन के दौरान सीधे थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन के अंदर दिखाई देगा, लिथियम के साथ न्यूट्रॉन की प्रतिक्रिया के कारण।

इस प्रकार, संलयन रिएक्टर के लिए प्रारंभिक ईंधन लिथियम और पानी है। लिथियम एक सामान्य धातु है जिसका व्यापक रूप से घरेलू उपकरणों (सेल फोन बैटरी, आदि) में उपयोग किया जाता है। ऊपर वर्णित स्थापना, गैर-आदर्श दक्षता को ध्यान में रखते हुए भी, 200,000 kWh विद्युत ऊर्जा का उत्पादन करने में सक्षम होगी, जो 70 टन कोयले में निहित ऊर्जा के बराबर है। इसके लिए आवश्यक लिथियम की मात्रा एक कंप्यूटर बैटरी में होती है, और ड्यूटेरियम की मात्रा 45 लीटर पानी में होती है। उपरोक्त मूल्य 30 वर्षों में यूरोपीय संघ के देशों में वर्तमान बिजली खपत (प्रति व्यक्ति गणना) से मेल खाता है। यह तथ्य कि लिथियम की इतनी नगण्य मात्रा इतनी अधिक मात्रा में बिजली (सीओ2 उत्सर्जन के बिना और मामूली वायु प्रदूषण के बिना) का उत्पादन सुनिश्चित कर सकती है, थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा के सबसे तेज़ और सबसे जोरदार विकास के लिए एक काफी गंभीर तर्क है (सभी के बावजूद) कठिनाइयाँ और समस्याएँ) और ऐसे शोध की सफलता में शत-प्रतिशत विश्वास के बिना भी।

ड्यूटेरियम लाखों वर्षों तक चलना चाहिए, और आसानी से खनन किए गए लिथियम के भंडार सैकड़ों वर्षों की जरूरतों को पूरा करने के लिए पर्याप्त हैं। यहां तक ​​कि अगर चट्टानों में लिथियम खत्म हो जाता है, तो भी हम इसे पानी से निकाल सकते हैं, जहां यह पर्याप्त उच्च सांद्रता (यूरेनियम की सांद्रता से 100 गुना) में पाया जाता है ताकि इसका निष्कर्षण आर्थिक रूप से संभव हो सके।

फ्रांस के कैडराचे शहर के पास एक प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर (अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर प्रायोगिक रिएक्टर) बनाया जा रहा है। आईटीईआर परियोजना का मुख्य लक्ष्य औद्योगिक पैमाने पर नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन प्रतिक्रिया को लागू करना है।

थर्मोन्यूक्लियर ईंधन की प्रति यूनिट वजन, समान मात्रा में कार्बनिक ईंधन जलाने की तुलना में लगभग 10 मिलियन गुना अधिक ऊर्जा प्राप्त होती है, और वर्तमान में संचालित परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के रिएक्टरों में यूरेनियम नाभिक को विभाजित करने की तुलना में लगभग सौ गुना अधिक ऊर्जा प्राप्त होती है। यदि वैज्ञानिकों और डिजाइनरों की गणना सच होती है, तो इससे मानवता को ऊर्जा का एक अटूट स्रोत मिलेगा।

इसलिए, कई देश (रूस, भारत, चीन, कोरिया, कजाकिस्तान, अमेरिका, कनाडा, जापान, यूरोपीय संघ के देश) अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर रिसर्च रिएक्टर - नए बिजली संयंत्रों का एक प्रोटोटाइप बनाने में शामिल हो गए।

आईटीईआर एक ऐसी सुविधा है जो हाइड्रोजन और ट्रिटियम परमाणुओं (हाइड्रोजन का एक आइसोटोप) के संश्लेषण के लिए स्थितियां बनाती है, जिसके परिणामस्वरूप एक नए परमाणु - हीलियम परमाणु का निर्माण होता है। यह प्रक्रिया ऊर्जा के भारी विस्फोट के साथ होती है: प्लाज्मा का तापमान जिसमें थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया होती है, लगभग 150 मिलियन डिग्री सेल्सियस होता है (तुलना के लिए, सूर्य के कोर का तापमान 40 मिलियन डिग्री है)। इस मामले में, आइसोटोप जल जाते हैं और वस्तुतः कोई रेडियोधर्मी अपशिष्ट नहीं बचता।

अंतर्राष्ट्रीय परियोजना में भागीदारी की योजना रिएक्टर घटकों की आपूर्ति और इसके निर्माण के वित्तपोषण का प्रावधान करती है। इसके बदले में, भाग लेने वाले प्रत्येक देश को थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बनाने के लिए सभी प्रौद्योगिकियों और इस रिएक्टर पर सभी प्रायोगिक कार्यों के परिणामों तक पूर्ण पहुंच प्राप्त होती है, जो सीरियल पावर थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरों के डिजाइन के आधार के रूप में काम करेगा।

थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के सिद्धांत पर आधारित इस रिएक्टर में कोई रेडियोधर्मी विकिरण नहीं है और यह पर्यावरण के लिए पूरी तरह से सुरक्षित है। यह दुनिया में लगभग कहीं भी स्थित हो सकता है, और इसका ईंधन साधारण पानी है। आईटीईआर का निर्माण लगभग दस वर्षों तक चलने की उम्मीद है, जिसके बाद रिएक्टर का उपयोग 20 वर्षों तक होने की उम्मीद है।

आने वाले वर्षों में आईटीईआर थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के निर्माण के लिए अंतर्राष्ट्रीय संगठन की परिषद में रूस के हितों का प्रतिनिधित्व रूसी विज्ञान अकादमी के संबंधित सदस्य मिखाइल कोवलचुक - कुरचटोव संस्थान के निदेशक, रूसी अकादमी के क्रिस्टलोग्राफी संस्थान द्वारा किया जाएगा। विज्ञान, प्रौद्योगिकी और शिक्षा पर राष्ट्रपति परिषद के विज्ञान और वैज्ञानिक सचिव। कोवलचुक इस पद पर अस्थायी रूप से शिक्षाविद् एवगेनी वेलिखोव का स्थान लेंगे, जिन्हें अगले दो वर्षों के लिए आईटीईआर अंतर्राष्ट्रीय परिषद का अध्यक्ष चुना गया था और उन्हें इस पद को भाग लेने वाले देश के आधिकारिक प्रतिनिधि के कर्तव्यों के साथ संयोजित करने का अधिकार नहीं है।

निर्माण की कुल लागत 5 बिलियन यूरो अनुमानित है, और रिएक्टर के परीक्षण संचालन के लिए भी उतनी ही राशि की आवश्यकता होगी। भारत, चीन, कोरिया, रूस, अमेरिका और जापान के शेयर कुल मूल्य का लगभग 10 प्रतिशत हैं, 45 प्रतिशत यूरोपीय संघ के देशों से आता है। हालाँकि, यूरोपीय राज्य अभी तक इस बात पर सहमत नहीं हैं कि लागतों को उनके बीच कैसे वितरित किया जाएगा। इस वजह से, निर्माण की शुरुआत अप्रैल 2010 तक के लिए स्थगित कर दी गई। नवीनतम देरी के बावजूद, आईटीईआर में शामिल वैज्ञानिकों और अधिकारियों का कहना है कि वे 2018 तक इस परियोजना को पूरा करने में सक्षम होंगे।

ITER की अनुमानित थर्मोन्यूक्लियर शक्ति 500 ​​मेगावाट है। अलग-अलग चुंबक भागों का वजन 200 से 450 टन तक होता है। ITER को ठंडा करने के लिए प्रतिदिन 33 हजार क्यूबिक मीटर पानी की आवश्यकता होगी।

1998 में, संयुक्त राज्य अमेरिका ने परियोजना में अपनी भागीदारी के लिए धन देना बंद कर दिया। रिपब्लिकन के सत्ता में आने और कैलिफ़ोर्निया में ब्लैकआउट शुरू होने के बाद, बुश प्रशासन ने ऊर्जा में निवेश बढ़ाने की घोषणा की। संयुक्त राज्य अमेरिका का अंतरराष्ट्रीय परियोजना में भाग लेने का इरादा नहीं था और वह अपने स्वयं के थर्मोन्यूक्लियर प्रोजेक्ट में लगा हुआ था। 2002 की शुरुआत में, राष्ट्रपति बुश के प्रौद्योगिकी सलाहकार जॉन मार्बर्गर III ने कहा कि संयुक्त राज्य अमेरिका ने अपना मन बदल लिया है और इस परियोजना पर लौटने का इरादा रखता है।

प्रतिभागियों की संख्या के संदर्भ में, यह परियोजना एक अन्य प्रमुख अंतरराष्ट्रीय वैज्ञानिक परियोजना - अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन के बराबर है। ITER की लागत, जो पहले 8 बिलियन डॉलर तक पहुँच गई थी, फिर 4 बिलियन से भी कम रह गई। संयुक्त राज्य अमेरिका की भागीदारी से हटने के परिणामस्वरूप, रिएक्टर की शक्ति को 1.5 गीगावॉट से घटाकर 500 मेगावाट करने का निर्णय लिया गया। तदनुसार, परियोजना की कीमत भी कम हो गई है।

जून 2002 में, "मॉस्को में आईटीईआर दिवस" ​​​​संगोष्ठी रूसी राजधानी में आयोजित की गई थी। इसमें परियोजना को पुनर्जीवित करने की सैद्धांतिक, व्यावहारिक और संगठनात्मक समस्याओं पर चर्चा की गई, जिसकी सफलता मानवता के भाग्य को बदल सकती है और इसे एक नई प्रकार की ऊर्जा दे सकती है, जो दक्षता और अर्थव्यवस्था में केवल सूर्य की ऊर्जा के बराबर है।

जुलाई 2010 में, आईटीईआर अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर परियोजना में भाग लेने वाले देशों के प्रतिनिधियों ने कैडराचे, फ्रांस में आयोजित एक असाधारण बैठक में इसके बजट और निर्माण कार्यक्रम को मंजूरी दी। बैठक की रिपोर्ट यहां उपलब्ध है.

पिछली असाधारण बैठक में, परियोजना प्रतिभागियों ने प्लाज्मा के साथ पहले प्रयोगों की शुरुआत की तारीख - 2019 को मंजूरी दे दी। मार्च 2027 के लिए पूर्ण प्रयोगों की योजना बनाई गई है, हालांकि परियोजना प्रबंधन ने तकनीकी विशेषज्ञों से प्रक्रिया को अनुकूलित करने और 2026 में प्रयोग शुरू करने के लिए कहा है। बैठक के प्रतिभागियों ने रिएक्टर के निर्माण की लागत पर भी निर्णय लिया, लेकिन स्थापना के निर्माण पर खर्च की जाने वाली राशि का खुलासा नहीं किया गया। साइंसनाउ पोर्टल के संपादक को एक अनाम स्रोत से मिली जानकारी के अनुसार, प्रयोग शुरू होने तक आईटीईआर परियोजना की लागत 16 अरब यूरो तक पहुंच सकती है।

कैडराचे में हुई बैठक में नए परियोजना निदेशक, जापानी भौतिक विज्ञानी ओसामु मोटोजिमा के लिए पहला आधिकारिक कार्य दिवस भी मनाया गया। उनसे पहले, इस परियोजना का नेतृत्व 2005 से जापानी कनामे इकेदा ने किया था, जो बजट और निर्माण की समय सीमा स्वीकृत होने के तुरंत बाद अपना पद छोड़ना चाहते थे।

आईटीईआर फ्यूजन रिएक्टर यूरोपीय संघ, स्विट्जरलैंड, जापान, अमेरिका, रूस, दक्षिण कोरिया, चीन और भारत की एक संयुक्त परियोजना है। ITER बनाने का विचार पिछली सदी के 80 के दशक से विचाराधीन है, हालाँकि, वित्तीय और तकनीकी कठिनाइयों के कारण, परियोजना की लागत लगातार बढ़ रही है, और निर्माण शुरू होने की तारीख लगातार स्थगित की जा रही है। 2009 में, विशेषज्ञों को उम्मीद थी कि रिएक्टर बनाने का काम 2010 में शुरू हो जाएगा। बाद में इस तारीख को आगे बढ़ाया गया और पहले 2018 और फिर 2019 को रिएक्टर के लॉन्च का समय बताया गया।

थर्मोन्यूक्लियर संलयन प्रतिक्रियाएं एक भारी नाभिक बनाने के लिए प्रकाश समस्थानिकों के नाभिक के संलयन की प्रतिक्रियाएं हैं, जो ऊर्जा की एक बड़ी रिहाई के साथ होती हैं। सिद्धांत रूप में, संलयन रिएक्टर कम लागत पर बहुत अधिक ऊर्जा का उत्पादन कर सकते हैं, लेकिन फिलहाल वैज्ञानिक संलयन प्रतिक्रिया को शुरू करने और बनाए रखने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा और पैसा खर्च करते हैं।

थर्मोन्यूक्लियर फ्यूज़न ऊर्जा उत्पादन का एक सस्ता और पर्यावरण अनुकूल तरीका है। सूर्य पर अरबों वर्षों से अनियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन हो रहा है - हीलियम भारी हाइड्रोजन आइसोटोप ड्यूटेरियम से बनता है। इससे भारी मात्रा में ऊर्जा निकलती है। हालाँकि, पृथ्वी पर लोगों ने अभी तक ऐसी प्रतिक्रियाओं को नियंत्रित करना नहीं सीखा है।

आईटीईआर रिएक्टर ईंधन के रूप में हाइड्रोजन आइसोटोप का उपयोग करेगा। थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के दौरान, जब हल्के परमाणु भारी परमाणुओं में संयोजित होते हैं तो ऊर्जा निकलती है। इसे प्राप्त करने के लिए, गैस को 100 मिलियन डिग्री से अधिक के तापमान तक गर्म किया जाना चाहिए - जो सूर्य के केंद्र के तापमान से बहुत अधिक है। इस तापमान पर गैस प्लाज्मा में बदल जाती है। इसी समय, हाइड्रोजन आइसोटोप के परमाणु विलीन हो जाते हैं, बड़ी संख्या में न्यूट्रॉन की रिहाई के साथ हीलियम परमाणुओं में बदल जाते हैं। इस सिद्धांत पर काम करने वाला एक बिजली संयंत्र घने पदार्थ (लिथियम) की एक परत द्वारा धीमी की गई न्यूट्रॉन की ऊर्जा का उपयोग करेगा।

थर्मोन्यूक्लियर प्रतिष्ठानों के निर्माण में इतना समय क्यों लगा?

ऐसी महत्वपूर्ण और मूल्यवान स्थापनाएँ, जिनके लाभों पर लगभग आधी शताब्दी से चर्चा की गई है, अभी तक क्यों नहीं बनाई गई हैं? तीन मुख्य कारण हैं (नीचे चर्चा की गई है), जिनमें से पहले को बाहरी या सामाजिक कहा जा सकता है, और अन्य दो - आंतरिक, यानी, थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा के विकास के नियमों और शर्तों द्वारा निर्धारित होते हैं।

1. लंबे समय से यह माना जाता था कि थर्मोन्यूक्लियर संलयन ऊर्जा के व्यावहारिक उपयोग की समस्या के लिए तत्काल निर्णय और कार्यों की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि पिछली शताब्दी के 80 के दशक में, जीवाश्म ईंधन स्रोत अटूट लग रहे थे, और पर्यावरणीय समस्याएं और जलवायु परिवर्तन नहीं थे। जनता की चिंता नहीं. 1976 में, अमेरिकी ऊर्जा विभाग की फ्यूजन एनर्जी सलाहकार समिति ने विभिन्न अनुसंधान फंडिंग विकल्पों के तहत अनुसंधान एवं विकास और एक प्रदर्शन फ्यूजन पावर प्लांट के लिए समय सीमा का अनुमान लगाने का प्रयास किया। उसी समय, यह पता चला कि इस दिशा में अनुसंधान के लिए वार्षिक धन की मात्रा पूरी तरह से अपर्याप्त है, और यदि विनियोग के मौजूदा स्तर को बनाए रखा जाता है, तो थर्मोन्यूक्लियर प्रतिष्ठानों का निर्माण कभी भी सफल नहीं होगा, क्योंकि आवंटित धन अनुरूप नहीं है यहां तक ​​कि न्यूनतम, गंभीर स्तर तक भी।

2. इस क्षेत्र में अनुसंधान के विकास में एक अधिक गंभीर बाधा यह है कि चर्चा के तहत प्रकार की थर्मोन्यूक्लियर स्थापना छोटे पैमाने पर बनाई और प्रदर्शित नहीं की जा सकती है। नीचे प्रस्तुत स्पष्टीकरण से, यह स्पष्ट हो जाएगा कि थर्मोन्यूक्लियर संलयन के लिए न केवल प्लाज्मा के चुंबकीय कारावास की आवश्यकता होती है, बल्कि इसके पर्याप्त ताप की भी आवश्यकता होती है। व्यय और प्राप्त ऊर्जा का अनुपात कम से कम स्थापना के रैखिक आयामों के वर्ग के अनुपात में बढ़ता है, जिसके परिणामस्वरूप थर्मोन्यूक्लियर प्रतिष्ठानों की वैज्ञानिक और तकनीकी क्षमताओं और लाभों का परीक्षण और प्रदर्शन केवल काफी बड़े स्टेशनों पर किया जा सकता है, जैसे उल्लिखित आईटीईआर रिएक्टर के रूप में। समाज इतनी बड़ी परियोजनाओं को वित्तपोषित करने के लिए तब तक तैयार नहीं था जब तक सफलता का पर्याप्त भरोसा न हो।

3. थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा का विकास बहुत जटिल रहा है, हालांकि (जेईटी और आईटीईआर प्रतिष्ठानों के निर्माण के लिए केंद्रों के चयन में अपर्याप्त धन और कठिनाइयों के बावजूद), हाल के वर्षों में स्पष्ट प्रगति देखी गई है, हालांकि एक ऑपरेटिंग स्टेशन अभी तक नहीं बनाया गया है।

आधुनिक विश्व एक अत्यंत गंभीर ऊर्जा चुनौती का सामना कर रहा है, जिसे अधिक सटीक रूप से "अनिश्चित ऊर्जा संकट" कहा जा सकता है। समस्या इस तथ्य से संबंधित है कि इस शताब्दी के उत्तरार्ध में जीवाश्म ईंधन के भंडार समाप्त हो सकते हैं। इसके अलावा, जीवाश्म ईंधन को जलाने से ग्रह की जलवायु में बड़े बदलावों को रोकने के लिए वायुमंडल में छोड़े गए कार्बन डाइऑक्साइड (ऊपर उल्लिखित सीसीएस कार्यक्रम) को किसी तरह से अलग करने और "भंडारित" करने की आवश्यकता हो सकती है।

वर्तमान में, मानवता द्वारा उपभोग की जाने वाली लगभग सभी ऊर्जा जीवाश्म ईंधन को जलाने से बनाई जाती है, और समस्या का समाधान सौर ऊर्जा या परमाणु ऊर्जा (फास्ट न्यूट्रॉन ब्रीडर रिएक्टरों का निर्माण, आदि) के उपयोग से जुड़ा हो सकता है। विकासशील देशों की बढ़ती आबादी और उनके जीवन स्तर में सुधार और उत्पादित ऊर्जा की मात्रा में वृद्धि के कारण उत्पन्न वैश्विक समस्या को अकेले इन दृष्टिकोणों के आधार पर हल नहीं किया जा सकता है, हालांकि, निश्चित रूप से, ऊर्जा उत्पादन के वैकल्पिक तरीकों को विकसित करने का कोई भी प्रयास नहीं किया जा सकता है। प्रोत्साहित किया जाना चाहिए.

कड़ाई से कहें तो, हमारे पास व्यवहारिक रणनीतियों का एक छोटा सा विकल्प है और सफलता की गारंटी की कमी के बावजूद भी थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा का विकास बेहद महत्वपूर्ण है। फाइनेंशियल टाइम्स अखबार (दिनांक 25 जनवरी, 2004) ने इस बारे में लिखा:

“भले ही आईटीईआर परियोजना की लागत मूल अनुमान से काफी अधिक हो, फिर भी उनके प्रति वर्ष $1 बिलियन के स्तर तक पहुंचने की संभावना नहीं है। व्यय के इस स्तर को पूरी मानवता के लिए ऊर्जा का एक नया स्रोत बनाने के एक बहुत ही उचित अवसर के लिए भुगतान करने के लिए एक बहुत ही मामूली कीमत माना जाना चाहिए, विशेष रूप से इस तथ्य को देखते हुए कि इस सदी में पहले से ही हमें अनिवार्य रूप से फिजूलखर्ची की आदत छोड़नी होगी और जीवाश्म ईंधन का अंधाधुंध दहन।”

आइए आशा करें कि थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा के विकास के रास्ते पर कोई बड़ा और अप्रत्याशित आश्चर्य नहीं होगा। इस मामले में, लगभग 30 वर्षों में हम पहली बार इससे ऊर्जा नेटवर्क में विद्युत प्रवाह की आपूर्ति करने में सक्षम होंगे, और केवल 10 वर्षों में पहला वाणिज्यिक थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट संचालित होना शुरू हो जाएगा। यह संभव है कि इस सदी के उत्तरार्ध में, परमाणु संलयन ऊर्जा जीवाश्म ईंधन का स्थान लेना शुरू कर देगी और धीरे-धीरे वैश्विक स्तर पर मानवता को ऊर्जा प्रदान करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाना शुरू कर देगी।

इस बात की कोई पूर्ण गारंटी नहीं है कि थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा (सभी मानवता के लिए ऊर्जा के एक प्रभावी और बड़े पैमाने पर स्रोत के रूप में) बनाने का कार्य सफलतापूर्वक पूरा किया जाएगा, लेकिन इस दिशा में सफलता की संभावना काफी अधिक है। थर्मोन्यूक्लियर स्टेशनों की विशाल क्षमता को ध्यान में रखते हुए, उनके तीव्र (और यहां तक ​​कि त्वरित) विकास के लिए परियोजनाओं की सभी लागतों को उचित माना जा सकता है, खासकर जब से ये निवेश विशाल वैश्विक ऊर्जा बाजार ($4 ट्रिलियन प्रति वर्ष8) की पृष्ठभूमि के खिलाफ बहुत मामूली दिखते हैं। मानवता की ऊर्जा जरूरतों को पूरा करना एक बहुत गंभीर समस्या है। जैसे-जैसे जीवाश्म ईंधन कम उपलब्ध होते जा रहे हैं (और उनका उपयोग अवांछनीय होता जा रहा है), स्थिति बदल रही है, और हम संलयन ऊर्जा का विकास नहीं करने का जोखिम नहीं उठा सकते।

प्रश्न "थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा कब प्रकट होगी?" लेव आर्टसिमोविच (एक मान्यता प्राप्त अग्रणी और इस क्षेत्र में अनुसंधान के नेता) ने एक बार जवाब दिया था कि "यह तब बनाया जाएगा जब यह मानवता के लिए वास्तव में आवश्यक हो जाएगा"

आईटीईआर पहला संलयन रिएक्टर होगा जो खपत से अधिक ऊर्जा का उत्पादन करेगा। वैज्ञानिक इस विशेषता को एक साधारण गुणांक का उपयोग करके मापते हैं जिसे वे "क्यू" कहते हैं। यदि ITER अपने सभी वैज्ञानिक लक्ष्यों को प्राप्त कर लेता है, तो यह खपत से 10 गुना अधिक ऊर्जा का उत्पादन करेगा। बनाया गया अंतिम उपकरण, इंग्लैंड में ज्वाइंट यूरोपियन टोरस, एक छोटा प्रोटोटाइप फ़्यूज़न रिएक्टर है, जिसने वैज्ञानिक अनुसंधान के अपने अंतिम चरण में, लगभग 1 का क्यू मान प्राप्त किया। इसका मतलब यह है कि यह बिल्कुल उतनी ही मात्रा में ऊर्जा उत्पन्न करता है जितनी उसने खपत की है। . आईटीईआर संलयन से ऊर्जा निर्माण का प्रदर्शन करके और 10 का क्यू मान प्राप्त करके इससे आगे निकल जाएगा। विचार लगभग 50 मेगावाट की ऊर्जा खपत से 500 मेगावाट उत्पन्न करना है। इस प्रकार, ITER के वैज्ञानिक लक्ष्यों में से एक यह साबित करना है कि 10 का Q मान प्राप्त किया जा सकता है।

एक अन्य वैज्ञानिक लक्ष्य यह है कि आईटीईआर में बहुत लंबा "बर्न" समय होगा - एक घंटे तक की विस्तारित अवधि की पल्स। आईटीईआर एक अनुसंधान प्रायोगिक रिएक्टर है जो लगातार ऊर्जा का उत्पादन नहीं कर सकता है। जब ITER संचालन शुरू करेगा, तो यह एक घंटे तक चालू रहेगा, जिसके बाद इसे बंद करना होगा। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि अब तक हमने जो मानक उपकरण बनाए हैं वे कई सेकंड या एक सेकंड के दसवें हिस्से के जलने का समय देने में सक्षम हैं - यह अधिकतम है। "संयुक्त यूरोपीय टोरस" 20 सेकंड की पल्स लंबाई के साथ लगभग दो सेकंड के जलने के समय के साथ 1 के क्यू मान पर पहुंच गया। लेकिन कुछ सेकंड तक चलने वाली प्रक्रिया वास्तव में स्थायी नहीं होती है। कार के इंजन को शुरू करने के अनुरूप: इंजन को कुछ समय के लिए चालू करना और फिर उसे बंद करना अभी तक कार का वास्तविक संचालन नहीं है। जब आप अपनी कार को आधे घंटे तक चलाएंगे तभी वह निरंतर संचालन मोड में पहुंचेगी और प्रदर्शित करेगी कि ऐसी कार वास्तव में चलाई जा सकती है।

अर्थात्, तकनीकी और वैज्ञानिक दृष्टिकोण से, ITER 10 का Q मान और बढ़ा हुआ बर्न टाइम प्रदान करेगा।

थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन कार्यक्रम वास्तव में अंतरराष्ट्रीय और व्यापक प्रकृति का है। लोग पहले से ही आईटीईआर की सफलता पर भरोसा कर रहे हैं और अगले कदम के बारे में सोच रहे हैं - डेमो नामक एक औद्योगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर का प्रोटोटाइप बनाना। इसे बनाने के लिए ITER को काम करने की जरूरत है। हमें अपने वैज्ञानिक लक्ष्यों को अवश्य प्राप्त करना चाहिए क्योंकि इसका मतलब यह होगा कि हम जो विचार सामने रखते हैं वे पूरी तरह से व्यवहार्य हैं। हालाँकि, मैं इस बात से सहमत हूँ कि आपको हमेशा यह सोचना चाहिए कि आगे क्या होगा। इसके अलावा, चूंकि आईटीईआर 25-30 वर्षों से संचालित हो रहा है, हमारा ज्ञान धीरे-धीरे गहरा और विस्तारित होगा, और हम अपने अगले कदम की अधिक सटीक रूपरेखा तैयार करने में सक्षम होंगे।

दरअसल, इस बात पर कोई बहस नहीं है कि आईटीईआर को टोकामक होना चाहिए या नहीं। कुछ वैज्ञानिक बिल्कुल अलग तरीके से सवाल उठाते हैं: क्या आईटीईआर का अस्तित्व होना चाहिए? विभिन्न देशों के विशेषज्ञ, जो अपने स्वयं के, इतने बड़े पैमाने के थर्मोन्यूक्लियर प्रोजेक्ट नहीं विकसित कर रहे हैं, तर्क देते हैं कि इतने बड़े रिएक्टर की बिल्कुल भी आवश्यकता नहीं है।

हालाँकि, उनकी राय को शायद ही आधिकारिक माना जाना चाहिए। आईटीईआर के निर्माण में भौतिक विज्ञानी शामिल थे जो कई दशकों से टोरॉयडल जाल के साथ काम कर रहे थे। करादाश में प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर का डिज़ाइन दर्जनों पूर्ववर्ती टोकामकों पर प्रयोगों के दौरान प्राप्त सभी ज्ञान पर आधारित था। और इन परिणामों से संकेत मिलता है कि रिएक्टर एक टोकामक होना चाहिए, और उस पर एक बड़ा भी।

JET इस समय, सबसे सफल टोकामक को JET माना जा सकता है, जिसे यूरोपीय संघ द्वारा ब्रिटिश शहर एबिंगडन में बनाया गया है। यह अब तक बनाया गया सबसे बड़ा टोकामक-प्रकार का रिएक्टर है, प्लाज्मा टोरस का बड़ा त्रिज्या 2.96 मीटर है। थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया की शक्ति पहले ही 10 सेकंड तक के अवधारण समय के साथ 20 मेगावाट से अधिक तक पहुंच चुकी है। रिएक्टर प्लाज्मा में डाली गई ऊर्जा का लगभग 40% लौटाता है।

यह प्लाज्मा की भौतिकी है जो ऊर्जा संतुलन निर्धारित करती है, ”इगोर सेमेनोव ने Infox.ru को बताया। एमआईपीटी के एसोसिएट प्रोफेसर ने एक सरल उदाहरण के साथ बताया कि ऊर्जा संतुलन क्या है: “हम सभी ने आग जलते हुए देखा है। दरअसल, वहां लकड़ी नहीं, बल्कि गैस जलती है। वहां ऊर्जा श्रृंखला इस प्रकार है: गैस जलती है, लकड़ी गर्म होती है, लकड़ी वाष्पित हो जाती है, गैस फिर से जलती है। इसलिए, यदि हम आग पर पानी फेंकते हैं, तो हम तरल पानी के वाष्प अवस्था में चरण संक्रमण के लिए सिस्टम से अचानक ऊर्जा ले लेंगे। संतुलन नकारात्मक हो जाएगा और आग बुझ जाएगी। एक और तरीका है - हम आसानी से फायरब्रांड ले सकते हैं और उन्हें अंतरिक्ष में फैला सकते हैं। आग भी बुझ जायेगी. हम जिस थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर का निर्माण कर रहे हैं उसमें भी ऐसा ही है। इस रिएक्टर के लिए उचित सकारात्मक ऊर्जा संतुलन बनाने के लिए आयामों का चयन किया जाता है। यह भविष्य में एक वास्तविक परमाणु ऊर्जा संयंत्र बनाने के लिए पर्याप्त है, जो इस प्रायोगिक चरण में उन सभी समस्याओं को हल कर देगा जो वर्तमान में अनसुलझे हैं।

रिएक्टर के आयाम एक बार बदले गए। यह 20वीं-21वीं सदी के मोड़ पर हुआ, जब संयुक्त राज्य अमेरिका इस परियोजना से हट गया, और शेष सदस्यों को एहसास हुआ कि आईटीईआर बजट (उस समय तक इसका अनुमान 10 बिलियन अमेरिकी डॉलर था) बहुत बड़ा था। भौतिकविदों और इंजीनियरों को स्थापना की लागत कम करने की आवश्यकता थी। और यह केवल आकार के कारण ही किया जा सका। आईटीईआर के "रीडिजाइन" का नेतृत्व फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी रॉबर्ट आयमार ने किया था, जिन्होंने पहले करादाश में फ्रेंच टोर सुप्रा टोकामक पर काम किया था। प्लाज़्मा टोरस का बाहरी दायरा 8.2 से घटाकर 6.3 मीटर कर दिया गया है। हालाँकि, आकार में कमी से जुड़े जोखिमों को आंशिक रूप से कई अतिरिक्त सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट द्वारा मुआवजा दिया गया था, जिससे प्लाज्मा कारावास मोड को लागू करना संभव हो गया था, जो उस समय खुला था और अध्ययन किया गया था।

आईटीईआर (आईटीईआर, इंटरनेशनल थर्मोन्यूक्लियर एक्सपेरिमेंटल रिएक्टर, "इंटरनेशनल एक्सपेरिमेंटल थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर") एक बड़े पैमाने की वैज्ञानिक और तकनीकी परियोजना है जिसका उद्देश्य पहला अंतरराष्ट्रीय प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बनाना है।

कैडराचे (प्रोवेंस-आल्प्स-कोटे डी'अज़ूर क्षेत्र, फ्रांस) में सात मुख्य भागीदारों (यूरोपीय संघ, भारत, चीन, कोरिया गणराज्य, रूस, अमेरिका, जापान) द्वारा कार्यान्वित किया गया। आईटीईआर एक टोकामक इंस्टॉलेशन (इसके पहले अक्षरों के नाम पर: चुंबकीय कॉइल्स वाला एक टोरॉयडल कक्ष) पर आधारित है, जिसे नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन को लागू करने के लिए सबसे आशाजनक उपकरण माना जाता है। पहला टोकामक 1954 में सोवियत संघ में बनाया गया था।

परियोजना का लक्ष्य यह प्रदर्शित करना है कि संलयन ऊर्जा का उपयोग औद्योगिक पैमाने पर किया जा सकता है। ITER को 100 मिलियन डिग्री से ऊपर के तापमान पर भारी हाइड्रोजन आइसोटोप के साथ संलयन प्रतिक्रिया के माध्यम से ऊर्जा उत्पन्न करनी चाहिए।

यह माना जाता है कि 1 ग्राम ईंधन (ड्यूटेरियम और ट्रिटियम का मिश्रण) जो स्थापना में उपयोग किया जाएगा, 8 टन तेल के बराबर ऊर्जा प्रदान करेगा। ITER की अनुमानित थर्मोन्यूक्लियर शक्ति 500 ​​मेगावाट है।

विशेषज्ञों का कहना है कि इस प्रकार का रिएक्टर वर्तमान परमाणु ऊर्जा संयंत्रों (एनपीपी) की तुलना में अधिक सुरक्षित है, और समुद्री जल इसके लिए लगभग असीमित मात्रा में ईंधन प्रदान कर सकता है। इस प्रकार, ITER का सफल कार्यान्वयन पर्यावरण के अनुकूल ऊर्जा का एक अटूट स्रोत प्रदान करेगा।

परियोजना का इतिहास

रिएक्टर अवधारणा को परमाणु ऊर्जा संस्थान के नाम पर विकसित किया गया था। आई.वी.कुरचटोवा। 1978 में, यूएसएसआर ने अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी (आईएईए) में परियोजना को लागू करने का विचार सामने रखा। इस परियोजना को लागू करने के लिए 1985 में जिनेवा में यूएसएसआर और यूएसए के बीच बातचीत के दौरान एक समझौता हुआ था।

कार्यक्रम को बाद में IAEA द्वारा अनुमोदित किया गया था। 1987 में, परियोजना को इसका वर्तमान नाम मिला, और 1988 में, एक शासी निकाय बनाया गया - आईटीईआर परिषद। 1988-1990 में सोवियत, अमेरिकी, जापानी और यूरोपीय वैज्ञानिकों और इंजीनियरों ने परियोजना का वैचारिक अध्ययन किया।

21 जुलाई 1992 को वाशिंगटन में यूरोपीय संघ, रूस, अमेरिका और जापान ने आईटीईआर तकनीकी परियोजना के विकास पर एक समझौते पर हस्ताक्षर किए, जो 2001 में पूरा हुआ। 2002-2005 में। दक्षिण कोरिया, चीन और भारत इस परियोजना में शामिल हुए। पहला अंतर्राष्ट्रीय प्रायोगिक फ़्यूज़न रिएक्टर बनाने के समझौते पर 21 नवंबर 2006 को पेरिस में हस्ताक्षर किए गए थे।

एक साल बाद, 7 नवंबर, 2007 को आईटीईआर के निर्माण स्थल पर एक समझौते पर हस्ताक्षर किए गए, जिसके अनुसार रिएक्टर फ्रांस में मार्सिले के पास कैडराचे परमाणु केंद्र में स्थित होगा। नियंत्रण और डेटा प्रोसेसिंग केंद्र नाका (इबाराकी प्रान्त, जापान) में स्थित होगा।

कैडराचे में निर्माण स्थल की तैयारी जनवरी 2007 में शुरू हुई और पूर्ण पैमाने पर निर्माण 2013 में शुरू हुआ। यह परिसर 180 हेक्टेयर क्षेत्र में स्थित होगा। 60 मीटर ऊंचा और 23 हजार टन वजनी रिएक्टर 1 किमी लंबी और 400 मीटर चौड़ी साइट पर स्थित होगा। इसके निर्माण पर काम अक्टूबर 2007 में बनाए गए अंतर्राष्ट्रीय संगठन आईटीईआर द्वारा समन्वित किया गया है।

परियोजना की लागत 15 बिलियन यूरो अनुमानित है, जिसमें से यूरोपीय संघ (यूरेटॉम के माध्यम से) 45.4% का योगदान देता है, और छह अन्य प्रतिभागी (रूसी संघ सहित) प्रत्येक 9.1% का योगदान करते हैं। 1994 से कजाकिस्तान भी रूस के कोटे के तहत इस परियोजना में भाग ले रहा है।

रिएक्टर तत्वों को जहाज द्वारा फ्रांस के भूमध्यसागरीय तट पर पहुंचाया जाएगा और वहां से विशेष कारवां द्वारा कैडराचे क्षेत्र में ले जाया जाएगा। इस उद्देश्य से, 2013 में, मौजूदा सड़कों के खंडों को महत्वपूर्ण रूप से पुन: सुसज्जित किया गया, पुलों को मजबूत किया गया, विशेष रूप से मजबूत सतहों के साथ नए क्रॉसिंग और ट्रैक बनाए गए। 2014 से 2019 की अवधि में, कम से कम तीन दर्जन सुपर-हैवी रोड ट्रेनें गढ़वाली सड़क से गुजरनी चाहिए।

आईटीईआर के लिए प्लाज्मा डायग्नोस्टिक सिस्टम नोवोसिबिर्स्क में विकसित किया जाएगा। इस पर एक समझौते पर 27 जनवरी 2014 को अंतर्राष्ट्रीय संगठन आईटीईआर के निदेशक ओसामु मोटोजिमा और रूसी संघ में राष्ट्रीय एजेंसी आईटीईआर के प्रमुख अनातोली कसीसिलनिकोव ने हस्ताक्षर किए।

नए समझौते के ढांचे के भीतर एक डायग्नोस्टिक कॉम्प्लेक्स का विकास नामित भौतिक-तकनीकी संस्थान के आधार पर किया जा रहा है। ए.एफ. इओफ़े रूसी विज्ञान अकादमी।

यह उम्मीद की जाती है कि रिएक्टर 2020 में चालू हो जाएगा, इस पर पहली परमाणु संलयन प्रतिक्रियाएं 2027 से पहले नहीं की जाएंगी। 2037 में परियोजना के प्रायोगिक भाग को पूरा करने और 2040 तक बिजली उत्पादन पर स्विच करने की योजना है। . विशेषज्ञों के प्रारंभिक पूर्वानुमानों के अनुसार, रिएक्टर का औद्योगिक संस्करण 2060 से पहले तैयार नहीं होगा, और इस प्रकार के रिएक्टरों की एक श्रृंखला केवल 21वीं सदी के अंत तक बनाई जा सकती है।

क्या थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा आवश्यक है?

सभ्यता के विकास के इस चरण में, हम सुरक्षित रूप से कह सकते हैं कि मानवता एक "ऊर्जा चुनौती" का सामना कर रही है। यह कई मूलभूत कारकों के कारण है:

— मानवता अब भारी मात्रा में ऊर्जा की खपत करती है.

वर्तमान में, विश्व की ऊर्जा खपत लगभग 15.7 टेरावाट (TW) है। इस मान को ग्रह की जनसंख्या से विभाजित करने पर हमें प्रति व्यक्ति लगभग 2400 वाट प्राप्त होता है, जिसका अनुमान एवं कल्पना आसानी से की जा सकती है। पृथ्वी के प्रत्येक निवासी (बच्चों सहित) द्वारा उपभोग की जाने वाली ऊर्जा 24 100-वाट विद्युत लैंप के चौबीस घंटे संचालन के बराबर है।

— विश्व ऊर्जा खपत तेजी से बढ़ रही है.

अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी (2006) के अनुसार, 2030 तक वैश्विक ऊर्जा खपत में 50% की वृद्धि होने की उम्मीद है।

- वर्तमान में, दुनिया द्वारा खपत की जाने वाली 80% ऊर्जा जीवाश्म ईंधन (तेल, कोयला और गैस) को जलाने से बनाई जाती है), जिसके उपयोग से संभावित रूप से विनाशकारी पर्यावरणीय परिवर्तनों का खतरा पैदा होता है।

निम्नलिखित चुटकुला सऊदी अरबियों के बीच लोकप्रिय है: “मेरे पिता ऊँट की सवारी करते थे। मुझे एक कार मिल गई, और मेरा बेटा पहले से ही एक विमान उड़ा रहा है। लेकिन अब उनका बेटा फिर से ऊंट की सवारी करेगा।”

ऐसा प्रतीत होता है, क्योंकि सभी गंभीर पूर्वानुमान हैं कि दुनिया के तेल भंडार लगभग 50 वर्षों में बड़े पैमाने पर समाप्त हो जाएंगे।

यहां तक ​​कि अमेरिकी भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण के अनुमानों के आधार पर (यह पूर्वानुमान दूसरों की तुलना में बहुत अधिक आशावादी है), विश्व तेल उत्पादन की वृद्धि अगले 20 वर्षों से अधिक नहीं जारी रहेगी (अन्य विशेषज्ञों का अनुमान है कि अधिकतम उत्पादन 5-10 में पहुंच जाएगा) वर्ष), जिसके बाद उत्पादित तेल की मात्रा प्रति वर्ष लगभग 3% की दर से घटने लगेगी। प्राकृतिक गैस उत्पादन की संभावनाएँ बहुत बेहतर नहीं दिखतीं। आमतौर पर कहा जाता है कि हमारे पास अगले 200 वर्षों के लिए पर्याप्त कोयला होगा, लेकिन यह पूर्वानुमान उत्पादन और खपत के मौजूदा स्तर को बनाए रखने पर आधारित है। इस बीच, कोयले की खपत अब प्रति वर्ष 4.5% की दर से बढ़ रही है, जो 200 वर्षों की उल्लिखित अवधि को तुरंत घटाकर केवल 50 वर्ष कर देती है।

इस प्रकार, अब हमें जीवाश्म ईंधन के उपयोग के युग के अंत के लिए तैयार रहना चाहिए।

दुर्भाग्य से, वर्तमान में मौजूद वैकल्पिक ऊर्जा स्रोत मानवता की बढ़ती जरूरतों को पूरा करने में सक्षम नहीं हैं। सबसे आशावादी अनुमान के अनुसार, सूचीबद्ध स्रोतों द्वारा उत्पन्न ऊर्जा की अधिकतम मात्रा (निर्दिष्ट थर्मल समकक्ष में) केवल 3 TW (पवन), 1 TW (हाइड्रो), 1 TW (जैविक स्रोत) और 100 GW (भूतापीय और समुद्री) है पौधे)। अतिरिक्त ऊर्जा की कुल मात्रा (इस सबसे इष्टतम पूर्वानुमान में भी) केवल 6 TW है। यह ध्यान देने योग्य है कि नए ऊर्जा स्रोतों का विकास एक बहुत ही जटिल तकनीकी कार्य है, इसलिए उनके द्वारा उत्पादित ऊर्जा की लागत किसी भी मामले में कोयले आदि के सामान्य दहन से अधिक होगी। यह बिल्कुल स्पष्ट प्रतीत होता है कि

मानवता को ऊर्जा के कुछ अन्य स्रोतों की तलाश करनी चाहिए, जिसके लिए वर्तमान में केवल सूर्य और थर्मोन्यूक्लियर संलयन प्रतिक्रियाओं पर ही विचार किया जा सकता है।

सूर्य संभवतः ऊर्जा का लगभग कभी न ख़त्म होने वाला स्रोत है। ग्रह की सतह के केवल 0.1% हिस्से पर पड़ने वाली ऊर्जा की मात्रा 3.8 TW के बराबर है (भले ही केवल 15% दक्षता के साथ परिवर्तित हो)। समस्या इस ऊर्जा को पकड़ने और परिवर्तित करने में हमारी असमर्थता में निहित है, जो सौर पैनलों की उच्च लागत और संचय, भंडारण और आवश्यक क्षेत्रों में परिणामी ऊर्जा के आगे संचरण की समस्याओं से जुड़ी है।

वर्तमान में, परमाणु ऊर्जा संयंत्र बड़े पैमाने पर परमाणु नाभिक की विखंडन प्रतिक्रियाओं के दौरान जारी ऊर्जा का उत्पादन करते हैं। मेरा मानना ​​है कि ऐसे स्टेशनों के निर्माण और विकास को हर संभव तरीके से प्रोत्साहित किया जाना चाहिए, लेकिन यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि उनके संचालन के लिए सबसे महत्वपूर्ण सामग्रियों में से एक (सस्ते यूरेनियम) के भंडार का भी पूरी तरह से उपयोग किया जा सकता है। अगले 50 साल.

विकास की एक अन्य महत्वपूर्ण दिशा परमाणु संलयन (परमाणु संलयन) का उपयोग है, जो अब मुक्ति की मुख्य आशा के रूप में कार्य करता है, हालांकि पहले थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा संयंत्रों के निर्माण का समय अनिश्चित बना हुआ है। यह व्याख्यान इसी विषय पर समर्पित है।

परमाणु संलयन क्या है?

परमाणु संलयन, जो सूर्य और सितारों के अस्तित्व का आधार है, संभावित रूप से सामान्य रूप से ब्रह्मांड के विकास के लिए ऊर्जा के एक अटूट स्रोत का प्रतिनिधित्व करता है। संयुक्त यूरोपीय टोरस (जेईटी) कार्यक्रम के हिस्से के रूप में रूस (रूस टोकामक थर्मोन्यूक्लियर संयंत्र का जन्मस्थान है), संयुक्त राज्य अमेरिका, जापान, जर्मनी, साथ ही यूके में किए गए प्रयोग, जो प्रमुख अनुसंधान कार्यक्रमों में से एक है दुनिया में, दिखाएँ कि परमाणु संलयन न केवल मानवता की वर्तमान ऊर्जा जरूरतों (16 TW) को प्रदान कर सकता है, बल्कि बहुत बड़ी मात्रा में ऊर्जा भी प्रदान कर सकता है।

परमाणु संलयन ऊर्जा बहुत वास्तविक है, और मुख्य प्रश्न यह है कि क्या हम पर्याप्त रूप से विश्वसनीय और लागत प्रभावी संलयन संयंत्र बना सकते हैं।

परमाणु संलयन प्रक्रियाएँ ऐसी प्रतिक्रियाएँ हैं जिनमें हल्के परमाणु नाभिकों का भारी नाभिकों में संलयन होता है, जिससे एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा निकलती है।

इनमें से सबसे पहले, हाइड्रोजन के दो समस्थानिकों (ड्यूटेरियम और ट्रिटियम) के बीच की प्रतिक्रिया पर ध्यान दिया जाना चाहिए, जो पृथ्वी पर बहुत आम है, जिसके परिणामस्वरूप हीलियम बनता है और एक न्यूट्रॉन निकलता है। प्रतिक्रिया इस प्रकार लिखी जा सकती है:

डी + टी = 4 हे + एन + ऊर्जा (17.6 मेव)।

जारी ऊर्जा, इस तथ्य के परिणामस्वरूप कि हीलियम -4 में बहुत मजबूत परमाणु बंधन हैं, सामान्य गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, जिसे न्यूट्रॉन और हीलियम -4 नाभिक के बीच 14.1 MeV/3.5 MeV के अनुपात में वितरित किया जाता है।

संलयन प्रतिक्रिया शुरू करने (प्रज्वलित करने) के लिए, ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के मिश्रण से गैस को पूरी तरह से आयनित करना और 100 मिलियन डिग्री सेल्सियस (हम इसे एम डिग्री द्वारा निरूपित करेंगे) से ऊपर के तापमान तक गर्म करना आवश्यक है, जो लगभग पांच गुना अधिक है। सूर्य के केंद्र के तापमान से. पहले से ही कई हजार डिग्री के तापमान पर, अंतर-परमाणु टकराव के कारण परमाणुओं से इलेक्ट्रॉन बाहर निकल जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अलग-अलग नाभिक और प्लाज्मा के रूप में ज्ञात इलेक्ट्रॉनों का मिश्रण बनता है, जिसमें सकारात्मक रूप से चार्ज और अत्यधिक ऊर्जावान ड्यूटेरॉन और ट्राइटन (यानी, ड्यूटेरियम) होते हैं। और ट्रिटियम नाभिक) मजबूत पारस्परिक प्रतिकर्षण का अनुभव करते हैं। हालाँकि, प्लाज्मा का उच्च तापमान (और संबंधित उच्च आयन ऊर्जा) इन ड्यूटेरियम और ट्रिटियम आयनों को कूलम्ब प्रतिकर्षण पर काबू पाने और एक दूसरे से टकराने की अनुमति देता है। 100 एम डिग्री से ऊपर के तापमान पर, सबसे "ऊर्जावान" ड्यूटेरॉन और ट्राइटन इतनी निकट दूरी पर टकराव में एक साथ आते हैं कि शक्तिशाली परमाणु बल उनके बीच कार्य करना शुरू कर देते हैं, जिससे वे एक दूसरे के साथ एक पूरे में विलय करने के लिए मजबूर हो जाते हैं।

प्रयोगशाला में इस प्रक्रिया को करने से तीन बहुत कठिन समस्याएँ उत्पन्न होती हैं। सबसे पहले, नाभिक डी और टी के गैस मिश्रण को 100 एम डिग्री से ऊपर के तापमान तक गर्म किया जाना चाहिए, किसी तरह इसे ठंडा होने और दूषित होने से रोका जाना चाहिए (बर्तन की दीवारों के साथ प्रतिक्रियाओं के कारण)।

इस समस्या को हल करने के लिए, "चुंबकीय जाल" का आविष्कार किया गया, जिसे टोकामक कहा जाता है, जो रिएक्टर की दीवारों के साथ प्लाज्मा की बातचीत को रोकता है।

वर्णित विधि में, प्लाज्मा को टोरस के अंदर बहने वाली विद्युत धारा द्वारा लगभग 3 एम डिग्री तक गर्म किया जाता है, जो, हालांकि, प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए अभी भी अपर्याप्त है। प्लाज्मा को अतिरिक्त रूप से गर्म करने के लिए, ऊर्जा को या तो रेडियो फ्रीक्वेंसी विकिरण (माइक्रोवेव ओवन की तरह) के साथ इसमें "पंप" किया जाता है, या उच्च-ऊर्जा तटस्थ कणों की किरणों को इंजेक्ट किया जाता है, जो टकराव के दौरान अपनी ऊर्जा को प्लाज्मा में स्थानांतरित कर देते हैं। इसके अलावा, गर्मी की रिहाई स्वयं थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं के कारण होती है (जैसा कि नीचे चर्चा की जाएगी), जिसके परिणामस्वरूप प्लाज्मा का "प्रज्वलन" पर्याप्त रूप से बड़ी स्थापना में होना चाहिए।

वर्तमान में, फ्रांस में, नीचे वर्णित अंतरराष्ट्रीय प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर ITER (इंटरनेशनल थर्मोन्यूक्लियर एक्सपेरिमेंटल रिएक्टर) का निर्माण शुरू हो रहा है, जो प्लाज्मा को "प्रज्वलित" करने में सक्षम पहला टोकामक होगा।

सबसे उन्नत मौजूदा टोकामक-प्रकार के प्रतिष्ठानों में, लगभग 150 एम डिग्री का तापमान लंबे समय से हासिल किया गया है, जो थर्मोन्यूक्लियर स्टेशन के संचालन के लिए आवश्यक मूल्यों के करीब है, लेकिन आईटीईआर रिएक्टर पहला बड़े पैमाने पर बिजली बनना चाहिए दीर्घकालिक संचालन के लिए डिज़ाइन किया गया संयंत्र। भविष्य में, इसके संचालन के मापदंडों में उल्लेखनीय सुधार करना आवश्यक होगा, जिसके लिए सबसे पहले, प्लाज्मा में दबाव में वृद्धि की आवश्यकता होगी, क्योंकि किसी दिए गए तापमान पर परमाणु संलयन की दर के वर्ग के समानुपाती होती है। दबाव।

इस मामले में मुख्य वैज्ञानिक समस्या इस तथ्य से संबंधित है कि जब प्लाज्मा में दबाव बढ़ता है, तो बहुत जटिल और खतरनाक अस्थिरताएं उत्पन्न होती हैं, यानी अस्थिर ऑपरेटिंग मोड।

संलयन प्रतिक्रिया के दौरान उत्पन्न होने वाले विद्युत आवेशित हीलियम नाभिक को एक "चुंबकीय जाल" के अंदर रखा जाता है, जहां वे अन्य कणों के साथ टकराव के कारण धीरे-धीरे धीमा हो जाते हैं, और टकराव के दौरान निकलने वाली ऊर्जा प्लाज्मा कॉर्ड के उच्च तापमान को बनाए रखने में मदद करती है। तटस्थ (बिना विद्युत आवेश वाले) न्यूट्रॉन सिस्टम छोड़ देते हैं और अपनी ऊर्जा को रिएक्टर की दीवारों में स्थानांतरित कर देते हैं, और दीवारों से ली गई गर्मी बिजली उत्पन्न करने वाले टर्बाइनों के संचालन के लिए ऊर्जा का स्रोत है। ऐसी सुविधा के संचालन की समस्याएँ और कठिनाइयाँ, सबसे पहले, इस तथ्य से जुड़ी हैं कि उच्च-ऊर्जा न्यूट्रॉन और जारी ऊर्जा (विद्युत चुम्बकीय विकिरण और प्लाज्मा कणों के रूप में) का एक शक्तिशाली प्रवाह रिएक्टर को गंभीर रूप से प्रभावित करता है और नष्ट कर सकता है जिन सामग्रियों से इसे बनाया जाता है।

इस वजह से, थर्मोन्यूक्लियर प्रतिष्ठानों का डिज़ाइन बहुत जटिल है। भौतिकविदों और इंजीनियरों को अपने काम की उच्च विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के कार्य का सामना करना पड़ता है। थर्मोन्यूक्लियर स्टेशनों के डिजाइन और निर्माण के लिए उन्हें कई विविध और बहुत जटिल तकनीकी समस्याओं को हल करने की आवश्यकता होती है।

थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट डिजाइन

यह आंकड़ा थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट के उपकरण और संचालन सिद्धांत का एक योजनाबद्ध आरेख (पैमाने पर नहीं) दिखाता है। मध्य भाग में ~ 2000 मीटर 3 की मात्रा वाला एक टॉरॉयडल (डोनट के आकार का) कक्ष होता है, जो 100 एम डिग्री से ऊपर के तापमान पर गर्म किए गए ट्रिटियम-ड्यूटेरियम (टी-डी) प्लाज्मा से भरा होता है। संलयन प्रतिक्रिया के दौरान उत्पन्न न्यूट्रॉन "चुंबकीय जाल" को छोड़ देते हैं और लगभग 1 मीटर की मोटाई के साथ चित्र में दिखाए गए खोल में प्रवेश करते हैं।1

शेल के अंदर, न्यूट्रॉन लिथियम परमाणुओं से टकराते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक प्रतिक्रिया होती है जो ट्रिटियम उत्पन्न करती है:

न्यूट्रॉन + लिथियम = हीलियम + ट्रिटियम।

इसके अलावा, सिस्टम में प्रतिस्पर्धी प्रतिक्रियाएं होती हैं (ट्रिटियम के गठन के बिना), साथ ही अतिरिक्त न्यूट्रॉन की रिहाई के साथ कई प्रतिक्रियाएं होती हैं, जिसके बाद ट्रिटियम का निर्माण भी होता है (इस मामले में, अतिरिक्त न्यूट्रॉन की रिहाई हो सकती है) उल्लेखनीय रूप से बढ़ाया गया, उदाहरण के लिए, खोल में बेरिलियम और सीसा परमाणुओं को शामिल करके)। समग्र निष्कर्ष यह है कि यह सुविधा (कम से कम सैद्धांतिक रूप से) परमाणु संलयन प्रतिक्रिया से गुजर सकती है जो ट्रिटियम का उत्पादन करेगी। इस मामले में, उत्पादित ट्रिटियम की मात्रा न केवल इंस्टॉलेशन की जरूरतों को पूरा करनी चाहिए, बल्कि कुछ हद तक बड़ी भी होनी चाहिए, जिससे ट्रिटियम के साथ नए इंस्टॉलेशन की आपूर्ति करना संभव हो जाएगा।

यह ऑपरेटिंग अवधारणा है जिसे नीचे वर्णित आईटीईआर रिएक्टर में परीक्षण और कार्यान्वित किया जाना चाहिए।

न्यूट्रॉन को तथाकथित पायलट संयंत्रों (जिसमें अपेक्षाकृत "साधारण" निर्माण सामग्री का उपयोग किया जाएगा) में शेल को लगभग 400 डिग्री के तापमान तक गर्म करना चाहिए। भविष्य में, 1000 डिग्री से ऊपर शेल हीटिंग तापमान के साथ बेहतर इंस्टॉलेशन बनाने की योजना बनाई गई है, जिसे नवीनतम उच्च शक्ति सामग्री (जैसे सिलिकॉन कार्बाइड कंपोजिट) ​​के उपयोग के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है। पारंपरिक स्टेशनों की तरह, शेल में उत्पन्न गर्मी को शीतलक (उदाहरण के लिए, पानी या हीलियम युक्त) के साथ प्राथमिक शीतलन सर्किट द्वारा लिया जाता है और द्वितीयक सर्किट में स्थानांतरित किया जाता है, जहां पानी की भाप उत्पन्न होती है और टर्बाइनों को आपूर्ति की जाती है।

परमाणु संलयन का मुख्य लाभ यह है कि इसमें ईंधन के रूप में बहुत कम मात्रा में ऐसे पदार्थों की आवश्यकता होती है जो प्रकृति में बहुत आम हैं।

वर्णित प्रतिष्ठानों में परमाणु संलयन प्रतिक्रिया से भारी मात्रा में ऊर्जा निकल सकती है, जो पारंपरिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं (जैसे जीवाश्म ईंधन के दहन) के दौरान निकलने वाली मानक गर्मी से दस मिलियन गुना अधिक है। तुलना के लिए, हम बताते हैं कि 1 गीगावाट (जीडब्ल्यू) की क्षमता वाले थर्मल पावर प्लांट को बिजली देने के लिए आवश्यक कोयले की मात्रा 10,000 टन प्रति दिन (दस रेलवे कार) है, और उसी बिजली का एक फ्यूजन प्लांट केवल लगभग खपत करेगा प्रति दिन 1 किलो डी+ मिश्रण टी.

ड्यूटेरियम हाइड्रोजन का एक स्थिर आइसोटोप है; साधारण पानी के प्रत्येक 3,350 अणुओं में से एक में, हाइड्रोजन परमाणुओं में से एक को ड्यूटेरियम (ब्रह्मांड के बिग बैंग से एक विरासत) द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। यह तथ्य पानी से आवश्यक मात्रा में ड्यूटेरियम के काफी सस्ते उत्पादन को व्यवस्थित करना आसान बनाता है। ट्रिटियम प्राप्त करना अधिक कठिन है, जो अस्थिर है (आधा जीवन लगभग 12 वर्ष है, जिसके परिणामस्वरूप प्रकृति में इसकी सामग्री नगण्य है), हालांकि, जैसा कि ऊपर दिखाया गया है, ऑपरेशन के दौरान ट्रिटियम का उत्पादन सीधे थर्मोन्यूक्लियर इंस्टॉलेशन के अंदर किया जाएगा। लिथियम के साथ न्यूट्रॉन की प्रतिक्रिया के कारण।

इस प्रकार, संलयन रिएक्टर के लिए प्रारंभिक ईंधन लिथियम और पानी है।

लिथियम एक सामान्य धातु है जिसका व्यापक रूप से घरेलू उपकरणों (उदाहरण के लिए सेल फोन बैटरी) में उपयोग किया जाता है। ऊपर वर्णित स्थापना, गैर-आदर्श दक्षता को ध्यान में रखते हुए भी, 200,000 kWh विद्युत ऊर्जा का उत्पादन करने में सक्षम होगी, जो 70 टन कोयले में निहित ऊर्जा के बराबर है। इसके लिए आवश्यक लिथियम की मात्रा एक कंप्यूटर बैटरी में होती है, और ड्यूटेरियम की मात्रा 45 लीटर पानी में होती है। उपरोक्त मूल्य 30 वर्षों में यूरोपीय संघ के देशों में वर्तमान बिजली खपत (प्रति व्यक्ति गणना) से मेल खाता है। यह तथ्य कि लिथियम की इतनी नगण्य मात्रा इतनी मात्रा में बिजली (सीओ 2 उत्सर्जन के बिना और मामूली वायु प्रदूषण के बिना) का उत्पादन प्रदान कर सकती है, थर्मोन्यूक्लियर के विकास पर अनुसंधान के तेजी से और जोरदार विकास के लिए एक काफी गंभीर तर्क है। ऊर्जा (सभी कठिनाइयों और समस्याओं के बावजूद) लागत प्रभावी थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बनाने की दीर्घकालिक संभावना के साथ भी।

ड्यूटेरियम लाखों वर्षों तक चलना चाहिए, और आसानी से खनन किए गए लिथियम के भंडार सैकड़ों वर्षों की जरूरतों को पूरा करने के लिए पर्याप्त हैं।

यहां तक ​​कि अगर चट्टानों में लिथियम खत्म हो जाता है, तो भी हम इसे पानी से निकाल सकते हैं, जहां यह पर्याप्त उच्च सांद्रता (यूरेनियम की सांद्रता से 100 गुना) में पाया जाता है ताकि इसका निष्कर्षण आर्थिक रूप से संभव हो सके।

संलयन ऊर्जा न केवल मानवता को सैद्धांतिक रूप से भविष्य में भारी मात्रा में ऊर्जा (सीओ 2 उत्सर्जन के बिना और वायु प्रदूषण के बिना) उत्पादन की संभावना का वादा करती है, बल्कि इसके कई अन्य फायदे भी हैं।

1 ) उच्च आंतरिक सुरक्षा।

थर्मोन्यूक्लियर प्रतिष्ठानों में उपयोग किए जाने वाले प्लाज्मा का घनत्व बहुत कम होता है (वायुमंडल के घनत्व से लगभग दस लाख गुना कम), जिसके परिणामस्वरूप प्रतिष्ठानों के ऑपरेटिंग वातावरण में गंभीर घटनाओं या दुर्घटनाओं का कारण बनने के लिए कभी भी पर्याप्त ऊर्जा नहीं होगी।

इसके अलावा, "ईंधन" के साथ लोडिंग लगातार की जानी चाहिए, जिससे इसके संचालन को रोकना आसान हो जाता है, इस तथ्य का उल्लेख नहीं करने के लिए कि किसी दुर्घटना और पर्यावरणीय परिस्थितियों में तेज बदलाव की स्थिति में, थर्मोन्यूक्लियर "लौ" को आसानी से बंद कर देना चाहिए बाहर जाओ।

थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा से जुड़े खतरे क्या हैं? सबसे पहले, यह ध्यान देने योग्य है कि यद्यपि संलयन उत्पाद (हीलियम और न्यूट्रॉन) रेडियोधर्मी नहीं हैं, रिएक्टर शेल लंबे समय तक न्यूट्रॉन विकिरण के तहत रेडियोधर्मी बन सकता है।

दूसरे, ट्रिटियम रेडियोधर्मी है और इसका आधा जीवन अपेक्षाकृत कम (12 वर्ष) है। लेकिन यद्यपि उपयोग किए गए प्लाज्मा की मात्रा महत्वपूर्ण है, इसके कम घनत्व के कारण इसमें ट्रिटियम की बहुत कम मात्रा होती है (कुल वजन लगभग दस डाक टिकटों का होता है)। इसीलिए

यहां तक ​​कि सबसे गंभीर स्थितियों और दुर्घटनाओं में भी (शेल का पूर्ण विनाश और उसमें मौजूद सभी ट्रिटियम की रिहाई, उदाहरण के लिए, भूकंप और स्टेशन पर एक हवाई जहाज दुर्घटना के दौरान), केवल थोड़ी मात्रा में ईंधन छोड़ा जाएगा। पर्यावरण, जिससे आस-पास के आबादी वाले क्षेत्रों से आबादी को निकालने की आवश्यकता नहीं होगी।

2 ) ऊर्जा की लागत।

यह उम्मीद की जाती है कि प्राप्त बिजली की तथाकथित "आंतरिक" कीमत (उत्पादन की लागत) स्वीकार्य हो जाएगी यदि यह बाजार पर पहले से मौजूद कीमत का 75% है। इस मामले में "किफायती" का मतलब है कि कीमत पुराने हाइड्रोकार्बन ईंधन का उपयोग करके उत्पादित ऊर्जा की कीमत से कम होगी। "बाहरी" लागत (दुष्प्रभाव, सार्वजनिक स्वास्थ्य, जलवायु, पारिस्थितिकी आदि पर प्रभाव) अनिवार्य रूप से शून्य होगी।

अंतर्राष्ट्रीय प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर ITER

मुख्य अगला कदम आईटीईआर रिएक्टर का निर्माण करना है, जिसे प्लाज्मा को प्रज्वलित करने और इस आधार पर ऊर्जा में कम से कम दस गुना लाभ प्राप्त करने की संभावना प्रदर्शित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है (प्लाज्मा को गर्म करने पर खर्च की गई ऊर्जा के सापेक्ष)। आईटीईआर रिएक्टर एक प्रायोगिक उपकरण होगा जिसमें बिजली पैदा करने के लिए टर्बाइन और इसका उपयोग करने के लिए उपकरण भी नहीं होंगे। इसके निर्माण का उद्देश्य उन स्थितियों का अध्ययन करना है जो ऐसे बिजली संयंत्रों के संचालन के दौरान पूरी होनी चाहिए, साथ ही इस आधार पर वास्तविक, आर्थिक रूप से व्यवहार्य बिजली संयंत्रों का निर्माण करना है, जो जाहिर तौर पर आकार में आईटीईआर से अधिक होना चाहिए। फ़्यूज़न पावर प्लांट (अर्थात टर्बाइन आदि से पूरी तरह सुसज्जित प्लांट) के वास्तविक प्रोटोटाइप बनाने के लिए निम्नलिखित दो समस्याओं को हल करने की आवश्यकता होती है। सबसे पहले, नई सामग्रियों (वर्णित अत्यंत कठोर परिचालन स्थितियों को झेलने में सक्षम) को विकसित करना जारी रखना और नीचे वर्णित IFMIF (अंतर्राष्ट्रीय संलयन विकिरण सुविधा) उपकरण के लिए विशेष नियमों के अनुसार उनका परीक्षण करना आवश्यक है। दूसरे, कई विशुद्ध तकनीकी समस्याओं को हल करने की आवश्यकता है और रिमोट कंट्रोल, हीटिंग, क्लैडिंग डिज़ाइन, ईंधन चक्र आदि से संबंधित नई तकनीकों को विकसित करने की आवश्यकता है। 2

यह आंकड़ा ITER रिएक्टर को दर्शाता है, जो न केवल सभी रैखिक आयामों (लगभग दो बार) में, बल्कि इसमें उपयोग किए जाने वाले चुंबकीय क्षेत्रों के परिमाण और प्लाज्मा के माध्यम से बहने वाली धाराओं में भी आज के सबसे बड़े JET इंस्टॉलेशन से बेहतर है।

इस रिएक्टर को बनाने का उद्देश्य बड़े पैमाने पर संलयन बिजली संयंत्र के निर्माण में भौतिकविदों और इंजीनियरों के संयुक्त प्रयासों की क्षमताओं को प्रदर्शित करना है।

डिजाइनरों द्वारा नियोजित स्थापना क्षमता 500 मेगावाट है (सिस्टम इनपुट पर ऊर्जा खपत लगभग 50 मेगावाट के साथ)। 3

आईटीईआर इंस्टालेशन एक संघ द्वारा बनाया जा रहा है जिसमें यूरोपीय संघ, चीन, भारत, जापान, दक्षिण कोरिया, रूस और अमेरिका शामिल हैं। इन देशों की कुल जनसंख्या पृथ्वी की कुल जनसंख्या का लगभग आधा है, इसलिए इस परियोजना को एक वैश्विक चुनौती के लिए वैश्विक प्रतिक्रिया कहा जा सकता है। आईटीईआर रिएक्टर के मुख्य घटकों और घटकों का निर्माण और परीक्षण पहले ही किया जा चुका है, और कैडराचे (फ्रांस) में निर्माण पहले ही शुरू हो चुका है। रिएक्टर के प्रक्षेपण की योजना 2020 के लिए बनाई गई है, और ड्यूटेरियम-ट्रिटियम प्लाज्मा के उत्पादन की योजना 2027 के लिए बनाई गई है, क्योंकि रिएक्टर को चालू करने के लिए ड्यूटेरियम और ट्रिटियम से प्लाज्मा के लिए लंबे और गंभीर परीक्षणों की आवश्यकता होती है।

आईटीईआर रिएक्टर के चुंबकीय कॉइल सुपरकंडक्टिंग सामग्रियों पर आधारित होते हैं (जो सिद्धांत रूप में, जब तक प्लाज्मा में करंट बना रहता है तब तक निरंतर संचालन की अनुमति देता है), इसलिए डिजाइनर कम से कम 10 मिनट का गारंटीशुदा कर्तव्य चक्र प्रदान करने की उम्मीद करते हैं। यह स्पष्ट है कि वास्तविक थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट के निरंतर संचालन के लिए सुपरकंडक्टिंग चुंबकीय कॉइल्स की उपस्थिति मौलिक रूप से महत्वपूर्ण है। टोकामक-प्रकार के उपकरणों में सुपरकंडक्टिंग कॉइल्स का उपयोग पहले ही किया जा चुका है, लेकिन ट्रिटियम प्लाज्मा के लिए डिज़ाइन किए गए इतने बड़े पैमाने के इंस्टॉलेशन में उनका उपयोग पहले नहीं किया गया है। इसके अलावा, आईटीईआर सुविधा वास्तविक स्टेशनों में संचालित करने के लिए डिज़ाइन किए गए विभिन्न शेल मॉड्यूल का उपयोग और परीक्षण करने वाली पहली होगी जहां ट्रिटियम नाभिक उत्पन्न या "पुनर्प्राप्त" किया जा सकता है।

स्थापना के निर्माण का मुख्य लक्ष्य प्लाज्मा दहन के सफल नियंत्रण और प्रौद्योगिकी विकास के मौजूदा स्तर पर थर्मोन्यूक्लियर उपकरणों में वास्तव में ऊर्जा प्राप्त करने की संभावना को प्रदर्शित करना है।

इस दिशा में आगे के विकास के लिए, निश्चित रूप से, उपकरणों की दक्षता में सुधार करने के लिए बहुत प्रयास की आवश्यकता होगी, विशेष रूप से उनकी आर्थिक व्यवहार्यता के दृष्टिकोण से, जो आईटीईआर रिएक्टर और दोनों पर गंभीर और लंबे शोध से जुड़ा है। अन्य उपकरण। सौंपे गए कार्यों में निम्नलिखित तीन पर विशेष रूप से प्रकाश डाला जाना चाहिए:

1) यह दिखाना आवश्यक है कि विज्ञान और प्रौद्योगिकी का मौजूदा स्तर पहले से ही नियंत्रित परमाणु संलयन प्रक्रिया में ऊर्जा में 10 गुना लाभ (प्रक्रिया को बनाए रखने के लिए खर्च की गई तुलना में) प्राप्त करना संभव बनाता है। प्रतिक्रिया को खतरनाक अस्थिर स्थितियों की घटना के बिना, संरचनात्मक सामग्रियों को अधिक गरम किए बिना और क्षति के बिना, और अशुद्धियों के साथ प्लाज्मा के संदूषण के बिना आगे बढ़ना चाहिए। प्लाज्मा हीटिंग शक्ति के 50% के क्रम की संलयन ऊर्जा शक्तियों के साथ, ये लक्ष्य पहले से ही छोटी सुविधाओं में प्रयोगों में हासिल किए जा चुके हैं, लेकिन आईटीईआर रिएक्टर का निर्माण एक बहुत बड़ी सुविधा में नियंत्रण विधियों की विश्वसनीयता का परीक्षण करेगा जो बहुत अधिक उत्पादन करता है लंबे समय तक अधिक ऊर्जा. आईटीईआर रिएक्टर को भविष्य के फ्यूजन रिएक्टर की आवश्यकताओं का परीक्षण करने और उन पर सहमत होने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और इसका निर्माण एक बहुत ही जटिल और दिलचस्प कार्य है।

2) प्लाज्मा व्यवहार के खतरनाक अस्थिर तरीकों की घटना को रोकने के लिए प्लाज्मा में दबाव बढ़ाने के तरीकों का अध्ययन करना आवश्यक है (याद रखें कि किसी दिए गए तापमान पर प्रतिक्रिया दर दबाव के वर्ग के समानुपाती होती है)। इस दिशा में अनुसंधान की सफलता या तो उच्च प्लाज्मा घनत्व पर रिएक्टर के संचालन को सुनिश्चित करेगी, या उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के लिए आवश्यकताओं को कम करेगी, जिससे रिएक्टर द्वारा उत्पादित बिजली की लागत में काफी कमी आएगी।

3) परीक्षणों को यह पुष्टि करनी चाहिए कि स्थिर मोड में रिएक्टर का निरंतर संचालन वास्तविक रूप से सुनिश्चित किया जा सकता है (आर्थिक और तकनीकी दृष्टिकोण से, यह आवश्यकता बहुत महत्वपूर्ण लगती है, यदि मुख्य नहीं है), और स्थापना बिना किसी भारी के शुरू की जा सकती है ऊर्जा का व्यय. शोधकर्ताओं और डिजाइनरों को वास्तव में उम्मीद है कि प्लाज्मा के माध्यम से विद्युत चुम्बकीय धारा का "निरंतर" प्रवाह प्लाज्मा में इसकी पीढ़ी (उच्च आवृत्ति विकिरण और तेज परमाणुओं के इंजेक्शन के कारण) द्वारा सुनिश्चित किया जा सकता है।

आधुनिक विश्व एक अत्यंत गंभीर ऊर्जा चुनौती का सामना कर रहा है, जिसे अधिक सटीक रूप से "अनिश्चित ऊर्जा संकट" कहा जा सकता है।

वर्तमान में, मानवता द्वारा उपभोग की जाने वाली लगभग सभी ऊर्जा जीवाश्म ईंधन को जलाने से बनाई जाती है, और समस्या का समाधान सौर ऊर्जा या परमाणु ऊर्जा (तेज न्यूट्रॉन रिएक्टरों का निर्माण, आदि) के उपयोग से जुड़ा हो सकता है। विकासशील देशों की बढ़ती आबादी और उनके जीवन स्तर में सुधार और उत्पादित ऊर्जा की मात्रा में वृद्धि के कारण उत्पन्न वैश्विक समस्या को अकेले इन दृष्टिकोणों के आधार पर हल नहीं किया जा सकता है, हालांकि, निश्चित रूप से, ऊर्जा उत्पादन के वैकल्पिक तरीकों को विकसित करने का कोई भी प्रयास नहीं किया जा सकता है। प्रोत्साहित किया जाना चाहिए.

यदि थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा के विकास के रास्ते पर कोई बड़ा और अप्रत्याशित आश्चर्य नहीं है, तो कार्रवाई के विकसित उचित और व्यवस्थित कार्यक्रम के अधीन, जो (निश्चित रूप से, काम के अच्छे संगठन और पर्याप्त धन के अधीन) सृजन की ओर ले जाना चाहिए एक प्रोटोटाइप थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट का। इस मामले में, लगभग 30 वर्षों में हम पहली बार इससे ऊर्जा नेटवर्क में विद्युत प्रवाह की आपूर्ति करने में सक्षम होंगे, और केवल 10 वर्षों में पहला वाणिज्यिक थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट संचालित होना शुरू हो जाएगा। यह संभव है कि इस सदी के उत्तरार्ध में, परमाणु संलयन ऊर्जा जीवाश्म ईंधन का स्थान लेना शुरू कर देगी और धीरे-धीरे वैश्विक स्तर पर मानवता को ऊर्जा प्रदान करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाना शुरू कर देगी।