გაერთიანებული სამეფოს შერწყმა ენერგიის წარმოების მიდგომა ჩამოყალიბდა STEP (სფერული ტოკამაკი ენერგიის წარმოებისთვის) პროგრამის გამოცხადებით 2019 წელს. მისი პირველი ეტაპი (2019-2024) დასრულდა ინტეგრირებული შერწყმის პროტოტიპის ელექტროსადგურის კონცეფციის დიზაინის გამოქვეყნებით. ის დაფუძნებული იქნება მაგნიტური ველის გამოყენებაზე პლაზმის შესაზღუდად ტოკამაკის აპარატის გამოყენებით, თუმცა გაერთიანებული სამეფოს STEP გამოიყენებს სფერულ ტოკამაკს ITER-ში ტრადიციული დონატის ფორმის ტოკამაკის ნაცვლად. ითვლება, რომ სფერულ ტოკამაკს რამდენიმე უპირატესობა აქვს. ქარხანა აშენდება ნოტინჰემშირში და სავარაუდოდ ამოქმედდება 2040-იანი წლების დასაწყისში.
სუფთა ენერგიის საიმედო წყაროს საჭიროება მზარდი მოსახლეობისა და მსოფლიო ეკონომიკის ენერგეტიკული მოთხოვნილების დასაკმაყოფილებლად, რაც შეიძლება სწრაფად დაეხმაროს გამოწვევებს (ამოწურული წიაღისეული საწვავი, ნახშირბადის ემისია და კლიმატის ცვლილება, ბირთვული დაშლის რეაქტორებთან დაკავშირებული გარემოსდაცვითი რისკები და ცუდი განახლებადი წყაროების მასშტაბურობა) არასდროს ყოფილა ისეთი ინტენსიურად, როგორც ახლა.
ბუნებაში, ბირთვული შერწყმა აძლიერებს ვარსკვლავებს, მათ შორის ჩვენს მზეს, რომლებიც ხდება ვარსკვლავების ბირთვში, სადაც ჭარბობს შერწყმის პირობები (მაგ. უკიდურესად მაღალი ტემპერატურა ასობით მილიონი გრადუსი გრადუსი და წნევა). დედამიწაზე კონტროლირებადი შერწყმის პირობების შექმნის შესაძლებლობა არის შეუზღუდავი სუფთა ენერგიის გასაღები. ეს გულისხმობს შერწყმის გარემოს შექმნას ძალიან მაღალი ტემპერატურით მაღალი ენერგიის შეჯახების პროვოცირებისთვის, რომელსაც აქვს საკმარისი პლაზმური სიმკვრივე შეჯახების ალბათობის გაზრდისთვის და შეუძლია პლაზმის შეზღუდვას საკმარისი ხანგრძლივობით შერწყმის გასააქტიურებლად. ცხადია, ინფრასტრუქტურა და ტექნოლოგია ზედმეტად გახურებული პლაზმის შეზღუდვისა და კონტროლისთვის არის მთავარი მოთხოვნა შერწყმის ენერგიის კომერციული ექსპლუატაციისთვის. სხვადასხვა მიდგომები იკვლევენ და იყენებენ მთელ მსოფლიოში პლაზმის შეზღუდვის მიზნით შერწყმის ენერგიის კომერციული რეალიზაციისთვის.
ინერციული შეზღუდვის შერწყმა (ICF)
ინერციული შერწყმის მიდგომისას, შერწყმის პირობები იქმნება მცირე რაოდენობის შერწყმის საწვავის სწრაფი შეკუმშვით და გაცხელებით. ლოურენს ლივერმორის ნაციონალურ ლაბორატორიაში (LLNL) აალების ეროვნული დაწესებულება (NIF) იყენებს ლაზერული აფეთქების ტექნიკას დეიტერიუმ-ტრიტიუმის საწვავით სავსე კაფსულების აფეთქებისთვის მაღალი ენერგიის ლაზერის სხივების გამოყენებით. NIF-მა მიაღწია შერწყმის აალებას პირველად 2022 წლის დეკემბერში. შემდგომში, შერწყმის აალება სამჯერ იყო დემონსტრირებული 2023 წელს, რამაც დაადასტურა კონცეფციის მტკიცებულება, რომ კონტროლირებადი ბირთვული შერწყმა შეიძლება გამოყენებულ იქნას ენერგეტიკული საჭიროებების დასაკმაყოფილებლად.
პლაზმური მიდგომის მაგნიტური შეზღუდვა
მაგნიტების გამოყენება პლაზმის შერწყმისთვის შესაზღუდად და გასაკონტროლებლად მრავალ ადგილას ცდა. IITER, 35 ქვეყნის ყველაზე ამბიციური შერწყმის ენერგიის კოლაბორაცია, რომელიც დაფუძნებულია სენტ-პოლ-ლეზ-დურანსში, სამხრეთ საფრანგეთში, იყენებს რგოლის ტორუსს (ან დონატის მაგნიტურ მოწყობილობას) სახელწოდებით ტოკამაკი, რომელიც შექმნილია შერწყმის საწვავის შესანახად დიდი ხნის განმავლობაში საკმარისად მაღალ ტემპერატურაზე. შერწყმის აალება მოხდეს. შერწყმის ელექტროსადგურების წამყვანი პლაზმური შეზღუდვის კონცეფცია, ტოკამაკს შეუძლია გააგრძელოს შერწყმის რეაქცია მანამ, სანამ არის პლაზმის სტაბილურობა. ITER-ის ტოკამაკი მსოფლიოში ყველაზე დიდი იქნება.
გაერთიანებული სამეფოს STEP (სფერული ტოკამაკი ენერგიის წარმოებისთვის) შერწყმის პროგრამა:
ITER-ის მსგავსად, გაერთიანებული სამეფოს STEP შერწყმის პროგრამა დაფუძნებულია პლაზმის მაგნიტურ შეზღუდვაზე ტოკამაკის გამოყენებით. თუმცა, STEP-ის პროგრამის ტოკამაკი სფერული ფორმის იქნება (იტერ-ის დონტის ფორმის ნაცვლად). სფერული ტოკამაკი არის კომპაქტური, ეკონომიური და შეიძლება უფრო ადვილი იყოს მასშტაბირება.
STEP პროგრამა გამოცხადდა 2019 წელს. მისი პირველი ეტაპი (2019-2024) დასრულდა ინტეგრირებული შერწყმის პროტოტიპის ელექტროსადგურის კონცეფციის დიზაინის გამოქვეყნებით.
სამეფო საზოგადოების ფილოსოფიური ტრანზაქციების A თემატური ნომერი, სახელწოდებით ”შერწყმის ენერგიის მიწოდება - სფერული ტოკამაკი ენერგიის წარმოებისთვის (STEP)15 წლის 26 აგვისტოს გამოქვეყნდა 2024 რეცენზირებული ნაშრომი, სადაც დეტალურადაა აღწერილი გაერთიანებული სამეფოს პირველი პროტოტიპის ქარხნის დიზაინისა და მშენებლობის პროგრამის ტექნიკური პროგრესი, რომელიც აწარმოებს ელექტროენერგიას შერწყმის შედეგად. ნაშრომები ასახავს დიზაინის სრულ სურათს და ასახავს საჭირო ტექნოლოგიებს და მათ ინტეგრაციას პროტოტიპის ქარხანაში 2040-იანი წლების დასაწყისისთვის.
STEP-ის პროგრამა მიზნად ისახავს გზის გახსნას fusion-ის კომერციული სიცოცხლისუნარიანობისთვის წმინდა ენერგიის, საწვავის თვითკმარობისა და ქარხნის შენარჩუნების სიცოცხლისუნარიანი მარშრუტის დემონსტრირებით. მას სჭირდება ჰოლისტიკური მიდგომა სრულად მოქმედი პროტოტიპის ქარხნის მიწოდებისთვის, რომელიც ასევე განიხილავს დეკომისაციას, როგორც დიზაინის ნაწილად.
***
წყაროები:
- დიდი ბრიტანეთის მთავრობა. პრეს-რელიზი – გაერთიანებული სამეფო ლიდერობს მსოფლიოში fusion ელექტროსადგურების დიზაინში. გამოქვეყნებულია 03 წლის 2024 სექტემბერს. ხელმისაწვდომია მისამართზე https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design
- დნობის ენერგიის მიწოდება – სფერული ტოკამაკი ენერგიის წარმოებისთვის (STEP). სამეფო საზოგადოების თემატური გამოცემა Philosophical Transactions A,. 15 წლის 26 აგვისტოს გამოქვეყნებული 2024-ვე რეცენზირებული სტატია თემატურ ნომერში. ხელმისაწვდომია საიტზე https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280
- ბრიტანელმა მკვლევარებმა გამოავლინეს ახალი შერწყმის ელექტროსადგურის დიზაინი. მეცნიერება. 4 წლის 2024 სექტემბერი. DOI: https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a
***
სხვა სტატიები
- "Fusion Ignition" აჩვენა მეოთხედ ლოურენსის ლაბორატორიაში (დეკემბერი 20)
***
 programme in 2019. Its first phase (2019-2024) has come to an end with the release of a concept design for the integrated fusion prototype powerplant. It will be based on use of magnetic field for confining plasma using tokamak machine however UK’s STEP will use a spherical tokamak instead of traditional doughnut shaped tokamak being used at ITER. A spherical tokamak is thought to have several advantages. The plant will be built in Nottinghamshire and is expected to be operational in the early 2040s.){kind=link}