1955-yildagi ilmiy konferensiyalardan birida fiziklar keyingi yigirma yil ichida dunyoda termoyadro energiyasi olishga erishiladi, deb ta’kidlagan edi. 2020-yil ham deyarli yakunlanganiga qaramay, bu borada hali aytarli yangilik bo‘lmadi.
Gap shundaki, Yer sharoitida termoyadroviy energiya olish masalasi juda mushkul va serxarajatdir. Ayrim kichik tajriba-sinov reaktorlari bu ishni amalda uddalash mumkinligini ko‘rsatib berdi. Lekin jarayon hali yirik miqyosga chiqmadi, ya’ni o‘zini iqtisodiy jihatdan oqlaydigan puxta termoyadro energetika sohasi hali shakllanmadi. Masalan, Fransiyada Iter nomli termoyadro reaktori barpo etilyapti va uni ishga tushirish 2025-yilga rejalashtirildi.
Muhandislar loyihaga va uning reja muddatlariga fantastika deb qaramoqda. Buyuk Britaniya esa tijorat maqsadlarida ishlaydigan ilk termoyadro reaktorini 2040-yilga ishga tushirishni maqsad qildi. Xo‘sh, bu reja qanchalik haqiqatga yaqin? Qayerdadir qachondir haqiqatan ham iqtisodiy samarali termoyadro reaktori mavjud bo‘la oladimi? “Daryo” BBC Future nashrida e’lon qilingan qiziqarli maqolani tarjima tariqasida taqdim etadi.
Yulduzlardagi termoyadro sintezi materiyani kuchli siqilib, atomlarni o‘zaro birlashib ketishga majbur qiladigan, natijada, energiya ajralib chiqishiga olib keladigan qudratli gravitatsiya kuchlari ta’sirida ro‘y beradi. Biroq bu jarayonni Yerda, (inson qurgan) termoyadro reaktorida takrorlash juda murakkab bo‘lib, jiddiy muhandislik muammolarini yuzaga chiqarishi mumkin.
Umuman olganda, termoyadro sintezini ma’lum ma’noda alkimyogarlik bilan uyg‘unlikka ega deyish mumkin. Alkimyogarlar yillar mobaynida boshqa metallarni oltinga aylantirishga urinib kelgani singari termoyadro sintezi ham yengil atomlarni o‘zaro birlashib, boshqa bir nisbatan og‘irroq atomni hosil qilishga, ya’ni boshqa bir kimyoviy elementni yaratilishiga majburlashga urinadi.
Alkimyogarlarni qo‘llab turgan narsa shu bo‘lganki, tabiatda oltin o‘zi mavjud edi va boshqa narsalarni qandaydir yo‘l bilan oltinga aylantirishga urinishardi xolos. O‘sha paytlarda ular oltin va u kabi boshqa og‘ir elementlar sintez yo‘li bilan – umri tugayotgan yulduzning portlab, o‘z moddasini koinotga sochib yuborishida hosil bo‘lganini bilmagan. Shu sababli, termoyadro sintezi va alkimyoning uyg‘unlik jihatlari odamlar o‘ylaganidan ko‘ra yaqinroq. Zamonaviy alkimyogarlarning baxtiga qarshi, atomlar orasidagi termoyadro sintezi reaksiyasini hosil qilish uchun ketadigan ulkan energiya miqdori tufayli Yerda termoyadro sintezini qayta takrorlash tajribasida yengil elementlardan oltin hosil bo‘lmaydi.
Termoyadro sintezi reaktorlari vodorod izotoplarini selsiy bo‘yicha 15 million darajagacha qizdirishga asoslanib ishlaydi va bu xuddi Quyoshdagi singari ulkan harorat hisoblanadi. Bunda moddaning to‘rtinchi agregat holati bo‘lmish plazma hosil bo‘ladi. Plazma esa, masalan, magnitlar vositasida siqiladi va natijada vodorod izotoplari o‘zaro birlashib, geliy atomi hamda yuqori tezlikka ega bo‘lgan va uchib chiqib ketadigan neytronlarni hosil qiladi. Ushbu neytronning uchib chiqishidan 17,6 MeV (megaelektronvolt) energiya hosil qiladi va bu oddiy kimyoviy yonish reaksiyasi beradigan energiyadan 10 million marta ko‘p energiyadir.
Og‘ir atomlarning parchalanishiga asoslangan yadro reaksiyasidan farqli o‘laroq, termoyadro sintez reaksiyasi yengil atomlarni birlashtirishga asoslanadi. Bu termoyadro sintezi jarayonida nisbatan ancha kam zararli chiqindilar hosil bo‘ladi demakdir. Neytronlar bombardimoni natijasida termoyadro sintezi amalga oshiriladigan joy ham biroz radioaktivlikka ega bo‘lib qoladi, lekin o‘sha radioaktiv moddalar uzoq turib qolmaydi. Shu tariqa, termoyadro sintezi reaksiyasi deyarli cheksiz va radioaktiv chiqindilardan holi bo‘lgan ekologik toza energiya ishlab chiqarish imkoniyatini taqdim qiladi.
Angliyadagi Kalxemda joylashgan Joint European Torus (JET) reaktori singari, tajriba-sinov termoyadro sintezi reaktorlari qisqa muddatga bo‘lsa-da, termoyadro sintezini amalda uddalash mumkinligini ko‘rsatib berdi. Galdagi vazifa shu kabi eksperimental reaktorlarni endilikda iqtisodiy jihatdan o‘zini oqlaydigan, uzluksiz tijorat jarayoniga olib chiqishdan iborat. Buning uchun esa sintez jarayoni o‘zini ta’minlashdan tashqari yana ortib qoladigan energiya miqdorini ishlab chiqara olish kerak bo‘ladi.
Avvalgi o‘n yilliklar mobaynida tijorat termoyadro sintezi reaktorlari yaqin 30 yil ichida barpo etiladi, degan gaplar yangragan edi. 1955-yilda fizik olim Xomi Bxabxa tomonidan yaqin yigirma yil ichida odamzot termoyadro energiyasi oladi, deb xitob qilingan edi. Shu kabi va’dalar bir necha marta amalga oshmay qoldi. Va’dalar bisyor, termoyadro sintezi energiyasiga erishilishga ham hali uzoqdek tuyulmoqda.
Biz termoyadro sintezining ideal sharoitlarda qanday ishlashini yaxshi bilamiz. Amalda ideal sharoit bo‘lmaydi. Hozirda termoyadro sintezining amalga oshirilishi masalasi bu – ilmiy muammodan ko‘ra ko‘proq muhandislik masalasiga aylandi.
Buyuk Britaniyaning yadro sohasidagi Istiqbolli loyihalar tadqiqot markazi direktori Endryu Storer bu borada “Eng katta muammo masalaning ilmiy jihatida emas, balki endilikda olimlar amalda ham biror narsani uddalay olishida qoldi”, deb ta’kidladi.
Yaqin orada hammasi yana o‘zgarishi mumkin. O‘tgan yili Buyuk Britaniya hukumati 2040-yilga borib to‘liq ishlaydigan termoyadro reaktorini ishga tushirish rejasi haqida ma’lum qildi. Ushbu loyihaning birinchi bosqichida Buyuk Britaniyaning termoyadro sintezi sohasidagi tadqiqotlari uchun noyob bo‘lgan bosqichma-bosqich konstruksiyali sferik tokamak termoyadro reaktorining bosh loyihasi ishlab chiqildi. Hozirda ushbu reaktorni o‘rnatish uchun maqbul joyni qidirish ishlari amalga oshirilmoqda.
20 yil ichida iqtisodiy samarador va to‘liq ishlaydigan termoyadro reaktorini qurish masalasi o‘ta yirik tadbir bo‘ladi. Taqqoslash uchun, hozirda quyilayotgan Hinkley Poitn C nomli yadro reaktori 2025-yilda ishga tushirilishi reja qilingan bo‘lib, uning loyihasi taklif qilinganidan boshlab qurilishi tugallanishiga qadar 15 yil talab qilinadi va u 1950-yillardan beri mavjud bo‘lgan texnologiya – yadroviy parchalanish reaksiyasiga asoslanib ishlaydi.
Ayni paytda esa Fransiyada barpo etilayotgan Iter nomli termoyadro reaktori 70 foizga bitib qoldi va unda 2025-yilda birinchi plazma olinishi kutilmoqda. Bu to‘liq ishlaydigan ko‘rgazma termoyadro reaktori bo‘ladi va 500 megavatt termoyadro quvvati olinadi. Bu esa Liverpul singari kattalikdagi shaharni elektr bilan ta’minlashga yetarli bo‘ladi.
Buyuk Britaniya atom energetikasi boshqarmasi ijrochi direktori Yan Chapman “Iter’dagi ko‘p narsalar ilmiy fantastikaga o‘xshaydi. Uning o‘rtasida katta magnit bor. Bu yasash mumkin bo‘lgan eng yirik magnitdir. U hosil qilgan magnit impulsi okeandan samolyotni ko‘tarib chiqara olgan bo‘lardi”, deb aytdi.
Britaniyada qurilishi rejalashtirilgan reaktor konstruksiyasi Iter’nikidan keskin farq qiladi. Iter reaktori konstruksiyasi teshikkulcha shaklida bo‘lib, Britaniya reaktorida nisbatan ixcham bo‘lgan sferik tokamak qo‘llaniladi. O‘lchamlarning kichraytirilishidan esa magnitlarning ham hajmi kichikroq bo‘lishiga erishiladi, natijada, millionlab funt mablag‘ tejab qolinadi.
Termoyadro reaktori qurilishi rejasining bir qismi sifatida Roterxem yaqinida tajriba termoyadro sintezi reaktori qurilishi rejalashtirildi. Bu orqali loyihaning konseptual jihatlarini yig‘ma komponentlarga aylantirish va keyin ishlab chiqarishda qo‘llash uchun tayyor holatga keltirish maqsad qilindi.
Loyihani hayotga tatbiq etishga imkon beruvchi asosiy muvaffaqiyatli jihatlaridan biri Super-X divertori hisoblanadi. Termoyadro sintezi jarayonida xuddi Quyoshdagi singari ulkan harorat darajalari yuzaga kelishi sababli bu issiqlik miqdorini qayergadir bartaraf qilish zaruriyati paydo bo‘ladi. Bu issiqlik reaktor devorlariga tushsa, uni albatta eritib yuboradi. Loyihadagi reaktorda ushbu issiqlikni divertorga yo‘llanishi maqsad qilindi.
“Termoyadro sintezi duch keladigan eng asosiy muammolardan biri bu – plazmaning chiqarib tashlanishi masalasidir. Plazmaning ortiqcha haroratini va boshqa chiqindi mahsulotlarni atrof yuzaga zarar yetkazmagan holda chiqarib tashlash zarur bo‘ladi. Biz buni divertor nomi bilan ma’lum bo‘lgan chiqarish sistemasi orqali qilmoqchimiz”, deydi Chapman. “Biz hozirda modernizatsiya bosqichida sinovdan o‘tkazayotgan yangi sistema issiqlikni maqbul darajagacha, avtomobil dvigatelidagi singari holatgacha pasaytirishi kerak”, dedi u so‘zining yakunida.
Divertor reaktor ishlashi jarayonida hosil bo‘ladigan chiqindilarni chiqarib tashlash imkonini beradi. Yuqori energiyali plazma zarralari nishon bilan to‘qnashganida ularning kinetik energiyasi issiqlikka aylanadi va bu issiqlik turli xil sovutish usullari orqali chiqarib tashlanadi.
2020-yil oktabrida Kalxemda birinchi plazmani olishga erishildi.
2040-yil maqsadini haqiqatan ham imkonli qilish usullaridan biri hozirda mavjud elektrostansiyalardan foydalanishdir. Bunda eski turdagi elektr energiyasi ishlab chiqarish sistemasi yangicha termoyadro sintezi reaktori bilan almashtiriladi. Buning afzallik jihati shundaki, elekt toki olish uchun energiyani bir turdan boshqa turga aylantirilishi mexanizmi avvalgidek saqlanib qoladi.
Loyiha mas’ullaridan biri Storer bu haqida “Hozirda bor elektr stansiyasini mavjud turbinalari bilan birga berib, unda tokamak qurish haqida qaror qabul qilinsa, bu men uchun amalga oshirishda yanada yaxshiroq bo‘lardi”, deydi.
Loyihadagi asosiy muammo bu yangi termoyadro reaktori va mavjud elektr stansiyasi orasidagi o‘zaro munosabat bo‘ladi. Afsuski, elektr stansiyasini shundoq ulab qo‘yish uchun qulay USB port mavjud emas. Termoyadro reaktori uchun alohida yangi elektr stansiyasi qurilishi xarajatlari ham katta bo‘ladi. Reaktorning nisbatan kichik o‘lchamlari esa loyihaning afzalligi hisoblanadi.
“Idishdagi Quyosh” va’dasi tugab bitmas sof energiya resursini ko‘zda tutadi. 1930-yillarda termoyadro sintezi aqlga sig‘mas narsa deb qaralishi mumkin edi. Biroq hozirda keyingi bir necha o‘n yillik ichida haqiqatan ham termoyadro sintezi amalga oshishi mumkin.
Izoh (0)