1955 йилдаги илмий конференциялардан бирида физиклар кейинги йигирма йил ичида дунёда термоядро энергияси олишга эришилади, деб таъкидлаган эди. 2020 йил ҳам деярли якунланганига қарамай, бу борада ҳали айтарли янгилик бўлмади.
Гап шундаки, Ер шароитида термоядровий энергия олиш масаласи жуда мушкул ва серхаражатдир. Айрим кичик тажриба-синов реакторлари бу ишни амалда уддалаш мумкинлигини кўрсатиб берди. Лекин жараён ҳали йирик миқёсга чиқмади, яъни ўзини иқтисодий жиҳатдан оқлайдиган пухта термоядро энергетика соҳаси ҳали шаклланмади. Масалан, Францияда Итер номли термоядро реактори барпо этиляпти ва уни ишга тушириш 2025 йилга режалаштирилди.
Муҳандислар лойиҳага ва унинг режа муддатларига фантастика деб қарамоқда. Буюк Британия эса тижорат мақсадларида ишлайдиган илк термоядро реакторини 2040 йилга ишга туширишни мақсад қилди. Хўш, бу режа қанчалик ҳақиқатга яқин? Қаердадир қачондир ҳақиқатан ҳам иқтисодий самарали термоядро реактори мавжуд бўла оладими? «Дарё» BBC Future нашрида эълон қилинган қизиқарли мақолани таржима тариқасида тақдим этади.
Термоядро синтези илми 1930 йилларда, лаборатория шароитида водород изотоплари олинганидан кейин юзага келган эди. Биз, аслида, бундай реакцияни ҳар куни кузатамиз. Юлдузлар, шу жумладан, бизнинг Қуёш ҳам ўз-ўзидан ишлайдиган улкан термоядро реактори ҳисобланади.
Юлдузлардаги термоядро синтези материяни кучли сиқилиб, атомларни ўзаро бирлашиб кетишга мажбур қиладиган, натижада, энергия ажралиб чиқишига олиб келадиган қудратли гравитация кучлари таъсирида рўй беради. Бироқ бу жараённи Ерда, (инсон қурган) термоядро реакторида такрорлаш жуда мураккаб бўлиб, жиддий муҳандислик муаммоларини юзага чиқариши мумкин.
Умуман олганда, термоядро синтезини маълум маънода алкимёгарлик билан уйғунликка эга дейиш мумкин. Алкимёгарлар йиллар мобайнида бошқа металларни олтинга айлантиришга уриниб келгани сингари термоядро синтези ҳам енгил атомларни ўзаро бирлашиб, бошқа бир нисбатан оғирроқ атомни ҳосил қилишга, яъни бошқа бир кимёвий элементни яратилишига мажбурлашга уринади.
Алкимёгарларни қўллаб турган нарса шу бўлганки, табиатда олтин ўзи мавжуд эди ва бошқа нарсаларни қандайдир йўл билан олтинга айлантиришга уринишарди холос. Ўша пайтларда улар олтин ва у каби бошқа оғир элементлар синтез йўли билан – умри тугаётган юлдузнинг портлаб, ўз моддасини коинотга сочиб юборишида ҳосил бўлганини билмаган. Шу сабабли, термоядро синтези ва алкимёнинг уйғунлик жиҳатлари одамлар ўйлаганидан кўра яқинроқ. Замонавий алкимёгарларнинг бахтига қарши, атомлар орасидаги термоядро синтези реакциясини ҳосил қилиш учун кетадиган улкан энергия миқдори туфайли Ерда термоядро синтезини қайта такрорлаш тажрибасида енгил элементлардан олтин ҳосил бўлмайди.
Термоядро синтези реакторлари водород изотопларини цельсий бўйича 15 миллион даражагача қиздиришга асосланиб ишлайди ва бу худди Қуёшдаги сингари улкан ҳарорат ҳисобланади. Бунда модданинг тўртинчи агрегат ҳолати бўлмиш плазма ҳосил бўлади. Плазма эса, масалан, магнитлар воситасида сиқилади ва натижада водород изотоплари ўзаро бирлашиб, гелий атоми ҳамда юқори тезликка эга бўлган ва учиб чиқиб кетадиган нейтронларни ҳосил қилади. Ушбу нейтроннинг учиб чиқишидан 17,6 МеВ (мегаэлектронволт) энергия ҳосил қилади ва бу оддий кимёвий ёниш реакцияси берадиган энергиядан 10 миллион марта кўп энергиядир.
Оғир атомларнинг парчаланишига асосланган ядро реакциясидан фарқли ўлароқ, термоядро синтез реакцияси енгил атомларни бирлаштиришга асосланади. Бу термоядро синтези жараёнида нисбатан анча кам зарарли чиқиндилар ҳосил бўлади демакдир. Нейтронлар бомбардимони натижасида термоядро синтези амалга ошириладиган жой ҳам бироз радиоактивликка эга бўлиб қолади, лекин ўша радиоактив моддалар узоқ туриб қолмайди. Шу тариқа, термоядро синтези реакцияси деярли чексиз ва радиоактив чиқиндилардан ҳоли бўлган экологик тоза энергия ишлаб чиқариш имкониятини тақдим қилади.
Англиядаги Калхемда жойлашган Joint European Torus (JET) реактори сингари, тажриба-синов термоядро синтези реакторлари қисқа муддатга бўлса-да, термоядро синтезини амалда уддалаш мумкинлигини кўрсатиб берди. Галдаги вазифа шу каби экспериментал реакторларни эндиликда иқтисодий жиҳатдан ўзини оқлайдиган, узлуксиз тижорат жараёнига олиб чиқишдан иборат. Бунинг учун эса синтез жараёни ўзини таъминлашдан ташқари яна ортиб қоладиган энергия миқдорини ишлаб чиқара олиш керак бўлади.
Аввалги ўн йилликлар мобайнида тижорат термоядро синтези реакторлари яқин 30 йил ичида барпо этилади, деган гаплар янграган эди. 1955 йилда физик олим Хоми Бхабха томонидан яқин йигирма йил ичида одамзот термоядро энергияси олади, деб хитоб қилинган эди. Шу каби ваъдалар бир неча марта амалга ошмай қолди. Ваъдалар бисёр, термоядро синтези энергиясига эришилишга ҳам ҳали узоқдек туюлмоқда.
Биз термоядро синтезининг идеал шароитларда қандай ишлашини яхши биламиз. Амалда идеал шароит бўлмайди. Ҳозирда термоядро синтезининг амалга оширилиши масаласи бу – илмий муаммодан кўра кўпроқ муҳандислик масаласига айланди.
Буюк Британиянинг ядро соҳасидаги Истиқболли лойиҳалар тадқиқот маркази директори Эндрю Сторер бу борада «Энг катта муаммо масаланинг илмий жиҳатида эмас, балки эндиликда олимлар амалда ҳам бирор нарсани уддалай олишида қолди», деб таъкидлади.
Яқин орада ҳаммаси яна ўзгариши мумкин. Ўтган йили Буюк Британия ҳукумати 2040 йилга бориб тўлиқ ишлайдиган термоядро реакторини ишга тушириш режаси ҳақида маълум қилди. Ушбу лойиҳанинг биринчи босқичида Буюк Британиянинг термоядро синтези соҳасидаги тадқиқотлари учун ноёб бўлган босқичма-босқич конструкцияли сферик токамак термоядро реакторининг бош лойиҳаси ишлаб чиқилди. Ҳозирда ушбу реакторни ўрнатиш учун мақбул жойни қидириш ишлари амалга оширилмоқда.
20 йил ичида иқтисодий самарадор ва тўлиқ ишлайдиган термоядро реакторини қуриш масаласи ўта йирик тадбир бўлади. Таққослаш учун, ҳозирда қуйилаётган Hinkley Point C номли ядро реактори 2025 йилда ишга туширилиши режа қилинган бўлиб, унинг лойиҳаси таклиф қилинганидан бошлаб қурилиши тугалланишига қадар 15 йил талаб қилинади ва у 1950 йиллардан бери мавжуд бўлган технология – ядровий парчаланиш реакциясига асосланиб ишлайди.
Айни пайтда эса Францияда барпо этилаётган Iter номли термоядро реактори 70 фоизга битиб қолди ва унда 2025 йилда биринчи плазма олиниши кутилмоқда. Бу тўлиқ ишлайдиган кўргазма термоядро реактори бўлади ва 500 мегаватт термоядро қуввати олинади. Бу эса Ливерпуль сингари катталикдаги шаҳарни электр билан таъминлашга етарли бўлади.
Буюк Британия атом энергетикаси бошқармаси ижрочи директори Ян Chapman «Iter’даги кўп нарсалар илмий фантастикага ўхшайди. Унинг ўртасида катта магнит бор. Бу ясаш мумкин бўлган энг йирик магнитдир. У ҳосил қилган магнит импулси океандан самолётни кўтариб чиқара олган бўларди», деб айтди.
Британияда қурилиши режалаштирилган реактор конструкцияси Iter’никидан кескин фарқ қилади. Iter реактори конструкцияси тешиккулча шаклида бўлиб, Британия реакторида нисбатан ихчам бўлган сферик токамак қўлланилади. Ўлчамларнинг кичрайтирилишидан эса магнитларнинг ҳам ҳажми кичикроқ бўлишига эришилади, натижада, миллионлаб фунт маблағ тежаб қолинади.
Термоядро реактори қурилиши режасининг бир қисми сифатида Ротерхем яқинида тажриба термоядро синтези реактори қурилиши режалаштирилди. Бу орқали лойиҳанинг концептуал жиҳатларини йиғма компонентларга айлантириш ва кейин ишлаб чиқаришда қўллаш учун тайёр ҳолатга келтириш мақсад қилинди.
Лойиҳани ҳаётга татбиқ этишга имкон берувчи асосий муваффақиятли жиҳатларидан бири Супер-Х дивертори ҳисобланади. Термоядро синтези жараёнида худди Қуёшдаги сингари улкан ҳарорат даражалари юзага келиши сабабли бу иссиқлик миқдорини қаергадир бартараф қилиш зарурияти пайдо бўлади. Бу иссиқлик реактор деворларига тушса, уни албатта эритиб юборади. Лойиҳадаги реакторда ушбу иссиқликни диверторга йўлланиши мақсад қилинди.
«Термоядро синтези дуч келадиган энг асосий муаммолардан бири бу – плазманинг чиқариб ташланиши масаласидир. Плазманинг ортиқча ҳароратини ва бошқа чиқинди маҳсулотларни атроф юзага зарар етказмаган ҳолда чиқариб ташлаш зарур бўлади. Биз буни дивертор номи билан маълум бўлган чиқариш системаси орқали қилмоқчимиз», дейди Chapman. «Биз ҳозирда модернизация босқичида синовдан ўтказаётган янги система иссиқликни мақбул даражагача, автомобиль двигателидаги сингари ҳолатгача пасайтириши керак», деди у сўзининг якунида.
Дивертор реактор ишлаши жараёнида ҳосил бўладиган чиқиндиларни чиқариб ташлаш имконини беради. Юқори энергияли плазма зарралари нишон билан тўқнашганида уларнинг кинетик энергияси иссиқликка айланади ва бу иссиқлик турли хил совутиш усуллари орқали чиқариб ташланади.
2020 йил октябрида Калхемда биринчи плазмани олишга эришилди.
2040 йил мақсадини ҳақиқатан ҳам имконли қилиш усулларидан бири ҳозирда мавжуд электростанциялардан фойдаланишдир. Бунда эски турдаги электр энергияси ишлаб чиқариш системаси янгича термоядро синтези реактори билан алмаштирилади. Бунинг афзаллик жиҳати шундаки, элект токи олиш учун энергияни бир турдан бошқа турга айлантирилиши механизми аввалгидек сақланиб қолади.
Лойиҳа масъулларидан бири Сторер бу ҳақида «Ҳозирда бор электр станциясини мавжуд турбиналари билан бирга бериб, унда токамак қуриш ҳақида қарор қабул қилинса, бу мен учун амалга оширишда янада яхшироқ бўларди», дейди.
Лойиҳадаги асосий муаммо бу янги термоядро реактори ва мавжуд электр станцияси орасидаги ўзаро муносабат бўлади. Афсуски, электр станциясини шундоқ улаб қўйиш учун қулай USB порт мавжуд эмас. Термоядро реактори учун алоҳида янги электр станцияси қурилиши харажатлари ҳам катта бўлади. Реакторнинг нисбатан кичик ўлчамлари эса лойиҳанинг афзаллиги ҳисобланади.
«Идишдаги Қуёш» ваъдаси тугаб битмас соф энергия ресурсини кўзда тутади. 1930 йилларда термоядро синтези ақлга сиғмас нарса деб қаралиши мумкин эди. Бироқ ҳозирда кейинги бир неча ўн йиллик ичида ҳақиқатан ҳам термоядро синтези амалга ошиши мумкин.
Изоҳ (0)