Zamonamiz alkimyogarlari to’liq malumot oling

Yadro reaksiyalari bu — har qanday kimyoviy unsurni oltinga aylantirishni orzu qilgan va buning ilinjida ming xil aralashma, qotishma hamda eritmani tayyorlab koʻrgan oʻrta asr alkimyogarlarining roʻyobga chiqqan istaklaridir, desak mubolagʻa boʻlmaydi. Albatta, ularning istaklari aynan oʻsha holatda (istalgan unsurni tillaga aylantiradigan tarzda) amalga oshgani yoʻq: elementlarning yadrosini parchalash yoki biriktirish bilan tilla paydo boʻlmaydi. Ammo bunday yadro reaksiyalarining borishi davomida ajralib chiqadigan energiyani haqiqiy oltindan nimasi kam?

Zamonaviy yadro energetikasi toʻlaligicha ogʻir elementlar yadrosining boʻlinish (parchalanishi) reaksiyalari asosiga qurilgan boʻlib, bunday reaksiyalar uchun boshlangʻich material sifatida qoʻllashga mos keluvchi ogʻir yadroli elementlar, masalan, uran-237 kabilar zarur boʻladi. Termoyadro reaksiyalari esa, aksincha, yengil yadrolarning oʻzaro birlashishiga asoslanadi.

rentgen nurlar ostidagi Kassiopiya A / astronet.ru

Bunday reaksiyalar nisbatan keng tarqalgan, xavfsiz va arzonroq yoqilgʻi elementlar, masalan, vodorodning izotoplari boʻlmish — deyteriy va tritiylarning oʻzaro birikishi bilan ham amalga oshirilishi mumkin. Qoldiqlari ham nurlanish manbaiga aylanadigan reaksiyalar boʻlmish yadroviy parchalanish reaksiyasidagidan farqli ravishda, termoyadro reaksiyasidan keyingi qoladigan “chiqindilar” ham mutlaqo zararsiz moddalar, masalan, geliy kabilar boʻladi.

Biroq deyteriy va tritiy yadrolarining birlashishi uchun ularning oʻzaro toʻqnashish kuchi bunday yadrolar orasida yuzaga keluvchi oʻzaro itarish kuchidan koʻra ortiqroq boʻlishi shart. Bunday holat esa ehtimolligi juda-juda kam boʻlsa ham, tasodifan yuz berishi mumkin. Lekin bunday birlashuvning atigi bir donasi amalda hech nimani oʻzgartirmaydi.

Termoyadro reaksiyaning boshlanib, oʻzining keyingi davomiyligini barqaror ushlab tura olishga yetarli darajada avj olishi uchun reaksiya davomida ajralayotgan energiya reaksiya natijasida hosil boʻlayotgan (geliy kabi) moddalar bilan birgalikda tarqalib ketmasdan, balki reaksiyaga kirishayotgan navbatdagi deyteriy va tritiy yadrolari juftligining birlashtirilishiga qisman boʻlsa ham sarflanishi kerak.

Reaksiyani avj oldirish uchun ikki yoʻldan biridan borish mumkin. Reaksiya ishtirokchilari boʻlmish deyteriy va tritiy yadrolarini keraklicha davomiylikda birga tutib turish vazifasi yadrolarning toʻqnashuvi va birlashuvi ehtimolligi natijasini orttirish boʻlib, buning uchun yoqilgʻi komponentlarini zaryadlangan va termik toblangan plazma holiga kelguncha qizdirishga toʻgʻri keladi. 

Ushbu usul haqida ilk gʻoyalar paydo boʻlgan dastlabki yillarda olimlarga bunday plazmani hosil qilish va uni boshqarishni oʻrganish qolgandek tuyulgan. Taassufki, plazmani boshqarish oson yumushlar sirasidan boʻlib chiqmadi va ushbu muammo ustida fiziklarning har qancha bosh qotirib izlanishlari hozircha besamar ketmoqda.

Ushbu masalaning yechimi ustidan yuritilgan eng dastlabki va hozirgi davr uchun mumtoz sanaluvchi yondashuvlardan biri, bundan deyarli yarim asr muqaddam sobiq ittifoq fiziklari tarafidan bayon qilingan edi. Gap shundaki, plazmaning oʻta yuqori harorati tufayli uning atomlari oʻz elektronlaridan mosuvo boʻladi: plazma avvalo tashqi elektromagnit maydon tutqichida toʻplab olish va keyin esa teshik kulchaga oʻxshash termohimoyali halqa boʻylab tezlatish mumkin boʻlgan, zaryadlangan zarralardan tashkil topgandir.

Aynan shu tufayli hozirda butun dunyoga mashhur boʻlgan “tokamak” soʻzi yuzaga kelgan. U ruscha “Toroidalnaya kamera magnitnaya” soʻzlarining dastlabki juft harflaridan tuzilgan.

Tokamak gʻoyasi avval boshda juda oqilona ishdek taassurot uygʻotar edi. Plazmani uning qismlaridan birida zarrachalarning oʻzaro tasodifiy toʻqnashishi va birlashishi, buning natijasida boshqa zarrachalarni ham termoyadro reaksiyaga jalb etishga yetarli energiya berib, reaksiyaning keyingi bardavomligi taʼminlanishi holatining yuz berishini kutishni oʻrganib olish yetarli boʻladi deb oʻylashgan.

Biroq plazma “ayyorroq” boʻlib chiqdi va sarf etilayotgan barcha kuch-gʻayrat, sarf-xarajatlarga qaramasdan, hozirgi kungacha ham janob plazmaning oʻzini barqaror tutadigan holatga keltirishning imkoni boʻlmayapti.

Biroq shu kunlarda xalqaro ilmiy jamoatchilik nigohi ushbu masala yechimida yangi bir davrni boshlab berishi kutilayotgan boshqa bir loyiha — ITERʼga qaratilmoqda. ITER — International Thermonuclear Experimental Reactor soʻzlarining birinchi harflaridan yasalgan abbreviatura boʻlib, insoniyatning boʻysunuvchi termoyadro reaksiyalariga ega boʻlish, uning energetik va boshqa mahsuldorligini oʻz manfaatlari uchun yoʻnaltirishga boʻlgan urinishlarning eng soʻngi namunasi boʻlib, uning ishi haqiqiy maʼnodagi xalqaro ilmiy jamoa tomonidan yuritilmoqda. 

ITER loyihasi ustida ishlayotganlar ichida Yevroittifoq, Rossiya, Qozogʻiston, Janubiy Koreya, Xitoy, Hindiston, AQSh va, albatta, yapon olimlari hamda muhandislari boʻlib, loyihaga rus akademigi Yevgeniy Velixov rahbarlik qilmoqda. Ushbu ulkan loyihaning umumiy bahosi hozircha 10 milliard yevroga teng boʻlishi kutilmoqda va uning qurilish ishlari 2014-yildayoq boshlab yuborilgan.

ITER koordinatalari Fransiya janubida joylashgan boʻlib, qurilishning yakunlanishi hamda loyihaning dastlabki amaliy sinovlari 2017-yilda boshlanishi koʻzda tutilgan. ITERʼning “yuragi” massasi 23 tonna va balandligi 60 metr boʻlgan toroidal magnit kamerasi boʻlib, unda deyteriy hamda tritiy ishtirokidagi oʻsha mumtoz reaksiyani jonlantirish maqsad qilingan.

ITERʼni ishga qoʻyish va reaksiyani amalga oshirish uchun muhandis olimlarga kamida 3 kg miqdorda tritiy zarur boʻladi. Deyteriy unchalik qimmat emas, lekin tritiyning har bir kilogrammi mutaxassislarga taxminan 30 million AQSh dollari atrofidagi kattagina xarajatga tushadi.

ITERʼning asosiy texnik tavsiflari

Konstruksiyaning umumiy radiusi	10.7 m
Balandlik	30 m
Vakuum kamerasining katta radiusi	6.2 m
Vakuum kamerasining kichik radiusi	2.0 m
Oʻrtacha harorat	100 MK
Magnit maydon	837 Tl
Plazma hajmi	837 m3

Siqish kuchi

ITER hamda sobiq ittifoq olimlari taklif etgan tokamak loyihalaridan tashqari, termoyadro yoqilgʻini qizdirish uchun mazkur yoqilgʻini kuchli siqish usulidan foydalanish koʻzda tutilgan yana bir termoyadro energetikasi loyihasi mavjud. Unda termoyadro yoqilgʻisini siqish, siqish boʻlganda ham juda-juda kuchli siqish kerak boʻladi.

Shunchalik kuchli siqish kerakki, birlashish reaksiyasi favqulodda tez fursatlarda boshlanishi va uning mahsullari tarqalib ketishga ulgurmasidan avval keyingi boshqa yadrolarning birlashishini taʼminlashga xizmat qilishi kerak. Bu orqali barqaror, boshqariluvchi termoyadro reaksiyasiga ega boʻlish maqsad qilingan.

Bunday yondashuvning istiqbolli ekanligi 1974-yildayoq, yaʼni KMS Fusion kompaniyasi mutaxassislari tomonidan oʻta katta quvvatli lazer nurlari dastasi yordamida termoyadro yoqilgʻisini kuchli siqishga erishilgan vaqtda namoyon boʻlgan edi. Biroq oʻshanda ham termoyadro reaksiyani oʻzini-oʻzi barqaror davom ettirib turadigan tarzda avj oldirishga erishilmagan edi.

Keyinchalik ushbu maqsad yoʻlida qoʻllash uchun yanada quvvatliroq lazerlar ishlab chiqildi va mazkur ixtirochilik zanjirining yuqori choʻqqisi sifatida amerikalik muhandislar tayyorlagan NIF qurilmasi namoyon boʻldi. NIF (National Ignition Facility, yaʼni Milliy oʻt oldirish qurilmasi) 90-yillarning oxirida barpo etila boshlangan lazer qurilmasi boʻlib, uning vazifasi nomidan ham yaqqol koʻrinib turibdi. 

Unda 192 ta yoʻnaltirilgan va oʻzaro muvofiqlashtirilgan tarzda ishlovchi ultrabinafsha lazer nurlari dastasi, ichiga termoyadro yoqilgʻi joylashtirilgan kichik bir kapsulaga 500 TVt gacha boʻlgan energiya impulsini yoʻnaltirish mumkin. NIF qurilmasining eng asosiy qismi, ichiga termoyadro yoqilgʻi joylashtiriladigan kapsula boʻlib, u xolraum deb nomlanadi. U lazer nurlari energiyasini yutib, ularni oʻz ichkarisiga rentgen nurlari koʻrinishida qayta nurlantiradi. 

Ichkariga yoʻnaltirilgan (nurlantirilgan) energiya esa xolraum ichidagi yanada kichikroq obyektga taʼsir qiladi. Xolraum ichidagi bu obyekt — diametri 2 mm atrofidagi mitti sfera boʻlib, aynan uning ichiga termoyadro yoqilgʻisi boʻlgan elementlar — deyteriy va tritiy joylashtiriladi. Bunday mitti namunaning shunday katta energiya taʼsiriga tushib qolganida qanday ahvolga tushishni tasavvur qilish qiyin.

Nima boʻlganda ham, u oʻzini juda “injiq” tutadi. Xolraumning kuchli ichki rentgen nurlantirishiga qaramay, yoqilgʻi namunasi ravon sfera shaklida, bir maromda siqilish oʻrniga gʻayrioddiy gʻalati shakllarga kiradi. Siqilish bosimi reaksiyani boshlab yuborish uchun yetarli qiymatgacha yetib bormaydi.

Biroq yaqinda NIF muhandislari buning uddasidan chiqqanini butun dunyo ilmiy jamoatchiligiga maʼlum qildi. Ular lazer nurlari quvvatini imkon boricha eng maksimal ravonlik darajasidagi bir maromda uzatishga urinib koʻrdi: termoyadro yoqilgʻi taxminan 10 KJ energiya yutib, 17 KJ atrofida energiya ajratib chiqardi (yutilgan va ajralib chiqqan energiya miqdorlarining nisbatlari baʼzi hollarda 1.2 dan 1.9 gacha boʻlgan sonlarni tashkil qildi).

Biroq ushbu erishilgan natijani ham mutaxassislar hozircha yetarli emas deb baholamoqda uning keyingi rivoji ham uzoq kutilayotgan termoyadro energetikasi inshootlarining barpo etilishiga olib borishiga katta shubha bildirmoqda. Haqiqatan ham, amerikalik NIF qurilmasi mutaxassislarining har qancha faxrlanishiga qaramay, faqat termoyadro yoqilgʻi tomonidan yutilgan energiya miqdorining “toza” son miqdorini eʼtiborga olmasak, NIF qurilmasining 192 dona katta quvvatli lazer bilan birgalikdagi umumiy samaradorlik koʻrsatkichi reaksiya yakuniga koʻra atigi 1 foizni tashkil etadi.

Boshqacha aytganda, NIF foydali ish koeffitsiyenti deyarli nol boʻlib chiqmoqda. Asosiysi esa reaksiyaning boshlanishi va barqaror davom etishi uchun yetarli ravishda oʻt oldirish hali hamon uddalangani yoʻq.

Bunga erishish uchun esa NIF usulining samaradorlik koʻrsatkichini yana bir necha barobar orttirish talab etiladi. Balki, bunga hatto nazariy jihatdan ham erishishning imkoni yoʻqdir. Chunki lazerlarning bunday bir meʼyor maromida uzatishida termoyadro yoqilgʻisi oʻta tezkorlik bilan qizib ketadi va natijada bosimning tashlab yuborilishi sodir boʻladi. Demak, 2017-yilda ITER ishga tushganidan keyin ham yana yurish navbati mumtoz tokamaklar tarafiga oʻtishi ehtimol.

Maqolamiz soʻngida termoyadro reaksiyalarining barqaror boshqarish shartlari haqida toʻxtalib oʻtmoqchimiz. Shartlar atiga ikkita boʻlib, ular XX asrning 50- yillaridayoq keltirib chiqarilgan N·t>~10²⁰ tenglamaga boʻysunadi. 

Bunda N — zarrachalar konsentratsiyasi, t — vaqt. Termoyadro reaksiyasini boshqarish Louson kriteriysi deb nomlanuvchi usullardan yoki plazmani tutib turish vaqtini uzaytirish (sobiq ittifoq tokamaklari va zamonaviy ITERʼlar shu tamoyilga asoslanadi) usulidan yoki zarrachalar konsentratsiyasini orttirish hamda termoyadro yoqilgʻini imkon boricha maksimal siqish orqali erishish mumkin.

Maqola orbita.uz saytidan olindi. Original maqola → Zamonamiz alkimyogarlari
Muqova surat: spark.ru