ЦӨМИЙН НЭГДЭХ УРВАЛ ГЭЖ ЮУ ВЭ?
Цөмийн нэгдэх урвал гэдэг нь хоёр хөнгөн атомын цөм нийлж, их хэмжээний энерги ялгаруулж нэг цөм үүсгэх процесс юм.
Нэгдэх урвал нь бодисын плазм төлөвт явагддаг ба энэ нь хатуу, шингэн эсвэл хий төлөвөөс ялгаатай өвөрмөц шинж чанартай эерэг ион ба чөлөөт электронуудаас бүрдсэн халуун, цэнэгтэй хий юм.
Энэхүү урвал нь нар болон оддын гадаргуу дээр явагддаг. Нар дээр цөмийн нэгдэх урвал явагдахын тулд цөмүүд маш өндөр температурт буюу арван сая орчим хэмийн температурт хоорондоо мөргөлдөх шаардлагатай болдог. Уг өндөр температур нь цөмүүдийг тэдгээрийн хооронд үүсэх харилцан цахилгаан түлхэлтийн хүчийг давах хангалттай энергиэр хангадаг. Цөмүүд хоорондоо маш ойрхон зайд орсны дараа тэдгээрийн хоорондох цөмийн татах хүч цахилгаан түлхэлтийн хүчнээс давж, нэгдэх боломжийг олгодог. Энэхүү процессыг үүсгэж, цөмүүдийн мөргөлдөх магадлалыг нэмэгдүүлэхийн тулд цөмүүд жижиг орон зайд байх ёстой. Нарны асар их таталцлын улмаас үүссэн даралт нь хөнгөн цөмүүдийн нэгдэх урвалыг боломжтой болгодог байна.
Судлаачид цөмийн нэгдэх урвалд яагаад өндөр ач холбогдол өгдөг вэ?
Цөмийн нэгдлийн онолыг 1930-аад онд ойлгож эхэлснээс хойш эрдэмтэд, тэр дундаа инженерүүд үүнийг дэлхий дээр бүтээх, ашиглах судалгааг хийж байна. Учир нь цөмийн нэгдэх урвалыг дэлхий дээр тогтвортой явуулж чадвал энэ нь дэлхийн эрчим хүчний хэрэглээг хангаад зогсохгүй маш цэвэр, аюулгүй, хямд эрчим хүчийг бий болгох боломжтой юм.
Цөмийн нэгдэх урвалаар хуваагдах урвал (цөмийн эрчим хүчний станцад явагддаг)-аас нэг кг түлш тутамд дөрөв дахин, газрын тос, нүүрс шатаахаас бараг дөрвөн сая дахин их энерги гаргах боломжтой.
Хөгжүүлэлтийн шатандаа явж буй нэгдэх урвалын реакторуудын ихэнх үзэл баримтлалд нэмэлтээр нейтрон агуулсан устөрөгчийн атомууд болох дейтерий ба тритийгийн нэгдлийг ашиглахаар тусгагдсан байдаг. Онолын хувьд эдгээр нэгдлийн хэдхэн граммаар нэг теражоуль эрчим хүч гаргаж авах боломжтой бөгөөд энэ нь өндөр хөгжилтэй орны нэг хүнд ногдох жар гаруй жилийн хэрэгцээтэй тэнцэх эрчим хүч юм.
Нэгдэх урвалын түлш нь элбэг бөгөөд гаргаж авахад амар байдаг: Дейтерийг далайн уснаас хялбар гаргаж авах боломжтой бөгөөд тритийг байгаль дээр элбэг тархсан литийг нейтронтой нэгдэх урвал явуулах замаар гаргаж авах боломжтой. Энэхүү түлшний нөөц нь хэдэн сая жил үргэлжлэх боломжтой. Ирээдүйн нэгдэх урвалын реакторууд нь үндсэндээ аюулгүй ба мөн өндөр идэвхтэй, урт настай цацраг идэвхт хаягдал үүсгэхгүй. Түүнчлэн, нэгдэх урвалын процессыг эхлүүлэх, тогтвортой явуулах нь төвөгтэй учир өрнөх урвал болон голомт хайлах эрсдэл байхгүй; нэгдэх урвал нь зөвхөн нарийн үйл ажиллагааны нөхцөлд явагдах бөгөөд урвал явагдах нөхцөлийг бүрдүүлээгүй тохиолдолд (жишээлбэл, осол эсвэл системийн алдааны үед) плазм нь аяндаа устан, эрчим хүчээ маш хурдан алдаж, реакторт гэмтэл учруулахаас өмнө унтардаг.
Хамгийн чухал нь цөмийн нэгдэх урвалаар гаргаж буй эрчим хүч нь задрах урвалаар гаргадаг эрчим хүчтэй нэгэн адил агаар мандалд нүүрстөрөгчийн давхар исэл болон бусад хүлэмжийн хийг ялгаруулдаггүй тул 21 дүгээр зууны хоёрдугаар хагасаас эхлэн нүүрстөрөгч ялгаруулдаггүй эрчим хүчний урт хугацааны эх үүсвэр болох боломжтой юм.
Нарны гадаргуу дээрх температураас ч халуун
Нарны асар их таталцлын хүч нь аяндаа цөмийн нэгдэх урвалыг өдөөдөг ба энэ таталцаллын хүчбайхгүй үед урвалыг явуулахын тулд нарныхаас ч илүү өндөр температур шаардлагатай. Дэлхий дээр плазмыг тогтвортой байлгаж, цөмийн нэгдэх урвалыг асаахад шаардагдсан эрчим хүчнээс илүү эрчим хүчийг тогтвортойгоор гарган авахын тулд даралт болон соронзон хүчийг нэгэн зэрэг удирдаж, 100 сая цельсээс их температур үүсгэх шаардлагатай.
Туршилтын явцад цөмийн нэгдэх урвалын реакторт шаардлагатай нөхцөлтэй маш ойрхон нөхцөлийг тогтмол хангаж байгаа ч урвалыг тогтвортой байлгах, тогтвортойгоор эрчим хүч үйлдвэрлэхэд плазмын хязгаарлагдмал шинж чанар, тогтвортой байдлыг сайжруулах шаардлагатай хэвээр байна. Дэлхийн өнцөг булан бүрээс нэгдсэн эрдэмтэн, инженерүүд шинэ материал, технологиудыг боловсруулан туршиж цөмийн нэгдэх урвалын цэвэр эрчим хүчийг бий болгох ажлыг үргэлжлүүлэн хийсээр байна.
Дэлхий нийт цөмийн нэгдэх урвалаар эрчим хүч гарган авах технологийн хөгжлийн ямар шатанд байна вэ?
Цөмийн нэгдэх урвал болон плазмын физикийн судалгаа дэлхийн 50 гаруй оронд хийгддэг бөгөөд судлаачид нэгдэх урвалаас эрчим хүч гарган авах туршилтыг амжилттай хийгээд байна. Судлаачид цөмийн нэгдэх урвалыг явуулах соронзонд суурилсан Токамок, Стелларэйтор зэрэголон төрлийн загвар бүхий төхөөрөмжүүд, түүнчлэн лазер, шугаман төхөөрөмж, сайжруулсан түлш зэрэгт тулгуурласан аргуудыг хөгжүүлж байна.
Нэгдэх урвалаас гаргах эрчим хүчийг амжилттай нэвтрүүлэхэд шаардагдах хугацаа нь дэлхийн улс орнуудын хамтын ажиллагаа, түншлэлийн хүрээнд өөрсдийн нөөцөө дайчлах, мөн тухайн салбар нь шинээр гарч ирж буй нэгдэх урвалын технологийг хэр хурдан хөгжүүлж, баталгаажуулж, шаардлагад нийцүүлэхээс хамаарна. Өөр нэг чухал асуудал нь энэхүү ирээдүйн эрчим хүчний эх үүсвэрийг хэрэглээнд нэвтрүүлэхэд шаардлагатай стандарт, сайн туршлага зэрэг цөмийн дэд бүтцийг хамтад нь хөгжүүлэх явдал юм.
Дэлхий даяар 10 жилийн турш эд ангиудын загвар, талбайн бэлтгэл, үйлдвэрлэлийн дараа дэлхийн хамгийн том олон улсын цөмийн нэгдэх урвалын байгууламж болох ITER-ийн угсралт Франц Улсад 2020 онд эхэлсэн. ITER нь цөмийн нэгдэх урвалаар эрчим хүч үйлдвэрлэх шинжлэх ухаан, технологийн үндэслэлийг харуулах “DEMO” гэж нэрлэгддэг ирээдүйн эрчим хүч үйлдвэрлэх нэгдэх урвалын эрчим хүчний загвар станцуудын технологи, үзэл баримтлалыг батлах зорилготой олон улсын төсөл юм. ITER анхны туршилтаа 2025 онд хийж эхлэх бөгөөд 2036 онд бүрэн хүчин чадалтайгаар туршилтаа эхлүүлэхээр төлөвлөж байна.
DEMO-ийн хугацаа улс орнуудад өөр өөр байдаг ч 2050 он гэхэд цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэдэг цөмийн нэгдэх урвалын эрчим хүчний станцыг барьж ашиглалтад оруулах боломжтой гэдэгтэй шинжээчид санал нэг байдаг байна. Үүний зэрэгцээ хувийн хэвшлийн санхүүжилттэй олон аж ахуйн нэгж цөмийн нэгдэх урвалын эрчим хүчний станцын үзэл баримтлалыг боловсруулж, олон жилийн турш улсын төсвөөс санхүүжүүлсэн судалгаа, хөгжүүлэлтийн явцад бий болсон ноу-хау дээр тулгуурлан, цөмийн нэгдэх урвалын эрчим хүчний ирээдүйн хэрэглээг улам хурдасгаж байна.
