Защо е необходима термоядрена енергия?
За да се предотврати покачването на глобалните температури с повече от 1,5
Ами ако има едно енергийно решение, което може да реши всички тези належащи проблеми? Макар това да звучи фантастично, то съществува.
Една от най-мощните форми на енергия ниеизползваме днес е ядрената енергия. Въпреки че съвременната ядрена енергетика е изключително ефективна и генерира нулеви въглеродни емисии, тя има много недостатъци и те са сериозни: потенциални ядрени стопилки и радиоактивни отпадъци, които остават опасни в продължение на хиляди години.
Но има и по-добър начин.
Какво е термоядрен синтез и как може да се прилага на Земята?
Всички настоящи ядрени реактори работят сизползвайки ядрено делене, процесът на разделяне на атомите за производство на енергия. Години наред учените се чудеха как можем да използваме обратния процес - ядрен синтез, който „захранва“ слънцето, като свързва атомите заедно - за задоволяване на нарастващите енергийни нужди на Земята. Термоядреният синтез сам по себе си е свръхмощен процес, няколко пъти по-мощен от деленето и не води до образуване на ядрени отпадъци, тъй като неговото гориво не е уран или плутоний, а водород. Всъщност, ако разработването на термоядрен реактор е успешно, учените ще създадат „мини-слънце“ на Земята.
"Постигане на контролирани термоядрени реакции,които консумират повече енергия, отколкото е необходимо за генерирането им, и се разглеждат в търговската мрежа като потенциален отговор на изменението на климата “, обяснява научният кореспондент Натаниел Гроневолд за Scientific American. „Ядреният синтез ще премахне необходимостта от изкопаеми горива и ще реши проблемите с прекъсването и надеждността, присъщи на възобновяемите енергийни източници. Енергията ще се генерира без опасното количество радиация, което поражда опасения относно енергията на ядрено делене. "
Служители на Международния термоядренексперименталният реактор (ITER), многонационален проект, базиран в южната част на Франция, обяви, че сега те са само на 6,5 години от Първа плазма, исторически етап. Проектът ITER, подкрепен от консорциум от 35 държави, вече е завършен на 65%, се казва в съобщение за пресата тази седмица. Новоинсталираната секция - основата на криостата и долния цилиндър - проправя пътя за инсталирането на токамака, технологичната структура, избрана да приюти мощното магнитно поле, което би заобикаляло ядреното ядро на свръхгорещата плазма.
Проблеми с ядрен синтез
Ядреният синтез е толкова труден за постигане порадиекстремни условия - например в ядрото на Слънцето - които трябва да бъдат възпроизведени тук на Земята. Както е обяснено в Министерството на енергетиката на САЩ, "термоядрените реакции се изучават от учените, но те са трудни за поддържане за дълги периоди от време поради огромното налягане и температура, необходими за сливането на ядрата".
Ядрената енергия изисква ограничаванемного гореща плазма под високо налягане. Магнитното задържане на много гореща — много пъти по-гореща от центъра на Слънцето — плазма изисква силни магнитни полета. Те трябва да са 10 пъти по-високи от атмосферното налягане на повърхността на Земята. Силата на магнитното поле е критичен параметър за постигането на тези условия, тъй като осигурява както изолация, за да поддържа плазмата гореща, така и външно налягане, за да я поддържа стабилна - всичко това без физически контакт между плазмата и повърхността на материала.
Въпреки че ядреният синтез произвежданевероятни перспективи за решаване на някои от най-трудните проблеми на съвременния свят, времето тиктака и много експерти казват, че дори синтезът да е точно зад ъгъла, времето не е на наша страна. Въпреки че се надяваме, че ITER ще бъде пуснат до 2025 г. и ще започне да функционира напълно около 2035 г., това може да е твърде късно. Още през 2019 г. експертите по климата твърдяха, че 12-годишният срок, който Междуправителствената група даде на света за обръщане на променящата се ситуация на планетата, може да се наложи да бъде съкратен на 18 месеца. Ханс Йоахим Шелнхубер от Института за климата в Потсдам го обясни по следния начин преди година: „Климатичната математика е кристално ясна: въпреки че светът може да не бъде излекуван през следващите няколко години, той може да бъде смъртоносно ранен от небрежност преди 2020 г.“
Тази седмица обаче надеждите за чиста енергия отново се възродиха.
Проект SPARC
Учените разработват компактна версияРеактор за ядрен синтез е показано в поредица от научни статии, че работи, съживявайки надеждите, че отдавна неуловимата цел за имитиране на производството на слънчева енергия може да бъде постигната и в крайна сметка да допринесе за борбата срещу изменението на климата.
Център за плазмени изследвания и термоядрениMIT в сътрудничество с частна стартираща компания Commonwealth Fusion Systems (CFS) разработва концептуалния проект SPARC. Това е компактен експеримент с високо напрежение с чиста термоядрена енергия. Очаква се SPARC да бъде с размерите на съществуващите термоядрени устройства от среден клас, но с много по-силно магнитно поле. Въз основа на законите на физиката, учените се надяват, че устройството ще произвежда 50-100 MW термоядрена мощност. Подобен експеримент ще бъде първата демонстрация на създаването на чиста енергия и възможността за създаване на устройство, изградено с помощта на нова свръхпроводяща технология. SPARC е част от цялостната стратегия за ускоряване на развитието на термоядрен синтез чрез използването на нови високополеви високотемпературни свръхпроводящи магнити (HTSC).
Ядрената електроцентрала Sparc ще бъде относително малка, както е показано на това изображение на реакционната камера.
Т. Хендерсън / CFS / MIT-PSFC
Време за строителство
Очаква се изграждането на реактора подИмето SPARC, което се разработва от изследователи от Масачузетския технологичен институт и дъщерно дружество на Commonwealth Fusion Systems, ще започне следващата пролет и ще отнеме три или четири години, съобщиха изследователи и служители на компанията.
Въпреки че все още има много сериозни проблеми,компанията заяви, че строителството ще бъде последвано от изпитания и, ако успее, електроцентрала, която може да използва термоядрена енергия за производство на електроенергия, започвайки през следващото десетилетие.
Този амбициозен график е много по-бърз отнай-големият в света проект за термоядрена енергия, мултинационален проект в южна Франция, наречен ITER. Този реактор се строи от 2013 г. и въпреки че не е проектиран да генерира електричество, се очаква да произвежда реакции на термоядрен синтез до 2035 г.
Боб Мумгаард, главен изпълнителен директор на CommonwealthFusion и един от основателите на компанията заяви, че целта на проекта SPARC е да разработи синтез навреме, за да играе роля за смекчаване на последиците от глобалното затопляне. "Ние сме фокусирани върху получаването на термоядрена енергия възможно най-бързо", каза той.
Термоядрен синтез, при който леките атомиобединяването при температури от десетки милиони градуси за освобождаване на енергия се превърна в начин светът да се справи с въздействието на изменението на климата от производството на електроенергия.
Подобно на конвенционалната ядрена електроцентрала, която разделя атомите, термоядрената централа няма да изгаря изкопаеми горива и няма да произвежда емисии на парникови газове.
Критика на проекта
Въпреки амбициите на проекта, препятствия по пътясъздаването на машина, способна да създава термоядрена плазма и да манипулира завихрящ се супер-горещ облак от атоми, който уврежда или унищожава всичко, до което се докосне, е огромно.
Някои учени, които десетилетия наред са работили върху термоядрената енергия, казват, че макар да са ентусиазирани от перспективите на Sparc, графикът може просто да е нереален.
„Четенето на тези документи (научни трудове- приблизително изд.) ми създава усещането, че разработчиците ще имат контролираната термоядрена термоядрена плазма, за която всички мечтаем “, каза Кери Форест, физик от университета в Уисконсин, който не участва в проекта. Той обаче не е сигурен дали графикът на проекта е реалистичен.
Според д-р Mumgaard, SPARC ще бъде многопо-малък от ITER - размерът на тенис корт в сравнение с футболно игрище - и много по-евтин от международен проект, който според официалните оценки ще струва около 22 милиарда долара, но тази цифра не е границата. Commonwealth Fusion, основана през 2018 г. и с около 100 служители, събра до момента 200 милиона долара за своя проект.
Разлики между Sparc и ITER
Тъй като започнаха преди почти векексперименти с термоядрен синтез, перспективата за създаване на практично устройство за синтез, което може да произвежда повече енергия, отколкото използва, остава неуловима.
Но, според констатациите на учените в The Journal of Plasma Physics, проектът SPARC ще успее и ще произведе 10 пъти повече енергия, отколкото консумира.
Изследванията „потвърждават, че проектът е такъвтози, за когото работим, вероятно ще работи “, каза Мартин Гринуолд, заместник-директор на Центъра за плазмени изследвания и синтез на MIT и един от водещите учени на проекта. Д-р Гринуолд е основател на Commonwealth Fusion, но в момента не е свързан с компанията.
SPARC използва същия тип устройство катоITER: Токамак или камера с форма на поничка, в която протича реакция на сливане. Тъй като плазменият облак е толкова горещ - по-горещ от Слънцето - той трябва да бъде задържан от магнитни сили.
ITER прави това с помощта на огромни електромагнитни намотки, съдържащи свръхпроводящи проводници, които трябва да се охлаждат с течен хелий.
Модел на термоядрен реактор ITER (напречно сечение)
CC BY-SA 2.0 fr
Според Greenwald SPARC използвапредимствата на нова електромагнитна технология, която използва така наречените високотемпературни свръхпроводници, които могат да създадат много по-силно магнитно поле. В резултат на това плазмата е много по-малка.
Документите показват, че „този път с високполето все още изглежда жизнеспособно ”, каза д-р Гринуолд. „Ако успеем да преодолеем инженерните предизвикателства, тази машина ще работи, както прогнозираме.“
Commonwealth Fusion заяви, че ще обяви местонахождението на SPARC след няколко месеца.
Кой друг работи върху термоядрената енергия и има ли надежда?
Commonwealth Fusion е само един от многотокомпании, работещи върху разработването и комерсиализацията на термоядрена енергия в партньорство с изследователски институции, подкрепени със стотици милиони долари инвестиции.
Например TAE Technologies, базиранв Южна Калифорния работи върху дизайн, който използва линейно устройство, което изстрелва два облака плазма един срещу друг, за да произведе ядрен синтез.
First Light Fusion, дъщерно дружество на Оксфордския университет в Англия, използва енергия за компресиране и компресиране на термоядрено гориво.
Д-р Форест каза:Чрез използването на по-силни магнитни полета може да се каже, че SPARC е по-„консервативен“. „Това напълно го отличава от всички стартиращи компании, които по дефиниция са повече рисковано“, подчертава той.
Уилям Дорланд, физик от университета в Мериленд иредакторът на The Journal of Plasma Physics, каза, че списанието е помолило представители на някои от тези термоядрени проекти да "говорят за тяхната физическа основа". Групата на MIT и Commonwealth Fusion бързо се съгласи, каза той.
„От моя гледна точка това е първата от тези групи,която има частни пари, което всъщност е много ясно какво правят “, каза д-р Дорланд. - Разумните хора не са съгласни дали това работи. Но просто съм щастлив, че те се засилиха и ни казват, използвайки нормална наука какво се случва “, заключава той.
В крайна сметка какви последствия да очаквамеразработване на термоядрен реактор? Ако технологичните процеси бъдат отстранени и контролирани, това ще спаси човечеството. Почистената енергия от сливане на атоми, вместо да ги дели, поне ще предпази планетата от ядрени отпадъци.
Какъв е долният ред?
Въпреки цялата опасност и сложност на проектите поразвитието на термоядрения синтез, изглежда, че човечеството няма алтернативи. Възможностите на планетата са ограничени, за разлика от човешките нужди. Дали SPARC, ITER или който и да е стартъп ще изпълнят обещанията си, времето ще покаже.
Прочетете също
Учен е създал боя, която може да замени скъпите слънчеви панели
Мисията CHEOPS е открила планета с най-суровите условия във Вселената. основното нещо
Астрономите са открили лунен ускорител от 60-те години. Той се насочва към Земята