Što je nuklearna fuzija?
Nuklearna fuzija (u ovom slučaju nuklearna fuzija) je reakcija
Prema modernoj astrofizičkojPojmovi, glavni izvor energije Sunca i drugih zvijezda je termonuklearna fuzija koja se odvija u njihovim dubinama. U zemaljskim uvjetima provodi se eksplozijom vodikove bombe. Termonuklearnu fuziju prati kolosalno oslobađanje energije po jedinici mase reakcijskih tvari (oko 10 milijuna puta više nego u kemijskim reakcijama). Stoga je od velikog interesa svladati ovaj postupak i na njegovoj osnovi stvoriti jeftin i ekološki prihvatljiv izvor energije. Međutim, unatoč činjenici da su veliki znanstveni i tehnički timovi u mnogim razvijenim zemljama uključeni u istraživanje kontrolirane termonuklearne fuzije (CTF), još uvijek postoji mnogo složenih problema koje treba riješiti prije nego što industrijska proizvodnja termonuklearne energije postane stvarnost.
Moderne nuklearne elektrane koje koriste fisijski proces samo djelomično zadovoljavaju svjetske potrebe za električnom energijom.Oni su potaknuti prirodnim radioaktivnim elementima urana i torija, čije su obilje i rezerve u prirodi vrlo ograničene; Stoga, za mnoge zemlje postojiGlavna komponenta fuzijskog goriva je izotop vodika, deuterija, koji se nalazi u morskoj vodi.Njegove rezerve su javno dostupne i vrlo velike (Svjetski ocean pokriva ~ 71% zemljine površine, a deuterij čini oko 0,016% ukupnog broja atoma vodika koji čine vodu).
Osim dostupnosti goriva, termonuklearni izvori energije imaju i sljedeće važne prednosti u odnosu na nuklearne elektrane:
- CTS reaktor sadrži mnogo manje radioaktivnih materijala od reaktora nuklearne fisije, pa su stoga posljedice slučajnog ispuštanja radioaktivnih proizvoda manje opasne;
- termonuklearne reakcije stvaraju manje dugovječni radioaktivni otpad;
- TCB omogućuje izravno stvaranje električne energije.
Uspješna provedba fuzijske reakcije ovisi o svojstvima korištenih atomskih jezgri i mogućnosti dobivanja guste visokotemperaturne plazme koja je potrebna za pokretanje reakcije.
Kako se oslobađa energija tijekom fuzije?
Do oslobađanja energije tijekom nuklearne fuzije dolazi zbogizuzetno intenzivne sile privlačenja koje djeluju unutar jezgre; te sile drže zajedno protone i neutrone koji čine jezgru. Vrlo su intenzivni i izuzetno brzo propadaju s daljinom. Pored ovih sila, pozitivno nabijeni protoni stvaraju elektrostatičke odbojne sile. Radijus djelovanja elektrostatičkih sila mnogo je veći od radijusa nuklearnih sila, pa one počinju prevladavati kad se jezgre uklone jedna od druge.
U normalnim uvjetima, kinetička energija jezgrilagani atomi su premali da bi prevladali elektrostatičku odbojnost, mogli bi se približiti i ući u nuklearnu reakciju. Međutim, odbijanje se može nadvladati "grubom" silom, na primjer, sudaranjem jezgri s velikom relativnom brzinom.
Zašto znanstvenici rade nuklearnu fuziju?
Istraživači u razvoju termonuklearareaktor koji može proizvesti više energije nego što troši, pokazao je u nizu nedavnih radova da njihovi projekti moraju raditi, vraćajući optimizam da će ovaj čisti, neograničeni izvor energije pomoći u ublažavanju klimatske krize.
Skupina istraživača iz MassachusettsaInstitut za tehnologiju (MIT) i drugi instituti izjavljuju da će kompaktni fuzijski reaktor SPARC raditi u stvarnosti. Barem u teoriji, kako tvrde u nizu nedavno objavljenih studija.
Tim ističe da je tijekom faza planiranja brnisu pronađene neočekivane zapreke ili iznenađenja. To stoji u sedam članaka 47 istraživača iz 12 različitih znanstvenih institucija.
Iako je novi reaktor još uvijek u ranoj fazi razvoja, znanstvenici se nadaju da će do kraja desetljeća moći Martin Greenwald, jedan od viših znanstvenika projekta, rekao je za The Guardian da je ključna motivacija za ambiciozni vremenski okvir zadovoljavanje energetskih potreba u okruženju zagrijavanja."Fuzija se čini kao jedno od mogućih rješenja za izlazak iz prijeteće klimatske katastrofe", rekao je .
U čemu je problem fuzije i kako može pomoći planeti?
Nuklearna fuzija, fizički proces kojinapajanje našeg sunca događa se kada se atomi sudaraju zajedno na ekstremno visokim temperaturama i pritiscima, zbog čega oslobađaju ogromne količine energije stapanjem s težim atomima.
Otkako je prvi put otkriven u prošlom stoljeću, znanstvenici su nastojali iskoristiti nuklearnu fuziju, iznimno gust oblik energije čije je gorivo - izotopi vodika - obilno i nadopunjeno.Štoviše, fuzija ne proizvodi stakleničke plinove ili ugljik i, za razliku od nuklearnih fisijskih reaktora, ne nosirizik od topljenja.
Međutim, upotreba ovog oblika nuklearne energije pokazala se iznimno teškom, jer je zahtijevala zagrijavanje "juhe subatomskih čestica" - plazme, na stotine milijuna stupnjeva - prevruće da izdrži bilo koji spremnik.Da bi to zaobišli, znanstvenici su razvili kameru u obliku krafne kroz koju prolazi snažno magnetsko polje, nazvano tokamak, koji držiPlazma na mjestu.
Što se već razvija?
Znanstvenici s Massachusetts Institute of Technologyi podružnica Commonwealth Fusion Systems započeli su s projektiranjem novog reaktora, kompaktnijeg od svojih prethodnika, još početkom 2018. godine, s izgradnjom koja je započela u prvoj polovici sljedeće godine. Ako njihov raspored bude išao prema planu, reaktor nazvan Sparc mogao bi do 2030. proizvoditi električnu energiju za mrežu, prema istraživačima i dužnosnicima tvrtke. To će biti puno brže od postojećih velikih inicijativa za fuzijsku energiju.
Postojeći dizajni reaktora preveliki su i skupi za proizvodnju električne energije za potrošače.Koristeći najsuvremenije, ultra jake magnete, tim MIT-a i Commonwealth Fusiona nada se da će stvoriti kompaktan, učinkovit i skalabilan reaktorTokamak. Ono što smo doista učinili jest kombinirati postojeću znanost s novim materijalom kako bismo otvorili ogromne nove mogućnosti", rekao je Greenwald.
Nakon što je demonstrirao da je Sparc uređajteoretski bi mogao proizvesti više energije nego što je potrebno za rad, u istraživačkim radovima objavljenim u rujnu sljedeći je korak izgradnja reaktora, a zatim pilot postrojenja koje će proizvoditi električnu energiju na mreži.
Za i protiv nuklearne fuzije
Znanstvenici i poduzetnici to već dugo obećavajutermonuklearna fuzija je pred vratima, ali suočila se s nepremostivim problemima. To je uzrokovalo nesklonost ulaganju u nju, posebno jer su vjetar, solarna energija i drugi obnovljivi izvori energije, iako manje snažni od fuzije, postali učinkovitiji i isplativiji.
Ali situacija se mijenja.U Bidenovom planu od 2 bilijuna dolara nazvao je naprednu nuklearnu tehnologiju dijelom strategije dekarbonizacije. Demokrati su podržali nuklearnu energiju prvi put od 1972. godine. Značajna ulaganja također dolaze iz privatnih izvora, uključujući neke velike naftne i plinske tvrtke, koje fuziju vide kao dugoročno bolje uporište od vjetra i sunca.
Prema Bobu Mamgaardu, izvršnom direktoru Commonwealth Fusiona, cilj nije koristiti fuziju za zamjenu solarne i vjetroelektrane , već ih nadopuniti ."Postoje stvari koje bi bilo teško učiniti samo s obnovljivim izvorima energije, u industrijskim razmjerima, poput napajanja velikih gradova ili proizvodnje", rekao je ."Tu sinteza može dobro doći."
Zajednica plazme u cjelini oduševljena je Sparcovim napretkom, iako neki dovode u pitanje ambiciozni vremenski okvir s obzirom na tehničke i regulatorne prepreke.
Daniel Jessby, 25 godina znanstvenog istraživanjasuradnik u laboratoriju za fiziku plazme u Princetonu sumnjičav je bi li fuzijski reaktor poput SPARC-a ikad mogao postati mogući alternativni izvor energije. Tritij, jedan od izotopa vodika koji će Sparc koristiti kao gorivo, ne pojavljuje se u prirodi i mora se proizvoditi, rekao je.
Tehnološki tim iz MassachusettsaInstitut pretpostavlja da će se ta tvar kontinuirano regenerirati samom reakcijom sinteze. No Jessby vjeruje da će za to trebati ogromnu količinu električne energije, što će reaktor učiniti preskupim. "Kad mislite da solarnu energiju i energiju vjetra dobivamo besplatno, bilo bi glupo pouzdati se u reakcije fuzije", zaključuje.
Čitaj više
Istraživanje: ljudi neće moći kontrolirati superinteligentne AI strojeve
Pobačaj i znanost: što će se dogoditi s djecom koja će roditi
Pogledajte najljepše slike Hubblea. Što je teleskop vidio u 30 godina?