Kodėl reikalinga termobranduolinė energija?
Kad pasaulinė temperatūra nepakiltų daugiau nei 1,5
O jei būtų vienas energijos sprendimas, kuris galėtų išspręsti visas šias aktualias problemas? Nors tai skamba fantastiškai, jis egzistuoja.
Viena iš galingiausių energijos formų mesmes naudojame branduolinę energiją. Nors šiuolaikinė branduolinė energija yra ypač efektyvi ir išmeta ne visą anglies dvideginio emisiją, ji turi daug trūkumų ir yra rimta: potencialūs branduoliniai tirpsmai ir radioaktyviosios atliekos, kurios išlieka pavojingos tūkstančius metų.
Bet yra geresnis būdas.
Kas yra termobranduolinė sintezė ir kaip ją galima pritaikyti Žemėje?
Visi dabartiniai branduoliniai reaktoriai veikia sunaudojant branduolio dalijimąsi, atomų skaidymo procesą energijai gaminti. Daugelį metų mokslininkai domėjosi, kaip mes galime panaudoti atvirkštinį procesą - branduolių sintezę, kuri „valdo“ saulę, susiedama atomus -, kad patenkintume didėjančius energijos poreikius Žemėje. Pats termobranduolinis sintezė yra itin galingas procesas, kelis kartus galingesnis už skilimą, ir dėl to nesusidaro branduolinės atliekos, nes jos kuras yra ne uranas ar plutonis, o vandenilis. Tiesą sakant, jei bus sėkmingai sukurtas termobranduolinis reaktorius, mokslininkai Žemėje sukurs „mini saulę“.
"Valdomų termobranduolinių reakcijų pasiekimas,kurios sunaudoja daugiau energijos, nei reikia joms generuoti, ir komerciškai vertinamos kaip galimas atsakas į klimato pokyčius “, - aiškina mokslo korespondentas Nathanielas Gronevoldas iš„ Scientific American “. „Branduolių sintezės energija pašalins iškastinio kuro poreikį ir išspręs atsinaujinančių energijos šaltinių nepertraukiamumo ir patikimumo problemas. Galia bus sukurta be pavojingo radiacijos kiekio, keliančio susirūpinimą dėl branduolio dalijimosi energijos “.
Tarptautinės branduolinės atominės elektrinės pareigūnaiPrancūzijos pietuose įsikūręs tarptautinis projektas „Eksperimentinis reaktorius“ („ITER“) paskelbė, kad nuo „Pirmosios plazmos“ - istorinio etapo - dabar tik 6,5 metų. ITER projektas, kurį palaiko 35 šalių konsorciumas, dabar užbaigtas 65%, sakoma šios savaitės pranešime spaudai. Naujai sumontuota sekcija - kriostato pagrindas ir apatinis cilindras - atveria kelią tokamako, technologinės struktūros, parinktai galingam magnetiniam laukui, kuris supa super karštos plazmos sintezės šerdį, įrengimui.
Branduolio sintezės problemos
Branduolio sintezę taip sunku įvykdyti dėlekstremalios sąlygos, pavyzdžiui, Saulės šerdyje, kurias reikia atkurti čia, Žemėje. Kaip paaiškino JAV Energetikos departamentas, „mokslininkai tiria termobranduolines reakcijas, tačiau jas sunku išlaikyti ilgą laiką dėl milžiniško slėgio ir temperatūros, reikalingos branduoliams sulydyti“.
Sintezės energijai reikia izoliavimolabai karšta plazma esant aukštam slėgiui. Magnetiniam labai karštos – daug kartų karštesnės nei Saulės centro – plazmos uždarymui reikia stipraus magnetinio lauko. Jie turi būti 10 kartų didesni už atmosferos slėgį Žemės paviršiuje. Magnetinio lauko stiprumas yra kritinis parametras siekiant šių sąlygų, nes jis užtikrina ir izoliaciją, kad plazma būtų karšta, ir išorinis slėgis, kad ji būtų stabili – visa tai be fizinio kontakto tarp plazmos ir medžiagos paviršiaus.
Nors branduolių sintezė gaminaneįtikėtinos perspektyvos išspręsti kai kurias sudėtingiausias šiuolaikinio pasaulio problemas, laikas tiksi, ir daugelis ekspertų teigia, kad net jei sintezė yra visai šalia, laikas nėra mūsų pusėje. Nors tikimasi, kad ITER bus paleistas iki 2025 m. ir visiškai pradės veikti maždaug 2035 m., tai gali būti per vėlu. Dar 2019 metais klimato ekspertai tvirtino, kad 12 metų terminas, kurį Tarpvyriausybinė komisija davė pasauliui pakeisti besikeičiančią planetos padėtį, gali tekti sutrumpinti iki 18 mėnesių. Hansas Joachimas Schellnhuberis iš Potsdamo klimato instituto prieš metus tai paaiškino taip: „Klimato matematika yra visiškai aiški: nors pasaulis per ateinančius kelerius metus gali nepagyti, jis gali būti mirtinai sužeistas dėl aplaidumo iki 2020 m.
Tačiau šią savaitę vėl atsinaujino švarios energijos viltys.
SPARC projektas
Mokslininkai kuria kompaktišką versijąDaugelyje mokslinių straipsnių įrodyta, kad branduolinės sintezės reaktorius veikia, atgaivino viltis, kad bus galima pasiekti ilgai sunkiai užsibrėžtą tikslą imituoti saulės energijos gamybą ir galiausiai prisidėti prie kovos su klimato kaita.
Plazmos tyrimų ir termobranduolinių tyrimų centrasMIT bendradarbiaudama su privačiu startuoliu „Commonwealth Fusion Systems“ (CFS) kuria SPARC koncepcijos projektą. Tai kompaktiškas aukštos įtampos eksperimentas su gryna termobranduoline energija. Manoma, kad SPARC bus esamų vidutinės klasės sintezės įtaisų dydis, tačiau su daug stipresniu magnetiniu lauku. Remdamiesi fizikos dėsniais, mokslininkai tikisi, kad prietaisas pagamins 50–100 MW termobranduolinės energijos. Toks eksperimentas bus pirmasis švarios energijos kūrimo ir galimybės sukurti prietaisą, pastatytą naudojant naują superlaidumo technologiją, demonstravimas. SPARC yra bendros strategijos dalis, siekiant paspartinti sintezės plėtrą naudojant naujus aukštos lauko aukštos temperatūros superlaidžius (HTSC) magnetus.
„Sparc“ sintezės jėgainė bus palyginti maža, kaip parodyta šiame reakcijos kameros vaizde.
T. Hendersonas / CFS / MIT-PSFC
Statybos laikas
Tikimasi, kad reaktoriaus statyba pagalPavadinimas SPARC, kurį kuria Masačusetso technologijos instituto ir „Commonwealth Fusion Systems“ dukterinės įmonės tyrėjai, prasidės kitų metų pavasarį ir truks trejus ar ketverius metus, pranešė mokslininkai ir kompanijos pareigūnai.
Nors vis dar yra daug rimtų problemų,bendrovė teigė, kad po ateinančių dešimtmečių po statybų bus atlikti bandymai ir, jei tai bus sėkminga, elektrinė, galinti panaudoti sintezės energiją elektros gamybai.
Šis ambicingas tvarkaraštis yra daug greitesnis neididžiausias pasaulyje branduolių sintezės energijos projektas, daugianacionalinis projektas Pietų Prancūzijoje, pavadintas ITER. Šis reaktorius buvo statomas nuo 2013 m., ir nors jis nėra skirtas gaminti elektros energiją, sintezės reakcijas tikimasi sukelti iki 2035 m.
Bobas Mumgaardas, Sandraugos generalinis direktorius„Fusion“ ir vienas iš įmonės įkūrėjų teigė, kad projekto SPARC tikslas yra laiku sukurti termobranduolinę sintezę, kad ji galėtų sušvelninti visuotinio atšilimo padarinius. "Mes sutelkėme dėmesį į tai, kad kuo greičiau gautume termobranduolinę energiją", - sakė jis.
Termobranduolinė sintezė, kurioje šviesos atomaiDešimčių milijonų laipsnių temperatūros susivienijimas, kad išleistų energiją, tapo pasauliniu būdu susidoroti su elektros gamybos sukeliamu klimato kaitos poveikiu.
Kaip ir įprastinė atomų dalijimosi jėgainė, skaidanti atomus, sintezės jėgainė nedegins iškastinio kuro ir neišmes šiltnamio efektą sukeliančių dujų.
Projekto kritika
Nepaisant projekto ambicijų, kliūčiųsukurta mašina, galinti sukurti termobranduolinę plazmą ir manipuliuoti besisukančiu super karštu atomų debesiu, kuris sugadina ar sunaikina viską, ką paliečia.
Kai kurie mokslininkai, dešimtmečius dirbę su termobranduoline energija, sako, kad nors jie yra entuziastingi „Sparc“ perspektyvoms, laiko juosta gali būti tiesiog nereali.
„Skaitydamas šiuos dokumentus (mokslo darbus- apytiksliai red.) man atrodo, kad kūrėjai turės valdomą termobranduolinę termobranduolinę plazmą, apie kurią svajojame visi “, - sakė projekte nedalyvaujanti Viskonsino universiteto fizikė Carey Forest. Tačiau jis nėra tikras, ar projekto grafikas realus.
Pasak daktaro Mumgaardo, SPARC bus daugmažesnis nei ITER - teniso korto dydis, palyginti su futbolo aikšte, ir daug pigesnis nei tarptautinis projektas, kuris, oficialiais skaičiavimais, kainuos apie 22 mlrd. USD, tačiau šis skaičius nėra riba. „Commonwealth Fusion“, įkurta 2018 m. Ir turinti apie 100 darbuotojų, iki šiol savo projektui surinko 200 mln.
„Sparc“ ir „ITER“ skirtumai
Nuo tada, kai jie prasidėjo beveik prieš šimtmetįsintezės eksperimentų, perspektyva sukurti praktišką sintezės įrenginį, galintį pagaminti daugiau energijos, nei sunaudoja, liko sunkiai suprantama.
Tačiau, remiantis „The Journal of Plasma Physics“ mokslininkų išvadomis, SPARC projektas bus sėkmingas ir pagamins 10 kartų daugiau energijos nei suvartoja.
Tyrimai “patvirtina, kad projektas yragreičiausiai veiks tas, kuriame dirbame “, - sakė Martinas Greenwaldas, MIT plazmos tyrimų ir sintezės centro direktoriaus pavaduotojas ir vienas pagrindinių projekto mokslininkų. Dr. Greenwaldas yra „Commonwealth Fusion“ įkūrėjas, tačiau šiuo metu nėra susijęs su įmone.
SPARC naudoja tą patį įrenginio tipą kaipITER: tokamako arba spurgos formos kamera, kurioje vyksta sintezės reakcija. Kadangi plazmos debesis yra toks karštas - karštesnis už Saulę, jį turi sulaikyti magnetinės jėgos.
ITER tai daro naudodamas didžiules elektromagnetines ritines su superlaidžiaisiais laidais, kurie turi būti aušinami skystu heliu.
ITER sintezės reaktoriaus modelis (skerspjūvis)
CC BY-SA 2.0 fr
Pasak Greenwaldo, SPARC naudojanaujos elektromagnetinės technologijos, naudojančios vadinamuosius aukštos temperatūros superlaidininkus, pranašumus, kurie gali sukurti daug stipresnį magnetinį lauką. Todėl plazma yra daug mažesnė.
Dokumentai rodo, kad „šis kelias su aukštulaukas vis dar atrodo perspektyvus “, - sakė daktaras Greenwaldas. „Jei sugebėsime įveikti inžinerinius iššūkius, ši mašina veiks taip, kaip prognozuojame“.
„Commonwealth Fusion“ pranešė, kad po kelių mėnesių paskelbs SPARC buvimo vietą.
Kas dar dirba su termobranduoline energija ir ar yra vilties?
Sandraugos sintezė yra tik viena iš daugeliobendrovės, dirbančios plėtojant ir komercializuojant branduolių sintezės energiją bendradarbiaujant su mokslinių tyrimų institucijomis, remiamos šimtų milijonų dolerių investicijomis.
Pavyzdžiui, TAE Technologies, pagrįstaPietų Kalifornijoje kuria projektą, kuris naudoja linijinį įrenginį, kuris šaudo vienas į kitą du plazmos debesis, kad sukurtų branduolių sintezę.
Oksfordo universiteto Anglijoje filialas „First Light Fusion“ naudoja energiją termobranduoliniam kurui suspausti ir suspausti.
Dr Forestas sakė:Naudojant stipresnius magnetinius laukus, SPARC galima sakyti, kad jis yra „konservatyvesnis“. „Tai visiškai išskiria jį iš visų pradedančiųjų įmonių, kurios pagal apibrėžimą yra daugiau rizikinga“, – pabrėžia jis.
Merilando universiteto fizikas Williamas Dorlandas ir„The Journal of Plasma Physics“ redaktorius sakė, kad žurnalas paprašė kai kurių iš šių sintezės projektų atstovų „kalbėti apie jų fizinį pagrindą“. Pasak jo, MIT ir Sandraugos sintezės grupė greitai susitarė.
„Mano požiūriu, tai yra pirmoji iš šių grupių,kuris turi privačių pinigų, o tai iš tikrųjų yra labai aišku, ką jie daro “, - sakė daktaras Dorlandas. - Protingi žmonės nesutaria, ar tai veikia. Bet aš tik džiaugiuosi, kad jie pasistūmėjo ir, naudodamiesi įprastu mokslu, mums pasakoja, kas vyksta “, - apibendrina jis.
Galų gale, kokių pasekmių galima tikėtiskurti sintezės reaktorių? Jei technologiniai procesai bus derinami ir kontroliuojami, tai išgelbės žmoniją. Švari atomų suliejimo energija, užuot juos dalijusi, bent jau apsaugos planetą nuo branduolinių atliekų.
Kokia esmė?
Nepaisant visų projektų pavojų ir sudėtingumotermobranduolinės sintezės plėtra, neatrodo, kad žmonija turėtų kokių nors alternatyvų. Planetos galimybės yra ribotos, skirtingai nei žmogaus poreikiai. Ar SPARC, ITER ar bet kuris startuolis ištesės savo pažadus, parodys laikas.
Taip pat skaitykite
Mokslininkas sukūrė dažus, kurie gali pakeisti brangias saulės baterijas
„CHEOPS“ misija rado planetą su sunkiausiomis visatos sąlygomis. Pagrindinis dalykas
Astronomai atrado Mėnulio greitintuvą nuo 60-ųjų. Jis eina link Žemės