Ar termobranduolinė sintezė yra baisi nekontroliuojama būsena ar perspektyvus energijos šaltinis? Mokslininkai
JAV ir Europos mokslininkai padarė pažangą linksavaime atsinaujinančios branduolių sintezės energijos kūrimas. Branduolio sintezė yra tai, kas vyksta Saulėje ir kitose žvaigždėse. Šio proceso metu du atomų branduoliai susijungia ir sudaro vieną didelį branduolį.
Sintezės energija ateities kartoms galėtų būti beveik neišsenkantis energijos šaltinis, tačiau dar laukia daug darbo.
Ką padarė naujojo tyrimo autoriai?
Tyrėjai teigė, kad 2022 m. vasario mėnjie gavo 59 megadžaulius tvarios sintezės energijos – jie atkūrė tą patį procesą, kuris maitina žvaigždes, ypač Saulę. Ankstesnis rekordas buvo kiek mažesnis nei 22 megadžauliai. Jis buvo įrengtas 1997 m.
Ianas Chapmanas, Atominės energijos tarnybos vadovasJK pavadino tai reikšmingu įvykiu, kuris priartina tyrėjus prie vieno didžiausių mokslo klausimų sprendimo: kaip sukurti begalinę energiją naudojant branduolių sintezę.
„Mes kaupiame žinias ir kuriame naujastechnologijos, reikalingos sukurti mažai anglies dioksido į aplinką išskiriantį tvarų bazinės energijos šaltinį, kuris padės mums naudoti mažiau Žemės išteklių, – sakė Chapmanas. – Mūsų pasauliui reikia sintezės energijos.
Kaip sekėsi eksperimentas?
2022 metų sausio pabaigoje JAV mokslininkainaudojo didžiausią pasaulyje lazerį ir priverstinės sintezės kurą, kad įkaistų iki degančios plazmos būsenos. Tai buvo bandymas sukurti savarankišką branduolių sintezės energiją.
Plazma yra įkaitintos dujos, kuriose vyksta sintezės reakcijos. Juose yra įkrautų dalelių, kurios palaiko galingus magnetinius laukus.
Mokslininkai perspėjo, kad šia kryptimireikia metų darbo, o iki šiol pasiektas energijos lygis žemas. Palyginimui, 59 megadžaulių užtenka užvirti apie 60 virdulių vandens.
Kaip veikia branduolių sintezė?
Atominės elektrinės šiandien naudoja branduolinędalijimasis iš tikrųjų yra atomo branduolio padalijimas, o branduolių sintezė yra dviejų atomų branduolių sujungimo procesas. Abi reakcijos išskiria daug energijos, tačiau branduolių sintezė gamina daugiau energijos ir sukuria mažai branduolinių atliekų.
Susiliejimas įvyksta, kai du šviesos atomaisujungti arba sujungti, kad susidarytų sunkesnis. Bendra naujojo atomo masė yra mažesnė nei dviejų jį sudariusių. Trūksta masė išsiskiria kaip energija, kaip patvirtina garsioji Alberto Einšteino lygtis: E = mc².
Yra keletas būdų žaistibranduolių sintezė: jie visi pagrįsti skirtingais atomų deriniais. Populiariausias yra deuterio atomo suliejimas su tričio atomu. Šiam procesui reikia maždaug 39 milijonų °C temperatūros. Dėl to pagaminama 17,6 milijono elektronvoltų energijos.
Deuteris yra perspektyvus komponentas, nes jis yra vandenilio izotopas. Vandenilis yra vandens sudedamoji dalis, o 3,8 litro vandens gali pagaminti tiek energijos, kiek 1136 litrai benzino.
Kokia yra branduolių sintezės problema?
Branduolinės sintezės energija gali tapti beveikyra neišsenkantis energijos šaltinis ateities kartoms, bet taip pat sukuria daug mokslinių ir inžinerinių iššūkių. Saulė turi būtinas sąlygas branduolių sintezei, jos susidaro dėl galingų gravitacinių jėgų. Tačiau tai pakartoti Žemėje daug sunkiau.
Sintetinis kuras – pavyzdžiui, įvairusvandenilio izotopai - turi būti kaitinami iki ekstremalių temperatūrų: maždaug 50 milijonų ° C. Ir tokia būsena turi būti palaikoma esant stipriam slėgiui pakankamai ilgai, kad branduoliai susijungtų.
Naujausiame branduolių sintezės eksperimentemokslininkai per 5 sekundes gavo 59 megadžaulius energijos. Išreiškiant tai galia, vidutiniškai per penkias sekundes jis pasiekia šiek tiek daugiau nei 11 MW. Ankstesnis rekordas – 22 megadžauliai – 4,4 MW per 5 sekundes.
Už tyrimą atsakingas EUROfusion grupės programos vadovas Tony Donne'as teigė, kad mokslininkai eina teisingu keliu.
„Jei galime palaikyti branduolių sintezę penkias sekundes, galime tai padaryti penkias minutes ir tada penkias valandas. Visa tai plečiame savo galimybes“, – sakė Donnas.
Profesorius Donne'as sakė, kad branduolių sintezė galitapti pagrindiniu švarios ir tvarios energijos šaltiniu ateityje. Jis turi pagrindinių privalumų, pavyzdžiui, nėra radioaktyviųjų atliekų, o reaktoriaus medžiagas galima perdirbti arba pakartotinai panaudoti per 100–300 metų.
Skaityti daugiau:
Juodoji skylė galaktikoje įrodė, kad Einšteinas teisus. Pagrindinis dalykas
Kosmosas ardo kaulus ir keičia jų struktūrą: mokslininkai nežino, kaip žmonės skris į Marsą
Astronomai rado planetų, kurios skiriasi nuo Žemės, bet tinka gyvybei