Kāpēc nepieciešama kodolenerģija?
Lai novērstu globālās temperatūras paaugstināšanos par vairāk nekā 1,5
Ko darīt, ja būtu viens enerģijas risinājums, kas varētu atrisināt visas šīs aktuālās problēmas? Lai gan tas izklausās fantastiski, tas tomēr pastāv.
Viens no spēcīgākajiem enerģijas veidiem, ko mēsko mēs šodien izmantojam, ir kodolenerģija. Lai gan mūsdienu kodolenerģija ir ārkārtīgi efektīva un nerada oglekļa izmešus, tai ir daudz trūkumu, un tie ir nopietni: potenciālā kodola kausēšana un radioaktīvie atkritumi, kas paliek bīstami tūkstošiem gadu.
Bet ir labāks veids.
Kas ir kodoltermiskā kodolsintēze un kā to var pielietot uz Zemes?
Visi pašreizējie kodolreaktori darbojas arizmantojot kodola skaldīšanu, atomu sadalīšanas procesu enerģijas ražošanai. Gadiem ilgi zinātnieki ir domājuši, kā mēs varam izmantot apgriezto procesu - kodolsintēzi, kas sauli "darbina", savienojot atomus kopā -, lai apmierinātu pieaugošās enerģijas vajadzības uz Zemes. Pati kodoltermiskā kodolsintēze ir ļoti spēcīgs process, vairākas reizes jaudīgāks par skaldīšanu, un tas neizraisa kodolatkritumu veidošanos, jo tā degviela nav urāns vai plutonijs, bet gan ūdeņradis. Patiesībā, ja termo kodolreaktora attīstība būs veiksmīga, zinātnieki uz Zemes izveidos "mini sauli".
"Kontrolētu kodolreakciju sasniegšana,kas patērē vairāk enerģijas, nekā nepieciešams to radīšanai, un tiek komerciāli uzskatīti par potenciālu reakciju uz klimata pārmaiņām, ”skaidro zinātnes korespondents Nataniels Gronevolds no Scientific American. “Kodolsintēzes enerģija novērsīs nepieciešamību pēc fosilā kurināmā un atrisinās atjaunojamiem enerģijas avotiem raksturīgās nepārtrauktības un uzticamības problēmas. Enerģija tiks ražota bez bīstamā radiācijas daudzuma, kas rada bažas par kodola skaldīšanas enerģiju.
Starptautiskās termoelektroenerģijas nodaļas amatpersonasEksperimentālais reaktors (ITER), daudznacionāls projekts, kas atrodas Francijas dienvidos, paziņoja, ka tagad ir tikai 6,5 gadi no vēsturiskā pagrieziena punkta Pirmās plazmas. ITER projekts, ko atbalsta 35 valstu konsorcijs, tagad ir pabeigts par 65%, teikts šīs nedēļas paziņojumā presei. Nesen uzstādītā sekcija - kriostata pamatne un apakšējais cilindrs - paver ceļu tokamaka uzstādīšanai - tehnoloģiskajai struktūrai, kas izvēlēta, lai ievietotu spēcīgo magnētisko lauku, kas apņemtu superhot plazmas kodolsintēzes kodolu.
Kodolsintēzes problēmas
Kodolsintēzi ir tik grūti īstenot sakarā ar toekstremālos apstākļos - piemēram, Saules kodolā -, kas ir jāatveido šeit, uz Zemes. Kā skaidrots ASV Enerģētikas departamentā, "zinātnieki pēta termobrandu reakcijas, taču tās ir grūti uzturēt ilgu laiku milzīgā spiediena un temperatūras dēļ, kas vajadzīgs kodolu sapludināšanai".
Kodolsintēzes enerģijai ir nepieciešama ļoti karstas plazmas ieslodzīšana zem augsta spiediena.Magnētiskai ieslodzīšanai ļoti karsts – daudzkārt karstāks par centruSaules plazmām ir nepieciešami spēcīgi magnētiskie lauki, kuriem jābūt 10 reizes lielākiem par atmosfēras spiedienu uz Zemes virsmas.Magnētiskā lauka stiprums ir kritisks parametrs šo nosacījumu sasniegšanā, jo tas nodrošinaGan izolācija, lai plazma būtu karsta, gan ārējais spiediens, lai to stabili noturētu – tas viss bez fiziska kontakta starp plazmu un materiāla virsmu.
Lai gan kodolsintēze radaneticamas izredzes atrisināt dažas no vissarežģītākajām mūsdienu pasaules problēmām, laiks tikšķ, un daudzi eksperti saka, ka pat tad, ja kodolsintēze ir tepat aiz stūra, laiks nav mūsu pusē. Lai gan tiek cerēts, ka ITER tiks palaists līdz 2025. gadam un pilnībā darbosies aptuveni 2035. gadā, tas var būt par vēlu. Vēl 2019. gadā klimata eksperti apgalvoja, ka 12 gadu termiņš, ko starpvaldību padome pasaulei noteica, lai mainītu planētas mainīgo situāciju, iespējams, būs jāsaīsina līdz 18 mēnešiem. Hanss Joahims Šelnhūbers no Potsdamas Klimata institūta pirms gada to skaidroja šādi: "Klimata matemātika ir pilnīgi skaidra: lai gan pasaule tuvāko gadu laikā var netikt izārstēta, tā var tikt nāvējoši ievainota nolaidības dēļ līdz 2020. gadam."
Tomēr šonedēļ cerības uz tīru enerģiju ir atjaunojušās.
SPARC projekts
Zinātnieki izstrādā kompakto versijuVairākos pētījumos ir pierādīts, ka kodolsintēzes reaktors darbojas, atdzīvinot cerības, ka var sasniegt ilgi nenotveramo mērķi imitēt saules enerģijas ražošanu un galu galā dot ieguldījumu cīņā pret klimata pārmaiņām.
Plazmas pētījumu un kodoltermisko pētījumu centrsMIT sadarbībā ar privātu starta uzņēmumu Commonwealth Fusion Systems (CFS) izstrādā SPARC koncepcijas dizainu. Šis ir kompakts augstsprieguma eksperiments ar tīru kodolenerģiju. Paredzams, ka SPARC būs esošo vidējās klases kodolsintēzes ierīču izmērs, bet ar daudz spēcīgāku magnētisko lauku. Pamatojoties uz fizikas likumiem, zinātnieki cer, ka ierīce saražos 50-100 MW termoelektroenerģijas. Šāds eksperiments būs pirmais tīras enerģijas radīšanas un iespējas radīt ierīci, kas būvēta, izmantojot jaunu supravadīšanas tehnoloģiju, demonstrācija. SPARC ir daļa no vispārējās stratēģijas, lai paātrinātu kodolsintēzes attīstību, izmantojot jaunus augstas lauka, augstas temperatūras supravadīšanas (HTSC) magnētus.
Sparc kodolsintēzes elektrostacija būs salīdzinoši maza, kā parādīts šajā reakcijas kameras attēlā.
T. Hendersons / CFS / MIT-PSFC
Būvniecības laiks
Paredzams, ka reaktora būvniecība zemNosaukums SPARC, kuru izstrādā MIT un Sadraudzības kodolsintēzes sistēmu meitasuzņēmuma pētnieki, sāksies nākamā gada pavasarī un prasīs trīs vai četrus gadus, paziņoja pētnieki un uzņēmuma amatpersonas.
Lai gan joprojām ir daudz nopietnu problēmu,uzņēmums teica, ka pēc nākamās desmitgades būvniecībai sekos izmēģinājumi un, ja tas izdosies, tiks būvēta elektrostacija, kas varētu izmantot kodolsintēzes enerģiju elektroenerģijas ražošanai.
Šis vērienīgais grafiks ir daudz ātrāks nekāpasaulē lielākais kodolsintēzes enerģijas projekts, daudznacionāls projekts Francijas dienvidos ar nosaukumu ITER. Šis reaktors tiek būvēts kopš 2013. gada, un, lai gan tas nav paredzēts elektroenerģijas ražošanai, sagaidāms, ka tas radīs kodolsintēzes reakcijas līdz 2035. gadam.
Bobs Mumgards, Sadraudzības izpilddirektorsFusion un viens no uzņēmuma dibinātājiem teica, ka SPARC projekta mērķis ir savlaicīgi attīstīt kodolsintēzi, lai spēlētu lomu globālās sasilšanas seku mazināšanā. "Mēs esam vērsti uz to, lai pēc iespējas ātrāk iegūtu kodolenerģiju," viņš teica.
Termiskā kodolsintēze, kurā ir vieglie atomiapvienošanās desmitiem miljonu grādu temperatūrā, lai atbrīvotu enerģiju, ir kļuvusi par veidu, kā pasaule spēj tikt galā ar elektroenerģijas ražošanas radīto ietekmi uz klimata pārmaiņām.
Līdzīgi kā parastā kodolskaldīšanas spēkstacija, kas sadala atomus, arī kodolsintēzes iekārta nededzinās fosilo kurināmo un neradīs siltumnīcefekta gāzu emisijas.
Kritika par projektu
Neskatoties uz projekta ambīcijām, šķēršļimašīnas izveide, kas spēj radīt kodoltermisko plazmu un manipulēt ar virpuļojošu superkarstu atomu mākoni, kas sabojā vai iznīcina visu, kam tas pieskaras, ir milzīgs.
Daži zinātnieki, kuri gadu desmitiem ir strādājuši pie kodolenerģijas, saka, ka, kaut arī viņi ir sajūsmā par Sparc nākotni, laika grafiks var būt vienkārši nereāls.
“Lasot šos dokumentus (pētnieciskie darbi- apm. red.) man rada sajūtu, ka izstrādātājiem būs kontrolējama kodoltermiskā kodoltermiskā plazma, par kuru mēs visi sapņojam, "sacīja Viskonsinas universitātes fiziķe Kerija Foresta, kas nav iesaistīta projektā. Tomēr viņš nav pārliecināts, vai projekta grafiks ir reāls.
Pēc Dr Mumgaard domām, SPARC būs daudzmazāks par ITER - tenisa korta izmērs salīdzinājumā ar futbola laukumu - un daudz lētāks nekā starptautisks projekts, kas, pēc oficiālām aplēsēm, maksās aptuveni 22 miljardus USD, taču šis skaitlis nav robeža. 2018. gadā dibinātā Commonwealth Fusion, kurā strādā aptuveni 100 darbinieki, līdz šim savam projektam ir piesaistījusi 200 miljonus ASV dolāru.
Atšķirības starp Sparc un ITER
Kopš tie sākās gandrīz pirms gadsimtakodolsintēzes eksperimentiem, izredzes izveidot praktisku kodolsintēzes ierīci, kas varētu saražot vairāk enerģijas, nekā tā patērē, joprojām ir nenotverama.
Taču saskaņā ar zinātnieku atklājumiem žurnālā The Journal of Plasma Physics, SPARC projekts izdosies un saražos 10 reizes vairāk enerģijas, nekā patērē.
Pētījums “apstiprina, ka projekts ir beidziestas, ar kuru mēs strādājam, visticamāk, darbosies, ”sacīja Martins Grīnvalds, MIT plazmas pētījumu un kodolsintēzes centra direktora vietnieks un viens no projekta vadošajiem zinātniekiem. Dr Grīnvalds ir Sadraudzības kodolsintēzes dibinātājs, bet pašlaik nav saistīts ar uzņēmumu.
SPARC izmanto to pašu ierīces veidu kāITER: tokamaka jeb virtuļa formas kamera, kurā notiek kodolsintēzes reakcija. Tā kā plazmas mākonis ir tik karsts - karstāks par Sauli -, tas jānotur ar magnētiskiem spēkiem.
ITER to dara, izmantojot milzīgas elektromagnētiskās spoles, kurās ir supravadoši vadi, kas jāatdzesē ar šķidru hēliju.
ITER kodolsintēzes reaktora modelis (šķērsgriezums)
CC BY-SA 2.0 fr
Pēc Greenwald teiktā, SPARC izmantojaunās elektromagnētiskās tehnoloģijas priekšrocības, kas izmanto tā sauktos augstas temperatūras supravadītājus, kas var radīt daudz spēcīgāku magnētisko lauku. Tā rezultātā plazma ir daudz mazāka.
Dokumenti liecina, ka “šis ceļš ar augstulauks joprojām izskatās dzīvotspējīgs, ”sacīja doktors Grīnvalds. "Ja mēs spēsim pārvarēt inženiertehniskās problēmas, šī mašīna darbosies tā, kā mēs paredzam."
Sadraudzības sabiedrība Fusion paziņoja, ka pēc dažiem mēnešiem paziņos SPARC atrašanās vietu.
Kas vēl strādā pie kodolenerģijas un vai ir kāda cerība?
Sadraudzības valstu kodolsintēze ir tikai viena no daudzajāmuzņēmumi, kas sadarbībā ar pētniecības iestādēm strādā pie kodolsintēzes enerģijas izstrādes un komercializācijas, ko atbalsta simtiem miljonu dolāru investīcijas.
Piemēram, TAE Technologies, pamatojotiesKalifornijas dienvidos strādā pie dizaina, kas izmanto lineāru ierīci, kas izšauj divus plazmas mākoņus viens pret otru, lai radītu kodolsintēzi.
First Light Fusion, Oksfordas universitātes filiāle Anglijā, izmanto enerģiju kodolsintēzes saspiešanai un saspiešanai.
Dr Forest teica:Izmantojot spēcīgākus magnētiskos laukus, SPARC var teikt, ka tas ir "konservatīvāks". “Tas pilnībā atšķir to no visiem jaunizveidotiem uzņēmumiem, kas pēc definīcijas ir vairāk riskanti,” viņš uzsver.
Merilendas Universitātes fiziķis Viljams Dorlends unThe Journal of Plasma Physics redaktors sacīja, ka žurnāls ir lūdzis dažu šo kodolsintēzes projektu pārstāvjus "runāt par viņu fizisko pamatu". MIT un Sadraudzības kodolsintēzes grupa ātri vienojās, viņš teica.
“No mana viedokļa šī ir pirmā no šīm grupām,kam ir privāta nauda, kas patiesībā ir ļoti skaidrs par to, ko viņi dara, ”sacīja doktors Dorland. - Saprātīgi cilvēki nav vienisprātis, vai tas darbojas. Bet es tikai priecājos, ka viņi ir pastiprinājušies un, izmantojot parasto zinātni, mums pastāstīja, kas notiek, ”viņš secina.
Galu galā, kādas sekas var sagaidītkodolsintēzes reaktora attīstība? Ja tehnoloģiskie procesi tiks atkļūdoti un kontrolēti, tas ietaupīs cilvēci. Tīra enerģija, kas rodas atomu kodolsintēzes vietā, nevis skaldīšana, vismaz aizsargās planētu no kodolatkritumiem.
Kāda ir apakšējā līnija?
Neskatoties uz visu projektu bīstamību un sarežģītībukodolsintēzes attīstība, nešķiet, ka cilvēcei būtu alternatīvas. Planētas iespējas ir ierobežotas, atšķirībā no cilvēka vajadzībām. Vai SPARC, ITER vai jebkurš jaunizveidotais uzņēmums pildīs savus solījumus, laiks rādīs.
Lasīt arī
Zinātnieks ir izveidojis krāsu, kas var aizstāt dārgus saules paneļus
CHEOPS misija ir atradusi planētu ar visstingrākajiem apstākļiem Visumā. galvenais
Astronomi ir atklājuši Mēness paātrinātāju no 60. gadiem. Viņš dodas uz Zemi