Hvorfor trengs det kjernekraft?
For å hindre at den globale temperaturen stiger med mer enn 1,5
Hva om det var en energiløsning som kunne løse alle disse presserende problemene? Selv om dette høres fantastisk ut, eksisterer det.
En av de mektigste energiformene vivi bruker i dag er kjernekraft. Selv om moderne kjernekraft er ekstremt effektiv og genererer null karbonutslipp, har den mange ulemper, og de er alvorlige: potensiell kjernefysisk smelting og radioaktivt avfall som forblir farlig i tusenvis av år.
Men det finnes en bedre måte.
Hva er termonukleær fusjon, og hvordan kan den brukes på jorden?
Alle nåværende atomreaktorer fungerer medved hjelp av kjernefisjon, prosessen med å splitte atomer for å produsere energi. I årevis har forskere lurt på hvordan vi kan bruke den omvendte prosessen - kjernefusjon, som "driver" solen ved å feste atomer sammen - for å dekke det økende energibehovet på jorden. Selve termonukleær fusjon er en superkraftig prosess, flere ganger kraftigere enn fisjon, og fører ikke til dannelse av atomavfall, siden drivstoffet ikke er uran eller plutonium, men hydrogen. Faktisk, hvis utviklingen av en termonukleær reaktor er vellykket, vil forskere lage en "minisol" på jorden.
"Oppnåelse av kontrollerte termonukleære reaksjoner,som bruker mer energi enn det som kreves for å generere dem, og blir sett på i kommersiell henseende som et potensielt svar på klimaendringene, forklarer vitenskapskorrespondent Nathaniel Gronevold for Scientific American. “Fusjonsenergi vil eliminere behovet for fossile brensler og løse diskontinuitets- og pålitelighetsproblemene som ligger i fornybar energi. Kraften vil bli generert uten den farlige mengden stråling som gir bekymringer for kjernefysisk fisjonenergi. ”
Tjenestemenn fra International ThermonuclearExperimental Reactor (ITER), et multinasjonalt prosjekt med base i Sør-Frankrike, kunngjorde at de nå er bare 6,5 år fra First Plasma, en historisk milepæl. I følge en pressemelding denne uken er ITER-prosjektet, støttet av et konsortium av 35 land, for tiden 65% fullført. Den nylig installerte delen - bunnen av kryostaten og den nedre sylinderen - baner vei for installasjonen av tokamak, den teknologiske strukturen som er valgt for å huse det kraftige magnetfeltet som vil omringe fusjonskjernen i det supervarme plasmaet.
Kjernefusjonsproblemer
Kjernefusjon er så vanskelig å oppnå pgaekstreme forhold - for eksempel i solens kjerne - som må reproduseres her på jorden. Som forklart i US Department of Energy, "blir termonukleære reaksjoner studert av forskere, men de er vanskelige å opprettholde i lange perioder på grunn av det enorme trykket og temperaturen som kreves for å smelte kjerner."
Fusjonsenergi krever inneslutningveldig varmt plasma under høyt trykk. Magnetisk inneslutning av veldig varmt - mange ganger varmere enn sentrum av solen - plasma krever sterke magnetiske felt. De må være 10 ganger det atmosfæriske trykket på jordens overflate. Styrken til magnetfeltet er en kritisk parameter for å oppnå disse forholdene, siden det gir både isolasjon for å holde plasmaet varmt og eksternt trykk for å holde det stabilt – alt uten fysisk kontakt mellom plasmaet og overflaten av materialet.
Selv om kjernefysisk fusjon produsererutrolige utsikter for å løse noen av de vanskeligste problemene i den moderne verden, tiden tikker, og mange eksperter sier at selv om fusjon er rett rundt hjørnet, er ikke tiden på vår side. Selv om man håper at ITER vil bli lansert innen 2025 og fullt operativ rundt 2035, kan dette være for sent. Tilbake i 2019 hevdet klimaeksperter at 12-årsfristen som det mellomstatlige panelet ga verden for å snu planetens skiftende situasjon, kanskje må kuttes til 18 måneder. Hans Joachim Schellnhuber fra Potsdam Climate Institute forklarte det slik for et år siden: "Klimamatematikken er krystallklar: selv om verden kanskje ikke blir helbredet i løpet av de neste årene, kan den bli dødelig såret av uaktsomhet før 2020."
Denne uken har imidlertid håpet om ren energi gjenopplivet.
SPARC-prosjekt
Forskere utvikler en kompakt versjonEn kjernefysisk fusjonsreaktor har vist seg å fungere i en serie forskningsartikler, og gjenoppliver håp om at det lenge unnvikende målet om å etterligne solens energiproduksjon kan nås og til slutt bidra til kampen mot klimaendringer.
Senter for plasmaforskning og termonukleærMIT utvikler i samarbeid med privateide startup Commonwealth Fusion Systems (CFS) SPARC-konseptprosjektet. Dette er et kompakt høyspenningseksperiment med ren termonuklear energi. SPARC forventes å være størrelsen på eksisterende mellomstore fusjonsenheter, men med et mye sterkere magnetfelt. Basert på fysikkens lover, håper forskere at enheten vil produsere 50-100 MW termonukleær kraft. Et slikt eksperiment vil være den første demonstrasjonen av etableringen av ren energi og muligheten for å lage en enhet bygget ved hjelp av ny superledende teknologi. SPARC er en del av en overordnet strategi for å akselerere fusjonsutvikling gjennom bruk av nye høyfelt-høytemperatur superledende (HTSC) magneter.
Sparc-fusjonskraftverket vil være relativt lite, som vist på dette bildet av reaksjonskammeret.
T. Henderson / CFS / MIT-PSFC
Byggetid
Det forventes at konstruksjonen av reaktoren underNavnet SPARC, som blir utviklet av forskere ved Massachusetts Institute of Technology og et datterselskap av Commonwealth Fusion Systems, begynner neste vår og vil ta tre eller fire år, sa forskere og bedriftens tjenestemenn.
Selv om det fortsatt er mange alvorlige problemer,selskapet sa at konstruksjonen vil bli etterfulgt av forsøk og, hvis det lykkes, et kraftverk som kan bruke fusjonsenergi til å generere elektrisitet fra det neste tiåret.
Denne ambisiøse tidsplanen er mye raskere ennverdens største fusjonsenergiprosjekt, et multinasjonalt prosjekt i Sør-Frankrike kalt ITER. Denne reaktoren har vært under bygging siden 2013, og selv om den ikke er designet for å generere elektrisitet, forventes den å produsere fusjonsreaksjoner innen 2035.
Bob Mumgaard, administrerende direktør i CommonwealthFusion, og en av grunnleggerne av selskapet, sa at målet med SPARC-prosjektet er å utvikle termonuklear fusjon i tide for å spille en rolle i å redusere effekten av global oppvarming. "Vi er fokusert på å få termonukleær kraft så raskt som mulig," sa han.
Termonukleær fusjon, der lette atomerå komme sammen ved temperaturer på titalls millioner grader for å frigjøre energi har blitt en måte for verden å takle klimaendringene av elektrisitetsproduksjon.
Som et konvensjonelt kjernefysisk fisjonskraftverk, som splitter atomer, vil et fusjonsanlegg ikke brenne fossilt brensel og ikke produsere klimagassutslipp.
Prosjektkritikk
Til tross for ambisjonene i prosjektet, hindringer i veienopprettelsen av en maskin som er i stand til å skape et termonukleært plasma og manipulere en virvlende super-varm sky av atomer som ødelegger eller ødelegger alt den berører er enorm.
Noen forskere som har jobbet med termonukleær energi i flere tiår, sier at mens de er begeistret for Sparcs muligheter, kan tidslinjen rett og slett være urealistisk.
“Å lese disse dokumentene (forskningsartikler- ca. red.) gir meg følelsen av at utviklerne vil ha det kontrollerte termonukleære termonukleære plasmaet som vi alle drømmer om, "sa Carey Forest, en fysiker ved University of Wisconsin som ikke er involvert i prosjektet. Han er imidlertid ikke sikker på om tidslinjen for prosjektet er realistisk.
I følge Dr. Mumgaard vil SPARC være myemindre enn en ITER - størrelsen på en tennisbane, sammenlignet med en fotballbane - og mye billigere enn et internasjonalt prosjekt, som ifølge offisielle anslag vil koste rundt 22 milliarder dollar, men dette tallet er ikke grensen. Commonwealth Fusion, grunnlagt i 2018 og med rundt 100 ansatte, har hittil samlet inn 200 millioner dollar til prosjektet.
Forskjeller mellom Sparc og ITER
Siden de begynte for nesten et århundre sidenfusjonseksperimenter, utsiktene til å lage en praktisk fusjonsenhet som kan produsere mer energi enn den bruker har forblitt unnvikende.
Men ifølge funnene til forskere i The Journal of Plasma Physics, vil SPARC-prosjektet lykkes og produsere 10 ganger mer energi enn det forbruker.
Forskning “bekrefter at prosjektet erden vi jobber for vil sannsynligvis fungere, ”sa Martin Greenwald, visedirektør for MIT Center for Plasma Research and Fusion og en av prosjektets ledende forskere. Dr. Greenwald er grunnleggeren av Commonwealth Fusion, men er for øyeblikket ikke tilknyttet selskapet.
SPARC bruker samme enhetstype somITER: Et tokamak, eller doughnutformet kammer der en fusjonsreaksjon finner sted. Fordi plasmaskyen er så varm - varmere enn solen - må den holdes tilbake av magnetiske krefter.
ITER gjør dette ved hjelp av enorme elektromagnetiske spoler som inneholder superledende ledninger som må kjøles med flytende helium.
Modell av ITER fusjonsreaktor (tverrsnitt)
CC BY-SA 2.0 fr
I følge Greenwald bruker SPARCfordelene med en ny elektromagnetisk teknologi som bruker såkalte høytemperatur superledere, som kan skape et mye sterkere magnetfelt. Som et resultat er plasmaet mye mindre.
Dokumentene viser at “denne veien med høyfeltet ser fremdeles levedyktig ut, ”sa Dr. Greenwald. "Hvis vi kan overvinne de tekniske utfordringene, vil denne maskinen fungere slik vi forutsier."
Commonwealth Fusion sa at de vil kunngjøre hvor SPARC befinner seg om noen få måneder.
Hvem andre jobber med termonuklear energi, og er det noe håp?
Commonwealth Fusion er bare en av mangeselskaper som jobber med utvikling og kommersialisering av fusjonsenergi i samarbeid med forskningsinstitusjoner, støttet av hundrevis av millioner dollar i investeringer.
For eksempel, TAE Technologies, baserti Sør-California jobber med et design som bruker en lineær enhet som skyter to skyer av plasma mot hverandre for å produsere kjernefysisk fusjon.
First Light Fusion, et datterselskap av University of Oxford i England, bruker energi til å komprimere og komprimere termonukleært drivstoff.
Dr Forest sa:Ved å bruke sterkere magnetfelt kan SPARC sies å være mer «konservativ». «Dette skiller det fullstendig fra alle oppstarter, som per definisjon er mer risikabelt, understreker han.
William Dorland, fysiker ved University of Maryland ogredaktøren av The Journal of Plasma Physics, sa at tidsskriftet hadde bedt representanter for noen av disse fusjonsprosjektene om å "snakke om deres fysiske underlag." MIT-gruppen og Commonwealth Fusion ble raskt enige, sa han.
“Fra mitt synspunkt er dette den første av disse gruppene,som har private penger, som faktisk er veldig tydelig på hva de gjør, ”sa Dr. Dorland. - Rimelige mennesker er uenige om det fungerer. Men jeg er bare glad for at de har trappet opp og fortalt oss, ved hjelp av normal vitenskap, hva som skjer, avslutter han.
Til slutt, hvilke konsekvenser du kan forvente avutvikling av fusjonsreaktor? Hvis teknologiske prosesser blir feilsøkt og kontrollert, vil det redde menneskeheten. Ren energi fra smelting av atomer i stedet for spaltning av dem vil i det minste beskytte planeten mot atomavfall.
Hva er bunnlinjen?
Til tross for all faren og kompleksiteten av prosjekter påutvikling av termonukleær fusjon, ser det ikke ut til at menneskeheten har noen alternativer. Planetens muligheter er begrenset, i motsetning til menneskelige behov. Om SPARC, ITER eller en hvilken som helst oppstart vil oppfylle løftene sine, vil tiden vise.
Les også
Forsker har laget en maling som kan erstatte dyre solcellepaneler
CHEOPS-oppdraget har funnet en planet med de tøffeste forhold i universet. hovedtingen
Astronomer har oppdaget en måneakselerator fra 60-tallet. Han er på vei mot jorden