De ce este necesară energia termonucleară?
Pentru a preveni creșterea temperaturilor globale cu mai mult de 1,5
Ce se întâmplă dacă ar exista o soluție energetică care ar putea rezolva toate aceste probleme presante? Deși sună fantastic, există.
Una dintre cele mai puternice forme de energie noipe care o folosim astăzi este energia nucleară. În timp ce energia nucleară modernă este extrem de eficientă și generează zero emisii de carbon, are multe dezavantaje și sunt grave: potențiale topiri nucleare și deșeuri radioactive care rămân periculoase de mii de ani.
Dar există o cale mai bună.
Ce este fuziunea termonucleară și cum poate fi aplicată pe Pământ?
Toate reactoarele nucleare actuale funcționează cufolosind fisiunea nucleară, procesul de divizare a atomilor pentru a produce energie. De ani de zile, oamenii de știință s-au întrebat cum putem folosi procesul invers - fuziunea nucleară, care „alimentează” soarele prin atașarea atomilor - pentru a satisface nevoile tot mai mari de energie de pe Pământ. Fuziunea termonucleară în sine este un proces super-puternic, de câteva ori mai puternic decât fisiunea și nu duce la formarea deșeurilor nucleare, deoarece combustibilul său nu este uraniu sau plutoniu, ci hidrogen. De fapt, dacă dezvoltarea unui reactor de fuziune are succes, oamenii de știință vor crea un „mini-soare” pe Pământ.
„Realizarea reacțiilor termonucleare controlate,care consumă mai multă energie decât este necesară pentru a le genera și sunt văzute comercial ca un potențial răspuns la schimbările climatice ”, explică corespondentul științific Nathaniel Gronevold pentru Scientific American. „Energia de fuziune va elimina necesitatea combustibililor fosili și va rezolva problemele de discontinuitate și fiabilitate inerente regenerabilelor. Energia va fi generată fără cantitatea periculoasă de radiații care ridică îngrijorări cu privire la energia de fisiune nucleară ".
Oficialii Thermonuclear InternaționalReactorul experimental (ITER), un proiect multinațional cu sediul în sudul Franței, a anunțat că se află acum la doar 6,5 ani de prima plasmă, o etapă istorică. Proiectul ITER, susținut de un consorțiu de 35 de țări, este acum 65% finalizat, potrivit unui comunicat de presă din această săptămână. Secțiunea nou instalată - baza criostatului și cilindrul inferior - deschide calea pentru instalarea tokamakului, structura tehnologică aleasă pentru a adăposti puternicul câmp magnetic care ar înconjura nucleul de fuziune al plasmei super-fierbinți.
Probleme de fuziune nucleară
Fuziunea nucleară este atât de dificil de realizat datorităcondiții extreme - de exemplu, în miezul Soarelui - care trebuie reproduse aici pe Pământ. După cum sa explicat în Departamentul de Energie al SUA, „reacțiile termonucleare sunt studiate de oamenii de știință, dar sunt greu de întreținut pentru perioade lungi de timp datorită presiunii și temperaturii enorme necesare pentru a fuziona nucleele”.
Energia de fuziune necesită izolareplasmă foarte fierbinte la presiune ridicată. Limitarea magnetică a plasmei foarte fierbinți – de multe ori mai fierbinte decât centrul Soarelui – necesită câmpuri magnetice puternice. Ele trebuie să fie de 10 ori presiunea atmosferică de pe suprafața Pământului. Puterea câmpului magnetic este un parametru critic în realizarea acestor condiții, deoarece oferă atât izolație pentru a menține plasma fierbinte, cât și presiunea externă pentru a o menține stabilă — totul fără contact fizic între plasmă și suprafața materialului.
Deşi fuziunea nucleară produceperspective incredibile pentru rezolvarea unora dintre cele mai dificile probleme ale lumii moderne, timpul trece și mulți experți spun că, chiar dacă fuziunea este aproape, timpul nu este de partea noastră. Deși se speră că ITER va fi lansat până în 2025 și va fi pe deplin operațional până în jurul anului 2035, acest lucru poate fi prea târziu. În 2019, experții în climă au susținut că termenul de 12 ani pe care grupul interguvernamental l-a dat lumii pentru a inversa situația în schimbare a planetei ar putea trebui redus la 18 luni. Hans Joachim Schellnhuber de la Institutul pentru Climă din Potsdam a explicat acest lucru în urmă cu un an: „Matematica climatică este clară: deși s-ar putea ca lumea să nu se vindece în următorii câțiva ani, ar putea fi rănită de moarte din cauza neglijenței înainte de 2020”.
Cu toate acestea, săptămâna aceasta s-au reaprins speranțele pentru o energie curată.
Proiect SPARC
Oamenii de știință dezvoltă o versiune compactăÎntr-o serie de lucrări de cercetare, s-a arătat că un reactor de fuziune nucleară funcționează, reînviind speranța că obiectivul indelung evaziv de a imita producția de energie a soarelui poate fi atins și, în cele din urmă, poate contribui la lupta împotriva schimbărilor climatice.
Centrul pentru Cercetarea Plasmei și TermonucleareMIT în colaborare cu startup-uri private Commonwealth Fusion Systems (CFS) dezvoltă conceptul de proiectare SPARC. Acesta este un experiment compact de înaltă tensiune cu energie termonucleară pură. Se așteaptă ca SPARC să aibă dimensiunea dispozitivelor de fuziune la nivel mediu existente, dar cu un câmp magnetic mult mai puternic. Pe baza legilor fizicii, oamenii de știință speră că dispozitivul va produce 50-100 MW de energie termonucleară. Un astfel de experiment va fi prima demonstrație a creării de energie curată și posibilitatea creării unui dispozitiv construit folosind o nouă tehnologie supraconductoare. SPARC face parte dintr-o strategie generală de accelerare a dezvoltării fuziunii prin utilizarea de noi magneți supraconductori cu câmp înalt și temperatură înaltă (HTSC).
Centrala de fuziune Sparc va fi relativ mică, așa cum se arată în această imagine a camerei de reacție.
T. Henderson / CFS / MIT-PSFC
Timp de construcție
Se așteaptă ca construcția reactorului să fie subNumele SPARC, care este dezvoltat de cercetătorii de la MIT și o filială a Commonwealth Fusion Systems, va începe în primăvara anului viitor și va dura trei sau patru ani, au spus cercetătorii și oficialii companiei.
Deși există încă multe probleme grave,compania a declarat că construcția va fi urmată de încercări și, dacă va avea succes, o centrală electrică care ar putea utiliza energia de fuziune pentru a genera electricitate începând cu următorul deceniu.
Acest program ambițios este mult mai rapid decâtcel mai mare proiect de energie de fuziune din lume, un proiect multinațional din sudul Franței numit ITER. Acest reactor este în construcție din 2013 și, deși nu este conceput pentru a genera energie electrică, se preconizează că va produce reacții de fuziune până în 2035.
Bob Mumgaard, CEO CommonwealthFusion, și unul dintre fondatorii companiei, a declarat că scopul proiectului SPARC este de a dezvolta fuziunea termonucleară în timp pentru a juca un rol în atenuarea efectelor încălzirii globale. „Ne concentrăm pe obținerea energiei termonucleare cât mai repede posibil”, a spus el.
Fuziunea termonucleară, în care atomi de luminăreunirea la temperaturi de zeci de milioane de grade pentru a elibera energie a devenit o modalitate prin care lumea poate face față impactului schimbărilor climatice ale producerii de electricitate.
La fel ca o centrală nucleară convențională cu fisiune, care împarte atomii, o centrală de fuziune nu va arde combustibili fosili și nu va produce emisii de gaze cu efect de seră.
Critica proiectului
În ciuda ambițiilor proiectului, obstacole în calea lorcrearea unei mașini capabile să creeze plasmă termonucleară și să manipuleze un nor învârtit de atomi care fierbe sau distruge tot ceea ce atinge sunt enorme.
Unii oameni de știință care au lucrat la energia termonucleară de zeci de ani spun că, deși sunt entuziasmați de perspectivele Sparc, cronologia poate fi pur și simplu nerealistă.
„Citirea acestor documente (lucrări de cercetare- aprox. ed.) îmi dă senzația că dezvoltatorii vor avea plasma termonucleară controlată la care visăm cu toții ", a declarat Carey Forest, un fizician de la Universitatea din Wisconsin care nu este implicat în proiect. Cu toate acestea, el nu este sigur dacă calendarul proiectului este realist.
Potrivit dr. Mumgaard, SPARC va fi multmai mic decât un ITER - dimensiunea unui teren de tenis, comparativ cu un teren de fotbal - și mult mai ieftin decât un proiect internațional, care, conform estimărilor oficiale, va costa aproximativ 22 miliarde de dolari, dar această cifră nu este limita. Commonwealth Fusion, fondată în 2018 și cu aproximativ 100 de angajați, a strâns până acum 200 de milioane de dolari pentru proiectul său.
Diferențele dintre Sparc și ITER
De când au început în urmă cu aproape un secolexperimente de fuziune, perspectiva creării unui dispozitiv practic de fuziune care poate produce mai multă energie decât folosește a rămas evazivă.
Dar, conform descoperirilor oamenilor de știință din The Journal of Plasma Physics, proiectul SPARC va reuși și va produce de 10 ori mai multă energie decât consumă.
Studiul „confirmă că proiectul sa încheiatcel cu care lucrăm va funcționa probabil ”, a declarat Martin Greenwald, director adjunct al Centrului MIT pentru Cercetare și Fuziune în Plasma și unul dintre oamenii de știință principali ai proiectului. Dr. Greenwald este fondatorul Commonwealth Fusion, dar în prezent nu este afiliat companiei.
SPARC utilizează același tip de dispozitiv caITER: O tokamak, sau cameră în formă de gogoșă, în cadrul căreia are loc o reacție de fuziune. Deoarece norul de plasmă este atât de fierbinte - mai fierbinte decât Soarele - trebuie să fie reținut de forțe magnetice.
ITER face acest lucru folosind bobine electromagnetice uriașe care conțin fire supraconductoare care trebuie răcite cu heliu lichid.
Modelul reactorului de fuziune ITER (secțiune transversală)
CC BY-SA 2.0 fr
Potrivit Greenwald, SPARC utilizeazăbeneficiile unei noi tehnologii electromagnetice care folosește așa-numiții supraconductori la temperatură înaltă, care pot crea un câmp magnetic mult mai puternic. Ca urmare, plasma este mult mai mică.
Documentele arată că „această cale cu marecâmpul pare încă viabil ”, a spus dr. Greenwald. "Dacă putem depăși provocările inginerești, această mașină va funcționa așa cum am prezis".
Commonwealth Fusion a declarat că va anunța locația SPARC în câteva luni.
Cine mai lucrează la energia termonucleară și există vreo speranță?
Commonwealth Fusion este doar una dintre multelecompanii care lucrează la dezvoltarea și comercializarea energiei de fuziune în parteneriat cu instituții de cercetare, susținute de investiții de sute de milioane de dolari.
De exemplu, TAE Technologies, bazatăîn sudul Californiei lucrează la un design care utilizează un dispozitiv liniar care împușcă doi nori de plasmă unul în celălalt pentru a produce fuziunea nucleară.
First Light Fusion, o filială a Universității din Oxford din Anglia, folosește energie pentru a comprima și comprima combustibilul termonuclear.
Dr Forest a spus:Folosind câmpuri magnetice mai puternice, se poate spune că SPARC este mai „conservator”. „Acest lucru îl diferențiază complet de toate startup-urile, care prin definiție sunt mai riscant”, subliniază el.
William Dorland, fizician la Universitatea din Maryland șieditorul The Journal of Plasma Physics, a declarat că revista a cerut reprezentanților unor proiecte de fuziune să „vorbească despre bazele lor fizice”. Grupul MIT și Commonwealth Fusion au fost de acord rapid, a spus el.
„Din punctul meu de vedere, acesta este primul dintre aceste grupuri,care are bani privați, ceea ce este de fapt foarte clar despre ceea ce fac ei ”, a spus dr. Dorland. - Oamenii rezonabili nu sunt de acord dacă funcționează. Dar sunt doar fericit că s-au intensificat și ne-au spus, folosind știința normală, ce se întâmplă ”, conchide el.
În cele din urmă, la ce consecințe să ne așteptămdezvoltarea reactorului de fuziune? Dacă procesele tehnologice sunt depanate și controlate, aceasta va salva omenirea. Energia curată de la fuzionarea atomilor în loc de fizionomie va proteja cel puțin planeta de deșeurile nucleare.
Care este linia de jos?
În ciuda tuturor pericolelor și complexității proiectelor pedezvoltarea fuziunii termonucleare, nu pare că omenirea are alternative. Capacitățile planetei sunt limitate, spre deosebire de nevoile umane. Indiferent dacă SPARC, ITER sau orice startup își vor îndeplini promisiunile, timpul va spune.
Citește și
Oamenii de știință au creat o vopsea care poate înlocui panourile solare scumpe
Misiunea CHEOPS a găsit o planetă cu cele mai dure condiții din univers. lucrul principal
Astronomii au descoperit un accelerator lunar din anii '60. Se îndreaptă spre Pământ